Die Sternschaltung ist eine häufig verwendete Anschlussart in der Elektrotechnik, insbesondere bei Drehstrom-Anwendungen. Sie zeichnet sich durch eine sternförmige Anordnung der Phasen aus, bei der die Verbraucher mit einem gemeinsamen Punkt, dem sogenannten Neutralleiter, verbunden sind. Diese elektrische Schaltung ermöglicht eine stabile Verteilung von Spannung, Strom und Leistung und wird oft in der Energieverteilung und in Transformatoren eingesetzt.
In der Sternschaltung werden drei Außenleiter jeweils mit einem Ende eines Verbrauchers verbunden. Die anderen Enden aller drei Verbraucher sind am gemeinsamen Neutralleiter, auch Sternpunkt genannt, zusammengeführt. Dadurch ergibt sich eine sternförmige Topologie. Jeder Verbraucher liegt zwischen einem Außenleiter und dem Neutralleiter. Die anliegenden Spannungen an diesen Verbrauchern werden als Strangspannungen bezeichnet.
Zwischen zwei Außenleitern liegt die sogenannte Leiterspannung, die größer ist als die Strangspannung. Es gilt die Beziehung:
UL=3⋅USU_L = \sqrt{3} \cdot U_SUL=3⋅US
Dabei steht ULU_LUL für die Leiterspannung und USU_SUS für die Strangspannung. Das Zeichen „cdot“ steht für die Multiplikation. In einer symmetrischen Sternschaltung sind die Strangspannungen gleich groß, ebenso wie die Strangströme, wenn die Widerstände der einzelnen Verbraucher identisch sind.
Neben der Sternschaltung gibt es auch die Dreieckschaltung, bei der die Verbraucher in Form eines geschlossenen Dreiecks verbunden werden. Im Vergleich zur Sternschaltung sind hier die Anschlusspunkte der Verbraucher direkt miteinander verbunden, wodurch ein Dreieck entsteht. Beide Schaltungsarten kommen in elektrischen Schaltungen wie bei Elektromotoren oder Transformatoren vor.
Ein wichtiger Unterschied liegt in den anliegenden Spannungen und Strömen. In der Dreieckschaltung entspricht die Leiterspannung der Spannung am Verbraucher, während in der Sternschaltung die Strangspannung am Verbraucher anliegt. Bei identischem Widerstand pro Phase sind in der Sternschaltung die Strangströme gleich den Außenleiterströmen.
Die Spannungen, Ströme und Widerstände in der Sternschaltung lassen sich gut berechnen. Bei gleicher Belastung – also gleichen Widerständen in allen Phasen – sind die Ströme gleich groß. In diesem Fall spricht man von einer symmetrischen Belastung. Dann ist der Strom im Neutralleiter gleich null, da sich die Ströme gegenseitig aufheben.
Die Höhe des Stroms hängt vom jeweiligen Widerstand ab, über den er fließt. Je niedriger der Widerstand, desto höher der Strom. Der Wert der Widerstände in den einzelnen Strängen ist entscheidend für die Stromverteilung im Netz.
Die Sternschaltung spielt eine zentrale Rolle bei der Transformation von elektrischer Energie. In der Energieversorgung wird sie häufig in Verbindung mit Transformatoren eingesetzt, um elektrische Energie effizient über große Distanzen zu transportieren. Dabei ist der Anschluss in Sternform besonders vorteilhaft, da sich sowohl gleiche Spannungen für Verbraucher realisieren lassen als auch unterschiedliche Spannungsebenen bereitgestellt werden können.
Durch die Kombination aus Stern- und Dreieckschaltung können Motoren beim Anlaufen zunächst im Stern betrieben werden (geringere Stromaufnahme) und später im Dreieck (voller Drehmoment). Solche Lösungen sind typisch für den industriellen Einsatz mit Drehstrom.
Die wichtigsten Inhalte rund um die Sternschaltung umfassen die Struktur mit Außenleitern, Neutralleiter, Widerständen, sowie die Berechnung von Spannungen und Strömen. Die Sternschaltung bietet bei gleichen Anschlussbedingungen eine stabile und sichere Möglichkeit zur Energieverteilung.
Durch ihre Vielseitigkeit wird sie sowohl in industriellen als auch in privaten Netzen verwendet und stellt eine der wichtigsten Grundlagen in der Elektrotechnik dar. Ihre Anwendung reicht von einfachen elektrischen Schaltungen bis hin zu komplexen Transformationssystemen.
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