Lernauftrag 7: Kabel und Leitungen

Hier findest du die Lösungen.

Kabel

Kabel sind Betriebsmittel zur Übertragung von Elektroenergie, die im Gegensatz zu Leitungen dauerhaft in Erde, Luft und Wasser verlegt werden dürfen.

Leitungen

Leitungen sind für die Übertragung von Elektroenergie bestimmte Verbindungselemente in elektrotechnischen Anlagen, die im Gegensatz zu Kabeln in der Regeln nicht für eine ständige Verlegung in Erde und Wasser vorgesehen sind.

Aufgabe 1: Einteilung von Leitungen

Finde Begriffe, welche in das Organigramm von Leitungen passen

Aufgabe 2: Beanspruchungskriterien von Leitungen

Nenne Beanspruchung für die drei Klassen, welche auf Leitungen wirken.

1) mechanische Beanspruchung
2) thermische Beanspruchung
3) chemische Beanspruchung

Information: Kennzeichnungen von Leitungen

Nicht harmonisierte Leitungen

Nicht harmonisierte Leitungen werden durch Aufdruck oder Prägung gekennzeichnet.
Beispiel:

Der Kennfaden hat die Farben SCHWARZ-ROT in einfädig bedruckter Ausführung.

Harmonisierte Leitung

Harmonisierte Leitungen sind vom Hersteller als solche gekennzeichnet. Die Kennzeichnung kann entweder durch fortlaufenden Aufdruck (der zwischen den Firmenangaben als Druck oder Prägung auf der Leitung anzubringen ist) ODER durch Einlegen eines einfädig bedruckten Kennfadens (VDE-Harmonisierungs-Kennfaden), welcher zusammen mit dem geschützten Firmenkennfaden eingelegt ist, erfolgen.
Beispiel:

Aufgabe 4: Mindestquerschnitte

Leitungen müssen gegenüber mechanischen Beanspruchung eine ausreichende Festigkeit besitzen. In Abhängigkeit vom Leitermaterial und vom Verwendungszweck sind deshalb Mindestquerschnitte festgelegt. Diese sind in der DIN VDE 0100-520 zusammengefasst. Für die feste Verlegung von Kabeln, Mantelleitungen und Aderleitungen sind folgende Mindestquerschnitte vorgeschrieben.

Übernimm die Tabelle in deine Unterlagen.

Für Kabel und Mantelleitungen erfolgt die feste Verlegung

• direkt auf der Wand oder an der Decke auf Abstandschellen
• in Elektroinstallationsrohren
• in einem zu öffnenden oder geschlossenen Elektroinstallationskanal
• an Tragseilen
• auf Kabelpritschen oder Kabelwannen
• in baulichen Hohlräumen
• in Wänden, Decken oder im Estrich

Aderleitungen gelten als geschützt verlegt, wenn sie in Elektroinstallationsrohren oder in geschlossenen Elektroinstallationskanälen angeordnet sind.

Aufgabe 5: Strombelastbarkeit

Elektrische Leiter sind Widerstände. Werden sie vom Strom durchflossen erwärmen sie sich und verursachen Verluste. Dabei soll die Isolierung keinen Schaden nehmen. Wird die Stromstärke überschritten, erwärmt sich der Leiter unzulässig hoch und Brand oder Unfallgefahr droht.

Recherchiere die Bedeutung der folgenden Bezeichner in Bezug auf das Themenfeld Strombelastbarkeit.

• \(I_b\) -
• \(I_Z\) -
• \(I_N\) -
• \(I_2\) - großer Prüfstrom

Recherchiere welche zwei Gleichungen für die Strombelastbarkeit maßgeblich sind. Hilfreich kann es sein, die folgenden zwei Abschnitte zu lesen.

In der ersten Gleichung kommt zum Ausdruck, daß die Strombelastbarkeit \(I_Z\) der Leitung selbstverständlich größer (allenfalls genauso groß) wie der Betriebsstrom \(I_b\) des Verbrauchsmittels ist. Die vorgeschaltete Überstromschutzeinrichtung kann die Leitung nur sicher schützen, wenn ihr Bemessungsstrom \(I_N\) (allenfalls genauso groß) wie die Strombelastbarkeit der Leitung ist.

Um wirtschaftlich akzeptable Lösungen bei der Leitungsauswahl zu finden wurde als Kompromiss die zweite Gleichung gefunden. Sie besagt, daß eine Leitung oder ein Kabel auch dann sicher geschützt ist, wenn die Überstromschutzeinrichtung in der Lage ist, einen Strom der 45% über der Strombelastbarkeit der Leitung liegt, spätestens in der Zeit des großen Prüfstroms abzuschalten.

Der Inhalt der beiden Formel ist hier noch einmal graphisch dargestellt. Von links nach rechts werden die Ströme höher.

Die folgenden Kriterien müssen bei der Planung elektrischer Anlagen ebenfalls beachtet werden, da sie die Wärmeabfuhre ebenfalls beeinflussen bzw. zu höheren Strömen führen können.

• Verlegeart
• Umgebungstemperatur (Umrechnungsfaktor \(f_1\))
• Häufung von Leitungen (Umrechnungsfaktor \(f_2\))
• Oberschwingungen (Umrechnungsfaktor \(f_3\))
• Anzahl der belasteten Adern (Umrechnungsfaktor \(f_4\))
• Betriebsarten

Sofern einer oder mehrere dieser Minderungsfaktoren berücksichtigt werden muss, ändert sich die Strombelastbarkeit \(I_Z\).
\(I_r\) gibt die Strombelastbarkeit unter idealen Bedingungen an.

Finde eine Formel, welche die Strombelastbarkeit in Abhängigkeit von diesen zusätzlichen Kriterien darstellt.

Aufgabe 6

Ein Durchlauferhitzer nimmt am Drehstromsystem (\(400\ V/ 50\ Hz\)) eine Leistung von \(21\ kW\) auf.

Berechne den im Außenleiter fließenden Strom.

Aufgabe 7

Gib für den in Aufgabe 6 beschriebenen Durchlauferhitzer den Bemessungsquerschnitt der Leitung an, wenn die Leitung nach Art C verlegt ist und eine Umgebungstemperatur von \(25°C\) zu erwarten ist.

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