Das Wesen des Drehstromes

Drehstrom ist Wechselstrom auf drei Phasen (Außenleitern). Die Verbraucher teilen sich die Gesamtleistung in drei Strängen.

Die drei Spannungen liefern ihre Ströme in einem zusammenhängenden System, dem Drehstromsystem ab.

Was dreht eigentlich am Strom?

In den Kraftwerksgeneratoren werden die drei Spulen in Nuten eingelegt und so im Eisen versenkt. Die Wicklungsachsen sind aber immer noch um 120° räumlich versetzt.

Das drehende Polrad erzeugt in den drei Spulen einen Drehstrom, d.h. Der volle Nord- und Südpol erzeugt nacheinander in den drei Spulen einen sinusförmigen Strom. Durch die Zeitabfolge der Drehung entstehen 120° el. versetzte Ströme. :

Drehstrom Störfälle

Durch den Ausfall einer Phase wird aus dem Versorgungssystem ein Wechselspannungsnetz.

Ausfall einer Phase bei der Sternschaltung	Strang (1~)	Gesamt (3~)
Berechne die Schaltung für
folgende Angaben UL = V ZStr = Ω cosφ =	UStr = V IStr = A SStr = VA PStr = W QStr = VAr	Sges = VA Pges = W Qges = VAr
Die erzielte Leistung nach dem Ausfall beträgt % der normalen Drehstromleistung.

Werte für defekte Sternschaltung

Ausfall eines Stranges bei der Sternschaltung mit N-Leiter	Strang (1~)	Gesamt (3~)
Berechne die Schaltung für
folgende Angaben UL = V ZStr = Ω cosφ =	UStr = V IStr = A SStr = VA PStr = W QStr = VAr	Sges = VA Pges = W Qges = VAr
Die erzielte Leistung nach dem Ausfall beträgt % der normalen Drehstromleistung.

Werte für defekte Sternschaltung

Ausfall einer Phase bei der Dreieckschaltung	Strang (1~)	Gesamt (3~)
Berechne die Schaltung für
folgende Angaben UL = V ZStr = Ω cosφ =	UStr1 = UStr2 = V UStr3 = V IStr1 = IStr3 = A IStr2 = A	Sges = VA Pges = W Qges = VAr
Die erzielte Leistung nach dem Ausfall beträgt % der normalen Drehstromleistung.

Werte für defekte Dreieckschaltung

Ausfall eines Stranges bei der Dreieckschaltung	Strang (1~)	Gesamt (3~)
Berechne die Schaltung für
folgende Angaben UL = V ZStr = Ω cosφ =	UStr = V IStr1 = IStr2 = A	Sges = VA Pges = W Qges = VAr
Die erzielte Leistung nach dem Ausfall beträgt % der normalen Drehstromleistung.

Werte für defekte Dreieckschaltung

Vierleiternetz

Wir untersuchen die Funktion des Neutralleiters:

Das 1. Kirchhoffsche Gesetz für den Knoten = Neutralleitersammelschiene lautet

Symmetrie der Belastung

Wenn alle Stränge den selben Widerstandswert und den selben Leistungsfaktor haben, bedeutet das:
Die geometrische Summe aller Außenleiterströme ergibt "Null"!

Der Neutralleiter führt in diesem Idealfall keinen Strom.

Unsymmetrie der Belastung

Wenn die drei Stränge nun verschiedenen Widerstandswert und eventuell auch noch verschiedene Leistungsfaktoren haben, bedeutet das:
Die geometrische Summe aller drei Außenleiterströme ergibt "Einen vierten Stromwert"! Bildlich gesprochen muss das ungleichseitige Dreieck zum Nullpunkt hin mit einem vierten Stromwert geschlossen werden.

Der Neutralleiter ist der Ausgleichsleiter

Im Zeigerbild erkennt man die verkehrte Richtung des I_N-Zeigers. Das entspricht auch der Schreibweise der Summenformel. Wenn das Kirchoffsche Gesetz allgemein geschrieben wird, heißt das Ergebnis aber "Null". Das sieht dann wie folgt aus:

Für experimentierfreudige Rechenfans gibt es hier ein MS_Excel-Sheet für Neutralleiterstromberechnungen.

Rechnen im Polarkoordinatensystem

Das Zeigerdiagramm für unsymmetrische Belastung sieht ZB auch so aus, weil die Reihenfolge in der die Zeiger addiert werden, keine Rolle spielt:

Die Berechnung der Zeiger und ihrer Polarkoordinaten:

Aus der Summe der einzelnen Koordinaten die Länge des Zeigers für den Neutralleiterstrom:

Berechnungen

Das Feld, in das du klickst wird neu berechnet:

Dreileiternetz

Hier fehlt die Ausgleichsfunktion des Neutralleiters. Deshalb muss sich bei Unsymmetrie die Spannung ungleich aufteilen. Das kann böse enden.

Das Feld, in das du klickst wird neu berechnet: