88
Elektrotechnik / Elektroinstallation Mario Blunk Blunk electronic / Inh. Dipl. Ing. Mario Blunk / Buchfinkenweg 3 / 99097 Erfurt / Deutschland 2019-01-02

Elektrotechnik / Elektroinstallation - Blunk electronic · 2019. 1. 2. · LiteraturquellenI [1]H.R.Ris Elektrotechnik fur Praktiker. Buchverlag Elektrotechnik Aarau (Schweiz) [2]Elektrotechnik

  • Upload
    others

  • View
    13

  • Download
    6

Embed Size (px)

Citation preview

  • 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