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Aufgabe: Ein Untertischgerät mit 2kW leistung ist über eine 18m lange Zuleitung NYM-J 3 x 2,5mm² an 230V angeschlossen.

Fragen der Aufgabe:

 a)Welcher Strom fließt in der Zuleitung?

b)Berechnen sie den Leistungsverlust in der Zuleitung.

c)Wie groß ist die prozentuale Verlustleistung?

 

Über Hilfreiche antworten wäre ich sehr dankbar 

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Hast du die Kenndaten des Kabels ?   ─   smileyface 20.05.2020 um 15:00
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NYM-J sind Kupferkabel. Die Isolierung und anderen Spezifikationen interessieren hier erstmal nicht. In deinem speziellen Fall also ein Kupferkabel mit 2,5mm² pro Ader. Wir haben drei Adern: Hinleitung, Rückleitung und den Schutzleiter. Letzerer ist hier auch uninteressant.

Es gehen also 18m Kabel zum Gerät, durch das Gerät und dann nochmal 18m Kabel zurück. Wir haben also 36m Kupferkabel in Reihe zum Verbraucher.
Der spezifische Widerstand von Kupfer beträgt nach Formelsammlung
0,018 Ohm*mm²/m.

Somit beträgt der Kabelwiderstand:  R_kabel = (36m/2.5mm² ) * 0,018 Ohm*mm²/m = 0.2592 Ohm.
(Kleine Anmerkung: als ich nach dem spezifischen Widerstand gesucht habe, wusste ich zunächst nicht, wie man Länge und Querschnitt in die Formel einsetzt. Hier hilft allerdings die Probe mit den Einheiten. Meter und Quadratmillimeter müssen sich rauskürzen und nur Ohm darf über bleiben.)

Wenn das Gerät für 2kW bei 230V typisiert ist, dann können wir daraus seinen Widerstand berechnen.
Wir haben die Formeln für Leistung P = U * I und wir haben das ohmsche Gesetz U = R * I.
Was wir brauchen, ist eine Formel, in der P, U und R steckt. Also stellen wir das ohmsche nach I um, damit wir I in der Leistungsformel durch einsetzen eliminieren können.
Das Resultat ist: P = U * U/R. Dies stellen wir nach R um und erhalten R = U²/P.
R_Gerät = 230² V² / 2000 W = 26.45 V²/W = 26.45 Ohm.

 

So, jetzt läuft das Gerät aber in Serie mit der Leitung und bekommt daher weniger Spannung, weil da noch was am Kabel abfällt.
Auf dem Weg dahin müssen wir den Gesamtwiderstand berechnen und können dabei noch den Strom im Anschluss berechnen.

R_gesamt = R_Gerät + R_Kabel = 0.2592 Ohm + 26.45 Ohm = 26.7092 Ohm.

I_gesamt = U / R_gesamt = 230V /
26.7092 Ohm = 8.611 A

Die Verlustleistung am Kabel lässt sich wieder mit P = U*I und U = R*I berechnen.
Diesmal eliminiere ich U, da wir den Spannungsabfall am Kabel noch nicht haben. (Wäre zwar nur ein Zwischenschritt, aber eine gut umgestellte Formel ist immer besser, als ein ungenaues Zwischenergebnis mitzuschleppen.)

P = R * I²
P_Kabel = R_Kabel * I_ges² = 
0.2592 Ohm * 8.611² A² = 19.22 W

Wenn ich das mit der Leistung meines Handyladegeräts vergleiche, würde ich vermuten, dass das Kabel schon gut handwarm wird.

Die Leistung des Geräts ist nun nicht mehr volle 2kW, da wir Spannungsabfall durch das Kabel haben.
Wir berechnen also:
P_Gerät = R_Gerät * I_ges² = 
26.45 Ohm 8.611² A² = 1961.249 W.

Der Verlust ergibt sich also nun aus dem Verhältnis der Kabelverlustleistung gegenüber der Gesamtleistung:
Verlust = P_Kabel / P_gesamt = 
19.22 W / (19.22 W + 1961.249 W) = 0.0097 = 0.97%
Vorsicht mit der letzten Zeile: da ich bereits mit gerundeten Zwischenergebnissen berechnet habe, stimmt die Genauigkeit des Ergebnis nicht ganz.
Aber die Antwort ist nahe an 1%.

 

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