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Das Stromnetz — vom Kraftwerk bis zur Steckdose

Von 380 000 Volt auf 230 Volt — in vier Stufen aus dem Kraftwerk über Umspannwerke bis zur Steckdose.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Was stimmt über das Stromnetz?
AFB I

Welche Aussagen über das deutsche Stromnetz sind richtig?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Die Netzebene wechselt ein Transformator, kein Gleichrichter; die Steckdose führt Wechselspannung mit 50 Hz; und Hochspannung erhöht nicht die Leistung, sondern senkt über die kleinere Stromstärke den Verlust PV = R · I2.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen rund um Netzebenen, Transformatoren und die Netzfrequenz.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Das Netz überträgt Wechselspannung mit 50 Hz, Transformatoren verbinden die Ebenen, und die Frequenz zeigt an, ob Erzeugung und Verbrauch im Gleichgewicht sind.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Vom Kraftwerk geht die Energie zunächst als mit 380 kV auf die Reise. In einem wird sie auf 110 kV heruntergesetzt, danach auf die von 20 kV. Daraus macht der eine Drehspannung von 400 V — und zwischen Außenleiter und Neutralleiter liegen .

Der Gleichrichter bleibt übrig: Er macht aus Wechsel- eine Gleichspannung, wechselt aber keine Netzebene — das leistet nur der Transformator.
A4
Welche Netzebene?
AFB I

Ordne jede Leitung oder jeden Anschluss der Netzebene zu, zu der die genannte Spannung gehört.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Höchst- und Hochspannung
2Mittelspannung
3Niederspannung
Die Ebenen unterscheiden sich allein durch die Spannung: Je näher an den Verbrauchern, desto niedriger ist sie.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Ein Ortsnetztransformator setzt U1 = 20 kV auf U2 = 400 V herunter. Die Oberspannungswicklung hat n1 = 2500 Windungen. Berechne die Windungszahl n2 der Unterspannungswicklung.

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
n2 = n1 · U2/U1 = 2500 · 400 V : 20 000 V = 50 Windungen. Trick: 20 kV : 400 V = 50, also einfach n1 durch 50 teilen.
A6
Vom Kraftwerk bis zur Steckdose
AFB II

Bringe den Weg der elektrischen Energie durch die Netzebenen in die richtige Reihenfolge.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Der Generator im Kraftwerk erzeugt Wechselspannung mit 50 Hz.
2Der Maschinentransformator setzt die Spannung auf 380 kV herauf.
3Die Höchstspannungsleitung überträgt die Energie über große Entfernungen.
4Im Umspannwerk geht es auf 110 kV und weiter auf 20 kV herunter.
5Der Ortsnetztransformator liefert 400 V Drehspannung und 230 V für die Steckdose.
Am häufigsten rutscht das Hochsetzen hinter die Übertragung: Hochgesetzt wird direkt am Kraftwerk, denn nur dann ist die Stromstärke schon auf der langen Leitung klein.
A7
Rechenkette
AFB II

Ein Ortsnetztransformator wird mit U1 = 20 kV gespeist und liefert U2 = 400 V. Er versorgt ein Wohngebiet mit P = 160 kW. Verluste im Transformator werden vernachlässigt.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Übersetzungsverhältnis n1 : n2 = U1 : U2 = ? ohne Einheit
  2. Stromstärke I2 auf der 400-V-Seite = ? A
  3. Stromstärke I1 auf der 20-kV-Seite = ? A
  4. Die 20-kV-Zuleitung hat R = 1,5 Ω. Verlustleistung PV = R · I12 = ? W
Auf der Oberspannungsseite ist die Stromstärke 50-mal kleiner; weil der Verlust mit I2 wächst, wäre er bei 400 A das 2500-Fache — also 240 kW statt 96 W.
A8
Netzgröße und Aufgabe
AFB II

Verbinde jede Größe des Stromnetzes mit ihrer Aufgabe.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Trick: Je kleiner die Spannung, desto kleiner das versorgte Gebiet — nur die Frequenz ist auf allen Ebenen dieselbe.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Am häufigsten werden Sicherung und FI-Schalter vertauscht: Die Sicherung schützt die Leitung, der FI-Schalter den Menschen.
A10
Spannung hoch — was macht der Verlust?
AFB III

Über eine Leitung mit festem Widerstand R wird die Leistung P bei der Spannung U übertragen; es gilt I = P/U und PV = R · I2. Schätze für jede Zeile ein, was passiert — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = wird kleiner, 2 = bleibt gleich, 3 = verdoppelt sich, 4 = verdreifacht sich, 5 = vervierfacht sich. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = wird kleiner5 = vervierfacht sich
P wird verdoppelt, U bleibt gleich: Wie ändert sich I?
P wird verdoppelt, U bleibt gleich: Wie ändert sich PV?
P und U werden beide verdoppelt: Wie ändert sich I?
U wird verdoppelt, P bleibt gleich: Wie ändert sich PV?
P wird verdreifacht, U bleibt gleich: Wie ändert sich I?
I wächst linear mit P, der Verlust dagegen quadratisch mit I — doppelte Spannung bedeutet halbe Stromstärke und nur noch ein Viertel des Verlusts. Überlegen geht hier schneller als Rechnen.