Leitungs- und Phasenspannung – Differenz und Verhältnis
In diesem kurzen Artikel werden wir, ohne auf die Geschichte der Wechselstromnetze einzugehen, den Zusammenhang zwischen Phasen- und Netzspannung verstehen. Wir werden die Fragen beantworten, was Phasenspannung und was Leitungsspannung ist, wie sie miteinander zusammenhängen und warum diese Beziehungen genau gleich sind.
Es ist kein Geheimnis, dass Strom aus Kraftwerken heute über Hochspannungsleitungen mit einer Frequenz von 50 Hz an die Verbraucher geliefert wird. In Umspannwerken wird die hohe Sinusspannung reduziert und mit 220 oder 380 Volt an die Verbraucher verteilt. Irgendwo ist das Netzwerk einphasig, irgendwo dreiphasig, aber lasst es uns herausfinden.
RMS und Spitzenspannung
Zunächst stellen wir fest, dass mit 220 oder 380 Volt aus mathematischer Sicht die Effektivwerte der Spannungen gemeint sind – Effektivspannungen... Was bedeutet das?
Das bedeutet, dass tatsächlich die Amplitude Um (Maximum) der Sinusspannung, Phase Umph oder linear Uml, immer größer ist als dieser Effektivwert.Bei einer Sinusspannung ist ihre Amplitude 2-mal größer als der Effektivwert mit der Wurzel, also 1,414-mal.
Bei einer Phasenspannung von 220 Volt beträgt die Amplitude also 310 Volt und bei einer Netzspannung von 380 Volt beträgt die Amplitude 537 Volt. Und wenn wir berücksichtigen, dass die Spannung im Netzwerk niemals stabil ist, können diese Werte entweder niedriger oder höher sein. Dieser Umstand muss beispielsweise bei der Auswahl von Kondensatoren für einen Drehstrom-Asynchronmotor immer berücksichtigt werden.
Phasenleitungsspannung
Die Generatorwicklungen sind mit den X-, Y- und Z-Enden an einem Punkt (in der Mitte des Sterns) verbunden, der Neutral- oder Nullpunkt des Generators genannt wird. Dabei handelt es sich um einen vieradrigen, dreiphasigen Stromkreis. Die Außenleiter L1, L2 und L3 werden an die Anschlüsse der Spulen A, B und C angeschlossen, der Neutralleiter N wird an den Sternpunkt angeschlossen.
Die Spannungen zwischen Anschluss A und Nullpunkt, B und Nullpunkt, C und Nullpunkt werden Phasenspannungen genannt und mit Ua, Ub und Uc bezeichnet. Da das Netzwerk jedoch symmetrisch ist, können Sie einfach Uph schreiben – Phasenspannung.
In dreiphasigen Wechselstromnetzen beträgt die Standardphasenspannung in den meisten Ländern etwa 220 Volt – die Spannung zwischen dem Phasenleiter und dem Sternpunkt, der normalerweise geerdet ist, und deren Potenzial als Null angenommen wird, weshalb dies der Fall ist auch Neutralpunkt genannt.
Netzspannung eines Drehstromnetzes
Die Spannungen zwischen Klemme A und Klemme B, zwischen Klemme B und Klemme C, zwischen Klemme C und Klemme A werden Netzspannungen genannt, also die Spannungen zwischen den Außenleitern eines Drehstromnetzes. Sie sind mit Uab, Ubc, Uca beschriftet oder Sie können einfach Ul schreiben.
Die Standard-Netzspannung beträgt in den meisten Ländern etwa 380 Volt.In diesem Fall ist leicht zu erkennen, dass 380 1,727-mal größer als 220 ist, und wenn man Verluste vernachlässigt, ist klar, dass dies die Quadratwurzel von 3 ist, also 1,732. Natürlich schwankt die Netzspannung je nach aktueller Netzbelastung ständig in die eine oder andere Richtung, aber das Verhältnis zwischen Leitungs- und Phasenspannung ist genau das gleiche.
Woher kommt die Wurzel aus 3?
Das Vektorbildverfahren wird häufig in der Elektrotechnik eingesetzt. sinusförmig zeitlich veränderliche Spannungen und Ströme.
Der Graph der Abhängigkeit der Größe der Projektion von der Zeit ist eine Sinuskurve. Und wenn die Amplitude der Spannung die Länge des Vektors U ist, dann ist die Projektion, die sich mit der Zeit ändert, der aktuelle Wert der Spannung, und die Sinuskurve spiegelt die Dynamik der Spannung wider.
Wenn wir nun also ein Vektordiagramm der dreiphasigen Spannungen zeichnen, stellt sich heraus, dass zwischen den Vektoren der drei Phasen gleiche Winkel von 120° bestehen, und wenn dann die Längen des Vektors die Effektivwerte sind Um die Leitungsspannungen Ul zu ermitteln, muss die DIFFERENZ jedes Vektorpaars mit zwei Phasenspannungen berechnet werden. Zum Beispiel Ua – Ub.
Nachdem wir die Konstruktion mit der Parallelogrammmethode abgeschlossen haben, werden wir sehen, dass der Vektor Ul = Ua + (-Ub) und als Ergebnis Ul = 1,732Uf. Daraus ergibt sich, dass bei Standardphasenspannungen von 220 Volt die entsprechenden linearen Spannungen 380 Volt betragen.