Elektrizität im Haushalt

Elektrizität im Haushalt
Die Spannung der Zuleitung:
In Haushalten erfolgt die Elektrizitätsversorgung als Drehstrom mit drei Phasen, dem
Neutralleiter (=Nullleiter) und der Erdung.
Die drei Phasen werden als
L1, L2, L3 bezeichnet. Sie
sind gegenseitig um 1/3
Periode versetzt. Der
Neutralleiter hat das
Potential 0V. Somit liegt
zwischen einer Phase und
dem Neutralleiter eine
sinusförmige
Wechselspannung der Form
ˆ  sin(2  f  t)
ULN  U
Û  311V  Spitzenspannung
Ueff 
Û
 220V
2
Der Effektivwert einer Spannung entspricht dabei jener Spannung, die eine
Gleichspannungsquelle haben müsste um dieselbe Ohm’sche Leistung zu erbringen.
Die Frequenz ist 50 Hertz.
Zwischen zwei beliebigen der drei Phasen liegt die Spannung
ˆ   sin(t)
UL1L2  UL2N  UL1N  U
UL1L2,eff  UL2N,eff  2  cos(  / 6)  220V  3  381V
Übung: Beweise die letzte Formel
Somit stehen im Haushalt zwei verschiedene Spannungen zur Verfügung die
zwischen den Effektivwerten 220 – 230 V (Phase-Neutralleiter) bzw. 380 – 400 V
(Phase – Phase) schwanken kann.
Für die Phasen werden verschiedene Farben gewählt. In CH sind dafür verboten:
blau, gelb, grün-gelb
Für den Neutralleiter wird europaweit die Farbe blau verwendet, früher CH: gelb
Für die Erde wird europaweit grün-gelb verwendet.
Leitungsverlust der Rückleitung entfällt:
Werden alle drei Phasen etwa gleich stark belastet, dann transportiert der
Neutralleiter keinen Strom mehr. Alle Ströme fliessen dann zwischen
Elektrizitätswerk und Verbraucher nur über die 3 Phasen. Dies ist gleichbedeutend
mit der Tatsache, dass in diesem Fall die Rückleitung gespart werden kann. Die
Leitungsverluste werden durch diese intelligente Methode damit auf die Hälfte
reduziert.
Erde:
Zweck der grün-gelben Erdleitung ist das Ableiten eines fehlerhaften Stromes zur
Erde und damit meist Auslösen eines Kurzschlusses mit der Folge des Schmelzens
der Sicherung.
Stromkreise
Sämtliche Haushaltgeräte werden in Stromkreisen angeschlossen. Die meisten
Haushaltgeräte sind für 220 V ausgelegt und damit zwischen Phase und Neutralleiter
anzuschliessen. Jeder Stromkreis enthält am Beginn der Erschliessung eine
Schmelzsicherung oder Automatensicherung auf Basis des thermischen
Bimetalleffekts. Gesichert wird ausschliesslich die Phase, niemals der Neutralleiter.
Die Sicherungen sind ausgelegt für eine bestimmte Stromstärke, die für die
betreffende Leitung maximal erlaubt ist. Dies hängt vom Querschnitt der Leitung ab.
Die Leitung muss im gesamten Verlauf diese Querschnitte haben.
Leiterquerschnitt mm2 1 1.5 2.5
4
6
Erlaubte Sicherung
6 A 10 A 16 A 20 A 25 A
Schmelzsicherungen brennen bei Überlastung durch und müssen in einem solchen
Fall durch neue ersetzt werden. Automatensicherungen unterbrechen bei
Überhitzung den Stromkreis. Es gibt träge und flinke Sicherungen. Eine träge
Sicherung überbrückt eine kurzfristige Spannungsspitze, sie ist nötig wenn der
Verbraucher eine starke Induktivität und damit einen grossen kurzfristigen
Anlaufstrom besitzt. Starke Motoren haben diese Eigenschaft.
Die Schmelzsicherung hat also folgende Zwecke:
Sie sichert den Stromkreis vor Überlastung und natürlich auch vor einem
Kurzschluss, was ja eine besonders grosse Überlastung darstellt.
Fehlerstromschutzschalter FI:
Dieser sichert den Stromkreis vor einem Fehlerstrom. Jeder Stromkreis muss gleich
viel Strom in der Rückleitung transportieren wie er zum Verbraucher hinleitet. Ein
Fehlerstromschutzschalter vergleich diese beiden Ströme. Wenn ein Unterschied
besteht, muss der Strom einen anderen Weg gesucht haben, zum Beispiel über den
Körper eines Menschen zur Erde. FI – Schalter schalten den Strom aus, wenn der
Fehlerstrom ein gewisses kleines Ausmass (ca. 10 mA) überschreitet. Sie sind heute
in Neubauten generell Vorschrift, in Altbauten bei allen Verbrauchern ausserhalb des
Hauses (Gartengeräte, etc.)
Steckdosen und Stecker
Link zu einer Steckdosenübersicht:
http://www.chius.ch/default/grund_el.html
Bild links: Einphasen-Schutzkontakt-Steckdose in Dreifachausführung
Die Steckdose weist drei Kontakte auf: Rechts ist die Phase (hier kann
die Anwesenheit von Strom mit dem Phasenprüfer festgestellt werden),
links der Nullleiter (über dieses Kabel kann der Strom zurückfliessen) und unten in
der Mitte die Erdung. Übung: Prüfe in einer Dose gemäss Bild, wo je die Phase ist. In
Räumen mit nicht isolierenden Böden (Steinboden, Bäder etc.) müssen Steckdosen
verwendet werden, die vertieft einrasten.
Dies ist der zugehörige Stecker. Übung: Montiere ein Kabel korrekt an
einen solchen Stecker. Achte darauf, dass im eingesteckten Zustand
dann die Phase rechts ist, wenn die Erde (Mitte) tiefer liegt als die
beiden anderen Stecker.
Steckdose Typ 15: für Drehstrom. max. 10 A
oben links: Phase 1; oben rechts: Phase 2; Mitte: Erdung;
unten links: Phase 3; unten rechts: Nullleiter
Einphasenstecker können auch eingesteckt werden.
Drehstrom-Stecker nach Euro-Norm: «I-15»: 3 Phasen, abgesichert
mit je 15 Ampère, 400V Spannung
«I-25»: etwas grösser, 3 Phasen, abgesichert mit je 25 Ampère, 400V
Spannung. Der Stecker heisst CEE 32
Schalter: grundsätzlich ist die Phase zu schalten, nicht der Neutralleiter
Taster: Dieser schliesst kurzfristig (solange gedrückt wird) einen Kontakt.
Anwendung: Klingelschalter, Relaisschalter, Impuls für Zeitschaltung (Licht)
Ein/Aus Schalter: auch bezeichnet als Schema 0: unterbricht die Zuleitung (Phase)
Wechselschalter: auch bezeichnet als Schema 3: ist immer in Kombination mit einem
zweiten Wechselschalter: 3 Anschlüsse. P = Phase, meist roter Punkt: ist beim
ersten Wechselschalter effektiv die Zuleitungsphase, beim zweiten
Wechselschalter führt hier die Leitung zum Verbraucher
L1, L2: zwei Leitungsdrähte, führen zu L1, L2 des zweiten Wechselschalters
Polwender: Wird verwendet als dritter / vierter etc. Schalter zwischen
Wechselschaltern, vertauscht die Verbindung von L1, L2 zwischen
Wechselschaltern.
Übung Skizziere die Schaltung mit 2 Wechselschaltern und 1 Polwender und
überlege die Wirkung.
Drehstromschalter: Gleichzeitiges Schalten von allen drei Phasen
Verbraucher:
Unterscheidung nach Anschluss:
Man unterscheidet Wechselstromgeräte 220-230 V und Drehstromgeräte 380-400 V.
Letztere können in dreiphasige oder zweiphasige Anschlüsse haben.
Bei den dreiphasigen Drehstromverbrauchern gibt es noch zwei Untertypen:
solche mit Sternschaltung. Die Verbraucherwiderstände sind zwischen einer Phase
und Nulleiter geschaltet. Bei diesen Geräten wird oft auch ein Nulleiter zugeführt;
solche mit Dreiecksschaltung. Die Verbraucherwiderstände sind je zwischen zwei
Phasen geschaltet.
Übung: Skizziere die beiden Schaltungen mit je 3 Widerständen.
Unterscheidung nach Gehäuse:
Ist das Gehäuse vollisoliert, so muss/kann das Gerät nicht geerdet werden. Es hat
dann nur eine zweipolige Zuführung: Phase und Nulleiter.
Allen anderen Geräten muss der Erdungsdraht zugeführt werden.
Übung: Schliesse eine Glühbirne mit Lampenfassung an ein Lampenkabel an.
Unterscheidung nach Stromverbrauch:
Grosse Stromverbraucher (mehr als 6 A) sind: Warmwassererhitzer (Boiler,
Durchlauferhitzer), Kochherde, Kraftmotoren, Heizöfen
Mittlere Stromverbraucher (1 bis 6 A) sind Bügeleisen, Kühlschränke (dauerhaft),
Staubsauger, Küchenmaschinen, etc.
Kleine Stromverbraucher (0.2 bis 1 A) sind Glühlampen (wenn es viele sind, addiert
sich das), Computer,
Kleinstverbraucher (unter 0.2 A) sind z. B. elektrische Zahnbürsten, Ladegerät für
das Handy etc.
Alle Geräte sollten angeschrieben sein, für welche Spannung (V) sie ausgelegt sind
und wieviel Leistung (W) sie aufnehmen.
Übung: Mach eine Tabelle, die die Leistung typischer Haushaltgeräte wiedergibt.