Übungsaufgaben zu Installationsschaltungen: Installationspläne lesen, Abzweigdosen verdrahten, Fehler finden

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Installationspläne lesen, Abzweigdosen verdrahten, Fehler finden“.

Bauplan: Halte Dich an Aufbau, Kompetenzstufen, Operatoren,
Anforderungsbereiche, Punkte und Zeitschätzung, die im Artikel
https://oer-informatik.de/aufgaben-aufbau beschrieben sind.

Fachliche Grundlage:
- https://oer-informatik.de/installationsschaltungen
- https://oer-informatik.de/leitungen-verbindungstechnik
- https://oer-informatik.de/netzsysteme-schutzeinrichtungen
- Stilbeispiel: https://oer-informatik.de/installationsschaltungen-uebungsaufgaben

Die Aufgaben sollen Inhalte zu diesen Schlagwörtern abdecken:
- Installationsschaltungen
- Installationsplan
- Wechselschaltung
- Kreuzschaltung
- Stromstoßschalter
- Treppenlichtzeitschalter
- Abzweigdose
- Mindestaderzahl
- Verlegeart
- Anschlussfehler

Kompetenzstufe: Basiskompetenz (alternativ: Kernkompetenz, Profilkompetenz, Expertise)
Anzahl: 1 Aufgabe mit Teilaufgaben
Bearbeitungszeit in Minuten ca.: <5 bis 30 min>
Szenario: eines der Szenarien aus dem Bauplan

Vorgehen:
1. Lies zuerst die verlinkten Artikel. Kannst Du keine Webseiten
   abrufen, sag mir das, statt zu raten.
2. Steht bei einer Angabe noch ein Platzhalter in <…>, frag mich
   zuerst danach. Richte Punkte und Zahl der Teilaufgaben nach der
   Bearbeitungszeit (ca. 0,9 min je Punkt).
3. Gib je Aufgabe Titel mit Kompetenzstufe, Ausgangssituation und
   Teilaufgaben mit Operator und Punktzahl aus, dazu die geschätzte
   Bearbeitungszeit.
4. Gib die Beispiellösungen mit Punkteverteilung erst aus, wenn ich
   danach frage.

Geg.: Installationsplan Besprechungsraum und Flur

Ges.: Bezeichnung von -S1, -S2, -S3 und -X1

• -S1: Serienschalter – zwei Striche mit Haken in dieselbe Richtung (1 Punkt).
• -S2 und -S3: Wechselschalter – ein Strich durch den Kreis, Haken in entgegengesetzte Richtungen (je 1 Punkt).
• -X1: Schutzkontaktsteckdose – Halbkreis mit Querstrich für den Schutzkontakt (1 Punkt).

Ges.: Schaltungsarten

• Besprechungsraum: Serienschaltung – ein Serienschalter schaltet die zwei Leuchten -E1 und -E2 getrennt von einer Stelle aus (1 Punkt).
• Flur: Wechselschaltung – die Leuchte -E3 wird von zwei Stellen (-S2 und -S3) aus geschaltet (1 Punkt).

Ges.: Mindestaderzahl und Leiter der Leitungen -W2 bis -W5, -W7, -W8

Bewertung: je Zeile 1 Punkt (Aderzahl und Leiter richtig). -W2 braucht L, weil in D2 der Serienschalter und die Steckdose versorgt werden. -W4 führt beide Schaltdrähte, weil -E2 über -E1 angeschlossen ist. -W8 führt kein L: Der Außenleiter endet in D1 am gemeinsamen Anschluss von -S2; nach D3 gehen nur die korrespondierenden Leiter sowie N und PE für die Leuchte. Zu den Schaltern aus Isolierstoff zählt kein Schutzleiter mit.

Ges.: Verlegearten von -W1 und -W6, Bedeutung von NYM-J

• -W1: mehradrige Mantelleitung im Elektroinstallationsrohr auf der Wand → Verlegeart B2 (1 Punkt).
• -W6: Leitung direkt im Putz → Verlegeart C (1 Punkt).
• NYM-J: N Normtyp, Y Isolierung aus PVC, M Mantelleitung, -J mit grün-gelber Schutzleiterader (1 Punkt).

Geg.: Flurbeleuchtung mit -F1, -S2, -S3, -E3; Leitungen -W7 bis -W10

Ges.: Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung

Bewertung: L1 über -F1 an den gemeinsamen Anschluss von -S2 (1 Punkt), zwei korrespondierende Leiter zwischen den Umschaltanschlüssen (1 Punkt), gemeinsamer Anschluss von -S3 zur Leuchte (1 Punkt), Leuchte an N und PE, Kennzeichnung vollständig (1 Punkt). Die Schalterstellung im Plan ist frei wählbar.

Ges.: Klemmenverbindungen in D3

In D3 treffen -W8 (von D1), -W9 (zu -S3) und -W10 (zur Leuchte -E3) zusammen.

Bewertung: je Zeile 1 Punkt. Die braune Ader von -W8 wird nicht gebraucht; sie bleibt als Reserve und wird isoliert abgelegt. Schwarz und Grau dürfen getauscht sein, wenn sie in D1 und D3 gleich zugeordnet sind.

Ges.: fachgerechte Variante

Variante A ist fachgerecht (1 Punkt): Außenleiter am gemeinsamen Anschluss des einen Schalters, Schaltdraht vom gemeinsamen Anschluss des anderen zur Leuchte, N direkt zur Leuchte.

Begründung der übrigen Varianten (1 Punkt bei mindestens zwei richtigen Begründungen):

• B: Es wird der Neutralleiter geschaltet; die ausgeschaltete Leuchte liegt dauerhaft am Außenleiter.
• C: Der Außenleiter liegt an einem Umschaltanschluss; die Leuchte lässt sich nur in bestimmten Schalterstellungen schalten.
• D: Die Leuchte leuchtet, sobald einer der beiden Schalter auf den korrespondierenden Leiter der Leuchte schaltet; ausschalten lässt sie sich nur, wenn beide Schalter umgestellt werden. Das ist keine Wechselfunktion.

Ges.: passender Installationsplan

Plan Q passt (1 Punkt). Begründung (1 Punkt): Ein Wechselschalter braucht drei aktive Adern (L bzw. Schaltdraht und zwei korrespondierende Leiter); zwischen den Dosen laufen die zwei korrespondierenden Leiter mit N und PE, also vier Adern. Plan P mit zweiadrigen Schalterleitungen passt zu zwei Ausschaltungen, nicht zu einer Wechselschaltung.

Geg.: Installationsplan Ersatzteillager, Anschlussbild von -S2; Stellung I: 1–3, 2–4; Stellung II: 1–4, 2–3

Ges.: Schalterbezeichnungen, Schaltungsart

-S1 und -S3 sind Wechselschalter, -S2 ist ein Kreuzschalter (1 Punkt). Es handelt sich um eine Kreuzschaltung mit drei Schaltstellen (1 Punkt).

Ges.: Anschlussfehler an -S2 und Erklärung des Fehlerbilds

Fehler (2 Punkte): Die beiden korrespondierenden Leiter von -W3 (Schwarz und Grau, kommen von -S1) liegen nicht auf demselben Klemmenpaar: Schwarz an Klemme 1, Grau an Klemme 3. Ebenso liegen die Adern von -W4 auf 2 und 4. Richtig wäre ein Klemmenpaar je Leitung (z. B. -W3 an 1 und 2, -W4 an 3 und 4).

Erklärung (2 Punkte):

• Stellung I verbindet 1 mit 3 und 2 mit 4. Damit werden die beiden Adern von -W3 miteinander verbunden und die beiden Adern von -W4 miteinander. Zwischen der -S1-Seite und der -S3-Seite gibt es keine Verbindung – die Leuchte bleibt immer aus.
• Stellung II verbindet 1 mit 4 und 2 mit 3, also je eine Ader von -W3 mit einer Ader von -W4. Dann wirkt -S2 wie eine durchgehende Verbindung, und -S1 und -S3 arbeiten wie eine Wechselschaltung.

Ges.: fachgerechter Anschluss

Je Leitung ein Klemmenpaar (2 Punkte), z. B.:

Vertauschte Farben innerhalb eines Klemmenpaars sind ebenfalls richtig; der Kreuzschalter vertauscht die korrespondierenden Leiter ohnehin.

Ges.: Beleuchtungssteuerung und Begründung

Geeignet ist eine Treppenlichtschaltung mit Treppenlichtzeitschalter und vier parallelen Tastern an den Zugängen (1 Punkt).

Begründung (2 Punkte):

• Der Treppenlichtzeitschalter schaltet das Licht nach der eingestellten Zeit selbsttätig ab; vergessenes Licht brennt nicht mehr über Nacht.
• Taster lassen sich beliebig erweitern und brauchen je Betätigungsstelle nur zwei Adern.

Eine Kreuzschaltung mit zwei Kreuzschaltern und eine Stromstoßschaltung erfüllen zwar den Wunsch nach vier Schaltstellen, schalten das Licht aber nur von Hand aus; vergessenes Licht brennt weiter. Die Kreuzschaltung braucht außerdem zu jedem Kreuzschalter vier aktive Adern.

Ges.: Darstellung im Installationsplan

• Die Taster werden als Kreis mit innerem Kreis an den Zugängen eingezeichnet, beleuchtete Taster zusätzlich mit Kreuz (1 Punkt).
• Der Treppenlichtzeitschalter wird als Rechteck mit Uhrsymbol eingezeichnet, meist im Verteiler; die Leitungen zu den Tastern erhalten die passende Aderzahl (1 Punkt).

Geg.: Flur mit 7 Betätigungsstellen, 10 LED-Leuchten je 28 W

Ges.: Vergleich der drei Beleuchtungssteuerungen

Bewertung: je richtiger Zelle der ersten beiden Zeilen ½ Punkt, je richtiger Zelle der dritten Zeile 1 Punkt; höchstens 6 Punkte. Mit beleuchteten Tastern mit N-Anschluss kommt bei den Tasterschaltungen eine Ader hinzu.

Ges.: Auswahl, Begründung, zwei Funktionen

Gewählt wird die Treppenlichtschaltung (1 Punkt): Sie schaltet das Licht selbsttätig ab und spart damit Energie, und sie lässt sich mit sieben Tastern und wenigen Adern einfach aufbauen.

Funktionen (je 1 Punkt, zwei davon):

• Ausschaltvorwarnung: Das Licht flackert oder dimmt vor dem Abschalten, niemand steht plötzlich im Dunkeln.
• Nachschalten: Ein erneuter Tastendruck startet die Zeit neu.
• Dauerlicht, z. B. für Reinigungsarbeiten.
• Eingang für beleuchtete Taster (Glimmlampen- bzw. LED-Taster mit N-Anschluss), damit die Taster im Dunkeln zu finden sind.

Geg.: n = 10, P_1 = 28\ \mathrm{W}, t_\mathrm{alt} = 11\ \mathrm{h} je Tag, z = 85 Betätigungen je Tag, t_\mathrm{B} = 3\ \mathrm{min}, d = 280 Tage, k = 0{,}31\ \text{€}/\mathrm{kWh}

Ges.: eingesparte Energie \Delta E, Kostenersparnis K

\begin{aligned} &\text{(I)} && P_\mathrm{ges} = n \cdot P_1 \\ &\text{(II)} && t_\mathrm{neu} = z \cdot t_\mathrm{B} \\ &\text{(III)} && \Delta E = P_\mathrm{ges} \cdot (t_\mathrm{alt} - t_\mathrm{neu}) \cdot d \\ &\text{(IV)} && K = \Delta E \cdot k \end{aligned}

I und II in III:

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} \Delta E & = & n \cdot P_1 \cdot (t_\mathrm{alt} - z \cdot t_\mathrm{B}) \cdot d & \\ \Delta E & = & 10 \cdot 28\ \mathrm{W} \cdot (11\ \mathrm{h} - 85 \cdot 0{,}05\ \mathrm{h}) \cdot 280 & \\ \Delta E & = & 0{,}28\ \mathrm{kW} \cdot 6{,}75\ \mathrm{h} \cdot 280 & \\ \Delta E & = & \underline{\underline{529\ \mathrm{kWh}}} & \end{array}

(3 Punkte: Leistung, Einschaltdauer mit Umrechnung 3\ \mathrm{min} = 0{,}05\ \mathrm{h}, Energie)

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} K & = & \Delta E \cdot k & \\ K & = & 529{,}2\ \mathrm{kWh} \cdot 0{,}31\ \text{€}/\mathrm{kWh} & \\ K & \approx & \underline{\underline{164\ \text{€}}} & \end{array}

(2 Punkte) Die Energie ergibt sich ohne Rundung genau zu 529,2 kWh; mit dem gerundeten Wert 529 kWh ergibt sich ebenfalls K \approx 164 €. Die neue Steuerung spart also rund 529 kWh und 164 € im Jahr.

Ges.: Mindestaderzahl zwischen zwei Tastern

3 Adern (1 Punkt): Außenleiter L (zum Tasterkontakt), Tasterleitung zum Steuereingang des Treppenlichtzeitschalters und Neutralleiter N für die Glimmlampe bzw. LED (1 Punkt). Ein Schutzleiter ist für Taster aus Isolierstoff nicht nötig.

Ges.: Ursache und Abhilfen

Ursache (1 Punkt): Ohne N-Anschluss liegt die Glimmlampe jedes Tasters parallel zum Tasterkontakt zwischen L und Steuereingang. Durch die Glimmlampen fließt dauernd ein kleiner Strom in den Steuereingang; bei mehreren Tastern addieren sich die Ströme, und der elektronische Treppenlichtzeitschalter wertet das als dauernden Tastendruck. Er startet die Zeit immer wieder neu.

Abhilfen (je 1 Punkt, zwei davon):

• Taster mit eigenem N-Anschluss für die Beleuchtung verwenden und den Neutralleiter mitführen,
• die im Datenblatt zulässige Zahl beleuchteter Taster bzw. den höchsten Glimmlampenstrom einhalten (Glimmlampen entfernen oder Taster ersetzen),
• ein Gerät mit Glimmlampenkompensation bzw. passender Betriebsart einsetzen.