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Überstrom: Was selektive Schutzschalter leisten

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Sicheres Abschalten

Der Leitungsschutzschalter ist mit seinen Eigenschaften so ausgelegt, dass beim sicheren Abschalten die notwendige Überlast beziehungsweise der Fluss des notwendigen Kurzschlussstroms gewährleistet ist. Bei gängiger Anwendung in der 230-V(AC)-Installation ist dies auch der Fall, ebenso beim Einbau im Schaltschrank mit entsprechender Einspeisung. Aber: Der Leitungsschutzschalter findet sich vermehrt auch in strombegrenzten Anwendungen – Beispiele sind etwa eine unterbrechungsfreie Stromversorgung bei 230 V(AC) oder nach einem Schaltnetzteil bei 24 V(DC). In diesen Fällen ist die Überlastfähigkeit nicht mehr ohne Weiteres gegeben, das Thema Selektivität gewinnt in diesem Bereich an Relevanz. 

Kennlinie des Schutzschalters Bildquelle: © E-T-A Elektrotechnische Apparate

‚Typ ESX 10‘ von E-T-A schaltet ab einem Wert des 1,1-fachen Nennstroms ab. Dies ist kombiniert mit einer Strombegrenzung über dem typischen Wert des 1,8-fachen Nennstroms. Die gängige Abschaltzeit bei Überlast beträgt zwischen 100 ms und 3 s.

Bei Selektivität in Standard-Anwendungen steht die Reihenschaltung von Überstromschutzgeräten im Vordergrund. Bei der Betrachtung von strombegrenzten Anwendungen – etwa der USV – steht die Reihenschaltung nicht im Fokus; vielmehr ist die Anwendung in der parallelen Verschaltung der Überstromschutzeinrichtungen wichtig. Anwendungen im Bereich 24 V(DC) mit einem Schaltnetzteil zur Energieversorgung sind in der Überlastfähigkeit limitiert. In der Vergangenheit war der Einsatz von Leitungsschutzschaltern als kostengünstiger Überstromschutz gang und gäbe. Nach und nach werden diese durch elektronischen Überstromschutz ersetzt, da sich so die Selektivität in der Parallelschaltung der Schutzgeräte gewährleisten lässt. Warum? Zurück zum Beispiel der 10-A-Sicherung: Zur sicheren Abschaltung im Fehlerfall muss hier ein Kurzschlussstrom von 35 bis 50 A fließen. Hier kommen nun die Einschränkungen in der Überlastbarkeit der Schaltnetzteile zum Tragen: Die Schaltnetzteile sind auf Nennlast ausgelegt, zeigen jedoch für kurze Zeit eine gewisse Überlastfähigkeit. So lässt sich bei einem Gerät mit 24 V(DC)/20 A nominalem Ausgang durchaus eine dreifache Überlast für 10 bis 15 ms zur Verfügung stellen. Betrachtet man den beschriebenen Leitungsschutzschalter mit einer Überlast von 35 bis 50 A, kann es zu folgendem Szenario kommen: Der Leitungsschutzschalter löst nicht schnell genug aus, um im Fehlerfall den defekten Stromkreis zuverlässig vom Schaltnetzteil zu trennen. Vielmehr bringt er die Stromquelle in die unkontrollierte Überlast und damit in einen Fehlermodus. Der gesamte Sekundärkreis verliert seine Spannungsversorgung. Aus diesem Grund kommen mehr und mehr elektronische Überstromschutzgeräte zum Einsatz, da diese in solchen Fällen zuverlässig abschalten.

Die Kennlinien der elektronischen Schutzgeräte sind auf die Anwendung nach dem Schaltnetzteil ausgelegt und entsprechend eingestellt. Das heißt, eine Überlast-Abschaltung erfolgt bei diesen Geräten bereits bei einem Wert vom 1,05- bis 1,35-fachen des Nennstroms. Die Abschaltung findet innerhalb kürzester Zeit statt – typischerweise nach 0,1 bis 1 s, je nach dem Vielfachen des Nennstroms. Durch die schnelle Abschaltung im Fehlerfall garantiert der Schutzschalter die Selektivität. Die anderen Stromkreise verbleiben sicher an der 24-V(DC)-Stromversorgung, die Trennung betrifft nur den defekten Stromkreis.