Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Bedeutung von Skin-Effekt und Oberschwingungen
Im Zusammenhang mit den zusätzlichen Wärmeverlusten, die durch Oberschwingungen verursacht werden, wird oft auch der Skin-Effekt genannt – oder nach dessen Auswirkungen gefragt [1]. Doch hier sollte man getrost die Kirche im Dorf lassen – insbesondere in der normalen Elektroinstallationspraxis.
Der so genannte Skin-Effekt beschreibt die Tatsache, dass sich ein Wechselstrom über den Leiterquerschnitt ungleichmäßig verteilt: Nahe der Oberfläche ist die Stromdichte höher als zur Mitte des Leiters hin. Selbstverständlich ist dieser Effekt mithin von der Frequenz des Stroms und der Dicke des Leiters, ferner von dessen Form abhängig. Außerdem spielen die Leitfähigkeit und die magnetische Permeabilität des Leiterwerkstoffs eine Rolle. Da die Wärmeleistung in einem Leiter im Quadrat zum Strom steigt, nimmt die Erwärmung in der äußeren Schicht stärker zu als sie sich zur Mitte hin vermindert:
- Eine Verdopplung der Verlustwärme in der äußeren Hälfte des Leiterquerschnitts wird durch eine Halbierung der Verlustwärme in der inneren Hälfte zur Hälfte ausgeglichen – aber eben nur zur Hälfte, nicht ganz.
- Oder, anders ausgedrückt: Durch – im Extremfall – eine Verdopplung der Stromdichte in der äußeren Hälfte des Leiterquerschnitts steigt die Verlustwärme hier auf das Vierfache. Dies wird keineswegs dadurch ausgeglichen, dass für die innere Hälfte des Querschnitts nun gar kein Strom mehr übrig bleibt.
Insgesamt steigt also die Wärmeleistung im gesamten Leiter, sobald sich der gleiche Strom inhomogen über den Querschnitt verteilt. Treten nun höhere Frequenzen als die Netzfrequenz auf – etwa die berüchtigten Oberschwingungen – so werden umsichtige Elektrofachkräfte unsicher, ob die für 50 Hz angewandten Auslegungs- und Auswahlkriterien noch ausreichen oder ob die zusätzliche Erwärmung mitgerechnet werden muss.