| Elektrotechnik |
Schutzleiter
Neutralleiter
PEN-Leiter
Nullung
Erdung |
TN-S-System
TN-C-System
TN-C-S-System
IT-System
TT-System |
FI-Schalter
Schuko
Sicherung
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Schleifenwiderstand |
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| Schutzleiter
In elektrischen Anlagen und Kabelleitungen wird
häufig ein Schutzleiter verwendet. Dieser wird auch Schutzleitung,
Schutzerde, Erde, Erdung oder PE (von englisch protection earth
) genannt. Die frühere Bezeichnung in Deutschland war Schutzkontakt
oder Schuko-System.
Aufgabe des Schutzleiters in elektrischen Systemen
ist der Schutz von Menschen und Tieren vor gefährlicher Berührungsspannung
und der Schutz des Systems vor Schäden.
Der Schutzleiter wird so angebracht, dass eine
elektrische Verbindung zwischen den äußeren metallischen
Gehäusen von elektrischen Betriebsmitteln (z.B. Lampen, Kühlschränken,
Motoren) und dem Erdreich besteht.
Wenn in einem Fehlerfall die elektrische Versorgungsspannung
an die außenliegenden Teile eines elektrischen Betriebsmittels
gerät, soll durch den über den Schutzleiter geführten
Kurzschluss dafür gesorgt sein, dass die Spannung zwischen
dem Gehäuse des jeweiligen elektrischen Betriebsmittels und
dem Erdreich, zu dem Menschen und Tiere in der Regel unmittelbaren
Kontakt haben, möglichst auf einen ungefährlichen Wert
reduziert wird.
Gleichzeitig bzw. andernfalls wird durch den entstehenden hohen
Kurzschlussstrom die elektrische Sicherung zur Auslösung
gebracht. Damit wird das elektrische Betriebsmittel, an dem der
Fehlerfall vorliegt, sehr schnell von der elektrischen Versorgungsspannung
abgetrennt. Dabei müssen durch Dimensionierung der Anlage
je nach Gefahrenlage Abschaltzeiten zwischen 0,1 und 5 s unterschritten
werden.
Nach deutschen Vorschriften muss der Schutzleiter
mit der Farbkombination grün / gelb gekennzeichnet sein.
In Kabelverbindungen zu Betriebsmitteln mit Metallgehäuse
und in Schutzkontakt-Verbindungsleitungen soll der Schutzleiter
mit dem gleichen Querschnitt wie die spannungführenden Leitungen
und mit grün / gelber Isolation mitgeführt werden (zu
Anfang der Anwendung war in Deutschland eine rote Isolierung für
diesen Leiter vorgeschrieben). An Schutzkontakt-Steckverbindungen
wird der Schutzleiter an die Schutzkontakte angeschlossen, womit
eine durchgehende Verbindung des Schutzleiters sichergestellt
ist.
Ein örtlicher Schutzleiter mit Erdverbindung
allein stellt noch keine funktionierende Absicherung dar. Dies
ist erst bei korrekter Ausführung der gesamten Schaltung
bis hin zur Spannungsquelle (dortige Erdung des Nulleiters oder
des Sternpunktes und zusätzlichem Einbau von Abschalt-Sicherungen)
gegeben.
Ein Schutzleiter ist bei solchen Geräten
nicht erforderlich, die durch die "Schutzmaßnahme Isolation"
(beispielsweise durch ein vollständig geschlossenes Kunststoffgehäuse
oder durch andere Maßnahmen) geschützt sind.
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| PE: Schutzleiter
Farbe: grün / gelb |

Schaltplan-Symbolzeichen für Schutzleiter
PE nach DIN 40900 |

Schaltplan-Symbolzeichen für Schutzleiter
PE nach DIN 40719 |
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Neutralleiter
Als Neutralleiter wird jener Leiter bezeichnet,
der mit dem Sternpunkt eines Dreiphasenwechselstromsystems oder
dem Mittelpunkt eines Einphasenwechselstromsystems verbunden ist.
Ein Leiter, der mit dem Mittelpunkt eines Einphasenwechselstromsystems
verbunden ist, wird auch als Mittelleiter bezeichnet.
Dieser Leiter wird mit dem Buchstaben "N"
bezeichnet und in der Regel mit der Farbe "Blau" (früher
"Grau") gekennzeichnet. Fälschlicherweise wird
oftmals auch der Begriff Nullleiter für den N verwendet.
Dieser ist jedoch die alte Bezeichnung für den heutigen PEN,
bei dem die Funktion des PE (Schutzleiter, protection earth) mit
der des N in einem Leiter kombiniert ist. Diese Form der Nullung
ist jedoch nur noch unter ganz bestimmten Voraussetzungen erlaubt.
Im symmetrisch belasteten Dreiphasenwechselstromsystem,
der Sternschaltung, gleichen sich alle Ströme in den Außenleitern
zu Null aus. Somit fließt im Neutralleiter kein elektrischer
Strom. Erst bei ungleichmäßiger Belastung durch einphasige
Verbraucher fließt im Neutralleiter ein Strom, der die Asymmetrie
ausgleicht.
Im Falle einer Unterbrechung des Neutralleiters
entsteht ein "freier" oder "schwebender" Sternpunkt
auf der Verbraucherseite der Unterbrechungsstelle. Die Widerstände
der Verbraucher an den einzelnen Außenleitern bilden nun
einen Spannungsteiler, wodurch sich das Potenzial des freien Sternpunkts
verschiebt. So kann bei stark asymmetrischer Belastung nahezu
die volle Leiterspannung von 400 V zwischen dem N und dem am geringsten
belasteten Außenleiter auftreten, was zu Überspannungschäden
führt. Aus diesem Grund ist der N in Drehstromsystemen auch
nur schaltbar auszuführen, wenn sichergestellt ist, dass
immer zuerst die Außenleiter im Schaltgerät getrennt
werden, bevor die Kontakte für den Neutralleiter geöffnet
werden. Umgekehrt muss beim Einschalten zuerst der N verbunden
werden.
Im Gegensatz zu 50-Hz-Strömen heben sich
die Ströme der ungeradzahligen, durch drei teilbaren Oberschwingungen
(zum Beispiel die dritte Oberschwingung mit 150 Hz, die neunte
Oberschwingung mit 450 Hz usw.) im Neutralleiter nicht auf, sondern
addieren sich. Dadurch kann die Gefahr bestehen, dass in Anlagen
mit mehreren Geräten mit elektronischen Schaltnetzteilen
(Personalcomputer, Leuchtstofflampen mit elektronischen Vorschaltgeräten
etc.) der Neutralleiter bereits stark überlastet ist, während
die einzelnen Außenleiter ihren Maximalstrom noch nicht
erreicht haben.
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PEN-Leiter
Ein PEN-Leiter (alt: Nullleiter) ist ein Leiter,
der zugleich die Funktionen des Schutzleiters und des Neutralleiters
erfüllt.
Der PEN darf nicht steck- oder schaltbar sein,
auch nicht durch Überstromschutzeinrichtungen.
In Neuanlagen ist ein PEN nur noch bei Leiterquerschnitte
von mindestens 10 mm² Kupferleiter oder mindestens 16 mm²
Aluminiumleiterquerschnitt aufwärts erlaubt. Die Beschränkung
wurde festgelegt, um die Wahrscheinlichkeit eines unterbrochenen
PEN-Leiters gering zu halten.
Eine Unterbrechung des PEN-Leiters hebt nicht
nur die Schutzwirkung auf, sondern bedeutet eine direkte Gefahr
für Leib und Leben. Handelt es sich bei den angeschlossenen
Verbrauchern beispielsweise um Geräte der Schutzklasse 1,
wie Waschmaschinen oder Kühlschränke, dann besteht das
unmittelbare Risiko, dass das Gehäuse Netzspannungspotential
(230 V) gegen Erde annimmt. Ein lebensgefährlicher elektrischer
Stromschlag wäre unausweichlich.
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Nullung
Die Nullung ist eine Schutzmaßnahme
gegen zu hohe Berührungsspannungen bei defekten elektrischen
Betriebsmitteln, wie zum Beispiel Haushaltgeräten und Werkzeugmaschinen.
Man unterscheidet die Nullung mit besonderem Schutzleiter (Moderne
Nullung) und die Nullung ohne besonderen Schutzleiter (Klassische
Nullung).
Moderne Nullung
Bei der modernen Nullung wird der PEN-Leiter
(Neutralleiter mit Schutzfunktion) direkt nach dem Hausanschluss,
noch vor den Schutzeinrichtungen der Hausinstallation, wie zum
Beispiel Fehlerstromschutzschaltern oder Leitungsschutzschaltern,
in den Neutralleiter und den Schutzleiter aufgetrennt. Der Schutzleiter
wird mittels der Schutzkontakttechnik mit den metallischen Gehäusen
der Elektrogeräte verbunden.
Klassische Nullung
Unter der klassischen Nullung versteht man
eine aus heutiger Sicht veraltete Schutzmaßnahme. Sie basiert
auf einem TN-C-System. Im TN-C-System wird der Neutralleiter (früher:
Mittelpunktleiter) und der Schutzleiter als ein kombinierter Leiter
(PEN-Leiter, früher: Nullleiter) von der Trafostation mitgeführt.
Dieser kombinierte Leiter übernahm die Sternpunktstromrückführung
und die Erdpotentialführung für die Schutzmaßnahme.
Auch hier wird der PEN-Leiter am Hausanschluß durch einen
Erder gestützt. Diese Schutzmaßnahme hat zwei Schwächen,
die zu ihrer Ablösung führten. Bei hoher Rückstromlast,
beispielsweise durch unsymmetrisch belastete Drehstromverbraucher
tritt ein Spannungsabfall am Widerstand des Neutralleiters auf.
Die normalerweise Erdpotential führende Leitung baut durch
diese unsymmetrische Last eine Spannung auf. Diese Spannung liegt
an allen angeschlossenen leitenden Gehäuseteilen des Verbrauchers
und eventuell benachbarter Verbraucher an. Die stützenden
Nullungserder beim Abnehmer (bzw. Abnehmern) sind meist nicht
niederohmig genug, um die Spannung unterhalb der gefährlichen
Größe von 50 Volt~ zu halten. Das zweite Problem liegt
auch in der Kombination zweier Aufgaben. Wenn der PEN-Leiter unterbrochen
wird, so liegt automatisch, bereits bei nur einem eingeschalteten
Verbraucher hinter der Fehlerstelle, an allen geerdeten (Geräte-
) Oberflächen die Außenleiterspannung (230 Volt~) gegen
Erde an. Aus diesem Grunde ist die Verwendung dieser Schutzmaßnahme
nur noch für Leiterquerschnitte größer als 10
mm² Cu oder 16 mm² Al zugelassen. Dadurch gibt es sie
nur noch im Bereich der Leitungsnetzbetreiber oder Großanlagen.
Das TN-C-System wird obligatorisch ankommend am Hausanschluss
in ein TN-S-System umgewandelt, indem der Neutralleiter und der
Schutzleiter getrennt daraus hervorgehen.
Eine Nachrüstpflicht für Altanlagen
besteht nur bei wesentlichen Änderungen. Trotzdem ist jeder
gut beraten, zumindest in Feuchträumen die bestehende Schutzmaßnahme
Nullung durch Anwendung der modernen Fehlerstromschutzschaltung
mit ΔI = 0,03 A zu ersetzen. Da die Schutzmaßnahme
Schutzerdung nur mit einer fachgerecht errichteten u. sehr niederohmigen
und intakten Erdungsanlage verlässlich die erforderlichen
Sicherungsauslöseströme erzielt, sind nur geringe niedrige
Sicherungsnennstromstärken für die Verbraucher grundsätzlich
möglich. Vom Einsatz der Schutzmaßnahme Schutzerdung
ist daher abzuraten.
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Erdung
Die Erdung ist eine elektrisch leitfähige Verbindung mit
dem Erdboden. Sie besteht aus Erdern, Anschlussleitungen und entsprechenden
Klemmen.Die Erdung ist eine Form der Massung. Durch eine Massung
wird eine leitfähige Verbindung mit der leitfähigen
Umgebung hergestellt. Wenn diese Umgebung den Erdboden umfasst
oder mit ihm leitfähig verbunden ist, liegt eine Erdung vor.Wie
die Massung hat die Erdung häufig zum Ziel, ein definiertes
Bezugspotenzial oder einen Potenzialausgleich herzustellen, durch
den eine möglicherweise auftretende Spannung kurzgeschlossen
werden soll. Da die Erdung jedoch wie jede andere elektrisch leitfähige
Verbindung einen Widerstand aufweist, bleibt im Fall eines permanenten
Stromflusses gemäß dem Ohmschen Gesetz eine Spannung
bestehen. Nur in statischen Anwendungsfällen darf daher davon
ausgegangen werden, dass mit der Erdung jegliche Potenzialdifferenz
ausgeschlossen ist.
Ein Erder ist ein unisolierter elektrischer
Leiter, der als elektrische Kontaktfläche in den Erdboden
eingebracht wird.
Man unterscheidet
-
Ringerder, die einen waagerechten Ring
bilden
-
Strahlenerder, die waagerecht strahlenförmig
auseinanderlaufen
-
Tiefenerder, die senkrecht in den Boden
getrieben werden
Eine Sonderform des Ringerders ist der in Beton
vergossene Fundamenterder.
Erder sind aufgrund der Feuchtigkeit des Erdbodens
gefährdet, durch Korrosion oder durch Bildung eines galvanisches
Elements mit anderen Metallteilen zerstört zu werden. Dies
ist bei der Wahl des Werkstoffs zu berücksichtigen.
Früher wurden die Rohrleitungsnetze der
öffentlichen Wasserversorgung als Erder genutzt. Weil dort
mittlerweile Kunststoffrohre statt Metallrohre eingesetzt werden,
ist dies nicht mehr zulässig.
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TN-S-System
Das TN-S-System (frz. Terre Neutre Separé)
ist eine Art der Erdverbindung eines Verteilungssystems in der
Elektrotechnik.
Die Sekundärseite des Trafos ist dabei
in einer Sternschaltung realisiert. Der Sternpunkt ist geerdet
und wird als separater Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE)
mitgeführt.
Diese Art der Erdverbindung ist sicherer als
das TN-C-System. Die Probleme, die dort aus einem unterbrochenen
Neutralleiter resultieren können, treten hier nicht auf,
die Schutzmaßnahme ist hierbei weiterhin gewährleistet.
Einsatz jedoch nicht allzu häufig.TN-C-System.
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TN-C-System
Das TN-C-System (frz. Terre Neutre–Combiné) ist
eine Art der Erdverbindung eines Verteilungssystems in der Elektrotechnik.

Der Sternpunkt des Transformators ist geerdet.
Der an den Sternpunkt angeschlossene PEN-Leiter hat die Funktion
eines Schutzleiters, mit dem die leitfähigen Gehäuse
geerdet sind und zugleich die Funktion eines Neutralleiters, über
den bei ungleichmäßiger Belastung der Außenleiter
Strom fließt.
Wenn über den PEN-Leiter Strom fließt,
besteht zwischen den angeschlossenen leitfähigen Gehäusen
und der Erde eine Spannung, die sich nach dem Ohmschen Gesetz
aus dem Widerstand des Leiters ergibt.
Diese Netzform ist beschränkt auf Leiterquerschnitte
von mindestens 10 mm2 Kupferleiter aufwärts oder mindestens
16 mm2 Aluminiumleiterquerschnitt aufwärts. Die Beschränkung
wurde festgelegt, um die Wahrscheinlichkeit eines unterbrochenen
PEN-Leiters gering zu halten.
Das TN-C-Netz ist die übliche Art der
Erdverbindung im Stromnetz der Energieversorgungsunternehmen bis
zum letzten Transformator, der die 400-V-Ebene herstellt.
Beim TN-C-System im Haushalt, wie vor Jahrzehnten
noch häufig installiert, würde eine Unterbrechung des
PEN-Leiters nicht nur die Schutzwirkung aufheben, sondern eine
direkte Gefahr für Leib und Leben bedeuten. Handelt es sich
bei den angeschlossenen Verbrauchern beispielsweise um Geräte
der Schutzklasse 1 wie Waschmaschinen oder Kühlschränke,
dann besteht das unmittelbare Risiko, dass das Gehäuse Netzspannungspotential
(230 V) gegen Erde annimmt. Ein lebensgefährlicher elektrischer
Stromschlag wäre unausweichlich.
An Schuko-Steckdosen nennt man das TNC auch
"klassische Nullung", der Nullleiter PEN ist an den
Schutzleiterkontakt und an einen der Steckdosenpole angeschlossen.
Die klassische Nullung ist seit Jahren in Neuinstallationen verboten.
Aus Sicherheitsgründen sollten auch bestehende Anlagen nach
Möglichkeit auf getrennte Schutz- und Neutralleiter umgerüstet
werden.
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| TN-C-S-System
Das TN-C-S-System (frz. Terre Neutre–Combiné-Separé)
ist eine Art der Erdverbindung eines Verteilungssystems in der
Elektrotechnik.
Die Sekundärseite des Transformators ist
in Stern geschaltet. Der Sternpunkt ist geerdet und wird als kombinierter
PEN-Leiter (frühere, nun veraltete Bezeichnung: Nullleiter
) mitgeführt. An einem bestimmten Punkt, spätestens
ab der Stelle, an der der geforderte Mindestquerschnitt des PEN-Leiters
unterschritten werden soll, wird der PEN-Leiter aufgeteilt in
Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE). Neutralleiter (N) und
Schutzleiter (PE) werden separat (elektrisch getrennt) weiter
geführt.
Dieses System nach Art der Erdverbindungen
ist bei Wohnhausversorgungen in Deutschland weit verbreitet. Die
Trennung von Schutzleiter und Neutralleiter findet zumeist im
Schaltschrank statt. In Bereichen, in denen Schutzleiter und Neutralleiter
getrennt geführt sind, werden Schutzmaßnahmen mit bei
Differenzströmen (z. B: ?J = 0,1A) auslösenden
Schutzeinrichtungen, wie die Fehlerstromschutzschalter, möglich.
Wird der PEN einmal in PE und N aufgeteilt, dürfen diese
im weiteren Leitungsverlauf nicht mehr zusammengeführt werden.
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IT-System
Das IT-System (frz. Isolé Terré)
ist eine Art der Erdverbindung eines Verteilungssystems in der
Elektrotechnik für erhöhte Ausfallsicherheit bei Fehlern
der Isolation.

Die leitfähigen Gehäuse der Betriebsmittel
sind im IT-System wie bei anderen Netzformen geerdet, der Sternpunkt
des speisenden Transformators jedoch nicht.
Ein erster Isolationsfehler zwischen einem
Außenleiter oder dem Neutralleiter und einem leitfähigen
Gehäuse oder der Erde stellt eine Erdung dieses Leiters dar.
Es besteht dann weiterhin weder eine gefährliche Berührungsspannung
zwischen leitfähigen Gehäusen und der Erde, noch ein
über die Erde geschlossener Stromkreis zum Transformator.
Da der erste Fehler keine schädlichen Auswirkungen hat, muss
auch noch nicht abgeschaltet werden.
Die Isolation der Außenleiter und des
Neutralleiters gegen Erde wird ständig durch ein Isolationsüberwachungsgerät
(ugs. auch "Iso-Wächter" genannt) gemessen, das
Fehler meldet. Ein festgestellter Fehler muss umgehend behoben
werden, weil ein Isolationsfehler eines zweiten Leiters einen
Kurzschluss darstellt, der zum Auslösen der Überstromschutzeinrichtung
und damit zum sofortigen Abschalten führt.
Man setzt diese Art der Erdverbindung zum Beispiel
in Operationssälen von Krankenhäusern ein, wo das Abschalten
eines Stromkreises unmittelbare Lebensgefahr für den Patienten
bedeuten kann. Triebfahrzeuge der Deutsche Bahn AG arbeiten ebenfalls
mit einem IT-System, damit die Zugfahrt bei einem Isolationsfehler
noch beendet werden kann.
Grenzen des IT-Netzes Zunächst
einmal würde man davon ausgehen, dass durch die Isolation
des Sternpunktes selbst im 1. Fehlerfall die betroffene Person
nicht von einem Strom durchflossen wird; ein 1. Fehler also absolut
ungefährlich ist. Bei genauerer Betrachtung fällt jedoch
auf, dass sehr wohl ein Stromfluss zustande kommt. Berührt
die Person nämlich z.B. Außenleiter L1, dann stellt
sie einen ohmschen Widerstand zur Erde her. Gleichzeitig stellen
aber die Außenleiter L2 und L3 auch kleine Kapazitäten
zur Erde dar. Somit hat man einen geschlossenen Stromkreis von
L1, über die Person, über die Erde, zurück über
die Kapazität von L2 und L3 zu L2 und L3. Je größer
die Kapazität von L2 und L3 zur Erde ist, desto größer
wird auch der Strom; in diesem Fall heißt dies: Je Länger
die Leitung wird, desto größer auch die Kapazität
und damit der Stromfluss. Genau hier liegt die Grenze des IT-Netzes:
Ist die Netzgröße sehr klein, dann sind auch die Kapazitäten
der Außenleiter zur Erde so klein, dass ein 1. Fehler gefahrlos
ist. Würde man das Netz aber ausdehnen (mehrere hundert Meter),
dann kann die Kapazität der Außenleiter zur Erde so
groß werden, dass die Ströme in gefährliche Größenordnungen
kommen.
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TT-System
TT-System (frz. Terre Terre) ist eine Art der Erdverbindung eines
Verteilungssystems in der Elektrotechnik.

Die Sekundärseite des Trafos ist in Stern
geschaltet. Der Sternpunkt ist geerdet und wird als separater
Neutralleiter (N) mitgeführt.
Der Neutralleiter hat keine Schutzfunktion. Am
Verbraucher muss eine eigene Erdung aufgebaut werden, mit der
die Schutzerdung realisiert werden kann. Die Erdübergangswiderstände
dafür sind sehr niedrig und nur schwer zu erreichen. Meist
gibt es für diesen Aufwand keinen Grund. Bei der Bahn muss
man ihn oft betreiben, um Rückwirkungen vom 162/3-Hz-Netz
auf das 50-Hz-Netz zu vermeiden. Die Schutzmaßnahme Schutzerdung
ist problematisch, da zum schnellen Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung
sehr hohe Ströme nötig sind, wofür wiederum niedrigste
Erdungswiderstände benötigt werden. Will man stärkere
Stromkreise haben, so muss man auf die Fehlerstromschutzschaltung
zurückgreifen. Auch bei der Fehlerstromschutzschaltung ist
die Auslösestromstärke von den Erdungsbedingungen abhängig.
Das TT-Netz wird in Deutschland nur noch selten verwendet, hauptsächlich
in ländlichen Gebieten.
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| Elektrische
Sicherung Eine elektrische Sicherung
dient dazu, einen Stromkreis bei zu hoher Stromstärke in
Folge einer Überlast oder eines Kurzschlusses zu unterbrechen.
Dadurch können Leitungen und angeschlossene Geräte vor
Beschädigung durch Überhitzung geschützt werden.
Aufbau
Sicherungen bestehen aus einem isolierenden
Körper, der zwei durch einen Schmelzleiter verbundene Kontakte
aufnimmt. Der Schmelzleiter wird durch den ihn durchfließenden
Strom erwärmt und schmilzt, wenn der Bemessungsstrom der
Sicherung deutlich überschritten wird. In diesem Fall wird
die Sicherung unbrauchbar und muss durch eine neue ersetzt werden.
Der Schmelzleiter ist von Luft oder Quarzsand
umgeben. Quarzsand ist erforderlich, um den Lichtbogen zu löschen,
der beim Unterbrechen eines großen Stroms entsteht. Das
Quarz schmilzt durch die hohe Temperatur des Lichtbogens zu Quarzglas
und entzieht dem Lichtbogen dabei Energie.
Sicherungen werden in entsprechenden Sockeln
eingesetzt. Auf Leiterplatten wird teilweise auf Sockel verzichtet
und Sicherungen durch Löten befestigt.
Bauformen
Schraubsicherung mit Gehäuse
Eine Schraubsicherung (auch Sicherungspatrone)
besitzt einen annähernd zylindrischen Keramikkörper,
der mit Quarzsand gefüllt ist. Die Sicherung wird eingesetzt,
indem sie in eine Schraubkappe gesteckt wird, die dann in den
Sockel geschraubt wird.
Schraubsicherungen werden heute in der Regel
eingesetzt, um die Hauptleitungen zu Verteilern zu schützen.
Vereinzelt werden sie auch noch an Stelle der heute üblichen
Leitungsschutzschalter zum Schutz von Endstromkreisen eingesetzt,
wenn Maschinen mit besonders hohem Einschaltstrom betrieben werden.
Schraubsicherungen besitzen an ihrem Fußkontakt
unterschiedliche Durchmesser. Je höher die Nennstromstärke
ist, desto größer ist der Durchmesser. Im Sockel befindet
sich ein entsprechender Passeinsatz (in der Skizze [PE]), der
verhindert, dass Sicherungen mit zu hohem Bemessungsstrom eingesetzt
werden.
Am Kopfkontakt der Schraubsicherung befindet
sich ein farbiges Plättchen (Kennmelder, Unterbrechungsmelder,
in der Skizze [KM] ), das bei einem Ansprechen der Sicherung abfällt.
Durch das Fenster der Schraubkappe kann man so erkennen, dass
die Sicherung „durchgebrannt“ ist und ausgewechselt
werden muss.
Kennmelder und Passeinsätze
sind abhängig vom Bemessungsstrom farblich gekennzeichnet:
| 2 A |
4 A |
6 A |
10 A |
13 A |
16 A |
20 A |
25 A |
32 A |
35 A |
40 A |
50 A |
63 A |
80 A |
100 A |
| rosa |
braun |
grün |
rot |
schwarz |
grau |
blau |
gelb |
schwarz |
schwarz |
schwarz |
weiß |
kupfer |
silber |
rot |
Als Faustregel für Sicherungen mit dem
Reaktionsverhalten gl-Gg (der Standardtyp) gilt: Bei fünffacher
Überschreitung des Bemessungsstromes reagiert die Sicherung
innerhalb von 5 Sekunden, bei zehnfacher Überschreitung beträgt
die Reaktionszeit 0,2 Sekunden.
Schraubsicherungen werden in zwei verschiedenen
Bauformen hergestellt. Es gibt das D-System ("Diazed":
Diametral abgestuftes zweiteiliges Edisongewinde) und das D0-System
("Neozed"). Neozed-Sicherungen sind kleiner und erwärmen
sich weniger, haben also eine kleinere Verlustleistung, als Diazed-Sicherungen.
D-System (Diazed)
Diazed-Sicherungseinsätze
Diazed-Sicherungen werden in fünf Größen
unterteilt. Die Bezeichnung der Sicherung setzt sich aus dem Buchstaben
D und einer römischen Ziffer zusammen.
| Diazed |
| Größe |
Bemessungsstrom |
Gewinde |
| D I |
2 A, 4 A, 6 A, 10 A, 13
A, 16 A |
E 16 |
| D II |
6 A, 10 A, 16 A, 20 A, 25
A |
E 27 |
| D III |
35 A, 50 A, 63 A |
E 33 |
| D IV |
80 A, 100 A |
R 11/4 Zoll |
| D V |
125 A, 160 A, 200 A |
R 2 Zoll |
Die Bauformen D IV und D V werden selten verwendet.
D IV kam häufig in alten Dachständer-Hausanschlusskästen
zum Einsatz.
D0-System (Neozed)
Neozed-Sicherungsblock für Dreiphasenwechelstrom
Neozed-Sicherungen werden in drei Größen
unterteilt. Die Bezeichnung der Sicherung setzt sich aus der Zeichenfolge
D0 (sprich D Null) und einer weiteren Ziffer zusammen.
| Neozed |
| Größe |
Bemessungsstrom |
Gewinde |
| D01 |
2 A, 4 A, 6 A, 10 A, 16
A |
E 14 |
| D02 |
20 A, 25 A, 32 A, 35 A,
40 A, 50 A, 63 A |
E 18 |
| D03 |
80 A, 100 A |
M 30 x 2 |
Die Bauform D03 wird sehr selten verwendet,
weil sich bei diesen hohen Bemessungsströmen NH-Sicherungen
als zuverlässiger erwiesen haben.
NH-Sicherung
NH-Sicherung, 250 A
zerlegte NH-Sicherung, 200 A
Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen,
kurz NH-Sicherungen, sind auch unter den Namen Messersicherung,
Schwertsicherung und Panzersicherung bekannt. Sie haben ein größeres
Volumen als Schraubsicherungen und massive Kontaktmesser an beiden
Enden. Daher können sie größere Ströme führen
und trennen.
NH-Sicherungen werden im Hausanschlusskasten
von Einfamilienhäusern für den Anschluss ans Stromnetz,
vergleichbare und alle höheren Leistungen bei Niederspannung
verwendet.
NH-Sicherungen sind zur Handhabung mit Grifflaschen
ausgestattet, die spannungsführend (sfü) oder spannungsfrei
(SGL) ausgeführt sein können. Um die Sicherungen in
einen einfachen Sockel einzusetzen oder aus diesem herauszuziehen,
ist ein Sicherungshaltegriff notwendig. Sogenannte NH-Trenner
sind Sockel mit einem Klappdeckel, der die Grifflaschen aufnimmt
und den Sicherungshaltegriff ersetzt.
NH-Sicherungen dürfen nur von einer Fachkraft
mit geeignetem Werkzeug und notwendiger Schutzausrüstung
(in der Regel Helm mit Gesichtsschutz, Isolierschutzmatte und
isolierende Handschuhe) ausgetauscht werden, da beim Ziehen dieses
Sicherungstyps eine hohe Gefahr des Zündens eines Lichtbogens
besteht. Dadurch kann sehr heißes, flüssiges Metall
durch den Raum verspritzt werden, was schwere bis tödliche
Verletzungen zur Folge haben kann.
| Größe |
Bemessungsstrom |
| 00 |
6 A bis 100 A |
| 1 |
80 A bis 250 A |
| 2 |
125 A bis 400 A |
| 3 |
315 A bis 630 A |
| 4 |
500 A bis 1250 A |
HH-Sicherung
Ältere Hochspannungssicherung für
20-kV-Netze
Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, kurz
HH-Sicherungen, sind selbstständig schaltende Schutzgeräte
im Spannungsbereich bis 36 kV. Sie werden in Netzen der Energieversorgung
und -verteilung verwendet, um die Auswirkungen von Überströmen
(Kurzschlüssen) zu begrenzen. Die häufigste Anwendung
findet sie in Transformatorstromkreisen, weitere Verwendungen
sind in Motorstromkreisen und Kondensatorbänken.
Kommt es zu einem Kurzschluss, schmilzt der
(oder die) im Innern der Sicherung befindliche(n) Schmelzleiter
und unterbricht dadurch den Fehlerstrom. Meist sind die Sicherungen
mit einem Anzeigesystem, dem Schlagstift ausgerüstet. Dieser
Schlagstift wirkt auf eine Auslösemechanik in einem ggf.
vorhandenen Lastschalter, welcher dann den fehlerhaften Stromkreis
3polig abschaltet.
„Hochleistungssicherung“ bedeutet,
dass diese Sicherungen Ströme von mehreren tausend Ampere
abschalten können, da sie strombegrenzend wirken. Manche
Hersteller haben ihre Sicherungen bis 63 kA geprüft.
Ein typisches Typenspektrum ist:
-
3–7,2 kV mit Nennströmen bis
500 A;
-
6–12 kV mit Nennströmen bis
355 A;
-
10–24 kV mit Nennströmen bis
200 A sowie
-
20–36 kV mit Nennströmen bis
100 A.
Die Abmessungen sind in DIN 43625 festgelegt,
deshalb wird weltweit auch von den "DIN-Fuse" gesprochen.
IEC 60282-1 bzw. die deutsche Übersetzung VDE 0670 Teil 4
sind die relevanten Normen, in denen die elektrischen Parameter
und die Typenprüfung beschrieben sind. Das Zusammenspiel
von Lastschaltern und Sicherungen ist in der IEC 62271-105 (entspricht
VDE 0671-Teil 105) geregelt. Für die Zuordnung von Sicherung
und Transformator ist auf deutscher Ebene die VDE 0670 Teil 402
maßgebend.
G-Sicherungen (Gerätesicherungen, Feinsicherungen)
Feinsicherung 5 x 20 mm
G-Sicherungen bestehen aus einem kleinen Glas-
oder Keramikrohr mit Metallkappen an beiden Enden, zwischen denen
sich der Schmelzleiter befindet. Dieser Schmelzdraht ist freiliegend
oder in Quarzsand eingebettet. Sie werden oft auch als Flimmrohrsicherungen
oder Glasrohrsicherungen bezeichnet.
Einsatzgebiet: Geräteschutz und Kfz-Elektrik.
Auf den Metallkontakten ist neben der Nennstromstärke
und der maximalen Spannung auch eingeprägt, wie schnell die
Sicherung auf Überstrom reagiert:
| Prägung |
Übersetzung (Deutsch) |
Beschreibung (Englisch) |
| FF |
sehr flink |
very fast acting |
| F |
flink |
fast acting |
| M |
mittelträge |
medium time lag |
| T |
träge |
time lag |
| TT |
sehr träge |
long time lag |
G-Sicherungen werden für Nennstromstärken
von (0,032 ... 20) A eingesetzt.
Es gibt diese Sicherungen in verschiedenen
Längen und Durchmessern. In Europa am gebräuchlichsten
ist das Format 5 x 20 mm, in den USA ¼ × 1¼ Zoll,
das entspricht in etwa 6,3 × 32 mm.
Flachstecksicherung
Die Flachstecksicherung wird hauptsächlich
in aktuellen Personenkraftwagen und Motorrädern verwendet.
Gängige Ausführungen sind Standard-Flachsicherung und
Mini-Flachsicherung.
Die Bemessungsstromstärke von Flachstecksicherungen
wird durch die Farbe ihres Kunststoffkörpers gekennzeichnet.
Folgende Übersicht zeigt die Farbcodierung:
| 1 A |
2 A |
3 A |
4 A |
5 A |
7,5 A |
10 A |
15 A |
20 A |
25 A |
30 A |
35 A |
40 A |
| schwarz |
grau |
violett |
rosa |
hellbraun |
braun |
rot |
hellblau |
gelb |
weiß/farblos |
hellgrün |
blaugrün |
orange |
Sicherheit
Eine "durchgebrannte" Sicherung kann
nicht repariert oder "geflickt" und darf nicht überbrückt
werden. Dadurch würde nicht nur der Schutz von Leitungen
und Geräten außer Kraft gesetzt, sondern auch ein Brand
wahrscheinlich, durch den Lebensgefahr besteht. Versicherungen
lehnen in diesem Fall die Zahlung aller daraus folgenden Schäden
ab.
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Fehlerstromschutzschalter
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FI-Schalter |
FI-Schalter offen |
FI in Unterverteilung (Sicherungskasten) |
Der Fehlerstromschutzschalter, kurz FI-Schalter
(F für Fehler, I für das Formelzeichen des Stroms),
engl. RCD oder Residual Current protective Device genannt, ist
eine Schutzeinrichtung in Stromnetzen, die den angeschlossenen,
überwachten Stromkreis vom restlichen Stromnetz abtrennt,
wenn Strom den überwachten Stromkreis auf falschem Weg verlässt.
Er wird normalerweise im Sicherungskasten, zusätzlich zu
den Überstromschutzorganen (Leitungsschutzschalter, Schmelzsicherungen)
installiert.
Die Funktion des FI-Schalters basiert auf einem
Summenstromwandler, der alle vom und zum Verbraucher fließenden
Ströme addiert. Wird im Fehlerfall an einem Verbraucher ein
Strom gegen Erde abgeleitet, so ist im Summenstromwandler die
Summe von hin- und zurückfließendem Strom nicht
mehr Null: es entsteht eine Stromdifferenz (ΔI, sprich:
Delta I), die zur Auslösung des FI-Schalters und damit zur
Abschaltung der Stromzufuhr führt. Der Summenstromwandler
besteht aus einem Ringkern gewickelt aus kristallinem oder nanokristallinem
weichmagnetischem Band. Ferritkerne sind wegen der zu geringen
Permeabilität nicht zu gebrauchen. Um die notwendige Energie
für das Auslösen des FI-Schalters zu erreichen sind
Ringbandkerne mit einer gewissen Größe beziehungsweise
Masse notwendig. Typische Abmessungen: Außendurchmesser
ca. 25 mm, Innendurchmesser ca. 15 mm, Höhe 20 mm,
Typisches Gewicht 40 g.
Handelsüblich sind FI-Schalter für
Bemessungsdifferenzströme von ΔI = 10 mA, 30 mA, 100
mA, 300 mA und 500 mA. Die Toleranz des Differenzstromes eines
RCDs liegt laut VDE bei -50%, was garantieren soll, dass der maximale
Differenzstrom unter keinen Umständen überschritten
wird. Die Auslösezeit ist auf max 20 ms festgelegt (1/50
sec = 1 Periode bei 50 Hz).
In Europa (bis auf GB) sind netzstromunabhängige
FI-Schutzschalter vorgeschrieben. Die dahinterstehende Sicherheitsphilosophie
stellt die Zuverlässigkeit von Verstärkerschaltungen
auf Basis von Halbleitern in Frage, welche in den einfacheren
und kleineren elektronischen DI-Schaltern im englischsprachigen
Raum zur Anwendung kommen. Das Risiko, dass wegen eines Transistor-Ausfalls
der FI im Fehlerfall nicht mehr funktioniert, entfällt bei
den passiven Ausführungen in Europa.
Voraussetzung zum Einsatz des FI-Schalters
ist ein TNS-Netz, (das heißt ein Netz, bei dem der Neutralleiter
und der geerdete Schutzleiter getrennt geführt sind, die
Trennung kann aber auch unmittelbar vor dem FI-Schalter erfolgen:
TNCS-Netz) oder ein TT-Netz.
In Deutschland wird bei Neubau und Modernisierung
ein FI-Schalter mit einer Auslösestromdifferenz von 30 mA
vor allem in Feuchträumen und im Außenbereich von der
VDE verlangt. Die Schutzwirkung ist unbestritten, ein FI-Schalter
mit einer Auslösestromdifferenz von 300 mA wird als
Brandschutz oft für das Haus eingesetzt und wird von einigen
EVU sogar vorgeschrieben, wenn die Hauseinspeisung nicht über
Erdkabel, sondern über Dachfreileitungen erfolgt. In Österreich
ist ein FI-Schalter nach ÖVE EN 61008 für alle Stromkreise,
in denen sich Steckdosen befinden vorgeschrieben.
Seit einiger Zeit sind Ausführungen pulsstromsensitiver
FI-Schutzschalter auf dem Markt, die zusätzlich zu Wechselströmen
auch pulsierende Gleichströme erfassen und somit den auftretenden
Bedingungen bei modernen elektrischen Verbrauchern Rechnung tragen
(Allstromsensitiv). Diese zusätzliche Sensibilität wird
durch spezielle Magnetwerkstoffe für die eingesetzten Ringbandkerne
erreicht. Hierbei regelt die DIN VDE 0664 das Umfeld.
Bei 230 V werden durch den durchschnittlichen
menschlichen Körper bei voller Spannung nur rund 230 mA
fließen (Man geht davon aus, dass der menschliche Körper
einen Widerstand von ca. 1000 Ω hat); das ist genug
für einen tödlichen Ausgang, bedeutet aber auch, dass
nur die FI-Schalter mit Auslösestromdifferenzen von 10 mA
und 30 mA wirksamen Personenschutz liefern. Die unempfindlicheren
Modelle sind als Brandschutz und zur Realisierung einer Schutzmaßnahme
bei problematischen Erdungsverhältnissen in TT-Netzen gedacht.
Einsatzbereich Der
Einsatz von FI-Schutzschaltern wird heute in vielen Ländern
im Haushaltsbereich für Steckdosen in Feuchträumen,
wie zum Beispiel Badezimmer, sowie für Steckdosen im Außenbereich
von den einschlägigen Normen (z.B. DIN VDE oder ÖVE)
zusätzlich zu den installierten Überstromschutzorganen
verlangt. Dazu zählen auch Innensteckdosen, an denen Geräte
im Freien betrieben werden. Für Altbauten gibt es einen Bestandschutz.
Das heißt, wenn die Anlage zum Zeitpunkt ihrer Errichtung
den damals geltenden Normen und Richtlinien entsprochen hat, darf
sie weiter betrieben werden.
Unter folgenden Umständen ist jedoch kein
Bestandsschutz gegeben und die Nachrüstung eines FI-Schutzschalters
unumgänglich:
-
wesentliche Änderungen an der Installation
-
neue Rechtsverordnungen, die eine Nachrüstung
fordern, TAB beachten
-
abgelaufene Übergangsfristen
-
unmittelbare Gefahren für Personen
und Sachwerte
Sinnvoll ist ein FI-Schalter darüber hinaus
für Kinderzimmer, Labor-Arbeitsplätze und für Steckdosen
in der Küche. FI-Schutzschalter bieten jedoch keinen Schutz,
wenn beide Netzspannungsleitungen (L und N) berührt werden!
Andere Schutzmaßnahmen (z.B. kindersichere Steckdosen) können
daher durch einen FI-Schutzschalter nicht ersetzt werden!
In TT-Netzen muss die gesamte Niederspannungs-Installation geschützt
werden. Im Neubaubereich spricht heute nichts mehr dagegen, die
komplette Stromversorgung abzusichern. Allerdings sollte genau
abgewogen werden, ob es wirklich sinnvoll ist, bei Gerätedefekten
auch gleich die komplette Beleuchtungsanlage einer Wohnung mit
abzuschalten. Dies kann unter Umständen hinderlich sein,
so dass man die per FI-Schalter geschützten Stromkreise eingrenzen
sollte. Bei der Nachrüstung von Altbauwohnungen kommt es
oft zu Fehlauslösungen des FI-Schalters, deren Ursache teilweise
schwer einzugrenzen ist. Oft sind falsche Verdrahtungen die Ursache,
bei denen beispielsweise in Steckdosen oder Durchlauferhitzern
Strom über die Schutzleiter statt über den Neutralleiter
abfließt.
Auch in der Landwirtschaft müssen, insbesondere
bei Tierhaltung, Fehlerstromschutzschalter verwendet werden.
Abschaltungen von FI-Schutzschaltern können
auch durch externe Ereignisse hervorgerufen werden, beispielsweise
durch Überspannungs-Impulse durch Blitzschläge in Freileitungen.
Dies kann oft zu unangenehmen Nebenwirkungen führen, wie
Abschaltungen von Heizungen oder Kühlanlagen, obwohl kein
Fehler in der eigenen Anlage vorliegt. Aus diesem Grund werden
in den letzten Jahren auch Schutzschalter gebaut, die zwei bis
dreimal selbständig in einem kurzen Abstand nochmals die
Spannung aufschalten. Erst wenn der Fehler trotzdem auftritt,
bleiben sie endgültig abgeschaltet. Dieses Modell ist vor
allem für ferngesteuerte Anlagen von Interesse, wo kein Personal
vor Ort ist und nur zum Einschalten vor Ort fahren müsste.
Mit der am FI-Schalter von vorn zugänglichen
Test-Taste (T) kann der Fehlerfall simuliert werden und man hat
die Möglichkeit, die ordnungsgemäße Funktion regelmäßig
(mind. alle 6 Monate) zu überprüfen. Hersteller empfehlen
sogar eine monatliche Prüfung. Ortsveränderliche FI-Schalter
müssen täglich vor Arbeitsbeginn auf Funktion geprüft
werden. Die T-Taste gibt keine Auskunft über die Schutzeinrichtung
als solche, es wird lediglich die Funktionstüchtigkeit des
RCD getestet.
Historisches Entwickelt
wurde der Fehlerstromschutzschalter von dem Österreicher
Gottfried Biegelmeier im Jahr 1957 und der damaligen Firma Felten
& Guilleaume, der heutigen Firma Moeller in Schrems in Niederösterreich.
In Österreich wurde er gesetzlich im Jahr 1980 auch in den
Haushalten vorgeschrieben.
Seit dem Inkrafttreten der NIN 2005 kann der
obige Artikel 1:1 auch für CH-Vorschriften übernommen
werden.
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Schuko
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230 V~ Steckdose
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Herkömmlicher Schuko-Stecker |
Schuko-Stecker nach CEE 7/7 |
SchuKo ist ein Akronym für Schutz-Kontakt
und bezeichnet ein System von Steckern und Steckdosen, das in
Europa sehr verbreitet ist. International ist dieses System auch
als Stecker-Typ F bekannt und teilweise kompatibel mit dem „französischen“
System namens Stecker-Typ E (siehe auch Länderübersicht
Steckertypen, Netzspannungen und -frequenzen).
Aufbau
Wesentlich ist, dass ein dritter Pol, der Schutzkontakt,
an Steckern und Buchsen zu finden ist. Dieser sollte vorauseilend
sein, das heißt, eine leitende (Schutz-)Verbindung (Schutzleiter)
herstellen, bevor die Strom führenden Leitungen Kontakt bekommen.
Beim Schuko-Stecker wird dies über Kontaktflächen an
der Steckerseite und die charakteristischen Kontaktfedern der
Dose sichergestellt.
Verkabelung Zur
Verkabelung wird ein dreiadriges Kabel verwendet, ein Außen-
und ein Neutralleiter zuzüglich des geerdeten Schutzleiters.
Strom leitende Materialien am Gehäuse müssen mit dem
Schutzleiter verbunden werden. Ist das Gerät im Innern besonders
isoliert, kann auf die Schutzleiter-Anbindung verzichtet werden
– dann ist allerdings statt des Schukosteckers der Eurostecker
zu verwenden. Die Benutzung eines Schukosteckers ohne Schutzleiterverkabelung
ist verboten.
Spannung und Strom Der
Zusammenhang von Spannung, Frequenz und Stecksystem ist meist
ein ungeschriebenes Gesetz. Unter Schuko geht man davon aus, dass
es eine Spannung von 220 V bis 240 V (Mittelwert: 230 V) bei 50
Hz zur Verfügung stellt. Die Stecker, Dosen und Verlängerungsleitungen
sind in der Regel auf 16 A Dauerstrom ausgelegt, was bei 230 V
einer Leistung von 3680 W entspricht. Damit ist dieses System
deutlich leistungsfähiger als das auf 110 V basierende US-Blattsteckersystem
(Stecker-Typ A bzw. B).
Kompatibilität
Das "französische" 2P+T-System
(Stecker-Typ E) ist trotz der elektrischen Kompatibilität
mechanisch inkompatibel zum Schuko-System, da die Erdkontaktfedern
der Steckdosen die französischen Stecker und der französische
Erdungszapfen den Schuko-Stecker behindern. Deshalb wurde das
allgemeinere CEE 7/7-System entwickelt. Es handelt sich dabei
um eine Art von Steckern, die beide Schutzsysteme mechanisch vereinen.
Sie haben Federn für den französischen Erdungszapfen
und Kontaktflächen für die Erdkontaktfedern des Schuko-Systems.
Daneben gibt es noch das Gost-7396-System,
eine Schuko-Variante, die sich durch einen geringeren Durchmesser
der stromführenden Stifte auszeichnet und in einigen osteuropäischen
Ländern sowie Teilen Russlands zum Einsatz kommt.
Vom CEE-7/7-System existiert eine Variante
ohne Schutzkontakte, der sogenannte Konturenstecker. Der Stecker
hat die gleiche Grundfläche, ist aber nicht so tief und hat
passende Ausschnitte für beide Schutzkontaktsysteme. Dieser
Stecker kommt häufig bei schutzisolierten Geräten wie
Staubsaugern oder Haartrocknern zum Einsatz, deren Leistungsaufnahme
höher als 2,5 A ist und somit im Anwendungsbereich des Eurosteckers
nicht mehr zugelassen ist.
Der Eurostecker nach CEE 7/16 ist eine minimalistische,
schuko-kompatible Steckervariante ohne Schutzkontakt. Bei ihm
sind die Stromkontakte weiterhin im gleichen Abstand, aber dünner.
Durch die dünneren Kontakte passt dieser Stecker auch in
alten italienischen oder spanischen Steckdosen. Durch die flache
Bauform und die damit weggefallenen Schutzkontakte passt dieser
Stecker auch in der Schweiz (Stecker-Typ J) und in Dänemark
(Stecker-Typ K). Er kommt bei schutzisolierten Geräten zum
Einsatz, allerdings ist er wegen der dünneren Kontakte nicht
für leistungsstarke Geräte zugelassen (max. 2,5 A).
Verpolungssicherheit Das
Schuko-System ist nicht verpolungssicher. Außenleiter (auch
Phase genannt) und Neutralleiter können durch 180°-Drehung
des Steckers getauscht werden.
Als das Schuko-System nach dem 1. Weltkrieg
eingeführt wurde, spielte die Polung für die Funktion
von Verbrauchern noch keine Rolle. Damals war es noch nicht üblich,
einen der beiden stromführenden Leiter als Nullleiter zu
erden. Bei der damals vorherrschenden Anschlusstechnik, die heute
als IT-Netz bezeichnet wird, lag an beiden stromführenden
Leitern eine vergleichbare Wechselspannung gegenüber Erde
an, und es war daher nicht sinnvoll zwischen den beiden Leitern
zu unterscheiden.
In heutigen Stromverteilnetzen liegt dagegen
nur noch auf einem Leiter (Phase) die volle Spannung gegenüber
Erde an, während der zweite Leiter (Nullleiter) am Transformator
geerdet ist (TN-S-Netz). Daher sind alle neueren Steckernormen,
wie etwa das 1962 eingeführte britische System (Stecker-Typ
G) oder das 1986 als weltweit einheitliche Lösung vorgeschlagene
IEC 60906-1 System, verpolungssicher.
Moderne verpolungssichere Systeme haben gegenüber
dem Schuko-System den Vorteil, dass ein Geräteschalter in
allen Fällen den stromführenden Leiter (den Außenleiter)
abschaltet. Des Weiteren können bei Festlegung des Außenleiters
Geräte noch sicherer gemacht werden, zum Beispiel ist sichergestellt,
dass sich der Außenleiter stets am Fußkontakt einer
Lampenfassung und nicht am einfacher anfassbaren Gewinde befindet.
Beim Schukosystem hängt das davon ab, in welche Richtung
der Stecker in der Steckdose eingesteckt ist. Wichtig ist ein
korrekt angeschlossener Schutzleiter, der im Fehlerfall die Spannung
ableiten kann.
Bei Haushaltssteckdosen gibt es beim Anschluss
zwei unterschiedliche Wege: Als noch die Bezeichnung R-S-T für
die Außenleiter eines Drehstromnetzes üblich war, wurde
der Außenleiter überwiegend an den rechten Kontakt
angeschlossen, da Außenleiter R=Rechts (oder auch aufgrund
der Buchstabenähnlichkeit Phase). Nach Umstellung auf die
Bezeichnungen L1-L2-L3 erfolgt der Anschluss in der Regel nach
dem Schema Links (Leiter oder L1) an den anderen Kontakt. Da der
Stecker auf zwei verschiedende Weisen eingesteckt werden kann,
gibt es aber keine verbindliche Vorschrift, die angibt, wo der
Außenleiter in Steckdosen angeschlossen werden soll. Jedoch
gilt die Empfehlung, die Anschlussart im gleichen Haushalt einheitlich
zu halten: Der Außenleiter soll in allen Steckdosen stets
rechts oder stets links angeschlossen werden.
Vergleich zu anderen Systemen
Verglichen mit dem noch älteren amerikanischen
System, und Systemen ohne Schutzkontakte, galt das Schuko-System
viele Jahrzehnte nach seiner Einführung als eines der sichersten
Stecksysteme, das sich auszeichnet durch:
-
Fingersicherheit (mit normalen Fingern
sind keine Kontakte erreichbar)
-
vorauseilender Schutzkontakt
-
sicherer mechanischer Halt
-
gute mechanische Beanspruchbarkeit
-
starke stromführende Kontakte (Standard
16 A)
Inzwischen sind aber die Vorteile des Schuko-Systems
nicht mehr mit denen moderner Konzepte vergleichbar. Als wesentliche
Probleme gelten:
-
Fehlen der in modernen TN-Netzen wünschenswerten
Verpolungssicherheit
-
fehlender Schutz gegen die Berührung
mit Drähten (Kindersicherheit)( Kindersicherungen sind
jedoch zum Teil verbaut ( Buschjaeger ) oder können als
Universalteil nachgekauft werden)
-
fehlender Schutz gegen die Benutzung eines
Schukosteckers in vielen weltweit üblichen nicht-Schuko
Steckdosen, in denen ein Schukostecker ohne Schutzerdung betrieben
werden kann
-
wesentlich größere Stecker-Abmessungen
als heute für eine gute mechanische Beanspruchbarkeit,
dank moderner Kunststoff-Spritzgußtechnik, notwendig
wäre
Aus diesen Gründen wurde das Schuko-System
als europa- oder weltweite Norm abgelehnt, und stattdessen das
IEC 60906-1 System als moderner Nachfolger vorgeschlagen.
Erfinder Albert
Büttner, Gründer der Bayerische Elektrozubehör
GmbH in Lauf (heute ABL-Sursum GmbH und Co KG), erhielt 1926 das
Patent für die Grundidee des SCHUKO-Systems. Das Grundkonzept
der Schutzkontakt-Verbindung geht jedoch auf Werner von Siemens
zurück.
Verbreitung Das
allgemeinere CEE-7/7-System gehört mit zu den am meisten
verbreiteten Stecksystemen der Welt – zumindest was die
Menge der Stecker und Steckdosen angeht. Unter anderem folgende
Länder setzen als primäres System auf Schuko:
-
Deutschland
-
Österreich
-
Niederlande
-
Italien
-
Portugal
-
Spanien
-
Schweden
-
Norwegen
-
Finnland
-
Slowenien
-
Afghanistan
-
Andorra
-
Rumänien
-
Vatikanstaat
-
San Marino
-
Ungarn
-
Estland
-
Südkorea
-
Indonesien
-
Island
-
Griechenland
Unter anderem diese Länder setzen auf
das über CEE 7/7 kompatible, „französische“
System:
Diese europäischen Länder haben eigene,
mechanisch inkompatible Systeme:
Prüfung, Zulassung, Zertifizierung
In den jeweiligen Ländern, die den Schuko-
bzw. CEE-7/7-Stecker verwenden, gibt es staatliche Organisationen
und Vereine, die die Prüfung, Zulassung und Zertifizierung
dieser Stecker und Systeme durchführen. Diese Einrichtungen
übernehmen generell die Zertifizierung von elektrischen Geräten
und Installationsmaterial und garantieren damit ein gleich bleibendes
Sicherheitsniveau. In Europa übernehmen dies folgende Gesellschaften:
| Land |
Organisation |
| Österreich |
ÖVE |
| Deutschland |
VDE |
| Niederlande |
KEMA |
| Belgien |
CEBEC |
| Finnland |
FIMKO |
| Schweden |
SEMKO |
| Norwegen |
NEMKO |
| Dänemark |
DEMKO |
| Frankreich |
LCIE |
| Italien |
IMQ |
Da die Zertifizierung freiwillig und teuer
ist, verzichten viele Hersteller auf die Zertifizierung in allen
Ländern. Dank europäischer Liberalisierung darf allerdings
inzwischen auch nicht zertifizertes Gerät zum Einsatz kommen.
Die Zertifizierungen gelten untereinander als weitgehend gleichwertig
und dem Endverbraucher kann der Aufdruck daher egal sein, solange
wenigstens einer drauf ist.
Besonderheiten In
sicherheitskritischen Bereichen wie Krankenhäusern kommen
Steckdosen in erkennbar verschiedenen Farben zum Einsatz. Es gibt
dafür zwar keine Norm, doch lässt sich in der Regel
folgendes festmachen:
Kennzeichnung von Steckdosen
| Kennzeichen |
Bedeutung |
| (neutral) |
Normale Steckdose, direkt
an das örtliche Versorgungsnetz angeschlossen |
| rot/orange |
EDV-Netz mit Überspannungsschutz,
extra Verteilungen, oft mit einem Dieselgenerator gesichert.
Kurzzeitige Ausfälle (1s) möglich. |
| grün |
Ausfallsicheres Netz, mit
USV gegen kurzzeitige Aussetzer und Überspannungen
gesichert. Hängt in der Regel am "roten"
Netz. |
| (unspezifisch) |
Gefiltertes, aber nicht ausfallsicheres
Netz. Hier gibt es ein sauberes Strombild und daher sollten
dort auch keine nichtlinearen Verbraucher angeschlossen
werden. |
Im Werkstattbereich kennzeichnen rote Steckdosen
oft einen bewusst fehlenden Schutzleiter und galvanische Trennung
vom restlichen Stromnetz, z. B. über einen Trenntransformator.
Normen Die
Steckerform Schuko ist beschrieben in den Normen:
-
DIN 49440/441
-
CEE 7/4 (ohne Rezeptor für Stecker-Typ
E, französisches System )
-
CEE 7/7 (mit Rezeptor für Stecker-Typ
E, französisches System )
Warenzeichen Der
Name SCHUKO ist ein eingetragenes Warenzeichen einiger Stecker-
und Steckdosenhersteller. Das Warenzeichen SCHUKO wird geschützt
vom SCHUKO-Warenzeichenverband.
Der Name Schuko ist weiter ein eingetragenes
Warenzeichen der Schuko Heinz Schulte-Südhoff GmbH in Bad
Laer, die Absaug- und Filteranlagen für die Holz-, Papier-
und Kunststoffverarbeitung herstellt.
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Schleifenwiderstand
Die Messung des Schleifenwiderstandes erfolgt mit entsprechenden Messgeräten. Sie ist besonders in TN-Netzen von großer Bedeutung. Hierbei wird der Widerstand der Schleife gemessen, die von der Stromquelle über den Aussenleiter und wieder zurück über den Schutzleiter fließt. Bei der Messung des Schleifenwiderstandes wird die Differenz der Spannungen bei unbelastetem und bei belastetem Netz ermittelt und durch den Belastungsstrom Ibel dividiert. Hierbei gilt: Zs = (Uunbel - Ubel )/ Ibel .
Über den Schleifenwiderstand wird der Abschaltstrom berechnet, der bei einem Körperschluß des Aussenleiters das Abschalten der Schutzeinrichtung innerhalb der vorgeschriebenen Zeit sicherstellt.

Die Kennwerte der Schutzeinrichtung (z.B. Sicherung) und die Querschnitte der Leiter müssen so dimensioniert werden, daß bei Auftreten eines Fehlers mit vernachlässigbarer Impedanz (Scheinwiderstand) zwischen einem Aussenleiter und einem Schutzleiter oder einem damit verbundenen Körper an einer beliebigen Stelle der Anlage, die automatische Abschaltung innerhalb der festgelegten Zeit erfolgt.
Ist der Schleifenwiderstand Zs bekannt, so läßt sich daraus leicht der Kurzschlußstrom Ik berechnen. Es gilt: Kurzschlußstrom Ik ist gleich Netz-Nennspannung Uo dividiert durch den Schleifenwiderstand Zs . ( Ik = Uo / Zs ).
Dieser Forderung ist entsprochen, wenn die Bedingung Zs * Ia < Uo erfllt ist:
In dieser Formel bedeuten:
Zs = Impedanz der Fehlerschleife,
Ia = Strom, der das automatische Abschalten bewirkt
Uo = Nennspannungs-Effektivwert gegen Erde
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