Eine Antwort darauf ist immer nur Allgemein zu bekommen, leider meistens ohne Details.
Das eigentliche Problem liegt nämlich weniger an die 50 Herz sondern vielmehr an die Synchronisation der selben.
Natürlich müssen die 50 Herz exakt eingehalten werden weil alle Europäischen Stromerzeuger sich auf diese Frequenz geeinigt haben.
Hätte man sich aber beispielsweise auf 51 Herz geeinigt, könnte man aber auch in ganz Europa mit 51 Herz auskommen.
Weil man sich aber zu früheren Zeiten nun einmal auf die 50 Herz geeinigt hat, wurde in der weitern Technischen Entwicklung vieles
auf diese 50 Herz abgestimmt.
50 Herz ist eine Wechselspannung die 50 mal in einer Sekunde ihre Richtung ändert.
Eine Wechselspannung hat einige Vorteile gegenüber eine reinen Gleichspannung wie sie zum Beispiel von einer Auto Batterien abgegeben wird.
Wechselspannungen können im Gegensatz zu Gleichspannungen in Transformatoren einfach in höhere Spannungen umgesetzt werden,
um sie dann über große Entfernungen transportieren zu können.
Weil eine Wechselspannung nicht nur ständig ihre Spannungshöhe sondern auch ihre Richtung ändert, würden angeschlossenen Verbraucher
Ständig ihren zustand zwischen an und aus wechseln.
Würde man damit eine Glühlampe betreiben, würde sie bei einer Frequenz unter 50 Herz (Schwingungen pro Sekunde) also ständig flackern.
Erhöht man beispielsweise die Frequenz ab 1 Herz stetig würde man ab ca. 42 Herz wegen der Trägheit unserer Augen kein Flackern mehr erkennen.
Das war also der Grund die Frequenz auf mindestens 42 Herz fest zu legen.
Um ein flackern aber mit Sicherheit vollständig aus zu schließen hat man sich dann auf 50 Herz geeinigt.
Nun könnte man die Frequenz aber noch höher machen, dies geschah aber nicht weil je höher die Frequenz umso höher auch die Verluste
in den Hochspannungsleitungen ausfallen.
Also blieb man in Europa bei 50 Herz
So wurden zum Beispiel die meisten Motoren so entwickelt das sie bei diesen 50 Herz eine gewisse Anzahl von Umdrehungen pro Minute machen.
Würde man also heute die Frequenz Europa weit verändern würde alle bis dato gebauten Motoren mit einer anderen Geschwindigkeit laufen.
Das betrifft aber nicht nur Motoren, auch andere Elektrische Bauteile wurde hinsichtlich dieser 50 Herz entwickelt und in Betrieb genommen.
Deswegen ist es nicht so ohne weiteres Möglich die Frequenz von heute auf morgen kurzfristig zu ändern.
Sehr wohl wäre es aber Physikalisch und Elektrisch keine Problem.
Heute kommt das Problem der Synchronisation weitgehend durch die vielen Photovoltaik Kraftwerke zustande
Diese machen nämlich aus einer Gleichspannung mit Hilfe eines Wechselrichter eine Wechselspannung.
Diese erzeugte Wechselspannung muss nun Synchron ins allgemeine Stromnetz eingespeist werden.
Wenn nicht alle Frequenzen Synchron laufen bekommt man ein relevantes Spannung Problem .
Angenommen
ich habe 2 Generatoren , stellvertretend für mehrere Kraftwerke oder Photovoltaik AnlagenBeide Generatoren liefern eine Spannung von effektiv 230 Volt 50 Herz
Das Ergebnis sind die beiden unten zu sehenden Signale die beide zur gleichen Zeit und auch die
gleiche Spannung liefern.
Verbinde ich nun beide Kraftwerke mit einander kommt als Ergebnis die Addition beider Signale zu tragen,
das Ergebnis sieht man dann im dritten Diagramm
Das Signal hat immer noch die gleiche Phasenlage und auch die gleiche Spannungshöhe wie jedes einzel Signal.
Zwei Signale mit gleicher Spannungshöhe ,gleicher Frequenz sowie gleicher Phasenlage.
hingegen aber der 2.Generator ein Signal mit 51 Herz und 230 liefert.
Um das Ergebnis deutlich sichtbar zu machen wurde der Zeitliche Verlauf auf über 1 Sekunde ausgedehnt.
Signale mit gleicher Spannungshöhe aber mit unterschiedlichen Frequenzen .
Mal abgesehen davon das die Spannung über das Maximum der üblichen Netzspannung hinausgeht
geht sie auch gegen Null .
Damit würden praktisch alle angeschlossenen Verbraucher kurzzeitig Stromlos.
Dann aber wenn anschließend die Spannung wieder hoch geht würden dadurch alle
Verbraucher wider gleichzeitig Spannung bekommen und damit so große
Einschaltströme verursachen das alle möglichen Sicherungen ausgelöst würden.
Deswegen ist es so wichtig das die Frequenzen zwischen allen angeschlossenen Stromerzeuger exakt
die gleiche Frequenz aufweisen müssen.
Generator ( grünes Signal ) eine Phasenverschiebung von 1ms .
Die Frequenz beträgt in beiden Fällen 50 Hz.
Die Addition beider Signal sieht man im unteren Signal , dabei beträgt die
Spannungshöhe bis zum doppelten der ursprünglichen Spannung.
bis auf die eine kurze Einschaltphase vollständig auf.
Es ist also unbedingt erforderlich das Spannungshöhe, Frequenz und Phasenlage beim Einspeisen genau gleich sind.
Das übernimmt im Falle eines Balkonkraftwerk wie überhaupt bei jeder Photovoltaik Anlage der zugehörige
Wechselrichter.
Der Wechselrichter wandelt die eingehende Gleichspannung in einer Wechselspannung mit genau 50 Herz und einer
Spannung von 230 Volt eff. um.
Das erzeugte Wechselspannung Signal wird dann mit der Netzfrequenz synchronisiert und erst dann ins Netz eingespeist.
Wie jeder weiß muss man beim Fahrrad schwerer treten wenn ein Dynamo eingeschaltet wurde, also die Beleuchtung aktiviert wurde.
Zumindest war das noch im Zeitalter bevor es LED Beleuchtung mit Batteriebetrieb gab der Fall.
Der Dynamo dreht mit einer gewissen Umdrehungszahl und liefert den Strom für die Beleuchtung.
Fahre ich jetzt einen Berg hoch , wird meine Geschwindigkeit durch die höhere Belastung etwas langsamer, zu erkennen auch
an der schwächer werdende Beleuchtung.
Fahre ich den Berg wieder herunter dreht mein Dynamo wieder schneller.
Ähnlich funktioniert auch der Generator im Kraftwerk, der sich normalerweise mit 50 Umdrehungen pro Sekunde dreht.
Wird dieser Generator jetzt hoch belastet wird er dadurch etwas abgebremst und dreht minimal langsamer , und wird er gar
nicht belastet dreht er sich minimal schneller.
Das alleine an sich wäre kein Problem, weil aber in ganz Europa alle Energieerzeuger parallel angeschlossen sind, setzt es
voraus das aller Energieerzeuger die gleiche Frequenz (siehe Artikel oben)
aufweisen müssen.
Das System ist so ausgelegt das vom Generator etwa 50 Herz bei einer normalen Belastung ausgegeben werden.
Wird
das System nun stark belastet wird derGenerator abgebremst und die Frequenz sinkt
beispielsweise auf 49,80 Hz.
Wird nun zusätzlich zum Generator noch ein
Windgenerator zu geschaltet steigt die Frequenz
wieder auf 50 ,00 Hz an.
Würde jetzt die hohe Belastung plötzlich wieder
wegfallen würde natürlich die Frequenz wieder
ansteigen und es müsste wieder ausgeglichen werden
indem der Windgenerator wieder vom Netz
genommen werden muss.
besteht.
Beim Ungleichgewicht ändert sich die Frequenz und es treten dann Überspannungseffekte auf wie oben bereits beschrieben auf.
Die Frequenz ändert sich aber nicht bei allen Generatoren gleichmäßig obwohl sie parallel betrieben werden ,
weil die Generatoren unterschiedliche Schwungmassen und verschiedene Innenwiderstände haben.
Weshalb dann bei einer starken Lastzunahme nicht alle Generatoren im selben Maße ihre Frequenz verringern.
wird.
Dort ist oft die Sprache von " zuviel Strom in den Leitungen" usw.
Oder die Leistung kann nicht abgeführt werden.
Es wird immer der Eindruck erzeugt die zuviel vorhandenen Energie in den Leitungen würden das Netz oder die Generatoren zerstören.
Aktualisiert 08.07.2024