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Phase

Definition: ein Leiter, welcher im Betrieb unter einer wesentlichen elektrischen Spannung gegen Erde steht

Gegenbegriff: Neutralleiter

Englisch: phase

Kategorie: elektrische Energie

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 14.08.2020; letzte Änderung: 18.08.2020

An gewöhnlichen Haushaltssteckdosen stehen neben dem Schutzkontakt zwei Kontakte für Neutralleiter und Phase (= Außenleiter) zur Verfügung. Während die beiden zuerst genannten Leiter ein Potenzial nahe dem Erdpotenzial haben und deswegen in der Regel gefahrlos berührt werden können, führt die Phasenleitung eine erhebliche elektrische Spannung gegenüber der Erde – beispielsweise in deutschen Niederspannungsnetzen mit einem Effektivwert von 230 V. Deswegen ist die Berührung einer Phasenleitung durch eine Person grundsätzlich gefährlich – außer wenn sichergestellt ist, dass gleichzeitig nirgends Kontakt mit Erdpotenzial hergestellt wird. Beispielsweise erfährt man keinen Stromschlag, wenn man eine Phasenleitung berührt, ansonsten aber nur auf einem elektrisch isolierenden Teppich steht und sonst nichts berührt. In aller Regel versucht man aber sicherheitshalber jede Berührung mit Phasenleitungen zu vermeiden bzw. unterbinden.

Welche der beiden vertieften Kontakte einer Steckdose mit der Phase verbunden ist, ist beispielsweise in Deutschland nicht festgelegt – es kann beispielsweise bei waagrecht liegenden Kontakten der linke oder auch der rechte sein. Zudem können die Stecker mit zwei unterschiedlichen Orientierungen eingesteckt werden. Somit auf die Funktion eines Geräts nie davon tangiert werden, dass Neutralleiter und Phase vertauscht werden.

Die Identifikation von Phasenleitungen kann beispielsweise einfach mit einem Phasenprüfer erfolgen. Dieser kann beispielsweise wie ein Schraubenzieher aussehen, in denen eine kleine Glimmlampe eingebaut ist. Zur Prüfung hält man die Spitze des Schraubenziehers an die zu prüfende Leitung, während man mit der Hand ein metallisches Teil am Griff berührt. Es fließt dann ein Strom mit sehr geringer (nicht spürbarer) Stärke über den Körper, der ausreicht, um die Glimmlampe deutlich leuchten zu lassen. Dies funktioniert sogar bei schlechtem Kontakt mit Erdpotenzial meist ausreichend gut. Die Erkennung von Phasenleitungen ist bei vielen elektrischen Arbeiten wichtig.

Phasenleitungen werden in Deutschland über braun, schwarz oder grau isolierte Kabel geführt. Ältere Installationen oder solche in anderen Ländern können aber auch ganz andere Farben verwenden.

Drei Phasen (Außenleiter) bei Drehstrom

Drehstrom
Abbildung 1: Effektivspannungen beim Haushalts-Drehstrom.

Bei Drehstrom hat man in der Regel mit drei verschiedenen Phasen zu tun, die mit L1 bis L3 (früher; R, S, T) bezeichnet werden (siehe Abbildung 1). In diesem Zusammenhang spricht man dann häufig klarer von Außenleitern statt von Phasen, aber vor allem umgangssprachlich wird auch Phase häufig verwendet. (Im Zusammenhang mit Einphasen-Wechselstrom ist die Bezeichnung Außenleiter weniger gebräuchlich, und die Kurzbezeichnung z. B. in Schaltplänen ist L.) In der Schweiz wurde bis 2010 auch der Begriff Polleiter verwendet; inzwischen spricht man auch dort von Aussenleitern.

Drehstromsteckdosen bieten üblicherweise Kontakte für alle drei Außenleiter zusätzlich zum Neutralleiter und Schutzleiter an, also insgesamt fünf Kontakte.

Jeder der drei Außenleiter hat eine Spannung mit dem gleichen Effektivwert (bei Niederspannung in Deutschland 230 V) gegenüber dem Neutralleiter, jedoch schwingen diese Spannungen um jeweils eine dritte Periode (120°) gegeneinander zeitlich verschoben (Abbildung 2). Der Effektivwert der Spannung zwischen zwei Außenleitern (die Außenleiterspannung) beträgt ca. 400 V, was im Vergleich zur Sternspannung 230 V um einen Faktor höher ist, der der Quadratwurzel von 3 entspricht. Als Netzspannung eines Drehstromsystems wird meist die Außenleiterspannung angegeben, nicht die Sternspannung.

Drehstrom
Abbildung 2: Zeitlicher Verlauf der elektrischen Spannung zwischen den Phasenleitern und der Erdleitung beim haushaltsüblichen Dreiphasenwechselstrom in Europa. Der Effektivwert dieser Spannungen beträgt 230 V, der Spitzenwert 325 V.

Verwirrend kann sein, dass der Begriff Phase hier in zwei unterschiedlichen Bedeutungen vorkommen kann: einerseits gleichbedeutend mit Außenleiter, andererseits aber auch als Kennzeichnung für die zeitliche Position der jeweiligen elektrischen Schwingung. Im letzteren Sinne unterscheiden sich die Phasen der Spannungen auf den drei Außenleitern um jeweils 120° (oder im Bogenmaß 2π / 3) voneinander.

Bei Mittelspannung und Hochspannung liegen die Spannungswerte natürlich viel höher.

Normgemäß werden die drei Phasen so angeschlossen, dass sich bei Blick auf eine Buchse (z. B. Steckdose) ein rechtsdrehendes Feld ergibt. Dies bedeutet, dass man beim Übergang von einer Phase zur im Uhrzeigersinn nächsten eine Verzögerung von 120° erhält. Dies entspricht bei der üblichen Netzfrequenz von 50 Hz einer Zeitverzögerung von 1 / (3 · 50 Hz) ≈ 6,7 ms.

Wenn durch falschen Anschluss die falsche Drehrichtung entsteht, wird dies im allgemeinen auch dazu führen, dass ein angeschlossener Drehstrommotor falsch herumläuft. In vielen Fällen (z. B. Pumpen) ist das Gerät so nicht mehr brauchbar. Man kann den Fehler dann korrigieren, indem man in der Installation zwei der Phasen miteinander vertauscht oder aber einen sogenannten Phasenwendestecker einsetzt, der über einen kleinen Drehteller diese Vertauschung ermöglicht.

Es gibt außerdem kompakte Drehrichtungsprüfer für eine einfache und schnelle Diagnose bzw. Kontrolle.

Schalten nur der Phase(n) / allpoliges Schalten

Wenn ein elektrisches Gerät über einen Schalter an- oder abgeschaltet werden kann, erfolgt das Schalten in der Regel nur über die Phasenleitung(en), während der Neutralleiter immer verbunden bleibt. Eine Unterbrechung nur des Neutralleiters ist nicht zulässig. Jedoch schaltet man in manchen Fällen alle vier Leitungen gemeinsam, und zwar vorzugsweise so, dass der Neutralleiter zuletzt unterbrochen bzw. zuerst verbunden wird (mit einer meist sehr kurzen Verzögerung). Im letzteren Falle spricht man von allpoligem Schalten. Gefordert wird dies beispielsweise von Fehlerstrom-Schutzschaltern. Bei Blick auf einen Stecker ist es natürlich gerade umgekehrt.

Ein- und dreiphasige Verbraucher

Die meisten Haushaltsgeräte, vor allem über Stecker verbundene, werden der Einfachheit halber nur mit einer der drei Phasen versorgt, arbeiten also einphasig. Leistungsstarke Geräte werden dagegen bevorzugt dreiphasig angeschlossen, also mit allen drei Phasen. Dies hat die folgenden Vorteile:

  • Da sich die Leistung auf drei Phasen verteilt, müssen diese entsprechend geringere Stromstärken liefern; man benötigt also für eine bestimmte Leistung weniger dicke Kabel.
  • Das Netz wird symmetrischer belastet, man vermeidet also sogenannte Schieflasten, solange die Geräte alle Phasen gleich stark belasten. Letzteres ist aber nicht immer der Fall; beispielsweise werden die einzelnen Kochplatten eines Elektroherds immer noch einphasig betrieben, sodass bei Verwendung von nur ein oder zwei Kochplatten nach wie vor eine Schieflast entsteht. Anders ist es bei Drehstrom-Elektromotoren, die normalerweise eine ziemlich symmetrische Belastung verursachen.
  • Soweit eine Schieflast vermieden wird, wird der Neutralleiter nicht mehr belastet, sodass Energieverluste in diesem entfallen. Selbst mit einer gewissen Schieflast sind die Verluste im Neutralleiter meist stark reduziert.

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Siehe auch: Stromnetz, Steckdose, Fehlerstrom-Schutzschalter, Netzspannung, Schieflast
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