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Die Standardfrequenz im elektrischen Netz Europas beträgt 50 Hz. In Nordamerika und Teilen von Japan kommt dagegen eine Standardfrequenz von 60 Hz zum Einsatz. Diese Frequenzen müssen aus verschiedenen Gründen so stabil wie möglich gehalten werden:
- Zeitmessung: es gibt immer noch viele Uhren, die sich nach der Frequenz im elektrischen Netz richten. Wird die Frequenz höher, so gehen sie schneller. Wird die Frequenz hingegen tiefer, so gehen sie langsamer.
- Maschinen: Grosse elektrische Maschinen können Schaden nehmen, wenn die Frequenz zu tief oder zu hoch ist, oder sich sehr schnell ändert.
Damit die Frequenz immer stabil bleibt, muss das Gleichgewicht zwischen Produktion und Verbrauch elektrischer Leistung immer gegeben sein.
Ist der Verbrauch elektrischer Leistung geringer als die Produktion, so ist die Frequenz höher; ist der Verbrauch grösser als die Produktion, so ist die Frequenz tiefer. Dies hat folgenden Grund: die elektrischen Generatoren eines elektrischen Netzes drehen bei niedrigem Verbrauch leichter und schneller. Sie drehen dadurch mit einer höheren Frequenz. Umgekehrt drehen die elektrischen Generatoren bei grösserem Verbrauch schwerer und somit mit einer tieferen Frequenz.
Alltagsvergleich mit einem Fahrrad
Auf ebener Strasse ist es einfach, die Geschwindigkeit zu halten. Sobald aber eine Steigung kommt, muss der Fahrer sich mehr anstrengen, um die gleiche Geschwindigkeit zu erreichen. Geht es aber bergab, so muss er bremsen, um die gleiche Geschwindigkeit zu halten.
Im gesamten europäischen Netz sind die elektrischen Generatoren so eingerichtet, dass sie automatisch und unverzüglich auf eine Veränderung der Netzfrequenz reagieren. Je nach Verbrauch erhöhen oder senken sie ihre Leistung. Dadurch wird sichergestellt, dass die Frequenz stabil bleibt. Diese automatische Anpassung kann mit dem Tempomat eines Autos verglichen werden.
Netzzeitabweichung
Die Netzzeit ist eine Zeitmessung, die in Europa auf der Standardnetzfrequenz von 50 Hz basiert. 50 Schwingungen des Wechselstroms entsprechen einer Sekunde der Netzzeit. Durch Frequenzschwankungen kommt es zu Abweichungen der Netzzeit. Ist die Frequenz tiefer als 50 Hz, so dauern die 50 Schwingungen etwas länger. Ist hingegen die Frequenz höher als 50 Hz, so dauern die 50 Schwingungen kürzer. Da eine Sekunde der Netzzeit immer genau 50 Schwingungen sind, dauern daher die Netzsekunden je nach Frequenz etwas kürzer oder länger. Die Netzzeitabweichung errechnet sich nun aus dem Vergleich mit der Weltzeit (UTC-Zeit), die anhand von hochpräzisen Atomuhren bestimmt wird.
Diese Netzzeitabweichung wird stetig ausgeglichen. Beträgt die Zeitabweichung mehr als 20 Sekunden, so wird die Frequenz im Netz korrigiert. Um die Zeitabweichung wieder auszugleichen, wird die ansonsten übliche Frequenz von 50 Hz (Europa) wie folgt geändert:
- 49.990 Hz, wenn die Netzzeit der Weltzeit vorauseilt
- 50.010 Hz, wenn die Netzzeit der Weltzeit hinterhergeht