Elektrotechnische Systeme analysieren und Funktionen prüfen

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1 A V Lernfeld 1 Elektrotehnishe Systeme analysieren und Funktionen prüfen 5 Elektrotehnishe Systeme analysieren und Funktionen prüfen efahren des elektrishen Stromes, Siherheitsregeln und Arbeitsshutz kennen 6 efahren des elektrishen Stromes kennen 6 Die 5 Siherheitsregeln erklären, beshreiben und anwenden 8 Erste Hilfe leisten 9 Mit einem zweipoligen Spannungsmesser (Duspol) umgehen 10 Testen Sie Ihre Fahkompetenz 12 Elektrishe rundgrößen an einer Stehleuhte analysieren und beshreiben 13 Untersuhen der Stehleuhte auf möglihe Fehler 13 Shaltzeihen ermitteln und Stromlaufplan für die Stehleuhte zeihnen 13 Kenntnisse zur elektrishen Spannung aneignen 14 Kenntnisse zum elektrishen Strom aneignen 16 Kenntnisse des elektrishen Widerstandes und des Leitwertes aneignen 18 Shaltungen aufbauen und Messungen durhführen 19 Copyright 2009 by Europa-Lehrmittel Messergebnisse grafish darstellen und Kennlinien zeihnen 21 Ermittlung der Leistung und Belastbarkeit von Widerständen 22 Überprüfung der Verlustleistungen an den Widerständen 24 Widerstandswerte mit dem Farbode ermitteln 26 Testen Sie Ihre Fahkompetenz 27 Überprüfen einer Lihterkette 29 Untersuhen der Lihterkette auf möglihe Fehler 29 Feststellen der Shaltungsart der Lihterkette 30 Lernen der Fahbezeihnungen und Handhabung eines Vielfahmessgerätes 30 Testen Sie Ihre Fahkompetenz 33 Analysieren einer Halogenbeleuhtung 34 Elektrishe Beleuhtungsanlage beshreiben 34 Stromkreis mit Shaltzeihen, Spannungen und Strömen beshreiben 35 Spannungsquelle auswählen 36 Stromkreise analysieren 37 Leiterwiderstand bestimmen 38 Spannungsfall berüksihtigen 39 Siherheitsaspekte der Beleuhtungsanlage analysieren 41 Testen Sie Ihre Fahkompetenz 42 Anshluss einer Partybeleuhtung 43 Analysieren Sie die Shaltung der Partybeleuhtung 43 Berehnen von Spannung, Strom, Widerstand und Leistung in einer gemishten Shaltung 44 Testen Sie Ihre Fahkompetenz 46 Abhängigkeit der Kapazität von der Plattenflähe und dem Plattenabstand bei einem Kondensator 47 Versuh zur Ermittlung der Abhängigkeiten 47 Auswertung des Versuhs 48 Testen Sie Ihre Fahkompetenz 50 Arbeitsblätter Fahkunde Elektrotehnik

2 Lernfeld 1 34 Elektrotehnishe Systeme analysieren und Funktionen prüfen Lernsituation: Analysieren einer Halogenbeleuhtung In einer alerie für moderne Kunst soll in drei Räumen für die Ausleuhtung der emälde und Bilder eine geeignete Beleuhtungsanlage installiert werden. Der Innenarhitekt hat sih in jedem der drei Räume für ein Halogenleuhten- Seilsystem (Bild) entshieden. Dabei werden die einzelnen Halogenleuhten an zwei parallel laufenden Metallseilen befestigt, die auh gleihzeitig die Niedervolt-Halogenlampen mit Strom versorgen. Die beiden Metallseile sind an einer Spannungsquelle mit U = 12 V Wehselspannung angeshlossen. T1 230V/12V E11 E12 P=50W T2 230V/12V E21 P=50W E22 P=75W E23 P=50W Raum 1 Raum 2 T3 230V/12V E31 E32 E33 E34 E35 Raum 3 Bild: Übersihtsshaltplan zur Installation dreier Halogenleuhten-Seilsysteme in einer alerie Um aus der Netzspannung (230 V / 50 Hz) die Betriebsspannung U = 12 V für die Halogenlampen zu erzeugen, wird für jedes Seilsystem ein spezielles Vorshaltgerät benötigt. Ein solhes Vorshaltgerät wandelt die 230 V Netzspannung in die erforderlihe Betriebsspannung U = 12 V um und wird Transformator (Bild, Kennzeihnung T1, T2, T3) genannt. Der Transformator ist hier die Spannungsquelle. Ihr Meister möhte, dass Sie für die tehnishe Analyse der Beleuhtungsanlage vershiedene Arbeitsaufträge bearbeiten. Arbeitsauftrag 1: Elektrishe Beleuhtungsanlage beshreiben Notieren Sie für jeden Raum die elektrishen Betriebsmittel. Als Beispiel ist Raum 1 bereits eingetragen. Raum 1: Raum 3: Transformator T1 Transformator T3 Lampe E11, Leistung P = 35 W Lampe E31, Leistung P = 35 W Lampe E12, Leistung P = 50 W Lampe E32, Leistung P = 35 W Raum 2: Transformator T2 Lampe E21, Leistung P = 50 W Lampe E22, Leistung P = 75 W Lampe E33, Leistung P = 35 W Lampe E34, Leistung P = 35 W Lampe E35, Leistung P = 35 W Lampe E23, Leistung P = 50 W

3 Lernfeld 1 Elektrotehnishe Systeme analysieren und Funktionen prüfen 35 Arbeitsauftrag 2: Stromkreis mit Shaltzeihen, Spannungen und Strömen beshreiben Um die elektrishen rößen Spannung U und Stromstärke der Lampenstromkreise in Raum 1, Raum 2 und Raum 3 darstellen zu können, soll aus dem gegebenen Übersihtsshaltplan (Bild, Seite 34) eine Beshreibung durh einen elektrishen Shaltplan abgeleitet werden. Dazu sollen die folgenden Aufgabenstellungen bearbeitet werden. 1. Zeihnen Sie (Bild 1) für den Lampenstromkreis in Raum 1 den elektrishen Shaltplan mit den angegebenen Shaltzeihen (Bild 2), bestehend aus Energiequelle (Spannungsquelle), Hin- und Rükleitung, Energiewandler (Lampe). Ü ges Ü 11 Ü Beshreiben Sie, wie die Lampen zueinander geshaltet sind. Die Lampen E11 und E12 sind parallel zueinander geshaltet. E11 E 12 U ges U 11 U 12 Bild 1: Lampenstromkreis Raum 1 3. Tragen Sie im Shaltplan (Bild 1) die esamtspannung (U ges ), die Teilspannungen (U 11, U 12 ) an den Lampen, den esamtstrom ( ges ) und die Teilströme ( 11, 12 ) durh die Lampen mit Bezeihnungen und Pfeilen ein. 4. Vergleihen Sie in dem dargestellten Stromkreis (Bild 1) die esamtspannung mit den Teilspannungen. Welhe Aussage können Sie über die Spannungen mahen? eben Sie einen Satz und eine Formel an. 5. Vergleihen Sie in dem dargestellten Stromkreis (Bild 1) den esamtstrom mit den Teilströmen. Welhe Aussage können Sie über esamtstrom und Teilströme mahen? eben Sie einen Satz und eine Formel an. Spannungsquelle Bild 2: Shaltzeihen Fahkunde Elektrotehnik, Kapitel: rundshaltungen der Elektrotehnik Formel: Die esamtspannung U ges und die Teilspannungen U 11 und U 12 sind gleih groß. U ges = U 11 = U 12 Der esamtstrom ges ist gleih der Summe der Teilströme 11 und 12. Formel: ges = Lampe Zur Analyse der elektrishen Eigenshaften der drei Lampenstromkreise soll nahfolgend jede einzelne Lampe durh ihren elektrishen Widerstand R beshrieben werden. 6. Zeihnen Sie für jeden Stromkreis (Bild 3, Bild 4 und Bild, folgende Seite) den elektrishen Shaltplan mit Spannungsquelle, Leitungen, Widerständen. Bezeihnen Sie dabei alle Widerstände und tragen Sie die esamtspannung, die Teilspannungen, den esamtstrom und die Teilströme in den Shaltplan ein. Ü ges Ü ges Ü 11 Ü 12 Ü 21 Ü 22 Ü 23 R 11 R 12 R 21 R 22 R 23 U ges U 11 U 12 U ges U 21 U 22 U 23 Bild 3: Stromkreis 1 mit R 11 und R 12 Bild 4: Stromkreis 2 mit R 21, R 22 und R 23

4 Lernfeld 1 42 Elektrotehnishe Systeme analysieren und Funktionen prüfen Testen Sie Ihre Fahkompetenz 1. Warum werden im 230 V Installationsnetz die Verbrauher grundsätzlih parallel geshaltet? 2. Berehnen Sie für Stromkreis 3 (Bild, Seite 36) den esamtwiderstand R. 3. Bestimmen Sie für die gemishte Shaltung (Bild) den Ersatzwiderstand R. (Hinweis: Lösen Sie die Shaltung in einzelnen Shritten von innen nah außen in Parallel- und Reihenshaltungen auf.) R 1 = 100 Ø R 3 = 220 Ø R 2 = 100 Ø Bild: emishte Shaltung R 4 = 220 Ø 4. Wie verändert sih der Leiterwiderstand R Ltg eines Kupferleiters, wenn die Leiterlänge verdoppelt und der Leiterquershnitt A vervierfaht wird? 5. Warum ist in einem Stromkreis die Spannung am Verbrauher immer kleiner als die Netzspannung der Spannungsquelle? 6. In elektrishen Shaltungen mit kurzen Leitungswegen wird der Spannungsfall in der Regel vernahlässigt. Begründen Sie diese Tatsahe. 7. Ist in einem Stromkreis, bestehend aus Spannungsquelle, Leitung und Lastwiderstand, bei konstanter Netzspannung die Verlustleistung auf der Leitung bei großer oder bei kleiner Belastung größer? (Begründung angeben) 8. Wie wird die Spannung bei der Übertragung elektrisher Energie über große Leitungslängen (zum Beispiel bei Freileitungen) gewählt, um die Leitungsverluste möglihst klein zu halten? Begründen Sie Ihre Antwort.

5 Lernfeld 2 52 Elektrishe Installationen planen und ausführen Lernsituation: Elektroinstallation einer Fertiggarage Der Auftrag zur Elektroinstallation eines Wohngebäudes shließt auh die Elektroinstallation einer Fertiggarage (Bild 1) ein. Vor der Fertigstellung der Außenanlage ist die Zuleitung zur arage in Kabelformsteinen bis zum vorgesehenen Anshlusspunkt bereits verlegt worden. Die Elektroinstallation soll nah dem Aufstellen der arage durh einen Auszubildenden im ersten Lehrjahr erfolgen. Auftragsanalyse Zur Vorbereitung der Elektroinstallation erhält der Auszubildende von seinem Meister einen rundrissplan der Fertiggarage, in dem die Ausstattungswünshe des Eigentümers bereits eingetragen sind (Bild 2). Die Unterlagen enthalten auh einen Hinweis auf die Fertigbetonbauweise der arage. Bild 1: Ansiht arage Arbeitsauftrag 1: rundsätze der Leitungsverlegung auf Putz erarbeiten Kabelformsteine zum Wohngebäude 1. Welhe Installationsart ist für die Elektroinstallation in aragen anzuwenden? Begründen Sie Ihre Aussage. 2. a) Welhe IP-Shutzart müssen Betriebsmittel für die Feuhtrauminstallation mindestens haben? b) Welhes Bildzeihen kennzeihnet diese Shutzart? IP-Shutzarten elektrisher Betriebsmittel Fahkunde Elektrotehnik, Kapitel: Shutzmaßnahmen. Zuleitung arage NYY 5 * 1,5 mm 2 Bild 2: rundrissplan der Fertiggarage M1:50 Tabelle: Mindestbiegeradien von nihtharmonisierten Leitungen für feste Verlegung Leitungsdurhmesser d bis 10 mm Mindestbiegeradius R 4 d über 10 mm bis 25 mm über 25 mm 4 d 4 d 3. Nennen Sie Leitungstypen, die für die Feuhtrauminstallation in der arage geeignet sind. Mindestbiegeradien für flexible Leitungen siehe DIN VDE 0298, Teil Welher Mindestquershnitt ist für die feste Installation in Liht- und Stekdosenstromkreisen vorgeshrieben? 5. Mit welhem Mindestbiegeradius dürfen folgende Mantelleitungen gebogen werden: a) NYM 3 x 1,5 mm 2, b) NYM 7 x 1,5 mm 2 und ) NYM 5 x 10 mm 2? Verwenden Sie zur Lösung die Tabelle. Außendurhmesser von Mantelleitungen Tabelle 5, Seite 154

6 l b a Lernfeld 2 Elektrishe Installationen planen und ausführen Welher Befestigungsabstand soll bei auf Putz verlegten Mantelleitungen mit einem Quershnitt A = 1,5 mm 2 niht übershritten werden? 7. In welhem Abstand zu Betriebsmitteln (Bild 1), z.b. Shalter, Stekdosen, Abzweigdosen oder Leuhten, ordnet man die erste Befestigungsshelle an? Bild 1: Abstand der ersten Befestigungsshelle b a Shnittpunkt des waagerehten und senkrehten Leitungsweges 8. Als Zuleitung zu einer Shutzkontakt-Stekdose wird eine Mantelleitung NYM-J 3 x 1,5 mm 2 verlegt. a) Mit welhem Mindestbiegeradius R (Bild 2) darf die Mantelleitung gebogen werden? b) In welhem Abstand b zum Bogen (Bild 2) setzt man die erste Befestigungsshelle? ) Welher Abstand a (Bild 2) ergibt sih dann bei der Verlegung von Mantelleitung NYM-J 3 x 1,5 mm 2, gemessen vom Shnittpunkt des waagerehten und senkrehten Leitungsweges? 9. In einer Elektroinstallation werden zwei waagereht parallel geführte Mantelleitungen gebogen (Bild 3). Innen verlegt ist eine Mantelleitung NYM 5 x 2,5 mm 2, außen verlegt ist eine Mantelleitung NYM 4 x 1,5 mm 2. Welhe Mindestbiegeradien R 1 und R 2 sind einzuhalten? R Bild 2: Shellenabstände und Mindestbiegeradius bei Leitungsbögen rundflähe der Abstandshelle. Abstandshelle: L x B = 18 mm x 9 mm l Bild 3: Leitungsbögen bei parallel geführte Leitungen R 2 R Bestimmen Sie für die Leitungsabshnitte A... D (Bild 4) die erforderlihe Anzahl der Abstandshellen und die Shellenabstände. Ergänzen Sie die Tabelle in Bild B C NYM - J 5 * 1,5 2 A NYM-J5*1,5 2 Shellenzahl und Shellenabstände in den Leitungsabshnitten A D A: Shellen; mm Abstand B: Shellen; mm Abstand NYM - J 4 * 1,5 2 D NYM-J3*1,5 2 C: Shellen; mm Abstand D: Shellen; mm Abstand Alle Maße in mm Bild 4: Shelleneinteilung bei auf Putz verlegten Leitungen