Wieso liegt die Frequenz der Stromnetze bei 50 Hertz?
Mit dieser Frage wurde ich vor kurzem konfrontiert und wusste auf Anhieb keine Antwort. Meine These: Die Frequenz von 50 Hertz wurde vielleicht willkürlich gewählt. Ich fand die Frage aber so spannend, dass ich angefangen habe zu recherchieren.
1886: Wechselstromgenerator mit 133 ⅓ Hz
Heutzutage ist es für uns selbstverständlich, dass der Wechselstrom in der heimischen Steckdose eine Frequenz von 50 Hertz (Hz) hat. Das war aber nicht immer so. Am Anfang der Wechselstromtechnik hatte die Frequenz keinen festen und manchmal einen eher seltsamen Wert. So wurde das erste Wechselstromkraftwerk 1886 in Thorenberg (Schweiz) mit 133 ⅓ Hz betrieben. Andere Generatoren wurden mit 125 Hz betrieben. Diese Generatoren wurden damals alleine für die Erzeugung von Licht in der direkten Umgebung verwendet. Eine hohe Frequenz war hier von Vorteil, da sie Transformatoren mit einem geringen Gewicht ermöglichte. Bei drehenden Elektromaschinen bspw. Turbinen und Generatoren eines Wasserkraftwerks stellten sich hohe Frequenzen bald jedoch als Hindernis da. Wenige Jahre nach der Errichtung des ersten Wechselstromgenerators wurden 1891 die Wasserkraftwerke in Lauffen am Neckar gebaut. Diese erzeugten einen Wechselstrom mit 40 Hz. Die Niagara-Generatoren von 1895 erzeugten sogar einen Wechselstrom mit nur 25 Hz.
Ende des 19. Jhd.: Standards entwickeln sich
In Nordamerika empfahlen Nikola Tesla und die Westinghouse Company für Neuanlagen eine Frequenz von 60 Hz. Dies war ein Kompromiss zwischen den niedrigen Frequenzen der Stromerzeugung und den hohen Frequenzen der Stromanwendung. So setzten sich in Nordamerika die 60 Hz durch. In Deutschland lagen die Frequenzen von Neuanlagen Ende des 19. Jahrhunderts meist zwischen 40 und 70 Hertz. Jedoch nahm die 50 Hertz Frequenz bereits eine Vorrangstellung ein. Schon um die Jahrhundertwende waren 50 Hertz eine Art Gewohnheitsstandard geworden. Gründe für die 50 Hertz waren, dass der Spannungsabfall bei Übertragungsleitungen sich in angemessenen Grenzen hielt, die Frequenz für den Betrieb von Transformatoren, Motoren und Glühlampen besonders geeignet ist und auch die Benutzung von Bogenlampen möglich ist. Erst 1930 wurden in Deutschland die 50 Hertz als Normfrequenz festgeschrieben. In den überarbeiteten Maschinen- und Transformatorregeln unter genormten Werten steht in § 9a Frequenzen ausdrücklich: Genormte Nennfrequenz ist 50 Hertz.
Heute: 50 Hertz in weiten Teilen der Welt
In weiten Teilen der Erde sind 50 Hertz heute der Standard. Lediglich in Nordamerika, einem Teil Südamerikas und in wenigen Ländern Asiens gelten 60 Hz als Standard. In der Praxis ist die Netzfrequenz allerdings nicht völlig stabil, sondern schwankt ein wenig um die 50 oder 60 Hz herum. Bei zu starken Abweichungen der Netzfrequenz vom Idealwert, droht jedoch der Zusammenbruch der Stromversorgung – ein Blackout.
