07.02.02 Leitwert und Leitfähigkeit
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TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ<br />
7 ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN REPETITIONEN<br />
2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
1<br />
AE<br />
2.3<br />
12<br />
Leitende Kunststoffe<br />
In einem Forschungslabor der chemischen Industrie sind elektrisch leitende<br />
Kunststoffe entwickelt worden. Die <strong>Leitfähigkeit</strong> von Polyacetylen beträgt<br />
5<br />
1,<br />
47 ⋅ 10 S / cm (Siemens pro Zentimeter).<br />
a) Rechnen Sie die <strong>Leitfähigkeit</strong> von Kupfer in S / cm um.<br />
b) Vergleichen Sie die <strong>Leitfähigkeit</strong> von Polyacethylen mit der <strong>Leitfähigkeit</strong> von<br />
Kupfer.<br />
Polyethin C2H2(Polyacetylen) ist ein<br />
elektrischer Isolator, bei dem durch<br />
Dotierung eine <strong>Leitfähigkeit</strong> erzielt wird,<br />
die dem Silber, dem Metall mit der<br />
besten elektrischen <strong>Leitfähigkeit</strong>,<br />
gleichkommt.<br />
Einsatz: Akku, Sensoren<br />
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2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
2<br />
AE<br />
2.3<br />
11<br />
Längenvergleich Aluminium Kupfer<br />
Wie viel Prozent ist der Längenunterschied zwischen einer Alu-Leitung <strong>und</strong><br />
einer Kupferleitung mit gleichem elektrischen Widerstand?<br />
Ωmm<br />
ρ Cu = 0,<br />
0175<br />
m<br />
2<br />
Ωmm<br />
ρ Al = 0,<br />
0282<br />
m<br />
2<br />
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2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
3<br />
ET<br />
2.3<br />
13<br />
Leiterbahn aus Kupfer<br />
Wie gross sind Widerstand <strong>und</strong> <strong>Leitwert</strong> einer 15 cm langen <strong>und</strong> 1 mm<br />
breiten Leiterbahn aus Kupfer, wenn die Schichtdicke 35 µ m beträgt?<br />
Lösung:<br />
−3<br />
−3<br />
A = d ⋅ h = 1mm<br />
⋅35⋅10<br />
mm = 35 ⋅10<br />
mm<br />
Ω ⋅ mm<br />
⋅ l<br />
R = ρ 0,<br />
0175 ⋅ 0,<br />
15m<br />
= m = 0, 06728Ω<br />
A<br />
−3<br />
2<br />
35 ⋅10<br />
mm<br />
2<br />
2<br />
Ωmm<br />
ρ Cu = 0,<br />
0175<br />
m<br />
2<br />
G = 1 1<br />
= = 14 ,86 S<br />
R 0,<br />
06728Ω<br />
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2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
4<br />
RE<br />
1.201<br />
Elektrischer Widerstand<br />
Wie gross ist der <strong>Leitwert</strong> eines Widerstandes von<br />
11 ,2Ω<br />
? 89 ,29mS<br />
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5<br />
RE<br />
1.202<br />
Elektrischer Widerstand<br />
Es ist der Widerstand einer NS Cu-Freileitung deren <strong>Leitwert</strong> 0 ,428S<br />
ist<br />
zu bestimmen! Wie lange ist die Freileitung, wenn sein Durchmesser<br />
8 mm beträgt?<br />
2 ,336Ω<br />
NS<br />
Niederspannung<br />
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6<br />
RE<br />
1.203<br />
Steigleitung in einem Gebäude ab HAK<br />
Berechnen Sie den <strong>Leitwert</strong> einer Cu-Steigleitung, deren Widerstand<br />
42 mΩ ist! Welcher Querschnitt hat die Steigleitung, wenn sie 14 ,4m<br />
lang ist?<br />
23 ,81S<br />
2<br />
6mm<br />
HAK<br />
Hausanschlusskasten<br />
NIN 5.2.4.3<br />
Bei mehrphasigen Wechselstromkreisen,<br />
in denen jeder Aussenleiter<br />
einen Querschnitt > 16 mm2 für<br />
Kupfer oder 25 mm2 für Aluminium<br />
hat, darf der Neutralleiter einen<br />
kleineren Querschnitt als die<br />
Aussenleiter haben, wenn der zu<br />
erwartende maximale Strom<br />
einschliesslich Oberwellen im<br />
Neutralleiter iwährend des ungestörten<br />
Betriebes nicht grösser als<br />
die Strombelastbarkeit des verringerten<br />
Neutralleiterquerschnittes<br />
ist.<br />
NIN 5.2.4.3<br />
Minimal notwendige Querschnitte bei fester Verlegung<br />
NIN 1.3.2.6<br />
Dimensionierung Leiterquerschnitte<br />
Die Leiterquerschnitte müssen bestimmt<br />
werden, entsprechend:<br />
- ihrer zulässigen maximalen Leitertemperatur;<br />
- dem zulässigen Spannungsfall;<br />
- den elektromechanischen Beanspruchungen,<br />
die wahrscheinlich bei Kurzschlussströmen<br />
entstehen;<br />
- anderen mechanischen Beanspruchungen,<br />
denen die Leiter ausgesetzt sein können;<br />
- der maximalen Impedanz für das Funktionieren<br />
des Schutzes bei Körper-, Erd- <strong>und</strong><br />
Kurzschluss;<br />
- der Verlegeart.<br />
Arten von Leitungen<br />
Feste<br />
Verlegung<br />
isolierte Leiter<br />
<strong>und</strong> Kabel<br />
blanke Leiter<br />
Bewegliche Leitungen mit<br />
isolierten Leitern <strong>und</strong> Kabeln<br />
Anwendung des<br />
Leiter<br />
Stromkreises Werkstoff Mindestquerschnitt<br />
[mm 2 ]<br />
Hausleitungen<br />
Leistungs- <strong>und</strong> Lichtstromkreise<br />
Melde- <strong>und</strong> Steuerstromkreise<br />
Leistungsstromkreise<br />
Melde- <strong>und</strong> Steuerstromkreise<br />
für ein besonderes<br />
Betriebsmittel<br />
für andere Anwendungen<br />
für besondere Anwendung<br />
von Schutz- <strong>und</strong><br />
Funktionskleinspannung<br />
Cu<br />
Al<br />
Cu<br />
Al<br />
6<br />
16<br />
1,5<br />
2,5 1)<br />
Cu 0,5 2)<br />
Cu<br />
Al<br />
10<br />
16<br />
Cu 4<br />
Cu<br />
wie in der entsprechenden<br />
IEC-<br />
Norm angegeben<br />
Cu 0,75 3)<br />
Cu 0,75<br />
1) Aluminium hat die Eigenschaft, unter Druck zu fliessen. Demzufolge ist<br />
entsprechend geprüftes Verbindungsmaterial zu verwenden. Für kleinere<br />
Querschnitte als 16 mm 2 ist zurzeit kein geeignetes Material erhältlich.<br />
2) In Melde- <strong>und</strong> Steuerstromkreisen für elektronische Betriebsmittel ist<br />
ein Mindestquerschnitt von 0,1 mm 2 zulässig.<br />
3) Für mehradrige, flexible Leitungen mit sieben oder mehr Adern gilt 2)<br />
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7<br />
RE<br />
1.204<br />
Sammelschiene in einer Verteilanlage<br />
Der <strong>Leitwert</strong> einer Cu-Sammelschiene ist 1680 S .<br />
Welchem Widerstand in m Ω entspricht dies?<br />
Die Höhe des 4 m langen Sammelschienenprofils ist zu bestimmen,<br />
wenn seine Dicke 6 mm beträgt!<br />
0 ,5952mΩ<br />
20 ,6mm<br />
Sammelschiene<br />
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8<br />
RE<br />
1.205<br />
Fehlerstrom in einer elektrischen Anlage<br />
Ein Krichweg hat 16 '000Ω<br />
Widerstand.<br />
Welchem <strong>Leitwert</strong> entspricht dies?<br />
Welcher Kriechstrom fliesst hier bei einer Spannung von<br />
400 V ?<br />
230 V bzw.<br />
0 ,0625mS<br />
14 ,38mA<br />
25 mA<br />
NIN 5.3.9.2.9.3<br />
Krichstrecke<br />
Kürzester Abstand zwischen<br />
zwei leitfähigen<br />
Teilen längs einer Isolierstoffoberfläche<br />
(EN 60947-1)<br />
NIN 5.3.9.2.9.17<br />
Kriechwegbildung<br />
Ausbildung einer leitenden<br />
Verbindung an der Oberfläche<br />
fester Isolierstoffe unter<br />
Spannungsbeanspruchung<br />
bei elektrolytischer Verschmutzung<br />
(EN 60947-1)<br />
NIN 5.3.9.7.1.2.3<br />
Isolationseigenschaften<br />
Die minimalen Anforderungen<br />
an den Isolationswiderstand<br />
betragen ≥ 1000 Ω/V<br />
<strong>und</strong> müssen zwischen allen<br />
aktiven Leitern <strong>und</strong> Erde<br />
eingehalten werden.<br />
Luftstrecken<br />
Luftstrecken müssen<br />
ausreichend sein.<br />
Luftstrecken von 5,5 mm<br />
<strong>und</strong> Kriechstrecken von<br />
10,0 mm sind in der Regel<br />
ausreichend für eine<br />
Bemessungsspannung<br />
≤ 400 V <strong>und</strong> einen Verschmutzungsgrad<br />
≤ 2.<br />
NIN 5.3.9.6.1.2.3<br />
Verschmutzungsgrad<br />
Der Verschmutzungsgrad<br />
bezieht sich auf die Umgebungsbedingungen,<br />
für<br />
welche die Schaltgerätekombination<br />
vorgesehen ist.<br />
Für Schaltgeräte <strong>und</strong> Teile<br />
in Gehäusen gilt der<br />
Verschmutzungsgrad der<br />
Umgebungsbedingung im<br />
Gehäuse. Zur Bewertung<br />
von Luftstrecken <strong>und</strong><br />
Kriechstrecken dienen<br />
folgende Verschmutzungsgrade:<br />
Verschmutzungsgrad 1:<br />
Keine oder nur trockene,<br />
nichtleitende Verschmutzung<br />
Verschmutzungsgrad 2:<br />
Üblicherweise nur nichtleitende<br />
Verschmutzung. Es<br />
muss jedoch gelegentlich<br />
mit einer zeitweiligen<br />
<strong>Leitfähigkeit</strong> durch Betauung<br />
gerechnet werden.<br />
(NIN 2 5.3.9.2.9.10)<br />
NIN 7.61.1.3<br />
Krichstrom als Zündquelle<br />
Damit eine Explosion<br />
entstehen kann, müssen<br />
eine explosionsfähige<br />
Atmosphäre <strong>und</strong> eine<br />
Zündquelle mit ausreichender<br />
Energie gleichzeitig<br />
vorhanden sein.<br />
Zündquellen an Betriebsmitteln<br />
sind:<br />
- Schaltlichtbögen<br />
- Kriechströme<br />
- Oberflächentemperaturen<br />
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9<br />
RE<br />
1.206<br />
Spezifischer Widerstand <strong>und</strong> <strong>Leitfähigkeit</strong><br />
Wieviel erhält man, wenn man den spezifischen Widerstand ρ (in<br />
2<br />
Ω mm / m ) mit der <strong>Leitfähigkeit</strong> γ (in<br />
miteinander multipliziert?<br />
2<br />
Sm / mm ) der folgenden Stoffe je<br />
(Resultate auf 4 Stellen nach dem Komma genau rechnen)<br />
0 ,9975<br />
0 ,9991<br />
1<br />
Kupfer<br />
a) Kupfer ρ = 0,0175Ωmm 2/<br />
m<br />
b) Rheotan ρ = 0,485Ωmm 2/<br />
m<br />
c) Nichrome ρ = 1,08Ωmm 2 / m<br />
γ =<br />
γ =<br />
γ =<br />
57Sm/<br />
mm<br />
2<br />
2,06Sm<br />
/ mm<br />
2<br />
0,926Sm<br />
/ mm<br />
2<br />
8,47 10 22 Elektronen / cm 3<br />
Rheotan<br />
Rheotan elektrisches Widerstandsmaterial<br />
mit Nickel, Bronce<br />
bzw. Neusilberlegierung aus<br />
Kupfer, Zink <strong>und</strong> Nickel, welche zu<br />
elektrischen Widerständen verwendet<br />
wird.<br />
(Nickelin hat ähnliche<br />
Eigenschaften)<br />
Bronce=Kupfer+Zinn<br />
Nichrome<br />
Ni (80%) Cr (20%)<br />
Ein Draht der bei Betriebstemperaturen<br />
bis zu 1200°C eingesetzt<br />
wird. Seine chemische Zusammensetzung<br />
verleiht ihm eine gute<br />
Oxidationsbeständigkeit, insbesondere<br />
unter Bedingungen mit<br />
starken oder häufigen Temperaturschwankungen.<br />
Anwendungsbereiche sind Heizelemente<br />
für den häuslichen <strong>und</strong><br />
industriellen Gebrauch sowie<br />
Ansteuerwiderstände.<br />
Merke<br />
Umkehrwerte sind<br />
Produktegleich<br />
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2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
10<br />
RE<br />
1.207<br />
Spezifischer Widerstand <strong>und</strong> <strong>Leitfähigkeit</strong><br />
Der spezifische Widerstand von Kupfer bei 120 ° C Temperatur ist<br />
2<br />
ρ = 0,02467 Ωmm / m .<br />
a) Berechnen Sie den spezifische Widerstand von Kupfer bei 20 ° C !<br />
( α = 0,0041 1/°<br />
C )<br />
b) Berechnen Sie bei den angegebenen Temperaturen die elektrische<br />
<strong>Leitfähigkeit</strong>!<br />
0,0175Ω<br />
mm / m<br />
2<br />
57,15Sm<br />
/ mm<br />
40,53Sm<br />
/ mm<br />
2<br />
2<br />
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11<br />
RE<br />
1.208<br />
Spezifischer Widerstand <strong>und</strong> <strong>Leitfähigkeit</strong><br />
Die <strong>Leitfähigkeit</strong> einer Kupfersulfatlösung (ca. 5 % ) ist<br />
Berechnen Sie den zugehörigen spezifischen Widerstand!<br />
2<br />
µ Sm/<br />
.<br />
3,21<br />
mm<br />
0,3115M Ω mm / m<br />
2<br />
Kupfersulfatlösung<br />
Kupfersulfat, früher auch<br />
Kupfervitriol (siehe Vitriole),<br />
ist das Kupfersalz der<br />
Schwefelsäure <strong>und</strong> besteht<br />
aus Cu 2+ -Kationen<br />
<strong>und</strong> SO 4 2− -Anionen. Es ist<br />
ein farbloser, unbrennbarer<br />
Feststoff, der sehr gut<br />
wasserlöslich ist. Wasserhaltige<br />
Kupfersulfate<br />
(Hydrate), zum Beispiel<br />
das Kupfer(II)-sulfat-<br />
Pentahydrat, haben eine<br />
blaue Farbe.<br />
Kupfersulfat wird zur<br />
galvanischen Verkupferung<br />
in der Galvanotechnik<br />
<strong>und</strong> in Form der Oettelsche<br />
Lösung in der<br />
Coulometrie zur Bestimmung<br />
von exakten Ladungsmengen<br />
verwendet.<br />
Das Kation geht zur<br />
Kathode.<br />
Die paramagnetische<br />
Eigenschaft von Kupfersulfat<br />
macht die Nutzung<br />
als Kontrastmittel in der<br />
Magnetresonanzspektroskopie<br />
(NMR) möglich.<br />
In Kombination mit Ammoniumsulfat<br />
wird Kupfersulfat<br />
gegen Algen in<br />
Schwimmbädern eingesetzt.<br />
Das Kupfersulfat<br />
verfärbt keineswegs das<br />
Wasser.<br />
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12<br />
RE<br />
1.209<br />
Spezifischer Widerstand <strong>und</strong> <strong>Leitfähigkeit</strong><br />
Berechnen Sie die <strong>Leitfähigkeit</strong> eines Messingdrahtes, der einen Widerstand<br />
von 0,075Ω mm / m<br />
2<br />
hat.<br />
13,33Sm<br />
/ mm<br />
Kupferlegierungen<br />
Messing ist eine der drei<br />
bekanntesten Kupferlegierungen,<br />
zu denen noch<br />
Bronze <strong>und</strong> Rotguss<br />
gehören.<br />
2<br />
Messing<br />
(CuZn37)<br />
Die Farbe von Messing<br />
wird vornehmlich vom<br />
Zinkgehalt (Zn) bestimmt.<br />
Bei Zinkgehalten 36 % hellgelb<br />
bis fast weißgelb.<br />
Bronce<br />
(CuSn12)<br />
Als Bronzen werden<br />
Legierungen mit mindestens<br />
60 Prozent Kupfer<br />
bezeichnet, soweit sie<br />
nicht Messinge sind, also<br />
ihr Hauptlegierungszusatz<br />
nicht Zink ist.<br />
Kabelverschraubung<br />
Messing<br />
umhüllt mit Nickel<br />
Bronze<br />
Rotguss<br />
Klemmverbinder<br />
Rotguss<br />
(Cu62SnZn37Pb)<br />
Als Rotguss (auch Rotmessing<br />
oder Maschinenbronze)<br />
wird eine Reihe<br />
von metallischen Werkstoffen<br />
bezeichnet. Es<br />
handelt sich dabei um<br />
Legierungen auf Kupferbasis,<br />
die für viele technische<br />
Produkte Verwendung<br />
finden.<br />
Blitzschutzanlage<br />
Kabelbefestigung Polyamide 6<br />
(Hexamethylendiamin)<br />
Dichtring Thermoplastischer<br />
Kautschuk, Schutzart IP 68,<br />
Temperaturhaltbarkeit<br />
- 40 °C bis + 100 °C,<br />
O-Ring NBR (Perbunan,<br />
Nitrile Butadiene Rubber)<br />
SAT-Antennen-Steckdose<br />
Messing<br />
Klemmschiene<br />
Schellenkörper Messing vernickelt,<br />
Band Bronze vernickelt<br />
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2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
13<br />
RE<br />
1.210<br />
Spezifischer Widerstand <strong>und</strong> <strong>Leitfähigkeit</strong><br />
Der spezifische Widerstand einer 10%<br />
-Schwefelsäure ist<br />
2<br />
0,0255M Ω mm / m .<br />
Berechnen Sie die <strong>Leitfähigkeit</strong>.<br />
39,22µ<br />
Sm / mm<br />
Schwefelsäure<br />
(H 2SO 4)<br />
2<br />
Als Batteriesäure ist<br />
Schwefelsäure ein wichtiger<br />
Bestandteil des Bleiakkumulators,<br />
wie er<br />
beispielsweise in Automobilen<br />
als Starterbatterie<br />
eingesetzt wird.<br />
Ebenso wie im Bleiakkumulator<br />
dient verdünnte<br />
Schwefelsäure auch in<br />
elektrolytischen Prozessen<br />
als Elektrolyt. Die<br />
Vorteile gegenüber anderen<br />
Elektrolyten liegen in<br />
der hohen <strong>Leitfähigkeit</strong><br />
<strong>und</strong> gleichzeitig niedrigen<br />
Neigung zur Reduktion.<br />
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2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
14<br />
RE<br />
1.223<br />
<strong>Leitwert</strong> von Leitern<br />
Berechnen Sie den <strong>Leitwert</strong> von je 1 km Telefonader (Cu) von:<br />
a) 0 ,4mm<br />
Ø,<br />
b) 0 ,6mm<br />
Ø,<br />
c) 0 ,8mm<br />
Ø <strong>und</strong><br />
d) 1 ,0mm<br />
Ø!<br />
7 ,163mS<br />
16 ,12mS<br />
28 ,65mS<br />
44 ,77mS<br />
Kommunikations-<br />
Drähte<br />
J83<br />
T-Draht<br />
Kommunikations-<br />
Kabel<br />
G51<br />
U72<br />
Twisted-Pair<br />
LWL<br />
Koaxial<br />
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2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
15<br />
RE<br />
1.224<br />
<strong>Leitwert</strong> von Leitern<br />
Eine kupferne, Steigleitung ist 18 ,5m<br />
lang. Der <strong>Leitwert</strong> einer Ader darf<br />
49 S nicht unterschreiten.<br />
a) Welchem Mindestquerschnitt entspricht dies?<br />
b) Geben Sie die nächstgrösseren genormten Querschnitt für die Verlegearten<br />
A, B <strong>und</strong> C an!<br />
A1<br />
15,86mm<br />
2<br />
16mm<br />
2<br />
Verlegearten<br />
A2<br />
B1<br />
B2<br />
C<br />
C<br />
Maximaler<br />
Anschlussüberstromunterbrecher<br />
Verlegeart<br />
PEN-<br />
Leiter<br />
Neutralleiter<br />
Hauszuleitung<br />
Schutzleiter<br />
Hauszuleitung<br />
Erdungsleiter<br />
Polleiter<br />
L1-L2-L3<br />
Leistungs<strong>und</strong><br />
Lichtstromkreise<br />
Hauptpotentialausgleichsleiter<br />
HPA-Leiter<br />
mit<br />
Verbindung<br />
zur<br />
Blitzschutz-<br />
Anlage<br />
NIN _________<br />
(in Wärmedämmung)<br />
(in Beton)<br />
(auf<br />
Wand)<br />
5.2.4.3<br />
5.4.6.2<br />
5.2.3.7<br />
5.2.3.7<br />
5.2.4.3<br />
5.4.3.1.2<br />
5.4.2.3<br />
5.4.2.3 5.4.7.1 5.4.7.1<br />
[A] [A] [A] [mm 2 ] [mm 2 ] [mm 2 ] [mm 2 ] [mm 2 ] [mm 2 ] [mm 2 ]<br />
A1 A2 B1 B2 C<br />
13 13 16 16 16 1,5 1,5 1,5 16 6 10<br />
16 16 20 20 25 2,5 2,5 2,5 16 6 10<br />
20 20 25 25 32 4 4 4 4 16 6 10<br />
32 25 32 32 40 6 6 10 6 6 16 6 10<br />
40 40 50 40 50 10 10 10 10 16 6 10<br />
50 50 63 63 63 16 16 16 16 16 10<br />
63 63 80 80 80 25 25 16 25 16 25 16 16 10<br />
80 80 100 100 100 35 35 16 35 16 35 16 16 10<br />
100 100 125 100 125 50 50 25 50 25 50 25 25 16<br />
125 125 160 125 160 70 70 35 70 35 70 35 35 16<br />
160 125 200 160 200 95 95 50 95 50 95 50 50 25<br />
160 160 225 200 250 120 120 70 120 70 120 70 50 25<br />
200 200 250 200 250 150 150 95 150 95 150 95 50 25<br />
250 200 250 250 315 185 185 95 185 95 185 95 50 25<br />
250 250 315 250 400 240 240 120 240 120 240 120 50 25<br />
315 250 400 315 400 300 300 150 300 150 300 150 50 25<br />
4),5) 5) 3) 2) 1)<br />
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2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
16<br />
RE<br />
1.225<br />
<strong>Leitwert</strong> von Aldrey-Freileitung<br />
Berechnen Sie den <strong>Leitwert</strong> eines Aldray-Freileitungsseils von 12 ,2km<br />
2<br />
2<br />
Länge <strong>und</strong> 147mm Querschnitt ( γ = 30,5Sm<br />
/ mm )!<br />
0 ,3675S<br />
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2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
17<br />
RE<br />
1.226<br />
Widerstandsdraht aus Manganin<br />
Ein 1mm<br />
-Widerstandsdraht aus Manganin hat einen <strong>Leitwert</strong> von<br />
0 ,147S .<br />
2<br />
Berechnen Sie die entsprechende Drahtlänge ( γ = 2,36Sm<br />
/ mm )!<br />
12 ,61m<br />
Manganin<br />
(Cu84,Ni4,Mn12) ist der<br />
Markenname einer Kupfer-Mangan-(Nickel-)<br />
Legierung mit einer Zusammensetzung<br />
von 82–<br />
84 % Kupfer, 12–15 %<br />
Mangan <strong>und</strong> 2–4 % Nickel.<br />
Es handelt sich dabei um<br />
eine Widerstandslegierung<br />
mit einem mittleren<br />
spezifischen elektrischen<br />
Widerstand (etwa 4,3 ·<br />
10 −7 Ωm) <strong>und</strong> einem<br />
geringen linearen Temperaturkoeffizienten<br />
(geringe<br />
Temperaturabhängigkeit<br />
des Widerstandes<br />
α = 0,02 · 10 −3 K −1 ).<br />
Die Widerstands- <strong>und</strong><br />
Temperaturkurve ist<br />
allerdings nicht so flach<br />
wie bei Konstantan, die<br />
Korrosionsfestigkeit ist<br />
ebenfalls niedriger. Manganin<br />
wurde 1903 als<br />
Markenzeichen der Isabellenhütte<br />
Heusler eingetragen.<br />
Shunt aus<br />
Manganin<br />
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2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
18<br />
RE<br />
1.227<br />
Heizspirale<br />
Eine Heizspirale wurde aus<br />
22 m Draht von 0 ,7mm<br />
Ø hergestellt.<br />
2<br />
a) Berechnen Sie den <strong>Leitwert</strong> der Spirale ( γ = 1,22Sm<br />
/ mm )!<br />
b) Welche Leistung hat die Spirale bei 230 V ?<br />
21 ,34mS<br />
Die Heizspirale oder Heizwendel<br />
besteht aus einer Heizleiterlegierung,<br />
welche spiralförmig gewickelt<br />
wird.<br />
Heizspirale für Haar-Trockner<br />
Heizspiralen für Ceranfelder<br />
Heizspiralen<br />
Tauchrohrheizkörper<br />
Wassererwärmer<br />
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2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
19<br />
RE<br />
1.228<br />
<strong>Leitfähigkeit</strong> eines Leiters<br />
2<br />
a) Berechnen Sie die <strong>Leitfähigkeit</strong> eines 2,5mm -Leiters, der bei einer<br />
Länge von 42 m einen <strong>Leitwert</strong> von 3 ,4S<br />
besitzt!<br />
b) Aus welchem Material besteht der Leiter?<br />
c) Wie schwer ist 100 m des vorhandenen Leiters?<br />
57,12<br />
Sm / mm<br />
Cu<br />
2<br />
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2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
20<br />
RE<br />
1.229<br />
<strong>Leitwert</strong> einer ortsveränderlichen Installationsleitung<br />
2<br />
Der <strong>Leitwert</strong> einer 21 m langen 2-poligen Leitung aus 0,75mm -Draht sei<br />
71 ,43mS .<br />
Berechnen Sie den spezifischen Widerstand!<br />
2<br />
0,25Ω<br />
mm / m<br />
Tlf-Leitungen<br />
Mintesquerschnitt von ortsveränderlichen<br />
Leitern<br />
Für ortsveränderliche Leitungen sind die minimalen<br />
Querschnitte der Leiter aus Kupfer in Bezug auf den<br />
Bemessungsstrom eines festangeschlossenen<br />
Verbrauchsmittels oder einer Geräte- bzw. Kupplungssteckdose<br />
wie folgt festgelegt.<br />
Bemessungsstrom der<br />
Verbrauchsmittel,<br />
Gerätesteckdosen <strong>und</strong><br />
Kupplungssteckdosen<br />
[A]<br />
Minimaler<br />
Querschnitt<br />
der Leiter<br />
[mm 2 ]<br />
bis 6 0,75<br />
bis 10 1<br />
bis 16 1,5<br />
bis 25 2,5<br />
Orstsveränderliches Betriebsmittel<br />
Elektrisches Betriebsmittel, das während des Betriebes<br />
bewegt wird oder leicht von einem Platz zu<br />
einem anderen gebracht werden kann, während es<br />
an den Versorgungsstromkreis angeschlossen ist.<br />
(NIN 2.1.16.04)<br />
Ortsveränderliche Leitungen<br />
Leiter <strong>und</strong> Leitungen, die bei ihrer Benützung bewegt<br />
werden können. (2.2.1.43)<br />
Transportable schwere Verbrauchsmittel<br />
Leitungen zum Anschluss transportabler schwerer<br />
Verbrauchsmittel wie Elektrowerkzeuge, Motoren<br />
<strong>und</strong> schwerer landwirtschaftlicher Geräte müssen<br />
einen Querschnitt der Leiter von ≥ 2,5 mm2 Cu<br />
aufweisen. (NIN 5..2.4.5)<br />
bis 32 4<br />
PVC- oder VPE/EPR-Isolation, freiliegend <strong>und</strong><br />
höchstens 30 °C Umgebungstemperatur<br />
(NIN 5.2.4.4)<br />
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2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
21<br />
RE<br />
1.230<br />
Ortsfeste Kabelleitung aus Kupfer<br />
2<br />
2<br />
Ein 85 m langes Cu-Kabel ( ρ Cu = 0,0175Ωmm<br />
/ m ) von 50mm Querschnitt<br />
hat pro Draht einen Widerstand von 29 ,75mΩ<br />
.<br />
a) Berechnen Sie den <strong>Leitwert</strong> eines Al-Kabels von gleichen Abmessungen!<br />
b) Wieviele Prozente ist der <strong>Leitwert</strong> des Al-Kabels geringer als der<br />
2<br />
des Cu-Kabels ( ρ = 0,024Ωmm<br />
m )?<br />
Al /<br />
12 ,25S<br />
36 ,46%<br />
NIN 5.2.4.3<br />
Minimal notwendige Querschnitte bei fester Verlegung<br />
NIN 1.3.2.6<br />
Dimensionierung Leiterquerschnitte<br />
Die Leiterquerschnitte müssen bestimmt<br />
werden, entsprechend:<br />
- ihrer zulässigen maximalen Leitertemperatur;<br />
- dem zulässigen Spannungsfall;<br />
- den elektromechanischen Beanspruchungen,<br />
die wahrscheinlich bei Kurzschlussströmen<br />
entstehen;<br />
- anderen mechanischen Beanspruchungen,<br />
denen die Leiter ausgesetzt sein können;<br />
- der maximalen Impedanz für das Funktionieren<br />
des Schutzes bei Körper-, Erd- <strong>und</strong><br />
Kurzschluss;<br />
- der Verlegeart.<br />
Arten von Leitungen<br />
Feste<br />
Verlegung<br />
isolierte Leiter<br />
<strong>und</strong> Kabel<br />
blanke Leiter<br />
Bewegliche Leitungen mit<br />
isolierten Leitern <strong>und</strong> Kabeln<br />
Anwendung des<br />
Leiter<br />
Stromkreises Werkstoff Mindestquerschnitt<br />
[mm 2 ]<br />
Hausleitungen<br />
Leistungs- <strong>und</strong> Lichtstromkreise<br />
Melde- <strong>und</strong> Steuerstromkreise<br />
Leistungsstromkreise<br />
Melde- <strong>und</strong> Steuerstromkreise<br />
für ein besonderes<br />
Betriebsmittel<br />
für andere Anwendungen<br />
für besondere Anwendung<br />
von Schutz- <strong>und</strong><br />
Funktionskleinspannung<br />
Cu<br />
Al<br />
Cu<br />
Al<br />
6<br />
16<br />
1,5<br />
2,5 1)<br />
Cu 0,5 2)<br />
Cu<br />
Al<br />
10<br />
16<br />
Cu 4<br />
Cu<br />
wie in der entsprechenden<br />
IEC-<br />
Norm angegeben<br />
Cu 0,75 3)<br />
Cu 0,75<br />
4) Aluminium hat die Eigenschaft, unter Druck zu fliessen. Demzufolge ist<br />
entsprechend geprüftes Verbindungsmaterial zu verwenden. Für kleinere<br />
Querschnitte als 16 mm 2 ist zurzeit kein geeignetes Material erhältlich.<br />
5) In Melde- <strong>und</strong> Steuerstromkreisen für elektronische Betriebsmittel ist<br />
ein Mindestquerschnitt von 0,1 mm 2 zulässig.<br />
6) Für mehradrige, flexible Leitungen mit sieben oder mehr Adern gilt 2)<br />
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2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
22<br />
RE<br />
1.295<br />
Hochspannungsleitung<br />
Eine Hochspannungsleitung hat einen Drahtwiderstand<br />
Berechnen Sie den <strong>Leitwert</strong>!<br />
2 ,5mΩ<br />
.<br />
400 S<br />
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2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
23<br />
RE<br />
1.303<br />
Nickelin-Draht<br />
Berechnen Sie:<br />
a) den Querschnitt <strong>und</strong><br />
b) den Durchmesser<br />
2<br />
eines 16 m langen Drahtes aus Nickelin ( γ = 2,5Sm<br />
/ mm ), wenn dieser<br />
einen <strong>Leitwert</strong> von 3 ,33mS<br />
hat!<br />
0,02131mm<br />
0 ,1647mm<br />
Nickelin<br />
2<br />
NiAs<br />
Rotnickelkies mit Kalkspat aus<br />
Mansfeld, Harz.<br />
Reibt man mit Dimethylglyoximlösung<br />
getränkte Wattestäbchen an<br />
nickelhaltigen Münzen,<br />
färben sich die Stäbchen leicht<br />
rötlich, wenn die Münzen mit<br />
Hautschweiß in Kontakt kamen.<br />
USA: Liberty Nickelmünze für<br />
2,3 Mio. Pf<strong>und</strong> versteigert<br />
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2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
24<br />
RE<br />
1.306<br />
Nebenwiderstand<br />
Berechnen Sie die <strong>Leitfähigkeit</strong> eines Nebenwiderstandes, dessen<br />
2<br />
Querschnitt 1,2mm <strong>und</strong> dessen Länge 15 m beträgt! Bei einer Spannung<br />
von 12 V fliessen 1 ,13 A .<br />
1,177<br />
Sm / mm<br />
2<br />
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2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />
2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />
TG<br />
7.2.2<br />
101<br />
Frage<br />
Vorschrift<br />
Literatur<br />
Antwort<br />
TG<br />
7.2.2<br />
102<br />
Frage<br />
Vorschrift<br />
Literatur<br />
Antwort<br />
TG<br />
7.2.2<br />
103<br />
Frage<br />
Vorschrift<br />
Literatur<br />
Antwort<br />
TG<br />
7.2.2<br />
104<br />
Frage<br />
Vorschrift<br />
Literatur<br />
Antwort<br />
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