Elektrotechnik / Elektroinstallation
Mario Blunk
Blunk electronic / Inh. Dipl. Ing. Mario Blunk / Buchfinkenweg 3 / 99097Erfurt / Deutschland
2019-01-02
Abstract
Die Elektroinstallation ist ein Fachgebiet der Elektrotechnik mit einemsich stetig erweiternden Spektrum. Der Facharbeiter, Techniker oder
Ingenieur muß in der Lage sein, dieses weite Feld zu überblicken und sichbei Bedarf in ein spezielles Thema einzuarbeiten. Ziel des Seminars ist,
einen Überblick der Elektrotechnik im Allgemeinen und derElektroinstallation im Speziellen – zu vermitteln. Durch Verweise auf
Literaturquellen ist der Teilnehmer abschließend in der Lage, sichvertiefendes Fachwissen anzueignen. Das Seminar wird durch vieleBeispiele aus der realen Berufspraxis anschaulich und verständlich
gehalten.
Überblick
1. Grundlagen
2. Gleich-, Wechsel- und Drehstromtechnik
3. Kabel und Leitungen
4. Schutzmaßnahmen
5. Lichttechnik
6. Hochfrequenztechnik
7. Daten-Netzwerke
GrundlagenSpannung, Strom, Widerstand, Felder, Frequenz
1. Spannung
2. Strom
3. Widerstand und Temperatur
4. Das elektrische Feld
5. Das magnetische Feld
6. Frequenz
7. EMV
GrundlagenSpannung, Strom und ohmscher Widerstand
1. Die Ursache für einen Stromfluß ist immer eine Spannung U.
2. Spannung besteht zwischen Objekten verschiedenenPotentials.
3. Der Strom I fließt vom höheren zum niedrigeren Potential(techn. Stromrichtung).
4. Der Stromfluß wird durch den elektrischen ohmschenWiderstand R behindert.
5. Das Ohmsche Gesetz bringt U, I und R mathematisch inVerbindung.
I =U
Roder R =
U
I(1)
Grundlagenspezifischer ohmscher Widerstand
Abhängigkeit von Querschnitt und Länge
R =ρ · lA
(2)
ρ =Ω ·mm2
m(3)
Grundlagenohmscher Widerstand und Temperatur
1. Der ohmsche Widerstand R von Metallen ist von derTemperatur abhängig.
2. Unterscheidung: Heißleiter und Kaltleiter
3. Kupfer und Aluminium sind Kaltleiter: Temperatur steigt →Widerstand steigt.
R2 = R1(1 + α ·∆ϑ) (4)
αCu = αAl = 0.0041
K(5)
Grundlagenohmscher Widerstand und Temperatur
Figure 1: Widerstand und Temperatur [1]
Grundlagenohmscher Widerstand und Impedanz
1. Im ohmschen Widerstand R ist der Stromfluß I synchron zuranliegenden Spannung U.
2. Impedanz Z bedeutet: Spannung und Strom sind nichtsynchron.
3. Vergleich mit Mechanik: Mit Kraft F wird ein Autoangeschoben, die Geschwindigkeit steigt mit der Zeit.
4. Vergleich mit Wärmefluß: Heizung eingeschaltet, Temperaturim Raum steigt mit der Zeit.
5. elektrische Bauteile mit Impedanz: Kondensatoren, Spulen,Motoren, Transformatoren, Elektromagnete
i =u
Zoder Z =
u
i(6)
Grundlagenelektrisches Feld
Ein elektrisches Feld besteht zwischen elektrisch geladenenObjekten.
Figure 2: E-Feld
Die elektrische Feldstärke wird in Volt pro Meter angegeben.
E =U
d(7)
Grundlagenmagnetisches Feld
Ein magnetisches Feld besteht zwischen den Polen einesDauermagneten.
Figure 3: H-Feld[19]
Grundlagenmagnetisches Feld
Ein magnetisches Feld besteht um einen vom Strom durchflossenenLeiter.
Figure 4: H-Feld
Die magnetische Feldstärke wird in Ampere pro Meter angegeben.
H =Stromstaerke
Umfang(8)
Grundlagenmagnetisches Feld
Die Flußdichte ist proportional zur Feldstärke und wird in Teslaoder Gauss angegeben:
B = µ0 · µr · H (9)
µr = 1, 257 · 10−6Vs
Am(10)
Die relative Permeabilität µr ist vom Material abhängig.
Grundlagenmagnetisches Feld
Umrechnung zwischen Gauss und Tesla:
1G = 10−4T (11)
oder
10.000G = 1T (12)
Grundlagenmagnetisches Feld
1. Erdmagnetfeld 50 µT oder 0,5 G
2. Magnet an Tafel 5mT oder 50 G
3. Magnet eines MRT (MRI) 3T !
4. https://buffportal.mdc-berlin.de/data/wiki pages/51/MR FELDER MELONE.mp4
5. https://www.baltic-imaging-center.de/images/266 263 SPM Kurs 2012 MRT-Sicherheit.pdf
https://buffportal.mdc-berlin.de/data/wiki_pages/51/MR_FELDER_MELONE.mp4https://buffportal.mdc-berlin.de/data/wiki_pages/51/MR_FELDER_MELONE.mp4https://www.baltic-imaging-center.de/images/266_263_SPM_Kurs_2012_MRT-Sicherheit.pdfhttps://www.baltic-imaging-center.de/images/266_263_SPM_Kurs_2012_MRT-Sicherheit.pdf
GrundlagenFrequenz
Die Frequenz, gemessen in Hz, gibt an, wie oft sich die Richtungeines Stromes oder einer Spannung pro Sekunde ändert.
Figure 5: Periode und Frequenz[1]
f =1
T(13)
EMV / EMC / EMIEnergiefluß
1. Elektromagnetische Verträglichkeit
2. Electromagnetic Compatibility
3. Electromagnetic Interference
Figure 6: Energiefluß
EMV / EMC / EMIStörquellen[22]
1. Radiosender, GPS, Radar, Funkgeräte, Mobiltelefone, WLAN
2. E-Schweißgeräte, HF-Induktionsöfen, elektronischeVorschaltgeräte für Leuchten
3. Computertomographen (CT), MRT, Diathermie
4. Mikrowellen-Öfen, Haushaltsgeräte, Rechner, ...
EMV / EMC / EMIWege der Übertragung[22]
Strahlung
1. Fern-Feld: elektromagnetische Strahlung
2. Nah-Feld: kapazitives, induktives Übersprechen
Leitung
1. Netze der Energieversorgung
2. Datennetze
3. Masseschleifen
EMV / EMC / EMIStörsenken[22]
1. Radioempfänger, GPS-Empfänger, Funkgeräte, Radar, WLAN
2. Industriesteuerungen, Verstärker
3. biomedizinische Sensoren
4. Leitungsempfänger, Stromversorgungen, ...
5. Lebewesen
GleichstromtechnikKennzeichnung der Leiter nach DIN 40705
1. DC - engl. direct current
2. Positiv P (schwarz)
3. Negativ N (schwarz)
4. Nulleiter Mp (blau)
5. Schutzleiter PE (grün-gelb)
GleichstromtechnikVerdrahtung
Figure 7: Verdrahtung
WechselstromtechnikKennzeichnung der Leiter nach DIN 40705
1. AC - engl. alternating current
2. sogenannte einphasige Netze
3. Phase L (schwarz)
4. Nulleiter N (blau)
5. Schutzleiter PE (grün-gelb)
6. Netzarten (TNC, TNCS, TT, IT, ...)
WechselstromtechnikVerdrahtung
Figure 8: Verdrahtung
WechselstromtechnikFrequenz und Impedanz
1. induktive und kapazitive Lasten besitzen eine Impedanz
2. d.h. Spannung und Strom nicht synchron
3. graphische Darstellung: Spannungs- Strom-Widerstandsdreieck
DrehstromtechnikKennzeichnung der Leiter nach DIN 40705
1. dreiphasige Netze
2. Phase L1, L2, L3 oder R, S, T (schwarz, evtl. braun)
3. Nulleiter N oder Mp (blau)
4. Schutzleiter PE (grün-gelb)
5. Netzarten (TNC, TNCS, TT, IT, ...)
DrehstromtechnikVerdrahtung
Figure 9: Verdrahtung
DrehstromtechnikPhasen
Figure 10: Generator[1] Figure 11: 3-Phasen[1]
DrehstromtechnikFrequenz und Phase
1. wie in Wechselstromtechnik jedoch Phasenversatz von 120Grad
2. Stern- und Dreieckschaltung
DrehstromtechnikSternschaltung
Figure 12: Sternschaltung
DrehstromtechnikDreieckschaltung
Figure 13: Dreieckschaltung
Kabel und LeitungenFarben von Leitern
Figure 14: Farben von Leitern[5]
Kabel und LeitungenFarben von Leitern
Figure 15: Farben von Leitern[2] Seite 225
Kabel und LeitungenTypenschlüssel harmonisierter Leitungen
Figure 16: harmonisierte Leitungen[2] Seite 226
Kabel und LeitungenBeispiele
Figure 17: Beispiele[2] Seite 226
Kabel und LeitungenKurzzeichen
Figure 18: Kurzzeichen[2] Seite 225
Kabel und LeitungenVerlegearten
1. auf Putz, unter Putz, Trasse, Freiverdrahtung imSchaltschrank, ...
2. Spannungsabfall und Eigenerwärmung beachten !
Kabel und LeitungenAderleitungen
Figure 19: Aderleitung H07V-U[15]
Kabel und LeitungenMantelleitungen
Figure 20: Mantelleitung NYM-J[15]
Kabel und LeitungenMantelleitungen
Figure 21: Erdkabel NYY-J[15]
Kabel und LeitungenFernmeldeleitungen
Figure 22: J-Y(ST)Y 2x2x0,8[15]
Kabel und LeitungenKoax-Leitungen
Figure 23: Koax-Leitung[15]
Kabel und LeitungenCAT-Leitungen
Figure 24: CAT-Leitung[15]Figure 25: CAT-Leitung mitRJ45-Stecker[15]
SchutzmaßnahmenÜberblick
1. VDE 0100 (unter 1kV)
2. Schutz von Leitungen und Kabeln
3. Schutz von Geräten
4. Schutz gegen gefährliche Körperströme
SchutzmaßnahmenSchmelz-Sicherungen
zum Schutz von Leitungen und Kabeln gegen Überlast
Figure 26: Aufbau einer Schmelzsicherung[1]
SchutzmaßnahmenSchmelz-Sicherungen
farbliche Kennzeichnung
Figure 27: Farbkennzeichnung[2]
SchutzmaßnahmenSchmelz-Sicherungen
Figure 28: Abschmelzkennlinien[1]
SchutzmaßnahmenSchmelz-Sicherungen
Figure 29: Abschmelzkennlinien[2]
SchutzmaßnahmenLeitungsschutz-Schalter
zum Schutz von Leitungen und Kabeln gegen Überlast
Figure 30: LS-Schaltereinphasig[6]
Figure 31: LS-Schalterdreiphasig[6]
SchutzmaßnahmenLeitungsschutz-Schalter
Figure 32: Auslösecharakteristika[7]
SchutzmaßnahmenMotorschutz-Schalter
zum Schutz von Motoren gegen Überlast
Figure 33: Motorschutz-Schalter[8]
SchutzmaßnahmenLasttrennschalter
zum Schalten großer Leistungen
Figure 34: mitSelbstauslösung[9] Figure 35: Hauptschalter[24]
SchutzmaßnahmenSelektivität
1. Abschaltung durch Sicherung unmittelbar vor Fehlerquelle
2. gestufte Sicherungswerte 63A, 35A, 16A, ...
3. wenn Querschnitt sich verringert
SchutzmaßnahmenBelastbarkeit von Leitungen und Kabeln
Figure 36: Zuordnung LS-Schalter zu Querschnitt[5] Seite 231
SchutzmaßnahmenBelastbarkeit von Leitungen und Kabeln
Figure 37: Sicherungen und Leitungen[4] Seite 157
SchutzmaßnahmenFehlerstrom-Schalter (FI / RCD)
Figure 38: einphasig[7] Figure 39: dreiphasig[7]
SchutzmaßnahmenFehlerstrom-Schalter / FI
Figure 40: FI-Blockschaltung
SchutzmaßnahmenFehlerstrom-Schalter / FI
Figure 41: FI-Beispiel[3] Seite 126
SchutzmaßnahmenPotentialausgleich
Figure 42: Potentialausgleich[3] Seite 305
SchutzmaßnahmenBrandschutz-Schalter (AFDD)
”Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung” nach DIN VDE 0100-420zum Schutz gegen Brände in einphasigenWechselspannungssystemen unter 16A
Figure 43: AFDD[9]
www.bundesbaublatt.de
http://www.bundesbaublatt.de/artikel/bbb_Der_Brandschutzschalter_in_der_neuen_DIN_VDE_0100-420_2995142.html
SchutzmaßnahmenIP-Schutzarten
Figure 44: Bildzeichen[2] Seite 176
SchutzmaßnahmenSchutzklassen
Figure 45: Bildzeichen[2] Seite 176
SchutzmaßnahmenKleinspannung
Figure 46: Kleinspannung[3] Seite 122
SchutzmaßnahmenIsolierung
Figure 47: Isolierung[3] Seite 122
SchutzmaßnahmenTrennung
Figure 48: Trenntrafo[3] Seite 122
SchutzmaßnahmenESD - Electrostatic Discharging
1. Schutz von elektronischen Geräten und Bauteilen
2. Vermeidung von Aufladungen
3. Vermeidung von schnellen Entladungen
http://www.blunk-electronic.de/pdf/esd.pdf
http://www.blunk-electronic.de/pdf/esd.pdf
Schütze und RelaisSchütz / engl. Contactor
Figure 49: Schütz[7]
1. zum Schalten großer Leistungen, Spannungen oder Ströme
2. Montage in Schaltschränken
Schütze und RelaisRelais
Figure 50: Relais[10] Figure 51: Anschlußplan[10]
1. zum Schalten kleiner Leistungen, Spannungen oder Ströme
2. Montage in Schaltschränken oder auf Leiterplatten (PCB)
Schütze und Relaiseinfache Schaltung mit Schütz / Relais
Figure 52: Beispiel
Schütze und RelaisNot-Aus
Figure 53: VerschaltungNot-Aus-Taster Figure 54: Not-Aus-Taster[16]
1. Konzept der Drahtbruch-Sicherheit
2. Not-Aus-Taster muß leicht zugänglich sein !
Notstromversorgung
Figure 55: Netzersatz[4] Seite 182
LichttechnikSpektrum
Figure 56: Beispiele[23]
1. Problem der fehlerhaften Erscheinung der Farbe von Objekten
2. LEDs, Leuchtstofflampen u.s.w. : Flickerindex: rotierende,bewegliche Maschinenteile !
LichttechnikLichtstrom Φv
1. Lichtleistung Φv einer Lichtquelle
2. nach allen Richtungen abgegebene Lichtleistung
3. gemessen in Lumen (lm)
4. 100W Glühlampe 1380 lm
5. Stehleuchte im Wohnzimmer 310 lm
LichttechnikLichtstärke Iv
1. Lichtstrom pro Raumwinkel Ω (Steradiant sr)
2. Einheit für Lichtstärke ist Candela
3. Standard 5mm LED 50 mcd
Iv =ΦvΩ
(14)
[Iv ] =lm
sr= cd (15)
LichttechnikLichtausbeute η
1. Wirtschaftlichkeit (Wirkungsgrad) einer Lichtquelle
2. gemessen in Lumen pro Watt (lm/W)
3. 100W Glühlampe hat 13,8 lm/W
4. LED Hallenstrahler 120 lm/W
LichttechnikLeuchtdichte Lv
1. Lichtstärke einer leuchtenden Fläche
2. gemessen in Candela pro Quadratmeter (cd/m2)
3. Mittagssonne 150.000 cd/m2
4. Mondlicht 0,2 .. 1,2 cd/m2
5. Quecksilberdampflampe 4 .. 620 cd/m2
LichttechnikBeleuchtungsstärke Ev
1. Auf Fläche einfallender Lichtstrom
2. gemessen in Lux (lx)
Ev =ΦvA
(16)
LichttechnikBeleuchtungsstärke Ev
1. allgemeine Büroräume 500 lx
2. Unterrichtsräume 300 lx
3. Elektronikwerkstätten 1500 lx
4. Treppenhäuser 100 lx
Siehe [4] Seite 198.
LichttechnikFarbtemperatur
Figure 57: Farbtemperatur[13]
HochfrequenztechnikÜberblick
1. EM-Spektrum
2. Schwingkreis und Antenne
3. Schirmung und Übersprechen
HochfrequenztechnikSpektrum
Figure 58: EM-Spektrum[11]
HochfrequenztechnikSchwingkreis und Antenne
Figure 59: Schwingkreis[17]
HochfrequenztechnikEM-Abstrahlung
Figure 60: EM-Feld[17]
NetzwerkeSwitch und Router
Figure 61: Beispiel einfaches Netzwerk
NetzwerkeModem
Figure 62: Modem
NetzwerkeModem / Router / Switch - Kombination
Figure 63: Kombination
Literaturquellen I
[1] H.R.Ris Elektrotechnik für Praktiker. Buchverlag Elektrotechnik Aarau (Schweiz)
[2] Elektrotechnik Grundbildung Elektrotechnik Grundbildung. Verlag EUROPA-Lehrmittel
[3] Elektrotechnik Fachbildung Elektrotechnik Fachbildung. Verlag EUROPA-Lehrmittel
[4] Tabellenbuch Elektrotechnik Tabellenbuch Elektrotechnik. Verlag EUROPA-Lehrmittel
[5] Alfred Hösl und Roland Ayx Elektro-Installation Hüthig Buch Verlag Heidelberg
[6] RS-Components RS-Components http://www.rs-online.com
[7] ABB ABB https://new.abb.com
[8] ABL ABL http://www.abl.de
[9] Hager Hager http://www.hager.de
[10] Finder Finder https://www.findernet.com
[11] Wikipedia Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches Spektrum
[12] Wikipedia Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Glühlampe
[13] Wikipedia Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Farbtemperatur
[14] Wikipedia Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Typenkurzzeichen von Leitungen
[15] Elektro Wandelt Elektro Wandelt https://www.elektro-wandelt.de
[16] Völkner Völkner https://www.voelkner.de
[17] Lothar König Rundfunktechnik selbst erlebt. Urania Verlag, 1988
[18] Grafe Grundlagen der Elektrotechnik Band 2. Verlag Technik Berlin, 1974
http://www.rs-online.comhttps://new.abb.comhttp://www.abl.dehttp://www.hager.dehttps://www.findernet.comhttps://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrumhttps://de.wikipedia.org/wiki/Farbtemperaturhttps://de.wikipedia.org/wiki/Typenkurzzeichen_von_Leitungenhttps://www.elektro-wandelt.dehttps://www.voelkner.de
Literaturquellen II
[19] Horst Löbig / Günter Schöne Grundkenntisse der Elektrotechnik. Verlag Technik Berlin, 1967
[20] Matt Welsh / Lar Kaufman Linux, Wegweiser zur Installation und Konfiguration. O’Reilly Verlag
[21] Baltic Imaging Center Baltic Imaging Center. https://www.baltic-imaging-center.de
[22] Mark I. Montrose Printed Circuit Board Design Techniques for EMC Compliance. IEEE 2000
[23] Amateurfillm-Forum Amateurfillm-Forum.https://www.amateurfilm-forum.de/technik-und-equipment-beim-filmdreh/licht/36718-led-licht-vs-softbox/
[24] Spitzenspannung Spitzenspannung. https://www.spitzenspannung.com
https://www.baltic-imaging-center.dehttps://www.amateurfilm-forum.de/technik-und-equipment-beim-filmdreh/licht/36718-led-licht-vs-softbox/https://www.spitzenspannung.com