FAQ - Fragen zum Temperatur- und Auslöseverhalten von Schutzschaltern

Unter Temperaturverhalten versteht man die Abhängigkeit der Belastbarkeit und der Abschaltkennlinie eines Geräteschutzschalters von der Umgebungstemperatur. Die Zeit-/Strom-Kennlinien beziehen sich in der Regel auf eine Umgebungstemperatur von 23 °C.
Thermische und thermisch-magnetische Geräteschutzschalter sind meist nicht temperaturkompensiert, d.h., die Abschaltzeiten bei einer thermischen Auslösung werden kürzer bei höheren und länger bei niedrigeren Umgebungstemperaturen. Die Zeit-/Strom-Kennlinie passt sich somit automatisch an die thermische Belastbarkeit vieler Verbraucher an.
Sind thermische Schutzschalter mit einer Temperaturkompensation ausgestattet, so bleibt die Kennlinie in einem weiten Temperaturbereich unverändert. Dies ist z.B. bei Luftfahrt-Schutzschaltern der Fall.
Die Kennlinien magnetischer und hydraulisch-magnetischer Geräteschutzschalter sind temperaturunabhängig, passen sich daher aber auch nicht an die thermische Belastbarkeit von Verbrauchern an.

Ein Kurzschlussstrom ist ein Überstrom, der durch einen Fehler mit niedriger Impedanz zwischen Punkten auftritt, die im bestimmungsgemäßen Betrieb unterschiedliches Potenzial haben. Ein Kurzschluss kann durch einen Fehler oder eine falsche Verbindung verursacht werden.

Ein elektrisches Feld nennt man homogen, wenn sich zwischen den Elektroden konstante Potenzialgradienten befinden, d.h. der Abstand zwischen den sich ausbildenden Feldlinien ist konstant. Ein solches Feld entsteht näherungsweise zwischen zwei kugelförmigen Elektroden, deren Radius größer ist als ihr Abstand voneinander. Ein exaktes homogenes Feld erreicht man durch eine besondere Form des Randes bei kreisförmigen Plattenelektroden. Solche Elektroden heißen auch Rogowski-Elektroden.

Die Schutzfunktion bei thermisch-magnetischen Geräteschutzschaltern wird von der Temperatur und von der Magnetkraft ausgelöst. Der thermische Teil (z.B. Bimetall) des Schutzschalters schützt bei Überlast mit einer zeitlich verzögerten Auslösung. Der magnetische Teil (z.B. Spule und Tauch- oder Klappanker) spricht zeitlich unverzögert auf hohe Überlast- und Kurzschlussströme an und schaltet den fehlerhaften Stromkreis innerhalb von wenigen Millisekunden ab.
Deshalb sind Geräteschutzschalter mit thermisch-magnetischer Auslösung besonders geeignet für Geräte und Anlagen der Informations- und Kommunikationstechnik, sowie für Prozesssteuerung und andere Anwendungen, die ein hohes Maß an Sicherheit bei Gefahr von Überlast und Kurzschuss erfordern.
Im Vergleich zu thermischen Schutzschaltern reagieren sie allerdings empfindlicher auf Einschaltstromstöße.

Thermische Geräteschutzschalter basieren auf der Erwärmung eines stromdurchflossenen Heizelements, wie z.B. eines Thermobimetalls. Sie sind und bleiben eine der unkompliziertesten, zuverlässigsten und kostengünstigsten Schutzgeräte, die zur Verfügung stehen. Das Thermobimetall kann entweder ein Bimetallstreifen mit einer Verklinkung und einem separaten, federgespannten Kontaktmechanismus sein oder eine Scheibe mit Schnappeffekt, an der direkt ein Kontakt befestigt ist. Durch diese Konstruktion sind Geräteschutzschalter mit Schnappscheibe preiswerter und besitzen eine etwas flinkere Kennlinie als Geräteschutzschalter mit Bimetallstreifen.

Ein weiteres thermisches Prinzip, der Dehndraht, nutzt den besonders hohen Ausdehnungskoeffizienten von speziellen Metallen aus, um die Kontaktstücke zu öffnen. Ein zwischen zwei Federn gelagerter Draht aus diesem Werkstoff wird vom Strom durchflossen, dehnt sich aus und lässt das Element bei Erreichen einer bestimmten Temperatur umschnappen. Mit diesem Prinzip sind sehr flinke thermische Kennlinien realisierbar.

Thermische Geräteschutzschalter sind ideal geeignet für den Schutz einer breiten Palette von Komponenten und Systemen, wie Motoren und Transformatoren bis hin zu Bordnetzen in Luft-, Land- und Wasserfahrzeugen.

Diese Anwendungen erfordern alle eine Unterscheidung zwischen kurzen Einschaltstromstößen und schädlichen Langzeitüberströmen. Thermische Geräteschutzschalter lösen z.B. bei Stromspitzen, wie sie beim Einschalten von Glühlampen oder Motoren auftreten, nicht aus, während sie im Falle eines blockierten Motors, den Stromkreis trennen und Schaden an der Motorwicklung verhindern.

Die Auslösezeit ist die Zeit vom Beginn des Stromflusses im zuerst schließenden Pol des Hauptstromkreises bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Strom im zuletzt öffnenden Pol des Hauptstromkreises zu Null wird.

E-T-A Schutzschalter werden in ihrem Auslöseverhalten nicht direkt von der treibenden Spannung beeinflusst. Jede Spannungsänderung generiert auch abhängig von der Impedanz im Kreis gemäß dem Ohm’schen Gesetz eine Stromänderung, es sei denn, der Verbraucher wird von einer geregelten Stromquelle gespeist. Eine Erhöhung des Stromes über die Ansprechwerte hinaus führt zum Ansprechen des Schutzschalters, um Schäden am Verbraucher z.B. durch Überhitzung zu verhindern.

Ursache muss nicht immer eine höhere Spannung sein, es kann z. B. auch ein versehentlich in Dreieck-Schaltung anlaufender Motor sein, der dann in der Anlaufphase gegenüber der dort üblichen Sternschaltung den 3-fachen Strom zieht.

Ja, der Wert darf nicht über der oberen Grenze des Toleranzbereiches der Bemessungsspannung des jeweiligen Schutzschaltertyps liegen. Der Betrieb mit kleineren Spannungen, z. B. 12 V statt 24 V ist zulässig und beeinträchtigt die Funktion nicht.

Immer da, wo der Spannungsfall im Kreis auf ein Minimum reduziert werden soll, sind „widerstandsarme“ Varianten gefragt. In Schaltanlagen mit DC 24 V und Stromkreisen mit kleiner Nennstromstärke erhalten diese niederohmigen Varianten häufig den Vorzug. Darüber hinaus reduziert die geringere Verlustleistung beim Einbau in Schaltschränken das Temperaturniveau.

Das größere Schaltvermögen bei Wechselspannung basiert auf der Tatsache, dass bei jedem Stromnulldurchgang der Lichtbogen verlöscht und damit letztendlich höhere Kurzschlussströme  beherrscht werden können als bei Gleichspannung, wo ein Strom-Nulldurchgang durch zusätzliche Maßnahmen wie spezielle Löschkammern erzwungen werden muss. Werden bei Gleichspannung keine zusätzlichen Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung vorgesehen, ist der konstruktive Aufbau grundsätzlich identisch zu dem bei Wechselspannung.

Damit lassen sich zwar Rückwirkungen auf die Stromversorgung und damit auf die von ihr ebenfalls gespeisten anderen Verbraucher vermeiden. Der flinke Schutzschalter kann aber nicht zwischen Kurzschluss und Laden einer kapazitiven Last unterscheiden und löst so auch sofort beim Einschalten des Verbrauchers durch den relativ hohen Ladestromstoß aus. Abhilfe schafft hier ein Elektronischer Schutzschalter, dessen Abschaltverhalten exakt auf die Charakteristik von Schaltnetzteilen abgestimmt ist.