Netzspannung

Weltkarte mit dem prozentualen Anteil der Bevölkerung in jedem Land mit Zugang zum Stromnetz (Stand: 2017), ein Maß für den Grad der Elektrifizierung.

80–100%

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Netzstrom oder Versorgungsstrom, Stromnetz, Haushaltsstrom und Wandstrom oder in einigen Teilen Kanadas als Wasserkraft bezeichnet, ist eine universelle elektrische Stromversorgung mit Wechselstrom (AC). In vielen Teilen der Welt wird dieser Strom über das Stromnetz an Haushalte und Unternehmen geliefert. Die Menschen nutzen diesen Strom, um Alltagsgegenstände wie Haushaltsgeräte, Fernseher und Lampen durch Einstecken in eine Steckdose zu betreiben. ⓘ

Die Spannung und Frequenz der elektrischen Energie ist von Region zu Region unterschiedlich. In weiten Teilen der Welt wird eine Spannung von (nominell) 230 Volt und eine Frequenz von 50 Hz verwendet. In Nordamerika ist die häufigste Kombination 120 V und eine Frequenz von 60 Hz. Es gibt auch andere Kombinationen, z. B. 230 V bei 60 Hz. Die tragbaren Geräte der Reisenden können durch ausländische Stromversorgungen funktionsunfähig oder beschädigt werden. Nicht austauschbare Stecker und Steckdosen in verschiedenen Regionen bieten einen gewissen Schutz vor der versehentlichen Verwendung von Geräten mit inkompatiblen Spannungs- und Frequenzanforderungen. ⓘ

Weltkarte der Netzspannungen und Netzfrequenzen (Stand 2015) ⓘ

Weltkarte des Zugangs der Bevölkerung zum Niederspannungsnetz (Stand 2017) als Maß für die Elektrifizierung

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60,1 %–80 %

40,1 %–60 %

20,1 %–40 %

0–20 % ⓘ

Als Netzspannung wird die von den Energieversorgern in den Stromnetzen bereitgestellte elektrische Spannung bezeichnet, die zur Übertragung elektrischer Energie eingesetzt wird. Im engeren Sinn wird unter Netzspannung häufig die Höhe der Wechselspannung in den Niederspannungsnetzen verstanden, im Gegensatz zu den Spannungen im Hochspannungsnetz. ⓘ

Terminologie

Eine Tischlampe, die an eine Wandsteckdose (das Stromnetz) angeschlossen ist ⓘ

In den USA wird das Stromnetz mit verschiedenen Bezeichnungen bezeichnet, darunter "utility power", "household power", "household electricity", "house current", "powerline", "domestic power", "wall power", "line power", "AC power", "city power", "street power" und "120 (one twenty)". ⓘ

Im Vereinigten Königreich wird das Stromnetz allgemein als "the mains" bezeichnet. In Kanada wird mehr als die Hälfte des Stroms aus Wasserkraft gewonnen, und in einigen Regionen des Landes wird der Netzstrom oft als "Hydro" bezeichnet. Dies spiegelt sich auch in den Namen aktueller und historischer Strommonopole wie Hydro-Québec, BC Hydro, Manitoba Hydro, Newfoundland and Labrador Hydro und Hydro One wider. ⓘ

Stromnetze

Weltweit gibt es viele verschiedene Stromversorgungssysteme für den Betrieb von elektrischen Geräten und Beleuchtungsanlagen in Haushalten und kleinen Unternehmen. Die verschiedenen Systeme unterscheiden sich in erster Linie durch ihre

Spannung
Frequenz
Stecker und Steckdosen (Buchsen oder Steckdosen)
Erdungsanlage (Erdung)
Schutz vor Überstromschäden (z. B. durch Kurzschluss), elektrischem Schlag und Brandgefahren
Toleranzen der Parameter. ⓘ

Alle diese Parameter variieren von Region zu Region. Die Spannungen liegen im Allgemeinen im Bereich von 100-240 V (immer als Effektivwert angegeben). Die beiden gebräuchlichsten Frequenzen sind 50 Hz und 60 Hz. Heutzutage wird meist einphasiger oder dreiphasiger Strom verwendet, obwohl Anfang des 20. Ausländische Enklaven, wie z. B. große Industrieanlagen oder Militärstützpunkte in Übersee, haben möglicherweise eine andere Standardspannung oder -frequenz als die umliegenden Gebiete. In manchen Stadtgebieten gelten andere Normen als in den umliegenden Gebieten (z. B. in Libyen). In Regionen, in denen faktisch Anarchie herrscht, gibt es möglicherweise keine zentrale Stromversorgungsbehörde, und der Strom wird von inkompatiblen privaten Quellen geliefert. ⓘ

Früher wurden viele andere Kombinationen von Spannung und Netzfrequenz verwendet, mit Frequenzen zwischen 25 Hz und 133 Hz und Spannungen von 100 V bis 250 V. Gleichstrom (DC) wurde in öffentlichen Stromnetzen von Wechselstrom (AC) verdrängt, aber Gleichstrom wurde vor allem in einigen Stadtgebieten bis zum Ende des 20. Die modernen Kombinationen von 230 V/50 Hz und 120 V/60 Hz, die in der IEC 60038 aufgeführt sind, galten in den ersten Jahrzehnten des 20. In Industriebetrieben mit Dreiphasenstrom sind für Großgeräte andere, höhere Spannungen installiert (und andere Steckdosen und Stecker), aber für Beleuchtung und tragbare Geräte gelten nach wie vor die hier aufgeführten üblichen Spannungen. ⓘ

Allgemeine Verwendung von Elektrizität

Elektrizität wird für Beleuchtung, Heizung, Kühlung, Elektromotoren und elektronische Geräte verwendet. Die US Energy Information Administration (EIA) hat veröffentlicht: Geschätzter Stromverbrauch der privaten Haushalte in den USA nach Verwendungszweck, für das Jahr 2016 ⓘ

Verwendungszweck	Petajoule (Terawattstunden)	Anteil am Gesamt ⓘ
Raumkühlung	890 (247)	18%
Warmwasserbereitung	480 (134)	9%
Beleuchtung	460 (129)	9%
Kältetechnik	370 (103)	7%
Raumheizung	350 (96)	7%
Fernsehgeräte und ähnliche Geräte¹	300 (83)	6%
Wäschetrockner	220 (61)	4%
Ofenventilatoren und Kesselumwälzpumpen	120 (32)	2%
Computer und verwandte Geräte²	120 (32)	2%
Kochgeräte	120 (32)	2%
Geschirrspülmaschinen³	100 (28)	2%
Gefriergeräte	79 (22)	2%
Wäschewaschmaschinen³	29 (8)	1%
Sonstige Verwendungen⁴	1,460 (405)	29%
Gesamtverbrauch	5,100 (1,410)	100%

¹ Einschließlich Fernsehgeräte, Set-Top-Boxen, Heimkinosysteme, DVD-Player und Videospielkonsolen

² Beinhaltet Desktop- und Laptop-Computer, Monitore und Netzwerkgeräte.

³ Umfasst nicht die Warmwasserbereitung.

⁴ Umfasst kleine elektrische Geräte, Heizelemente, Außenbeleuchtung, Außengrills, Pool- und Sprudelbadheizungen, Notstromgeneratoren und oben nicht aufgeführte Motoren. Umfasst nicht das Aufladen von Elektrofahrzeugen. ⓘ

Elektronische Geräte wie Computer oder Fernsehgeräte verwenden in der Regel einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler oder einen Wechselstromadapter, um das Gerät mit Strom zu versorgen. Dieser ist oft in der Lage, mit einem breiten Spannungsbereich und mit beiden gängigen Netzfrequenzen zu arbeiten. Andere Wechselstromanwendungen haben in der Regel einen wesentlich eingeschränkteren Eingangsbereich. ⓘ

Gebäudeverkabelung

Tragbare Geräte werden einphasig mit zwei oder drei verdrahteten Kontakten an jeder Steckdose betrieben. Zwei Drähte (Nullleiter und stromführende/aktive/heiße Leitung) führen den Strom zum Betrieb des Geräts. Ein dritter Draht, der nicht immer vorhanden ist, verbindet die leitenden Teile des Gerätegehäuses mit der Erde. Dies schützt den Benutzer vor einem Stromschlag, wenn stromführende Innenteile versehentlich das Gehäuse berühren. ⓘ

In Nord- und Mitteleuropa erfolgt die Stromversorgung in Privathaushalten in der Regel über 400-V-Drehstrom, der zwischen jeder einzelnen Phase und dem Nullleiter 230 V ergibt. Die Hausverkabelung kann aus einer Mischung von dreiphasigen und einphasigen Stromkreisen bestehen, aber dreiphasige Stromkreise sind im Vereinigten Königreich selten. Leistungsstarke Geräte wie Küchenherde, Warmwasserbereiter und schwere Haushaltsgeräte wie Holzspalter können an das 400-V-Drehstromnetz angeschlossen werden. ⓘ

Kleine ortsveränderliche Elektrogeräte werden über flexible Kabel mit einem Stecker, der in eine feste Steckdose eingesteckt wird, an das Stromnetz angeschlossen. Größere elektrische Geräte für den Haushalt und die Industrie können fest an die feste Verkabelung des Gebäudes angeschlossen sein. So wird beispielsweise in nordamerikanischen Haushalten ein am Fenster montiertes Klimagerät an eine Steckdose angeschlossen, während die zentrale Klimaanlage für ein ganzes Haus fest verdrahtet ist. Größere Stecker- und Steckdosenkombinationen werden für industrielle Geräte verwendet, die größere Ströme, höhere Spannungen oder dreiphasigen Strom führen. ⓘ

Stromkreisunterbrecher und Sicherungen werden eingesetzt, um Kurzschlüsse zwischen den Leitungs- und Null- oder Erdungsdrähten oder die Aufnahme von mehr Strom, als die Drähte verkraften können, zu erkennen (Überlastungsschutz), um Überhitzung und mögliche Brände zu verhindern. Diese Schutzvorrichtungen sind in der Regel in einer zentralen Schalttafel - in der Regel eine Verteilertafel oder eine Verbrauchereinheit - in einem Gebäude angebracht, aber einige Verkabelungssysteme bieten auch eine Schutzvorrichtung an der Steckdose oder im Stecker. Fehlerstromschutzschalter, die auch als Erdschlussstromunterbrecher und Geräteableitstromunterbrecher bekannt sind, werden zur Erkennung von Erdungsfehlern eingesetzt, d. h. von Stromflüssen in anderen Leitungen als dem Nullleiter und der Leitung (z. B. in der Erdleitung oder einer Person). Wenn ein Erdschluss erkannt wird, schaltet das Gerät den Stromkreis schnell ab. ⓘ

Spannungsebenen

Weltkarte der Netzspannungen und -frequenzen, vereinfacht auf Länderebene ⓘ

Der größte Teil der Weltbevölkerung (Europa, Afrika, Asien, Australien, Neuseeland und ein Großteil Südamerikas) verwendet eine Netzspannung, die nicht mehr als 6 % von 230 V entfernt ist. Im Vereinigten Königreich und in Australien beträgt die Nennspannung 230 V +10%/-6%, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die meisten Transformatoren immer noch auf 240 V eingestellt sind. Die 230-V-Norm hat sich weit verbreitet, so dass 230-V-Geräte in den meisten Teilen der Welt mit Hilfe eines Adapters oder einer Änderung des Gerätesteckers entsprechend der Norm des jeweiligen Landes verwendet werden können. Die Vereinigten Staaten und Kanada verwenden eine Versorgungsspannung von 120 Volt ± 6 %. Japan, Taiwan, Saudi-Arabien, Nordamerika, Mittelamerika und einige Teile des nördlichen Südamerikas verwenden eine Spannung zwischen 100 V und 127 V. Die meisten Haushalte in Japan sind jedoch wie in den USA mit Split-Phase-Strom ausgestattet, der bei gleichzeitiger Verwendung der umgekehrten Phase 200 V liefern kann. Brasilien ist insofern ungewöhnlich, als es sowohl 127-V- als auch 220-V-Systeme mit 60 Hz hat und außerdem austauschbare Stecker und Steckdosen zulässt. Saudi-Arabien und Mexiko haben gemischte Spannungssysteme; in Wohngebäuden und leichten Geschäftsgebäuden verwenden beide Länder 127 Volt, in gewerblichen und industriellen Anwendungen 220 Volt. Die saudische Regierung genehmigte im August 2010 Pläne für die Umstellung des Landes auf ein vollständiges 230/400-Volt-System, während Mexiko keine Pläne für eine Umstellung hat. ⓘ

Messung der Spannung

Es ist zu unterscheiden zwischen der Spannung am Einspeisepunkt (Nennspannung am Verbindungspunkt zwischen dem Stromversorgungsunternehmen und dem Benutzer) und der Nennspannung der Geräte (Nutz- oder Lastspannung). In der Regel ist die Betriebsspannung 3 bis 5 % niedriger als die Nennspannung des Netzes; so wird beispielsweise ein Netz mit einer Nennspannung von 208 V an Motoren angeschlossen, auf deren Typenschild "200 V" angegeben ist. Damit wird der Spannungsabfall zwischen Gerät und Netz berücksichtigt. Bei den in diesem Artikel angegebenen Spannungen handelt es sich um die Nennversorgungsspannungen; die in diesen Systemen verwendeten Geräte weisen etwas niedrigere Nennspannungen auf. Die Spannung in Stromverteilungssystemen ist nahezu sinusförmig. Die Spannungen werden als Effektivspannung (RMS) angegeben. Die Spannungstoleranzen gelten für den stationären Betrieb. Kurzzeitige hohe Lasten oder Schaltvorgänge im Stromverteilungsnetz können zu kurzfristigen Abweichungen außerhalb des Toleranzbereichs führen, und Gewitter und andere ungewöhnliche Bedingungen können noch größere vorübergehende Schwankungen verursachen. Im Allgemeinen sind Stromversorgungen, die aus großen Netzen mit vielen Quellen stammen, stabiler als solche, die eine isolierte Gemeinde mit vielleicht nur einem einzigen Generator versorgen. ⓘ

Wahl der Spannung

Die Wahl der Versorgungsspannung hat eher historische Gründe als eine Optimierung des Stromverteilungssystems - wenn eine Spannung einmal verwendet wird und Geräte, die diese Spannung nutzen, weit verbreitet sind, ist ein Wechsel der Spannung eine drastische und teure Maßnahme. Ein 230-Volt-Verteilungssystem benötigt weniger Leitermaterial als ein 120-Volt-System, um eine bestimmte Strommenge zu liefern, da der Strom und damit der Widerstandsverlust geringer ist. Während große Heizgeräte bei 230 V für die gleiche Leistung kleinere Leiter verwenden können, nutzen nur wenige Haushaltsgeräte annähernd die volle Kapazität der Steckdose, an die sie angeschlossen sind. Die Mindestdrahtgröße für handgehaltene oder tragbare Geräte wird in der Regel durch die mechanische Festigkeit der Leiter begrenzt. ⓘ

In vielen Gebieten, wie z. B. in den USA, in denen (nominell) 120 V verwendet werden, werden zur Versorgung von Großgeräten Dreileitersysteme mit geteilter Phase und 240 V verwendet. In diesem System hat eine 240-V-Versorgung einen in der Mitte angezapften Nullleiter, um zwei 120-V-Versorgungen zu erhalten, die auch 240-V-Lasten versorgen können, die zwischen den beiden Leitungsdrähten angeschlossen sind. Dreiphasige Systeme können so angeschlossen werden, dass sich verschiedene Spannungskombinationen ergeben, die für die Verwendung durch unterschiedliche Geräteklassen geeignet sind. Wenn sowohl einphasige als auch dreiphasige Lasten von einem elektrischen System versorgt werden, kann das System mit beiden Spannungen gekennzeichnet werden, z. B. 120/208 oder 230/400 V, um die Spannung von Leitung zu Null und die Spannung von Leitung zu Leitung anzugeben. Große Lasten werden für die höhere Spannung angeschlossen. Andere dreiphasige Spannungen, bis zu 830 Volt, werden gelegentlich für spezielle Systeme wie Ölquellenpumpen verwendet. Große Industriemotoren (z. B. mit mehr als 250 PS oder 150 kW) können mit Mittelspannung betrieben werden. Bei 60-Hz-Systemen beträgt die Norm für Mittelspannungsgeräte 2.400/4.160 V, während bei 50-Hz-Systemen 3.300 V die übliche Norm ist. ⓘ

Normung

Bis 1987 war die Netzspannung in weiten Teilen Europas, einschließlich Deutschland, Österreich und der Schweiz, $220(\pm 22)\,\mathrm {V}$ während das Vereinigte Königreich $240(\pm 24)\,\mathrm {V}$ . Die Norm ISO IEC 60038:1983 definierte die neue europäische Standardspannung als $230(\pm 23)\,\mathrm {V}$ . ⓘ

Ab 1987 wurde eine schrittweise Umstellung auf $230_{-23}^{+13.8}\,\mathrm {V}$ eingeführt. Ab 2009 darf die Spannung $230(\pm 23)\,\mathrm {V}$ . Weder für das mitteleuropäische noch für das britische System war eine Änderung der Spannung erforderlich, da sowohl 220 V als auch 240 V in den unteren Toleranzbereich von 230 V fallen (230 V ±6 %). In einigen Gebieten des Vereinigten Königreichs gibt es aus alten Gründen noch 250 Volt, aber auch diese fallen in das 10 %ige Toleranzband von 230 Volt. In der Praxis hat dies dazu geführt, dass die Länder mit der gleichen Spannung (220 oder 240 V) versorgt wurden, zumindest bis die vorhandenen Versorgungstransformatoren ersetzt werden. Die in diesen Ländern verwendeten Geräte (mit Ausnahme von Glühbirnen) sind so ausgelegt, dass sie jede Spannung innerhalb des angegebenen Bereichs annehmen können. In den Vereinigten Staaten und Kanada legen die nationalen Normen fest, dass die Nennspannung an der Quelle 120 V betragen sollte und einen Bereich von 114 V bis 126 V (RMS) (-5% bis +5%) zulässt. Historisch gesehen wurden zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Orten in Nordamerika 110 V, 115 V und 117 V verwendet. Die Netzspannung wird manchmal als 110 V bezeichnet; die Nennspannung ist jedoch 120 V. ⓘ

Im Jahr 2000 stellte Australien auf 230 V als Nennnorm mit einer Toleranz von +10%/-6% um und löste damit die alte 240-V-Norm AS2926-1987 ab. Wie im Vereinigten Königreich liegen 240 V innerhalb der zulässigen Grenzen, und "240 Volt" ist im australischen und britischen Englisch ein Synonym für Netzspannung. In Japan erfolgt die Stromversorgung der Haushalte mit 100 und 200 V. Die östlichen und nördlichen Teile von Honshū (einschließlich Tokio) und Hokkaidō haben eine Frequenz von 50 Hz, während West-Honshū (einschließlich Nagoya, Osaka und Hiroshima), Shikoku, Kyūshū und Okinawa mit 60 Hz arbeiten. An der Grenze zwischen den beiden Regionen befinden sich vier Hochspannungs-Gleichstrom-Umspannwerke (HGÜ), die den Strom zwischen den beiden Netzen übertragen: Shin Shinano, Sakuma Dam, Minami-Fukumitsu und der Frequenzumrichter Higashi-Shimizu. Um den Unterschied auszugleichen, können in Japan vermarktete frequenzabhängige Geräte oft zwischen den beiden Frequenzen umgeschaltet werden. ⓘ

Geschichte

Ein 50-Hz- ±5-Hz-Schwingungszähler für 220-V-Netze ⓘ

Die erste öffentliche Stromversorgung der Welt war ein wasserradbetriebenes System, das 1881 in der englischen Kleinstadt Godalming errichtet wurde. Es handelte sich um ein Wechselstromsystem mit einem Siemens-Generator, der sowohl die Straßenbeleuchtung als auch die Verbraucher mit zwei Spannungen versorgte: 250 V für Bogenlampen und 40 V für Glühlampen. ⓘ

Die erste Großanlage der Welt - Thomas Edisons dampfbetriebene Station am Holborn Viaduct in London - nahm im Januar 1882 den Betrieb auf und lieferte Gleichstrom mit 110 V. Die Station am Holborn Viaduct diente als Konzeptnachweis für den Bau der viel größeren Pearl Street Station in Manhattan, der ersten permanenten kommerziellen Zentralanlage der Welt. Die Pearl Street Station lieferte ab dem 4. September 1882 auch Gleichstrom mit 110 V, der als "sichere" Spannung für die Verbraucher galt. ⓘ

Mitte der 1880er Jahre kamen in den USA Wechselstromsysteme auf, die eine höhere Verteilerspannung verwendeten, die über Transformatoren auf die von Edison verwendete 110-V-Kundenspannung herabgesetzt wurde. 1883 patentierte Edison ein dreiadriges Verteilungssystem, mit dem Gleichstromerzeugungsanlagen einen größeren Radius von Kunden bedienen konnten, um Kupferkosten zu sparen. Indem zwei Gruppen von 110-V-Lampen in Reihe geschaltet wurden, konnte mit denselben Leitern, die mit 220 V dazwischen verlegt wurden, eine größere Last bedient werden; ein Neutralleiter übertrug etwaige Stromungleichgewichte zwischen den beiden Teilstromkreisen. Wechselstromkreise nahmen während des Krieges die gleiche Form an, so dass Lampen mit etwa 110 V und größere Geräte mit 220 V betrieben werden konnten. Die Nennspannungen stiegen allmählich auf 112 V und 115 V oder sogar 117 V an. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde die Standardspannung in den USA auf 117 V angehoben, aber viele Gebiete hinkten noch bis in die 1960er Jahre hinterher. Im Jahr 1967 wurde die Nennspannung auf 120 V erhöht, aber die Umstellung der Geräte erfolgte nur langsam. Heute haben praktisch alle amerikanischen Haushalte und Unternehmen Zugang zu 120 und 240 V bei 60 Hz. Beide Spannungen sind auf drei Leitungen verfügbar (zwei "heiße" Schenkel mit entgegengesetzter Phase und ein "neutraler" Schenkel). ⓘ

Im Jahr 1899 beschlossen die Berliner Elektrizitäts-Werke (BEW), ihre Verteilungskapazität durch die Umstellung auf eine 220-V-Nennspannung erheblich zu erhöhen, um die höhere Spannungsfähigkeit der neu entwickelten Metallglühlampen zu nutzen. Das Unternehmen konnte die Kosten für die Umstellung der Kundengeräte durch die daraus resultierenden Einsparungen bei den Kosten für die Verteilungsleitungen ausgleichen. Dies wurde zum Modell für die Stromverteilung in Deutschland und im übrigen Europa, und das 220-Volt-System setzte sich durch. Die nordamerikanische Praxis blieb bei Spannungen nahe 110 V für Lampen. ⓘ

Im ersten Jahrzehnt nach der Einführung des Wechselstroms in den USA (von den frühen 1880er Jahren bis etwa 1893) wurde eine Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen verwendet, wobei jeder Stromanbieter seine eigene Frequenz festlegte, so dass sich keine einzige durchsetzte. Die häufigste Frequenz war 133⅓ Hz. Die Drehgeschwindigkeit von Induktionsgeneratoren und Motoren, der Wirkungsgrad von Transformatoren und das Flackern von Kohlebogenlampen spielten bei der Frequenzeinstellung eine Rolle. Um 1893 beschlossen die Westinghouse Electric Company in den Vereinigten Staaten und die AEG in Deutschland, ihre Stromerzeugungsanlagen auf 60 Hz bzw. 50 Hz zu standardisieren, was schließlich dazu führte, dass der größte Teil der Welt mit einer dieser beiden Frequenzen versorgt wurde. Heute liefern die meisten 60-Hz-Systeme nominal 120/240 V und die meisten 50-Hz-Systeme nominal 230 V. Die wichtigsten Ausnahmen sind Brasilien, das ein synchronisiertes 60-Hz-Netz mit 127 V und 220 V als Standardspannungen in verschiedenen Regionen hat, und Japan, das zwei Frequenzen hat: 50 Hz für Ostjapan und 60 Hz für Westjapan. ⓘ

Spannungsregelung

Um die Spannung beim Kunden innerhalb des zulässigen Bereichs zu halten, verwenden die Stromversorgungsunternehmen Regelungseinrichtungen in Umspannwerken oder entlang der Verteilungsleitung. In einem Umspannwerk verfügt der Abspanntransformator über einen automatischen Stufenschalter, mit dem das Verhältnis zwischen Übertragungs- und Verteilungsspannung stufenweise eingestellt werden kann. Bei langen (mehrere Kilometer langen) ländlichen Verteilungsleitungen können automatische Spannungsregler an den Masten der Verteilungsleitung angebracht werden. Dabei handelt es sich ebenfalls um Spartransformatoren mit Stufenschaltern, die das Verhältnis in Abhängigkeit von den beobachteten Spannungsschwankungen anpassen. Bei jedem Kunden hat der Abspanntransformator bis zu fünf Anzapfungen, um einen gewissen Einstellbereich zu ermöglichen, normalerweise ±5 % der Nennspannung. Da diese Anzapfungen nicht automatisch gesteuert werden, dienen sie nur zur Anpassung der langfristigen Durchschnittsspannung an der Anschlussstelle und nicht zur Regelung der Spannung, die der Kunde des Versorgungsunternehmens sieht. ⓘ

Netzqualität

Die Stabilität der an die Kunden gelieferten Spannung und Frequenz ist in den einzelnen Ländern und Regionen unterschiedlich. Der Begriff "Netzqualität" beschreibt den Grad der Abweichung von der nominalen Versorgungsspannung und -frequenz. Kurzfristige Überspannungen und Ausfälle beeinträchtigen empfindliche elektronische Geräte wie Computer und Flachbildschirme. Längerfristige Stromausfälle, Spannungsabfälle und Stromausfälle sowie eine geringe Zuverlässigkeit der Versorgung erhöhen im Allgemeinen die Kosten für die Kunden, die unter Umständen in unterbrechungsfreie Stromversorgungen oder Notstromaggregate investieren müssen, um die Stromversorgung zu gewährleisten, wenn das Versorgungsnetz nicht verfügbar oder unbrauchbar ist. Eine unregelmäßige Stromversorgung kann für Unternehmen und öffentliche Einrichtungen, die auf elektrische Maschinen, Beleuchtung, Klimatisierung und Computer angewiesen sind, einen schweren wirtschaftlichen Nachteil darstellen. Selbst das hochwertigste Stromnetz kann ausfallen oder gewartet werden müssen. Aus diesem Grund haben Unternehmen, Behörden und andere Organisationen manchmal Notstromaggregate in sensiblen Einrichtungen, um sicherzustellen, dass die Stromversorgung auch bei einem Stromausfall oder Blackout verfügbar ist. ⓘ

Die Netzqualität kann auch durch Verzerrungen der Strom- oder Spannungswellenform in Form von Oberschwingungen der Grund- (Versorgungs-)frequenz oder nichtharmonischen (Inter-)Modulationsverzerrungen beeinträchtigt werden, wie sie beispielsweise durch RFI- oder EMI-Störungen verursacht werden. Im Gegensatz dazu werden harmonische Verzerrungen in der Regel durch die Bedingungen der Last oder des Generators verursacht. Bei mehrphasigem Strom können durch unsymmetrische Lasten verursachte Phasenverschiebungsverzerrungen auftreten. ⓘ

Niederspannung

Kenndaten

Die vom Energieversorger (in Deutschland: Verteilnetzbetreiber) am Netzanschlusspunkt bereitgestellte Netzspannung ist gemäß IEC 60038 (in Deutschland: DIN EN 60038 VDE 0175-1) charakterisiert durch ihre

Nennspannung:
- bei Einphasen-Systemen: Effektivwert der sinusförmigen Wechselspannung zwischen Außenleiter und Neutralleiter
- bei Dreiphasensystemen: Effektivwert der sinusförmigen Wechselspannung zwischen zwei Außenleitern
Toleranz der Nennspannung
Nennfrequenz ⓘ

In Europa sind weitere Merkmale der Spannung (Frequenz, Höhe, Kurvenform und Symmetrie der Außenleiterspannungen) in der EN 50160 festgelegt. ⓘ

Verteilung

Europa

Aufbau Niederspannungsnetz ⓘ

An die Abnehmer im Niederspannungsnetz wird die Netzspannung meist mit folgenden Konfigurationen in TN-Systemen verteilt:

den drei Außenleitern (umgangssprachlich Phasen) (L1, L2 und L3),
einem Neutralleiter (N) und
einem Schutzleiter (PE = protective earth oder Potential Erde)

oder

den drei Außenleitern (Phasen) (L1, L2 und L3) und
einem PEN-Leiter. Bei diesem sind Neutralleiter und Schutzleiter in einem einzigen Leiter kombiniert. ⓘ

In Europa beträgt die Netzspannung 230 V ± 23 V bei einer Netzfrequenz von 50 Hz ± 0,2 Hz. ⓘ

In Dreiphasensystemen beträgt der Effektivwert der sinusförmigen Netzwechselspannung zwischen einem Außenleiter und dem Neutralleiter 230 V, zwischen zwei Außenleitern ca. 400 Volt. ⓘ

Störung der Netzspannung

Der sinusförmige Verlauf der Netzspannung wird zunehmend durch nichtlineare Verbraucher gestört. Dazu zählen Gasentladungslampen, Gleichrichter, Dimmer (Thyristor- und Triac-Steller), Frequenzumrichter, Kompaktleuchtstofflampen und Schaltnetzteile ohne Blindleistungskompensation (Power-Factor Correction, PFC). ⓘ

Am 1. Januar 2001 trat eine EMV-Norm in Kraft, die Vorschriften über das zulässige niederfrequente Störspektrum (Oberschwingungen) für elektronische Verbraucher ab 75 Watt festlegt. ⓘ

Auch Asynchronmotoren verursachen Netzverunreinigungen, das sogenannte Nutenpfeifen. Es entsteht durch die Unterteilung des Käfigläufers und die dadurch hervorgerufene, ins Netz zurückgespeiste Wechselspannung mit höherer, drehzahlabhängiger Frequenz. ⓘ

Die Netzfrequenz wird heute entsprechend den Anforderungen des Europäischen Verbundnetzes sehr genau eingehalten, so dass sie als Referenzwert verwendet werden kann, z. B. zur Steuerung elektrischer Uhren oder für spannungsgeführte Wechselrichter zur Einspeisung von Solarstrom. ⓘ

Schutz gegen Berührung

Die Berührung von Netzspannung führenden Leitern kann lebensgefährlich sein. Die Netzspannung liegt oberhalb der Schutzkleinspannung beziehungsweise Sicherheitskleinspannung. Aus diesem Grund müssen sowohl für die Versorgungsleitungen als auch für die mit Netzspannung betriebenen Geräte Schutzmaßnahmen gegen den elektrischen Schlag bei Berührung spannungsführender Leitungen getroffen werden. ⓘ

Dazu gehören Schutzisolierung, Schutzerdung und Schutztrennung, die verhindern, dass berührbare leitfähige Teile (z. B. Gehäuse) bei einem Defekt gefährliche Spannungen annehmen. ⓘ

Steckdosen müssen gegen Berührung der spannungsführenden Teile gesichert sein. Zum Schutz von Kindern gibt es zusätzlich Kindersicherungen, die ein Einführen von Gegenständen in die Öffnungen von Steckdosen verhindern sollen. ⓘ

Mittelspannung

Größere Abnehmer wie beispielsweise Industriebetriebe oder Krankenhäuser werden üblicherweise direkt aus dem Mittelspannungsnetz mit Spannungen von 10 kV (Kilovolt) oder 20 kV, in Einzelfällen bis 30 kV, über eine oder mehrere betriebseigene Transformatorenstationen versorgt. ⓘ

Hochspannung

Auch in Hochspannungsnetzen werden fast immer genormte Spannungen verwendet. So werden im Höchstspannungsnetz in Europa überwiegend die Spannungen 220 kV und 380 kV verwendet. Das Hochspannungsnetz wird im Regelfall mit 110 kV betrieben, allerdings gibt es auch 60-kV-Netze (insbesondere in Großstädten mit älteren Kabelsystemen). ⓘ

In anderen Gebieten sind zum Teil andere Spannungsebenen üblich: So existieren in Russland Höchstspannungsnetze mit 1150 kV, 750 kV, 500 kV und 330 kV, während die Spannungen in den Höchstspannungsnetzen in den USA 765 kV, in Kanada 735 kV, 500 kV und 345 kV betragen. Für Hochspannungsnetze ist in den USA der Wert 132 kV üblich. ⓘ

Im Mittelspannungsnetz sind neben 20 kV vor allem in städtischen Gebieten wegen der dort älteren Kabelsysteme auch 10 kV üblich. Bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung gibt es keine normierten Spannungen. ⓘ

In Bahnstrom-Speisenetzen beträgt die Normspannung in Deutschland und Österreich 110 kV, in der Schweiz 66 kV und 132 kV. ⓘ

Bahnstrom

Fahrleitung (16⅔ Hz, 15 kV) deutscher Bauart am Bahnhof Thayngen, Schweiz (2018)

Im Bahnbetrieb selbst (Oberleitungen) haben sich zahlreiche Spannungen durchgesetzt. Bei Vollbahnen dominieren die folgenden fünf Systeme (siehe dazu Liste der Bahnstromsysteme):

Einphasenwechselspannung 50 Hz, 25 kV
Einphasenwechselspannung 60 Hz, 25 kV
Einphasenwechselspannung 16⅔ Hz, 15 kV (nur Deutschland, Österreich und Schweiz [alle: mit wenigen Ausnahme-Strecken, seit 1995: 16,7 Hz]; Norwegen, Schweden)
Gleichspannung 3 kV
Gleichspannung 1,5 kV (u. a. Frankreich und Niederlande [neue Schnellfahrstrecken: 50 Hz, 25 kV]) ⓘ

Bei Straßen- und U-Bahnen ist die Spannung nicht genormt. In Deutschland, Österreich und der Schweiz werden hier meist Gleichspannungen von 500 V bis 750 V verwendet. ⓘ