Applikationen und Anwendungshinweise

Bei thermisch-magnetischen Schutzschaltern wird die Schutzfunktion durch die Kombination aus Stromwärme und Magnetkraft ausgelöst. Der thermische Teil schützt den Verbraucher mit zeitlicher Verzögerung bei Überlast, der magnetische Teil spricht zeitlich unverzögert auf hohe Überlast- und Kurzschlussströme an.

Der fehlerhafte Stromkreis wird danach innerhalb weniger Millisekunden abgeschaltet. TM-Geräteschutzschalter sind hervorragend geeignet für Informations- und Kommunikationsgeräte bzw. für Anwendungen, die höchste Präzision angesichts von Überlastgefahr erfordern.

Geräteschutzschalter mit rein magnetischer Auslösung sind superschnell, aber auch empfindlich gegen Stromspitzen. Bei Kurzschluss wird ein fehlerhafter Stromkreis nahezu ohne zeitliche Verzögerung unterbrochen. Auslöseelement ist allein das Magnetsystem, das auf das Schaltschloss wirkt. Geräteschutzschalter mit magnetischer Auslösung sind weitgehend unempfindlich gegen Temperaturschwankungen und ideal geeignet, Leiterplatten und Halbleiter gegen die Folgen von Kurzschlüssen zu schützen.

Bei Reihenmontage von Geräteschutzschaltern und gleichzeitiger Belastung von mehreren nebeneinander montierten Geräten tritt eine gegenseitige thermische Beeinflussung auf. Diese Beeinflussung kommt einer Erhöhung der Umgebungstemperatur gleich. Sie hängt ab vom Nennstrom, der Anzahl der Geräte, dem Geräteabstand, dem Gleichzeitigkeitsfaktor bei der Auslastung der Geräte und der Belüftung. Bei Reihenmontage und Gleichzeitigkeitsfaktor 1 können die Geräte nur mit 80 % des Nennstromes belastet werden bzw. die Nennströme müssen entsprechend überdimensioniert sein, um eine vorgegebene Belastung erreichen zu können.

Selektivität bedeutet, dass bei einem Kurzschluss nur die unmittelbar vor der Fehlerstelle gelegene Schutzeinrichtung abschaltet und die übrigen Anlagenteile ungestört weiter betrieben werden. Selektivität begrenzt die Auswirkungen eines Fehlers auf ein Mindestmaß und vermeidet Kosten für Maschinenstillstand.

Für derartige Anwendungen sind Schutzschalter-Varianten für den Marinebereich in den Ausführungen IP65 und IP66 die erste Wahl. Je nach Einbauort kann ein Schutz gegen Strahlwasser (Kennziffer 5 an zweiter Stelle) oder sogar starkes Stahlwasser (Kennziffer 6 an zweiter Stelle) in Frage kommen. Die Kennziffer 6 an erster Stelle bedeutet zusätzlichen Schutz gegen das Eindringen von Staub.

Die elektrischen Einsatzgrenzen eines Schutzschalters werden durch charakteristische Strom- und Spannungswerte festgelegt. Diese werden als Bemessungswerte, manchmal auch als  Nennwerte bezeichnet und stellen die Maximalwerte dar, bis zu denen die Angaben im Datenblatt eingehalten werden. D. h. die Datenblattwerte gelten auch, wenn Geräte mit kleineren Bemessungswerten betrieben werden. Die Bemessungsbetriebsspannung Ue (auch Nennspannung) eines GS ist die Spannung, auf die sich z. B. das Bemessungs-Kurzschluss-Schaltvermögen Icn bezieht. Diese Spannung wird auf dem Gerät sowohl für AC als auch für DC angeben. Sollen GS mit sehr kleinen Spannungen von einigen Volt betrieben werden, ist das grundsätzlich mit unseren Spezialisten abzuklären, da es auch physikalisch bedingte untere Grenzwerte gibt.

Der Bemessungsstrom In (Nennstrom) eines GS bezeichnet den maximalen Stromwert, den der GS bei den im Datenblatt angegebenen Umgebungsbedingungen ununterbrochen führen kann. Die Hauptkontakte sind aber nicht zwangsläufig dafür geeignet, auch sehr kleine Ströme im mA-Bereich zu führen. In diesem Fall beraten Sie unsere Spezialisten gerne.

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.

Obwohl Sicherungen eine preiswerte Absicherung von Stromkreisen darstellen, sollte die Kostenersparnis mit den niedrigen Gesamtkosten von Schutzschaltern über die Lebensdauer verglichen werden. Die Möglichkeit der einfachen Wiedereinschaltung nach dem Auslösen im Fehlerfall ist ein signifikanter Vorteil von Schutzschaltern. Die Stillstandszeit bis zur Wiederinbetriebnahme wird hiermit minimiert. Außerdem wird verhindert, eine Sicherung falscher Stromstärke bewusst oder zufällig einzusetzen und damit den Schutz der angeschlossenen Verbraucher zu gefährden.

Das Auslöseverhalten eines Schutzschalters ist zudem über die gesamte Nutzungsdauer stabil. Sicherungen jedoch altern, d.h. ihre Charakteristik kann sich ändern, wodurch der Sicherungsdraht nach einer gewissen Betriebszeit auch bei Führen des Bemessungsstromes abschmelzen kann.

Dem Anlagenkonstrukteur bieten Schutzschalter mehr Gestaltungsmöglichkeiten. Für die Meldung des Betriebszustandes können Hilfskontakte dienen. Kombinierte Schalter/Schutzschalter sparen Platz, Einbauzeit und -kosten. Anders als Sicherungen bieten Schutzschalter mehr Variationsmöglichkeiten je Typ und Auslösecharakteristik. Sie können so wesentlich präziser an Verbraucher und Betriebsbedingungen angepasst werden. Schließlich ist es auch nicht möglich, eine Sicherungen zu testen, ohne sie zu zerstören.

Viele Techniker wählen eine höhere Stromstärke als notwendig. Damit verhindern sie zwar ein Auslösen des Schutzschalters bei Einschaltstromspitzen oder transienten Betriebsstromspitzen, der Schutz bei andauernder Überlast geht aber verloren. Motoren, Magnetspulen oder Transformatoren werden erhöhten thermischen Belastungen ausgesetzt, wodurch Zuverlässigkeit und Lebensdauer sinken.

Durch einfache und bewährte Konstruktion ist der thermische Schutzschalter robust und kostengünstig. Aufgrund der Wärmekapazität des Bimetalls toleriert er überhöhte Einschaltströme, schütz aber den Verbraucher zuverlässig vor längerer Überlast und Kurzschluss.

Klassisch wird hierfür der thermisch-magnetische Schutz mit Bimetall und Spule eingesetzt. Alternativen hierzu sind magnetisch-hydraulische Schutzschalter mit höherer Auslöseträgheit, d.h., schnelle Auslösebewegungen werden gebremst, während langsamere ungehindert ablaufen. Dies ist sozusagen eine mechanisch-dynamische Lösungen zur Unterdrückung des Inrush-Stromes beim Einschalten von Netzteilen.

Eleganter noch ist die aktive Begrenzung des Einschaltstromes mit einem elektronischen Schutzschalter. Neuentwicklungen bieten hier zunehmend eine große Auswahl an Varianten.