Elektrische Energie wird in allen Bereichen des täglichen Lebens benutzt. In Betrieben sowie in Privathaushalten kommen verschiedene Geräte zum Einsatz, die mit elektrischem Strom versorgt werden. Die meisten Betriebsmittel sind hierbei 230 Volt und 400 Volt Geräte. Während die Funktion elektrischer Geräte von Menschen akustisch und visuell wahrgenommen und kontrolliert werden kann, ist der fließende Strom in Leitungen und Geräten unsichtbar und kann bei verdeckten Mängeln, falscher Nutzung, inkorrekter Montage, Missachtung der Sicherheitsvorkehrungen und technischen Regeln eine große Gefahr für Menschen darstellen.
Die Unfallverhütungsvorschriften (UVV), die durch die Berufsgenossenschaften erarbeitet wurden und in DGUV Vorschrift 3 enthalten sind, schreiben die erforderlichen Maßnahmen zur Prüfung elektrischer Geräte und Gewährleistung ihrer Sicherheit vor. Betriebe, Arbeitnehmer und Gerätehersteller sind gesetzlich dazu verpflichtet, die Unfallverhütungsvorschriften zu beachten und deren Anweisungen zu befolgen.
Die rechtliche Grundlage für die Gewährleistung und Prüfung elektrischer Sicherheit bilden die folgenden Vorschriften:
- Arbeitsschutzgesetz (ArbSchG)
- Produktsicherheitsgesetz (ProdSG)
- Energiewirtschaftsgesetz (EnWG)
- Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV)
- Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften (UVV, DGUV V3)
Die Technischen Regeln für Betriebssicherheit (TRBS) enthalten die Richtlinien zur Festlegung der Fristen für Elektroprüfung. Die TRBS-Regeln und DGUV V3 verpflichten Arbeitgeber, der E-Check nach den geltenden VDE-Bestimmungen durchzuführen und die Einhaltung der Prüffristen zu überwachen.
Gefahren durch elektrischen Strom
Wechselstrom mit einer Netzspannung von 230 Volt oder 400 Volt kann zu tödlichen Unfällen führen. Deshalb müssen Hinweise auf mögliche Mängel in elektrischen Geräten ernst genommen werden und solche Mängel müssen sofort beseitigt werden. Das beschreibt die DGUV Vorschrift 3 (ehemals BGV A3).
Prüfung ortsveränderlicher elektrischer Betriebsmittel – 230 Volt und 400 Volt
Der Richtwert für regelmäßige Elektrogeräteprüfung ortsveränderlicher elektrischer Betriebsmittel nach VDE 0701-0702 beträgt 6 Monate, auf Baustellen 3 Monate.
Dreiphasenwechselstrom
Dreiphasenwechselstrom (andere Bezeichnungen: Drehstrom, Kraftstrom, Industriestrom) besteht aus drei einzelnen Wechselströmen gleicher Frequenz, die zueinander in ihren Phasenwinkeln um 120 Grad versetzt sind. Eine Starkstromleitung besteht aus fünf Adern: drei Adern für die drei Außenleiter (Phasen L1, L2, L3), einem Neutralleiter (N) und der Erdung (PE). Die Wechselspannung zwischen jeder Phase und dem Neutralleiter beträgt 230 Volt und zwischen zwei beliebigen Phasen 400 Volt.
Für Beleuchtungsanlagen, Haushaltselektronik, kleine Elektrowerkzeuge und kleine Elektromotoren reicht 230 Volt-Einphasenwechselstrom völlig aus. Er wird zwischen einem Leiter des Dreiphasennetzes und dem Neutralleiter abgegriffen. Ein Einphasensystem ist die einfachste Ausführung eines Wechselstromnetzes. In der Praxis werden jedoch Mehrphasensysteme bevorzugt. Standardsystem für öffentliche Stromversorgung ist das Dreiphasensystem.
Der 230 Volt-/400 Volt-Wechselstrom hat im europäischen Raum eine stabile Frequenz von 50 Hz. Für den Anschluss an die drei Phasen eines Dreiphasensystems gibt es zwei Möglichkeiten: eine Stern- oder eine Dreieckschaltung. Aus demselben Drehstrom kann man durch Stern-Schaltung eine 230 Volt-Spannung von oder durch Dreieckschaltung eine 400 Volt-Spannung gewinnen.
Zwei Außenleiter oder ein Außenleiter und der Neutralleiter bilden ein einphasiges 230 Volt-Wechselstromsystem. Neben der 400 Volt-Spannung zwischen zwei beliebigen Außenleitern (Dreieckspannung) steht noch die um den Faktor 1/Quadratwurzel (3) (0,577350…) kleinere 230 Volt-Spannung (Sternspannung) zwischen einem Außenleiter und dem Neutralleiter zur Verfügung.
Dreiphasenwechselstrom findet Anwendung in leistungsstarken elektrischen Maschinen, Anlagen und Antriebselektromotoren (Industrie, Transport, Bau, Gewerbebetriebe), bei Verteilung elektrischer Energie in Stromnetzen sowie für die Stromversorgung von Gebäuden und Privathaushalten.
Für elektrische Haushaltsgeräte wie Leuchten, Fernsehgeräte, PCs, Stereoanlagen, Waschmaschinen und Kühlschränke braucht man relativ geringe Energiemengen. In Stromsteckdosen wird Wechselstrom mit Netzspannung 230 Volt bereitgestellt. Nur eine der drei Phasen wird für die einzelnen Stromkreise verwendet. Eine herkömmliche Steckdose hat zwei Kontakte: eine Phase des Dreiphasennetzes und ein Neutralleiter, der mit der Erde verbunden ist.
Industrielle und gewerbliche Verbraucher benötigen höhere Leistungen von elektrischen Arbeitsgeräten und nutzen dafür den Dreiphasenwechselstrom. Solche professionellen Geräte benötigen eine robuste Ausführung und zusätzlichen Schutz gegen äußerliche Einwirkungen (Feuchtigkeit, Schmutz, Staub).
Heute ist Dreiphasenwechselstrom auch in Privatwohnungen üblich. In Wohnungen werden mehrere durch Leitungsschutzschalter abgesicherte Stromkreise auf den verschiedenen Phasen installiert. Damit sind Verbraucher sowohl mit dem üblichen 230 Volt-Wechselstrom als auch mit dem 400 Volt-Dreiphasenwechselstrom versorgt.
Der Dreiphasenwechselstrom bietet die Möglichkeit, ein gleichmäßiges Drehfeld zu erzeugen. Dieses Drehfeld wird in Drehstrommaschinen für Antrieb (Elektromotoren) oder zur Gewinnung elektrischer Energie (Elektrogeneratoren) genutzt. Drehstrommaschinen unterteilen sich in Synchronmaschinen, bei denen der Rotor mit der gleichen Drehzahl wie das Stator-Drehfeld rotiert, und Asynchronmaschinen, bei denen der Rotor eine vom Stator-Drehfeld verschiedene Drehzahl aufweist.
Asynchronmaschinen mit Kurzschlussläufern sind einfach aufgebaut, robust, betriebssicher, wartungsfrei und effizient. Sie besitzen keinen Kollektor, der sich abnutzen kann und Funktionsstörungen hervorruft, und arbeiten zuverlässiger als einphasige Wechselstrommotoren.
Elektrische Geräte für den privaten Gebrauch benötigen normalerweise keinen Drehstrom. In Haushalten sind Drehstrom-Steckdosen (400 Volt) auf Ausnahmefälle beschränkt: für besonders leistungsstarke ortsfeste Geräte wie Elektroherde oder Heizgeräte. Ansonsten findet man Drehstrom-Steckdosen und 400 Volt-Geräte normalerweise nur in Landwirtschafts-, Gewerbe- und Industriebetrieben. Der Endverbraucher kann dort seine elektrischen Geräte wahlweise in Sternschaltung (230 Volt) oder in Dreiecksschaltung (400 Volt) betreiben. Die Drehstrom-Steckdosen erkennt man an deren roten Farbe und fünf Kontakten (L1, L2, L3, N, PE). Eine besondere Form des Steckers gewährleistet, dass die Phasen beim Einstöpseln nicht vertauscht werden.
Zu Geräten und Anlagen, die 400 Volt-Drehstrom benötigen, zählen Elektroherde, elektrische Durchlauferhitzer, Saunaöfen, stationäre Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Betonmischer und Tischkreissägen.
Drehstrom bietet viele Vorteile für leistungsstarke elektrische Geräte. Öffentliche Energieversorgungsnetze sind Drehstromnetze. Sie erreichen fast jedes Haus. Klassische einphasige Wechselstromsysteme gibt es fast ausschließlich innerhalb von Gebäuden. Man gewinnt 230 Volt-Wechselstrom aus dem speisenden dreiphasigen Drehstromnetz, indem man nur eine der drei Phasen verwendet.
Auch bei solchen Anlagen und Geräten ist eine VDE Prüfung zwingend erforderlich.
Elektromotoren
Elektromotoren sind elektrische Maschinen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Arbeit. Abhängig von der Art des Wechselstroms werden entweder Einphasen- oder Dreiphasen-Wechselstrommotoren verwendet.
Einphasen-Wechselstrommotoren
Einphasen-Wechselstrommotoren werden für kleine Leistungen bis etwa 5 kW gebaut und werden einphasig an ein Wechselstromnetz angeschlossen. Die gebräuchlichste Betriebsspannung hierfür ist 230 Volt. Ein einphasiger Anschluss an ein Dreiphasennetz ist ebenfalls möglich.
Das einphasige Wechselfeld gibt keine eindeutige Drehrichtung für den Motor vor. Daher läuft der Motor aus dem Stillstand nicht selbst an. Mithilfe eines Kondensators muss zusätzlich ein magnetisches Drehfeld erzeugt werden, damit der Motor in der vorgegebenen Drehrichtung anlaufen kann.
Dreiphasen-Wechselstrommotoren – 230 Volt und 400 Volt
Im Unterschied zu einphasigen 230 Volt-Elektromotoren kann man mit Drehstrom Drehfelder in dreiphasigen 400 Volt-Elektromotoren auch ohne mechanische Bewegung erzeugen. Die Leistungsgrenze für 230 Volt-/400 Volt-Niederspannungsmotoren liegt bei etwa 800 kW. Drehstrommotoren werden als Synchronmotoren oder als Asynchronmotoren gebaut.
Drehstrom-Asynchronmotoren (DAM) mit Kurzschlussläufer sind am gebräuchlichsten. Ihre Betriebseigenschaften genügen den Anforderungen und die Einfachheit des mechanischen Aufbaus kann kaum unterboten werden. Der Rotor benötigt keine Stromzuführung und kommt ohne Bürsten, Kommutatoren und Schleifringe aus. Außer an den beiden Lagern ergeben sich keine Abnutzungen.
Obwohl Drehstrom-Synchronmotoren um bis zu vierzig Prozent teurer sind als Drehstrom-Asynchronmotoren, haben sie einen höheren Wirkungsgrad und zeichnen sich wirtschaftlich durch ein äußert attraktives Preis-Leistungs-Verhältnis aus.
Die Betriebsart eines Motors hat Einfluss auf sein thermisches Verhalten, seine Belastbarkeit und somit auf Auswahl und Ausführung der geeigneten Maschine. Aufgrund der Vielzahl von möglichen Betriebsarten sind diese in DIN EN 60034-1 (VDE 0530-1) in zehn Hauptbetriebsarten eingeteilt.
Dreiphasen-Wechselstrommotoren (Drehstrommotoren) sind das Rückgrat der elektrischen Antriebstechnik. Diese Motoren sind einfach, robust und wartungsarm. Heute kann man sie auch gut in der Drehzahl verstellen. Daher verdrängen sie zunehmend die anderen Motorarten.
Vorteile von 400 Volt-Geräten
Für viele gebräuchliche Elektro- und Elektronikgeräte in Büros und Privathaushalten sind einphasige 230 Volt-Wechselstromnetze ausreichend. Sie sind einfacher und weniger anspruchsvoll in Bezug auf Materialien und Bauteile. Dreiphasige Wechselstromnetze (Drehstromnetze) sind für große Lasten und die Energieversorgung leistungsstarker rotierender elektrischer Maschinen am besten geeignet. Die Leistung teilt sich auf die drei Leiter auf.
Ein großer Vorteil von Dreiphasensystemen ist ihre natürliche Eigenschaft, ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Dies ermöglicht serielle Herstellung von dreiphasigen Wechselstromgeräten, elektrischen Maschinen, Generatoren und Motoren. Industrielle Geräte sind für 400 Volt ausgelegt und haben eine höhere Leistung. Industrielle Motoren und Generatoren können den Strom aus den drei Phasen gleichzeitig nutzen, um ihre Aufgaben schneller und effizienter zu bewältigen.
Ein elektrisches Gerät mit 230 Volt Netzspannung und 16A Sicherung kann bis zu 3,6 KW leisten (230 Volt x 16A = 3,680 KW). Ein 400 Volt-Gerät, das den Strom aus zwei Außenleitern des Dreiphasennetzes entnimmt und genauso bis zu 16A Strom benutzt, erzeugt bis zu 6,4 KW Leistung (400 Volt x 16A = 6,4 KW), also das 1,7-fache (Quadratwurzel (3) = 1,732…). Dies bedeutet, dass bei gleichem verbrauchtem Strom ein 400 Volt-Gerät etwa doppelt so viel leisten kann als ein 230 Volt-Gerät!
400 Volt Geräte (dreiphasiger Wechselstrom) weisen gegenüber 230 Volt Geräten (einphasiger Wechselstrom) viele Vorteile auf, die insbesondere in industriellen und gewerblichen Bereichen deutlich überlegen sind. Es gibt sehr effiziente und leistungsstarke Drehstrommotoren. Einphasen-Wechselstrommotoren sind dagegen in Betrieb und Wartung ungünstig und lassen sich für hohe Leistungen kaum realisieren. Außerdem erzeugen Einphasen-Wechselstrommotoren Pulsationsmomente mit der doppelten Frequenz. Wenn die Leistung ab einigen Kilowatt erforderlich ist, erweisen sich 400 Volt-Geräte, die am Dreiphasennetz angeschlossen sind, als wirtschaftlich sinnvoll.
Fazit für den Unterschied zwischen 230 Volt und 400 Volt Geräten
Eine DGUV Prüfung ist zwingend erforderlich! Die Spannung 230 Volt ist eine Einphasenspannung für Licht-, Elektronik- und gebräuchliche Haushaltsgeräte. Nur besonders leistungsstarke elektrische Geräte benötigen 400 Volt- Dreiphasenstrom. In Arbeitsmaschinen für industrielle und gewerbliche Nutzung werden meist 400 Volt-Drehstrommotoren verwendet.
Sowohl bei 230 Volt- als auch bei 400 Volt-Geräten müssen die Schutzmechanismen intakt sein. Die Geräte müssen sich im ordnungsgemäßen Zustand befinden und zweckgemäß verwendet werden. Die Prüfung ortsveränderlicher elektrischer Betriebsmittel und Elektroprüfung von Geräten nach den geltenden DGUV V3-Bestimmungen sind unabdingbar, um die Anforderungen an die elektrische Sicherheit zu gewährleisten.