Kraftstromsteckdose

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Schema eines Dreiphasengenerators. Der rotierende Dauermagnet erzeugt in den Spulen durch Induktion ein rechtsdrehendes Dreiphasensystem mit den Außenleiterspannungen UL1, UL2 und UL3. Diese Außenleiter L1, L2, L3 werden bis zur Kraftstromsteckdose geführt und können dort wieder einen Motor in Drehung versetzen.

Als Kraftstromsteckdose (auch: Drehstromsteckdose oder Starkstromsteckdose[1] wird in Österreich umgangssprachlich eine Steckdose mit Anschlüssen im Dreiphasenwechselstromnetz im Normal-Spannungsbereich von 380 VAC bis 400 VAC verstanden (unterste Ebene der Niederspannungsnetze).

Als Drehstrom wird in der Elektrotechnik eine genormte Form von Mehrphasenwechselstrom benannt. Dieser wird aus drei einzelnen Wechselströmen bzw. Wechselspannungen gleicher Frequenz gebildet, die zueinander in ihren Phasenwinkeln im Idealfall um 120° verschoben sind.

Geschichte

Lampenfassung mit Steckdose (Lichtstrom)

Früher wurde vereinfacht unterschieden in Lichtstrom und in Kraftstrom. Lichtstrom (220 V Anschlüsse[2]) fand sich überwiegend im normalen Haushalt und wurden hauptsächlich für die Beleuchtung des Hauses verwendet. Kraftstrom / Drehstrom / Starkstrom (380 V[3]) hingegen überwiegend in Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft zum Antrieb von Motoren. Auch heute noch dienen Kraftstromanschlüsse bzw. -steckdosen in der Praxis überwiegend dem Betrieb von Drehstrommotoren.

Nikola Tesla befasste sich ab 1882 mit Mehrphasenwechselströmen. Er konstruierte 1887 einen Zweiphasen-Wechselstrommotor. Galileo Ferraris aus Italien untersuchte 1885 ebenfalls mehrphasige Wechselströme und definierte das Drehfeldprinzip. Charles Schenk Bradley ließ 1887 und 1888 Ideen zu verschiedenen Mehrphasensystemen patentieren.[4] 1887 wurde von Friedrich August Haselwander der erste Dreiphasen-Synchrongenerator gebaut und 1889 patentiert. 1888 führte Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski, der bei AEG arbeitete, den Begriff Drehstrom ein (er ist auch der Erfinder des Asynchronmotors).

1891 wurde in Deutschland im Rahmen der internationalen elektrotechnischen Ausstellung 1891 in Frankfurt am Main erstmals versuchsweise Dreiphasenwechselstrom übertragen.[5] Diese Anlage wurde von Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski und Oskar von Miller konstruiert. Unter Leitung von Ernst Danielson wurde bei der Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget (ASEA) in Västerås (Schweden) 1893 die erste kommerzielle Anwendung versucht.[6] Das weltweit erste Kraftwerk, welches Dreiphasenwechselstrom umwandelte und zur Verfügung stellte, wurde 1898 an der deutsch-schweizerischen Grenze im Rhein installiert (Altes Wasserkraftwerk von Rheinfelden). In weiterer Folge wurden wurde weitere Versuche auch für Eisenbahnanlagen (z. B. Altofener Donauinsel, Werksbahn der Munitionsfabrik Wöllersdorf, Königlich Preussische Militär-Eisenbahn, Veltlinbahn etc.).

Neben den heute in Europa üblichen Drehstromanschlüssen und (Kraft)–Steckdosen für 380 bzw. 400 V gab und gibt es auch andere Mehrphasenwechselstrom-Systeme (z. B. Drehstromsysteme mit 127 / 220 VAC, Zweiphasenwechselstromsysteme oder Fünfphasensysteme) oder das in Nordamerika verwendete Einphasen-Dreileiternetz mit 120 / 240 V.

Kraftstromsteckdosen

CEE-System

CEE-System: Kraftsteckdosen 5 x 16 A Auf-Putz mit eingesteckten Steckern

Standardmäßig hat sich in Europa die einheitlich genormte CEE-Kraftstromsteckdosen nach IEC 60309 – vor allem im Industriesektor – etabliert. Das CEE-System ist in weiten Teilen Europas verbreitet bzw. auch Standard. Es gibt das CEE-System sowohl für Schwachstrom als auch für Normalspannung und mit verschiedenster Polanzahl. Hauptsächlich sind heutzutage in der Industrie, Gewerbe und im Haushalt fünfpolige Kraftsteckdosen in Verwendung (3 Außenleiter, 1 Neutralleiter und 1 Erdung). Vierpolige System (3 Außenleiter, 1 Erdung, kein Neutralleiter) sollten nicht mehr neu installiert werden.

CEE-Steckdosen sind verpolungssicher. Der Erdungsleiter hat einen größeren Durchmesser als alle anderen Leiter und aufgrund der Anordnung der Buchsen bzw. Stecker ist ein verkehrtes Einstecken auch bei beschädigter Steckdose oder Stecker nicht möglich.

Dieser Vereinheitlichung sind jedoch viele nationale Alleingänge vorausgegangen und im Bereich der untersten Ebene der Niederspannungsnetze werden im Haushaltsbereich in den verschiedenen Ländern immer noch eine Vielzahl von verschiedensten Steckdosen und Steckertypen für mobile Elektrogeräte und Leuchten verwendet (siehe: Länderübersicht Steckertypen, Netzspannungen und -frequenzen). Auch für andere Anwendungen bestehen spezielle genormte Steckdosen, z. B. für Gleichstrom (z. B. CHAdeMO zur leistungsstarken Gleichstromladung von Elektroautos) oder Steckersysteme zur Versorgung von Schaufelradbaggern mit bis zu 20 kV, die sich jedoch ebenfalls nicht einheitlich weltweit durchgesetzt haben.

Perilex

Perilex-System, 16-Ampere-Version, Auf-Putz-Steckdose

Das fünfpolige Perilex-System (Handelsname) wurde vor allem in Österreich, Deutschland und den Niederlanden als Drehstrom-Stecksystem verwendet, zugelassenes und genormt. Dabei ist vor allem die 16-Ampere-Version[7] in Verwendung, weniger die 25-Ampere-Version[8] Die Stecker bzw. Steckdosen/Kupplungen haben einen Schutzleiter- (PE), einen Neutralleiter- (N) und die drei Außenleiter-Anschlüsse (L1, L2 und L3; alte Bezeichnungen: R, S, T).

Perilex-Steckdosen sind verpolungssicher. Der Erdungsleiter hat einen rechteckige Form, alle anderen Leiter eine runde und aufgrund der Anordnung der Buchsen bzw. Stecker und der nicht gleichmäßig runden Form von Steckdose und Stecker ist ein verkehrtes Einstecken nicht möglich.

Das Perilex-System war seit Anfang der 1960er-Jahre in der BRD, dann in Österreich und den Niederlanden in Verwendung, verlor jedoch gegenüber dem robusteren CEE-System nach IEC 60309 stark an Bedeutung. Im Gegensatz zum Perilex-System ist das CEE-System auch für den Dauerbetrieb im Freien zugelassen und schlagfest.

Ovale Kragensteckvorrichtung

Ovaler Kragenstecker aus Kunststoff

Ovale Kragensteckvorrichtungen gab es für 380 V in Varianten für 25, 40, 63 und 100 A. Ovale Kragensteckvorrichtung gab es in vier und später auch in fünfpoliger Ausführung. Diese Steckvorrichtungen waren in Österreich, der BRD und in der DDR verbreitet. Diese Ovale Kragensteckvorrichtung gab es in Metall- und Kunststoffausführung. Sie galten als fehleranfällig und konnten unter Umständen auch verkehrt eingesteckt werden, da alle Stifte den gleichen Durchmesser hatten. Der Stift für die Erdung war bei verkehrtem Einstecken mit einem der spannungsführenden Außenleiter verbunden, und damit standen alle geerdeten Gehäuseteile eines Gerätes unter Spannung.

Seit Beginn der 1980er-Jahre sind diese ovalen Kragensteckvorrichtungen und -kupplungen in Österreich und Deutschland nicht mehr zulässig und müssen ausgetauscht werden.

Schweiz und Liechtenstein

Typ 25 Steckdose (fünfpolig)

In der Schweiz und Liechtenstein werden seit Jahrzehnten eigene Systeme auch im Bereich der Kraftstromsteckdosen verwendet. Das Perilex-System war nicht zugelassen. Heute werden die Typen 15 und 25 des SEV-1011-Stecksystem verwendet. Früher die sogenannten „Steckdosen für Kochherde“ (Typen 7–10).

Bei den Industriesteckvorrichtungen waren sogenannte J-Stecker und J-Steckdosen in Gebrauch. Diese dürfen seit dem 1. Juli 2008 nicht mehr verkauft werden.[9][10] Abgelöst wurden diese J-Industriestecksysteme durch das europaweit einheitliche CEE-System.

Drehrichtungsänderung

Bei Kraftstromsteckdosen mit Dreiphasenwechselstrom kann mit dem Wechseln zweier beliebiger Außenleiter (L1 mit L2 oder L2 mit L3 oder L1 mit L3) in der Anschlussreihenfolge die Richtung des Drehfeldes umgekehrt werden. Dies führt bei Drehstrommotoren zur Drehrichtungsänderung. Standardmäßig ist in Österreich und Deutschland bis zur letzten fest installierten Steckdose ein rechtsdrehendes Drehfeld vorzusehen. Dieses liegt vor, wenn man die Kraftsteckdose von vorn betrachtet, und eine Phasenfolge so vorliegt, dass sich ein davor befindlicher Motor im Uhrzeigersinn drehen würde. Zur Messung der Richtung des Drehfeldes dient das Drehfeldmessgerät.

Montagearten

Wird eine Steckdose fest an einer Wand installiert und hebt sich von dieser (fast) vollständig ab, wird diese als Auf-Putz-Steckdose bezeichnet. Ist eine Steckdose in der Wand weitgehend versenkt installiert, so wird diese als Unter-Putz-Steckdose bezeichnet. Ein Stecker bzw. eine Steckdose (hier Kupplung genannt) kann auch Teil einer mobilen Leitung (ugs.: Verlängerung) sein.

Normen

Beispiele von Normen in Österreich, welche sich mit Steckern bzw. Steckdosen befassen:

  • ÖVE/ÖNORM EN 60309-1:2013 03 01 Stecker, Steckdosen und Kupplungen für industrielle Anwendungen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen (IEC 60309-1:1999 + A1:2005, modifiziert + A2:2012).
  • ÖVE/ÖNORM EN 60309-2:2013 03 01 Stecker, Steckdosen und Kupplungen für industrielle Anwendungen - Teil 2: Anforderungen und Hauptmaße für die Austauschbarkeit von Stift- und Buchsensteckvorrichtungen (IEC 60309-2:1999 + A1:2005, modifiziert + A2:2012).
  • ÖVE/ÖNORM EN 60309-4:2012 12 01 Stecker, Steckdosen und Kupplungen für industrielle Anwendungen - Teil 4: Abschaltbare Steckdosen und Kupplungen mit oder ohne Verriegelung (IEC 60309-4:2006, modifiziert + A1:2012).
  • ÖVE/ÖNORM EN 62196-1:2015 07 01 Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugstecker - Konduktives Laden von Elektrofahrzeugen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen (IEC 62196-1:2014, modifiziert).
  • OVE EN 62196-2:2017 12 01 Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugstecker - Konduktives Laden von Elektrofahrzeugen -- Teil 2: Anforderungen und Hauptmaße für die Kompatibilität und Austauschbarkeit von Stift- und Buchsensteckvorrichtungen für Wechselstrom ( IEC 62196-2:2016).
  • ÖVE/ÖNORM EN 62196-3:2015 06 01 Stecker, Steckdosen und Fahrzeugsteckvorrichtungen - Konduktives Laden von Elektrofahrzeugen - Teil 3: Anforderungen an und Hauptmaße für Stifte und Buchsen für die Austauschbarkeit von Fahrzeugsteckvorrichtungen zum dedizierten Laden mit Gleichstrom und als kombinierte Ausführung zum Laden mit Wechselstrom/Gleichstrom (IEC 62196-3:2014).
  • ÖNORM EN 15869-1:2019 08 01 Fahrzeuge der Binnenschifffahrt - Elektrischer Landanschluss, Drehstrom 400 V, 50 Hz, bis 125 A - Teil 1: Allgemeine Anforderungen
  • ÖNORM EN 15869-2:2019 08 01 Fahrzeuge der Binnenschifffahrt - Elektrischer Landanschluss, Drehstrom 400 V, 50 Hz, bis 125 A - Teil 2: Landseitiger Teil, zusätzliche Anforderungen
  • ÖNORM EN 15869-3:2019 08 01 Fahrzeuge der Binnenschifffahrt - Elektrischer Landanschluss, Drehstrom 400 V, 50 Hz, bis 125 A - Teil 3: Bordseitiger Teil, zusätzliche Anforderungen.
  • ÖVE/ÖNORM E 6610:2001 05 01 Stecker und Steckdosen für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke - Dreipolige Steckdosen mit N- und Schutzkontakt - 16 A, AC 230/400 V; Vorgänger: ÖNORM DIN 49445:1976-06, ÖNORM E 6610:1986-11, ÖNORM E 6610:1987-08, ÖNORM E 6610:1991-01.
  • ÖVE/ÖNORM E 6611:2001 05 01 Stecker und Steckdosen für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke - Dreipolige Stecker mit N- und Schutzkontakt - 16 A, AC 230/400 V; Vorgänger: ÖNORM DIN 49445:1976-06, ÖNORM E 6610:1986-11, ÖNORM E 6610:1987-08; Entwurf: ÖVE/ÖNORM E 6611:2001-05, ÖNORM E 6611:1991-01.
  • ÖVE/ÖNORM E 6612:2001 05 01 Stecker und Steckdosen für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke - Dreipolige Steckdosen mit N- und Schutzkontakt - 25 A, AC 230/400 V; Vorgänger: ÖNORM DIN 49447:1976-06, ÖNORM E 6612:1986-11, ÖNORM E 6612:1987-08, ÖNORM E 6612:1991-01.
  • ÖVE/ÖNORM E 6613:2001 05 01 Stecker und Steckdosen für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke - Dreipolige Stecker mit N- und Schutzkontakt - 25 A, AC 230/400 V; Vorgänger: ÖNORM DIN 49448:1976-06, ÖNORM E 6613:1986-11, ÖNORM E 6613:1987-08, ÖNORM E 6613:1991-01.

Literatur

Lehrbücher:

  •  Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme – Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. Springer, 2006, ISBN 3-540-29664-6.
  •  Adalbert Prechtl: Vorlesungen über die Grundlagen der Elektrotechnik. 2, Springer, Wien 1995, ISBN 3-211-82685-8, 25.

Geschichtliche Entwicklung:

  •  Gerhard Neidhöfer: Michael von Dolivo-Dobrowolsky und der Drehstrom (= Geschichte der Elektrotechnik). 2. Auflage. VDE Verlag, 2008, ISBN 978-3-8007-3115-2.

Weblinks

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. Starkstrom ist etwas irreführend und laienhaft, aber das vorangestellte Wort Starkstrom wird auch in Normen für Geräte und Anlagen in Spannungsbereichen ab 1 Kilovolt angewendet.
  2. Heute 230 V, Phase gegen Neutralleiter oder Erde gemessen. Beachte, dass die Einheit |Lichtstrom eine photometrische Größe ist, die angibt, wie viel für das menschliche Auge wahrnehmbares Licht eine Lichtquelle pro Zeiteinheit abstrahlt. Maßeinheit ist das Lumen (lm).
  3. Heute 400 V, Phase gegen Phase gemessen.
  4. Gerhard Neidhöfer: Early Three-Phase Power, 2007, IEEE Power Engineering Society, Online (Version vom 11. Dezember 2012 im Internet Archive)
  5. Über die erste Kraftüberführung mit Dreiphasenwechselstrom beim Tekniska museet (Version vom 4. Februar 2007 im Internet Archive)
  6. Projekt Runeberg.
  7. ÖNORM E 6610/11 bzw. [[w:DIN-Norm|DIN 49445/46.
  8. ÖNORM E 6612/13 bzw. DIN 49447/48.
  9. NIN-Know-how 23, Elektrotechnik 5/07, Seite 78
  10. NIN-Know-how 30, Elektrotechnik 1/08, Seite 53