Durch unsere Stromkabel fließt Wechselstrom (AC). Über Steckdosen und Geräte sind wir auf die Verteilung und Nutzung dieses Stroms durch das öffentliche Netz angewiesen. Wechselstrom hat gegenüber Gleichstrom (DC) große Vorteile, weil er sich einfach transformieren und effizient über weite Strecken transportieren lässt. Im Stromnetz wird er in drei Phasen übertragen – das sogenannte Drehstromsystem. Was es damit auf sich hat und wie der Strom in Ihre Steckdose gelangt, erklärt dieser Beitrag.
Was ist Wechselstrom?
Wechselstrom bedeutet, dass sich die Richtung des Stromflusses regelmäßig ändert, in Europa 50-mal pro Sekunde (50 Hz). Die Spannung folgt dabei einer sinusförmigen Kurve, sie steigt und fällt also gleichmäßig über die Zeit. Dieser sinusförmige Verlauf macht es möglich, die Spannung mit Transformatoren einfach zu erhöhen oder zu verringern, dies ist ein großer Vorteil gegenüber Gleichstrom. Der Strom, der etwa aus Photovoltaikanlagen entsteht, ist zunächst Gleichstrom. Ein sogenannter Wechselrichter wandelt ihn in Wechselstrom um, damit er ins öffentliche Netz eingespeist oder im Haushalt genutzt werden kann.
Drehstrom: drei Phasen für mehr Leistung
Im europäischen Stromnetz wird Wechselstrom in einem Dreiphasensystem transportiert. Dabei fließen drei Wechselströme, die jeweils um 120° zeitlich versetzt sind. Diese drei Leiter heißen L1, L2 und L3.
Durch diese Phasenverschiebung ergibt sich eine gleichmäßige Gesamtleistung, was besonders für Elektromotoren und große Verbraucher wichtig ist. Die Momentanleistung jeder Phase schwankt, aber die Summe der drei Phasen ergibt eine konstante Gesamtleistung.
Ein Drehstromkabel enthält in der Regel fünf Adern:
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drei Außenleiter (L1, L2, L3)
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einen Neutralleiter (N)
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und einen Schutzleiter (PE)
Drehstrom im Haushalt
In Deutschland und den meisten europäischen Ländern wird ein Haus über einen sogenannten Drehstromanschluss mit allen drei Phasen versorgt. Jede Steckdose ist dabei nur an eine der drei Phasen angeschlossen, um die elektrische Last gleichmäßig zu verteilen. So wird verhindert, dass eine Leitung überlastet wird. (In anderen Regionen der Welt, etwa in den USA oder Teilen Südeuropas, sind hingegen häufig einphasige Hausanschlüsse üblich.) Die Spannung zwischen einer Phase und dem Neutralleiter beträgt 230 Volt. Das nennt man Strang- oder Sternspannung.
Zwischen zwei Phasen liegt eine Spannung von 400 Volt, dies ist die Außenleiterspannung. Diese höhere Spannung wird z. B. für Kochherde, Wärmepumpen oder Industriemaschinen verwendet.
Warum drei Phasen?
Das Dreiphasensystem hat die folgenden Vorteile:
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Konstante Leistung: Die drei phasenverschobenen Ströme heben ihre Schwankungen gegenseitig auf.
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Geringerer Materialbedarf: Bei symmetrischer Belastung der drei Phasen heben sich die Ströme im Neutralleiter gegenseitig auf, sodass dieser kaum Strom führt. Dadurch können Leitungen insgesamt dünner ausgelegt werden als bei drei getrennten Wechselstromkreisen.
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Effizienter Motorbetrieb: Drehstrommotoren laufen gleichmäßig und ohne zusätzliche Bauteile.
Der Effektivwert der Netzspannung beträgt 230 V, der Spitzenwert (Amplitude) liegt bei etwa 325 V.
Erzeugung und Transport
In Kraftwerken wird Drehstrom durch Synchrongeneratoren erzeugt. Diese liefern drei sinusförmige Spannungen, die um 120° phasenverschoben sind. Der Strom wird anschließend über Hochspannungsleitungen transportiert, um Verluste zu minimieren.
Für sehr lange Distanzen (etwa beim internationalen Energieaustausch) nutzt man heute oft Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ), weil sie auf weiten Strecken noch verlustärmer ist.
Besonderheiten in der Bahn und Industrie
Das öffentliche Stromnetz arbeitet mit Drehstrom bei 50 Hz, die Deutsche Bahn hingegen mit Einphasen-Wechselstrom bei 16,7 Hz. Das hat historische und technische Gründe, etwa um Traktionsmotoren effizient zu betreiben. In der Industrie werden häufig Drehstromsteckdosen verwendet, diese sind erkennbar an ihrem roten Gehäuse. Sie liefern 400 Volt und versorgen leistungsstarke Geräte wie Maschinen, Pumpen oder Ladesäulen.
Drehstrom in der Elektromobilität
Ladesäulen für Elektroautos liefern meist Dreiphasen-Wechselstrom. Das Auto selbst lädt jedoch immer mit Gleichstrom, da Batterien nur Gleichspannung speichern können. Ein integrierter Gleichrichter (Onboard Charger) wandelt daher den Wechselstrom um. Fahrzeuge, die dreiphasig laden können, nutzen die Energie schneller und effizienter als solche, die nur einphasig laden.
Fazit
Drehstrom ist das Rückgrat unserer Energieversorgung. Er sorgt für eine stabile, gleichmäßige und effiziente Stromverteilung in Haushalt, Industrie und Energienetzen. Ob in der Fabrik, bei der Stromerzeugung oder beim Laden des Elektroautos: das Dreiphasensystem ist überall im Einsatz. Dank dieser Technik können wir elektrische Energie sicher, zuverlässig und wirtschaftlich nutzen.
