Schaltgeräte: Grundlegende Kenngrößen und Aufgaben

 

In unseren Basisseminaren "Schaltbefähigung zur Schaltberechtigung" beschäftigen wir uns mit den Gefahren des elektrischen Stroms und den entsprechenden Abwehr- bzw. Schutzmaßnahmen wie z.B. den 5 Sicherheitsregeln. 

 

Unerlässlich für den sicheren Betrieb von elektrischen Anlagen gemäß unserem Ziel: NULL Unfälle, NULL Fehlschaltungen ist das Verständnis für die Technik.

 

Dazu Kooperieren wir mit Schaltanlagenherstellern wie z.B. Schneider Electric und Ormazabal. Die Teilnehmer erhalten am zweiten Seminartag während des Werksrundgangs einen tiefen Einblick in die Fertigung von Schaltanlagen und der Blick hinter das Blech einer SF6-isolierten Schaltanlage vermittelt das notwendige Wissen zur Funktion.

 

Das oben abgebildete Foto ist in Krefeld in der Fabrik vom Schaltanlagenhersteller Ormazabal entstanden. Zu sehen ist der sog. Dreistellungsschalter, der Lasttrenn- und Erdungsschalter vereint. Der technische Aufbau ist einfach und zuverlässig. Mit nur einem Element (Schaltmesserpaar) sind die Stellungen EIN-AUS-GEERDET realisierbar.

 

In diesem Artikel thematisieren wir kurz die Grundlagen der Schaltgeräte.

• Was sind Schaltgeräte?
• Was können Schaltgeräte?
• Welche Bemessungsdaten spielen bei der Auswahl eine Rolle?

Schaltgeräte dienen zum Verbinden (Einschalten) oder Unterbrechen (Ausschalten) von Stromkreisen.

Die nachfolgenden Beanspruchungen können beim Schalten auftreten:

• Schalten von Betriebsströmen
• Stromloses Schalten
• Kurzschlussströme schalten

Nach DIN EN 62271 (VDE0671) in verschiedenen Teilen sind die unterschiedlichen Schaltertypen für Nennspannungen > 1 kV und in DIN EN 60947 (VDE0660) Schaltgeräte bis 1 kV von Bedeutung.

 

Schaltgeräte werden nach ihren Bemessungsdaten sowie nach den Schaltaufgaben ausgewählt; dazu gehört auch die Schalthäufigkeit. Im ersten Schritt beschäftigen wir uns mit den Aufgaben der einzelnen Schaltgeräte.

 

• Trennschalter (Trenner)
  Stromloses Ein- und Ausschalten. Aufgabe ist, nachgeschaltete Betriebsmittel "freizuschalten", um an diesen gefahrlos arbeiten zu können.
  
• Lastschalter
  Können Ströme bis zu ihrem Bemessungs-Betriebsstrom schalten und auf bestehenden Kurzschuss (bis zum Bemessungskurzschlusseinschaltstrom) einschalten.
  
• Lasttrennschalter (Lasttrenner)
  Kombination aus Lastschalter und Trennschalter, also Lastschalter mit Trennstrecke.
  
• Leistungsschalter
  Können alle Ströme im Rahmen ihrer Bemessungswerte ein- und ausschalten. Dazu zählen kleine induktive und kapazitive Lastströme aber auch der volle Kurzschlussstrom unter allen Fehlerbedingungen im Netz (Erdschluss, Phasenopposition, Kurzschluss hinterm Trafo...)
  
• Erdungsschalter / Erdungsdraufschalter
  Dienen zum Erden und Kurzschließen freigeschalteter Stromkreise.
  
• Schütz
  Sind Lastschaltgeräte mit begrenztem Kurzschlusseinschalt- und Ausschaltvermögen, die bei großer Schalthäufigkeit verwendet werden.
  
• Sicherung
  Bestehen aus Sicherungsunterteil und Einsatz. Mit dem Sicherungsunterteil kann bei stromlosem Ziehen des Sicherungseinsatzes eine Trennstrecke hergestellt werden. Zum einmaligen Ausschalten eines Kurzschlussstromes dient der Sicherungseinsatz.

 

Nachfolgend sind die Kenngrößen für die Auswahl der Schaltgeräte aufgeführt.

• Bemessungsspannung (Ur = Rated Voltage)
  Obere Grenze der höchsten Netznennspannung für die das Gerät bemessen / ausgelegt ist. Die Bemessungsspannung bestimmt die dielektrische Beanspruchung des Schaltgeräts durch Einschwingung- und Wiederkehrspannung insbesondere beim Ausschalten. Alle Hochspannungsschaltgeräte sind Nullpunktlöscher (Ausnahme sind einige Sicherungen), demnach ist die Netzspannung das wichtigste Kriterium für die Dimensionierung.
  
  Das Prinzip der Lichtbogenlöschung (stromabhängig und stromunabhängig) wird in einem separaten Artikel erläutert. In dem Zusammenhang werden auch die unterschiedlichen Bauformen thematisiert.

• Bemessungs-Isolationspegel (Rated Insulation Level)
  Kennzeichnet das Isolationsvermögen von Leiter gegen Erde, zwischen den Leitern sowie über die geöffnete Schalterstrecke bzw. Trennstrecke. Also die Fähigkeit allen Spannungen von gegebenem zeitlichen Verlauf bis zur Höhe der Stehspannung standzuhalten z.B. betriebsfrequente Überspannungen von Schaltvorgängen. Nachgewiesen wird das Isoliervermögen durch Blitzstoßspannungsprüfung und Wechselspannungsprüfung.

• Bemessungs-Betriebsstrom (Ir = Rated Normal Current)
  Der Strom, den die Hauptstrombahn unter festgelegten Bedingungen dauerhaft führen kann. Ein Überschreiten von festgelegten Werten z.B. für die Erwärmung von Bauteilen (Kontakten) darf nicht erfolgen.

• Bemessungs-Stoßstrom (Ip = Rated Peak Withstand Current)
  Maß für die mechanische Belastung eines Betriebsmittels. Der Bemessungs-Stossstrom ist der Scheitelwert der ersten großen Teilschwingung des Kurzschlussstromes während eines Ausgleichsvorgangs nach Stromflußbegin, den das Gerät in geschlossenem Zustand führen kann.

• Bemessungs-Kurzschlußeinschaltstrom
  Scheitelwert des Einschaltstroms bei einem Kurzschluß an den Anschlüssen des Schaltgerätes.

• Bemessungs-Ausschaltstrom
  Lastausschaltstrom im Normalbetrieb

• Bemessungs-Kurzschlussausschaltstrom
  Effektivwert des Ausschaltstroms bei einem Kurzschluss an den Anschlüssen.

 

 

 

 

Weitere Details zum Thema Schaltgeräte und Schaltanlagen sind in unserem Fachbuch "Schaltberechtigung für Elektrofachkräfte und befähigte Personen" im Kapitel 5.8 (ab Seite 181) beschrieben.