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Tabellenbuch Elektrotechnik

E U R O PA - FA C H B U C H R E I H Efür elektrotechnische, elektronische,mechatronische und informations-technische Berufe

VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KGDüsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten

Europa-Nr.: 30103Europa-Nr.: 30160 XXL, mit CD

Bearbeitet von Lehrern und Ingenieuren an beruflichen Schulenund Produktionsstätten (siehe Rückseite)

27. neu bearbeitete und erweiterte Auflage

Tabellen Formeln Normenanwendung

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Autoren des Tabellenbuchs Elektrotechnik:

Häberle, Gregor Dr.-Ing., Abteilungsleiter Tettnang

Häberle, Heinz Dipl.-Gewerbelehrer, VDE Kressbronn

Isele, Dieter Ing. (HTL), Berufsschullehrer Lauterach

Jöckel, Hans-Walter Dipl.-Ing. (FH), Oberstudienrat Friedrichshafen

Krall, Rudolf Dipl.-Päd. Ing., Berufsschuloberlehrer St. Leonhard

Schiemann, Bernd Dipl.-Ing. Durbach

Schmid, Dietmar Dipl.-Ing., Oberstudienrat Biberach a.d. Riß

Schmitt, Siegfried staatl. gepr. Techniker, Techn. Oberlehrer Bad Bergzabern

Tkotz, Klaus Dipl.-Ing. (FH) Kronach

Leitung des Arbeitskreises:Dr.-Ing. Häberle, Tettnang

Bildbearbeitung:Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern

Auszüge aus DIN-Normen mit VDE-Klassifikation sind für die angemeldete limitierte Aufla-ge wiedergegeben mit Genehmigung 372.015 des DIN Deutsches Institut für Normung e.V.und des VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. Für weitereWiedergaben oder Auflagen ist eine gesonderte Genehmigung erforderlich.

Maßgebend für das Anwenden der Normen sind deren Fassungen mit dem neuesten Aus-gabedatum, die bei der VDE-VERLAG GmbH, Bismarckstr. 33, 10625 Berlin,www.vde-verlag.de, erhältlich sind.

27. Auflage 2016

Druck 5 4 3 2 1Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern unter-einander unverändert sind.

ISBN 978-3-8085-3430-4ISBN 978-3-8085-3433-5 XXL, mit CD

Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlichgeregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.

© 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp://www.europa-lehrmittel.deSatz: Tutte Druckerei & Verlagsservice GmbH, 94121 SalzwegUmschlag: braunwerbeagentur, 42477 RadevormwaldUmschlagfotos: © erdquadrat-fotolia.com; Gossen Metrawatt GmbH, Nürnberg; Siemens AG, München;

ZF Friedrichshafen AG , FriedrichshafenDruck: B.O.S.S Medien GmbH, 47574 Goch

MATHEMATIK, PHYSIK, SCHALTUNGS-THEORIE, BAUELEMENTE 11 … 66 GG

TECHNISCHE DOKUMENTATION,MESSEN 67 … 122 TTMM

ELEKTRISCHE INSTALLATION123 … 210 EEII

SICHERHEIT, ENERGIEVERSORGUNG211 … 304 SSEE

INFORMATIONS- UND KOMMUNIKA-TIONSTECHNISCHE SYSTEME

305 … 352IIKK

AUTOMATISIERUNGS- UND ANTRIEBS-SYSTEME, STEUERN UND REGELN

353 … 446AASS

WERKSTOFFE, VERBINDUNGSTECHNIK447 … 480 WW

BETRIEB UND SEIN UMFELD,UMWELTTECHNIK, ANHANG

481 … 560BBUU

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Vorwort zur 27. Auflage

Die Weiterentwicklungen der Technik und der Lernorganisationen führte wie schon in der 26. Auflage zu einerÜberarbeitung und Erweiterung des Buches zu einem Kompendium. Der Leser kann sich dadurch auch bezüg-lich der Anforderungen aus Industrie 4.0 selbst weiterbilden. Neue und aktualisierte Inhalte sind nachstehendkursiv (schräg) gedruckt.

Normänderungen wurden übernommen. Allgemein ist zu beachten, dass vielfach die Normen verschiedeneFormen zulassen, z. B. in DIN EN 61082 (Dokumente der Elektrotechnik, Regeln) Stromverzweigung mit oderohne „Punkt“. Davon wurde, wie in der beruflichen Praxis, auch im Buch Gebrauch gemacht.

Verlag und Autoren danken für die zahlreichen Benutzerhinweise, die zu einer weiteren Verbesserung desBuches führten. Gerne nehmen wir auch künftig konstruktive Verbesserungsvorschläge dankbar entgegen. Die-se können auch mit E-Mail an lektorat@europa-lehrmittel.de gerichtet sein.

Frühjahr 2016 Der Autoren-Arbeitskreis

• Teil GMathematik,Physik,Schaltungstheorie,Bauelemente

Formelzeichen, Größen und Einheiten, Mathematische Zeichen, Dezimale Vorsätze, Binä-re Vorsätze, Kraft, Kraftmoment, Arbeit, Leistung, Wärme, Ladung, Spannung, Stromstär-ke, Widerstand, elektrisches und magnetisches Feld, Wechselgröße, Schaltungen von R,L, C, Drehstrom, Widerstände und Kondensatoren, Dioden, Transistoren, Thyristoren,magnetfeldabhängige und fotoelektronische Bauelemente.

• Teil TMTechnischeDokumentation,Messen

Technisches Zeichnen, Stromkreise und Schaltzeichen, Schaltpläne, Erstellen einer Doku-mentation, Aufbau einer Betriebsanleitung, Messgeräte und Messwerke, Messkategorien,Messen in elektrischen Anlagen, Elektrizitätszähler, Kennzeichnungen in elektropneumati-schen Steuerungen, Elektropneumatische Grundschaltungen, Oszilloskop, Messen mitSensoren.

• Teil EIElektrischeInstallation

Arbeiten in elektrischen Anlagen, Installationsschaltungen, Sprechanlagen, Videoanlagenfür Hauskommunikation, Dimmertypen, feldarme Elektroinstallation, Gebäudeleittechnikund Gebäudesystemtechnik, Hausanschluss, Leitungsberechnung, Induktivitätsbelag undSpannungsfall, Strombelastbarkeit von Leitungen für 90 °C, Lichttechnik, Beleuchtungs-technik, LED-Leuchtmittel, Retrofit-Leuchtstofflampen, Lichtwerbeanlagen mit Nieder-spannung, Leuchtröhrenanlage, Gebäudeautomation über bestehende Stromleitungen.

• Teil SESicherheit,Energieversorgung

Arbeitssicherheit, Stromgefährdung durch DC, Unfallverhütung, Differenzstromgeräte,Basisschutz, Fehlerschutz, zusätzlicher Schutz, Leiter für die Schutzmaßnahmen, Kraft-werksarten, Isolierstoffklassen, Transformatoren, Freileitungsnetze, Erdkabel, PV-Anlagen,Brennstoffzellen, Elektrochemie, Primärelemente, Akkumulatoren, SSV-Anlagen, Energie-versorgung von Baustellen, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Blitzschutz, Qualität derStromversorgung, Kompensation, Messen von Oberschwingungen, THD-Werte, Rege-lung der Netzspannung und Netzfrequenz, Sicherheitstechnik, Raumheizung, Heizwärme-verbrauch, Energie-Effizienz, Hausgerätetechnik, Stromtarife.

• Teil IKInformations- undkommunikations-technische Systeme

Zahlensysteme, Codes, Schaltalgebra, Flipflops, DA-Umsetzer, AD-Umsetzer, Modulationund Demodulation, Netze der Informationstechnik, Ethernet, Funk-LAN, AS-i-Bussysteme,Interbus, PROFIBUS, Identifizierungssysteme, Anschluss an das Telefonnetz, Internet,Antennenanlagen, SAT-Anlagen, Multimediaverkabelung, Fernwirken, Fernwarten, Biblio-theksfähige SPS-Bausteine, Funktionale Sicherheit SIL, Sensor-Anschlusstechnik.

• Teil ASAutomatisierungs-und Antriebs-systeme, Steuernund Regeln

Hilfsstromkreise von Steuerungen, Stromrichter, Schaltnetzteile, Kippschaltungen,Steuerrelais, Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS, Ablaufsteuerung GRAFCET,Schütze, Motorschutz, elektrische Ausrüstung von Maschinen, Regelungstechnik, Dreh-strommotoren, Wechselstrommotoren, Gleichstrommotoren, Effizienz von Antrieben,Servomotoren, Kleinstmotoren, Linearantriebe.

• Teil WWerkstoffe,Verbindungstechnik

Periodensystem, Stoffwerte, Stahlnormung, Magnetwerkstoffe, Isolierstoffe, Leitungen,Erdkabel, Steckverbinder, lötfreie Anschlusstechnik, Gewinde, Schrauben und Muttern.

• Teil BUBetrieb, Umfeld,Umwelttechnik,Anhang

Organisationsformen, Arbeiten im Team, Arbeitsplanung, Kosten und Kennzahlen, Quali-fikationen der Elektrofachkraft, Durchführung von Projekten, Umgang mit Konflikten,Kommunikation mit Kunden, Statistische Auswertung im Qualitätsmanagement, Umwelt-technische Begriffe, gefährliche Stoffe, Normen, Kurzformen, fachliches Englisch, Sach-wortverzeichnis, Firmen und Dienststellen.

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Inhaltsverzeichnis Contents

Lernfelderauswahl, Hauptabschnitte des Buches,Prüfungsteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . U2

Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Teil G: Mathematik, Physik, Schaltungstheorie,Baueelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Formelzeichen dieses Buches . . . . . . . . . . . . . . . 12

Indizes und Zeichen für Formelzeichen diesesBuches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Internationale Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Mathematische Zeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Potenzen, Vorsätze, Logarithmen,Dreisatzrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Logarithmisches Maß Dezibel . . . . . . . . . . . . . . . 19

Winkel, Winkelfunktionen, Prozentrechnen . . . . 20

Beziehungen zwischen den Winkelfunktionen . . 21

Längen und Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Körper und Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Masse, Kraft, Druck, Kraftmoment . . . . . . . . . . . . 24

Bewegungslehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Mechanische Arbeit, mechanische Leistung,Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Übersetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Rollen, Keile, Winden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Ladung, Spannung, Stromstärke, Widerstand . . 30

Elektrische Leistung, elektrische Arbeit . . . . . . . . 31

Elektrisches Feld, Kondensator . . . . . . . . . . . . . . 32

Wechselgrößen, Wellenlänge . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Leistung bei Sinuswechselstrom, Impuls . . . . . . 34

Magnetisches Feld, Spule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Elektrische Feldstärken und magnetischeFeldstärken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Strom im Magnetfeld, Induktion . . . . . . . . . . . . . 37

Schaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Bezugspfeile, Kirchhoffsche Regeln,Spannungsteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Potenziometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Ersatzspannungsquelle, Ersatzstromquelle,Anpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Grundschaltungen von Induktivitäten undKapazitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Schalten von Kondensatoren und Spulen . . . . . . 43

Reihenschaltung von R, L, C . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Parallelschaltung von R, L, C . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Ersatz-Reihenschaltung und Ersatz-Parallel-schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Einfache Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) . . . . . . . . 48

Unsymmetrische Last, Netzwerkumwandlung,Brückenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Widerstände und Kondensatoren . . . . . . . . . . . . 50

Anwendungsgruppen und Aufbau vonKondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Halbleiterwiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Dioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

IGBTs, Feldeffekttransistoren . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Bipolare Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Thyristoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Gehäuseformen von Dioden, Transistoren undICs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Magnetfeldabhängige Bauelemente . . . . . . . . . . 62

Fotoelektronische Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . 63

Schutzbeschaltung von Dioden undTransistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Bauelemente für den Überspannungsschutz . . . 65

Kühlung von Halbleiter-Bauelementen . . . . . . . . 66

Teil TM: Technische Dokumentation, Messen . . 67

Grafische Darstellung von Kennlinien . . . . . . . . . 68

Allgemeines technisches Zeichnen . . . . . . . . . . . 69

Maßpfeile, besondere Darstellungen . . . . . . . . . 71

Maßeintragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Maßeintragung, Schraffur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Schaltpläne als funktionsbezogene Dokumente . 74

Ortsbezogene und verbindungsbezogeneDokumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Kennzeichnung in Schaltplänen . . . . . . . . . . . . . . 77

Kennbuchstaben der Objekte (Betriebsmittel) . . 78

Kontaktkennzeichnung in Stromlaufplänen . . . . 80

Stromkreise und Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . 81

Allgemeine Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Zusatzschaltzeichen, Schalter in Energieanlagen 83

Messinstrumente und Messgeräte . . . . . . . . . . . 84

Halbleiterbauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Binäre Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Analoge Informationsverarbeitung, Zähler undTarifschaltgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

Audioumsetzer, Videoumsetzer und Antennen-anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Schaltzeichen für Installationsschaltpläne undInstallationspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Installationsschaltpläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Schaltzeichen für Übersichtsschaltpläne . . . . . . . 93

Spulen, Transformatoren, Transduktor, drehendeGeneratoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Einphasenwechselstrommotoren und Anlasser . 95

Drehstrommotoren und Anlasser . . . . . . . . . . . . 96

Motoren mit Stromrichterspeisung . . . . . . . . . . . 97

Vergleich von Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Kurzzeichen an elektrischen Betriebsmitteln . . . 100

Hydraulische und pneumatische Elemente . . . . . 101

Kennzeichnung in elektropneumatischenSteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

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Inhaltsverzeichnis Contents

Elektropneumatische Grundschaltungen . . . . . . 103

Symbole der Verfahrenstechnik . . . . . . . . . . . . . . 104

Erstellen einer Dokumentation über Geräte undAnlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Aufbau und Inhalt einer Betriebsanleitung . . . . . 106

Elektrische Messgeräte und Messwerke . . . . . . . 107

Piktogramme für die Messtechnik . . . . . . . . . . . . 108

Mess-Schaltungen zur Widerstandsbestimmung 109

Messbereichserweiterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

Messung in elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . . 111

Niederspannungs-Schaltungen für Leistungs-messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Elektrizitätszähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

Kraftmessung und Druckmessung mit Sensoren 120

Bewegungsmessung mit Sensoren . . . . . . . . . . . 121

Temperaturmessung mit Sensoren . . . . . . . . . . 122

Teil EI: Elektrische Installation . . . . . . . . . . . . . . . 123

Qualifikationen für elektrotechnische Arbeiten . 124

Arbeiten in elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . . . 125

Werkstattausrüstung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Leitungsverlegung, Leitungsbearbeitung . . . . . 127

Ausschaltung, Serienschaltung . . . . . . . . . . . . . . 128

Wechselschaltung, Kreuzschaltung . . . . . . . . . . . 129

Reale Ausführung von Installationsschaltungen 130

Treppenlichtzeitschalter, Hausklingelanlage mitTüröffner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Schaltungen mit Stromstoßschaltern . . . . . . . . . 132

Jalousieschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Sprechanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

Videoanlagen für Hauskommunikation . . . . . . . . 137

Lampenschaltungen mit Dimmern . . . . . . . . . . . 138

Tastdimmer, Dimmertypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Automatikschalter mit Wärmesensor . . . . . . . . . 140

Automatikschalter mit Ultraschall-Bewegungs-sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Elektroinstallation mit Niedervolt-Halogen-lampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

Feldarme Elektroinstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

Gebäudeleittechnik und Gebäudesystemtechnik 144

Linien und Bereiche des KNX-TP . . . . . . . . . . . . 145

Schaltzeichen des KNX-TP . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

Systemkomponenten zum KNX-TP . . . . . . . . . . . 147

Sensoren für den KNX-TP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Aktoren für den KNX-TP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

Installationsbus mit FSK-Steuerung . . . . . . . . . . 150

Projektierung und Inbetriebnahme beim KNX . . 151

Smart Home Bush-free@home . . . . . . . . . . . . . . 153

LON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

Elektroinstallation mit Funksteuerung . . . . . . . . 156

Gebäudeautomation über bestehendeStromleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

Hausanschluss mit Schutzpotenzialausgleich . . 160

Fundamenterder im Beton oder in Erde . . . . . . . 161

Hauptleitungen in Wohnanlagen . . . . . . . . . . . . . 162

Zählerplatzinstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

Elektrische Mindestausstattung in Wohn-gebäuden, Zählerplätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

Leitungsführung in Wohngebäuden . . . . . . . . . . 165

Leitungsberechnung ohne Verzweigung . . . . . . 166

Leitungsberechnung mit Verzweigungen . . . . . . 168

Induktivitätsbelag und Spannungsfall . . . . . . . . . 169

Überlastschutz und Kurzschlussschutz vonLeitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

Verlegearten für feste Verlegung . . . . . . . . . . . . . 171

Strombelastbarkeit für Kabel und Leitungenbei h = 25 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Strombelastbarkeit für Kabel und Leitungenbei h = 30 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

Strombelastbarkeit für Kabel und Leitungen fürLeitertemperatur bis 90 °C und Al 20 mm² . . . . . 174

Strombelastbarkeit von flexiblen oder wärme-festen Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Umrechnungsfaktoren für die Strombelastbar-keit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Leitungsberechnung bei Oberschwingungen . . . 177

Mindest-Leiterquerschnitte, Strombelastbarkeitvon Starkstromkabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

Überstrom-Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . 179

Räume mit Badewanne oder Dusche . . . . . . . . . 182

Räume und Anlagen besonderer Art, Arbeitenunter Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

Saunaanlagen, Schwimmbecken, begehbareBecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

Elektroinstallation in feuergefährdeten Betriebs-stätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

Elektroinstallation in landwirtschaftlichenBetrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

Elektroinstallation in medizinisch genutztenBereichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Elektroinstallation in Unterrichtsräumen mitExperimentiereinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Elektroinstallation in explosionsgefährdetenBereichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

Energieversorgung von Werkstätten undMaschinenhallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

Energieversorgung für Baustellen . . . . . . . . . . . . 192

Ladestationen für Elektrofahrzeuge . . . . . . . . . . . 193

Lichttechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

Planung der Arbeitsstättenbeleuchtung vonInnenräumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

Wartungsfaktoren von Arbeitsstätten-beleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

Berechnung von Beleuchtungsanlagen . . . . . . . . 197

Beleuchtung und Blendung . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

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Inhaltsverzeichnis Contents

Leuchtstofflampen für 230 V . . . . . . . . . . . . . . . . 199

Glühlampen, Metalldampflampen . . . . . . . . . . . . 200

Energiesparlampen, Farbwiedergabe . . . . . . . . . 201

Induktionslampen und Lichtleiter . . . . . . . . . . . . 202

Elektronische Vorschaltgeräte EVG für Leucht-stofflampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

Schaltungen von Entladungslampen . . . . . . . . . . 204

LED-Beleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

LED-Leuchtmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Lichttechnische Daten von Leuchten . . . . . . . . . . 207

Leuchtstofflampenersatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

Lichtwerbeanlagen mit Niederspannung . . . . . . 209

Leuchtröhrenanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

Teil SE: Sicherheit, Energieversorgung . . . . . . . 211

Erste Hilfe am Arbeitsplatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

Persönliche Schutzausrüstung PSA . . . . . . . . . . . 213

Zeichen zur Unfallverhütung . . . . . . . . . . . . . . . . 214

Arbeitsschutz, Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . 218

Berührungsarten, Stromgefährdung,Fehlerarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

Schutzmaßnahmen, Schutzklassen . . . . . . . . . . . 221

Verteilungssysteme (Netzformen) . . . . . . . . . . . . 222

Schutz gegen elektrischen Schlag . . . . . . . . . . . 223

Differenzstromgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

Fehlerschutz durch automatische Abschaltungder Stromversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

Weitere Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

Weiterer Fehlerschutz in fachlich überwachtenAnlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Leiter für die Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . 229

Prüfung der Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . 230

Wiederkehrende Prüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

Instandsetzung, Änderung und Prüfungelektrischer Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

Geräteprüfung bei Instandsetzung oderÄnderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

Transformatoren und Drosselspulen, Prüfungder Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

Berechnung von Transformatoren . . . . . . . . . . . . 236

Weitere Betriebsgrößen von Transformatoren . . 237

Kleintransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

Kraftwerksarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Drehende Generatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

Isolierstoffklassen, Leistungsschilder vonTransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Netze der Energietechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Freileitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Verlegung von Erdkabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

Eigenerzeugungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

Vergütung erneuerbarar Energien nach demEEG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

Windkraftanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Fotovoltaik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

Intelligente Stromnetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

Brennstoffzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

Schutzarten elektrischer Betriebsmittel . . . . . . . . 257

Elektrochemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

Primärelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

Akkumulatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

Notstromversorgung und Notbeleuchtung . . . . 262

Sicherheits-Stromversorgungsanlagen(SSV-Anlagen)) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

USV-Systeme (Unterbrechungslose Strom-versorgungssysteme) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

Elektromagnetische Verträglichkeit EMV . . . . . . . 265

Elektromagnetische Störungen EMI . . . . . . . . . . 266

Maßnahmen gegen EMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

Innerer Blitzschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

Äußerer Blitzschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

Fangeinrichtungen und Ableitungen . . . . . . . . . . 271

Qualität der Stromversorgung . . . . . . . . . . . . . . . 272

Oberschwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

Regelung der Netzspannung . . . . . . . . . . . . . . . . 276

Regelung der Netzfrequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Kompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

Überwachung der Endstromkreise . . . . . . . . . . . 281

Melde- und Überwachungsanlagen . . . . . . . . . . . 282

Sicherheitstechnik in Gebäuden . . . . . . . . . . . . . 283

Rauchwarnmelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

Brandschutzschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

Gefahrenmeldeanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

Einbruchmeldeanlagen EMA . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Videoüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

Energieeinsparverordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

Heizwärmeverbrauch und Energieverbrauchs-kennwert von Gebäuden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

Raumheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

Fußboden- und Deckenheizung . . . . . . . . . . . . . . 293

Klimatisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

Kochstellen für Elektroherde . . . . . . . . . . . . . . . . 296

Warmwassergeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

Hausgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

CE-Kennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

Energieeffizienzklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

Energie-Einsparpotenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

Wärmepumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

Stromtarife . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

Teil IK: Informations- und kommunikations-technische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

Dualzahlen und Binärcodes . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

Sedezimalzahlen und Oktalzahlen . . . . . . . . . . . . 307

8

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BU

B

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Inhaltsverzeichnis Contents

ASCII-Code im Unicode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

Binäre Verknüpfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309

Schaltalgebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

Entwicklung von Schaltnetzen . . . . . . . . . . . . . . . 311

Code-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

Komparatoren und Flipflops . . . . . . . . . . . . . . . . 313

Digitale Zähler und Schieberegister . . . . . . . . . . 314

DA-Umsetzer und AD-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . 315

Modulation und Demodulation . . . . . . . . . . . . . . 316

Mikrocomputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

Bildschirmgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318

Schnittstellen und Steckverbinder des PC . . . . . 319

Schnittstellenkopplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320

Betriebssysteme Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

Elemente von Windows-Benutzeroberflächen . . 322

Netze der Informationstechnik . . . . . . . . . . . . . . . 323

Komponenten für Datennetze . . . . . . . . . . . . . . . 324

Kommunikation bei Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . 325

Errichten eines Ethernet-Netzwerkes . . . . . . . . . . 326

Industrial Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

Signalübertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Datenübertragung mittels Funk . . . . . . . . . . . . . . 329

Funk-LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

Identifizierungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

AS-i-Bussystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

Querkommunikation bei Feldbussen . . . . . . . . . . 333

PROFIBUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

Fernwirksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

Messumformer und Signalumsetzer für Fern-wirksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

Anschluss an das Telefonnetz . . . . . . . . . . . . . . . 339

Telekommunikation mit ISDN . . . . . . . . . . . . . . . . 340

ISDN und Internet-Telefonie (VoIP) . . . . . . . . . . . 341

Internet-Zugänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342

Anwendungen des Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . 343

Sichern und Schützen von Daten . . . . . . . . . . . . . 344

Antennen, Betriebsmittel für Antennenanlagen . 345

Satellitenempfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

Digitales Fernsehen über terrestrische Antenne,DVB-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

Gemeinschaftsantennenanlagen . . . . . . . . . . . . . 350

Errichtung von Antennenanlagen . . . . . . . . . . . . 351

Breitbandkommunikatiosanlagen (BK-Anlagen) 352

Teil AS: Automatisierungs- und Antriebssysteme,Steuern und Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

Verstärker-Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . 354

Grundlagen des Operationsverstärkers . . . . . . . . 355

Schaltungen für Gleichrichter und Stromrichter 360

Wechselwegschaltung, Steuerkennlinie . . . . . . . 361

Betriebsquadranten bei Antrieben,Linearmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

Halbgesteuerte Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . 363

Vollgesteuerte Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . 364

Wechselrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

Gleichstromsteller, U-Umrichter-Prinzip . . . . . . . 366

U-Umrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367

Ansteuerschaltungen für Halbleiter . . . . . . . . . . . 368

Glättung und Spannungsstabilisierung . . . . . . . . 369

Grundlagen der Schaltnetzteile . . . . . . . . . . . . . . 370

Schalttransistor und Kippschaltungen . . . . . . . . 372

Halbleiterrelais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

Steuerungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374

Kleinsteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

Struktogramme und Programmablaufpläne . . . . 377

Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS . . 378

Signalkopplungen für SPS und Mikrocomputer . 379

Steueranweisungen für SPS . . . . . . . . . . . . . . . . 380

Zähler und Zeitglieder in SPS . . . . . . . . . . . . . . . . 383

Programmiersprachen Strukturierter Text ST,Ablaufsprache AS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

Wortverarbeitung bei SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

Bibliotheksfähige SPS-Bausteine . . . . . . . . . . . . . 387

Ablaufsteuerung mit GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . 388

Alphanumerische Kennzeichnung derAnschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

Elektronische Steuerung von Verbrauchsmitteln 391

Grenzwerte der Anschlussleistung imöffentlichen Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

Hilfsstromkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen . . . 394

Architekturen von Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . 395

Funktionale Sicherheit SIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

EU-Maschinenrichtlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

Elektrische Niederspannungsausrüstung vonMaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398

Grenztaster, Befehlsgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399

Schütze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400

Gebrauchskategorien und Prüfbedingungen vonSchützen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403

Schützschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404

Motorschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407

Steuerung durch Motorschalter . . . . . . . . . . . . . . 409

Optoelektronische Näherungsschalter (Licht-schranken) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410

Ultraschall-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

Sensor-Anschlusstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

Regelungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414

Unstetige Regelglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415

Digitale stetige Regelglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . 416

Analoge stetige Regelglieder . . . . . . . . . . . . . . . . 417

Digitale Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418

Ankathete b

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Hypotenuse c

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Schaltungstheorie

Physik

Bauelemente

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Mathematik

Längen und Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Körper und Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Masse, Kraft, Druck, Kraftmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Bewegungslehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Mechanische Arbeit, mechanische Leistung, Energie . . 26Übersetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Ladung, Spannung, Stromstärke, Widerstand . . . . . . . . 30Elektrische Leistung, elektrische Arbeit . . . . . . . . . . . . . 31Elektrisches Feld, Kondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Wechselgrößen, Wellenlänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Magnetisches Feld, Spule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Elektrische Feldstärken und magnetische Feldstärken . 36Strom im Magnetfeld, Induktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Formelzeichen dieses Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Indizes und Zeichen für Formelzeichen dieses Buches . 13Internationale Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Mathematische Zeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Potenzen, Vorsätze, Logarithmen, Dreisatzrechnung . . 18Logarithmisches Maß Dezibel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Winkel, Winkelfunktionen, Prozentrechnen . . . . . . . . . . 20Beziehungen zwischen den Winkelfunktionen . . . . . . . . 21

Schaltungen von Widerständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Bezugspfeile, Kirchhoff’sche Regeln, Spannungsteiler . 39Ersatzspannungsquelle, Ersatzstromquelle, Anpassung 41Grundschaltungen von Induktivitäten und Kapazitäten 42Schalten von Kondensatoren und Spulen . . . . . . . . . . . 43Ersatz-Reihenschaltung und Ersatz-Parallelschaltung . 46Einfache Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) . . . . . . . . . . . . . . 48Unsymmetrische Last, Netzwerkumwandlungen,Brückenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Widerstände und Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Halbleiterwiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Dioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55IGBTs, Feldeffekttransistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Bipolare Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Thyristorarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Gleichrichterbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Gehäuseformen von Dioden, Transistoren und ICs . . . . 61Magnetfeldabhängige Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . 62Fotoelektrische Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Schutzbeschaltung von Dioden und Transistoren . . . . . 64Kühlung von Halbleiter-Bauelementen . . . . . . . . . . . . . . 66

Teil G: Mathematik, Physik, Schaltungstheorie, BauelementePart G: Mathematics, Physics,Theory of Circuits, Components

43

G

B

C

E

A

K

W

BU

Schalten von Kondensatoren und Spulen Switching Capacitors and Coils

Schaltung, Zeitkonstante Spannungsverlauf Stromverlauf

Ladevorgang und Entladevorgang beim Kondensator an DC

Einschaltvorgang und Ausschaltvorgang (Kurzschließen) bei der Spule an DC

exp (–t/t) ist die genormte Schreibweise von e–t/t. Beim Taschenrechner muss man bei der Berechnung die Tasteex verwenden und nicht die Taste exp.Die Zeitkonstante gibt die Zeit an, nach der ein nach exp (x) = ex verlaufender Vorgang beendet wäre, wenn derVorgang mit der Anfangsgeschwindigkeit weiter verlaufen würde. Das ist aus den Tangenten der Bilder erkenn-bar. Endwerte von u und i sind erreicht nach t fi 5t.

Zeitkonstante

[t] = O · F = O · = sAsV

t = R · CLaden:

Entladen:

LadenundEntladen:

Laden:

Entladen:

uC = U0[1–exp (–t /t)]

uC = U0 · exp (–t /t)

iC = · exp (–t /t)U0

R

iC = – · exp (–t /t)U0

R

exp (x) = ex mit e = 2,71828 ...

12

4

3

5

uR = i · R6

Zeitkonstante

[t] = = = sHO

VsAO

t = LR

uL = U0 · exp (–t /t)

uL = – U0 · exp (–t /t)

iL= · [1–exp (–t /t)]U0

R

iL = · exp (–t /t)U0

R

Einschalten:

Kurz-schließen:

Ein-schalten:

Kurz-schließen:

exp (x) = ex mit e = 2,71828 ...

7

8

10

9

11

C Kapazitäti Stromstärke (Augenblickswert)L Induktivität

R Wirkwiderstandt Zeitt Zeitkonstante

uC KondensatorspannunguL SpulenspannunguR Spannung an RU0 Gleichspannung

uR = U0 [1–exp (–t /t)]12

Einschalten:

uCC

Laden

U0 uR

i

Entladen

R

EntladenLaden

† † t

uC

0,63 • U0U0 = konst.

0,37 • U0

†

†i

t

U0-R

U0

R

U0- 0,37 •R

U00,37 •R

EntladenLaden

Kurz-schließen

Ein-schalten

i

R

L

U0

uR

uL

Einschalten

†

†

t

uL

Kurzschließen

0,37 • U0

U0

- 0,37 • U0 † † t

i 0,37 •

0,63 •U0

R U0

R

U0

R

Einschalten Kurzschließen

71

TM

E

A

K

W

BU

Maßlinienbegrenzung Schreibrichtung

Darstellung

Für jede Zeichnung ist nur eine Art anzuwenden. BeiPlatzmangel sind Kombinationen möglich.

Leserichtung vorzugsweise von unten und rechts.Zulässig auch in Leselage des Schriftfeldes, nichthori-zontale Maßlinien werden unterbrochen.

DarstellungMerkregeln Merkregeln

Schraffur: Dünne Volllinieunter 45° zur Achse oder zuden Hauptumrissen. Schnitt-flächen und Ausbrüche desgleichen Teiles in einer odermehreren Ansichten werdenin gleicher Art und Richtungschraffiert.

Aneinanderstoßende Werk-stücke erhalten entgegen-gesetzt gerichtete oder ver-schieden weite Schraffur.

Der Schraffurlinienabstandist umso größer, je größerdie Schnittfläche ist.

Umlaufkanten, die durchden Schnitt sichtbar gewor-den sind, werden einge-zeichnet.

Trennfugen sind als Kantenzu zeichnen.

Vollkörper einfacher Formwerden in der Längsrich-tung nicht geschnitten.Beispiele: Niete, Bolzen, Wel-len, Stifte, Rippen, Schrau-ben.

Ist der Schnittverlauf nichtohne weiteres ersichtlich, soist er durch dicke Strich-punktlinien zu kennzeichnen.Die Blickrichtung auf denSchnitt deuten Pfeile an.Buchstaben verwendet mannur zur besseren Übersicht.

Ausbrüche werden durchdünne Freihandlinien be-grenzt.Bei der Darstellung „halbAnsicht – halb Schnitt“wird bei waagrechter Mit-tellinie (Beispiel d) derHalbschnitt unterhalb, beisenkrechter Mittellinierechts von ihr angeordnet.Durch dünne Freihandlini-en werden dargestellt:

der Bruch flacher Werk-stücke,

der Abbruch von Rund-körpern,

der Abbruch von hohlenRundkörpern, z.B. Rohre.

Spitzkörper sind in ab-gebrochener Darstellungzusammengeschoben zuzeichnen.

Der Bruch geschnittener,hohler Rundkörper wirddurch eine Freihandliniebegrenzt.

Gerundete Übergänge undKanten können durch dün-ne Volllinien (Lichtkanten),die vor den Körperkantenenden, dargestellt werden,wenn das Bild dadurch an-schaulicher wird.

Flach verlaufende Durch-dringungskurven dürfenweggelassen werden.

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b

c

d

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f

g

Maßpfeile: Immer anwenden bei Radien,Kreisbögen, Durchmessern.

ausgefüllt a ≈ 15°Œ ≈ 5 d

nicht ausgefülltoffen a = 15° bis 90°

ΠŠ3 d bis 5 d

d Linienbreite

Verlaufen von links unten nachrechts oben, bezogen auf dieMaßlinie.Œ ≈ 6 d

Dürfen nur bei Platzmangel ver-wendet werden,

ausgefüllt: † ≈ 1,5 d

nicht ausgefüllt: † ≈ 2,5 d

Schrägstriche:

Punkte:

Schnitte Bruchlinien und besondere Darstellungen

l

l å

å

l

45}

2020

20 20

20 2020

20 20

20 20

20

60}

60}60}

60}

30}

60}

16}13}

90}

90}

90}

90}

47}

71}

74}77}

62}

86}

8}

30}

29

26

20

49

28

19

45

27

35

32

45}b

ca

d

f

A

D

g

C B

g

e

SchnittA-D

h

i

m

o

k

l

n

p

Maßpfeile, besondere Darstellungen Dimension Arrows, Special Representations

103

TM

E

A

K

W

BU

Elektropneumatische GrundschaltungenElectropneumatical Basic Circuits

Pneumatikschaltung mit Steuerstromkreis Beschreibung

M2

M1

2Q1

L+

S1

L-31

M1

K1

K1

S1 wird betätigt.●K1 zieht an.●M1 bringt Q1.●M2 fährt aus.●S1 wird losgelassen.●K1 fällt ab.●Q1 wird durch die Feder rückge-●stellt.M2 fährt ein durch Federrück-●stellung.

Einfach wirkender Zylinder mit Federrückstellung und elektrisch vorge-steuertem 3/2-Wegeventil

M2

M1

4 2Q1

L+

S1

L-351

M1

K1

K1

S1 wird betätigt.●K1 bringt M1.●M1 bringt Q1.●M2 fährt aus.●S1 wird losgelassen.●K1 fällt ab.●Q1 wird durch die Feder rückge-●stellt.M2 fährt ein.●

Doppelt wirkender Zylinder mit elektrisch vorgesteuertem 5/2-Wege-ventil

M3

M1 M2

4 2Q1

L+

S1

L-351

M1M2

K1

B1 K2

K1 K2S2 S3

K2

S4

R1 R2

Die Türe kann mit S1 oder S2●geschlossen werden.Der Sensor B1 meldet, wenn●sich jemand in der Tür befindetund verhindert ein Schließender Türe.Die Türe kann mit S3 oder S4●geöffnet werden.Das Öffnen der Türe hat Vor-●rang.

Türsteuerung mit jeweils zwei Bedienstellen zum Öffnen undSchließen der Türe

M3

M1

4 2Q1

L+

S1 S1 S2

L-351

M1K1

K2

K1

K1

S2

K20,5 s

R1 R2

S1 und S2 müssen innerhalb●von 0,5 s betätigt werden, damitK1 anzieht.Wird nur ein Taster betätigt,●zieht K1 nicht an. Nach 0,5 sunterbricht K2 die Zuleitung zuK1.Wird ein Taster festgeklemmt, so●verhindert K2 ebenfalls einAnziehen von K1, wenn derzweite Taster nicht innerhalbvon 0,5 s betätigt wird.

Zweihandsicherheitsschaltung für eine Presse mit Arretierungsüber-wachung

Hinweis: Kennzeichnung der Betriebsmittel nach DIN EN 81346-2.

130

EI

CE

A

K

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BU

Reale Ausführung von InstallationsschaltungenReal Execution of Installation Circuits

Änderungen gegenüber den Grundschaltungen

Grund Erklärung Beispiel

Lagerhaltung desMaterials

dreiadrige Leitunganstelle einerzweiadrigen

grüngelbe Ader,blaue Ader

PE erleichtert dieÜberwachung

RCD verhindertMissbrauch

fünfadrige Leitunganstelle vondreiadriger

übrig bleibendeAder

Die Anzahl der vorzuhaltenden Leitungen solltewegen der Kosten möglichst niedrig bleiben. Sowird in vielen Betrieben der Elektroinstallation dieAderzahl von vorrätigen kabelähnlichen Leitungenauf 3 und 5 beschränkt. Dabei ist immer eine Adergrüngelb, also nur als PE, PB oder Erde verwendbar.

Für die Leitung zu einem Ausschalter oder Tasterkann eine dreiadrige Leitung verwendet werden,wobei die grüngelbe Ader am Ausschalter bzw. Tas-ter nicht zur Stromleitung angeschlossen wird.

Die blaue Ader kann als N verwendet werden oderanderweitig, nicht aber als PE oder PEN.

Ein PE in der Schalterleitung dient der Überwa-chung der Leitungsanlage. Der PE ermöglicht z.B.im betreffenden Leitungszweig die Messung desIsolationswiderstandes.

Die missbräuchliche Verwendung des PE als PEN-Leiter wird verhindert, wenn der Fehlerschutz durchAbschaltung mittels RCD erfolgt.

Ermöglicht bei der Ausschaltung eine Steckdoseund Verwendung des Ausschalters als Kontroll-schalter.

Wenn bei Verwendung von nur 3- und 5-adrigenMehraderleitungen eine Ader übrig bleibt, so ist die-se an die entsprechende Klemme anzuschließen,sofern die vorliegt. Andernfalls legt man die Aderan eine zusätzliche lose Klemme oder isoliert sie.

L

zusätzlicheAder

PE

Dreiadriger Schalteranschluss

N

PE

L

Q1

1 Aderunbe-nutzt

E1

X1

Ausschaltung mit fünfadrigerSchalterleitung und Steckdose

Weitere Beispiele mit kabelähnlichen Mehraderleitungen

Schaltung Erklärung

NPEL

Q1X1 E1 Q2

Bei der üblichen Wechselschaltungermöglichen fünfadrige Schalter-leitungen zu den Schaltern eineSteckdose nur unter dem Schalter,der an L angeschlossen ist. Dage-gen ist als Kontrollschalter nur derSchalter möglich, an den der Schal-terdraht angeschlossen ist. Dabeimuss die Glimmlampe des Schal-ters parallel zur Last geschaltet sein.Dasselbe Verhalten erfolgt an denWechselschaltern einer Kreuzschal-tung.

Wechselschaltung mit einer Steckdose unter einem Schalter

NPEL

Q1 X2E1 Q2X1

Mit der Sparwechselschaltung(Prinzip vorhergehende Seite) ist esmöglich, bei Verwendung von fünf-adrigen Schalterleitungen, unterjedem Schalter eine Steckdose zuinstallieren. Desgleichen sind beideSchalter als Kontrollschalter ver-wendbar, wenn die Glimmlampender Schalter parallel zur Lastgeschaltet sind.

Die Sparwechselschaltung kannnicht zur Kreuzschaltung erweitertwerden.

Sparwechselschaltung mit Steckdosen an beiden Schaltern

163

EI

E

A

K

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BU

163Zählerplatzinstallation Installation for the kWh-meter Location

Mehrtarifzähler mit Funkrundsteuerempfänger und Steuerung zur Warmwasserbereitung

L1X1 L2 L3 N PE

EHZ

obererAnschlussraum

mittlererAnschlussraum

untererAnschlussraum

gesteuerteWarmwasser-versorgung

optischeDatenleitung

vom HAK

Die in VDE 0100-444 vorgesehene Auftrennung des PEN in PE und Nkann nach VDE-AR-N 4101 innerhalb von Gebäuden erfolgena) im Hausanschlusskasten HAK oderb) im unteren Anschlussraum des Zählerschrankes bei gemeinsamer

Anordnung von HAK und Zählerschrank.

FRSE, TSG

X2X3

E

F1

F2

K1

6 A

TM

1 3 4 6 7 9 10

87654321

L1 L2 L3 N PE1 2 3 4 5 6 7

Schaltplan einer Standardverdrahtung mit indirekter Ansteuerung für Neuanlagen

Merkmal Erklärung Bemerkungen

Verdrahtung Bis 63 A (Hausanschlusssicherung) mit 10 mm2 Kupferleitungen,bis 100 A mit 16 mm2 Kupferleitungen.

Feindrähtig

Anschlussraum Unterer Anschlussraum: Strom ist noch ungezählt.Oberer Anschlussraum: Enthält Klemmen für Abgangsleitungenund Abgangssicherungen.

Der untereAnschlussraum istverplombt.

Haushaltszähler Der Raum für EHZ-Anwendungen befindet sich oben im mittlerenAnschlussraum und ist 150 mm hoch. In ihm befindet sich eineHutschiene mit 12 Teileinheiten. In ihm wird das Tarifmodul TMmontiert, das die Kommunikation zwischen Tarifschaltgerät undZähler herstellt.

Bestückung aus-schließlich nachden Angaben desMessstellenbetrei-bers.

Leitungsführung Zwischen den Zählerplätzen im unteren Anschlussraum. Die verti-kale Leitungsführung im Zählerplatz erfolgt mittig unter der Trag-platte für den Zähler.

Für das TSG ist eineigenes Zählerfelderforderlich.

E Funkempfänger, EHZ elektronischer Haushaltszähler, FRSE Funkrundsteuerempfänger, F1 selektiver Haupt-schalter, F2 Schmelzsicherung für Tarifschaltgerät (plombierbar), HAK Hausanschlusskasten, K1 Relais für Gerä-testeuerung, TM Tarifmodul, TSG Tarifschaltgerät, X1, X2 Hauptleitungsklemmen, X3 Steuerleitungsklemme (7-polig).

Stromgefährdung bei verschiedenen Wegen des Körperstromes

Der Stromweg des Körperstromes ist umso gefährlicher,je mehr er zu einem Strom über das Herz führt. Der Herz-stromfaktor F gibt an, um welchen Faktor die Stromwir-kung anders ist als bei einem Strom derselben Größe, dervon der linken Hand zum Fuß fließt.

HerzstromfaktorIB KörperstromIBn Körperstrom

Hand zu Fuß

Beispiel 1: Bei einer sitzend verricheten Arbeit erhält Ottobei Arbeit unter Spannung einen Schlag von Hand zuHand mit z. B. 50 mA. Wie groß hätte der Schlag sein kön-nen, wenn Otto auf einem leitenden Fußboden gestan-den wäre?Lösung: F = 0,4∫ IBn = 50 mA · 0,4 = 20 mA

Stromweg bei DC oder AC Herzstrom-faktor F

Linke Hand zu einem Fuß oder bei-den Füßen

1,0

Beide Hände zu beiden Füßen 1,0

Linke Hand zur rechten Hand 0,4

Rechte Hand zu einem oder beidenFüßen

0,8

Rücken zur rechten Hand 0,3

Rücken zur linken Hand 0,7

Brust zur rechten Hand 1,3

Brust zur linken Hand 1,7

Gesäß zur linken Hand, rechten Handoder beiden Händen

0,7

Linker Fuß zum rechten Fuß 0,04

220

SE

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BU

Weitere Stromgefährdungen Other Current Hazards

Stromgefährdung bei Gleichstrom vgl. VDE V 0140-479-1

Sicherheitskurven nach VDE V 0140-479-1 für DC vonlinker Hand zu den Füßen

Körperstrom ÜB /mA

Du

rch

strö

mu

ng

sdau

ert/

s

0,10,01

0,02

10

0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 200 1000

0,05

0,1

0,2

0,5

1

2

5

DC-1 DC-2 DC-3

DC-4.1DC-4.2

DC-4.3

Zone Physiologische Wirkung

DC-1 Leicht stechende Empfindung bei schnellerÄnderung des Stroms.

DC-2 Unwillkürliche Muskelkontraktion beischneller Stromänderung, aber meist keineschädliche Wirkung.

DC-3 Starke Muskelkontraktion und Störungender Reizleitung im Herzen können mitzunehmender Stromstärke und Dauer auf-treten, meist kein organischer Schaden.

DC-4 Schädliche Wirkungen wie Herzstillstand,Atemstillstand, Zellschäden und Verbren-nungen.Wahrscheinlichkeit Herzkammerflimmern:DC-4.1 ‰ 5 %, DC-4.2 ‰ 50 %, DC-4.3 › 5 %.

Sich ändernde Bedeutung von Gleichstrom

Jahre Anwendungsbeispiele Einige Normen wegen Gleichstrom

bis 1800 Entwicklung der Elektrophysik mit DC,Anwendungen von DC, z.B. Telegrafie.DC-Generator.

Norm Bezeichnung (gekürzt)

VDE 0122-1 Laden von Elektrofahrzeugen an DCbis 1500 V.

1801 bis1900

Entwicklung Nachrichtentechnik mit DC.Antriebe mit DC wegen der Steuerbarkeit,sonst AC und 3AC. Netztechnik zunehmend3AC.

VDE-AR-E2100-712

Maßnahmen für den DC-Bereicheiner PV-Anlage zum Einhalten derelektrischen Sicherheit bei einertechnischen Hilfeleistung.

1901 bis2000

AC und 3 AC hat sich durchgesetzt bis aufwenige DC-Anwendungen in der Schienen-fahrzeugtechnik und Kommunikationstechnik.

VDE 0117-3 Sicherheitsanforderungen mit Nenn-spannungen bis 240 V für Flurförder-fahrzeuge.

ab 2001 DC wird wichtiger, bleibt aber bisher ener-getisch weiter hinter AC und 3AC. Ausnah-men: Netztechnik über große Entfernungen(HGÜ = Hochspannungs-Gleichstrom-Über-tragung), Energieversorgung über Photo-voltaik, Elektromobilität mit Akkumulatoren,Energieausgleich mit Akkumulatoren.

VDE 0553-1 Hochspannungs-Gleichstrom-Energieübertragung

E DIN ENISO16230-1

Sicherheit in Landmaschinen mitNennspannungen AC 50 V–1000 Voder DC 75 V bis 1500 V

VDE0845-3-1

Überspannungsschutzgeräte in IT-Netzwerken mit DC bis 1500 V

F = IBIBn

1

250

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Zählerschaltungen (Beispiele)

einphasige Erzeugungseinheit

Nennleistung:≤ 4,6 kVAZähler:Z1 Bezug derKundenanlage,Z2 Lieferungund Bezug derEinheitVolleinspeisung

dreiphasige Erzeugungseinheit

Nennleistung:≤ 13,8 kVAZähler:Z1 Bezug derKundenanlage,Z2 Lieferungund Bezug derEinheitVolleinspeisung

dreiphasige Einheit

Nennleistung:< 30 kVAZähler:Z1 Bezug derKundenanlage,Z2 Lieferungund Bezug derEinheitÜberschuss-einspeisung zwei dreiphasige Einheiten

Nennleistung:≤ 4,6 kVApZähler:Z1 Bezug derKundenanlage,Z2 Lieferungund Bezug derEinheitenÜberschuss-einspeisung

EEG erneuerbare Energiengesetz, kVA = Kilo-Voltampere, Bemessungswert, p (von peak) Spitzenwert, PV Pho-tovoltaik, VDE-AR-N VDE-Anwendungsrichtlinie Netz, VNBW Verteilungs-Netzbetreiber

Eigenerzeugungsanlagen 2 Private Power Generating Systems 2

Abrechnungsmessung vgl. VDE-AR-N 4105

Benennung Erklärung Beispiele, Bemerkungen

VolleinspeisungDie gesamte erzeugte Energie wirdin das VNB-Netz eingespeist undnach EEG vergütet. Erfordert zweiZähler, der Zweirichtungszähler Z2für Lieferung und Bezug Genera-toreigenverbrauch.

Die selbst verbrauchte Energie ausdem VNB-Netz und der Eigenerzeu-gungsanlage wird vom Bezugs-zähler erfasst und nach dem VNB-Tarifberechnet. Dieser ist niedrigerals die EEG-Vergütung.

Eigentlich genügen für die Vollein-speisung zwei normale Zähler mitRücklaufsperre. Die VDE-AR-Nschlägt Z2 als Zweirichtungszählervor, damit der Eigenverbrauch desGenerators erfasst wird.

ÜberschusseinspeisungNur der ins VNB-Netz eingespeisteEnergieüberschuss wird mit demhohen Tarif nach EEG vergütet.Erfordert 3 oder 2 Zähler mitzusammen 3 Messwerken.

Der selbst verbrauchte Anteil derEigenerzeugung wird vom VNBauch vergütet, aber mit einem klei-neren Tarif. Der Bezug aus demVNB-Netz wird vom VNB berechnetund ist zu bezahlen.

Übliche Anlage für Anlagenbemes-sungsleistung ≤ 100 kVA, z. B. mitt-lere für PV-Anlagen oder Anlagenfür Blockheizkraftwerk BHKW.

Generator, EinheitJede Art von Spannungserzeuger,also z. B. PV-Anlage oder kleineWindkraftanlage.

Die erzeugte Energie jeder Genera-torart ist getrennt zu messen. Beizwei Geratorarten sind erforderlich4 Zähler.

Kombinationen der Arten vonGeneratoren sind z. B. PV-Genera-tor und BHKW oder Kleinwind- undWasserkraftanlage.

Anschluss einer Erzeugungsanlage von zwei verschiedenen Generatoren ≤ 30 kVA mit Überschusseinspeisungnach VDE-AR-N 4105

Stro

mkr

eisv

erte

iler

Haus

ansc

hlus

skas

ten

Erze

ugun

gsan

lage

4,6 kVAp

4,6 kVAp

G1_

HAKZ1Z3

_1_/N/PE

1_/N/PE

NA-Schutz

NA-SchutzZ2b

Z2a

HAK

Z1 Z2

vomGenerator

HAK

Z1 Z2

HAK

Z1 Z2

von Generatoren

HAK

Z1

Z2b

Z3

Z2a

275

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BU

THD-Werte von Oberschwingungen Total Harmonic Distortions

Vorgang, Aufgabe Erklärung, Lösung Bild, Formeln

Zum Messen der Oberschwin-gungen verwendet man Netz-analysegeräte, z. B. beim Einpha-sennetz einen speziellen Zangen-stromwandler (Bild). Dieser hatwie ein ScopeMeter (Seite 117)ein Display zur Darstellung vonStrom- und Spannungsverlauf.Außerdem können die Ober-schwingungen grafisch ange-zeigt werden.www.fluke.de/fluke345

Aus dem Oszillogramm von Uund I kann der Anwender erken-nen, ob Oberschwingungen vor-liegen. Diese können getrenntnach ihren Ordnungszahlen ge-messen werden, z. B. die Grund-schwingung und die 3. Teil-schwingung. Angezeigt werdendie Effektivwerte. Auch dergesamte Effektivwert ist mess-bar und zusammen mit den ein-zelnen Effektivwerten als Histo-gramm anzeigbar (Bild unten). Netzqualitätsmesszange

Beispiel 1:In einer Einphasenanlage wur-den gemessen:U1 = 230 V, U3 = 120 V, U5 = 50 V,U7 = 8 V.Wie groß ist der THD-Wert?

Die Angabe erfolgt meist in %.Hier also nach Lösung0,3207 = 32,07 %

Lösung:

THD =

=

=

= 0,3207

U32 + U5

2 + U72

U12

(120 V)2 + (50 V)2 + (8 V)2

(230 V)2

14 400 + 2500 + 6452 900

THD-Wert der Spannung

Ux mit x = 1, 3, 5, 7 Spannung der Ord-nungszahl xIn entsprechender Weise mit I ist derTHD-Wert des Stromes zu ermitteln.

Für die Energietechnik ist derTHD-Wert der Spannung alsTHDV-Wert festgelegt.Beispiel 2: Der Effektivwert einerSpannung beträgt 232 V, derEffektivwert der Grundschwin-gung ist 230 V. Wie groß ist derTHDV-Wert?Die Angabe erfolgt meist in %.Hier also nach Lösung0,132 = 13,2 %

Lösung:

THDV =

=

=

= 0,132

13333V2 + V12

V1

1333333323(232 V)2 − (230 V)2

230 V

1333333353 824 − 52 900230

THDV-Wert der Spannung in der Ener-gietechnik nach IEEE-Standard 1459

V Spannung mit OberschwingungenV1 Grundschwingung(V von Voltage)

Histogramm zu Beispiel 1

1 3 5 7

300

100

200

230 V

130 V

65 V

8 V

n

VUn

Bei Erzeugungsanlagen, z.B. PV-Anlagen, Biogasanlagen oderWindrädern, dürfen die Ober-schwingungsströme Grenzennach Tabelle 1 nicht überschrei-ten, da sonst die Oberschwin-gungsspannungen im Netz zugroß würden. Wenn durch Mes-sungen festgestellt wird, dasszulässige Grenzen überschrittenwerden, muss der Anteil anOberschwingungen reduziertwerden, z. B. durch Kompensa-tion (Seite 278).

Tabelle 1: Zulässige Oberschwingungs-ströme bei Erzeugungsanlagenvgl. VDE-AR-N 4105

v Iv in mA je kVA derAnlage

3 3

5 1,5

7 1

9 0,7

11 0,5

v (griech. Nü) Ordnungszahl

Die Verzerrung von Spannungoder Strom wird oft als THDuoder als THDi angegeben. Dergesamte Oberschwingungs-strom THC (Total Harmonic Cur-rent) ist ein Effektivwert (For-mel 3).

Ix mit x = 2, 3, 4 … 40 Stromder Ordnungszahl x

THD =U3

2 + U52 + U7

2 + … + Ux2

U12

1

THDV =13333V2 + V1

2

V12

THC = 1233333333I22 + I32 + I42… I402

3

THDi =THCI1

4

THDu mit U1, U2 …entsprechendFormel 3, 4

I1 Grundschwingungstrom

276

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BU

Regelung der Netzspannung Controlling of Grid Voltage

Begriffe Erklärung Schaltung, Daten

Umsteller

stromloseBetätigung

nicht fürRegelung

Die Änderung der Spannung erfolgtdurch Änderung der Windungszahldurch einen Umsteller genanntenSchalter, und zwar über Anzapfungender OS-Wicklung in Stufen bis etwa4% der Nennspannung vom Trafo. DerUmsteller darf gegen Kurzschlüssebeim Umschalten nur stromlos be-tätigt werden und ist deshalb ungeeig-net für eine fortlaufende Regelung.

1U2

1U3 1U4

1U

1V2

1V3 1V4

1V

1W2

1W3 1W4

1W

Schaltung des Umstellers

Stelltrans-formator

Wicklungs-anzapfung

Stufen-wicklung

Stamm-wicklung

Für die fortlaufende Regelung sindStelltransformatoren geeignet, beidenen die Windungszahl unter Netz-spannung geändert werden kann.Dafür wird wegen des kleinerenStroms die Windungszahl der Ober-spannungswicklung über Anzapfun-gen mittels eines Stufenschalters ein-gestellt. Meist genügt eine Änderungder Windungszahl bis etwa 4 %. Des-halb sind etwa 4 % der OS-Wicklungals Stufenwicklung mit Anzapfungenausgeführt. Der Teil der OS-Wicklungohne Anzapfungen ist die Stammwick-lung.

...

AntriebStufen-

wicklung F

Stamm-wicklung

...

bis 15

... . . .

. . .

vom2. Schenkel

vom3. Schen-

kel

Eisenkern

Stufen-schalter

(alles imÖlkessel)

OS US

bis 15

bis 15

Anschluss des Stelltransformators

Stufenschalter

häufigeSpannungs-änderung

elektronischeRegelung

Stufenwähler

Lastwähler

Thyristoren

Wendeschalter

Die Trafospannung muss wegen dertäglichen Änderung von Last und Ein-speisung, z. B. bei Änderung von Windoder Beleuchtung, täglich bis zu 1000Mal geregelt werden. Dazu wird dieSpannung im 400-V-Netz gemessenund elektronisch im Oberspannungs-netz geregelt. Beim dafür erforderli-chen Stufenschalter wird die beab-sichtigte Windungszahl der Stufen-wicklung stromlos über Stufenwählereingestellt und dann über dämpfendeWiderstände durch Lastwähler umge-schaltet. Die Umschaltung erfolgt z. B.mit Tyristoren. Ein Wendeschalter Q1ermöglicht das Umschalten der Stu-fenwicklung von Erhöhung der Span-nung auf Herabsetzung derselben.

Sternpunkt

Stamm-wicklung

Wendeschalter Stufenwicklung

1U2

1U1

R1

S4

S2 A2A3

Q1

Lastwähler Q2 R2

S1

S3

S5

Prinzip eines Stranges des Stufenschaltersfür 3AC-Transformator

Zusatz-transformator

Längsregelung

Querregelung

Beim obigen Stelltransformator habendie Spannungszeiger von Stufen- undStammwicklungen dieselbe Richtung.Man spricht von Längsrichtung undLängsregelung. Man kann aber dieStränge der Stufenwicklung mit Teilender Stammwicklung zu einem Zusatz-transformator schalten. Hat dieserstatt der Sternschaltung eine Dreieck-schaltung, so können die Zeiger derSpannungen von Stamm- und Stufen-wicklung quer zueinander liegen. DieRegelung ist dadurch eine Querrege-lung.

Haupttrafo

Längsregelung Querregelung

Zusatztrafo

Y y Y d

Zeiger bei Längs- und Querregelung von Dreh-stromtransformatoren

277

SE

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Regelung der Netzfrequenz Control of Frequency in a Grid

Begriffe Erklärung Bemerkungen, Daten, Bilder

Frequenzhal-tung 50 HzeuropäischesVerbundnetzToleranz± 0,2 HzSynchrongene-rator

Unter Frequenzregelung des Netzes verstehtman Regelvorgänge, die zu einer an denHausanschlüssen annähernd konstanten Fre-quenz von 50 Hz führen. Man spricht dabeiauch von Frequenzhaltung. Im europäischenVerbundnetz ist die Toleranz ± 0,2 Hz. Die Fre-quenz soll also mindestens 49,8 Hz und höch-stens 50,2 Hz betragen.

Die Netzfrequenz geben die Synchrongene-ratoren der Großkraftwerke vor. Deren Fre-quenz f ist proportional der Drehzahl n ihrerLäufer.

Netzfrequenzf Frequenzn Drehzahlp Zahl der Polpaare

Netzlast

Großkraftwerke

Primärregelung

Turbinen-leistung

Sekundär-regelung

Dämpfung vonLaststößen

Netzlast bremst die Synchrongeneratorenund ihre Drehzahl und Frequenz sinken. Beiabnehmender Netzlast nehmen die Genera-tordrehzahl und Frequenz zu. Es muss alsodie Drehzahl der Turbinen von Großkraftwer-ken auf konstante Drehzahl nach Formel 1geregelt werden.Bei der Primärregelung wird die Leistung derTurbinen geregelt, bei der Sekundärregelungdie Netzfrequenz. Zu einer Dämpfung vonLaststößen führt die mechanische Energieder rotierenden Läufer von Generatoren undMotoren im Netz.

NetzTurbine

p -Sensor

P-Regler

ep nsoll

n ist

G3_

-

Primärrregelung eines Synchrongenerators

P-Regelung

Sekundär-regelung

PI-Regelung

positive Regel-energie

Spannungs-regelung

Für die Primärregelung liegt eine P-Regelungvor, die einen Fehler schnell, aber nicht voll-ständig, ausregelt. Bei der Sekundärregelungist die zusätzliche Regelgröße die Netzfre-quenz. Hier liegt eine PI-Regelung vor, dieden Fehler der P-Regelung langsam aus-gleicht.Bei zu niedriger Netzfrequenz wird zusätzli-che Einspeisung oder kleinere Netzlastgebraucht (positive Regelenergie). Bei zukleiner Netzfrequenz ist auch die Generator-spannung zu klein, sodass die Spannungs-regelung des Netzes wirksam wird.

p -Sensor f -Sensor

PI-Regler

Dn

Dfp

nsoll

f soll

f ist

n ist

G3_

-

NetzTurbine

-

Wirkungsweise der Sekundärregelung

negative Regel-energie

ZuständigkeitÜBN

Sekunden-reserve

Bei zu hoher Netzfrequenz wird kleinere Ein-speisung oder größere Netzlast gebraucht(negative Regelenergie). Zuständig für dieNetzregelung sind die ÜBN. Die Primärrege-lung erfolgt dezentral in für die Regelung vor-gesehenen Großkraftwerken, die ihre Netz-frequenz messen und danach die Leistungsteuern.

Die Primärregelung muss innerhalb von30 Sekunden wirksam werden, wennDf › 20 mHz = 0,02 Hz. Diese Sekunden-reserve muss mindestens für 15 Minutenverfügbar sein zum Aufwärtsregeln vongroßen Wärmekraftwerken mit über1000 MW Leistung oder zum Abwärtsregelnauch von Wasserkraftwerken der ÜBN.

Pumpspeicher-kraftwerke

Gaskraftwerke

Minutenreserve

Übertragungs-distanzen

Die Sekundärregelung erfolgt im Übertra-gungsnetz in Pumpspeicherkraftwerken undGaskraftwerken innerhalb von maximal 15Minuten (Minutenreserve). Ein zentraler Reg-ler erfasst die Netzfrequenz und die Leistun-gen der verschiedenen Regionen und regeltin diesen die Frequenz so, dass Leistungenmöglichst über kurze Übertragungsdistanzenbewegt werden.

Für die Sekundärregelung wird ein PI-Reglereingesetzt. Der Beitrag des I-Reglers (Inte-gralregler) steigt ständig an, auch wenn50 Hz erreicht sind. Dadurch schwankt dieFrequenz um etwa 10 mHz = 0,01 Hz um50 Hz . Die Regelung soll den Mittelwert derNetzfrequenz längere Zeit hindurch bei50 Hz halten, damit die mit Netzfrequenzgesteuerten Uhren genau gehen.

f = n · p1

e Regeldifferenzf Frequenzn Drehzahl, Umdrehungsfrequenzp Polpaarzahl, halbe Polzahl; Druck

Df FrequenzabweichungP-Regler ProportionalreglerPI-Regler Proportional-Integral ReglerÜBN Übertragungsnetzbetreiber

E1

E2A&

E1

E2A>1

E1

E2A&

E1

E2A>1

E1

E2A&

E1

E2A>1

E1

E2A

E1

E2A>1 &

E1

E2A

E1

E2A

E A E A1

&>1

1

b

x

a x

b

ax

a

xa b

x

ab

xa b

xa

b

xa

b

xa b

xa c

c

bc

b

b

a

a

309

IK

K

W

BU

SchaltzeichenBenennung

derVerknüpfung

Kontaktschaltung Schaltfunktion(Sprechweise)

NICHT(Negation)

x = a_

oder x = fla(a nicht)nicht genormt:x = a\ oder x = \a

0 11 0

0 0 00 1 01 0 01 1 1

0 0 00 1 11 0 11 1 1

0 0 10 1 11 0 11 1 0

0 0 10 1 01 0 01 1 0

0 0 00 1 11 0 11 1 0

0 0 10 1 01 0 01 1 1

0 0 00 1 01 0 11 1 0

0 0 10 1 01 0 11 1 1

x = 1, nur wenn anm von n EingängenWert 1 anliegt(m < n).

UND(Konjunktion)

x = a _ b(a und b)

ODER(Adjunktion,Disjunktion)

x = a ∂ b(a oder b)

NANDx = a

_∂ b

_= a _ b

_____

= a __

b(a nand b)

NORx = a

__ b

_= a ∂ b

_____

= a ∂_

b(a nor b)

Exklusiv-ODERAntivalenz,Exklusiv-OR,XOR

x = (a _ b_) ∂ (a

__ b)

= a∑ b(a xor b)

Exklusiv-NOR,Äquivalenz,XNOR

x = (a _ b) ∂ (a__ b

_)

= a∑ b(a Doppelpfeil b)

Inhibition(Sperrelement) x = a

__ b

Implikation,Subjunktion

x = a_∂ b = a∫ b

(a Pfeil b)

(m aus n)-Element

Z.B. bei 2 aus 3:x = (a

__ b _ c) ∂

(b__ a _ c) ∂

(c__ a _ b)

Wertetabelle

b a x

fl

Ein gleichwertiges Schaltzeichen wird entsprechend den de Morgan‘schen Regeln wie folgt gebildet (Ausnahmebeim NICHT-Element):1. Alle & werden 1;2. Alle 1 werden &;3. Alle Anschlüsse werden gegenüber dem Ausgangszustand invertiert.

Gleichwertige Darstellung von binären Verknüpfungselementen mit & und 1

1a x

&b

x

bx

&b

x

bx

=1b

x

bx

&b

x

bx

=mm

x

a

a >1

a

a

a

a =

ab

n

>1a

a

>1

Binäre Verknüpfungen Binary Operations

Modulation und Demodulation Modulation and Demodulation

Prinzip, Vorgang Erklärung Bemerkungen

Digitale Modulation und Demodulation

Bei Amplitudenumtastung ASK (vonAmplitude Shift Keying) wird vomModulator, z.B. einem Multiplizierer,eine hochfrequente Trägerspannunggetastet.

Bei Frequenzumtastung FSK (vonFrequency Shift Keying) wird z.B.beim Datenbit 1 eine höhere Fre-quenz als beim Datenbit 0 gesendet.

Bei PSK (Phase Shift Keying = Ver-schlüsselung durch Phasenände-rung) liegt die Information im Pha-senwechsel einer hochfrequentenTrägerspannung. Bei PSK mitBezugsphase bezieht sich der Pha-senwechsel auf die nicht modulierteTrägerspannung, beim Differenz-PSKauf den vorhergehenden Zustand.

Die Bitrate ist umso höher, je mehrBits bei einem Phasenwechsel über-tragen werden.

Bei Quadraturmodulation QAM sindASK und PSK kombiniert, z.B. bei4-QAM, 8-QAM usw. bis 1024-QAM.

Analoge Modulation und Demodulation

G___

B1amplituden-modulierteSchwingunguAM

Signalus, fs

G1

T1

Träger uT, fT

Prinzip der AmplitudenmodulationAMDie Amplitude der TrägerspannunguT wird von der Signalspannung uSmoduliert.

Bei der Frequenzmodulation FM wirddie Frequenz fT eines Trägers mit derSignalspannung uS moduliert. DieAmplitude von uS erzeugt den Fre-quenzhub (Abweichung der Frequenzvon der fT), die Frequenz (Tonhöhe)von uS erzeugt die Zahl der Frequenz-änderungen je Zeit.

Arten von PSK

Art Winkel Bits jeWechsel

2-PSK 180° 1

4-PSK 90° 2

8-PSK 45° 3

16-PSK 22,5° 4

316

IK

K

W

BU

Sende-pause

us

H

t

110 0 1 0

L0

Modulator für ASK

Bei Datenbit 1 wird ein höhererPegel der Trägerspannung ver-wendet.ASK mit Kontrolle auf Sendepause

us

uT

uD

1 10

Modulation von 2-PSK

us

uT

uD

Demodulation von 2-PSK

t

uAM

Spannungen bei Amplituden-modulation

t t

uFM uFM

niedrige Signal-spannung

hohe Signal-spannung

FM-Spannungen (frequenzmodulierteSpannungen)

uASKuD

uT

Modulator für 2-PSK

Die Modulation bei 2-PSKerfolgt durch einen Ringmi-scher (Umsetzglied von 0 auf 1mit einem Multiplizierer). Beihöheren PSK-Verfahren wer-den IQ-Modulatoren verwen-det.

u2PSKuD

uT

0

-1

Demodulator von 2-PSK

_

uT

uDus_

Prinzip der DemodulationDie Demodulation kann auchdurch eine Diode mit nachge-schaltetem Tiefpass erfolgen.

U1 Z1uAM Signal

uT

__

Prinzip der Demodulation beiFM

NF

fus

AMFM

Modu-lations-wandler

AM-Demo-dulator

FM

AM

f

uD Datenspannungus SignalspannunguT Trägerspannung

341

IK

K

W

BU

ISDN und Internet-Telefonie (VoIP) ISDN and Voice over IP

Verfahren Erklärungen Bemerkungen, Daten, Formeln

ISDN

Weitere Einstellungen:Einstellung des Wahlverfahrens IWV (Impuls-wahl) oder MFV (Mehrfrequenzwahl) fürjedes der angeschlossenen Telefone,Festlegung eines Programmierpassworts,Klingelton, Anklopfen, Anrufweiterschaltung,Amts-Berechtigung, Gebührenerfassung und-zuteilung, ISDN-Diensterkennung, direkterAmtszugang, Konferenz, Kurzwahl, Freigabe-und Sperrnummern, Vorzugsamt, Wählton,Makeln (Hin- und Herschalten).

Anlagenmerkmale:Interner S0-Bus (Anschluss von ISDN-Telefo-nen),Schnittstelle zu Türsprechanlagen („FTZ123D12“),Schnittstelle zu Alarmanlagen,potenzialfreie Schaltrelais,Einspeisung von Wartemusik,ADSL-Modem,LAN-Router,LAN-Switch mit WLAN.

Programmierschritte:Anlagenanschluss:

„Anlagenanschluss“ in der Anlage einstellen,Eintragung der Anlagenrufnummer und derDDIs (direct dial in Durchwahlnummern),Festlegung, welches Telefon bei welcher DDIklingelt.

Mehrgeräteanschluss:„Mehrgeräteanschluss“ einstellen,Eintragung der MSNs (Rufnummern),Festlegung, welches Telefon bei welcherMSN klingelt,Festlegung, welche MSN einen abgehendenRuf übernimmt.

VoIP-Prinzip

Wählpro-gramm

VoIP-Endgeräte

VoIP bedeutet Sprach- und Bildübertragungüber IP-Netzwerke, z. B. Internet, Intranet, LAN.

Funktionsprinzip:Verbindungsaufbau und Verbindungsabbauerfolgen über SIP. Der Teilnehmer erhält voneinem Provider, z. B. sipgate, eine SIP-Adresse,z. B. sip:Meier@sipgate.de. Endgeräte mussman einmalig während der Startphase bei demzugewiesenen SIP-Server, z. B. sipgate.de, re-gistrieren.

Verbindungsaufbau:Endgerät schickt Nachricht an den Server.Der Server leitet den Verbindungswunsch andas Endgerät des Anzurufenden weiter.Das Endgerät schickt eine entsprechendeNachricht zurück an den Server, die von die-sem an den Anrufer weitergeleitet wird.Beim Angerufenen klingelt es, der Anruferhört ein Rufzeichen.

Gesprächsübertragung:Die Endgeräte senden sich die Sprachdatenpa-kete direkt über das Protokoll RTP in Echtzeit mitüblich 93,6 kBit zu.

Endgeräte:IP-Telefon,Headset, Soundkarte im PC,Analogtelefon mit Gateway.

VoIP-Anbieter können freie Rufnummern ausdem Nummernvorrat von Ortsnetzen erhaltenund an ihre Kunden vergeben.Dialer-Programme, z. B. PhonerLite, ermögli-chen das Telefonieren direkt über PC.

VoIP von Voice over = Sprache über und IP Internet Protocol; MSN von Mutiple Subscribe Number = Mehrfach-rufnummer; SIP von Session Initiation Protocol = Sitzungsbeginn Protokoll; RTP von Real Time Transport Proto-col = Echtzeit-Transportprotokoll; Gateway = Protokollumsetzer

WLAN

LAN USB

S0 bzw. T0

ISDN-Anlage

1 2 34

5 67 8 9

* 0 #

1 2 34

5 67 8 9

* 0 #

herkömmlichesTelefon

Headset

IP-Telefon

Computer Internet

Gateway

De-JitterBuffer

Deco-dierung

IP-Netz

Encoder

Ca. 30 – 50 ms 01010101

U/

/U Kom-pression

Pake-tierung

355

AS

W

BU

U2

+-

U1

DIN-Form

Ue2

Ue1

übliche Form -+ U2

U1

Ue2

Ue1

f /kHz

fC

G0

dB

100

fD

10510410310210110010-1

80

60

40

20

0

-20

U1

U2

¡1

U2Zie

Zia

U1

¡2

U20 = -V0 • U1

V0

E1

Ue1

G

G

+Ub

-Ub

E2R2K2

R4R3

U2

R1K1

UBE1 UBE2

0+-

¡E1 ¡E2

¡0

Prinzip

Schaltung-+ U2

Ue

+Ub

-Ub

Differenzverstärkerals Invertierer geschaltet

Ersatzschaltung desOperationsverstärkers

Ausgangsspannung U2 desInvertierers als Funktion von U1

Frequenzverhalten

Ein Differenzverstärker bestehtaus zwei Transistorstufen miteiner gemeinsamen Konstant-stromquelle. R3 und K1 sowie R4und K2 lassen sich als Zweigeeiner Brückenschaltung auffas-sen. Die Basis E2 des TransistorsK2 wird an Masse gelegt. Diezweite Basis dient als Eingang E1.Durch Anlegen einer kleinenSpannung an E1 wird K1 ange-steuert, d.h. sein Durchlasswider-stand ändert sich. Dadurch än-dern sich gleichzeitig UBE2 ge-gensinnig und damit auch derWiderstand von K2. Die Aus-gangsspannung U2 ist proportio-nal zur Differenz der Eingangs-spannungen an E1 und E2. Jenach Eingangssignal liegt dieAusgangsspannung zwischeneinem positiven oder negativenMaximalwert ((Ub).

Meist werden zur Spannungsver-sorgung zwei Spannungsquel-len benötigt (z.B. Ub = ( 15 V).Diese werden an den Schaltzei-chen des Operationsverstärkersmeist nicht dargestellt.

Die Eingänge werden nach ihrerWirkung auf den Ausgang als– Eingang (invertierender Ein-gang) oder + Eingang (nichtinvertierender Eingang) bezeich-net.

Die meisten Verstärker-IC habenals erste Stufe eine Differenz-verstärkerschaltung.

Konstanter Strom

Ein Operationsverstärker bestehtmeist aus einem Differenzver-stärker als Eingangsschaltungund mehreren gleichspannungs-gekoppelten Verstärkerstufen, so-dass sein Leerlaufverstärkungs-faktor V0 sehr groß ist. Selbstsehr kleine Eingangsspannungenbewirken recht große Ausgangs-spannungsänderungen, die nurdurch (Ub begrenzt werden. Da-her wird der Operationsverstär-ker beschaltet.

Ein Operationsverstärker wirktinvertierend, da U2 positiv beinegativer Ansteuerung an E1 ist.Der Eingang E1 erhält im Schalt-zeichen deshalb ein Minuszei-chen. Ein Operationsverstärkerwirkt dann nicht invertierend,wenn bei positiver Ansteuerungan E2 auch die Ausgangsspan-nung U2 positiv ist.

Infolge interner Phasendrehungbei hohen Frequenzen bestehtSchwingneigung. Daher ist eineReduzierung der Verstärkung um20 dB/Dekade notwendig. Es wirddazu eine Gegenkopplung miteiner RC-Schaltung verwendet(Frequenzkompensation). Meistist diese bereits im IC vorhanden.

Kenngrößen

Größe Typischer Wert Näherung

V0 104 bis 107 6

Zie 100 kO bis 103 GO 6

Zia 10 O bis 5 kO 0

Schaltzeichen und Formelzeichen

Zie =U1

I1Zia =

DU2

DI2

V0 =U2

U1

GCM = 20 lgU2

U1CM

fc =fDV

fc GrenzfrequenzfD DurchtrittsfrequenzG0 Leerlauf-Spannungsverstärkungs-

maß in dBGCM Gleichtaktverstärkungsmaß in dBI1 EingangsstromIE1, IE2 Emitterstöme

I2 AusgangsstromUe1, Ue2 EingangsspannungenU1 DifferenzeingangsspannungU2 DifferenzausgangsspannungU1CM Eingangsspannung bei

gleichphasiger AnsteuerungUb Betriebsspannung

V SpannungsverstärkungsfaktorV0 Leerlauf-Spannungsverstär-

kungsfaktorZie Eingangsinnenwiderstand

bei DifferenzansteuerungZia AusgangsinnenwiderstandD Zeichen für Differenz

Schaltung, Kennlinie Erklärung Bemerkungen

Differenzverstärker

Verhalten des Operationsverstärkers

I0 = IE1 + IE2

1

2 3

5

6

4

7

G0=20 lgU2

U1

Grundlagen des OperationsverstärkersBasics of the Operational Amplifier

388

AS

W

BU

*

1

6 Schrittbeispiele46

Anfangsschritt,Initialschritt

Symbol Beschreibung Beispiel

Anfangsschritt (Quellschritt, Initialschritt). DasSymbol bedeutet, dass dieser Schritt dieAnfangssituation darstellt.Schritte erhalten alphanumerische Kennzeich-nungen.Der * in den Symbolen ist durch die jeweiligeSchrittnummer zu ersetzen.

*

*

Transition

6

7

„Start Automatik“

Taster betätigt (S1)

Zwischen zwei Schritten steht eine Weiterschalt-bedingung (Transition) auf der rechten Seite. Esist immer nur ein Schritt aktiv. Schritte und Tran-sitionen wechseln sich ab. Kommentare werdenin Anführungszeichen angegeben.

*

*

UND (* bzw. •)ODER (+)NEGATION (. . .)

8

9

S1* S2 + S3

Transitionsbedingungen dürfen in Textform,durch grafische Symbole und mithilfe Boole’-scher Ausdrücke beschrieben werden.Für Boole’sche Ausdrücke gilt:UNDπ *, ODERπ +, NEGATIONπ X

*

*

5

A5

Schütz K1

Aktion mit Zuweisungsbedingung ist erfüllt,wenn der zugehörige Schritt aktiv und die Zuwei-sungsbedingung erfüllt ist.Beispiel: Wird der Schritt 5 aktiviert und ist dieZuweisungsbedingung A5 erfüllt, dann wirdSchütz K1 aktiv (Wert 1). In allen anderen Fällenist der Wert „0“.

*

t1/X*15

5s/X15

K1

Zeitliche Transitionen werden durch eine vorge-stellte Zeitangabe beschrieben. Die Transitionkann einen Namen erhalten, der links und inKlammern stehen muss.Wird im Beispiel Schritt 15 aktiviert, so wird nachAblauf von 5 s K1 aktiv.

*

t1/X*

*

Aktivierung:

Deaktivierung:

*

* = Wert

15

5s/X15

K1

15

steigende Signalflanke

„EIN“

a)

b)

„AUS“

fallende Signalflanke

10 Schütz K1: = 1

Schütz K1: = 0

Zeitbegenzte Aktion erhält man durch Negationder Bedingung einer zeitverzögerten Aktion.Im Beispiel wird K1 für 5 s nach Aktivierung desSchrittes 15 aktiv.

Speichernde Aktionen werden zu einembestimmten Zeitpunkt mit einem Befehl einmalausgeführt. Ein weiterer Befehl bestimmt dieRücknahme. Man unterscheidet:

Aktion bei Aktivierung des Schrittes,Aktion bei Deaktivierung des Schrittes.

Beispiele:a) Sobald Schritt 10 aktiv wird, wird das Schütz

K1 aktiv (Wert 1). Ist Schritt 10 nicht mehr aktiv,so bleibt der Wert 1 aktiv.

b) Schütz K1 wird auf 0 gesetzt, wenn Schritt 15deaktiviert wird.

GRAFCET, nach franz. GRAphe Fonctionnel de Commande Étape Transition = Darstellung der Steuerungsfunktionmit Schritten und Weiterschaltbedingungen. Man verwendet GRAFCET für Programmierung und Beschreibungvon Ablaufbeschreibungen in der Automatisierungstechnik.

Ablaufsteuerungen mit GRAFCET 1 Sequential Control by GRAFCET 1

391

AS

W

BU

L

R1

RL

u

N

Q1R3

C1 C2

R2

i

L

R1

RL

u

N

Q1R3

C1 C2

R2

i

0

ui

u, i

a b qt

a0

u

t

i

u, i

0

u

t

i

u, i

0

u

t

i

u, i

å0

u

t

i

u, i

Name Liniendiagramme Bemerkungen, Schaltungsprinzip

SymmetrischeAnschnitt-steuerung(symmetrischePhasen-anschnitt-steuerung)

Häufiges Verfahren zur Steuerung von Wech-selstromlasten, insbesondere von Beleuch-tungsanlagen mittels Dimmer. Nachteil:Induktiver Blindleistungsbedarf und hochfre-quente Störung.

SymmetrischeAbschnitt-steuerung(symmetrischePhasen-abschnitt-steuerung)

Steuerung von Wechselstromlasten, z.B. mitDimmern vom Typ C. Das Einschalten erfolgtmittels Nullspannungsschalter, das Abschal-ten mit IGBT oder Transistor.Vorteile gegen Anschnittsteuerung: Wenigerhochfrequente Störstrahlung. Aufnahme vonkapazitiver Blindleistung, wie Kondensator.

SymmetrischeVielperioden-steuerung(symmetrischeSchwingungs-paket-steuerung)

Häufiges Verfahren zur Steuerung von Wech-selstromlasten, insbesondere von elektri-schen Heizungsanlagen. Nicht geeignet zurBeleuchtungssteuerung und zur Drehzahl-steuerung. Einschalten erfolgt durch Null-spannungsschalter, Abschalten durch Thyris-tor infolge Unterschreiten des Haltestroms.

Unsymmet-rischeAnschnitt-steuerung(SchaltungE1C)

Stromrichter zur Steuerung von kleinenGleichstromlasten. Nachteil: Magnetisierungdes vorgeschalteten Transformators.

Ohne Magnetisierung des Tansformatorsarbeiten B2C oder B2H (Seite 359).

SymmetrischeSektorsteue-rung

Steuerung von Wechselstromlasten, z.B. mitDimmern vom Typ RLC. Die symmetrischeSektorsteuerung ist eine Kombination von An-schnitt- und Abschnittsteuerung. Bei ihr wirdkeine Phasenverschiebung hervorgerufen, sieerzeugt aber eine stoßartige Netzbelastungund ruft Oberschwingungen hervor.

Unsymmet-rischeVielperioden-steuerung

Verfahren zur Steuerung von Gleichstromlas-ten, bei denen stromlose Pausen von mehre-ren Perioden möglich sind, z.B. beim Ladenvon Akkumulatoren. Einschalten und Ab-schalten wie bei der symmetrischen Vielperio-densteuerung. Nachteil ihr gegenüber: Mag-netisierung vorgeschalteter Transformatoren.

Anschnittsteuerung (Phasenanschnittsteuerung), Abschnittsteuerung und Sektorsteuerung dürfen nur angewen-det werden, wenn eine andere Steuerung, z.B. mit Schwingungspaketen, nicht ausreicht, z.B. bei der Hellig-keitssteuerung von Lampen. Alle elektronischen Steuerungen rufen störende Einflüsse im Netz (Netzrückwirkung)hervor. Deshalb gelten Grenzwerte der Anschlussleistung (siehe folgende Seite).i Stromstärke, t Zeit, u Spannung, a Zündwinkel, Steuerwinkel, b Löschwinkel

0

u

t

i

u, i

Elektronische Steuerungen von VerbrauchsmittelnElectronic Control of Electrical Consumers

398

AS

W

BU

Art Erklärung Bemerkungen

Strom-versor-gung

Tole-ranzen

Ober-schwin-gungen

EMV

Netz-Trennein-richtung

Halb-leiter-schütze

Basis-schutz,Fehler-schutz,Über-strom-schutz

Motoren

Potenzial-ausgleich

Steuer-strom-kreis

Druck-taster

NOT-AUS

NOT-HALT

Leiter-farben

Doku-men-tation

Toleranzbereiche der VersorgungGröße bei AC bei DCDauerbe- 0,9 bis 1,1 Un bei Bb 0,85 bis 1,15 Untriebs- bei Fz 0,7 bis 1,2 Unspannung bei Ub 0,9 bis 1,1 Un

Frequenz, d 0,99 bis 1,01 fn –Frequenz, k 0,98 bis 1,02 fn –fn Nennfrequenz, Un Nennspannung, Bb Batteriebe-trieb, d dauernd, Fz Fahrzeug, k kurzzeitig, Ub Umrich-terbetrieb

Strombelastbarkeit von PVC-isolierten Cu-Leiternbei Maschinen (Umgebungstemperatur 40 °C)symmetrisch belastete DrehstromleitungA in Verlegeartmm2 B1 B2 C E0,75 8,6 8,5 9,8 10,41 10,3 10,1 11,7 12,41,5 13,5 13,1 15,2 16,12,5 18,3 17,4 21 224 24 23 28 30Steuerstromkreise AC oder DCA in Verlegeartmm2 nicht B2 C E0,2 anwend- 4,3 4,4 4,40,5 bar 7,5 7,5 7,80,75 9,0 9,5 10weitere Werte siehe VDE 0113, Verlegearten Seite 171

Schutzpotenzialausgleichsleiter und Funktions-potenzialausgleichsleiter

Symbole für DrucktasterSTART oder STOPP oder wechsel- Drücken EIN,EIN AUS weise EIN Loslassen

oder AUS AUS

Die Größen müssen im Toleranzbereich liegen.Die Oberschwingungsspannungen bis zur5. Teilschwingung dürfen höchstens 10 % desgesamten Effektivwertes betragen. Bei DC darfdie Welligkeit (Spitze zu Tal) höchstens 15 % derNennspannung betragen.Wegen EMV (Seite 265) sind

Gehäuse strahlungssicher auszuführen,empfindliche Stromkreise zu erden,Leiter möglichst dicht an Masse zu führen.

Netz-Trenneinrichtung muss vorhanden sein,z.B.

ein Leistungsschalter mit Trennstrecke,ein anderes trennendes Schaltgerät, z.B. einRCD oder ein Motorschutzschalter,eine Stecker-Steckdosenkombination bei fle-xibler Zuleitung.

Halbleiterschütze sind zum Trennen nichtgeeignet. Stromkreise zur Instandhaltung soll-ten davon getrennt eine eigene Trenneinrich-tung haben. Basisschutz und Fehlerschutzerfolgen nach Seite 223. Wegen der Erdung derSteuerstromkreise wird PELV an Stelle vonSELV angewendet.Überstrom-Schutzeinrichtungen sind nach derBemessungsstromregel (Seite 170) auszu-wählen, wobei die Belastbarkeit der Leitungenin der Maschine kleiner ist als bei 25 °C (Tabel-le).Motoren mit Bemessungsleistungen über 0,5kW müssen gegen unzulässige Erwärmunggeschützt sein, z.B. durch Motorschutzschalter.

Schutzpotenzialausgleich (Maßnahme für denFehlerschutz) und Funktionspotenzialausgleich(zur Verminderung von Betriebsstörungeninfolge von Isolationsfehlern) sind bei Maschi-nen auszuführen (Bild).Steuerstromkreise sind als Hilfsstromkreise(Seite 393) auszuführen und zu erden, meistdurch Verbindung mit dem Schutzleiter. Steu-ergeräte und optische Anzeigen müssen farbiggekennzeichnet sein (Seite 215). Drucktastersollen zusätzliche Symbole haben (Tabelle).Handlungen im Notfall erfolgen durch Einrich-tungen zum NOT-AUS (Abschalten) oder NOT-HALT (Abschalten und Abbremsen).Verdrahtungstechnik. Anschlüsse müssen ge-gen Lockern gesichert sein, z.B. durch Zahnschei-ben. Jeder Leiter muss an jedem Anschluss wiein der Dokumentation gekennzeichnet sein.Wenn die Leiter durch Farben identifiziert(kenntlich gemacht) werden, so sind die Leiter

schwarz für AC- oder DC-Hauptstromkreise,rot für AC-Steuerstromkreise,blau für DC-Steuerstromkreise,orange für Stromkreise, die nicht von derNetz-Trenneinrichtung abgeschaltet werden.

DokumentationÜber Errichten, Betrieb und Instandhaltungmuss eine Dokumentation angefertigt werdenmit z.B. Schaltplänen, Stücklisten, Betriebsan-weisungen und Instandhaltungshinweisen.

N

PE

L 2.1

2.2

oder

Haupterdungs-schiene

Trafo für PELV empfindlicheElektronik

Schutzpotenzial-ausgleichsleiter

Funktions-potenzial-ausgleichsleiter

Funktions-erder

Steuerstrom-kreise

M3_

Elektrische Niederspannungs-Ausrüstung von MaschinenElectrical Low-Voltage Equipment of Machines vgl. EN 60204-1 (VDE 0113-1)

420

AS

W

BU

Einstellung von Regelkreisen 2 Setting of Control Loops 2

Sprungantwort einer Regelstrecke Bemerkungen

SprungantwortBeharrungs-wert

Toleranzband

Sprungfunktion

Wendetangentex,y

t

Ausregelzeit Taus

Anregel-zeit Tan

TbTe

Tt

xm

y

x Für die Bewertung der Qualität einer Regelung geltendie Kriterien:

GenauigkeitStabilitätSchnelligkeitDämpfung

Die Stabilität einer Regelung kann erreicht werdendurch:

Inbetriebnahme der Regelung mit Erfahrungswer-ten für die Reglerparameter und Anpassung dieser,Ermittlung der Parametrierwerte des Reglersanhand von Einstellregeln (siehe folgende Seite).

Stabilität von Regelvorgängen Bemerkungen

instabil

stabil, periodisch stabil, aperiodisch

Stabilitätsgrenze

Schwingungsdauer

xt

xt

xt

xt

Bei der Beurteilung der Stabilität einer Regelung unter-scheidet man drei Betriebsarten:

stabilBetrieb an der Stabilitätsgrenzeinstabil

Die Regelkeisstruktur und die Reglerparametrierungbestimmen die Stabilität der Regelung.Stellt sich nach einer Stellgrößenänderung derStörung ein neuer stationärer Wert der Regelgröße ein,liegt eine Regelstrecke mit Ausgleich vor.

Zeitverhalten von Regelstrecken

Sprungantwort-VerfahrenBeim Sprungantwort-Verfahren wird dieÜbergangsfunktion experimentell ermittelt. Regel-

streckey x

0

y

t

1Einheitssprung

z.B. 1 V

Eingang Ausgang

BezeichnungKenngrößen Stell-Sprungantwort Beispiel Übergangsverhalten

Po-StreckeProportional-BeiwertKps = x /y Kps ·y

t

x ¡B @ yU @ x

x folgt proportionalunverzögert der Ein-gangsgröße y.

PTt-StreckeProportional-BeiwertKps = x /yTotzeit Tt

Kps ·yT t

t

x

sx

y

vsT t = v

x folgt proportional,um die Zeit Tt verzö-gert, der Eingangs-größe y.

PTt-T1-StreckeProportional-BeiwertKps = x6 /yTotzeit TtZeitkonstante TS

Kps ·y

T t Ts

t

x

x

yMischungim Behälter

x folgt proportional,mit einer e-Funktionund einer Totzeit ver-zögert, der Eingangs-größe y.

√o-StreckeIntegrierzeit TISKis = vx /y

vx = Dx–––DtT Is

DxDt

t

x M

+ +

y x

–

– x ist das Zeitintegralder Eingangsgröße y.

Für Regelstrecken ohne Ausgleich ist statt Ks der Ausdruck Kis einzusetzen, siehe vorhergehende/folgende Seite.IB Basisstrom, x6 Reglergröße nach Einschwingvorgang, sonstige Erklärungen der weiteren Formelzeichen sie-he vorhergehende Seite.

E

A

K

BU

503Statistische Auswertung im QualitätsmanagementStatistical Analysis in Quality Management

Merkmal Erklärung Bemerkungen

Wahr-scheinlich-keit

Häufigkeit

Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ereignis Aauftritt, ist gleich der Anzahl der auftreten-den Fälle A dividiert durch die Anzahl allerFälle.Relative Häufigkeit ist die absolute Häufig-keit eines Merkmals einer Menge dividiertdurch die Anzahl aller Merkmale der Menge.

Die Wahrscheinlichkeit von 10 fehlerhaften Teilen ineiner Menge von 400 Teilen eines davon zu ergrei-fen, beträgt nach Formel 1∫2,5 %

Normal-verteilung

Merkmalswert x

Häu

fig

keit

-3s

R

-2s -s +s +2s +3s

xmin xmax

x

Wende-punkt

Kurve er-mittelt aus

x und s

Qualitäts-regelkarte

Mittels Qualitätsregelkarten soll durchBeobachten von Messwerten sowie durcheventuelles Beeinflussen des Prozessesdieser seinen Sollzustand beibehalten.

Die Eingriffs- und Warngrenzen werden über Pro-zessschätzwerte bestimmt.

Mittelwert-Standard-abwei-chungs-karte

NatürlicherProzess-Verlauf

Über-schreitenderEingriffs-grenzen

Trend-verlauf

x_-s-Karte

Verdeutlicht die Tendenz der Mittelwertent-wicklung. Ein computerunterstütztes Füh-ren der Regelkarte ist zweckmäßig.

Alle Werte liegen innerhalb der Eingriffs-grenzen, 2/3 der Werte im Bereich ± s. DerProzess ist unter Kontrolle.

In den Prozess muss eingegriffen werden,z.B. falsch eingestellte Maschine.

Aufeinanderfolgende Werte zeigen eineTendenz, z.B. wegen Werkzeugverschleiß.

M

OEG

UEG

M

OEG

UEG

M

OEG

UEG

1 3 42Probennr.

Prüfmerkmal: œ

4,995,00

5,02

4,98UWGMOWGOEG

UEGMit

telw

erte

xin

mm

0,0200,022

0,026

0,0160,018

OEG

UEGUWGS

tan

dar

dab

-w

eich

un

gs

Stichproben: n = 5

OWG

x4

x3

x1

x5

x2

5,01

0,024

Kontrollmaß: 5¤0,05Kontrollintervall: 60 min

Mes

swer

tem

m

s

Uhrzeit 6 00 8 00 9 007 00

4,984,974,995,01

4,9925,01

0,018

4,964,995,034,99

4,9945,00

0,025

5,035,015,024,99

5,0064,98

0,021

4,974,965,014,99

4,9905,02

0,025x

Mittelwert-Standardabweichungs-Karte

a Anzahl aller Fälleg Anzahl günstiger Fällehj relative Häufigkeit in %nj absolute Häufigkeitn, m Anzahl Einzelwertep Wahrscheinlichkeit

s Standardabweichungxi Einzelmesswertxmax größter Messwertxmin kleinster Messwertx_

arithmetischer Mittelwertx__

Gesamtmittelwert

R SpannweiteM Mittelwert des MerkmalsOEG, UEG obere, untere EingriffsgrenzeOGW, UGW oberer, unterer GrenzwertOWG, UWG obere, untere Warngrenze

x– =x1 + x2 + … + xn

n

arithmetischerMittelwert

3

x__

=x_

1 + x_

2 + … + x_

m

m

Gesamtmittelwert

4

s = 133S(xi – x_)2

n – 1

Standardabweichung

5s_

=s1 + s2 + … + sm

m

Mittelwert der Stan-dardabweichungen

6

R = xmax – xmin

Spannweite

7R_

=R1 + R2 + … + Rm

m

mittlere Spannweite

8

Wahrscheinlichkeit

p = · 100%gm

1

Relative Häufigkeit

hj = · 100%nj

n2