4 Spulen und Kondensatoren

4 Inhaltsverzeichnis / Contents 1 Stromkreis 1.1 Aufbau...................... 11 1.2 Elektrische Spannung......... 12 1.3 Elektrischer Strom............ 13 Aufgaben..................... 14 1.4 Messen von Stromstärke und Spannung.................... 15 1.5 Elektrischer Widerstand....... 17 Aufgaben..................... 17 1.6 Leistung und Arbeit........... 18 Aufgaben..................... 19 2 Abhängigkeiten im Stromkreis 2.1 Spannung und Stromstärke.... 20 Aufgaben..................... 23 2.2 Widerstand und Stromstärke... 23 Aufgaben..................... 24 2.3 Widerstand und Leistung...... 25 Aufgaben..................... 27 2.4 Schaltungen mit Widerständen...................... 28 2.4.1 Grundschaltungen............ 28 2.4.2 Gesamtwiderstände........... 30 Aufgaben..................... 31 2.4.3 Gruppenschaltungen.......... 32 Aufgaben..................... 33 2.4.4 Messen von Widerständen..... 34 Aufgaben..................... 36 2.5 Widerstand von Leitern....... 37 Aufgaben..................... 39 3 Spannungserzeugung 3.1 Wechselspannung............. 41 3.1.1 Darstellung.................. 41 3.1.2 Entstehung................... 42 3.1.3 Grundgrößen................. 43 3.1.4 Leistung..................... 44 Aufgaben..................... 45 3.1.5 Darstellung von Wechselgrößen....................... 46 Aufgaben..................... 47 3.2 Drei-Phasen-Wechselspannung. 49 3.2.1 Spannungen in Verbraucheranlagen...................... 49 3.2.2 Entstehung der Spannungen... 51 Aufgaben..................... 52 3.3 Gleichspannung.............. 53 3.3.1 Kenndaten von Batterien...... 53 3.3.2 Akkumulatoren.............. 55 Aufgaben..................... 55 3.3.3 Photovoltaik................. 57 Aufgaben..................... 57 3.3.4 Spannungsverhalten.......... 58 Aufgaben..................... 58 3.3.5 Schaltungen von Spannungsquellen...................... 59 Aufgaben..................... 59 4 Spulen und Kondensatoren 4.1 Spulen in Leuchstofflampenschaltungen.................. 61 Aufgaben..................... 61 4.2 Widerstand der Spule......... 64 Aufgaben..................... 64 4.3 Reihenschaltungen mit Spulen und Wirkwiderständen........ 65 Aufgaben..................... 69 4.4 Parallelschaltungen mit Spulen und Wirkwiderständen........ 70 Aufgaben..................... 71 4.5 Kondensatoren............... 72 Aufgaben..................... 74 4.6 Widerstand des Kondensators........................ 75 Aufgaben..................... 76 4.7 Schaltung mit Kondensatoren und Wirkwiderständen........ 76 Aufgaben..................... 78

Inhaltsverzeichnis / Contents 5 4.8 Reihenschaltungen mit Spulen, Kondensatoren und Wirkwiderständen................ 78 Aufgaben..................... 79 4.9 Parallelschaltungen mit Spulen, Kondensatoren und Wirkwiderständen................ 80 Aufgaben..................... 81 5 VNB-Netze 5.1 Kraftwerke................... 83 Aufgaben..................... 85 5.2 Aufbau der Spannungsnetze... 86 Aufgaben..................... 87 5.3 Niederspannungsnetz......... 88 Aufgaben..................... 89 5.4 Leitungen in Ortsnetzen....... 90 5.4.1 Freileitungen................. 90 5.4.2 Niederspannungskabel........ 91 Aufgaben..................... 91 5.5 Einphasentransformatoren.... 92 5.5.1 Prinzip....................... 93 Aufgaben..................... 93 5.5.2 Realer Transformator......... 94 Aufgaben..................... 95 5.5.3 Leistung und Wirkungsgrad.... 95 Aufgaben..................... 97 5.5.4 Kurzschluss.................. 97 Aufgaben..................... 98 5.5.5 Sonderformen von Transformatoren................... 98 Aufgaben..................... 99 5.6 Drehstromtransformatoren.... 99 Aufgaben..................... 101 6 Gebäudeinstallation 6.1 Gebäudeverteilung........... 103 6.1.1 Hausanschlussraum........... 103 Aufgaben..................... 105 6.1.2 Mechanische Zähler.......... 106 Aufgaben..................... 109 6.1.3 Elektronische Zähler.......... 110 6.1.4 Stromkreise.................. 111 Aufgaben..................... 113 6.2 Leitungsverlegung............ 115 6.2.1 Leitungen und Kabel.......... 115 Aufgaben..................... 116 6.2.2 Auswahl von Leitungen....... 117 Aufgaben..................... 118 6.2.3 Verlegebedingungen.......... 119 Aufgaben..................... 120 6.2.4 Spannungsfall................ 123 6.2.5 Abschaltbedingung........... 124 Aufgaben..................... 125 6.3 Überstrom-Schutzorgane...... 126 6.3.1 Leitungsschutz-Sicherung...... 126 Aufgaben..................... 127 6.3.2 Leitungsschutz-Schalter....... 129 Aufgaben..................... 130 6.3.3 Bemessung von Überstrom- Schutzorganen............... 131 6.3.4 Anordnung der Schutzeinrichtung.................. 131 Aufgaben..................... 131 6.4 Ausführung der Installation... 132 Aufgaben..................... 132 6.4.1 Installationsarten............. 133 Aufgaben..................... 134 6.4.2 Installationszonen............ 135 6.4.3 Installation in einer Küche.... 136 6.4.4 Installation im Bad............ 137 Aufgaben..................... 138 6.5 Gebäudeleittechnik........... 139 6.5.1 Arbeitsweise des KNX-Systems.. 139 Aufgaben..................... 139 6.5.2 Aufbau eines Busteilnehmers.. 140 6.5.3 Busleitung................... 140 6.5.4 Aufbau des KNX.............. 141 Aufgaben..................... 141

6 Inhaltsverzeichnis / Contents 6.5.5 Installationsvorschriften....... 142 Aufgaben..................... 142 6.5.6 Anwendungsbeispiel.......... 143 Aufgaben..................... 144 6.5.7 DigitalSTROM................ 147 6.6 Besondere Räume und Anlagen...................... 148 6.6.1 Feuchte und nasse Räume..... 148 6.6.2 Feuergefährdete Betriebsstätten 148 6.6.3 Saunen...................... 149 6.6.4 Anlagen im Freien............ 149 Aufgaben..................... 149 6.6.5 Medizinisch genutzte Räume... 150 6.6.6 Landwirtschaftliche Betriebsstätten....................... 150 6.6.7 Baustellen................... 151 Aufgaben..................... 151 6.6.8 Kommunikationsanlagen...... 152 6.7 Erzeugeranlagen.............. 154 6.7.1 Photovoltaikanlagen.......... 154 Aufgaben..................... 154 6.7.2 Kraft-Wärme-Kopplung........ 155 Aufgaben..................... 155 7 Schutz gegen elektrischen Schlag 7.1 Gefahren des elektrischen Stromes...................... 157 Aufgaben..................... 158 7.2 Fehlerstromkreis............. 159 Aufgaben..................... 159 7.3 Sicherheitsregeln beim Arbeiten in elektrischen Anlagen....... 160 7.4 Spannungsbereiche und Schutzklassen................ 162 Aufgaben..................... 162 7.5 Übersicht zu den Schutzmaßnahmen...................... 163 7.6 Basisschutz und Fehlerschutz....................... 164 Aufgaben... 166 7.7 Basisschutz................... 166 Aufgaben..................... 168 7.8 Fehlerschutz................. 169 7.8.1 Doppelte oder verstärkte Isolierung................... 169 Aufgaben..................... 170 7.8.2 Schutztrennung.............. 170 Aufgaben..................... 171 7.8.3 Automatische Abschaltung im TN-System................... 172 Aufgaben..................... 174 7.8.4 Abschaltung im TT-System..... 176 7.8.5 Abschaltung im IT-System..... 177 Aufgaben..................... 177 7.8.6 Schutz in Verteilungssystemen.................... 178 7.8.7 Schutzpotenzialausgleich und Schutzerdung................ 179 Aufgaben..................... 180 7.8.8 Nicht leitende Umgebung...... 181 Aufgaben..................... 181 7.9 Prüfung der Schutzmaßnahmen 182 Aufgaben..................... 184 7.10 Überspannungsschutz......... 188 Aufgaben..................... 191 7.11 Maßnahmen zur Hilfe bei Stromunfällen und Bränden... 193 Aufgaben..................... 193 8 Beleuchtungsanlagen 8.1 Lampenarten................. 195 8.1.1 Glühlampen.................. 195 8.1.2 Halogenlampen............... 196 Aufgaben..................... 196 8.1.3 Niederdrucklampen.......... 197 8.1.4 Hochdrucklampen............ 199 Aufgaben..................... 200 8.1.5 LED-Lampen.................. 200 Aufgaben..................... 202

Inhaltsverzeichnis / Contents 7 8.1.6 Niedervolt-Halogenlampen.... 203 8.1.7 Entsorgung von Lampen....... 204 Aufgaben..................... 204 8.2 Leuchtenschaltungen......... 205 8.2.1 Installationsschaltungen...... 205 8.2.2 Betriebsmittel für Installationsschaltungen...... 206 Aufgaben..................... 207 8.2.3 Leuchtstofflampen-Schaltungen. 208 Aufgaben..................... 209 8.2.4 Kompensation................ 210 Aufgaben..................... 211 8.3 Lichtsteuersysteme........... 212 Aufgaben..................... 213 8.4 Installation von Leuchten..... 214 Aufgaben..................... 215 8.5 Notbeleuchtungsanlagen...... 216 Aufgaben..................... 217 8.6 Planung von Beleuchtungsanlagen...................... 218 Aufgaben..................... 219 9 Hausgeräte 9.1 Geräte zur Nahrungszubereitung.................. 220 9.1.1 Elektroherd.................. 220 9.1.2 Backofen..................... 221 9.1.3 Mikrowellengerät............. 222 9.2 Kühlgeräte................... 222 9.2.1 Kompressorkühlschrank...... 222 9.2.2 Absorberkühlschrank......... 223 9.3 Geschirrspüler............... 224 9.4 Waschmaschine.............. 225 9.5 Wäschetrockner.............. 227 9.5.1 Kondensationstrockner....... 227 9.5.2 Ablufttrockner............... 227 9.6 Energieeffizienz-Label......... 228 9.7 Warmwassergeräte............ 229 9.7.1 Anschluss von Warmwassergeräten...................... 229 9.7.2 Speicher..................... 229 9.7.3 Boiler........................ 230 9.7.4 Kochendwassergerät.......... 231 9.7.5 Durchlauferhitzer............. 231 Aufgaben..................... 233 9.8 Heizung...................... 234 9.8.1 Direktheizgeräte.............. 234 9.8.2 Speicherheizungen............ 234 Aufgaben..................... 235 9.9 Lüftung...................... 236 9.10 Reparaturen.................. 238 9.10.1 Fehler feststellen............. 238 9.10.2 Prüfung elektrischer Geräte... 239 9.10.2.1 Besichtigung............... 239 9.10.2.2 Messung und Erprobung.... 239 Aufgaben.................... 239 9.10.3 Prüfverantwortlichkeiten... 242 9.10.3.1 Kennzeichen einer Elektrofachkraft............ 242 9.10.3.2 Prüfung gemäß Betriebssicherheitsverordnung...... 242 10 Elektronik 10.1 Elektronische Bauelemente und Schaltungen............. 245 Aufgaben.................... 245 10.2 Widerstände................. 246 10.2.1 Widerstand als Bauteil........ 246 Aufgaben.................... 247 10.2.2 Widerstand und Temperatur........................ 248 Aufgaben.................... 249 10.2.3 Halbleiterwiderstände als Wandler..................... 250 10.2.4 Spannungsabhängiger Widerstand, VDR............. 251 Aufgaben.................... 251 10.2.5 Temperaturabhängige Widerstände................. 252 Aufgaben.................... 252 10.2.6 Lichtabhängiger Widerstand, LDR......................... 254 10.2.7 Magnetfeldabhängiger Widerstand.................. 254

8 Inhaltsverzeichnis / Contents 10.3 Netzteil..................... 255 10.3.1 Baugruppen eines Netzteils... 255 10.3.2 Dioden...................... 256 10.3.3 PN-Übergang................. 257 Aufgaben.................... 257 10.3.4 Gleichrichterschaltungen..... 258 Aufgaben.................... 258 10.3.5 Spannungsstabilisierung...... 260 Aufgaben.................... 261 10.4 Leuchtdioden................ 262 Aufgaben.................... 262 10.5 Elektronische Schalter........ 263 10.5.1 Übersicht.................... 263 10.5.2 Transistor als Schalter........ 264 Aufgaben.................... 265 10.5.3 Thyristoren.................. 267 Aufgaben.................... 268 10.5.4 Triac........................ 269 Aufgaben.................... 270 10.6 Verstärker................... 271 10.6.1 Verstärkungsprinzip.......... 271 Aufgaben.................... 271 10.6.2 Verstärker mit bipolaren Transistoren................. 272 Aufgaben.................... 274 10.6.3 Verstärker mit Feldeffekttransistoren................. 275 Aufgaben.................... 276 10.6.4 Operationsverstärker......... 276 Aufgaben.................... 278 11 Kommunikationstechnik 11.1 Personenrufanlagen.......... 279 Aufgaben.................... 280 11.2 Telekommunikationsanlagen..................... 282 11.2.1 Übersicht.................... 282 11.2.2 Analoge Telekommunikation... 283 Aufgaben.................... 284 11.2.3 Digitale Telekommunikation... 285 11.2.3.1 ISDN...................... 285 Aufgaben.................... 287 11.2.3.2 Installation................ 288 Aufgaben.................... 290 11.2.4 DSL-Anschluss............... 291 Aufgaben.................... 292 11.3 Empfangsverteilanlagen...... 293 11.3.1 Möglichkeiten des Fernsehempfangs.................... 293 Aufgaben.................... 294 11.3.2 Terrestrische Anlagen........ 295 Aufgaben.................... 297 11.3.3 DVB-T....................... 299 Aufgaben.................... 299 11.3.4 DVB-C....................... 300 Aufgaben.................... 300 11.3.5 DVB-S....................... 301 11.3.6 Installation einer Satelliten- Empfangsverteilungsanlage... 303 11.4 Alarm- und Überwachungsanlagen..................... 305 11.4.1 Einbruchmeldeanlage (EMA)... 305 11.4.2 Einbruchmelder............. 306 Aufgaben.................... 307 11.4.3 Meldelinien................. 308 Aufgaben.................... 309 11.4.4 Installation einer Einbruchmeldeanlage................. 310 Aufgaben.................... 311 11.4.5 Brandmeldeanlagen.......... 313 Aufgaben.................... 313 12 Motoren 12.1 Motorprinzip................ 315 12.2 Stromwendermotoren........ 316 12.2.1 Wirkungsweise.............. 316 12.2.2 Gegenspannung.............. 317 12.2.3 Steuern..................... 318 Aufgaben.................... 318

Inhaltsverzeichnis / Contents 9 12.2.4 Schaltungen................. 319 12.2.5 Reihenschlussmotor.......... 320 12.2.6 Nebenschlussmotor.......... 320 Aufgaben.................... 320 12.2.7 Universalmotor.............. 321 Aufgaben.................... 321 12.3 Drehstrommotor............. 322 12.3.1 Drehfeld..................... 322 Aufgaben.................... 324 12.3.2 Synchronmotor.............. 324 Aufgaben.................... 325 12.3.3 Läuferfeld der Asynchronmotoren..................... 326 12.3.4 Motor mit Kurzschlussläufer....................... 327 12.3.5 Motor mit Schleifringläufer... 328 12.3.6 Anlassen von Drehstromständern.................... 329 Aufgaben.................... 330 12.4 Wechselstrommotor.......... 331 12.4.1 Motor mit Hilfsphase......... 331 12.4.2 Spaltpolmotor................ 332 Aufgaben.................... 332 12.5. Einsatz von Motoren.......... 333 12.5.1 Motorschutz................. 333 Aufgaben.................... 334 12.5.2 Auswahl von Motoren........ 336 12.5.3 Bremsen..................... 338 Aufgaben.................... 339 13 Steuern und Regeln 13.1 Ampelsteuerung............. 341 Aufgaben.................... 342 13.2 Digitaltechnik................ 343 13.2.1 Grundschaltungen............ 343 Aufgaben...... 343 13.2.2 Schaltnetze.................. 346 Aufgaben.................... 349 13.2.3 Speicherschaltungen......... 350 Aufgaben.................... 351 13.2.4 Monostabile Kippstufen...... 352 13.2.5 Zähler....................... 353 Aufgaben.................... 353 13.2.6 Digitalisierung analoger Signale...................... 354 Aufgaben.................... 355 13.3 Mikrocomputer.............. 356 Aufgaben.................... 357 13.4 Speicherprogrammierbare Steuerungen................. 358 Aufgaben.................... 359 13.5 Logikmodul.................. 363 Aufgaben.................... 363 13.6 Datenübertragung............ 364 13.6.1 Schnittstellen................ 364 Aufgaben.................... 365 13.6.2 Computervernetzung......... 367 Aufgaben.................... 367 13.7 Regelungstechnik............ 370 Aufgaben.................... 371 13.7.1 Grundbegriffe............... 370 13.7.2 Messumformer und Sensoren.. 372 13.7.3 Regelstrecken................ 373 Aufgaben.................... 373 13.7.4 Stetige Regler................ 374 Aufgaben.................... 375 13.7.5 Unstetige Regler.............. 376 Anhang Aufgaben.................... 377 Elektrische Grundgrößen........... 378 Elektrisches Feld................... 380 Magnetisches Feld.................. 381 Drei-Phasen-Wechselspannung...... 382 Sachwortverzeichnis (deutsch/englisch)............ 383 Bildquellenverzeichnis............. 399