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Sonstiges

Allgemeine Hinweise über Strom

WAS IST EIN WATT?

Jedes elektrische Gerät, das an das Bordnetz angeschlossen wird,
belastet das Netz von dem Augenblick an, in dem es eingeschaltet wir,
Das heißt, es fließen Ströme durch die Drähte des Bordnetzes, damit das
Gerät arbeiten kann. Das eine Gerät belastet das Netz wenig, das andere
mehr. Damit man weiß, woran man ist, gibt der Fabrikant das Maß
an, in dem das Gerät das (Bord) Netz belastet, wenn es angeschlossen
und eingeschaltet wird. Oft wird nicht der Strom angegeben, sondern
die Leistung und die Spannung, für die das Gerät geeignet ist. Die
Beziehung zwischen Leistung, Spannung und Strom lautet
Leistung [in Watt] = Spannung [in Volt] x Strom [in Ampere].

Kleine Geräte (z. B. Glühlampen) haben Anschlußwerte von wenigen
einige hundert Watt. Wird der Anschlußwert eines Gerätes größer als
1000 Watt, können wir leicht durch die große Zahl der Nullen in
Verwirrung geraten. Deshalb drückt man den Anschlußwert lieber in
Kilowatt aus. Jedes Kilowatt (abgekürzt. kW) ist 1000 Watt
DER GLEICHZEITIGKEITSFAKTOR

Zunächst ist wichtig zu wissen, daß es selten vorkommt, daß alle Geräte
an Bord gleichzeitig eingeschaltet werden. Das ist wichtig, da der
Generator oder Wechselrichter immer so gewählt wird, daß auch der
Spitzenbedarf an Elektrizität noch gedeckt werden kann. Wer den
Spitzenbedarf senken kann, braucht nur eine weniger große 230V
Stromquelle anzuschaffen. Ein Spitzenbedarf kann entstehen, wenn
man z. B. während des elektrischen Kochens gleichzeitig die
Waschmaschine laufen lassen will. Derjenige aber, der bereit ist, eines
nach dem anderen zu machen, kann mit einem kleineren Wechselrichter
oder Generator auskommen, der wesentlich niedriger im Preis liegt.
Derjenige, für den es kein Problem bedeutet, die Begrenzungen des
Generators oder Wechselrichters zu berücksichtigen, kommt günstiger
davon als derjenige, der ohne weiteres jedes Gerät zu jedem Zeitpunkt,
an dem es ihm oder ihr paßt, einschalten können will.

Wenn man das weiß, ist es Sache des zukünftigen Benutzers eine Liste
aufzustellen, was maximal gleichzeitig laufen kann. Dabei braucht man
nicht allzu "pinslerisch" vorzugehen. Besonders wichtig ist die
gewünschte Kombination von Großverbrauchern bei der Anschaffung
einer Anlage. Die evtl. Kleinverbraucher (z. B. ein elektronischer
Kompaß) berücksichtigt man, indem man die Leistung (oder der Bedarf)
der "Stromfresser" etwas erhöht. Die Ermittlung der benötigten
Leistung macht man also in Kombination harter Daten über die
Stromfresser mit "ein wenig Spielraum" für die kleineren Geräte.

 

VERSCHIEDENE SPANNUNGEN UND FREQUENZEN

Europa befindet sich in einem Harmonisierungsprozeß hinsichtlich
des Spannungsniveaus. Vor gar nicht allzu langer Zeit arbeitete
das eine Land in Europa mit 220 V, das andere mit 240 V.
Zur Zeit läßt man diese Spannungen langsam aufeinander zuwachsen,
indem die eine Spannung etwas erhöht und die andere ein wenig
gesenkt wird. Das ist ein Prozeß, der sich über etliche Jahre
erstreckt. Es ist die Absicht, daß letztendlich ganz Europa
die Spannung von 230 V als Norm hat. Für die meisten
bestehenden Geräte ist während dieses Harmonisierungsprozesses
keinerlei Anpassung erforderlich. Sie können auch mit
230 V arbeiten oder sie sind zu dem Zeitpunkt, in dem überall
von 230 V die Rede ist, am Ende ihrer technischen Lebensdauer.
Obwohl praktisch alle Geräte, die derzeit erhältlich sind, für 230
V geeignet sind, tut man gut daran, beim Kauf eines neuen
Gerätes darauf zu achten, daß es tatsächlich dafür geeignet ist.
Auf anderen Kontinenten gibt es jedoch andere Spannungen
und Frequenzen, wie 120 V und 240 V, 60 Hz, die man in
Amerika antreffen kann. Ältere Netze können noch mit 110
oder 117 V gespeist werden. Wer Geräte in fremden Ländern
kauft, muß also auf die mitgelieferten Anschlußwerte achten.
Oft ist ein Artikel für 210 bis 240 V geeignet oder hat sogar
noch weitere Grenzen. Dann gibt es diesbezüglich also keinerlei
Probleme. Wonach viele Menschen jedoch nicht schauen, ist die
Frequenz, mit der das Gerät arbeiten kann. Normale ist das 50
Hertz (50 Hz oder 50 cps), in den USA und in Japan arbeitet man
aber mit 60 Hz Wechselspannung.
Sowohl an die Geräte als auch an die Anlagen werden, wenn
die Spannung einen bestimmten Wert hat, gesetzliche
Anforderungen gestellt (Niederspannungsrichtlinien).
Diese Anforderungen gelten für elektrisches Material, das für
eine Nennwechselspannung zwischen 50 V und 1000 V oder
eine Nenngleichspannung zwischen 75 V und 1500 V bestimmt
ist.
KRAFTSTROM

Wer sich Hochspannungsleitungen anschaut, die durch das Land
verlaufen, erkennt, daß es sich meist um Gruppen von drei Kabeln
handelt.
Das kommt dadurch, daß alle Generatoren (Dynamos) in den
Kraftwerken mit drei Wicklungen (Spulen) versehen sind, in denen die
Spannung erzeugt wird. Das heißt Dreiphasenstrom, Drehstrom oder
Kraftstrom, im Gegensatz zu den meisten kleineren Generatorsets für
Benutzung an Bord, die als ein Einphasensystem (Monophasensystem)
ausgeführt sind.
Letztere haben einen Generator, der nur eine Wicklung umfaßt, in der
Spannung erzeugt wird. Im allgemeinen sind die drei Wicklungen des
Generators an einer Seite aneinander geknüpft. Dieser Punkt heißt
Sternpunkt (wird auch Null des Netzes genannt).
Die anderen Seiten der Wicklung werden nicht miteinander verbunden.
Sie heißen "Phasen". Zwischen jeder Phase und dem Sternpunkt mißt
man eine Spannung von 230 V. Zwischen jeweils zwei Phasen
untereinander mißt man 400 V (früher 380 V). Eine interessante Seite
des Dreiphasensystems ist die Tatsache, daß jederzeit zwei Spannungen
gleichzeitig vorliegen. Man kann also 230 V und 400 V Geräte
nebeneinander verwenden. Das einzige, auf das man achten muß, ist,
daß man die Geräte richtig anschließt. Der Vorteil ist dann, daß es
möglich ist, für die größeren Leistungen mit sogenannten
"Drehstrommotoren" (mit ebenfalls drei Wicklungen) zu arbeiten.
Drehstrommotoren sind robust und haben einen hohen Nutzeffekt.
Dreiphasensysteme haben auch Nachteile:
Die auf drei Phasen verteilte Energie wird im Generator in drei
Wicklungen erzeugt. Diese drei Wicklungen müssen in gewissem Maße
gleichzeitig belastet werden. Ungleichmäßige Verteilung der Belastung
auf die drei Phasen führt zu einem unregelmäßigen Drehverhalten oder zu
Überbelastung einer Phase

ELEKTRONISCH GESTEUERTE APPARATUR

In vielen Fällen besteht beim Benutzer der Bedarf, die Leistung eines
Gerätes oder der Beleuchtung (stufenlos) regeln zu können, das
heißt z. B. einen Elektromotor langsamer laufen zu lassen oder eine
Glühlampe gedimmt brennen zu lassen.
Dieses sogenannte (Zurück)Regeln geschieht heutzutage mit Hilfe von
Thyristoren; siehe Kapitel "Thyristorsteuerung".
Auch in Wohnmobilen werden immer mehr Geräte angewandt, die
durch Thyristoren gesteuert werden. Diese thyristorgesteuerten Geräte
belasten das Netz, bzw. den Generatorset auf eine unerwünschte
Weise und können sogenannte Netzverschmutzung verursachen; siehe
Kapitel "Netzverschmutzung".
Wenn die Leistung, die über eine Thyristorsteuerung abgenommen
wird, niedriger als 10% der insgesamt abgenommenen Leistung ist,
bleibt der Einfluß dieser "Netzverschmutzung" innerhalb akzeptabler
Werte. Ein Generator oder Wechselrichter hat im allgemeinen wenig
Last davon. Ist aber gerade der größte Stromverbraucher im Fahrzeug
mit einer Thyristorsteuerung ausgestattet, besteht die Gefahr, daß die
Elektrizitätsversorgung an Bord negativ beeinflußt wird.

THYRISTORSTEUERUNG

Ein Thyristor ist ein Halbleiter, der den Strom in eine Richtung
leiten kann. Das Leiten beginnt erst, nachdem er "gezündet" ist.
Einmal "gezündet" leitet er den Strom, bis der Strom auf Null (0)
zurückgegangen ist. In dem Moment wird das Leiten des Stroms
gestoppt. Der Strom, der gesteuert werden muß, ist eine sinusförmige
Wechselspannung (eine Spannung, die zeitlich sinusförmig verläuft),
Die Steuerung erfolgt, indem der Thyristor erst einige Zeit, nachdem
die Spannung durch Null gegangen ist, "gezündet" wird. Während
der restlichen Zeit des Sinusbogens leitet der Thyristor weiter, das
Gerät kann also Leistung erbringen. Sobald die Spannung erneut
Null wird, hört der Thyristor auf zu leiten.
Die Frequenz, bei der das alles geschieht, ist wie bereits erwähnt,
50 Hz (oder 60 Hz) also 50 (oder 60) mal pro Sekunde wird das
stromverbrauchende Gerät vom Netz getrennt und wieder damit
verbunden.
Da wir mit Wechselspannung zu tun haben, ist in jedem Gerät
mindestens noch ein zweiter Thyristor erforderlich, um den Strom
in die andere Richtung zu leiten.
Wenn die beiden Thyristoren in einem Gehäuse untergebracht
sind, nennt man das einen Triac.

NETZVERSCHMUTZUNG

Bei thyristorgesteuerten Geräten verläuft die Belastung nicht
synchron mit der sinusförmigen Wechselspannung und bildet des-
halb für das Netz eine sogenannte "nicht lineare Belastung", ein
oft verwendeter Begriff ist die englische Abkürzung NLL ("Non Linear Loads").
Infolge dieser "nicht linearen Belastung" wird die Sinusform der
Netzspannung nachteilig beeinflußt. Das nennt man "Netzverschmutzung"
Netzverschmutzung ist beim Kauf, z. B. einer elektrischen Kochplatte
oder einer Ankerwinde mit Drehzahlregelung ein wichtiger Punkt, der
beachtet werden muß. Gehen Sie dabei davon aus, daß es auch für
Techniker schwierig ist, abzuschätzen, ob sich die Quelle und der
Abnehmer der Elektrizität in der Praxis gut vertragen werden.
Versuchen Sie deshalb zu vereinbaren, daß das gekaufte (Haushalts)
Gerät kostenlos umgetauscht werden kann, wenn sich zeigt, daß es im
Fahrzeug nicht funktioniert.

COMPUTER UND NAVIGATIONSGERÄTE

Hochwertige elektronische Geräte haben ihre eigenen Anforderungen
an die Elektrizitätsversorgung. Wo Ströme durch Regelgeräte jeweils
wieder ein- und ausgeschaltet werden, treten in der Bordnetzspannung
Schaltspitzen auf. Diese Schaltspitzen (nadeldünne sehr kurzzeitige
Impulse) pflanzen sich durch das 230 V Bordnetz fort und erreichen
so alle anderen Geräte, die daran angeschlossen sind. Auf
Kommunikationsgeräte kann das einen störenden Einfluß haben. Das
gleiche Problem der Netzverschmutzung kann auch durch eine andere
Ursache entstehen. Billige Wechselrichter liefern nämlich keine saubere
sinusförmige Wechselspannung, sondern sind um die schaltenden
elektronischen Elemente wie Thyristoren oder MOS-FET's
(eine Art Transistor) aufgebaut. Diese elektronischen Schalter polen
die Spannung einfach von minus nach plus um und wieder umgekehrt.
Wenn das 50 mal pro Sekunde geschieht, erhält man eine blockförmige
Wechselspannung anstelle einer sinusförmigen Wechselspannung, wie
sie von einem Generator erzeugt wird. Eine blockförmige
Wechselspannung kennt nur zwei Positionen, nämlich maximal positiv
und maximal negativ.

TRAPEZFÖRMIGE WECHSELSPANNUNG

Daher kommt viele hochempfindliche Elektronik aus dem Takt,
wenn sie an Wechselrichtern angeschlossen wird, die eine blockförmige
Spannung liefern. Auch wenn die Spannung genau 230 V und die
Frequenz genau 50Hz beträgt, verweigert das Gerät trotzdem den
Dienst, weil die Form der Spannung nichts taugt. Fernsehgeräte und
Computer sind Beispiele für Geräte, die hohe Anforderungen an die
Wellenform der Netzspannung stellen. Jede Abweichung von der
Sinusform ergibt dann schnell einen dunklen oder hellen horizontalen
Streifen auf dem Bildschirm. Je einfacher das Gerät ist, um so weniger
wählerisch ist es im allgemeinen. Eine elektrische Bohrmaschine ohne
elektronische Drehzahlregelung kann im allgemeinen z. B. prima mit einer
blockförmigen Wechselspannung fertig werden. Daher hat man einen
Kompromiß zwischen einer Blockform und einer Sinusform gesucht.
Das Ergebnis ist ein Wechselrichter, der eine trapezförmige Spannung
erzeugt. Obwohl die Spannungsform von der Blockform abgeleitet ist,
ähnelt sie sehr stark der Sinusform.
Dadurch erkennt praktisch kein einziges elektronisches Gerät mehr einen
Unterschied zwischen der Ausgangsspannung eines Sinuswechselrichters
und eines Wechselrichters mit trapezförmiger Wechselspannung.
Die Anschaffung eines echten Sinuswechselrichters ist deshalb im
Zusammenhang mit dem großen Preisunterschied zwischen diesen beiden
selten gerechtfertigt. Neben der Bezeichnung "trapezförmig" kommt auch
die Bezeichnung "modified sine-wave" vor.

Publiziert am: Montag, 08. September 2008 (2598 mal gelesen)
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