Lernfeld 10 · Prüfung Teil 2

Leitungen, Spannungsfall und Absicherung

Leitungen für IT-Räume auswählen: Strom berechnen, Spannungsfall bei Wechsel- und Drehstrom, Überlastschutz, LS-Schalter B16 und Leitungsbauarten.

18 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Zuerst bestimmst du den Betriebsstrom aus der Leistung. Bei Wechselstrom mit 230 V gilt $I = P / (U \cdot cos φ)$ , bei symmetrischem Drehstrom mit 400 V kommt der Faktor $3$ hinzu. Danach wählst du die Schutzeinrichtung und den Querschnitt. Für den Überlastschutz muss der Betriebsstrom kleiner oder gleich dem Bemessungsstrom der Schutzeinrichtung sein und dieser kleiner oder gleich der Strombelastbarkeit der Leitung. Die Belastbarkeit hängt von Querschnitt, Verlegeart, Umgebungstemperatur und Häufung ab; liegen viele belastete Stromkreise dicht beieinander, sinkt sie.

Der Spannungsfall darf nicht zu groß werden. DIN 18015-1 begrenzt ihn in Wohngebäuden zwischen Zähler und Verbraucher auf 3 %, DIN VDE 0100-520 empfiehlt höchstens 4 %. Bei Wechselstrom fließt der Strom hin und zurück, darum steht in der Formel die doppelte Länge; bei Drehstrom steht $3$ . Für Kupfer rechnest du mit $κ = 56 m / (Ω \cdot mm^{2})$ .

Ein LS-Schalter B16 hat die Auslösecharakteristik B und 16 A Bemessungsstrom. Netzteile vieler Server ziehen beim Einschalten kurz hohe Ströme; dann hilft gestaffeltes Einschalten oder Charakteristik C, wenn die Abschaltbedingung erfüllt bleibt. Ein roter fünfpoliger CEE-Stecker steht für 400 V Drehstrom mit drei Außenleitern, Neutralleiter und Schutzleiter. Der Schutzleiter ist grün-gelb, der Neutralleiter blau. Für feste Verlegung im Gebäude nutzt man NYM, im Erdreich NYY, für bewegliche, robuste Anschlüsse H07RN-F.

Das solltest du dir merken

Überlastschutz nur, wenn $I_{B} \leq I_{n} \leq I_{Z}$ gilt.
Bei Wechselstrom doppelte Leitungslänge, bei Drehstrom Faktor $3$ .
Häufung und Wärme senken die Strombelastbarkeit einer Leitung.
B16 heißt Charakteristik B, Bemessungsstrom 16 A.
Schutzleiter grün-gelb, Neutralleiter blau.

Formeln

Strom bei Drehstrom: $I = \frac{P}{3 \cdot U \cdot c o s φ}$; $I$ Leiterstrom in A, $P$ Wirkleistung in W, $U$ Außenleiterspannung 400 V, $cos φ$ Leistungsfaktor
Leiterwiderstand: $R = \frac{l}{κ \cdot A}$; $l$ Länge in m, $κ$ Leitfähigkeit in m/(Ω·mm²), Kupfer 56, $A$ Querschnitt in mm²
Spannungsfall bei Wechselstrom: $Δ U = \frac{2 \cdot l \cdot I \cdot c o s φ}{κ \cdot A}$; $Δ U$ in V, $l$ einfache Leitungslänge in m, $I$ Strom in A; bei rein ohmscher Last ist $cos φ = 1$
Spannungsfall bei Drehstrom: $Δ U = \frac{3 \cdot l \cdot I \cdot c o s φ}{κ \cdot A}$; $Δ U$ Spannungsfall zwischen den Außenleitern in V, bezogen auf 400 V
Überlastschutz: $I_{B} \leq I_{n} \leq I_{Z}$; $I_{B}$ Betriebsstrom, $I_{n}$ Bemessungsstrom der Schutzeinrichtung, $I_{Z}$ Strombelastbarkeit der Leitung, alle in A

Typische Fehler in der Prüfung

Bei Wechselstrom nur die einfache Leitungslänge eingesetzt.
Den Spannungsfall bei Drehstrom auf 230 V statt auf 400 V bezogen.
Einen LS-Schalter gewählt, dessen Bemessungsstrom über der Belastbarkeit der Leitung liegt.
Die Minderung der Belastbarkeit durch Häufung nicht berücksichtigt.

Tipps aus der Werkstatt

Einphasig I = P / (U · cos φ), dreiphasig I = P / (√3 · U · cos φ). Ein Leitungsschutzschalter „B16“ meint Nennstrom 16 A mit B-Charakteristik, die beim 3- bis 5-Fachen magnetisch auslöst; Einschaltströme vieler Netzteile sprengen das.
Spannungsfall einphasig: ΔU = 2 · l · I / (γ · A), der Faktor 2 steht für Hin- und Rückleiter. Farben merken: Schutzleiter grün-gelb, Neutralleiter blau, Außenleiter braun, schwarz, grau.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

18 Aufgaben zu „Leitungen, Spannungsfall und Absicherung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: Rahmenlehrplan IT-Systemelektroniker/-in (KMK 2019), Lernfeld 10; DIN VDE 0100-430, DIN VDE 0100-520, DIN 18015-1, DIN EN 60445. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.