Schutzschalter

Ein Leitungsschutzschalter ist ein elektromechanisches oder elektronisches Gerät, das den Stromfluss unterbricht, wenn es einen Fehler erkennt. Anders als eine Sicherung, die durchbrennt und ausgetauscht werden muss, schaltet ein Leitungsschutzschalter ab und kann manuell zurückgestellt oder je nach Bauart automatisch wieder eingeschaltet werden. Er sitzt zwischen der Stromquelle und der Last, überwacht den Strom kontinuierlich und öffnet seine Kontakte innerhalb von Millisekunden, wenn er Überstrom oder Kurzschluss erkennt.

Schalter werden nach Nennspannung (120V, 240V, 480V oder höher), Stromstärkenkapazität (von 15A in Haushaltsverteilern bis zu tausenden Ampere in industriellen Sammelschienen) und Kurzschlussstromvermögen bewertet, das ist der maximale Fehlerstrom, den der Schalter sicher unterbrechen kann, ohne beschädigt zu werden. Ein 20A-Schalter zum Beispiel wird ausgelöst, wenn der andauernde Strom 20 Ampere überschreitet; der genaue Auslösepunkt hängt davon ab, ob die Überbelastung konstant oder momentan ist. Thermisch-magnetische Schalter nutzen einen bimetallischen Streifen, der sich mit der Hitze durchbiegt zur Überlaststromauslösung, und eine Spule, die beim Kurzschluss sofort reagiert. Moderne elektronische Schalter nutzen Stromwandler und Mikroprocessor-Logik für präzisere Auslösekennlinien.

Die zwei Hauptausfallarten sind Nichtauslösung (oft durch Kontaktverschweißung, Verschmutzung oder innere Beschädigungen durch wiederholte Hochstromereignisse) und Fehlauslösung (durch Einschaltstromspitzen, Harmonische oder eine Auslöseschwelle, die zu nah am normalen Betriebsstrom liegt). In Industrieanlagen treten oft Selektivitätsprobleme auf: wenn ein Fehler tief in einer Speiseleitung auftritt, löst der falsche Schalter aus und unterbricht die Stromversorgung für fehlerfreie Geräte. Dies wird durch die Koordination der Auslösekennlinien gelöst, so dass vorgelagerte Schalter längere Verzögerungszeiten haben als nachgelagerte.

Varianten und Anwendung

Niederspannungsschalter (unter 1000V) umfassen Miniaturschalter (MCBs) für einphasige Lasten und Leistungsschalter (MCCBs) für drehstromgeführte Industrieanwendungen. Mittelspannungsschalter (1kV bis 35kV) nutzen Vakuum, SF6-Gas oder Öl, um den Lichtbogen beim Öffnen der Kontakte zu löschen. Hochspannungsschalter im Freien können Freileitungsausrüstung sein. Lichtbogenschutz ist ein kritisches Auslegungskriterium: die beim Öffnen der Kontakte freigesetzte Lichtbogenenergie kann tausende Grade erreichen, daher werden Gehäuse, Arbeitsstände und persönliche Schutzausrüstung nach der Lichtbogenenergie in Kalorien pro Quadratzentimeter bewertet.

Der Name eines Leitungsschutzschalters spiegelt seine duale Funktion wider: er schließt einen Stromkreis unter normalen Bedingungen und unterbricht ihn bei Fehlern. Der Begriff wurde Standard, nachdem thermisch-magnetische Schalter in der industriellen Praxis während der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts Sicherungen ersetzten und schnellere Reaktionszeiten sowie Wiederverwendbarkeit boten. Heute können prozessor-gesteuerte intelligente Schalter mit Energiemanagementsystemen über Ethernet oder kabellose Protokolle kommunizieren, was vorausschauende Instandhaltung und Lastabwurf in Reaktion auf Netzbedingungen ermöglicht, statt nur Fehler zu unterbrechen.