Kennzeichnende Merkmale eines Leistungsschalters
Die grundlegenden technischen Daten eines Leistungsschalters sind:
- die Bemessungsbetriebsspannung Ue,
- die Bemessungsisolationsspannung Ui,
- die Bemessungsstoßspannungsfestigkeit Uimp,
- der Bemessungsstrom In,
- das Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögen Icu,
- die Einstellströme für den Schutz bei Überlast Ir oder Kurzschluss Im (Isd),
- das Bemessungskurzschlussausschaltvermögen Icn,
- das Bemessungskurzschlusseinschaltvermögen Icm,
- die Bemessungskurzzeitstromfestigkeit Icw,
- das Bemessungsbetriebskurzschlussausschaltvermögen Ics.
Bemessungsbetriebsspannung (Ue)
ist die Spannung, für die der Leistungsschalter unter normalen (fehlerfreien) Bedingungen ausgelegt ist. Dem Leistungsschalter werden auch andere Spannungswerte für Fehlerbedingungen zugewiesen, siehe Abs. Weitere Merkmale eines Leistungsschalters.
Bemessungsstrom (In)
ist der maximale Stromwert, den ein Leistungsschalter mit einem Überstromauslöserelais bei einer herstellerseitig festgelegten Umgebungstemperatur führen kann, ohne dass die festgelegten Temperaturgrenzwerte der stromführenden Teile überschritten werden.
Beispiel
Ein Leistungsschalter mit einem Bemessungsstrom von In = 160 A bei einer Umgebungstemperatur von 40°C wird mit einem entsprechend dimensionierten Überstromauslöserelais (eingestellt auf 160 A) ausgerüstet. Der gleiche Leistungsschalter kann auch bei höheren Umgebungstemperaturen verwendet werden, wenn dessen Bemessungsstrom entsprechend reduziert wird. Somit würde der Leistungsschalter entsprechend dem festgelegten Temperaturwert in einer Umgebungstemperatur von 50°C nur 152 A führen können, bei 60°C nur 144 A. siehe Abs. Temperaturabhängige thermomagnetische Auslösesysteme
Die „Lastminderung” eines Leistungsschalters wird somit durch die Reduzierung des Auslösestromes des Überlastrelais erreicht. Der Leistungsschalter ist entsprechend zu kennzeichnen. Die Verwendung eines elektronischen Auslösesystems, das für hohe Temperaturen entwickelt wurde, ermöglicht bei Umgebungstemperaturen von 60°C (oder sogar 70°C bei dem der Leistungsschalter nur noch 136A führen kann) einen Leistungsschalterbetrieb (bei reduziertem Bemessungsstrom, wie beschrieben).
Hinweis
Bei Leistungsschaltern entspricht der Bemessungsstrom In (gemäß IEC 60947-2 (VDE 0660-101)) im Allgemeinen dem Bemessungsdauerstrom Iu.
Bemessungsstrom einer Baugröße
Einem Leistungsschalter, der mit Überstromauslösesystemen mit verschiedenen Einstellstrombereichen kombiniert werden kann, wird ein Bemessungsstrom zugewiesen, der dem höchstmöglichen Einstellwert entspricht.
Beispiel
Ein Leistungsschalter NSX630N kann mit 3 elektronischen Auslösesystemen von 250 A bis 630 A ausgerüstet werden. Der Bemessungsstrom des Leistungsschalters beträgt 630 A.
Einstellstrom
Abgesehen von kleinen Leistungsschaltern, die sehr einfach ausgetauscht werden können, sind industrielle Leistungsschalter mit abnehmbaren, d. h. austauschbaren Überstrom-Auslösesystemen ausgerüstet. Um einen Leistungsschalter an die Anforderungen des von ihm gesteuerten Stromkreises anzupassen und um die Verlegung überdimensionierter Kabel zu vermeiden, sind die Auslösesysteme im Allgemeinen einstellbar. Der Einstellstrom Ir ist der Stromwert, mit dem der Schalter dauerhaft ohne Auslösung betrieben werden kann. Bei einer Belastung oberhalb des Einstellwertes löst der Schalter gemäß den Bedingungen der IEC 60947-2 (VDE 0660-101) aus. Dieser Wert muss höher sein als der maximale Betriebsstrom des Stromkreises IB, aber geringer als der maximal zulässige Strom im Stromkreis Iz (siehe Kapitel G, Abschnitt Praktische Hinweise zur Ermittlung der Schutzeinrichtungen).
Überstromauslöserelais sind im Allgemeinen von 0,7 bis 1,0 x In einstellbar; bei elektronischen Geräten ist der Einstellbereich größer: typische Werte sind 0,4 bis 1 x In.
Beispiel
(siehe Abb. H27)
Ein Leistungsschalter NSX630N mit einem Überstromauslösesystem Micrologic 6.3E (400 A), eingestellt auf 0,9, weist folgenden Auslösestrom auf:
Ir = 400 x 0,9 = 360 A
mit Auslösesystem Micrologic 2.3-400
Hinweis
Bei einem Leistungsschalter NSX630N mit einstellbaren Überstrom Auslöser, mit In 400A
eingestellt auf Ir = 0,9, beträgt der Auslösestrom Ir 360A.
Einstellstrom der Kurzschlussschutzeinrichtung (Im)[1]
Kurzschlussschutzeinrichtungen (unverzögert oder kurzzeitverzögert) sollen den Leistungsschalter bei Auftreten von hohen Fehlerströmen schnell und sicher auslösen. Ihr Auslöse-Ansprechwert Im ist:
- entweder durch Normen für Leitungsschutzschalter für Hausinstallation oder ähnliche Zwecke, z. B. IEC 60898 (VDE 0641-11)
- oder durch den Hersteller für industrielle Leistungsschalter gemäß den entsprechenden Normen, z. B. IEC 60947-2 (VDE 0660-101) festgelegt.
Für industrielle Leistungsschalter sind unterschiedliche Auslösesysteme erhältlich, wodurch der Anwender die Leistung der Schutzfunktionen des Leistungsschalters an die speziellen Anforderungen eines Verbrauchers anpassen kann (siehe Abb. H28, Abb. H29 und Abb. H30).
| Typ des Schutzrelais | Überlastschutz | Kurzschlussschutz | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Leitungsschutzschalter für die Hausinstallation IEC 60898-1 (VDE 0641-11) |
Thermomagnetisch | Ir = In | niedrige Einstellung Typ B 3 In ≤ Im ≤ 5 In |
Standard-Einstellung Typ C 5 In ≤ Im ≤ 10 In |
hohe Einstellung[a] Typ D 10 In ≤ Im ≤ 20 In |
| Modulare industrielle Leistungsschalter | Thermomagnetisch | Ir = In fest |
niedrige Einstellung Typ B oder Z 3,2 In ≤ fest ≤ 4,8 In |
Standard-Einstellung Typ C 7 In ≤ fest ≤ 10 In |
hohe Einstellung Typ D oder K 10 In ≤ fest ≤ 14 In |
| Industrielle[b][a]
Leistungsschalter |
Thermomagnetisch | Ir = In fest | Fest: Im = 7 - 10 In | ||
| Einstellbar: 0,7 In ≤ Ir ≤ In | |||||
Einstellbar:
| |||||
| Elektronisch | Langzeitverzögert: 0,4 In ≤ Ir ≤ In |
Kurzzeitverzögert, einstellbar:[b]
1,5 Ir ≤ Im ≤ 10 Ir | |||
Im: Ansprechwert des Kurzschlussschutzes (magnetisch oder kurzzeitverzögert)
Ii: Ansprechwert des Kurzschlussschutzes (unverzögert).
Icu: Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögen
Trennfunktion
Ein Leistungsschalter ist zum Trennen eines Stromkreises geeignet, wenn er alle in der betreffenden Norm beschriebenen Bedingungen für einen Trennschalter (bei dessen Bemessungsspannung) erfüllt (siehe Abschnitt Trennen). In diesem Fall wird er als Leistungsschalter mit Trennfunktion bezeichnet und wird frontseitig mit folgendem Symbol gekennzeichnet
Alle NS-Schaltgeräte der Baureihen Acti 9,Resi 9, ComPacT und MasterPacT von Schneider Electric gehören zu dieser Kategorie.
Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögen (Icu) und Bemessungskurzschlussausschaltvermögen (Icn)
Das Kurzschlussstromausschaltvermögen eines NS-Leistungsschalters bezieht sich annähernd auf den cos φ des Stromes in der Fehlerstromschleife. Die Standardwerte für diesen Zusammenhang sind in einigen Normen angegeben.
Das Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögen eines Leistungsschalters entspricht dem höchsten (prospektiven) Stromwert, den der Leistungsschalter ohne Beschädigung ausschalten kann. Der in den Normen angegebene Stromwert ist der Effektivwert der Wechselstromkomponente des Fehlerstromes, d. h. die Gleichstromkomponente des Momentanstromes (die im schlimmsten Fall eines Kurzschlusses immer vorhanden ist) wird zur Berechnung des Standardwertes vernachlässigt. Dieser Bemessungswert (Icu) für industrielle Leistungsschalter und (Icn) für Leitungsschutzschalter für die Hausinstallation wird normalerweise in kA eff angegeben.
Icu (Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögen) und Ics (Bemessungsbetriebskurzschlussausschaltvermögen) sind in IEC 60947-2 (VDE 0660-101) definiert.
Desweiteren enthält diese Norm eine Tabelle mit Vergleichswerten zwischen Ics und Icu für die Gebrauchskategorien A (unverzögerte Auslösung) und B (verzögerte Auslösung), wie in Abschnitt Weitere Merkmale eines Leistungsschalters beschrieben.
Prüfungen zum Nachweis des Bemessungskurzschlussausschaltvermögens von Leistungsschaltern sind durch Normen festgelegt und beinhalten:
- Prüffolgen mit mehreren aufeinanderfolgenden Schaltspielen, d. h. Ein- und Aus-schaltvorgänge bei Kurzschluss,
- Phasenverschiebung von Strom und Spannung. Ist der Strom in Phase mit der Versorgungsspannung (cos φ für den Stromkreis = 1), ist die Stromunterbrechung einfacher als bei jedem anderen Leistungsfaktor. Die Stromunterbrechung ist bei niedrigen cos φ-Werten schwieriger durchzuführen, wobei ein Stromkreis mit einem Leistungsfaktor von 0 (theoretisch) der unangenehmste Fall ist.
In der Praxis haben alle Netze mit Kurzschlussfehlerströmen (mehr oder weniger große) nacheilende Leistungsfaktoren und die Normen basieren auf Werten, die üblicherweise als repräsentative Werte der meisten Netze gelten. Im Allgemeinen gilt: je höher der Fehlerstrom (bei einer gegebenen Spannung), desto niedriger der Leistungsfaktor der Fehlerstromschleife, z. B. in der Nähe von Generatoren oder großen Transformatoren.
Die folgende Abb. H34 ist der IEC 60947-2 (VDE 0660-101) entnommen. Entsprechend dem Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögen Icu werden den Leistungsschaltern cos φ-Standardwerte zugewiesen:
- Im Anschluss an eine Schaltfolge Aus - Zeitverzögerung - Ein/Aus zum Prüfen des Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögens Icu eines Leistungsschalters werden weitere Prüfungen durchgeführt zur Sicherstellung, dass:
- die dielektrische Isolationsfestigkeit
- die Trennungsfunktion und
- die fehlerfreie Funktion des Überlastschutzes nicht durch die Prüfung beeinträchtigt worden sind.
| Icu | cos φ |
|---|---|
| 6 kA < Icu ≤ 10 kA | 0,5 |
| 10 kA < Icu ≤ 20 kA | 0,3 |
| 20 kA < Icu ≤ 50 kA | 0,25 |
| 50 kA ≤ Icu | 0,2 |
Anmerkung
- ^ Bei industriellen Leistungsschaltern wird der Einstellwert für den Kurzschlussschutz Im als Isd bezeichnet.
