Elektrotechnik
ZHNW Elektrotechnik
ZHNW Elektrotechnik
Höchstspannung
220 bis 400 kV (im Ausland bis 700 kV
Höchstspannungsleitungen (Gittermasten)
Hochspannung
60 bis 110 kV
oft Betonmasten
Mittelspannung
1 bis 50 kV
Freileitungen (Beton- oder Holzmasten) oder unterirdisch verteilt.
Niederspannung
50 bis 1000 V (Wechselstrom), 120 – 1500 V (Gleichstrom)
Kleinstspannung
unter 50 V (Wechselstrom) resp. unter 120 V (Gleichstrom)
Starkstrom
Wechselstrom mit einer Spannung über 50 V (resp. über 120 V Gleichstrom) oder Strom mit Stromstärke über 2 A wird als Starkstrom bezeichnet.
Schwachstrom
Strom im Kleinspannungsbereich und mit Stromstärken unter 2 A wird als Schwachstrom bezeichnet.
Elektrische Ladung
Fliesst zu einem Körper eine Sekunde lang ein Strom von 1 Ampère, so „sammelt“ sich auf diesem Körper eine Ladung Q von 1 Coulomb an. Die Einheit für die Ladung ist das Coulomb (C), wobei: 1 C = 1 As.
Kapazität
Die Einheit der Kapazität ist das Farad (F), wobei gilt: 1 F = 1 C/V = 1 As/V
Q= C * U
\(I = {C*{\partial u\over\partial t}}\)
Wird ein Kondensator in einen Gleichstromkreis geschaltet, so fliesst nach Einschaltbeginn ein grosser Strom, welcher nur von der Spannungsquelle (z. B. eine 4,5 V-Batterie) abhängt resp. dadurch begrenzt wird. Der Kondensator hat zu Beginn quasi keinen Widerstand (Kurzschluss). Er wird dann geladen (je schneller, desto kleiner die Kapazität), und die
Spannung steigt an (dadurch nimmt der Strom ab), bis die Spannung über den Kondensator den Wert der Spannungsquelle erreicht. Dann kann kein Strom mehr fliessen. Der Kondensator wird zum Unterbrecher.
In einem Wechselstromkreis, wo der Strom laufend zu- oder abnimmt, führt ein Kondensator zu einer Verschiebung der Spannung zum Strom, zu einer Phasenverschiebung.
Induktivität
Die Induktivität L sagt aus, wie gross eine Spannung wird, wenn sich der Strom über eine Induktivität zeitlich ändert. Wenn ein sich nicht ändernder Gleichstrom über eine Induktivität fliesst, so „spürt“ dieser Strom die Induktivität nicht, die Spannung über die Induktivität ist Null.
Die Einheit der Induktivität ist das Henry (H), wobei gilt: 1 H = 1 Vs/A.
\(I = {L*{\partial i\over\partial t}}\)
Wechselstrom
Beim einphasigen Netzstrom in Europa ist die mittlere Spannung (Effektivwert) U =+- 230 V; der Maximalwert Û jedoch beträgt +- 325 V
\(Û = U * \sqrt{2}\)
Blindstrom
Wenn in einem Wechselstromnetz jedoch Kapazitäten oder Induktivitäten (Kondensatoren oder Spulen) vorhanden sind, dann können sich wie beschrieben die Strom- und Spannungsphasen gegeneinander verschieben
Blindstrom
Die Phasenverschiebung wird mit dem Drehwinke \(\varphi\); bezeichnet.
(Eine Periode dauert in Drehwinkeln ausgedrückt 360° oder 2 \(\pi\), entsprechend einer Umdrehung.)
Leistung / Scheinleistung
Für die Scheinleistung wird das Voltampere (Einheitenzeichen VA) und für die Blindleistung das Var (Einheitenzeichen var) benutzt (statt Watt bei der Wirkleistung); hierbei gilt 1 var = 1 VA = 1 W.
Blindenergie wird in kvarh gemessen (statt kWh bei der Wirkenergie)
Die Phasenverschiebung berechnet sich wie folgt, mit der Kreisfrequenz \(\omega = 2 * \pi * f\)
\(\varphi = -arctan ({\omega*L\over R})\) für Induktivitäten
\(\varphi = -arctan ({\omega * R * C})\) für Kapazitäten
Zeigerdiagramm Blindleistung
3 Phasen
Die Spannung kann beim Drehstrom zwischen den drei einzelnen Polleitern L1, L2 und L3 (oder auch mit R, S, T bezeichnet) gemessen werden oder zwischen einem der Polleiter L und dem Nullleiter N (resp. der Erde). Im zweiten Fall ist die Spannung wie beim EinphasenStrom (genau ist dies der Einphasen-Strom), also 230 V. Zwischen den Polleitern hingegen ist die Spannung höher, in unseren Netzen 400 V. Die Faktor dazwischen ist \(\sqrt{3}\) (= 1,732).
\(P = \sqrt{3} * U * I * cos \varphi\)
Stromtreis
Elektrisches Feld
Jeder unter Spannung stehende Leiter, unabhängig vom Stromfluss, erzeugt ein elektrisches Feld.
Dieses ist abhängig von der Spannung und nimmt mit dem Abstand zum Leiter mit 1/r (r = Abstand) ab. Elektrische Felder können leicht mit metallischen Abschirmmassnahmen abgeschirmt werden (Faradaysche Käfige). Eine Gefährdung könnte sich beim Aufenthalt in der Nähe von Leitern mit hoher Spannung ergeben oder in unmittelbarer Nähe von 230 V Installationen. Hohe elektrische Felder sind bei Gewitter vorhanden, sowie z. B. in elektrischen Lokomotiven. Gemessen wird das elektrische Feld E in Spannung pro Länge, d. h. V/m
Immissionsgrenzwert für elektrische Felder (elektr. Feldstärke E) bei Anlagen mit 50 Hz: 5000 V/m
Anlagegrenzwert für elektrische Felder (elektr. Feldstärke E) bei Sendeanlagen in Frequenzbereichen 900 – 1800 MHz: 5 V/m
Magnetisches Feld
Magnetische Felder entstehen bei stromdurchflossenen Leiter. Die Feldstärke ist abhängig von der Stromstärke. Auch das magnetische Feld nimmt mit Abstand zum Leiter stark ab. Das magnetische Feld kann nur sehr schlecht abgeschirmt werden. Ein magnetisches Feld baut sich also vor allem um Leiter mit grossem Querschnitt auf.
Magnetische Felder (Flussdichte B): 100 uT als Immissionsgrenzwert bei 50 Hz, 1 uT als Anlagengrenzwert an Orten, wo sich Menschen dauernd oder lange Zeit aufhalten
Elektromagnetische Wellen
In Abhängigkeit der Frequenz, sowie mit besonderen Bauarten (Antennen), können elektromagnetische Wellen emittiert werden. Diese werden heute sehr intensiv für Sprachund Datenübertragung genutzt. Die elektromagnetischen Wellen können kaum abgeschirmt werden und können weit reichen, was ja auch das Ziel ist
Notstromaggregat Emissionsgrenzen
Da ein Notstromaggregat nur im Notfall in Betrieb genommen wird, gelten keine Emissionsgrenzwerte für Luftschadstoffe und Lärm. Ebenso ist ein hoher Wirkungsgrad nicht entscheidend. Notstromaggregate können deshalb relativ günstig gebaut werden. Ein Richtwert für
die Investition für ein Notstromaggregat ist Fr. 600.- pro Kilowatt elektrische Leistung
Alle ca. 3 Monate ist ein kurzer Probelauf erforderlich
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Cartes-fiches
Höchstspannung
220 bis 400 kV (im Ausland bis 700 kV
Höchstspannungsleitungen (Gittermasten)
Hochspannung
60 bis 110 kV
oft Betonmasten
Mittelspannung
1 bis 50 kV
Freileitungen (Beton- oder Holzmasten) oder unterirdisch verteilt.
Niederspannung
50 bis 1000 V (Wechselstrom), 120 – 1500 V (Gleichstrom)
Kleinstspannung
unter 50 V (Wechselstrom) resp. unter 120 V (Gleichstrom)
Starkstrom
Wechselstrom mit einer Spannung über 50 V (resp. über 120 V Gleichstrom) oder Strom mit Stromstärke über 2 A wird als Starkstrom bezeichnet.
Schwachstrom
Strom im Kleinspannungsbereich und mit Stromstärken unter 2 A wird als Schwachstrom bezeichnet.
Elektrische Ladung
Fliesst zu einem Körper eine Sekunde lang ein Strom von 1 Ampère, so „sammelt“ sich auf diesem Körper eine Ladung Q von 1 Coulomb an. Die Einheit für die Ladung ist das Coulomb (C), wobei: 1 C = 1 As.
Kapazität
Die Einheit der Kapazität ist das Farad (F), wobei gilt: 1 F = 1 C/V = 1 As/V
Q= C * U
\(I = {C*{\partial u\over\partial t}}\)
Wird ein Kondensator in einen Gleichstromkreis geschaltet, so fliesst nach Einschaltbeginn ein grosser Strom, welcher nur von der Spannungsquelle (z. B. eine 4,5 V-Batterie) abhängt resp. dadurch begrenzt wird. Der Kondensator hat zu Beginn quasi keinen Widerstand (Kurzschluss). Er wird dann geladen (je schneller, desto kleiner die Kapazität), und die
Spannung steigt an (dadurch nimmt der Strom ab), bis die Spannung über den Kondensator den Wert der Spannungsquelle erreicht. Dann kann kein Strom mehr fliessen. Der Kondensator wird zum Unterbrecher.
In einem Wechselstromkreis, wo der Strom laufend zu- oder abnimmt, führt ein Kondensator zu einer Verschiebung der Spannung zum Strom, zu einer Phasenverschiebung.
Induktivität
Die Induktivität L sagt aus, wie gross eine Spannung wird, wenn sich der Strom über eine Induktivität zeitlich ändert. Wenn ein sich nicht ändernder Gleichstrom über eine Induktivität fliesst, so „spürt“ dieser Strom die Induktivität nicht, die Spannung über die Induktivität ist Null.
Die Einheit der Induktivität ist das Henry (H), wobei gilt: 1 H = 1 Vs/A.
\(I = {L*{\partial i\over\partial t}}\)
Wechselstrom
Beim einphasigen Netzstrom in Europa ist die mittlere Spannung (Effektivwert) U =+- 230 V; der Maximalwert Û jedoch beträgt +- 325 V
\(Û = U * \sqrt{2}\)
Blindstrom
Wenn in einem Wechselstromnetz jedoch Kapazitäten oder Induktivitäten (Kondensatoren oder Spulen) vorhanden sind, dann können sich wie beschrieben die Strom- und Spannungsphasen gegeneinander verschieben
Blindstrom
Die Phasenverschiebung wird mit dem Drehwinke \(\varphi\); bezeichnet.
(Eine Periode dauert in Drehwinkeln ausgedrückt 360° oder 2 \(\pi\), entsprechend einer Umdrehung.)
Leistung / Scheinleistung
Für die Scheinleistung wird das Voltampere (Einheitenzeichen VA) und für die Blindleistung das Var (Einheitenzeichen var) benutzt (statt Watt bei der Wirkleistung); hierbei gilt 1 var = 1 VA = 1 W.
Blindenergie wird in kvarh gemessen (statt kWh bei der Wirkenergie)
Die Phasenverschiebung berechnet sich wie folgt, mit der Kreisfrequenz \(\omega = 2 * \pi * f\)
\(\varphi = -arctan ({\omega*L\over R})\) für Induktivitäten
\(\varphi = -arctan ({\omega * R * C})\) für Kapazitäten
Zeigerdiagramm Blindleistung
3 Phasen
Die Spannung kann beim Drehstrom zwischen den drei einzelnen Polleitern L1, L2 und L3 (oder auch mit R, S, T bezeichnet) gemessen werden oder zwischen einem der Polleiter L und dem Nullleiter N (resp. der Erde). Im zweiten Fall ist die Spannung wie beim EinphasenStrom (genau ist dies der Einphasen-Strom), also 230 V. Zwischen den Polleitern hingegen ist die Spannung höher, in unseren Netzen 400 V. Die Faktor dazwischen ist \(\sqrt{3}\) (= 1,732).
\(P = \sqrt{3} * U * I * cos \varphi\)
Stromtreis
Elektrisches Feld
Jeder unter Spannung stehende Leiter, unabhängig vom Stromfluss, erzeugt ein elektrisches Feld.
Dieses ist abhängig von der Spannung und nimmt mit dem Abstand zum Leiter mit 1/r (r = Abstand) ab. Elektrische Felder können leicht mit metallischen Abschirmmassnahmen abgeschirmt werden (Faradaysche Käfige). Eine Gefährdung könnte sich beim Aufenthalt in der Nähe von Leitern mit hoher Spannung ergeben oder in unmittelbarer Nähe von 230 V Installationen. Hohe elektrische Felder sind bei Gewitter vorhanden, sowie z. B. in elektrischen Lokomotiven. Gemessen wird das elektrische Feld E in Spannung pro Länge, d. h. V/m
Immissionsgrenzwert für elektrische Felder (elektr. Feldstärke E) bei Anlagen mit 50 Hz: 5000 V/m
Anlagegrenzwert für elektrische Felder (elektr. Feldstärke E) bei Sendeanlagen in Frequenzbereichen 900 – 1800 MHz: 5 V/m
Magnetisches Feld
Magnetische Felder entstehen bei stromdurchflossenen Leiter. Die Feldstärke ist abhängig von der Stromstärke. Auch das magnetische Feld nimmt mit Abstand zum Leiter stark ab. Das magnetische Feld kann nur sehr schlecht abgeschirmt werden. Ein magnetisches Feld baut sich also vor allem um Leiter mit grossem Querschnitt auf.
Magnetische Felder (Flussdichte B): 100 uT als Immissionsgrenzwert bei 50 Hz, 1 uT als Anlagengrenzwert an Orten, wo sich Menschen dauernd oder lange Zeit aufhalten
Elektromagnetische Wellen
In Abhängigkeit der Frequenz, sowie mit besonderen Bauarten (Antennen), können elektromagnetische Wellen emittiert werden. Diese werden heute sehr intensiv für Sprachund Datenübertragung genutzt. Die elektromagnetischen Wellen können kaum abgeschirmt werden und können weit reichen, was ja auch das Ziel ist
Notstromaggregat Emissionsgrenzen
Da ein Notstromaggregat nur im Notfall in Betrieb genommen wird, gelten keine Emissionsgrenzwerte für Luftschadstoffe und Lärm. Ebenso ist ein hoher Wirkungsgrad nicht entscheidend. Notstromaggregate können deshalb relativ günstig gebaut werden. Ein Richtwert für
die Investition für ein Notstromaggregat ist Fr. 600.- pro Kilowatt elektrische Leistung
Alle ca. 3 Monate ist ein kurzer Probelauf erforderlich
