Kenngrößen von elektrischem Strom

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1 Lehrabschlussprüfungs Vorbereitungskurs Rauchfangkehrer Kenngrößen von elektrischem Strom Elektrischer Strom auch genannt Stromstärke Die Einheit der Stromstärke ist Ampere abgekürzt A. Das Formelzeichen des elektrischen Stromes ist das I. Elektrischer Strom = Stromstärke Formelzeichen Maßeinheit I A Messung der Stromstärke Die Stromstärke wird bestimmt durch die Elektrizitätsmenge, die in einer Sekunde durch einen Leitungsquerschnitt fließt. Die Stromstärke wird mit dem Amperemeter gemessen. Elektrische Spannung Die Einheit der Spannung ist das Volt abgekürzt V. Das Formelzeichen der elektrischen Spannung ist U. Elektrische Spannung Formelzeichen U Maßeinheit Zwischen 2 Punkten mit unterschiedlicher elektrischer Ladung besteht eine elektrische Spannung. Diese Spannungsdifferenz ist bestrebt sich auszugleichen. Die Spannung ist die Ursache für den elektrischen Strom. Die Einheit Volt ist nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta benannt. V Messung der Spannung Zwischen den Polen einer Anschlussquelle herrscht elektrische Spannung. Legt man an die Enden eines Leiters eine elektrische Spannung, dann fließen die Elektronen. Die elektrische Spannung wird mit dem Voltmeter gemessen.

2 Klein-, Nieder-, Hoch- und Blitzspannung Kleinspannung bis 42 Volt Diese Spannungen gelten beim Berühren für erwachsene Menschen als nicht lebensbedrohlich und entsprechen der maximalen dauernden Berührungsspannung beziehungsweise Fehlerspannung. Bei Spannungen unter 25 Volt AC oder 60 Volt DC kann gänzlich auf einen Schutz gegen Berühren verzichtet werden; diese Spannungen gelten auch für Tiere und Kinder als ungefährlich. Niederspannung 42 bis 1000 Volt Bei einer Wechselstromspannung kleiner als 1000 V und bei einer Gleichstromspannung kleiner als 1500 V spricht man von Niederspannung. Damit in einem Stromnetz elektrische Geräte einheitlich ausgetauscht werden können, sind Stromspannungen in der Niederspannungsrichtlinie von 2007 genormt. Sie gilt für elektrische Betriebsmittel zur Verwendung bei einer Nennspannung zwischen 50 und 1000 V für Wechselstrom und zwischen 75 und 1500 V für Gleichstrom. Gebräuchliche Spannungen in unserem Bereich sind 230 V und 400 V Hochspannung 1000 bis Volt Bei einer Spannung größer als 1000 V spricht man von Hochspannung. Sie dient hauptsächlich zur Energieübertragung. Die in der Energieübertragung üblichen und beispielhaften Nennspannungen sind: Mittelspannung von 3 kv, 6 kv, 10 kv, 15 kv, 20 kv, 30 kv (1000 V = 1kV) Anwendungsbereiche liegen bei Großabnehmern wie Industriebetrieben und der Versorgung von einzelnen Stadtteilen oder mehreren Ortschaften. Hochspannung von 60 kv, 110 kv Anwendungsbereiche sind die Versorgung kleinerer Städte und die Überlandversorgung. Auch der Anschluss kleinerer Kraftwerke erfolgt in dieser Spannungsebene. Höchstspannung von 220 kv, 380 kv, 500 kv, 700 kv, 1150 kv Dienen der Großraumversorgung, Verbundnetzen zum überregionalen Energieaustausch, Anschluss von Großkraftwerken Blitzspannung über Volt Starkstrom Als Starkstrom bezeichnet man alle Stromarten mit Spannungen größer als 42 Volt.

3 Stromarten Wechselstrom AC Zeichen Im Stromkreis fließt ein Wechselstrom, wenn sich die freien Elektronen hin und her bewegen. Der Strom fließt in einer Periode mit wechselnder Richtung und Stärke, und zwar in beiden Richtungen gleich weit, und wiederholt sich periodisch 1 in der Periodendauer T. Innerhalb einer Periode erreichen die Spannung, wie auch der Strom einen positiven und einen negativen Höchstwert (Scheitelwert; beim Strom Î, bei der Spannung Û). Der Verlauf des Wechselstroms und der Wechselspannung stellt eine sinusförmige Kurve dar. Im Stromstärke-Zeit-Schaubild erhält man eine Sinuslinie: Der im Haushalt gebräuchlichste Wechselstrom hat eine Frequenz von 50 Hertz. Das bedeutet, dass eine Periode fünfzigmal in der Sekunde durchlaufen wird. 1 Periodisch nennt man einen Vorgang, der sich ständig in gleichen Zeitabständen wiederholt. Drehstrom Der Drehstrom ist ein Wechselstrom mit drei Phasen (stromführende Leitungen). Der Begriff Drehstrom ist aus der Erzeugung abgeleitet. Dabei werden drei Spulen im 120 -Abstand rund um ein sich drehendes Magnetfeld angeordnet. Dadurch entstehen drei um 120 phasenverschobene sinusförmige Wechselspannungen.

4 Gleichstrom DC Zeichen Gleichstrom (DC) bezeichnet elektrischen Strom, dessen Stärke und Richtung sich zeitlich nicht ändert. Beim Gleichstrom hat immer einer der beiden Leiter eine positive Spannung gegenüber dem anderen Leiter Unmittelbare Gleichstromquellen sind z. B. Akkumulatoren, Batterien und Solarzellen. Also Elektrogeräte, wie z.b. Handy, Laptop, Taschenlampe usw., die mit Batterie oder Akkumulator betrieben werden, verwenden den reinen Gleichstrom. Mischstrom Zeichen Praktisch alle elektronischen Geräte im Haushalt, wie Radio- und Fernsehempfänger, Computer, oder auch größere Haushaltsgeräte, benötigen für ihre Stromversorgung Gleichstrom. Dieser Gleichstrom kann durch Gleichrichtung aus Wechselstrom gewonnen werden. Diesen nennt man dann Mischstrom. Einweg-Gleichrichterschaltung Schaltbild Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung Schaltbild

5 Elektrischer Widerstand Die Einheit des elektrischen Widerstandes ist das Ohm. Ausgedrückt mit dem griechischen Buchstaben Omega Ω. Das Formelzeichen des Widerstandes ist R. Elektrischer Widerstand Formelzeichen R Maßeinheit Dem Fluss des elektrischen Stromes durch ein bestimmtes Material wird ein mehr oder weniger großer Widerstand entgegengesetzt. Dieser ist beispielsweise abhängig von der Art des Materials oder der Temperatur. Jeder Leiter setzt also dem elektrischen Strom einen Widerstand entgegen, der durch die Spannung überwunden werden muss. Die Einheit Ohm ist nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm benannt. Das Ohmsche Gesetz Das Ohmsche Gesetz besagt, dass die Stromstärke I in einem Leiter und die Spannung U zwischen den Enden des Leiters direkt proportional sind. Wird in einem einfachen Stromkreis die angelegte Spannung erhöht, so erhöht sich auch der in der Schaltung fließende Strom. Die Stromstärke I ist also proportional zur angelegten Spannung U: I ~ U Mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes lassen sich die drei Grundgrößen eines Stromkreises berechnen, wenn mindestens zwei davon bekannt sind. Die Grundgrößen sind Spannung U in Volt, Strom I in Ampere und der Widerstand R in Ohm. Ω Das magische Dreieck Es kann als Hilfestellung verwendet werden, um die verschiedenen Formeln des Ohmschen Gesetzes zu ermitteln. Der Wert, der berechnet werden soll, wird herausgestrichen. Mit den beiden übrigen Werten wird das Ergebnis ausgerechnet. Liegt an einem Widerstand R die Spannung U, so fließt durch den Widerstand R ein Strom I. Fließt durch einen Widerstand R ein Strom I, so liegt an ihm eine Spannung U an. Soll durch einen Widerstand R der Strom I fließen, so muss die Spannung U berechnet werden.

6 Elektrische Leistung Die Einheit der elektrischen Leistung ist das Voltampere abgekürzt VA welches man Watt abgekürzt W nennt. Das Formelzeichen der Leistung ist P. Die elektrische Leistung errechnet sich bei Gleichstrom und bei Wärmegeräten nach der Formel: Leistung = Spannung Stromstärke P = U x I Maßeinheitengleichung: [P] = V A = VA = W Leistung im Allgemeinen ist die auf die Zeit bezogene Arbeit. 1 Watt entspricht dabei 1 Joule pro Sekunde J/s oder 1 Newtonmeter pro Sekunde Nm/s. Formelrad der Elektrik und Elektronik

7 . Das Leistungs- bzw. Typenschild an Elektrogeräten Alle Elektrogeräte müssen nach dem in der EU geltenden Stand der Sicherheitstechnik hergestellt werden. Wichtige Hinweise über die Sicherheit von Elektrogeräten können dem Leistungs- bzw. Typenschild entnommen werden, das dauerhaft und gut lesbar auf den Geräten angebracht sein muss. Es enthält Sicherheitskennzeichen und wesentliche Kenndaten für den richtigen Anschluss und die Nutzung des Gerätes. Bauart und Typenbezeichnung Leistung Hersteller Hersteller Nummer und Baujahr Schutzklasse Spannung in Volt und Stromart Sicherung Prüfzeichen vom Österreichischer Verband für Elektrotechnik CE Kennzeichnung nach Europanorm Stromfrequenz Weitere Daten die auf einem Leistungs- bzw. Typenschild vorhanden sein können: 1. Drehgeschwindigkeit bei Motoren in U/min (z.b. Bohrmaschine, Ölpumpe usw.) 2. Füllmenge von Flüssigkeiten (z.b. Kühlschrank) 3. Temperatur (z.b. Heißluftgebläse, Heißklebepistole usw.)

8 Schutzklassen von elektrischen Betriebsmitteln Bei den Schutzmaßnahmen nach ÖVE unterscheidet man drei Schutzklassen, die durch eigene Zeichen besonders gekennzeichnet sind. Schutzklasse I: Schutzmaßnahme mit Schutzleiter Alle elektrisch leitfähigen Gehäuseteile des Betriebsmittels sind mit dem Schutzleitersystem der festen Elektroinstallation verbunden, welches sich auf Erdpotential befindet. Bewegliche Geräte der Schutzklasse I haben eine Steckverbindung mit Schutzleiterkontakt, einen Schutzkontaktstecker (Schukostecker). Schutzklasse II: Schutzisolierung Betriebsmittel mit Schutzklasse II haben eine verstärkte oder doppelte Isolierung zwischen Netzstromkreis und Ausgangsspannung beziehungsweise Metallgehäuse und haben keinen Anschluss an den Schutzleiter. Selbst wenn sie elektrisch leitende Oberflächen haben, so sind sie durch die Isolierung vor Kontakt mit spannungsführenden Teilen geschützt. Schutzklasse III: Schutzkleinspannung SELV (Höchste Schutzklasse) Betriebsmittel der Schutzklasse III arbeiten mit Schutzkleinspannung (SELV) und benötigen bei Netzbetrieb ebenfalls eine verstärkte oder doppelte Isolierung zwischen Netzstromkreisen und der Ausgangsspannung. Geräte, die Schutzkleinspannung (SELV), d. h. mit Spannungen nicht über 50 V Wechselspannung oder 120 V Gleichspannung aus der Netzspannung erzeugen, benötigen einen Sicherheitstransformator. Aus Batterien bzw. Akkumulatoren entnommene Schutzkleinspannungen genügen der Schutzklasse III ohne weitere Maßnahmen.

9 Sicherheitsregeln und Unfallschutz bei Arbeiten mit elektrischen Anlagen und Bauteilen Die LEBENSWICHTIGEN 5 1. Freischalten. 2. Gegen Wiedereinschalten sichern. 3. Spannungsfreiheit feststellen. 4. Erden und Kurzschließen. 5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken. 1. Freischalten: Allseitiges Abschalten aller nicht geerdeten Leitungen. Dies kann geschehen durch Betätigen von Schaltern, Herausnehmen von Sicherungen, Ziehen von Steckvorrichtungen usw. Schaltet der Arbeitende nicht selber ab, so darf er erst mit der Arbeit beginnen, wenn er die Bestätigung über die erfolgte Abschaltung bekommen hat. Die Verabredung eines bestimmten Zeitpunktes für die Abschaltung genügt nicht. 2. Gegen Wiedereinschalten sichern: Das Wiedereinschalten der Anlage muss für die Dauer der Arbeiten zuverlässig verhindert oder unmöglich gemacht werden. Z.B. durch Herausnehmen und sicheres Verwahren der Sicherungen oder das Abschließen von Schaltern mit einem Vorhängeschloss. Zusätzlich ist ein Verbotsschild gegen Wiedereinschaltung anzubringen. 3. Spannungsfreiheit feststellen: An der Arbeitsstelle muss die Spannungsfreiheit von einer Elektrofachkraft oder durch eine elektrotechnisch unterwiesene Person Allpolig festgestellt werden. Dies darf nur mit dafür geeigneten Messgeräten oder Spannungsprüfern geschehen (vorher Funktionsprüfung). 4. Erden und Kurzschließen: An der Arbeitsstelle müssen Teile, an denen gearbeitet werden soll, zuerst geerdet und dann kurzgeschlossen werden. Erdung und Kurzschließung muss von der Arbeitsstelle aus sichtbar sein. 5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken: Die dazu verwendeten Hilfsmittel müssen zuverlässig sein. Unbedingt ist zu vermeiden, dass man mit Werkzeugen oder Leitern an leitende Teile gerät.

10 Gefahren des elektrischen Stroms Menschliche und tierische Körper leiten den elektrischen Strom. Da fast alle Organe des menschlichen Körpers von elektrischen Signalen gesteuert werden, können von außen kommende Ströme die Funktion der Organe beeinträchtigen. Stromstärken über 25 ma sind lebensgefährlich. Wechselspannungen über 50V sind lebensgefährlich (bei Tieren 24V). Gleichspannungen über 120V sind lebensgefährlich (bei Tieren 60V). Wechselstrom mit 50 Hz ist gefährlicher als Gleichstrom, weil es bei dieser Frequenz eher zum Herzkammerflimmern kommt. das menschliche Herz schlägt ca mal in der Minute 1000 Hz = 1000 Schwingungen per Sekunde Der im Körper fließende Strom hängt von der Spannung und vom Widerstand des Körpers ab. Dieser Widerstand setzt sich aus dem kleinen inneren Widerstand des Körpers, dem Körperinnenwiderstand Ri und den Übergangswiderständen an der Ein- und Austrittsstelle des Stromes zusammen. Die Übergangswiderstände hängen von äußeren Verhältnissen ab. Trockene Haut und trockene Kleidung haben einen großen Widerstand. Bei Feuchtigkeit (Schweiß, nassem Boden), ist der Übergangswiderstand jedoch gering. Der Übergangswiderstand hängt auch von der Berührungsfläche ab. Ist die Berührungsfläche größer, so wird der Übergangswiderstand kleiner. Der Gesamtwiderstand (Innen- und Übergangswiderstand) beträgt beim Menschen ca Ω. Stromweg im Körper Hand - Hand Hand - Fuß Hand - Füße Hände - Füße Körperwiderstand (minimal) ca. 650 Ω ca Ω ca. 975 Ω ca. 650 Ω Unfallursachen mit elektrischem Strom Die meisten Unfälle durch den elektrischen Strom entstehen durch Unachtsamkeit.

11 Arbeiten an elektrischen Leitungen und Geräten, die Lebenswichtigen 5 nicht eingehalten. Unsachgemäßer Gebrauch von Elektrogeräten, z.b. falsche Bedienung, schadhafte Leitungen, Stecker oder Steckdosen usw. Leichtsinniges oder fahrlässiges Handeln in der Nähe von Stromleitungen, z.b. Eisenbahnsurfen, Drachen steigen lassen usw. Die Gefahren des elektrischen Stromes erfordern daher vor allem besondere Umsicht und Sorgfalt. Gefährliche Wirkungen des elektrischen Stromes Wärmewirkung: Chemische Wirkung: Magnetische Wirkung: Lichtwirkung: Physiologische Wirkung Wirkung auf Lebewesen: Brandgefahr durch überlastete Leitungen, überhitzte Geräte, Wackelkontakte, Kurzschlüsse usw. Zersetzung von Flüssigkeiten, Bildung von explosionsfähigen oder giftigen Gasen bei Strom in Flüssigkeiten, Korrosion. Kraftwirkungen bei hohen Kurzschlussströmen, defekte elektrische Maschinen (Magnetströme wirken sich besonders bei Personen mit Herzschrittmachern aus.) Verletzungen der Augen (Verblitzen) durch den Lichtbogen (z.b. Kurzschlussschweißen oder Stromabnehmer bei Elektrolokomotiven) oder durch die hohe Leuchtdichte moderner Lampen. Muskelbewegungsstörungen, Störung des Nervensystems, Muskelverkrampfungen, Atemlähmung, Blutdrucksteigerung, Verbrennungen, Innere Verkochungen, Herzkammerflimmern, Herzstillstand, Spätschäden.

12 Die Wirkung des elektrischen Stromes hängt von folgenden Faktoren ab: Einwirkungszeit, gefährlich ab 0,2 ms Stärke des Stromes, gefährlich ab 20mA Stromart Stromweg durch den Körper (körperliche und seelische Verfassung) Reizschwelle: Stromstärke schon ab 1mA spürbar. Gefahr von Sekundärunfällen - Absturz Geringe Wirkung < 5mA Loslassschwelle liegt bei etwa 10mA Muskelverkrampfung. Atemlähmung, Herzstillstand und Bewusstlosigkeit ab 25 ma. Herzkammerflimmern entsteht bei Wechselströmen ab 40mA. Lebensbedrohliche bzw. tödliche Herzrhythmusstörungen ab 80mA. Verbrennungen bei Hochspannungsunfällen. Erste Hilfe bei Stromunfällen Gefahrensituation prüfen Ist die Person spannungsfrei? ERST SPANNUNGSFREI SCHALTEN! Im Zweifel auf keinen Fall eingreifen und Fachpersonal verständigen. Bewusstsein überprüfen (ansprechen, anfassen) Bewusstlosigkeit Atemkontrolle Kopf nackenwärts beugen, Unterkiefer anheben/sehen, hören, fühlen Atmung nicht vorhanden Suchen nach allgemeinen Zeichen einer Kreislauffunktion z.b. Reaktionslosigkeit auf Beatmung, Schlucken, Husten, Bewegungen Keine Kreislauffunktion erkennbar 2 effektive Beatmungen (Mund-zu-Nase-Beatmung bzw. Mund-zu-Mund-Beatmung) 15 Herzdruckmassage Arbeitsfrequenz 100 Kompressionen/Minute 2 Beatmung Sichtbares Heben des Brustkorbes Fortführung der Herzlungenwiederbelebung im Verhältnis 15 : 2 unabhängig von der Anzahl der Helfer (Fortführung bis zum Eintreffen des Rettungsdienstes oder bis zur Feststellung von Lebenszeichen)

13 Fehlerstromschutzschalter FI Der Fehlerstromschutzschalter trennt bei Überschreiten eines bestimmten Differenzstroms, in Hausanlagen und öffentlichen Gebäuden meist 30 ma, den überwachten Stromkreis allpolig, das heißt alle Leiter bis auf den Schutzleiter, vom restlichen Netz. Differenzströme können auftreten, wenn etwa durch den menschlichen Körper oder über eine schadhafte Isolierung ein (Fehler-)Strom fließt. Dazu vergleicht der Fehlerstromschutzschalter die Höhe des hin- mit der des zurückfließenden Stromes. Der Sicherungsautomat Auch Leitungsschutzschalter oder einfach Sicherung genannt Er Befindet sich im Sicherungskasten und die einzelnen Stromkreise sind über die Sicherungsautomaten manuell schaltbar. Sicherungen schützen jeden Stromkreis der Hausinstallation vor Schäden durch eine Überlastung der Leitungen, die sonst zu einem Kabelbrand führen könnte. Gegen Stromschlag beim Berühren stromführender Leiter oder Elektrogeräte schützen die Sicherungsautomaten jedoch nicht, denn dafür ist die Auslöseschwelle der Sicherungen zu hoch. So funktioniert ein Sicherungsautomat Aufbau eines Sicherungsautomaten: Mit dem Kippschalter wird der Stromkreis geschlossen bei Störungen wird der Kontakt automatisch geöffnet.

14 Farbcodierung Elektrischer Leitungen Im österreichischen Haushalt stehen zur Verfügung: 1. Lichtstrom 1x230 V (einphasig) und 2. Kraftstrom 3 x 230 oder 400 V (dreiphasig) Außenleiter 1 L1 schwarz Außenleiter 2 L2 braun Außenleiter 3 L3 grau Neutralleiter N blau Schutzleiter PE grün-gelb PEN-Leiter (Neutralleiter mit Schutzfunktion) PEN grün-gelb Ein PEN-Leiter (Abk. für protective earth neutral) ist ein Leiter, der zugleich die Funktionen des Schutzleiters (PE) und des Neutralleiters (N) erfüllt. Die Kennzeichnung grün-gelb (blau) darf nur für den Schutzleiter PE und PEN verwendet werden und für keinen anderen Leiter. Für die Kennzeichnung von L1, L2 und L3 sind nach der Norm keine festen Farben vorgeschrieben. Deshalb stellen die in der Tabelle angegebenen Farben eine Empfehlung dar. Jedoch muss der Neutralleiter (N) durchgehend blau und der Schutzleiter (PE, PEN) grün-gelb gekennzeichnet sein. Bei dreiphasigen Kabeln ist der Leiter meist schwarz

15 Wie wird Strom erzeugt? Zur Stromerzeugung wird heute hauptsächlich das dynamoelektrische Prinzip eingesetzt. Dieses Prinzip wurde 1867 von Werner von Siemens erfunden. Es sagt nichts anderes, als dass ein Magnet an einer Drahtspule vorbei bewegt wird, in dieser einen Stromfluss erzeugt. Stromerzeugung bei Windrädern und Wasserkraftwerken Der Wind oder das Wasser treiben eine Turbine an. Diese dreht sich dann wie ein überdimensionaler Fahrraddynamo und erzeugt so Strom. Stromerzeugung mit fossilen Energieträgern und Biomasse Durch Verbrennen der fossilen Energieträger und der Biomasse wird mit der Energie, die in diesem Feuer steckt, Wasserdampf erzeugt. Der Wasserdampf treibt nun wieder eine Turbine an. Die drehende Turbine erzeugt Strom. Stromerzeugung in einem Atromkraftwerk In einem Atomkraftwerk läuft es ähnlich ab. Die Atomkerne brechen auseinander und erzeugen dabei Wärme. Damit wird wieder Wasserdampf erzeugt. Stromerzeugung mit der Sonne Ganz anders wird Strom mit Solarzellen erzeugt. Solarzellen bestehen aus einem Material, das ganz besondere Eigenschaften hat. Wenn die Sonne auf die Solarzellen scheint, dann bringen die Sonnenstrahlen die Elektronen in den Solarzellen in Bewegung und erzeugen dadurch einen Stromfluss.

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