Drei Außenleiter, zwei Spannungen: Hier lernst du das Dreiphasennetz aus V-Ost kennen, rechnest mit Stern, Dreieck und Leistung und verteilst die 230-V-Stromkreise der Halle auf L1, L2 und L3.

Schritt 2 von 5. Du liest Liniendiagramm und Zeigerbild, rechnest mit √3, schaltest in Stern und Dreieck, berechnest die Leistung des Ladegeräts und teilst die Werkstattkreise auf.

Danach: Lernangebot 4 · Netzsysteme erkennen und wählen

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Im Dreiphasennetz gibt es zwei Spannungen: die Strangspannung zwischen Außenleiter und N und die Leiterspannung zwischen zwei Außenleitern. Welche ein Verbraucher bekommt, entscheidet sein Anschluss.

Am Ende hast du: Lastaufteilung der 230-V-Stromkreise auf L1, L2 und L3 mit Neutralleiterstrom im Zeigerbild

Karte „Vom Ring bis zur Steckdose“: Spannungsebenen, Netzsystem und Schutzeinrichtungen der Ladehalle auf einen Blick. Die Karte steht in der Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“. Leg sie neben diesen Teil.

Liniendiagramm der drei Strangspannungen u1, u2, u3 des Dreiphasennetzes über eine Periode von 0 bis 20 ms. Drei gleich hohe Sinuskurven in den Leiterfarben L1 braun, L2 schwarz, L3 grau, gegeneinander zeitlich versetzt. Die Spannungsachse trägt keine Zahlen, nur den Scheitelwert û.Drei Spannungen, ein NetzLiniendiagramm u1, u2, u3 über eine Periodet in msu in V02468101214161820û−û0u1u2u3
Liniendiagramm der drei Strangspannungen u1 (L1, braun), u2 (L2, schwarz) und u3 (L3, grau) über eine Periode, Zeitachse 0 bis 20 ms in Schritten von 1 ms. Drei gleich hohe Sinuskurven, zeitlich gegeneinander versetzt. Die Spannungsachse zeigt nur den Scheitelwert û. Netz 400/230 V, 50 Hz. Eigene Darstellung für den Unterricht.

In der Trafostation V-Ost liegen drei Wicklungen, deren Spannungen gegeneinander versetzt sind. Die gemeinsamen Enden der Wicklungen bilden den Sternpunkt, an ihm hängt N. So entstehen aus drei Wicklungen zwei Spannungen: gegen N und zwischen zwei Außenleitern.

Alle Aufgaben beziehen sich auf die gegebenen Werte weiter unten. Wo du einen Wert einträgst, schreibst du die Einheit und die Quelle dazu.

Erst du, dann die anderen

Die Werkstattleitung will wissen, ob die Werkbänke an L1 den Neutralleiter stärker belasten als einen Außenleiter. Den Strom im N gibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Messen. Mit einer Stromzange im Betrieb den Strom in N und in den drei Außenleitern messen. Das Ergebnis ist echt, gilt aber nur für die Geräte, die gerade laufen, und die Halle muss dafür schon in Betrieb sein.
  • Zeichnen. Die drei Außenleiterströme als Zeiger maßstäblich aneinanderhängen; was vom Ursprung bis zum Ende der Kette fehlt, ist der Strom im N. Du siehst sofort, woher er kommt, brauchst aber saubere Winkel und einen Maßstab.
  • Rechnen. Mit der Formel für den Neutralleiterstrom aus dem Tabellenbuch. Schnell und genau, solange alle Ströme mit ihrer Spannung in Phase sind; bei sehr unterschiedlichem cos φ wird es aufwendiger.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.

Gegebene Werte: Netz, Verbraucher, Datenblatt und Laborplatz · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte: Netz, Verbraucher, Datenblatt und Laborplatz

Netz aus V-Ost
400/230 V, 50 Hz (Anlagendaten B)
Hallenbeleuchtung LED
3 Stromkreise -F1 bis -F3, je 0,8 kW, 230 V, cos φ 0,95 (Anlagendaten D)
Steckdosen Werkbänke 16 A
4 Stromkreise -F4 bis -F7, je 2,0 kW Planwert, 230 V, cos φ 1,0 (Anlagendaten D); zwei Werkbänke mit je zwei Kreisen: Werkbank 1 mit -F4 (Steckdosen links) und -F5 (rechts), Werkbank 2 mit -F6 (links) und -F7 (rechts)
Entwurf der Werkstatt
Licht 1, 2, 3 (-F1, -F2, -F3) auf L1, L2, L3; Werkbank 1: -F4 auf L1, -F5 auf L2; Werkbank 2: -F6 auf L3, -F7 auf L1
Vereinfachung für 3.7 und 3.8
alle sieben Stromkreise mit cos φ = 1 rechnen
Ladegerät, Datenblatt E
Input: 3/N/PE AC 400 V ±10 %, 50/60 Hz · Rated input current 14 A · Rated input power 9.2 kW · Power factor ≥ 0.95
Ladegeräte
6 Stück, -T11 bis -T16, laden nachts alle gleichzeitig (Anlagendaten C)
Laborplatz (Unterrichtswert)
drei gleiche Widerstände je 52,9 Ω
Leistungsschild Motor Kompressor (Unterrichtswert)
4,0 kW · Δ/Y 230/400 V · cos φ 0,83
Leistungsschild Motor Hebebühne (Unterrichtswert)
3,0 kW · Δ/Y 400/690 V · cos φ 0,82

So stehen die Werte in den Anlagendaten, im Datenblatt und auf den Leistungsschildern. Mit „Unterrichtswert“ gekennzeichnete Werte sind für den Unterricht festgelegt.

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Lastaufteilung der 230-V-Stromkreise mit Neutralleiterstrom

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • der Tabelle der sieben 230-V-Stromkreise mit Leistung, Außenleiter und Strom
  • den Summenströmen in L1, L2 und L3 und dem Strom im N, grafisch und rechnerisch
  • dem Zeigerbild der drei Außenleiterströme mit dem Neutralleiterstrom
  • der Begründung eurer Aufteilung im Vergleich zum Entwurf der Werkstatt

Zur Dokumentation

Jeder Strom mit Formel, eingesetzten Werten und Einheit. Das Zeigerbild mit Maßstab. Die Begründung in drei bis fünf Sätzen, so dass die Werkstattleitung sie ohne Rückfrage versteht.

Zusammen mit dem Netzsystem-Steckbrief aus Lernangebot 4 und dem Versorgungspfad aus Teil 1 ist das euer Versorgungskonzept. Abgenommen wird es im Kreuzreview durch ein anderes Team, danach von der Projektleitung abgezeichnet (Meilenstein M1).

Aufgabe 3.1

Lies das Liniendiagramm der drei Strangspannungen oben auf dieser Seite:

  • Lies die Periodendauer ab.
  • Berechne daraus die Frequenz.
  • Bestimme den zeitlichen Versatz zwischen u1 und u2 in Millisekunden.
  • Rechne den Versatz in Grad um.
  • Berechne den Scheitelwert û der Strangspannung 230 V.
  • Prüfe an einem Zeitpunkt deiner Wahl, dass u1 + u2 + u3 = 0 ist.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) · Liniendiagramm · Scheitelwert · Effektivwert · Periodendauer

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 3.2

Zeigerbild der drei Strangspannungen U1N, U2N, U3N, gleich lang, gleichmäßig gegeneinander verdreht, U1N zeigt nach oben. Die Zeiger drehen gegen den Uhrzeigersinn. Die Leiterspannungen sind noch nicht eingezeichnet.Strangspannung und LeiterspannungZeigerbild, die Leiterspannungen konstruierst du selbstNU1NU2NU3NDrehsinnSo liest du das ZeigerbildJeder Zeiger ist so lang wie derEffektivwert der Spannung.Alle drei drehen sich gemeinsamgegen den Uhrzeigersinn,50 Umdrehungen je Sekunde.Strangspannung: Außenleiter gegen N.Leiterspannung: zwischen zweiAußenleitern.
Zeigerbild der drei Strangspannungen U1N, U2N, U3N, gleich lang, gleichmäßig gegeneinander verdreht, U1N zeigt nach oben. Die Zeiger drehen gegen den Uhrzeigersinn, 50 Umdrehungen je Sekunde. Die Leiterspannungen konstruierst du selbst. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Konstruiere im Zeigerbild die Spannung zwischen zwei Außenleitern:

  • Übertrage die drei Strangspannungszeiger maßstäblich auf Karopapier (1 cm ≙ 50 V).
  • Konstruiere U12 als Differenz U1N − U2N.
  • Miss die Länge von U12 und rechne sie in Volt um.
  • Berechne die Leiterspannung aus der Strangspannung.
  • Erkläre, weshalb an einer Schutzkontaktsteckdose 230 V und an einer CEE-Steckdose 400 V anliegen.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Zeigerdiagramm · Leiterspannung · Strangspannung · Verkettungsfaktor

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 3.3

Bereite die Spannungsmessung an der Sammelschiene der UV-LH vor:

  • Trage für jedes Klemmenpaar ein, welche Spannung du erwartest.
  • Benenne jede Spannung als Strangspannung, Leiterspannung oder keine von beiden.
  • Begründe den Wert zwischen N und PE in der Ladehalle.
  • Nenne die Messkategorie, die dein Messgerät an der UV-LH mindestens haben muss.
Messung zwischen Erwarteter Wert Strang-, Leiterspannung oder keine gemessen (Teil 6)
L1 und L2
L2 und L3
L3 und L1
L1 und N
L2 und N
L3 und N
L1 und PE
N und PE

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Messkategorie · Spannungsmessung · Leiterspannung · Strangspannung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 3.4

Links Sternschaltung: drei gleiche Widerstände R1, R2, R3 hängen an L1, L2, L3, ihre unteren Enden sind zum Sternpunkt verbunden, der Sternpunkt liegt am N. Rechts Dreieckschaltung: jeder Widerstand liegt zwischen zwei Außenleitern. Eingetragen sind Strangspannung, Leiterspannung, Strangstrom und Leiterstrom. Laborplatz mit drei Widerständen je 52,9 Ohm, Unterrichtswert.Stern und Dreieck am Laborplatzdrei Widerstände je 52,9 Ω am Netz 400/230 V · UnterrichtswerteSternschaltungL1L2L3N-R1-R2-R3IUUStrIStrSternpunktDreieckschaltungL1L2L3-R1-R2-R3IUUStrIStr
Laborplatz am Netz 400/230 V. Links Sternschaltung: drei gleiche Widerstände R1, R2, R3 hängen an L1, L2, L3, ihre unteren Enden bilden den Sternpunkt, der am N liegt. Rechts Dreieckschaltung: R1 liegt zwischen L1 und L2, R2 zwischen L2 und L3, R3 zwischen L3 und L1. Eingetragen sind Leiterstrom I, Leiterspannung U, Strangspannung UStr und Strangstrom IStr, ohne Werte. Unterrichtswerte. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Schalte am Laborplatz drei Widerstände je 52,9 Ω einmal in Stern und einmal in Dreieck an das Netz 400/230 V:

  • Gib für beide Schaltungen die Spannung an jedem Widerstand an.
  • Berechne Strangstrom und Leiterstrom in beiden Schaltungen.
  • Berechne die Leistung beider Schaltungen.
  • Vergleiche die beiden Leistungen.
  • Erkläre, weshalb in der Sternschaltung mit drei gleichen Widerständen im N kein Strom fließt.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Sternschaltung · Dreieckschaltung · Strangstrom · Leiterstrom · Dreiphasenwechselstrom

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 3.5

Schließe die Motoren von Kompressor und Hebebühne richtig an das Netz 400 V an:

  • Entscheide nach dem Leistungsschild, ob jeder Motor in Stern oder in Dreieck geschaltet wird.
  • Skizziere für beide Motoren die Brücken im Klemmenkasten mit U1, V1, W1, U2, V2, W2.
  • Erkläre, was ein Rechtsdrehfeld ist.
  • Beschreibe, wie du das Drehfeld an den CEE-Steckdosen der Werkstatt vor der Übergabe prüfst.
  • Begründe, weshalb viele Maschinen eine vorgeschriebene Drehrichtung haben.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Leistungsschild · Klemmenbrett · Stern-Dreieck · Drehfeld · Drehfeldrichtungsanzeiger

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 3.6

Werte das englische Datenblatt des Ladegeräts für den Netzanschluss aus:

  • Übersetze die Angaben „Rated input power“, „Power factor“ und „Rated input current“.
  • Berechne den Strom je Außenleiter aus Leistung, Spannung und Leistungsfaktor.
  • Vergleiche dein Ergebnis mit der Angabe im Datenblatt.
  • Berechne Schein- und Blindleistung eines Ladegeräts.
  • Berechne den Strom je Außenleiter, wenn nachts alle sechs Ladegeräte gleichzeitig laden.
  • Begründe, weshalb im N der Ladegeräte nachts fast kein Strom fließt.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Dreiphasenwechselstrom · Leistungsfaktor · Scheinleistung · Blindleistung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 3.7

Entwurf der Werkstatt für die 230-V-Stromkreise der UV-LH: oben die Sammelschienen L1, L2, L3, unten die N-Schiene. Sieben Stromkreise hängen über ihren LS-Schalter an einem Außenleiter: -F1 Licht 1 an L1, -F2 Licht 2 an L2, -F3 Licht 3 an L3, je 0,8 kW; Werkbank 1 mit -F4 (links) an L1 und -F5 (rechts) an L2, Werkbank 2 mit -F6 (links) an L3 und -F7 (rechts) an L1, je 2,0 kW Planwert. Jeder Stromkreis führt über N zurück. Schutzleiter und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen sind nicht gezeichnet.Entwurf: sieben 230-V-StromkreiseUV-LH, Aufteilung auf L1, L2, L3 nach Entwurf der Werkstatt · UnterrichtswerteL1L2L3NI>-F1Licht 10,8 kWI>-F2Licht 20,8 kWI>-F3Licht 30,8 kWI>-F4Werkbank 1links2,0 kWI>-F5Werkbank 1rechts2,0 kWI>-F6Werkbank 2links2,0 kWI>-F7Werkbank 2rechts2,0 kWSchutzleiter und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen sind nicht gezeichnet.
Entwurf der Werkstatt für die 230-V-Stromkreise der UV-LH: oben die Sammelschienen L1, L2, L3, unten die N-Schiene. -F1 Licht 1 an L1, -F2 Licht 2 an L2, -F3 Licht 3 an L3, je 0,8 kW; Werkbank 1 mit -F4 (Steckdosen links) an L1 und -F5 (rechts) an L2, Werkbank 2 mit -F6 (links) an L3 und -F7 (rechts) an L1, je 2,0 kW Planwert; jeder Kreis mit LS-Schalter. Schutzleiter und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen sind nicht gezeichnet. Unterrichtswerte. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Rechne in dieser Aufgabe für alle sieben Kreise mit cos φ = 1.

Bestimme den Strom im Neutralleiter der sieben 230-V-Stromkreise nach dem Entwurf der Werkstatt:

  • Berechne den Strom jedes Stromkreises.
  • Addiere die Ströme je Außenleiter.
  • Zeichne die drei Außenleiterströme als Zeiger in Richtung ihrer Strangspannung (1 Kästchen ≙ 1 A).
  • Ermittle den Neutralleiterstrom grafisch, indem du die Zeiger aneinanderhängst.
  • Berechne den Neutralleiterstrom mit der Formel aus dem Tabellenbuch.
  • Vergleiche beide Ergebnisse.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Neutralleiterstrom · unsymmetrische Belastung · Zeigerdiagramm · Vierleiternetz

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 3.8

Lege die Aufteilung der sieben 230-V-Stromkreise auf L1, L2 und L3 fest:

  • Schlage eine eigene Aufteilung vor.
  • Berechne für deinen Vorschlag die Ströme in L1, L2, L3 und im N.
  • Vergleiche deinen Vorschlag mit dem Entwurf der Werkstatt.
  • Begründe, wie du die drei Lichtkreise verteilst.
  • Entscheide, welche Aufteilung du der Werkstattleitung empfiehlst.
Stromkreis Verbraucher Leistung Außenleiter Strom
-F1 Licht 1 0,8 kW
-F2 Licht 2 0,8 kW
-F3 Licht 3 0,8 kW
-F4 Werkbank 1, Steckdosen links 2,0 kW
-F5 Werkbank 1, Steckdosen rechts 2,0 kW
-F6 Werkbank 2, Steckdosen links 2,0 kW
-F7 Werkbank 2, Steckdosen rechts 2,0 kW
Summe L1
Summe L2
Summe L3
N

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Lastverteilung · Neutralleiterstrom · Stromkreisverteiler

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Die Lage ändert sich

Die Werkstattleitung stellt an Werkbank 2 einen Heißluftofen mit 3,0 kW, eingesteckt in eine rechte Steckdose, also an -F7. Er läuft jeden Tag mehrere Stunden.

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Prüfe, wie sich der Strom im N bei eurer Aufteilung ändert.
  • Entscheide, ob ihr die Aufteilung ändert.
  • Begründe eure Entscheidung gegenüber der Werkstattleitung.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.