Konstruktion von Miniatur-Leistungsschaltern: Schlüsselkomponenten, Funktionsweise und Typen

Warum die Konstruktion von Miniatur-Leistungsschaltern über die Schutzleistung entscheidet

Stellen Sie sich einen Verkabelungsfehler in einem Endverteilungskreis vor. Der voraussichtliche Kurzschlussstrom kann in weniger als 10 ms auf 6 kA oder mehr ansteigen, und der Leitungsschutzschalter (MCB) hat nur wenige Millisekunden Zeit, um ihn zu unterbrechen. Ob der Brecher erfolgreich ist, hängt von einer Sache ab: wie er gebaut ist.

Der Bau eines MCB ist eine bewusst konstruierte Abfolge mechanischer und thermischer Ereignisse. Ein typischer MCB enthält ein geformtes Isoliergehäuse, einen Satz Kontakte, einen Bimetallstreifen zum Überlastschutz, einen Magneten zum Kurzschlussschutz, eine Lichtbogenkammer und Anschlussklemmen. Wenn Sie verstehen, wie diese Teile aufgebaut und angeordnet sind, können Sie vorhersagen, wie sich der Leistungsschalter unter Fehlerbedingungen verhält und warum es bei der Auswahl zu Fehlern kommt.

Die kurze Antwort lautete: Der Bimetallstreifen sorgt dafür, dass der MCB verzögert auf Überlast reagiert, während das Magnetventil ihm eine sofortige Reaktion auf Kurzschlüsse ermöglicht ; Die Lichtbogenkammer bestimmt dann, ob der Leistungsschalter einen Hochstromfehler sauber beseitigt oder bei seinem Nennschaltvermögen ausfällt.

Hauptbauteile eines Miniatur-Leistungsschalters

Obwohl MCBs je nach Hersteller und Nennleistung variieren, sind die physikalischen Bausteine in der gesamten Branche gleich. Jede Unterbaugruppe übernimmt eine bestimmte Schutzphase.

Geformtes Gehäuse und Anschlüsse

Das Gehäuse ist aus einem duroplastischen Isoliermaterial geformt, normalerweise einem flammhemmenden Harz, das auch dann steif bleibt, wenn die Innentemperatur während des Auslösens ansteigt. Es bietet mechanische Festigkeit, elektrische Isolierung und Schutz vor unbeabsichtigtem Kontakt mit spannungsführenden Teilen. Bei den Anschlüssen an den Leitungs- und Lastenden handelt es sich in der Regel um Schraub- oder Käfigklemmen, die für die Leitergrößen ausgelegt sind, die der Leistungsschalter aufnehmen kann. Das Gehäuse führt auch den Auslösehebel und trägt die auf der Vorderseite aufgedruckten elektrischen Nennwerte.

Kontaktsystem und Betätigungsmechanismus

Das Herzstück des Leistungsschalters ist ein Kontaktpaar, ein fester und ein beweglicher, aus einer Legierung auf Silberbasis. Sie führen im geschlossenen Zustand den Laststrom und müssen im Fehlerfall einer Verschweißung standhalten. Der bewegliche Kontakt ist mit einem federbelasteten Mechanismus verbunden, der Energie speichert; Wenn die Verriegelung gelöst wird, drückt diese Energie die Kontakte sehr schnell auseinander, unabhängig davon, wie langsam sich der Benutzer den Knebel bewegt. Die Kontaktöffnungsgeschwindigkeit, der Kontaktdruck und die Qualität des Kontaktmaterials sind die Hauptfaktoren, die einen zuverlässigen Unterbrecher von einem unterscheiden, der nach einigen Auslösungen seine eigenen Kontakte beschädigt.

Thermischer Auslösemechanismus basierend auf einem Bimetallstreifen

Der thermische Auslöser verwendet einen Bimetallstreifen, zwei verbundene Metalle mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Der Laststrom fließt durch den Streifen oder durch eine kleine Heizung um ihn herum, und wenn der Strom lange genug den Nennwert überschreitet, biegt sich der Streifen und gibt die Verriegelung frei. Dadurch entsteht die bekannte umgekehrte Zeitcharakteristik: Bei einer leichten Überlast dauert die Auslösung Minuten, während bei einer starken Überlast die Auslösung in Sekunden erfolgt. Die Kalibrierung dieses Streifens und seine Konsistenz vom Gerät zu Gerät bestimmen, ob der Schutzschalter das Kabel ohne störende Auslösungen schützt.

Magnetischer Auslösemechanismus mit einer Magnetspule

Bei Kurzschlüssen ist die thermische Reaktion viel zu langsam. Der Magnetauslöser besteht aus einer Magnetspule, die den Netzstrom führt, und einem federbelasteten Stößel. Wenn ein Fehlerstrom durch die Spule fließt, zieht das Magnetfeld den Kolben an und löst den Mechanismus schnell aus, normalerweise innerhalb weniger Millisekunden. Die Ansprechschwelle des Magnetventils definiert den Leistungsschaltertyp: B, C oder D, je nachdem, wie oft der Nennstrom zum Auslösen erforderlich ist.

Lichtbogenlöschsystem

Wenn sich die Kontakte unter Last trennen, entsteht zwischen ihnen ein Lichtbogen. Der Lichtbogenschacht, normalerweise ein Stapel von Entionenplatten in einer geformten Kammer, teilt den Lichtbogen in kleinere Lichtbögen auf, kühlt ihn und erhöht seine Spannung, bis der Lichtbogen nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Innerhalb der kompakten Breite eines MCB ist die Geometrie dieser Rutsche der begrenzende Faktor für die Bruchkapazität. Aus diesem Grund können zwei Leistungsschalter mit demselben Nennstrom sehr unterschiedliche kA-Werte haben: Je besser die lichtbogenlöschende Konstruktion, desto höher ist der Kurzschlussstrom, den der Leistungsschalter sicher unterbrechen kann.

Wie die Konstruktion das Auslöseverhalten hervorruft

Unter Berücksichtigung dieser Komponenten wird die Bediensequenz leicht verständlich.

Überlastung: Eine kontrollierte thermische Verzögerung

Angenommen, ein Stromkreis zieht 20 Prozent mehr Strom als seine Nennleistung beträgt. Der Bimetallstreifen erwärmt sich langsam, biegt sich und gibt nach einer von der Größe der Überlastung abhängigen Verzögerung die Verriegelung frei. Je länger die Überlast anhält bzw. Je höher ihr Wert ist, desto kürzer ist die Verzögerung. Diese Verzögerung ist beabsichtigt: Sie lässt harmlose Einschaltströme, wie z. B. beim Starten eines Motors oder beim Laden eines Kondensators, passieren, ohne auszulösen.

Kurzschluss: Eine sofortige magnetische Auslösung

Bei einem echten Kurzschluss steigt der Strom auf ein Vielfaches des Nennwerts. Der Magnet erkennt den Spannungsstoß und zieht sofort den Kolben, wobei er den Thermostreifen vollständig umgeht. Das Ergebnis ist eine schnelle Unterbrechung, die die Energie und den Durchlassstrom begrenzt, die dem fehlerhaften Stromkreis zugeführt werden.

Zurücksetzen nach einer Reise

Nachdem der Fehler behoben ist, kühlt der Bimetallstreifen ab und der Magnetanker kehrt in seine Ruheposition zurück. Der MCB wird zurückgesetzt, indem der Kippschalter zuerst in die Aus-Position und dann wieder in die Ein-Position gebracht wird. Wenn der Fehler weiterhin besteht, löst der Leistungsschalter erneut aus, wobei immer wieder dieselbe mechanische Konstruktion verwendet wird, vorausgesetzt, dass der Fehlerstrom innerhalb seines Nennausschaltvermögens bleibt.

Auswahl eines MCB basierend auf Konstruktion und Auslösetyp

Die Auswahl beginnt mit dem Nennstrom und dem Ausschaltvermögen und geht dann zur Auslösekurve über, die eine direkte Folge der Einstellung des magnetischen Auslösers ist.

Warum das Ausschaltvermögen die gleiche Aufmerksamkeit verdient

Das Nennausschaltvermögen (Icn, üblich 4,5 kA bis 10 kA für Haushalts-MCBs, getestet nach IEC 60898-1) ist der maximale Kurzschlussstrom, den das Gerät ohne Schaden überwinden kann. Die Installation eines MCB mit unzureichender Abschaltleistung bei hohem potenziellen Fehlerstrom stellt ein Sicherheitsproblem dar, nicht nur ein Leistungsproblem.

Häufige Auswahlfehler

• Dimensionierung nur nach Laststrom und ohne Berücksichtigung der Kabellänge oder des voraussichtlichen Fehlerniveaus des Stromkreises.
• Wählen Sie einen Typ D für einen Stromkreis mit hohem Einschaltstrom und vergessen Sie, dass er auch anhaltende Überlastungen über einen längeren Zeitraum durchlässt.
• Unter Berücksichtigung des Unterschieds zwischen MCB- und Kompaktleistungsschalter-Konstruktion (MCCB); Sobald der Fehlerpegel am Verteilungspunkt etwa 10 kA bis 16 kA überschreitet, ist ein MCCB normalerweise das geeignetere Gerät. Unser Leitfaden zum Niederspannungs- und Mittelspannungsschutz erklärt die Nennbereiche im Detail.

Wenn der Verteilerpunkt mehr verlangt, als ein MCB bieten kann, lässt sich die gleiche thermisch-magnetische Konstruktion zu einem Kompaktleistungsschalter skalieren. Für diese Situationen unsere MCCB der EZC-Serie, für 100 A bis 1600 A ist ein natürlicher nächster Schritt für die Niederspannungsverteilung.

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Was ein Hersteller in der MCB-Konstruktion sieht

Aus der Fabrikhalle betrachtet ist der MCB-Bau eine Studie der Konsistenz. Ein korrekt auf dem Papier kalibrierter thermischer Auslöser verhält sich immer noch fehlerhaft, wenn der Bimetallstreifen zwischen den Ladungen variiert. Die Qualität des Kontaktmaterials, die Formpräzision und die Ausrichtung des Auslösemechanismus entscheiden darüber, ob ein Leistungsschalter die Typprüfungen besteht und in jeder Einheit die gleiche Leistung liefert.

Aus diesem Grund bauen wir unsere Brecher auf der Grundlage einer vollständigen Produktionskette auf, von der Teileverarbeitung bis zur Endmontage, und warum unsere Fertigungs- und Qualitätskontrolleinrichtung legt Wert auf stabile Prozesse. Da wir in Liushi ansässig sind, wo die gesamte elektrische Lieferkette konzentriert ist, haben wir die direkte Kontrolle über die Rohstoffe und erhalten schnelles Feedback aus der Produktion.

Wo präzises Timing von entscheidender Bedeutung ist, fügt eine digitale elektronische Fahrt eine weitere Ebene hinzu. Stirb MTM1E digitaler elektronischer MCCB , Nennstrom 125 A mit einem Ausschaltvermögen von 50 kA , ersetzt die Bimetalleinstellung durch einen mikroprozessorgesteuerten Schutz und ermöglicht so eine engere Abstimmung mit nachgeschalteten MCBs.

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Auch die anwendungsspezifische Konstruktion spielt eine Rolle. Eine Solar-PV-Anlage schützt Gleichstromkreise, in denen der Strom nicht durch einen natürlichen Nullpunkt fließt und sich Lichtbögen anders verhalten als bei Wechselstrom. Für solche Installationen ist a PV-DC-MCCB mit einer Nennspannung von 1000 V und 630 A für Solaranwendungen nutzt die Kontakt- und Lichtbogenkammerkonstruktion, die zur zuverlässigen Unterbrechung des Gleichstroms erforderlich ist.

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Am obersten Ende der Verteilungshierarchie werden die Haupteinspeiser oft durch offene Leistungsschalter und nicht durch MCBs geschützt; Sie können diese unterschiedlichen Konstruktionen in unserem vergleichen Anleitung für offenen Leistungsschalter .

Der praktische Imbiss

Die MCB-Konstruktion ist keine Blackbox. Der Bimetallstreifen und die Magnetspule sorgen für die beiden Schutzreaktionen, die Lichtbogenkammer definiert die Bruchgrenze und das Gehäuse, die Kontakte und die Anschlüsse bestimmen die Haltbarkeit. Wenn Sie einen Leistungsschalter betrachten, sehen Sie die wenigen Unterbaugruppen, die zusammenarbeiten.

Für alltägliche Stromkreise ist ein richtig ausgewählter MCB vom Typ B oder C ein zuverlässiger Schutz. Wenn die Fehlerhäufigkeit zunimmt oder Koordination und Präzision wichtig sind, werden dieselben Prinzipien auf MCCBs und elektronische Auslöser übertragen. Beginnen Sie mit der Konstruktion, passen Sie sie an die Streckenbedingungen an, und schon wird die Auswahl unkompliziert.