Transformator

In Kraftwerken wird hohe Spannung erzeugt, aber zum Energietransport muss sie noch höher sein. Für die Haushalte muss die Spannung wieder herabgesetzt werden. Dafür benötigt man Spannungswandler (Transformatoren).

Im einfachsten Fall besteht ein Transformator aus zwei Spulen, die mit einem Eisenkern verbunden sind. Fließt in der 1. Spule (Primärspule) Strom, so baut sich in dem Eisenkern ein Magnetfeld auf. In der 2. Spule (Sekundärspule) entsteht für kurze Zeit eine Induktionsspannung.

In Kraftwerken wird hohe Spannung erzeugt, aber zum Energietransport muss sie noch höher sein. Für die Haushalte muss die Spannung wieder herabgesetzt werden. Dafür benötigt man Spannungswandler (Transformatoren).

Im einfachsten Fall besteht ein Transformator aus zwei Spulen, die mit einem Eisenkern verbunden sind. Fließt in der 1. Spule (Primärspule) Strom, so baut sich in dem Eisenkern ein Magnetfeld auf. In der 2. Spule (Sekundärspule) entsteht für kurze Zeit eine Induktionsspannung.

Fließt in der Primärspule Wechselstrom, so ändert auch das Magnetfeld dauernd seine Stärke und seine Richtung. In der Sekundärspule wird daher laufend Wechselspannung induziert.

Die Größe der Induktionsspannung hängt von der ursprünglichen Spannung und von der Windungszahl der Spulen ab. Die Spannungen U an den Spulen des Transformators verhalten sich wie die Windungszahlen N der beiden Spulen.

Es gilt: U₁ : U₂ = N₁ : N₂

Je mehr Windungen die zweite Spule hat, desto größer ist die induzierte Spannung. Allerdings gelingt die Umwandlung nie ganz ohne Verluste.

Hochspannungstransformator

Hat die Sekundärspule sehr viel mehr Windungen als die Primärspule, entsteht eine sehr hohe Spannung.

Die Spannung ist so groß, dass es zu einem Funkenüberschlag kommt, wie in der Abbildung zu sehen ist.

Abgesehen von geringen Verlusten ist die Leistung in den beiden Spulen gleich groß. Das heißt, es gilt: P₁ = P₂ oder U₁ · I₁ = U₂ · I₂

Daraus folgt, dass sich die Stromstärken in den beiden Spulen umgekehrt wie die Windungszahlen verhalten. Es gilt: I₁ : I₂ = N₂ : N₁

Hochstromtransformator

Wenn die Sekundärspule sehr viel weniger Windungen als die Primärspule hat, wird die Stromstärke erhöht. Die Stromstärke kann sogar so groß werden, dass Metalle schmelzen. Dies wird z. B. zum elektrischen Schmelzen oder Schweißen ausgenützt.

Bei der Energieübertragung soll möglichst wenig Energie verloren gehen. Die Energie hängt maßgeblich vom Produkt aus Spannung und Stromstärke ab. Elektrischer Strom führt immer auch zur Erwärmung der Leiter und damit zu einem Verlust. Je kleiner die Stromstärke ist, desto geringer ist die Erwärmung. Die Spannung muss dazu entsprechend erhöht werden.

Transformatoren spielen bei der Energieübertragung eine große Rolle.

Die Spannung, die der Generator in einem Kraftwerk erzeugt, beträgt einige Tausend Volt. Der Transport von elektrischer Energie über weite Strecken ist nur mit Hochspannung von 110 000, 220 000 oder sogar 380 000 Volt sinnvoll möglich.

Die Spannung wird in einem Transformator auf die Hochspannung für das Leitungsnetz hinaufgesetzt.

Für die Verbraucher muss die hohe Spannung in mehreren Stufen auf die benötigte Netzspannung von 230 V oder 400 V herabgesetzt werden. Das geschieht in Umspannwerken und Transformatoren in unmittelbarer Nähe zu den Verbrauchern.

Im Kraftwerk entsteht dreiphasiger Wechselstrom (Drehstrom). Er wird über drei Phasenleiter abgeleitet und über drei Hochspannungsleitungen weitergeführt. Zusätzlich befindet sich an der Spitze der Masten ein Drahtseil. Dieses dient zum Blitzschutz und zur Übertragung von Daten.