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3.6.3 Erweiterungsmöglichkeiten
Arbeitsblatt: Die Netzfrequenz von 50 Hz
1. Wie bekommt man eine Frequenz von 50 Hz?
Im europäischen Stromnetz herrscht eine Netzfrequenz von konstant 50 Hz, die die direkt mit dem Stromnetz
gekoppelten Generatoren der Kraftwerke liefern müssen. Die Generatoren sind aber gleichzeitig auch direkt
mit den Turbinen der Anlagen zur Stromerzeugung gekoppelt. Die Turbinen von Dampf- und Gasturbinenkraftwerken
drehen sich üblicherweise mit 3.000 Umdrehungen pro Minute bzw. 50 pro Sekunde. Mit einem
einfachen Magneten als Läufer, der sich ebenfalls 50 mal pro Sekunde dreht und so in einer Sekunde 50 mal
eine volle Phase durchläuft, ergibt sich die gewünschte Frequenz von 50 Hz. Wie schnell muss sich die Turbine
eines nordamerikanischen Kraftwerks drehen, um die dort übliche Frequenz von 60 Hz zu bekommen,
wenn der gleiche Generator verwendet werden soll?
Vor allem Turbinen von Wasserkraftwerken haben sehr niedrige Drehzahlen. Da die Drehzahl des Generators
immer der der Turbine entspricht, müssen am Generator andere Maßnahmen ergriffen werden, um trotz geringerer
Drehzahl eine Frequenz von 50 Hz zu erzielen.
Welche Änderungen müssen an einem Generator vorgenommen werden, damit er bei 300 Umdrehungen pro
Minute eine Frequenz von 50 Hz erzeugt? Eventuell ist es einfacher, sich zunächst zu überlegen, wie ein Generator
mit 1.500 Umdrehungen pro Minute aussehen muss.
2. Wie kann die Frequenz konstant gehalten werden?
Die von den Kunden benötigte elektrische Leistung schwankt tageszeitlich zum Teil sehr stark. Die Netzfrequenz
ist genau dann konstant, wenn die Leistungsabgabe der Generatoren mit dem Leistungsbedarf der
Kunden übereinstimmt. Ist die abgegebene Leistung zu groß, dann steigt die Frequenz; ist sie zu gering, dann
sinkt die Frequenz. Das Bedarfsverhalten der Kunden kann nicht exakt vorausgesagt werden. Deshalb halten
Energieversorgungsunternehmen Kraftwerke bereit, deren Leistungsabgabe zum Ausgleich gesteigert oder
gesenkt werden kann. Man spricht dabei von Regelleistung. Trotzdem schwankt die Frequenz, wie man im
Bild sieht, minimal in einem Bereich zwischen 49,9 und 50,1 Hz. Immer dann wenn die Kurve sich zu weit
über oder unter die 50 Hz Linie bewegt und dann wieder „umkehrt“, wurde Regelleistung eingesetzt.
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