Lernaufgabe 5: Sich über die Bedeutung des Schutzleiters informieren
Hier sind die Aufgaben ohne Lösungen.
Dargestellt sind im Folgenden TN-S-Netzsysteme. Das angeschlossene Betriebsmittel steht aufgrund eines Körperschlusses unter Spannung.
Aufgabe 1
Zeichne den Weg des Stromes für den Fehlerfall in die Abbildung ein.
Da das Betriebsmittel fehlerhaft ist, gibt es einen Kurzschluss zwischen L1 und dem Gehäuse. Der rote Pfad zeigt den Weg des Stromes der über den Fehlerfall zum Gehäuse geht und somit durch den Körper zur Erde und zurück zum Betriebserder den Stromkreis schließt.
Aufgabe 2
Zeichne das Widerstandsersatzschaltbild für den Fehlerfall.
Aufgabe 3
Berechne die Stromstärke, welche durch die Überstromschutzeinrichtung F1 fließt, wenn folgende Werte bekannt sind:
\(R_\mathrm{L1}=0,5\ \Omega\)
\(R_\mathrm{PE}=0,5\ \Omega\)
\(R_\mathrm{B}=2\ \Omega\)
\(R_\mathrm{K}=1,5\ k\Omega\)
\(R_\mathrm{St}=1\ k\Omega\)
\(U_0=230\ V\)
ges: \(I\)
Lös: \(I=\frac{U_0}{R_{ges}}=\frac{230\ V}{(0,5+1500+1000+2)\Omega}=0,09190\ A=91,9\ mA\)
Antw: Es fließen \(91,9\ mA\) Strom durch die Überstromschutzeinrichtung.
Aufgabe 4
Schätze die Gefährdung des Menschen durch den Körperschluss ein.
Die Gefährdung des Menschen ist bei dem fließenden Strom stark abhängig von der Berührungsdauer:
Bis ca 50ms: AC-2 -> nicht schädlich
50ms - 0,5s: AC-3 -> krampfartige Muskelreaktionen, Atemschwierigkeiten, meist keine organischen Schäden
0,5s+: AC-4 -> Wahrscheinlichkeit von Herzkammerflimmern steigt mit der Zeit bis über 50%
Aufgabe 5
Gib an, ob durch diesen Fehler die Überstromschutzeinrichtung mit \(I_\mathrm{N}=16\ A\) auslöst.
Die Überstromschutzeinrichtung wird nicht auslösen, da ein Strom kleiner als 16 A fließt.
Aufgabe 6
Zeichne den Weg des Stromes für den Fehlerfall in die Abbildung ein.
Wie im ersten Fall zeigt der rote Pfad den Stromweg über den Körper. Der gelbe Pfad liegt dazu parallel und geht über den Schutzleiter.
Aufgabe 7
Zeichne das Widerstandsersatzschaltungbild für den Fehlerfall.
Aufgabe 8
Berechne die Stromstärke, welche durch die Überstromschutzeinrichtung F1 fließt, wenn folgende Werte bekannt sind:
\(R_\mathrm{L1}=0,5\ \Omega\)
\(R_\mathrm{PE}=0,5\ \Omega\)
\(R_\mathrm{B}=2\ \Omega\)
\(R_\mathrm{K}=1,5\ k\Omega\)
\(R_\mathrm{St}=1\ k\Omega\)
\(U_0=230\ V\)
ges: \(I\)
Lös: \(R_{ges}=R_1+((R_\mathrm{K}+R_\mathrm{St}+R_\mathrm{B})||R_\mathrm{PE})=0,5\ \Omega+\frac{2502,5\ \Omega\cdot 0,5\ \Omega}{2502,5\ \Omega+ 0,5\ \Omega}=0,99\ \Omega=1\ \Omega\)
\(I=\frac{U_0}{R_{ges}}=\frac{230\ V}{1\ \Omega}=230\ A\)
Antw: Es fließen \(230\ A\) Strom durch die Überstromschutzeinrichtung.
Aufgabe 9
Gib an, ob durch diesen Fehler die Überstromschutzeinrichtung
mit \(I_\mathrm{N}=16\ A\) auslöst.
Die Überstromschutzeinrichtung wird auslösen, da ein deutlich höherer Strom als 16 A fließt.
Aufgabe 10
Gib an, welche Bedeutung der Schutzleiter in diesem Fehlerfall hat.
Der Schutzleiter bietet einen niederohmigen parallelen Pfad, so daß der Strom durch den Körper- und Bodenwiderstand nicht verringert wird und die Überstromschutzeinrichtung sicher auslöst.