Elektrische Komponenten: Generatoren, Batterien, Schutz & Stromarten

Grundlagen elektrischer Komponenten

Generatoren und Batterien sind Elemente, die elektrische Energie erzeugen oder speichern, um sie an einen Stromkreis abzugeben. In diesen Elementen wird eine Potenzialdifferenz zwischen den Enden erzeugt, um einen elektrischen Strom zu liefern, wenn ein Leitungsweg vorhanden ist. Stromgeneratoren wandeln andere Energieformen um, wie zum Beispiel Dynamos und Lichtmaschinen. Batterien werden mit Strom aufgeladen und speichern diese Energie, um sie später an ein anderes System abzugeben, beispielsweise als Akkumulatoren, Batteriezellen oder Kondensatorbatterien.

Symbole: DC-Generator, AC-Generator.

Empfänger (Verbraucher)

Empfänger sind Elemente, die den gelieferten Strom aufnehmen und in andere Energieformen umwandeln (z.B. Wärme, Mechanik, Licht). Beispiele sind Motoren, Beleuchtungen, Heizungen usw. Symbole: Motor, Lampe, Widerstand, Summer.

Leiter

Leiter sind Elemente, die den Stromfluss erleichtern und die Verbindung zwischen Generatoren und Empfängern herstellen. Je nach ihrem Widerstand können Materialien als Isolatoren, Supraleiter und Halbleiter unterschieden werden. Symbol: Leiter.

Bedienelemente

Diese Elemente ermöglichen die Steuerung des Stromflusses durch verschiedene Empfänger. Beispiele: Taster, Schalter.

Schutzelemente

Schutzelemente werden in elektrische Schaltungen eingefügt, um Personen vor Überstrom und indirekten Kontakten zu schützen. Beispiele: Sicherungen, thermische Schutzschalter, magnetische Schutzschalter, Leistungsschalter, Fehlerstromschutzschalter.

Stromarten im Vergleich: AC vs. DC

Vorteile von Wechselstrom (AC)

• Die Spannung kann leicht erhöht oder verringert werden, um den gewünschten Wert zu erreichen, ohne große Verluste und auf wirtschaftliche Weise mittels Transformatoren.
• Dadurch können hohe Spannungen und geringe Ströme übertragen werden, was die damit verbundenen Joule-Verluste reduziert.
• Die Motoren, die diese Art von Strom nutzen, sind billiger und langlebiger.
• Er kann leicht durch Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt werden.
• Er kann nicht leicht gespeichert werden.

Nachteile von Gleichstrom (DC)

• Die Spannung kann nur reduziert werden; eine Erhöhung ist nicht einfach und es gehen immer Verluste einher.
• Die schwierige Spannungsanpassung bedeutet, dass Übertragungsverluste durch hohe Ströme und damit erhöhte Joule-Verluste nicht reduziert werden können.
• Die Umwandlung in Wechselstrom ist teuer, und es ist schwierig, reine Sinuswellen zu erzeugen; die Wellenformen sind in der Regel rechteckig.
• Er kann gespeichert werden: in Batterien, Kondensatoren usw.

Wechselstrom ist die am weitesten verbreitete der beiden Arten. Aus quantitativer Sicht wird Gleichstrom aufgrund seiner Eigenschaften nur für Anwendungen verwendet, die eine hohe Mobilität der Verbraucher erfordern und keine hohe Leistung benötigen, wie z.B. tragbare Geräte.

Schutzelemente für AC- und DC-Schaltungen

Wie der Name schon sagt, sind dies Elemente, die Menschen und Schaltungen vor Überstrom und indirekten Kontakten schützen. Unter Überstrom verstehen wir im Allgemeinen eine Stromstärke, die den festgelegten Maximalwert überschreitet und zu einer Beschädigung der Schaltung führen kann. Unter indirektem Kontakt verstehen wir einen Fehlerstrom, der außerhalb der elektrischen Schaltung fließt und Personen oder Anlagen gefährden kann.

Arten von Überstrom

• Kurzschluss: Eine direkte Verbindung von zwei Punkten unterschiedlichen Potenzials mit einem leitfähigen Element. In diesem Fall tendiert die Stromstärke gegen unendlich (sehr hoher, sofortiger Anstieg). Ein Kurzschluss ist sehr gefährlich und kann zu sofortigen Schäden führen.
• Überlaststrom: Ein Strom, der den maximal zulässigen Wert überschreitet und Schäden an der Anlage verursachen kann.

Die Schutzelemente sind immer am Anfang der Schaltung platziert. Zum Schutz vor diesen Gefahren sind folgende Instrumente vorgesehen:

Sicherung

Eine Sicherung besteht aus zwei leitenden Platten an den Enden, die durch einen kalibrierten Schmelzdraht verbunden sind. Sie basiert auf dem Joule-Effekt: Wenn der Strom den vereinbarten Wert überschreitet, erwärmt sich der Schmelzdraht und unterbricht die Schaltung. Sicherungen schützen vor Überstrom und Kurzschluss und werden häufig in AC- und DC-Schaltungen verwendet. Nach dem Auslösen müssen sie ersetzt werden.

Thermoschutzschalter

Ein Thermoschutzschalter ist mit einem Bimetallelement ausgestattet, ähnlich einem Thermostat. Wenn ein Strom durchfließt, erwärmt sich das Element. Überschreitet der Strom einen bestimmten Wert, öffnet ein Schalter automatisch. Um den Schalter wieder zu schließen (meist manuell), muss das Bimetall abkühlen. Er ist zerstörungsfrei und wird oft gleichzeitig in beiden AC-Phasen verwendet. Er schützt vor Überlaststrom gemäß einer charakteristischen Strom-Zeit-Kurve.

Magnetschutzschalter

Ein Magnetschutzschalter ist mit einer Induktionsspule ausgestattet, die bei Überstrom durch magnetische Anziehung auslöst. Er erfordert in der Regel einen manuellen Reset. Er ist zerstörungsfrei und wird oft gleichzeitig in beiden AC-Phasen verwendet. Er schützt sofort vor großen Überströmen (Kurzschlüssen).

Leitungsschutzschalter (MCB)

Dieses Element kombiniert die Funktionen des thermischen und magnetischen Schutzes. Seine Funktionsweise ist die Summe der beiden vorhergehenden. Er ist zerstörungsfrei, wird oft für Wechselstrom verwendet, schützt vor allen Arten von Überstrom und wird in der Regel manuell zurückgesetzt. Dies ist der Typ Leistungsschalter, der in Immobilien zu finden ist und zwei Funktionen hat: Überstromschutz und Begrenzung der maximalen Anschlussleistung.

Fehlerstromschutzschalter (RCD/ELCB)

Dieses Element verfügt über zwei symmetrische Induktivitäten, die jeweils mit einer Phase verbunden sind. Wenn die Differenz der Ströme, die durch jede Spule fließen, einen Sicherheitswert überschreitet, löst der Schalter aus. Diese Differenz tritt auf, wenn ein Fehler- oder Leckstrom vorhanden ist, der bei indirektem Kontakt schützt. Er ist zerstörungsfrei, wird in Wechselstromkreisen verwendet und wird manuell zurückgesetzt. Dies ist ein weiterer Schaltertyp, der in Wohnungen zu finden ist und über eine Testtaste zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion des Geräts verfügt.