Elektro- und Informationssysteme

In einem elektrischen Leiter können sich einige

Elektronen (Valenzelektronen) frei bewegen.

Man spricht dann von (elektrischen) Strom:

Strom = Bewegte Ladung

(Der Leiter ist dabei elektrisch neutral)

Zusammenschluss von elektrischen Komponenten, z.B.

Spannungsquelle, Widerstand, Motor usw.

Die Stromstärke ist die Menge elektrisch geladener

Teilchen (Ladung), die pro Sekunde an einer Stelle im

Stromkreis vorbeifließt.

Sie wird gemessen in Ampere mit dem Einheitszeichen

A. Formelzeichen I.

Die Bewegung freier Ladungsträger im Inneren eines

Leiters hat zur Folge, dass die freien Ladungsträger

gegen Atome stoßen und in ihrem Fluss gestört werden.

Diesen Effekt nennt man Widerstand. Er resultiert in einer

Begrenzung des Stroms in einem Stromkreis

Er wird gemessen in der Einheit: ohm mit dem

Einheitszeichen Ω. Formelzeichen R.

gleich bleibenden Betrag und gleicher Polarität.

Graphisches Symbol: —

Anwendung:

• Kleinspannungsanlagen mit Batterien oder Akkus,

• bei elektrischen Eisenbahnen und für

Industriezwecke,

• zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung

(HGÜ) bei sehr großen Entfernungen

sich änderndem Betrag und Polarität

Graphisches Symbol: ~

• in Form einer Sinuskurve im Rhythmus zwischen

positivem und negativem Höchstwert.

• Frequenz - Anzahl der Richtungswechsel (Perioden)

je Sekunde

• Vorteil: leichte Umspannbarkeit in beliebige

Spannungen durch einen Transformator

• Anwendung des einphasigen Stroms mit 230 V

Spannung bei der Beleuchtung, Haushaltsgeräten,

kleineren Maschinen usw.

• Außenleiter L1, L2, L3 sowie geerdeter Neutralleiter N

• sternförmige Anordnung der Spulen am Generator

• jede Spule um 120° versetzt

• Spannungen und Stärken um 1/3 Periode verschoben

• Erzeugung mittels Generatoren in Wärme-, Wasser- oder Windkraftwerken bzw. über einen Wechselrichter aus Gleichstrom.

• Lieferung der 2 verschiedenen Spannungen:

• 230 V zwischen der drei Außenleiter und dem Neutralleiter

• 400 V zwischen zwei verschiedenen Außenleitern

• Verwendung für Motoren und Geräte größerer Leistung

• Jedes Gebäude bzw. jede Wohnung erhält ein Drehstromanschluss.

Hybrides AC/DC System könnte in der Zukunft im Stromnetz und in Gebäuden eingesetzt werden

Wenn verteilt erzeugter Strom aus PV, Brennstoffzellen und Batterien lokal als DC Stromquelle verwendet wird

(einschliesslich Kommunikation, Computer, Beleuchtung, Elektromobilität), könnte dies die Effizienz und

Netzabhängigkeit für diese kritischen Lasten reduzieren

Dreiphasen-Wechselstrom (mit Spannungen

≤ 10 000 V) werden in Großkraftwerken mittels

Turbinengeneratoren erzeugt, die mit Wasserkraft

und Dampf aus Primärenergien betrieben werden.

Die mechanische Energie einer Turbine wird in

elektrische Energie umgesetzt, übertragen,

hochgespannt und innerhalb des europäischen

Verbundnetzes mit Hoch- bzw. Höchstspannung

von 110 bis 380 kV.

Die Erzeugung des elektrischen Stroms geschieht ��

in der Regel durch Generatoren �� in Kraftwerken aus:

• primären Energieträgern in Wärmekraftwerken aus

Stein- und Braunkohle, Öl und Gas, Müll sowie

Kernenergie.

• regenerativen d.h. erneuerbaren Energien in

Wasser-, Wind-, Solar-, Gezeiten und

geothermischen Kraftwerken.

ist Produkt aus Spannung und Stromstärke, gemessen in

Watt mit dem Einheitszeichen W und dem Formelzeichen

P:

Spannung U [V] x Stromstärke I [A] = Leistung P [W]

(James Watt, 1736 - 1819, englischer Erfinder)

Elektrischer Strom lässt sich mit einem Wasserstrahl

vergleichen:

Der Druck in der Wasserleitung entspricht der Spannung,

das fliessende Wasser, d.h. diejenige Wassermenge, die

je Sekunde durch den Hahn fließt, dem Strom und die

Antriebsleistung des Wasserrades der Leistung.

Elektrische Leistung:

U・I = P

1 V ・ 1 A = 1 W (Watt)

Beispiel:

230 V ・16 A = 3680 W = 3,68 kW

Elektrizität vollbringt Arbeit. Die geleistete Arbeit

entspricht einer Leistung, die eine bestimmte Zeit

lang vollbracht wird, und ist gleich dem

Energieverbrauch, der am Zähler gemessen wird.

Beispiel: Eine 100-W-Lampe, die 20 Stunden lang

brennt, hat einen Energieverbrauch von

100 W ・20h = 2000 Wh = 2 kWh

Elektrische Arbeit hat die Einheit Wattsekunde mit

dem Einheitszeichnen Ws (bzw. Wh oder kWh) und

das Formelzeichen W (“work”). Im Rahmen der SIEinheiten

wurde die Einheit der elektrischen

Stromstärke so festgelegt, dass die Einheit der

mechanischen Arbeit Nm der Einheit der elektrischen

Arbeit Ws bzw. der Energiemenge J entspricht.

Vergleich: Mechanische Arbeit - elektrische Arbeit -

Energie:

Arbeit = Kraft x Weg

W = F ・ s

Elemente des Stromkreises werden seriell verschaltet

• Widerstände und Spannungen addieren sich

• Fällt ein einzelnes Element aus, fällt die Komplette Reihe aus

Zwei oder mehr Elemente sind zwischen den gleichen

Punkten angeschlossen

• Spannung ist gleich in jedem Strang

• Der Strom teilt sich zwischen den Strängen auf und ist

abhängig vom Widerstand der einzelnen Stränge

• Stromstärke addiert sich

• Ein Verbraucher kann ausfallen oder hinzukommen,

ohne dass die anderen davon betroffen sind

Standardkonfiguration in Gebäudeleitungen (Licht, Steckdosen)

Ebenso Gruppen von Lichtanlagen und Steckdosen sind in parallel verschaltet

Grundlegendes Prinzip für Parallelschaltung:

Die Stromstärken der einzelnen Verbraucher

addieren sich

=> Strom kann theoretisch beliebig gross werden

=> Sicherung Notwendig

Schäden durch elektrische Anlagen

Brand - überm..ige Erwärmung der

Leiter durch Überlastung der Leitung

oder durch erhöhten Widerstand

mangelhafter Verbindungen

Elektrische Unfälle: Berühren

stromführender, nichtisolierter Leiter oder

durch Berühren defekter metallischer

Geräte, wenn ein Isolationsfehler vorliegt.

Isolationsfehler verursachen Kurz-,

Erd- oder Körperschluss.

Kurzschluss - Ein nichtisolierter Leiter

bzw. Leiter und Neutraleiter berühren

sich

Erdschluss - Ein nichtisolierter Leiter

hat Kontakt mit der Erde

Körperschluss - Leitfähige Teile von

elektrischen Geräten, die nicht aktive

Teile sind, jedoch im Fehlerfall, z.B.

durch Berührung einer defekten

Leitung, unter Spannung stehen.