Miniatur-Leitungsschutzschalter

Ein Leitungsschutzschalter (MCB) schützt Stromkreise vor Überströmen, wie Kurzschlüssen und Überlastungen. Sie unterbricht automatisch den Stromfluss, wenn der Strom einen bestimmten Wert überschreitet, und verhindert so Schäden am Stromkreis und mögliche Brandgefahren. MCBs sind im Vergleich zu herkömmlichen Schutzschaltern kleiner und damit ideal für den Einsatz in engen Räumen. In diesem Artikel werden der Aufbau, die Funktionsweise und die Anwendungen von MCBs erläutert. Lesen Sie unseren Artikel über Leistungsschalter, um mehr über ihre grundlegende Funktionsweise und ihre Typen zu erfahren.

Inhaltsübersicht

• Konstruktion
• Wie funktioniert ein Miniaturtrennschalter?
• Typen von Miniaturtrennschaltern
• Vorteile
• Anwendungen
• FAQ

Konstruktion:

Ein MCB besteht aus den folgenden Komponenten:

• Die wichtigsten Kontakte: Die Hauptkontakte führen den Laststrom. Sie sind mit den Eingangs- und Ausgangsdrähten des Stromkreises verbunden.
• Auslöseeinheit: Der Auslöser prüft den Stromfluss im Stromkreis und löst den Leistungsschalter bei Überstrom oder Kurzschluss aus. Er besteht aus strommessenden Elementen wie einem Bimetall oder einem Magnetantrieb.
• Terminals: Die abgehenden (Abbildung 2, Kennzeichnung A) und die ankommenden (Abbildung 2, Kennzeichnung G) Drähte werden an die Klemmen des Leistungsschalters angeschlossen.
• Gehäuse: Das Gehäuse schützt und hält die Teile des MCBs. Außerdem bietet sie eine Isolierung zwischen den elektrischen Elementen und stromführenden Teilen.
• Fahrtrichtungsanzeiger: Der Auslöseindikator in einem MCB ist ein visuelles Signal, das anzeigt, ob sich der Schutzschalter im Zustand "EIN" oder "AUS" befindet.
• Hilfskontakte: Hilfskontakte sind die zusätzlichen Kontakte, die bei bestimmten MCBs zur Verfügung stehen, um Hilfslasten zu schalten oder Meldefunktionen bereitzustellen.
• Quelle der Reise: Die Auslösefeder (Abbildung 2, Kennzeichnung C) ist eine Federvorrichtung, die die Kontakte des MCB in der "Ein"- oder "Geschlossen"-Position hält. Die Auslösefeder wird bei Betätigung des Auslösers freigegeben, wodurch sich die Kontakte trennen und den Stromkreis unterbrechen.

Wie funktioniert ein Miniaturtrennschalter?

Der Auslöser ist das wesentliche Bauteil, das für das ordnungsgemäße Funktionieren des MCB verantwortlich ist. In einem Hybrid-MCB gibt es zwei Auslösemechanismen: ein Bimetall, das gegen Überlaststrom schützt, und einen Elektromagneten, der gegen elektrischen Kurzschlussstrom schützt. Es gibt auch andere MCB-Typen, die nur einen dieser beiden Auslösemechanismen enthalten, wie im nächsten Abschnitt beschrieben.

• Thermisches Element: Das thermische Element eines MCB ist ein Bimetallstreifen (Abbildung 2 mit der Bezeichnung B), der sich erwärmt, wenn Strom durch ihn fließt. Wenn der Strom ansteigt, verbiegt sich der Bimetallstreifen aufgrund der Hitze und löst schließlich den MCB aus, wenn er eine bestimmte Temperatur erreicht. Der thermische Mechanismus in einem Hybrid-MCB ist so kalibriert, dass er bei einer bestimmten Temperatur auslöst. Die Solltemperatur wird in der Regel auf der Grundlage der erwarteten Last und der Betriebsbedingungen des Stromkreises festgelegt. So haben z. B. MCBs, die in Wohngebäuden eingesetzt werden, aufgrund ihres geringeren Strombedarfs in der Regel eine niedrigere Einstelltemperatur als MCBs, die in industriellen oder gewerblichen Anwendungen eingesetzt werden.
• Magnetisches Element: Das magnetische Element eines MCB (Abbildung 2 mit der Bezeichnung E) ist eine Magnetspule, die ein Magnetfeld erzeugt, wenn Strom durch sie fließt. Der Magnetmechanismus ist so kalibriert, dass er bei einem bestimmten Stromwert auslöst. Das Magnetfeld zieht an einem federbelasteten Auslösehebel, der den Schalter auslöst und damit den Leitungsschutzschalter ausschaltet. Dieser Mechanismus schützt vor Kurzschlüssen, die auftreten, wenn der Strom durch einen Pfad mit geringem Widerstand fließt, z. B. durch ein beschädigtes Kabel.

Normaler Betrieb

Im Normalbetrieb fließt Strom durch den MCB und in den Stromkreis. Der MCB hat zwei Kontaktstellen, von denen eine mit der eingehenden Stromversorgung und die andere mit der Last verbunden ist. Der Strom fließt vom Eingangskontakt durch den Innenleiter des MCB und in die Last.

Überlast und Kurzschluss

Überlastung

Wenn der durch den MCB fließende Strom aufgrund einer Überlast den Nennstrom überschreitet, erhitzt sich der Bimetallstreifen im internen Auslösemechanismus des MCB und verbiegt sich. Durch diese Biegung bewegt sich der Auslösemechanismus, der den MCB dazu bringt, seine Kontakte zu öffnen und den Stromfluss zu unterbrechen (Abbildung 2, Kennzeichnung H). Der MCB bleibt in der Auslöseposition, bis er manuell zurückgesetzt wird.

Kurzschluss

Im Falle eines Kurzschlusses fließt ein plötzlicher Stromstoß durch den MCB, wodurch das Magnetelement ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld zieht den Auslösemechanismus an, was dazu führt, dass der MCB seine Kontakte öffnet und den Stromfluss unterbricht. Der MCB bleibt in der Auslöseposition, bis er manuell zurückgesetzt wird.

Zurücksetzen des MCB

Wenn der MCB ausgelöst wurde, kann er manuell zurückgesetzt werden, indem der Schalter in seine ursprüngliche Position gebracht wird. Dadurch kann der MCB die Stromversorgung des Stromkreises wiederherstellen, wenn der Fehler behoben ist. Liegt der Fehler jedoch weiterhin vor, löst der MCB erneut aus und unterbricht den Stromfluss.

Typen von Miniaturtrennschaltern

Arbeitsmechanismus

MCBs gibt es in verschiedenen Typen, die auf verschiedenen Faktoren wie Stromstärke, Spannung und Auslösecharakteristik basieren. Zu den häufig verwendeten Typen gehören:

• Thermische MCBs: Thermische MCBs lösen aus, wenn der durch den Stromfluss im Stromkreis verursachte Temperaturanstieg einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Sie haben einen Bimetallstreifen, der sich verbiegt und den Unterbrecher auslöst.
• Magnetische MCBs: Magnetische Schutzschalter lösen aus, wenn die durch den durch den Stromkreis fließenden Strom erzeugte Magnetkraft einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Sie verfügen über eine Magnetspule, die die Auslösefeder zieht und den Unterbrecher auslöst.
• Hybride MCBs: Hybrid-MCBs kombinieren die Eigenschaften von thermischen und magnetischen MCBs. Sie bestehen aus einem Bimetall und einer Magnetspule und lösen entweder durch den Temperaturanstieg oder durch die vom Strom erzeugte Magnetkraft aus.
  • Hybrid-MCBs verfügen sowohl über thermische als auch über magnetische Auslösemechanismen, wodurch sie sowohl bei Überlast als auch bei Kurzschlüssen schneller reagieren können. Diese schnellere Reaktionszeit bedeutet, dass der Hybrid-MCB schneller auslöst als ein thermischer oder magnetischer MCB, wodurch das Risiko von Schäden an Geräten oder elektrischen Systemen verringert wird.
• Elektronische MCBs: Diese MCBs verwenden elektronische Komponenten zur Überwachung des Stroms und zur Auslösung des Schalters. Sie sind empfindlicher und bieten eine schnellere und genauere Auslösung als thermische und magnetische MCBs.
• Differential-MCBs: Differenzial-MCBs werden in Gleichstromkreisen eingesetzt und schützen vor Erdschlüssen und Kurzschlüssen. Sie überwachen den Strom, der im stromführenden und im neutralen Leiter fließt, und lösen den Schalter aus, wenn die Differenz einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
• Fehlerstrom-Schutzschalter (RCCB): Fehlerstromschutzschalter schützen vor Stromschlägen und Bränden, die durch Erdschlüsse verursacht werden. Sie überwachen den Strom, der im stromführenden und im neutralen Leiter fließt, und lösen den Schalter aus, wenn die Differenz einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
• Isolations-MCBs: Isolations-MCBs werden als Schalter zur Trennung eines Stromkreises verwendet. Sie verfügen über keinen Auslösemechanismus und werden verwendet, um den Stromkreis zu Wartungs- oder Prüfzwecken abzuschalten.

Ausgelöste Ströme

MCBs können nach ihren momentanen Auslöseströmen klassifiziert werden. Sie schützen den Stromkreis in der Regel innerhalb einer Zehntelsekunde.

Typ A MCB

Ein MCB vom Typ A ist so ausgelegt, dass er den Stromkreis auslöst, wenn der Strom das 2-3fache seines Nennstroms überschreitet. Es ist besonders empfindlich gegenüber Kurzschlüssen und eignet sich daher für die Halbleiterherstellung.

Typ B MCB

Der Typ B ist so konzipiert, dass er Stromkreise schnell unterbricht, wenn der Strom das Drei- bis Fünffache des Nennwerts überschreitet. Er wird in der Regel für kleinere Lasten mit minimalen Schaltstößen verwendet, wie z. B. für Anwendungen im Wohnbereich oder im Kleingewerbe.

Typ C MCB

MCB des Typs C sind so konzipiert, dass sie den Stromkreis sofort abschalten, wenn der Strom das Fünf- bis Zehnfache ihrer Nennkapazität überschreitet. Typischerweise wird dieser MCB für Geräte mit hohen induktiven Lasten verwendet, wie z. B. kleine Elektromotoren und Leuchtstofflampen, bei denen Schaltstöße auftreten. MCBs vom Typ C werden im Allgemeinen für Anwendungen bevorzugt, die höhere Kurzschlussströme erfordern. Daher sind diese MCBs für den Einsatz in gewerblichen und industriellen Anlagen mit hohen induktiven Lasten geeignet.

Typ D MCB

Der Typ D ist so ausgelegt, dass er sofort auslöst, wenn der durch ihn fließende Strom seine Nennkapazität um das Zehn- bis Fünfundzwanzigfache überschreitet. Sie werden typischerweise für hohe induktive Lasten eingesetzt, bei denen häufig hohe Einschaltstromstöße zu erwarten sind.

Diese Schutzschalter sind speziell für den Einsatz in industriellen und gewerblichen Bereichen konzipiert. Beispiele für solche Anwendungen sind Röntgengeräte, unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme, industrielle Schweißgeräte und große Motoren mit Wicklung.

Typ K MCB

Der Leitungsschutzschalter (MCB) K kann einen Stromfluss vom 8- bis 12-fachen seiner Nennkapazität verkraften. Es wird häufig in Schwerlastgeräten wie Kompressoren, Wickelmotoren und Röntgengeräten eingesetzt.

In Tabelle 1 sind die minimalen und maximalen Auslöseströme der verschiedenen MCB-Typen zusammengefasst. Ir" ist der Bemessungsstrom des Leitungsschutzschalters, d. h. die maximale Stromstärke, die der Leitungsschutzschalter dauerhaft ohne Auslösung übertragen kann. Leitungsschutzschalter können auch nach der Anzahl ihrer Pole kategorisiert werden, einschließlich einpoliger, zweipoliger, dreipoliger und vierpoliger MCBs.

Tabelle 1: Minimale und maximale Auslöseströme der verschiedenen MCB-Typen.

MCB-Typ	Minimaler Auslösestrom	Maximaler Auslösestrom
Typ A	2 Ir	3 Ir
Typ B	3 Ir	5 Irre
Typ C	5 Irre	10 Ir
Typ D	10 Ir	20 Ir
Typ K	8 Ir	12 Ir

Vorteile

• Kompakte Größe: Die Installation von Leitungsschutzschaltern in beengten Räumen ist aufgrund ihrer geringen Größe einfach. Außerdem sind sie leicht, was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen das Gewicht eine Rolle spielt. Der modulare Aufbau ermöglicht den einfachen Austausch einzelner Einheiten, ohne dass der Rest des Systems beeinträchtigt wird.
• Schnelles Handeln: MCBs sind so konstruiert, dass sie schnell auslösen und den Stromfluss innerhalb weniger Millisekunden unterbrechen, wenn ein Fehler erkannt wird, und so den Stromkreis und die angeschlossenen Geräte vor Schäden schützen.
• Hohe Empfindlichkeit: MCBs können selbst geringfügige Überlastungen und Kurzschlüsse erkennen, was sie zu einer wirksamen Schutzvorrichtung für elektrische Anlagen macht.

Anwendungen

MCBs (Miniature Circuit Breakers) und herkömmliche Schutzschalter fungieren beide als Schutzvorrichtungen, die den Stromfluss in einem Stromkreis automatisch unterbrechen, wenn er die sichere Betriebsgrenze überschreitet. MCBs haben jedoch einige besondere Merkmale und werden im Vergleich zu herkömmlichen Leistungsschaltern in anderen Anwendungen eingesetzt.

Einige typische Anwendungen von MCBs sind:

• Wohn- und Geschäftshäuser: MCBs werden häufig als primäre Schutzeinrichtung in elektrischen Niederspannungsanlagen in Wohnungen, Büros und anderen Gebäuden eingesetzt. Sie werden häufig in Verbrauchereinheiten, Verteilertafeln oder Schalttafeln integriert, um Schutz vor Überstrom, Kurzschluss und Überlast zu bieten.
• Industrielle Anwendungen: MCBs werden auch in der Industrie für den elektrischen Schutz verschiedener Geräte wie Motoren, Pumpen und anderer Maschinentypen verwendet. Sie werden in Verbindung mit anderen Schutzeinrichtungen, wie z. B. Schützen, Relais und Sicherungen, eingesetzt, um ein umfassendes Schutzsystem zu bilden.
• Automobilanwendungen: MCBs werden häufig in Kraftfahrzeuganwendungen zum Schutz vor Überstrom und Kurzschluss eingesetzt. Sie befinden sich in der Regel in den elektrischen Verteilersystemen von Fahrzeugen und schützen verschiedene Komponenten wie Leuchten, Scheibenwischer und Motoren.

Im Gegensatz dazu sind herkömmliche Schutzschalter in der Regel größer und werden für höhere Stromstärken und Spannungen verwendet, die typischerweise in industriellen Hochleistungsanwendungen wie Fabriken, Kraftwerken und Schwermaschinen zu finden sind. Sie werden auch in Stromverteilungssystemen, z. B. in der Hauptschalttafel oder in Schaltanlagen, zum Schutz vor Überstrom, Kurzschluss und Erdschluss eingesetzt.

Lesen Sie unsere Artikel zu intelligenten Schutzschaltern und Fehlerstromschutzschaltern, um mehr über die Merkmale der verschiedenen Schutzschaltertypen zu erfahren.

FAQ

Was sind die Vorteile von Leitungsschutzschaltern?

Leitungsschutzschalter haben eine schnelle Reaktionszeit, niedrige Austauschkosten, bieten mehr Sicherheit und lassen sich leicht zurücksetzen.