Hohe Spannung verursacht hohe Stromrechnungen
Die Spannung in meinem Haus
Zu viel Spannung in Ihrem Haus?
Diese Seite ist lang, daher könnte der folgende Überblick hilfreich sein.
Überblick –
- Wie hoch sollte die Spannung sein?
- Wie man erkennt, ob die Spannung zu hoch ist
- Wie eine zu hohe Spannung die Stromrechnung erhöht
- Thermodynamik
- Warum macht Hydro One das?
- Es ist ein bisschen wie …
- Eine extreme Situation und meine Beschwerde
- Ausreden von Hydro One
- Das Fazit
1. Wie hoch sollte die Spannung sein?
Die Spannung an Ihren Steckdosen sollte innerhalb weniger Volt von 120 VAC liegen, z.B. 118-122 VAC, je nach „Last“, d.h. je nachdem, wie viele und welche Art von Geräten Sie und Ihre Nachbarn benutzen, und wie weit Sie vom letzten Transformator entfernt sind.
Außerdem sollte die durchschnittliche Spannung über Zeiträume von mehreren Tagen oder mehr sehr nahe bei 120 VAC liegen, und die Spannung sollte etwa die Hälfte der Zeit über 120 VAC und die andere Hälfte der Zeit unter 120 VAC liegen. In Zeiten außergewöhnlich hoher Belastung, wie z. B. bei sehr heißem oder sehr kaltem Wetter, haben viele Stromerzeugungsunternehmen jedoch Schwierigkeiten, ihren Kunden diese nominalen 120 VAC zu liefern.
Alle gängigen Haushaltsgeräte, die in Kanada von der Canadian Standards Association (CSA) zum Verkauf zugelassen sind, sind für 120 VAC ausgelegt (außer natürlich denjenigen, die für 240 VAC ausgelegt sind). Mein Stromversorger ist Hydro One, der die meisten ländlichen und einige vorstädtische Kunden in der kanadischen Provinz Ontario direkt mit Strom versorgt, aber viele Stromversorgungsunternehmen arbeiten auf die gleiche Weise wie Hydro One.
Der gelbe Bereich in der obigen Grafik ist der Bereich der Spannungen, die an meinem Wohnort im Dezember 2015 sowie im Januar und Februar 2016 und in jüngerer Zeit in den Jahren 2019 und 2020 gemessen wurden.
Die grünen und roten Zonen oben entsprechen der Definition im Dokument CAN3-235-83 der Canadian Standards Association, Tabelle 3, „Recommended Voltage Variation Limits for Circuits up to 1000 volts at the Service Entrance“. (Siehe insbesondere die „Spannungsrichtlinien“ auf den Seiten 35-36 des Dokuments des Ontario Energy Board). Das Ontario Energy Board stellt klar, dass
Hydro One nur Standardspannungen liefern wird. Diese Spannungen werden den Normen der Canadian Standards Association („CSA“) entsprechen.
In der Tat werden dieselben Normen in der „endgültigen Entwurfserklärung“ von Hydro One über die Bedingungen für die Versorgung der Hydro One-Kunden wiederholt (siehe insbesondere Tabelle 2, Empfohlene Grenzwerte für Spannungsschwankungen). Wir wissen also, dass dieser Standard von Hydro One verwendet wird und dass die Spannung immer im grünen Bereich und niemals in einem der roten Bereiche der obigen Tabelle liegen sollte.
Die CSA-Empfehlung für die Spannung unter normalen Betriebsbedingungen liegt bei 110 – 125 VAC, aber wie Ihnen jeder Elektriker bestätigen wird, kann es gefährlich sein, über längere Zeit am oberen Ende dieses Bereichs zu arbeiten. Die gleiche CSA-Empfehlung definiert 127 VAC als „extreme Betriebsbedingungen“, nur zwei Volt höher als das obere Ende des „normalen“ Betriebsbereichs.
Aktuelle Situation in meinem Haus – Während des Monats Januar betrug die durchschnittliche Spannung in meinem Haus 122,50 VAC und lag in 94,5 % der Fälle über der Nennspannung. Die durchschnittliche Spannung ist seit Sommer 2020 langsam angestiegen. Siehe Details zu meinen Spannungsmessungen.
2. Wie Sie feststellen, ob Sie zu viel Spannung haben
Wenn Sie ein Digitalmultimeter oder ein anderes geeignetes Instrument haben, das den entsprechenden Spannungsbereich messen kann, prüfen Sie die Spannung, die an den Steckdosen Ihres Hauses erscheint. Denken Sie daran, dass es sich um Wechselstrom (AC) und nicht um Gleichstrom (DC) handelt, wählen Sie also die entsprechende Einstellung an Ihrem Voltmeter. Die gemessene Spannung sollte innerhalb weniger Volt von 120 VAC liegen. Dies ist eine akzeptable Spannung. Überprüfen Sie die Spannung mehrere Tage lang zu verschiedenen Tages- und Nachtzeiten, um einen angemessenen Durchschnittswert zu ermitteln. Wenn Sie feststellen, dass die Spannung an Ihren Steckdosen konstant bei 124 VAC oder höher liegt, dann haben Sie zu viel Strom im Haus und verbrauchen und bezahlen deutlich mehr Energie, als Ihre Geräte verbrauchen müssen.
Bitte beachten Sie – Sie haben es mit einer potenziell tödlichen Spannung zu tun. Wenn Sie die Spannung also nicht selbst sicher überprüfen können, lassen Sie dies bitte von einem qualifizierten Elektriker, Techniker, Technologen oder Ingenieur tun. Es ist keine Schande, jemand anderen darum zu bitten, und es könnte Ihr Leben retten.
3. Wie zu viel Spannung Ihre Stromrechnung erhöht
Wenn Ihre Stromrechnung zu hoch ist, könnte einer der Gründe darin liegen, dass Ihr Stromversorger zu viel Strom, d.h. zu viel Spannung, an Ihr Haus liefert. In Nordamerika sind die meisten Ihrer Elektrogeräte für eine Spannung von 120 Volt Wechselstrom (VAC) ausgelegt, wobei für Lastschwankungen und Widerstandsverluste in den Stromleitungen ein Spielraum von einigen Volt bleibt. Wenn Ihr Stromversorger, wie Hydro One, Spannungen liefert, die durchweg höher als 120 VAC sind, dann verbrauchen Ihre Geräte durchweg mehr Strom, als sie benötigen, und Sie müssen für mehr Energie bezahlen, als Sie benötigen.
Sie erinnern sich vielleicht noch aus dem Physikunterricht in der Schule, dass eine 100-Watt-Glühbirne bei 120 Volt 100 Watt Leistung in Form von Licht und Wärme (hauptsächlich Wärme) abgibt. Das ist normal und das ist es, was wir erwarten, wenn wir den Lichtschalter einschalten.
Die gleiche Glühbirne verbraucht jedoch bei 124 VAC fast 107 Watt statt 100 Watt und Sie zahlen fast 7 % mehr für Ihren Strom. Bei 126 VAC hat die Glühbirne eine Leistung von knapp über 110 Watt und Sie zahlen 10,2 % mehr für Ihren Strom. Ihr Kühlschrank, Ihr Gefrierschrank, Ihr Herd, Ihr Ofen mit Umluftheizung, Ihre Elektroheizungen, Ihr Toaster, Ihre Sumpfpumpe, Ihre Brunnenwasserpumpe, Ihre Waschmaschine, Ihr Wäschetrockner, Ihre Kaffeemaschine und viele Glühbirnen – alle diese Geräte werden von der höheren Spannung in ähnlicher Weise betroffen sein. Und Sie werden für diese zusätzliche Energie bezahlen. Und zwar die ganze Zeit, in der sie eingeschaltet sind.
Hinweis für die Leser – Sie erhalten Extrapunkte, wenn Sie in der obigen Tabelle bemerkt haben, dass Leistung und Spannung nicht in einem „linearen Verhältnis“ stehen. Mit Ausnahme der unten erwähnten „Schaltnetzteile“ sind die Leistung und die Energie proportional zum Quadrat der Spannung, d. h. wenn die Spannung erhöht wird, steigen Leistung und Energie etwas schneller als die Spannung. Die genaue Beziehung wird durch das Ohmsche Gesetz sehr genau beschrieben. Fragen Sie jeden Ingenieur.
Verbrauchte Leistung = (angelegte Spannung)² / (Lastwiderstand)
oder, P = E² / R
Die einzigen Ausnahmen von all dem sind elektronische Geräte, die Schaltnetzteile verwenden, die keine Transformatoren haben und speziell dafür ausgelegt sind, über einen großen Spannungsbereich zu arbeiten, zum Beispiel 100-250 VAC. Innerhalb des für sie vorgesehenen Eingangsspannungsbereichs folgen diese nichtlinearen Netzteile nicht dem Ohmschen Gesetz, wenn wir versuchen, ihren Stromverbrauch zu berechnen. Ihr Handy-Ladegerät ist wahrscheinlich von diesem Typ.
4. Thermodynamik
Was hat die Thermodynamik damit zu tun? Nun, man könnte meinen, dass die höhere Spannung die Dinge schneller aufheizen oder andere Dinge schneller tun würde, so dass die zusätzlichen Kosten für die hohe Spannung durch kürzere Zeiten kompensiert würden. Sicherlich heizt sich eine ohmsche Last wie Ihr Toaster oder Ihr Warmwasserbereiter mit der höheren Spannung schneller auf und schaltet sich dann früher ab, aber es gibt immer noch Verluste aufgrund von Wärmeverlusten, und diese Verluste können nie wieder ausgeglichen werden. Aufgrund dieser Verluste kann die verkürzte Aufheizzeit bei der höheren Spannung die zusätzlichen Kosten für den Betrieb mit einer höheren Spannung nicht vollständig ausgleichen. Obwohl also beispielsweise ein Toaster mit einer höheren Spannung als der Nennspannung Ihr Brot schneller röstet als ein Toaster, der mit seiner Nennspannung (120 VAC) betrieben wird, kostet der Betrieb des Toasters mit Nennspannung immer noch weniger als der Betrieb eines Toasters mit einer höheren Spannung als der Nennspannung. Wie bei der mythischen Suche nach dem Perpetuum Mobile wird uns die Thermodynamik am Ende immer einen Strich durch die Rechnung machen.
5. Warum tut Hydro One das?
Warum liefert Hydro One mehr Spannung, als Sie wirklich brauchen? Um mehr Geld zu verdienen, natürlich. Hydro One hat oft einen Überschuss an Energie zu verkaufen, vor allem im Winter, und sie liefern die höheren Spannungen an unsere Häuser, um diese zusätzliche Energie an uns zu verkaufen.
Wenn erst einmal eine Grundmenge an Energie produziert und verkauft wurde, ist jede zusätzliche Energie viel billiger zu produzieren, so dass die Gewinne höher sind, wenn Hydro One seine überschüssige Energie verkaufen kann. Als Kunden sind Sie und ich die Abnehmer dieses Überschusses.
Es ist merkwürdig, dass Hydro One einerseits immer wieder betont, wie wichtig es ist, Energie zu sparen, indem man programmierbare Thermostate, Kompaktleuchtstofflampen und EnergyStar-Geräte verwendet und den Verbrauchszeitplan beachtet, andererseits aber eine Spannung liefert, die jede Einsparung durch diese Bemühungen zunichte macht.
6. Es ist ein bisschen wie …
- Mit der Familie in ein teures Restaurant gehen, wo die Portionen riesig sind und niemand alles aufessen kann, was auf den Teller kommt, aber das Restaurant bietet keinen Tütenservice an, so dass man für das ganze Essen bezahlen muss, obwohl man es nicht ganz aufessen kann;
- Benzin an einer Zapfsäule kaufen zu müssen, die den Tank absichtlich überfüllt, und für das ganze Benzin bezahlen zu müssen, das auf dem Boden verschüttet wurde, obwohl man es nicht verbrauchen kann;
- jedes Mal, wenn man mit der Familie ins Kino geht, für einen zusätzlichen (leeren!) Sitzplatz bezahlen zu müssen
7. Eine Extremsituation und meine Beschwerde
Die Spannung in meinem Haus
Der Winter 2015/16 brachte eine Extremsituation mit sich, da die Spannung in meinem Haus im Durchschnitt zwischen 124 und 125 VAC lag und etwa die Hälfte der Zeit über dem von CSA empfohlenen grünen Bereich lag, gelegentlich sogar im oberen roten Extrembereich bei 127 VAC. Kein Wunder, dass meine Glühbirnen in diesem Winter durchbrannten, sogar die teuren CFL-Lampen, und die hohe Spannung könnte erklären, warum unser teurer HD-Fernsehempfänger stundenlang „einfror“, obwohl er starke Fernsehsignale empfing.
In der Tat liefert Hydro One weiterhin Spannungen, die fast immer höher sind als die nominalen 120 VAC. Hier finden Sie eine Übersicht über die Spannungen, die Hydro One in den Monaten ab Dezember 2015 an mein Haus geliefert hat. Diese höheren Spannungen sind zwar nicht extrem, führen aber dazu, dass alle meine Geräte mehr Energie verbrauchen, als sie für den normalen Betrieb benötigen. Einzelheiten zu den monatlichen Messungen sind im Archiv zu finden.
8. Ausreden von Hydro One
In den vergangenen Jahren, als ich mich bei Ontario Hydro, jetzt Hydro One, über die hohe Spannung in meinem Haus beschwert habe, haben sie verschiedene „Gründe“ angegeben, aber keiner dieser Gründe ist logisch oder gültig.
- „Aber dann müssten wir auch die Spannung bei Ihren Nachbarn reduzieren.“ – Doh! Natürlich müssten Sie das. Alle Spannungen meiner Nachbarn sind zu hoch, genau wie meine, und deshalb sollte sie reduziert werden.
- „Wir möchten eine höhere Spannung liefern, damit die Motoren leichter anspringen.“ – Entschuldigung, aber ich wohne in einem Wohngebiet, NICHT in einem Industriegebiet, und ich kann die Anzahl der wichtigen Motoren in meinem Haus an einer Hand abzählen. Sie sind alle für 120 VAC ausgelegt und funktionieren mit dieser Spannung einwandfrei.
- „Aber die Spannung schwankt, und sie ist nicht immer hoch.“ – Ja, die Spannung schwankt durchaus, und es sind die Zeiten, in denen sie zu hoch ist, über die ich mich beschwere. Im Dezember 2015 habe ich die Spannung zu 135 verschiedenen Zeitpunkten gemessen, mehr oder weniger zufällig am Tag und in der Nacht (ich bin ein Schlafloser), und die Spannung war nie niedriger als 121,0 VAC (bereits höher als die nominellen 120 Volt) und so hoch wie 127,2 VAC. Der Durchschnitt meiner Messungen während des Monats lag bei 124,25 VAC, so dass meine Nachbarn und ich etwa 8 % mehr Energie verbrauchten als nötig. Und ja, die Spannung war auch während des restlichen Winters noch immer die meiste Zeit über zu hoch. (Weitere Einzelheiten finden Sie in den Diagrammen meiner Messungen.)
- „Aber Sie haben das ganz falsch verstanden! Der Strom nimmt ab, wenn die Spannung steigt, also bleibt die Leistung gleich.“ – Dieser „Satz“ wurde mir von mehreren Personen vorgehalten (einer von ihnen ist ein Fachmann aus der Energiebranche). Es handelt sich um eine völlig falsche Darstellung des Ohm’schen Gesetzes, wie man in jedem Physik- oder Elektrotechnik-Lehrbuch nachlesen kann. Der allgemeine Grundsatz „Die Leistung bleibt gleich“ gilt nur für elektrische Übertragungsleitungen, die eine konstante Strommenge von einem Kraftwerk zu einer Umspannstation leiten. Ihr Haus ist keine Trafostation, sondern eine „variable Last“, die eine konstante Spannung benötigt. Weitere Einzelheiten finden Sie hier. Die Behauptung, dass „der Strom gleich bleibt“, ist eine Lüge, die gegen die Gesetze der Physik verstößt, und ist ein raffiniertes Stück Propaganda, mit dem man sich vor sachlicher Kritik an der Energiewirtschaft drücken will. Diese Argumentation mag bei Politikern und einigen Journalisten funktionieren, aber bei mir funktioniert sie nicht und bei Ihnen sollte sie auch nicht funktionieren.
All das von Hydro One und der Stromindustrie, die sich gerne als Hüter der Energieeinsparung und -effizienz darstellen.
9. Das Fazit
In der Regel sollte die durchschnittliche Spannung über einen Zeitraum von 24 Stunden 120,0 VAC betragen und je nach Versorgungs- und Lastbedingungen zwischen 117 und 123 Volt oder besser zwischen 118 und 122 Volt schwanken. Die Spannung sollte also etwa die Hälfte der Zeit über 120 Volt und die andere Hälfte der Zeit unter 120 Volt liegen. Hydro One sollte sich bemühen, dieses Versorgungsniveau für alle Wohnviertel zu erreichen. Das ist fair und richtig und führt nicht dazu, dass unsere Geräte mehr Strom und Energie verbrauchen, als sie sollten, oder uns mehr Geld kosten, als wir zahlen sollten. Bei mir zu Hause haben meine Messungen jedoch ergeben, dass die Spannung mindestens seit Anfang 2018 und bis Juni 2020 in der Regel mehr als 80 % der Zeit über 120,0 VAC liegt. Es bleibt zu hoffen, dass die Spannungssituation seit Anfang Juni 2020 nicht mehr die Ausnahme, sondern die Regel sein wird.
Mit intelligenten Zählern und anderen Telemetriesystemen weiß Hydro One genau, wie viel Spannung sie liefern, und es gibt keine Ausrede dafür, dass sie sich der oben beschriebenen übermäßigen und teuren Spannungen nicht bewusst sind.
Die Ergebnisse vieler Messungen bei mir zu Hause sind hier zusammengefasst. Es ist notwendig, jeden Monat eine große Anzahl von Messungen vorzunehmen (derzeit etwa 4.000 automatische Messungen pro Monat), um die Genauigkeit zu gewährleisten und die Auswirkungen der stündlichen und täglichen Schwankungen der Last und der Versorgungskapazität auszugleichen.
Die Spannungsmessungen des letzten Monats sind hier zusammengefasst. Bitte beachten Sie auch das Archiv der Messungen für frühere Monate (zurück bis Dezember 2015).