Leitungen [1]

Leitungen, elektrische, diejenigen Bestandteile einer elektrischen Anlage, welche zur Verteilung des elektrischen Stromes von der Stromerzeugungsstelle nach den Verbrauchsstellen dienen.

Das beste Leitungsmaterial ist reines Kupfer, weil es unter den unedeln Metallen die höchste Leitfähigkeit besitzt. Nach den Normalien des Verbandes deutscher Elektrotechniker [1] darf der spezifische Widerstand (s. Widerstand, elektrischer) von Leitungskupfer für Starkstromleitungen nicht größer als 0,0175 oder seine Leitfähigkeit (d.i. der reziproke Wert des Widerstandes) nicht kleiner als 57 sein; als Normalkupfer von 100% Leitfähigkeit gilt ein Kupfer, dessen Leitfähigkeit 60 beträgt. Das spez. Gew. des ausgeglühten Kupferdrahtes beträgt 8,9; die Bruchfestigkeit ist bei weichen Drähten 28 kg für 1 qmm Querschnitt und steigt bei hartgezogenen bis zu 45 kg. Mit Rücksicht auf diese verhältnismäßig geringe Fertigkeit verwendet man bei Freileitungen mit großen Spannweiten, wie sie bei Schwachstrombetrieb (Telephon) häufig vorkommen, besser Kupferlegierungen, z.B. den Weillerschen Siliciumbronzedraht (Bruchfestigkeit 80 kg pro Quadratmillimeter, Leitfähigkeit 42% des Normalkupfers).[136] Als Ersatz für das teure Kupfer kann Aluminium Verwendung finden, das sich trotz seiner geringeren Leitfähigkeit (59%), wegen des kleineren spez. Gew. (2,6) erheblich billiger Hellt; größere Verbreitung hat es hierfür jedoch bisher nicht gefunden. Die Verwendung andern Materials zur Stromleitung ist auf wenige Spezialfälle beschränkt. So benutzt man mitunter in sehr feuchten Räumen, Brauereikellern u. dergl. lieber verzinkten Eisendraht, welcher auf Porzellanisolatoren geführt und mit einem Oelfarbenanstrich versehen ist; auch Bogenlampenleitungen bestehen mitunter aus Eisendraht, welcher dann so bemessen ist, daß er gleichzeitig den Vorschaltwiderstand der Lampe bildet.

Der Kupferleiter besteht entweder aus massivem Draht oder aus einem Seile, welches aus einer Anzahl dünner Drähte zusammengesetzt ist. Massiven Draht verwendet man bei isolierten Leitungen nur bis zu einem Querschnitt von 16 qmm; Kupferdrähte und Seile unter 1 qmm Querschnitt sind nur für Beleuchtungskörper zulässig, wo sie eine mechanische Beanspruchung nicht erleiden. Man unterscheidet blanke und isolierte Leitungen. Blanken Draht verwendet man gewöhnlich nur im Freien auf Isolatoren (s.d.) aus Porzellan, an denen er mittels Bindedraht befestigt wird; sein Minimalquerschnitt ist 6 qmm bei Niederspannung (bis 500 Volt) und 10 qmm bei Hochspannung (über 500 Volt). Bei Verlegung blanker Leitungen in Gebäuden muß der Minimalquerschnitt 4 qmm und die Entfernung der einzelnen Leitungen voneinander je nach der Spannweite 10–20 cm, der Abstand von der Wand 10 cm betragen. Im allgemeinen sollte man blanke Innenleitungen vermeiden, außer für Akkumulatorenräume, chemische Fabriken u. dergl., in welchen die entwickelten Säuredämpfe und ätzenden Stoffe doch sehr bald eine Zerstörung der Isolation herbeiführen würden; sie werden dann mit einem Anstrich von Oelfarbe, Asphalt oder mit einem Bleiüberzuge versehen. Alle übrigen in Innenräumen befindlichen Leitungen erhalten eine gute isolierende Umhüllung, welche möglichst wasserdicht ist, keine leichte Entflammbarkeit besitzt und mechanischen Einwirkungen großen Widerstand entgegensetzt, so daß Verletzungen der Umhüllung besonders bei der Installation der Leitungen ausgeschlossen sind. Diesen Bedingungen entsprechen am besten die Gummibandleitungen, geeignet zur Verlegung in trockenen Räumen bei Spannungen bis 250 Volt, und die Gummiaderleitungen für feuchte Räume sowie für Spannungen bis 1000 Volt. Für mehr als 1000 Volt werden Gummiaderleitungen benutzt, deren Gummihülle aus mehreren Lagen besteht, und zur Verlegung in Erde oder Wasser dienen die sogenannten Kabel (s.d. und Seekabel).

Die Gummibandleitungen sind mit massivem Draht in den Querschnitten 1–16 qmm, als Drahtseil bis 150 qmm zulässig [1]. Der Kupferleiter ist verzinnt, mit Baumwolle umsponnen und dann mit reinem, unvulkanisiertem Paragummiband bei 2 mm Ueberdeckung umwickelt; die Gummihülle ist mit Baumwolle umsponnen und dann nochmals mit Hanf oder Baumwolle umklöppelt. Ueber die Ausführung der Umspinn- und Klöppelprozesse findet man Näheres in [4].

Die Gummiaderleitungen sind massiv bis 16 qmm, als Drahtseil bis 1000 qmm zulässig. Der verzinnte Kupferleiter ist mit einer wasserdichten vulkanisierten Gummihülle von bestimmter Wandstärke umpreßt [1]; hierauf folgt eine Umwicklung aus gummiertem Band und eine imprägnierte Umklöppelung.

Für viele Zwecke, z.B. zum Bewickeln der Spulen von elektrischen Maschinen, Apparaten, Meßinstrumenten u. dergl., genügt eine einfache oder doppelte Bespinnung der Leitungsdrähte mit Baumwolle oder Seide. Da die Stärke der Bespinnungsschicht für manche Zwecke, besonders bei seinen Drähten störend ist, stellt die Allgemeine Elektrizitätsgesellschaft Berlin neuerdings sogenannten Acetatdraht in den Stärken 0,07–0,17 mm her, der mit einer nahtlosen Hülle von nur 0,02 mm Dicke aus Celluloseacetat umgeben ist. Drähte über 0,17 mm Kupferdurchmesser erhalten eine Art Emailüberzug von gleicher Stärke.

Für die Verlegung (Installation) der Leitungen in Innenräumen sind folgende Methoden üblich. Die Verlegung an Porzellanrollen (Fig. 1) oder auf Porzellanklemmen (Fig. 2), die mittels Holz- oder Eisendübeln an der Wand befestigt werden, ist die bequemste und billigste. An die Rollen wird jede Leitung mit weichem Kupferdraht angebunden, während die Klemmen beide Drähte zugleich festhalten; die Befestigungsstellen sollen höchstens 80 cm voneinander entfernt sein, und der Abstand von der Wand muß bis 500 Volt Spannung 1 cm, bis 1000 Volt 2 cm, darüber 1 cm für je 1000 Volt, mindestens jedoch 5 cm betragen. Für sogenannte Mehrfachleitungen, d.h. gut isolierte Leitungsschnüre aus dünnem Kupferdraht, die zwei und mehr selbständige Leitungen enthalten, sind außer den bisher erwähnten Verlegungsmethoden auch noch die beiden folgenden viel verwendet worden. – Das Ringisolatorensystem von Peschel (Hartmann & Braun in Frankfurt a. M.), bei welchem die Mehrfachkabel durch Porzellanringe gezogen werden, die mittels Messinghaken auf Holzdübeln an der Wand befestigt sind (Fig. 3). Eine untergeschobene Rosette verdeckt den in die Wand geschlagenen Holzdübel. – Das Klemmisolatorensystem von Heller (Nürnberg-Glaishammer), bei welchem der Leiter zwischen zwei mit ringförmigen Nuten versehene Scheiben gepreßt wird (Fig. 4). Da bei diesen Verlegungsarten die Leitungen sichtbar bleiben, eignen sie[137] sich wenig für bessere Innenräume, und es hat deshalb das System Bergmann, bei dem der Leiter verdeckt in Rohren liegt, für Inneninstallationen eine sehr große Verbreitung gefunden. Bei diesem System wird aus imprägnierten Papierröhren ein zusammenhängendes Rohrnetz hergestellt, das zur Aufnahme des Leiters dient. Durch das Imprägnieren mit Isoliermasse werden die Rohre undurchlässig gegen Feuchtigkeit, sehr widerstandsfähig gegen Entzündung, erhalten eine hohe Isolierfähigkeit und können deshalb ohne Bedenken in die Wand eingeputzt werden. Bei der Verlegung wird die Verbindung der einzelnen 3 m langen Rohrstücke durch übergeschobene Messinghülsen (Fig. 5) bewirkt, während zur Bildung von Ecken sogenannte Ellbogen (Fig. 6) eingesetzt werden. An allen Stellen, an welchen Lampen oder Ausschalter abzweigen, wird behufs bequemer Revision und Reparatur in die Rohrleitung eine ebenfalls aus imprägnierter Papiermasse hergestellte Abzweigdose (Fig. 7) eingefügt, die durch einen Deckel verschlossen werden kann. Als Leitungen benutzt man bei diesem System sogenannte Zwillingsleiter (Fig. 8), welche aus zwei mit Kautschuk umpreßten und dann durch eine Umspinnung vereinigten Kupferdrahtlitzen bestehen; sie werden in Querschnitten von 1–1,5–2,5–4–6 qmm (für jeden Leiter) hergestellt und können mit 2,5 Ampere pro Quadratmillimeter beansprucht werden. Das Einziehen in die Rohre geschieht nach Fertigstellung des ganzen Netzes von den Abzweigdosen aus; bei längeren Leitungen und wenn mehrere Ellbogen zu passieren sind, wird ein dünnes, elastisches Stahlband bis zur nächsten Dose vorgeschoben, mittels dessen man dann den Leiter nachzieht. Die Verbindung der Enden der einzelnen Leitungsstücke wird innerhalb der Dosen nicht durch Verlötung, sondern mittels sogenannter Abzweigscheiben aus Porzellan, die mit entsprechenden Messingklemmen versehen sind, vorgenommen. Die Bleisicherungen (s.d.) werden ebenfalls auf Porzellanscheiben in die Dosen eingesetzt. Die Rohre sind gegen Gips und Mörtel ganz unempfindlich, werden jedoch durch die im Zement enthaltenen Alkalien angegriffen. Um sie auch hiergegen zu schützen, verlieht man sie mit einem Ueberzug aus dünnem Messing- oder Stahlblech, neuerdings auch aus verbleitem Stahlblech oder, zur Sicherung gegen das Eindringen von Nägeln, aus starkwandigem Stahlrohr (Panzerrohr). Ausführliche Angaben über das Bergmann-System in [4]. – Die früher vielfach übliche Verlegung in Holzleisten, bei der die Leitungsdrähte ebenfalls verdeckt wurden, darf wegen seiner Feuergefährlichkeit nicht mehr angewendet werden.

Berechnung der Leitungsquerschnitte. Nach den Sicherheitsvorschriften des Verbandes deutscher Elektrotechniker [1] dürfen isolierte Kupferleitungen höchstens mit den nachstehend angegebenen Stromstärken dauernd belastet werden.

Die Querschnitte dieser Tabelle sind lediglich mit Rücksicht darauf gewählt, daß beim Stromdurchgange nur eine mäßige Temperaturerhöhung stattfindet; man bezeichnet sie als feuersichere Querschnitte. In den meisten Fällen ist jedoch nicht die Feuersicherheit der Leitung für ihren Querschnitt maßgebend, sondern der zulässige Spannungsverlust. Man berechnet daher die Leitungen so, daß der größte in ihnen eintretende Spannungsverlust einen gewissen zulässigen Wert nicht überschreitet. In den Verteilungsleitungen von Beleuchtungsanlagen darf dieser Verlust 1,5–2,5% der Lampenspannung betragen; stärkere Spannungsschwankungen verkürzen die Lebensdauer der Glühlampen und erzeugen unangenehme Lichtschwankungen. Der Spannungsverlust in den Speiseleitungen ist lediglich von wirtschaftlichen Erwägungen abhängig; man findet ihn bis zu 10 und 15% gewählt.

Bezeichnet i die Stromstärke in Ampère, l die Entfernung der Verbrauchsstelle von der Stromquelle in Metern (die Hin- und Rückleitung = 2l), δ den Spannungsverlust in Volt, w den Widerstand der Leitung in Ohm, c den spezifischen Leitungswiderstand des Kupfers (c = 1/57 = 0,0175), q den Querschnitt der Leitung in Quadratmillimetern, so ist nach dem Ohmschen Gesetz δ = i · w und hierin der Widerstand w für die Hin- und Rückleitung w = c 2 l : q, somit δ = i c 2 l : q, q = c i 2 l : δ = 0,035 i l : δ. Für einen so berechneten Querschnitt wählt man aus den im Handel vorkommenden Normalquerschnitten (Tabellen in [5]) den zunächstliegenden aus. Sind eine größere Anzahl Leitungsquerschnitte zu berechnen, so kann die Arbeit durch Anlegung einer[138] Tabelle wesentlich vereinfacht werden [5]. Ausführliche Angaben über die Methoden zur Berechnung größerer Leitungssysteme findet man in [2]–[4].

Zum Schütze der Leitungen gegen eine zu hohe Stromstärke werden an allen Abzweigstellen sowie an jeder Dynamo, jedem Motor und jedem Lampenkreise sogenannte Abschmelzsicherungen eingeschaltet (s. Bleisicherung, Bd. 2, S. 74). Ebenso sind bei allen Freileitungen Blitzschutzvorrichtungen (Bd. 2, S. 85) anzubringen, welche Entladungen der atmosphärischen Elektrizität ohne Schaden für Leitungen, Apparate und Bedienungspersonal abführen. Ueber Störungen durch Erdschluß und Isolationsprüfungen s. Isolationswiderstand.

Literatur: [1] Weber, Erläuterungen zu den Sicherheitsvorschriften des Verbandes deutscher Elektrotechniker, Berlin 1905. – [2] Herzog und Feldmann, Die Berechnung elektrischer Leitungsnetze, Berlin 1905. – [3] Gallusser und Hausmann, Theorie und Berechnung elektrischer Leitungen, Berlin 1904. – [4] Holzt, Schule des Elektrotechnikers, Leipzig 1903. – [5] Strecker, Hilfsbuch für die Elektrotechnik, Berlin 1907.

Holzt.

Fig. 1., Fig. 2., Fig. 3., Fig. 4.

Fig. 5., Fig. 6., Fig. 7., Fig. 8.