Leitungsschutzschalter
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Ein Leitungsschutzschalter (kurz LS-Schalter, umgangssprachlich Sicherungsautomat oder kurz Automat, neuerdings MCB für engl. Miniature Circuit Breaker) ist eine Überstromschutzeinrichtung in der Elektroinstallation. Er schützt Leitungen vor Beschädigung durch zu starke Erwärmung in Folge zu hohen Stroms. Leitungsschutzschalter sind wiederverwendbare, nicht selbsttätig rückstellende Sicherungselemente.
Wie eine Sicherung oder ein Leistungsschalter kann er den Stromkreis nicht nur bei Überlast, sondern auch bei einem Kurzschluss selbsttätig abschalten.
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[Bearbeiten] Funktionsweise
Der Abschaltmechanismus kann auf vier Arten ausgelöst werden:
1. Auslösung bei Überlast
- Wenn der vorgegebene Nennwert des durch den Leitungsschutzschalter fließenden Stromes längere Zeit nennenswert überschritten wird, erfolgt die Abschaltung. Die Zeit bis zur Auslösung hängt von der Stärke des Überstroms ab – bei hohem Überstrom ist sie kürzer als bei geringer Überschreitung des Nennstromes. Zur Auslösung wird ein Bimetall verwendet, das sich bei Erwärmung durch den durchfließenden Strom biegt und den Abschaltmechanismus auslöst.
2. Elektromagnetische Auslösung bei Kurzschluss
- Tritt in einer Anlage ein Kurzschluss auf, erfolgt die Abschaltung innerhalb weniger Millisekunden durch einen vom Strom durchflossenen Elektromagneten.
3. Manuelle Auslösung
- Für Wartungsarbeiten oder zur vorübergehenden Stilllegung können Stromkreise am Leitungsschutzschalter manuell abgeschaltet werden. Dazu befindet sich ein Kippschalter oder ein Auslöseknopf auf der Frontseite.
4. Durch Zusatzmodule
- Für die meisten LS namhafter Hersteller gibt es neben Hilfsschaltern auch ansteckbare Unterspannungs- und Arbeitsstromauslöser, FI-Module und motorische Antriebe (Wiedereinschaltgerät), mit deren Hilfe der LS geschaltet werden kann. Die Zusatzmodule werden je nach LS rechts oder links angesteckt.
[Bearbeiten] Freiauslösung
Ein wichtiges Merkmal von Sicherungsautomaten ist die Freiauslösung. Sie stellt sicher, dass bei Kurzschluss eine sofortige Auslösung auch dann erfolgt, wenn der Schalthebel betätigt oder in der Ein-Stellung festgehalten wird.
Nach Überstromauslösung muss der Bimetallstreifen erst abgekühlt sein, bevor ein Wiedereinschalten möglich ist. Dadurch, dass sie durch eine manuelle Schalthandlung wieder eingeschaltet werden müssen, wird der Anwender auf einen möglichen Fehler aufmerksam gemacht.
[Bearbeiten] Auslösecharakteristik
Man unterscheidet Leitungsschutzschalter neben dem Nennstrom nach der Auslösecharakteristik:
| Charakteristik | Überlastauslöser (x * Nennstrom) |
maximale Zeit der thermischen Auslösung | Kurzschlussauslöser (x * Nennstrom bei AC) |
Kurzschlussauslöser (x * Nennstrom bei DC) |
|---|---|---|---|---|
| A (Halbleiterschutz) | 1,13 - 1,45 | <1h | 2 - 3 | |
| B (ersetzte L und H, Standard-Leitungsschutz) | 1,13 - 1,45 | <1 h | 3 - 5 | |
| C (ersetzte G, Schutz für Leistungsstromkreise) | 1,13 - 1,45 | <1 h | 5 - 10 | |
| D (Schutz für stark induktive Verbraucher (z.B. Leistungstrafos)) | 1,13 - 1,45 | <1 h | 10 - 20 | |
| E (Selektiver Leitungsschutzschalter (SLS)) | 1,05 - 1,2 | 5 - 30 | ||
| G (für "Geräteschutz", veraltet, Vorgänger von C und K) | 1,05 - 1,35 | <1 h | 8 - 10 | 14 |
| H (für "Haushaltsstromkreise" - veraltete Charakteristik) | 1,5 - 1,9 | <1 h | 2,5 - 3 | 4,5 |
| K (Sehr guter Überlastschutz bei hohen Einschaltströmen) | 1,05 - 1,2 | <2 h | 8 - 12 oder 7 - 15 | 10 - 21 |
| L (Leitungsschutz - veraltete Charakteristik) | 1,45 - 1,75 | <1 h | 4 - 6 | 8 |
| R (Vorgänger/Nachfolger von Z) | 1,05 - 1,3 | 2 - 3 | ||
| S (guter Überlastschutz bei sehr hohen Einschaltströmen) | 1,05 - 1,3 | 13 - 17 | ||
| U (für Leistungsstromkreise, obsolet) | 1,5-1,9 | <1 h | 5,5 - 12 | |
| Z (besonders sensible Charakteristik, feiner als A) | 1,05 - 1,2 | <2 h | 2 - 3 |
In der Regel werden Leitungsschutzschalter der Charakteristik B eingesetzt. Leitungsschutzschalter der Charakteristik C werden für Leitungen zu Maschinen und Motoren mit hohem Einschaltstrom verwendet (Leitungs- u. Geräteschutz). Bei der zusätzlichen Schaltung oder Absicherung des Neutralleiters in mehrphasigen Kreisen (z.B. Drehstrom) muss der Kontakt für den Neutralleiter verzögert öffnen und voreilend schließen.
| Bemessungsstrom des Typs B einpolig
(verfügbare Größen in Ampere) |
0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1 | 1,2 | 1,6 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | 13 | 15 | 16 | 20 | 25 | 32 | 35 | 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | 125 |
|---|
Die ehemalige H-Charakteristik bietet keinen idealen Leitungsschutz, da sie bei lang andauernder, mäßiger Überlast nur mit erhöhter Verzögerung auslöst (Brandgefahr). Durch die hohe Empfindlichkeit der elektromagnetischen Auslösung (2,5-facher Nennstrom) löst sie bei Einschaltstromstößen, wie sie bei leistungsstarken Verbrauchern wie Staubsaugern und Verbrauchern mit Schaltnetzteilen (z. B. PCs, Monitore) auftreten können, hingegen übermäßig früh aus. Leitungsschutzschalter mit H-Charakteristik sollten daher nach Möglichkeit auch in bestehenden Anlagen ausgetauscht werden.
Obwohl mittels Leitungsschutzschaltern der verschiedenen Charakteristiken wirksame, komfortable Schutzkonzepte im Bezug auf Überlast- und Kurzschlussschutz möglich sind, ist das nur in den wenigsten Installationen wirklich der Fall. Da die Standard-Leitungsschutzschalter-Charakteristik "B" eine Toleranz von bis zu 1,45*Nennstrom hat und dies viele Anlagenerrichter nicht beachten, muss der Kunde (Benutzer) sehr oft selbst darauf achten, seiner Anlage nicht zuviel zuzumuten. Beispiel: Zwei Heizlüfter zu je 2000 W und ein paar Lampen an einem normalen 16-A-Stromkreis mit 1,5 mm²-NYM-Leitung sind schon zuviel und können bei längerandauerndem Gebrauch zu Schäden an der Leitungsisolation und den Steckverbindungen führen, die Lebensdauer erheblich verkürzen und so Brände auslösen. Zur Begrenzung von Erdschlussströmen sind oft zusätzlich FI-Schutzschalter erforderlich, wenn Leitungsschutzschalter der Kategorien C, K, S oder D (veraltete nicht einbezogen) eingesetzt werden.
Leitungsschutzschalter bieten nur dann optimalen Schutz, wenn sie exakt auf die umgebende Installation abgestimmt sind!
[Bearbeiten] Auslösung bei Kurzschluss
Leitungsschutzschalter schalten bei Kurzschluss und bei Überstrom langsamer ab als Schmelzsicherungen, sie werden letzteren wegen Wiedereinschaltbarkeit bei Hausinstallationen vorgezogen, auch wenn der Anschaffungspreis höher ist. Es gibt jedoch Bereiche der Hausinstallation, in denen Schmelzsicherungen nach wie vor ihre Daseinsberechtigung haben. Hauptsächlich zur Vorsicherung von Leitungsschutzschaltern, da diese hintereinandergeschaltet oft nicht gestaffelt auslösen (Selektivität), sondern es zur Auslösung von mehreren, im schlimmsten Fall allen Leitungsschutzschaltern kommen kann. Zudem werden bei Anwendungsfällen mit der Forderung nach sehr hohem Abschaltvermögen ab 20 kA im Hausbereich selten Leitungsschutzschalter eingesetzt, sondern die billigeren Schmelzsicherungen. Diese haben systembedingt bereits ein höheres Abschaltvermögen, da ein Lichtbogen, inmitten von Quarzsand und bei zurückschmelzendem Leiter, besser gelöscht werden kann, als wenn die Löschung über eine reine Kühlung des Plasmas erfolgt. Dafür ist die Schmelzsicherung nach einer Auslösung verbraucht. Leitungsschutzschalter und Leistungsschalter hingegen können je nach Qualität des Schalters, maximalem Abschaltvermögen und Nennstrom sowie der Netzimpedanz (maximal möglicher Kurzschlussstrom) einige Dutzend bis teilweise mehrere hundert Lichtbogenlöschungen im Kurzschlussfall durchführen, ohne ausgetauscht zu werden. Da die Vorsicherungen von Leitungsschutzschaltern und die Hausanschlusssicherung (im Hausanschlusskasten befinden sich grundsätzlich Schmelzsicherungen) nur selten auslösen, nimmt man in Kauf, ab und an wenige Euro für Ersatzsicherungen ausgeben zu müssen, anstatt mehrere hundert bis mehrere tausend Euro für einen hochwertigen Leistungsschalter mit parametrierbaren Auslösern.
Leitungsschutzschalter müssen oft hohe Kurzschlussströme abschalten können. Die Abschaltvermögen sind abgestuft:
| Abschaltvermögen bei 230V~/400V~ 50Hz | Bemerkung |
|---|---|
| 3.000 A (3 kA) | In Deutschland und Österreich nicht zugelassen. |
| 4.500 A (4,5 kA) | Oft verwendet in Italien, in Deutschland und Österreich nicht zugelassen. |
| 6.000 A (6 kA) | Mindestabschaltvermögen, gleichzeitig auch Standard für die Mehrzahl der verbauten deutschen LS-Schalter. |
| 10.000 A (10 kA) | Höherqualitative LS-Schalter, für Leistungsstromkreise empfohlen, in der Industrie Mindeststandard. |
| 15.000 A (15 kA) | Hochqualitative LS-Schalter, gehobener industrieller Standard. |
| 25.000 A (25 kA) | Schaltvermögen von Hochleistungsautomaten und selektiven LS-Schaltern, da diese Hauptsicherungscharakter haben. |
| >25 kA | Mit wenigen Ausnahmen nur noch bei industriellen Leistungsschaltern zu finden und bei Schmelzsicherungen. |
Daneben gibt es noch die Energiebegrenzungsklassen 1 (keine Anforderungen), 2 (mittlere Anforderungen) und 3 (hohe Anforderungen). In Deutschland ist "3" zugelassen. Im Fall eines Kurzschlusses begrenzt normal nur der Netzinnenwiderstand signifikant den Kurzschlussstrom. Allerdings wird der Kurzschlussstrom durch den LS-Schalter leicht herabgesetzt. Die Energiebegrenzungsklasse ist ein Indiz dafür, wie stark der LS-Schalter die hindurchfließende Energie im Bereich mehrerer hundert- bis tausend Ampere begrenzt. Die durchgelassene Leistung ist neben der Energiebegrenzungsklasse abhängig vom Abschaltvermögen des Leitungsschutzschalters sowie seiner Charakteristik, sie steigt mit höherem Abschaltvermögen und stärkerer Charakteristik an. Hinweis: Der Begriff "Energiebegrenzungsklasse" ist der genormte Begriff - wenn auch physikalisch eventuell nicht korrekt, so wird dieser doch so formuliert.
[Bearbeiten] Bauform
Leitungsschutzschalter haben ein Kunststoff-Gehäuse. Ältere Ausführungen waren zylindrisch und wurden anstelle der bis dahin üblichen Schraubsicherungen in die Edison-Schraubgewinde eingesetzt oder mit einer dünnen Metallschiene verschraubt. Moderne Leitungsschutzschalter haben rechteckige Gehäuse und können dicht nebeneinander auf eine Tragschiene (Hutschiene) montiert werden. Genormte einpolige Leitungsschutzschalter sind 17,5 mm breit, zwei-, drei- und vierpolige Ausführungen entsprechend breiter. Daneben gibt es noch breitere LS-Schalter (etwa 26,2 mm, je nach Hersteller etwas mehr oder weniger), meist sind dies solche für Nennströme von 80 A – 125 A und/oder solche mit sehr hoher Abschaltkapazität. Die Selektiven Leitungsschutzschalter sind doppelt so breit wie normale Leitungsschutzschalter. Sie werden auf Sammelschiene (40 mm Schienenmittenabstand bei 5 – 10 mm Schienenstärke und 10 – 12 mm Schienenhöhe, sodass sich ein maximaler Anschlussquerschnitt von 120 mm² ergibt, was auch in großen Verteilungen (Vorsicherung z.B. 400A gL) in der Regel ausreicht) oder Tragschiene (Hutschiene) montiert (in diesem Fall werden sie wie Leitungsschutzschalter verdrahtet, nur mit größeren Querschnitten). Da Selektive Leitungsschutzschalter eine große Baugröße haben, passen sie nicht in normale Kleinverteiler. Sie würden an die Bauelemente der darüber und darunter liegenden Schiene anstoßen und sind auch zu tief dafür.
[Bearbeiten] Historie
Im Jahr 1924 erhielt Hugo Stotz die Patentschrift für die Erfindung des Leitungsschutzschalters.
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Normen und Standards
- DIN VDE 0100-430: Errichten von Drehstromanlagen mit Nennspannungen bis 1.000 V – Schutz von Kabeln und Leitungen bei Überstrom
- EN 60898 (DIN VDE 0641): Leitungsschutzschalter für Hausinstallationen und ähnliche Zwecke
