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Grundlagen der Elektrotechnik


Gleichstromtechnik


Stromdichte

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Schmelzsicherung




















Die Stromdichte gibt an, wieviel Strom pro Querschnittsfläche eines Leiters fliesst.
Bei Gleichstrom verteilt sich der Strom gleichmässig über den gesamten Leiterquerschnitt, so dass jeder Quadratmillimeter Querschitt gleich stark belastet ist.
Bei Wechselstom, insbesondere mit hoher Frequenz, drängt der Strom an die Oberfläche und im Leiterkern fliesst fast kein Strom mehrSkin-Effekt.
(Hochfrequenzleiter werden daher meist als Hohlleiter ausgeführt, wie z.B. das Antennenkabel , Koaxialleitung)

Die Stromdichte berechnet sich nach der Gleichung:

J = I /A

A Querschnittsfläche des Leiters in mm2
J Stromdichte in A/mm2
I Stromstärke in A

z.B.
Durch eine einadrige isolierte Kupferleitung mit A = 1,5mm2 fließt ein Strom von 20A.
Damit herrscht im Leiter eine Stromdichte von 20A / 1,5mm2 = 13,3 A /mm2. Zulässig ist für diese Leitung eine Stromdichte von 167A/mm2 (Tabelle)

Die Stromdichte ist insbesondere für die Erwärmung des Leiters verantwortlich.
Ist sie längere Zeit zu groß, wird der Leiter zu heiss und kann die Isolierung entzünden.
Bei der Wahl eines Leiters z.B. zur Versorgung der Verstärkerendstufe ist darauf zu achten, dass
  1. der zulässige Spannungsverlust nicht überschritten wird,
    damit am Verbraucher noch genug Spannung ankommt und
  2. die zulässige Stromdichte nicht überschritten wird,
    damit die Isolierung sich nicht entzündet




Die zulässige Stromdichte hängt davon ab, wie gut der Leiter gekühlt ist, also im Einzelnen:
  1. Drahtisolierung
  2. Zahl der Leitungen, die zu einem Kabel zusammengefasst und gemeinsam ummantelt sind
  3. Umgebungsbedingungen
  4. Drahtdurchmesser

Eine Leitung kann seine Wärme nur über seine Oberfläche an die Umgebung abgeben.
Je größer diese Oberfläche ist, desto besser wird die Leitung gekühlt.
Da die Oberfläche (O = pi * 2 * r * l) des Drahtes nur proportional zum Drahtradius wächst, der Querschnitt (A = pi * r2) aber mit dem Quadrat des Radius, hat ein dünner Draht verhältnismässig viel mehr Abkühloberfläche zur Verfügung als ein dicker Draht
Ein Elefant braucht auch im Winter keinen Mantel, während eine nackte Maus schon im Sommer erfrieren würde -- Verhälnis Körperoberfläche zu Körpervolumen!

Ein dicker Draht hat eine wesentlich kleinere zulässige Stromdichte als ein dünner.





zulässige Stromdichten und Gesamtströme für einadrige dauerbelastete Kfz-Kupferleitungen

A / mm2

Imax / A

J /A/mm2

12020
1,52516,7
2,53413,6
44511,2
6579,5
10787,8
161046,5
251375,5
351684,8
502104,2
702603,7
953103,3
1203402,8


Für Leitungen, die nur kurzzeitig belastet werden (z.B. Starterhauptleitung, Startersteuerleitung),gilt die maximale Stromdichte von 30A/mm2.




Schmelzsicherung Um die Gefahr einer Überhitzung der Leitungen zu bannen, werden die meisten Leitungen im Kfz- abgesichert.
Üblich sind heute noch meist Schmelzsicherungen, die bei Überlastung durchbrennen und damit den Stromfluss unterbrechen.
Damit die Sicherung ihre Schutzfunktion für die Leitung auch sicher übernehmen kann, muss natürlich der Durchbrennstrom der Sicherung kleiner sein als der maximal zulässige Leitungsstrom.













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