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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 />

26. April 2012<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 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 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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2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />

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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2 LEITWERT UND LEITFÄHIGKEIT<br />

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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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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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 ELEKTRISCHER WIDERSTAND<br />

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 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 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 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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