Grundlagen der Elektrotechnik: Wichtige Begriffe & Sicherheitsregeln

Kurzschluss: Definition & Gefahren

Ein Kurzschluss bezeichnet die direkte Verbindung von zwei Leitern oder Teilen einer elektrischen Schaltung mit einer Potentialdifferenz (Spannung) ohne nennenswerten elektrischen Widerstand (Impedanz) dazwischen. Dies führt zu einem sehr hohen Stromfluss, der Schäden an Geräten und Leitungen verursachen sowie Brandgefahr bergen kann.

Sicherung: Schutz vor Überstrom

Eine Sicherung ist ein bewusst dünner dimensionierter Leiterabschnitt, der am Eingang einer Schaltung platziert wird, um diese zu schützen. Bei einem erhöhten Strom, beispielsweise durch einen Kurzschluss oder eine Überlastung, erhitzt sich dieser Abschnitt stark und schmilzt als Erster, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird und die nachfolgenden Komponenten geschützt sind.

Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter)

Ein Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter), oft auch als Differentialschalter bezeichnet, ist ein elektromechanisches Gerät, das in elektrischen Anlagen installiert wird. Seine Hauptaufgabe ist es, Personen vor gefährlichen Stromschlägen zu schützen, die durch mangelnde Isolation zwischen einem Leiter und Erde oder dem Gehäuse eines Geräts entstehen können. Er erkennt bereits kleine Fehlerströme und unterbricht den Stromkreis sehr schnell.

Leuchtstofflampen: Funktionsweise

Leuchtstofflampen sind Gasentladungslampen, die Quecksilber-Niederdruckdampf und ein inertes Gas enthalten. Ihre Funktion basiert auf dem Phänomen der Fluoreszenz: Ultraviolettes (UV) Licht, das durch die Gasentladung erzeugt wird, wird durch eine Leuchtstoffbeschichtung im Inneren der Lampe in sichtbares Licht umgewandelt.

Starter für Leuchtstofflampen

Der Starter wird für die Zündung einer Leuchtstofflampe benötigt. Beim Einschalten des Stroms schließen die Bimetall-Kontakte im Starter und lassen Strom zu den Elektroden der Lampe fließen, wodurch diese erwärmt werden. Wenn der Lichtbogen überspringt, wird das Gas in der Lampe ionisiert. Die Bimetall-Lamellen im Starter trennen sich daraufhin. Sobald die Leuchtstoffröhre leuchtet, bleiben die Kontakte des Starters getrennt, um den Stromfluss durch den Starter zu unterbinden.

Schütz: Aufbau & Funktion

Ein Schütz ist ein elektromechanisches Schaltgerät, das aus zwei Hauptteilen besteht: einem feststehenden Teil, der die Basis bildet, und einem beweglichen Teil, der die Schalt- und Steuerkontakte trägt. Diese Teile können durch elastische Verbindungen miteinander verbunden oder auch ohne Werkzeug getrennt werden. Ein Schütz wird typischerweise zur Fernsteuerung von Lasten in elektrischen Anlagen eingesetzt, beispielsweise zum Ein- und Ausschalten von Motoren.

Hausinstallation: Aufbau & Komponenten

Die Hausinstallation verbindet die Niederspannungs-Verteilungsnetze der Energieversorger mit den elektrischen Anlagen innerhalb eines Gebäudes. Sie besteht typischerweise aus folgenden Teilen:

• Hauptsicherung / Allgemeiner Schutzschalter
• Hauptleitung (Zuleitung)
• Zählerplatz (Stromzähler)
• Verteilerkasten mit einzelnen Stromkreisen und Sicherungen
• Hauptschalter
• Allgemeine elektrische Geräte und erforderliche Schutzsysteme (z.B. FI-Schalter)

Stromverteilung: Von der Erzeugung zum Verbraucher

Die Stromverteilung umfasst mehrere Phasen, um elektrische Energie vom Erzeuger zum Verbraucher zu bringen:

• Erzeugung (Produktion): Strom wird in Kraftwerken erzeugt, beispielsweise thermisch, hydraulisch oder durch alternative Verfahren wie Solar-, Windenergie oder Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).
• Transport: Der erzeugte Strom wird über Hochspannungsnetze und große Umspannwerke über weite Strecken transportiert.
• Verteilung: Von kleineren Umspannwerken wird der Strom über Mittel- und Niederspannungsnetze an die Endverbraucher (Häuser, Werkstätten, Büros etc.) verteilt, wo er genutzt wird.
• Marketing: Strom ist ein Handelsprodukt. Energieversorgungsunternehmen vermarkten und verkaufen ihn an die Endverbraucher.

Ohmsches Gesetz & Leistungsformel

Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Stromstärke (I), Spannung (V) und Widerstand (R) in einem Stromkreis:

Die Stärke des elektrischen Stroms durch eine Schaltung ist direkt proportional zur angelegten Spannung und umgekehrt proportional zum elektrischen Widerstand.

Formel: I = V / R

Zusätzlich wird oft die Leistungsformel genannt, die die elektrische Leistung (P) berechnet:

Formel: P = V • I

Die 5 Sicherheitsregeln der Elektrotechnik

Die „Fünf goldenen Regeln“ sind grundlegende Sicherheitsmaßnahmen, die bei Arbeiten an elektrischen Anlagen unbedingt einzuhalten sind, um Unfälle zu vermeiden:

1. Freischalten: Alle sichtbaren Ursachen für Spannungen (z.B. Sicherungen, Schalter) müssen abgeschaltet werden.
2. Gegen Wiedereinschalten sichern: Die freigeschalteten Anlagen müssen gegen unbeabsichtigtes Wiedereinschalten gesichert werden (z.B. durch Verriegelung, Warnschilder).
3. Spannungsfreiheit feststellen: Mit geeigneten Prüfgeräten muss die Spannungsfreiheit an allen Polen der Arbeitsstelle festgestellt werden.
4. Erden und Kurzschließen: An der Arbeitsstelle müssen alle Leiter geerdet und kurzgeschlossen werden, um Restspannungen oder unbeabsichtigtes Einschalten abzuleiten.
5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken: Der Arbeitsbereich muss klar abgegrenzt und benachbarte, noch unter Spannung stehende Teile müssen abgedeckt oder abgeschrankt werden.

Methoden für Arbeiten unter Spannung (AuS)

Arbeiten unter Spannung (AuS) sind spezielle Verfahren, die nur von geschultem Personal unter Einhaltung strengster Sicherheitsvorschriften durchgeführt werden dürfen. Die gängigen Methoden sind:

• Arbeiten mit Abstand: Einsatz von isolierenden Werkzeugen und Hilfsmitteln, um den Sicherheitsabstand zu spannungsführenden Teilen zu wahren.
• Arbeiten mit Isolierung: Direkter Kontakt mit spannungsführenden Teilen ist möglich, da der Arbeiter durch isolierende Schutzausrüstung vollständig isoliert ist.
• Arbeiten am Potenzial: Der Arbeiter befindet sich auf dem gleichen Potenzial wie die spannungsführenden Teile und ist gegenüber Erde isoliert.

Elektrische Fehler: Überstrom & Kurzschluss

Elektrische Anlagen müssen vor verschiedenen Arten von Fehlern geschützt werden. Die häufigsten sind:

• Überstrom: Ein Strom, der den Nennstrom eines Leiters oder Geräts übersteigt, ohne dass ein direkter Kurzschluss vorliegt (z.B. durch Überlastung).
• Kurzschluss: Eine direkte Verbindung zwischen zwei Punkten mit Potentialdifferenz, die zu einem sehr hohen Stromfluss führt (siehe oben).

Überspannung: Externe & Interne Ursachen

Eine Überspannung ist ein kurzzeitiger Anstieg der Spannung über den zulässigen Wert hinaus. Man unterscheidet zwischen:

• Externe Überspannungen: Verursacht durch äußere Einflüsse wie Blitzeinschläge oder Schaltvorgänge im Stromnetz.
• Interne Überspannungen: Entstehen innerhalb der Anlage, z.B. durch das Schalten induktiver Lasten oder Fehler in Geräten.

Leitungsschutzschalter: Auslösecharakteristiken

Leitungsschutzschalter (oft auch Sicherungsautomaten genannt) schützen elektrische Leitungen und Geräte vor Überlastung und Kurzschluss. Ihre Auslösecharakteristik (Kurve) bestimmt, bei welchem Vielfachen des Nennstroms sie auslösen:

• Kurve B: Schützt Generatoren und lange Kabellängen. Löst bei 3-5fachem Nennstrom aus.
• Kurve C: Standard für den Schutz von Kabeln und allgemeinen Verbrauchern. Löst bei 5-10fachem Nennstrom aus.
• Kurve D: Für den Schutz von Kabeln mit hohen Einschaltströmen (z.B. Motoren, Transformatoren). Löst bei 10-20fachem Nennstrom aus.