Schmelzsicherungen und Leitungsschutzschalter
(unter anderem auszugsweise aus dem Buch „Schutz" der Firma Hager Modula S.A.)
Sicherungen können Leitungen bei Kurzschlüssen und grösseren Überlastungen schützen. Apparate und Motoren können nicht geschützt werden, weil die Sicherungscharakteristik nicht mit der Gefahrenkurve des zu schützenden Objektes übereinstimmt.
Was ist ein Kurzschluss?
Ein Kurzschluss entsteht bei einer ungewollten Berührung von Leitern mit unterschiedlichem Potential. Ein solcher Kurzschluss kann stattfinden zwischen:
- einer Phase und dem Neutralleiter = einphasiger Kurzschluss
- zwei Phasen unter sich = zweiphasiger Kurzschluss
- drei Phasen unter sich = dreiphasiger Kurzschluss
Was kann einen Kurzschluss abschalten?
Ein Überstromunterbrecher - Zum Beispiel eine Schmelzsicherung
Sie ist folgendermassen aufgebaut: In einem Sicherungskörper aus Porzellan, Steatit oder Kunstharz-Glasgewebe sind zwischen den metallenen Kontakten oder Endkappen ein oder mehrere Schmelzleiter in einem körnigen Löschmittel (meist Quarzsand) eingebettet. Bei Überlast und Kurzschluss schmilzt der Schmelzleiter durch, und das Löschmittel kühlt den entstehenden Lichtbogen, der darauf verlischt, womit die Abschaltung vollzogen ist. Die Abschmelzzeit ist durch internationale Normen festgelegt.
Beim Abschalten einer Schmelzsicherung spielt sich folgender Vorgang ab: Sobald die durch Stromwärme P (Leistung) = I2 (Strom) á R (Widerstand) zugeführte Leistung im Schmelzdraht grösser ist, als die durch den Quarzsand abgeführte Wärme, schmilzt der Schmelzleiter an einer oder mehreren Stellen durch. Ist der Stromweg beim Schmelzleiter unterbrochen, steigt die Spannung an der Unterbruchstelle auf einen Wert an, der zum Überschlag und damit zur Lichtbogenentzündung führt. Bei einer normalen Netzspannung von 230 ...500 V tritt immer eine Lichtbogenzündung auf, deren Grösse und Dauer sind aber von der Netzspannung, dem Kurzschlussstrom und der Form des Schmelzleiters abhängig.
Das Abschaltvermögen einer Schmelzsicherung wird von folgenden Grössen beeinflusst:
- Qualität, Körnung und Menge des Löschsandes
- Schmelzleiterform und Querschnitt
- Gasdruck beim Abschaltvorgang
Aufbau einer Schmelzsicherung
verschiedene Schmelzleiterformen ergeben unterschiedliche Abschmelzcharakteristiken
Was kann einen Kurzschluss noch abschalten?
Ein Leitungsschutzschalter
Häufig werden heute Leitungsschutzschalter angewendet anstelle von Schmelzsicherungen. Sie haben folgende Vorteile:
- dauernde Betriebsbereitschaft, das heisst, nach einer Auslösung ist er sofort wieder einsatzbereit
- geringerer Platzbedarf
- er kann als Schalter benützt werden
- preislich günstiger als Schmelzsicherungen
Wie funktioniert der Leitungsschutzschalter?
Er hat ein thermisches System. Es reagiert auf Überströme. Das heisst, wenn bei einem Leitungsschutzschalter ein höherer Strom fliesst als für ihn vorgesehen ist, erfolgt eine Auslösung gemäss Kennlinie (siehe nachfolgende Skizzen). Je nach Bezeichnung gibt es flinke oder träge Systeme.
Die Anwendung dieses Prinzips ermöglicht die Realisierung des Leitungsschutzes. Das Prinzip ist einfach anzuwenden, da die Schutzeinrichtungen (Leitungsschutzschalter oder Sicherungen) eine Zeit/Strom-Auslösecharakteristik haben.
Tf = Auslösezeit der Schutzeinrichtung
Tmax = Maximale Zeit, während welcher der Leiter diesen Strom aushält
oranger Bereich = Leiter ist nicht mehr geschützt; links der roten Kennlinie ist der Leiter geschützt
Um die richtige Schutzeinrichtung zu bestimmen ist die Charakteristik (Zeit/Strom) des Leiters auf diejenige des Schutzgerätes zu übertragen und zu prüfen, ob
Tf < Tmax
Während einer Elektrokontrolle überprüfen wir, ob diese Schutzeinrichtungen richtig eingesetzt und dimensioniert sind.
Der Leitungsschutzschalter hat auch ein elektromagnetisches System. Dieses spricht bei einem Kurzschluss sofort an und schaltet den Schalter aus.
Prinzip der Unterbrechung des Kurzschlussstromes durch einen strombegrenzten Leitungsschutzschalter
(für volle Grösse bitte anklicken)
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(gilt nur für TT-Netze)