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Elektrischer
Ohmscher Widerstand und Spannungsteiler einfach erklärt
Ältere
Hauselektrik
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Inhaltsverzeichnis Spannungsteiler, Grundlagen (1) Spannungsteiler, Grundlagen (2) Beispiel 1: Innenwiderstand 1,5V Bat. Beispiel 2: Innenwiderstand 12V Bat. Beispiel 4: Ältere Hauselektrik Beispiel 8: Baden im See bei Gewitter Beispiel 11: Hochspannungsleitung Beispiel 12: Vorglühanlage, Diagnose Beispiel 13: Blankdraht Durchlauferhitzer |
Hinweis: Wenn das in diesem Kapitel beschriebenen Phänomen in einer elektrischen Installation beobachtet wird, dann ist es Zeit, den Elektriker zu rufen.
Wenn man einen Heizlüfter einschaltet, wird das Zimmerlicht etwas dunkler (in manchen Fällen auch heller). Dieses Phänomen tritt zwar bevorzugt bei älteren Elektroinstallationen auf, ist aber nicht darauf beschränkt.
Den Fall dass das
Licht etwas dunkler wird kann man mit den in dieser Abhandlung
gegebenen Mitteln leicht verstehen. Der Fall dass das Licht heller wird
ist seltener (und gefährlicher) und setzt spezielle Kenntnisse
bezüglich des Drehstromnetzes
voraus, und wird daher hier nicht behandelt.
Gerade bei älteren Elektroinstallationen kann es vorkommen, dass bestimmte Kontaktierungen mit der zeit schlechter werden. Beispielsweise können sich bei Schraubkontakten die Schrauben lösen, bei federartigen Kontakten kann die Feder lahm werden, und durch Umwelteinflüsse können Kontaktstellen sogar korrodieren. |
Bei manchen Steckdosen kann es nach längerem Betrieb mit einem grossen Verbraucher (z.B. Heizlüfter) sogar passieren, dass die Steckkontakte oder gar die gesamte Steckdose heiss werden und auf lange Sicht so weit verkohlen, dass sie unbrauchbar werden.
All diese Erscheinungen kann
man elektrotechnisch dadurch beschreiben, indem man ihnen einen
elektrischen Widerstand zuordnet. Das ist nicht nur reine Theorie, sondern diese Übergangswiderstände existieren tatsächlich.
Typische Widerstandswerte für solche degradierten Kontakte kann man wie folgt abschätzen:
Damit ein Kontakt für den Menschen spürbar warm wird, muss eine Leistung P verbraucht werden, die mindestens 1, besser 10 Watt beträgt. Der am Kontakt fliessende Strom I und die an ihm abfallende Spannung ΔU müssen also nach
P = ΔU x I (1)
mindestens 1 Watt ergeben.
Im Bild ist die Situation
dargestellt. Rk ist der (Verlust-)Widerstand eines
degradierten Kontaktes, R1 eine Glühbirne (z.B. 60W)
und R2 ein zuschaltbarer grosser Verbraucher (2000W).
Das blosse Zuschalten von R2 erhöht den Strom durch Rk so stark, dass an ihm eine u.U. nennenswerte Spannung abfällt und die Glühbirne dadurch weniger Spannung erfährt und folglich weniger hell leuchtet.
ΔU ist schwierig zu messen, aber man kann ΔU auch indirekt abschätzen:
ΔU = Rk x I (2)
wobei Rk der Kontaktwiderstand ist.
(2) in (1) eingesetzt und nach Rk aufgelöst ergibt
Rk = P/I2 (3)
Jetzt braucht man noch den Strom I.
Grosse, an Haushaltssteckdosen betreibbare Verbraucher liegen bei 2.000W (z.B. Wasserkocher, Heizlüfter)
Hier gilt
P = U x I
Nach I aufgelöst, mit P = 2000W und U = 230V ergibt sich der Strom zu
I = 2000W/230V = ca. 9A.
Wir nehmen nun an, dass die zuvor berechneten 9A an dem degradierten Kontakt eine Leistung von 10W verursachen.
Aus (3) ergibt sich der Kontaktwiderstand damit zu Rk = 10W /(9A)2 = 0,12Ω.
Setzt man dies wieder in (2) ein, dann ergibt sich
ΔU = Rk x I = 0,12Ω x 9A = 1,1V
Einerseits sind die berechneten 1,1V Spannungsabfall an einem schlecht gewordenen Kontakt noch nicht so viel, dass man die daraus folgenden Phänomene zwangsläufig bemerken müsste, andererseits reichen die damit verbundenen 10W Wärmeentwicklung aus (entspricht einem kleinen halb eingeschalteten Lötkolben), um den betroffenen Kontakt auf lange Sicht gänzlich zu zerstören.
Damit schlechte Kontaktierungen an der Helligkeitsänderung des Zimmerlichtes beim Einschalten eines grossen Verbrauchers erkennbar werden, sind deutlich grössere Spannungsabfälle an schlechten Kontaktierungen vonnöten.
Nun ist das menschliche Auge eher unempfindlich was die Einschätzung und den Vergleich von Helligkeiten betrifft.
Ändert sich die Helligkeit jedoch schlagartig (z.B. beim Einschalten eines Verbrauchers), dann genügen bereits geringe Helligkeitsänderungen um wahrgenommen zu werden.
Aus Versuchen und Erfahrungen des Verfassers folgt, dass schlagartige Spannungsänderungen von 10V, also von 230V nach 220V zu wahrnehmbaren Helligkeitsänderungen der angeschlossenen Glühbirnen führen.
Diese 10V Spannungsänderung sind das 9-fache der weiter oben berechneten 1,1V, welche mit 10 Watt Verlustleistung verknüpft sind.
10V würden nach obiger Rechnung 90W Verlustleistung bedeuten, was grundsätzlich als potentiell gefährlich einzustufen ist, denn man weiss ja nicht, auf wie viele Schwachstellen sich die 90W in der Elektroinstallation verteilen.
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