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Grundlegende Schutzfunktionen eines NH-Schalters – Der Standard
Ein NH-Schalter – das mCCB gemäß IEC 60947-2 festgelegt – schützt Stromkreise vor zwei Fehlern. Der Überlastschutz reagiert auf dauerhafte Überspannung mittels einer Bimetallstreife, die sich erwärmt und gemäß einer inversen Zeit-Kennlinie auslöst. Der Kurzschlussschutz reagiert innerhalb von Millisekunden auf Fehlerströme, die das 5- bis 10-fache des Nennstroms betragen, mittels eines elektromagnetischen Magnetschalters. Dieser thermisch-magnetische Auslösemechanismus stellt die Grundlage dar. Er bietet keinen Schutz vor Erdfehlern, Unterspannung, Phasenausfall oder Fernsteuerungsbefehlen – dafür sind Zusatzmodule erforderlich.
Überlast, Kurzschluss und der thermisch-magnetische Auslösemechanismus
Der Standard mCCB die thermomagnetische Auslöseeinheit nutzt zwei Prinzipien. Das thermische Element – ein Bimetallstreifen, der durch den Laststrom erhitzt wird – verformt sich proportional zu I²t und simuliert so die Erwärmung von Kabeln. Bei 1,45-fachem Nennstrom muss der Leistungsschalter gemäß IEC 60947-2 innerhalb einer Stunde auslösen. Das magnetische Element löst sofort (innerhalb von weniger als 20 ms) aus, sobald der Strom den Ansprechwert überschreitet. Folgendes leistet diese Einheit NICHT: Erkennung eines Reststroms von 30 mA, Auslösung bei Spannungseinbruch unter 70 % oder Reaktion auf ein externes BMS-Signal.
Praxisbeispiel – Ein Fertigungsunternehmen ergänzt seine Reihe von Motorschutzschaltern um einen Fehlerstromschutz
Ein mittelgroßer Elektronikbetrieb in Osteuropa verzeichnete drei ungewollte Auslösungen seines Hauptzuleiters mCCB über sechs Monate. Die Untersuchung führte das Problem auf kumulative Erdschlüsse zurück – die Einzelschlüsse einzelner Maschinen lagen bei 8 bis 15 mA; bei 40 Maschinen summierte sich dies auf über 400 mA und überschritt während feuchter Witterung den Schwellenwert des Hauptanschlusses von 500 mA. Die Lösung, entwickelt gemeinsam mit HONGXINAIOT (Xiamen Hongxin Intelligent Technology), einem High-Tech-Unternehmen mit 24-jähriger Erfahrung des Mutterkonzerns im Bereich Stromverteilung, umfasste die Nachrüstung der Zweigstromkreise mCCB mit Erdschlussmodulen, die pro Zweigstromkreis auf 100 mA eingestellt wurden. Fehlauslösungen hörten auf. Durch die Überwachung auf Zweigstromkreisebene konnten die Wartungsteams erhöhte Erdschlüsse bereits vor einer Auslösung identifizieren – dadurch ließen sich Ausfälle in geplante Wartungsmaßnahmen umwandeln.
Zusatzschutzmodule zur Erweiterung der Funktionalität von Leitungsschutzschaltern (MCCB)
Auslösehilfe (Shunt Trip), Spannungsunterbrechungs-Auslöser (Undervoltage Release), Erdschlussmodul und Motorschutz
Modern mCCB akzeptiert vier Kategorien von Zusatzschutzmodulen, ohne den Leistungsschalter auszutauschen. Eine Auslösevorrichtung mit Hilfsauslöser (Shunt-Trip-Auslöser) – die durch ein externes Spannungssignal einer Brandmeldeanlage, einer Not-Aus-Taste oder eines BMS-Relais aktiviert wird – löst den Leistungsschalter innerhalb von 50 ms nach Eingang des Signals fernaus. Eine Unterspannungsauslösevorrichtung (UVR) löst den Leistungsschalter aus, wenn die Versorgungsspannung unter 70 % bis 35 % der Nennspannung fällt, und verhindert das Wiedereinschalten, bis die Spannung wieder über 85 % der Nennspannung ansteigt; dies schützt Motoren vor Stillstand und Neustart unter Last. Ein Erdschlussmodul mit externem Stromwandler für stromkompensierte Messung (CBCT) erkennt Reststromwerte ab 30 mA zum Personenschutz oder ab 100 mA bis 30 A zum Geräteschutz und ergänzt einen Standard-Leistungsschalter um die Funktion eines FI-Schalters (RCD). Ein Motorschutzmodul ergänzt den Schutz um Phasenausfall- und Phasenungleichgewichtserkennung – eine entscheidende Funktion bei dreiphasigen Motorstromkreisen, bei denen ein Phasenausfall die Wicklungen innerhalb weniger Minuten zerstören kann.
Elektronische Auslöseeinheiten – Programmierbarkeit und Kommunikation
Einstellbare Auslösecharakteristiken, Datenaufzeichnung und Modbus/Fieldbus-Integration
Eine elektronische Auslöseeinheit ersetzt den festen thermisch-magnetischen Mechanismus innerhalb eines mCCB mit einem mikroprozessorgesteuerten Schutzrelais. Die Vorteile sind dreifach. Einstellbare Auslösecharakteristiken – Langzeit-Auslösestrom von 0,4 bis 1,0× Nennstrom, Kurzzeit-Auslösestrom von 1,5 bis 10×, Sofortauslösung von 2 bis 15× – ermöglichen die Schutzeinstellung über mehrere Leistungsschalter-Ebenen hinweg, ohne physische Hardwareänderungen vornehmen zu müssen. Datenaufzeichnung – die Auslöseeinheit speichert Betrag und Zeitstempel der letzten 5 bis 10 Störfälle, einschließlich phasenspezifischer Ströme und der Fehlerart (Überlast, Kurzschluss, Erdschluss) – liefert forensische Daten für die Ursachenanalyse nach einem Auslösevorgang. Kommunikation – Modbus RTU-, Modbus TCP- oder Profibus-Schnittstellen – integrieren den Leistungsschalter in das SCADA- oder Energiemanagementsystem der Anlage für die Echtzeitstromüberwachung, Energiemessung sowie ferngesteuerte Öffnungs-/Schließbefehle. Ein mCCB mit einer elektronischen Auslöseeinheit und einem Kommunikationsmodul wird zu einem Netzqualitätssensor und nicht nur zu einem Schutzgerät.
Anwendungsspezifische MCCB-Konfigurationsanleitung
Gewerbegebäude, industrielle Motorsteuerung und erneuerbare Energiesysteme
Verteilung in Gewerbegebäuden – eine mCCB schutz eines Unterverteilungskastens, der Beleuchtungs- und Steckdosenkreise versorgt, profitiert von einem Erdschlussmodul mit einer Empfindlichkeit von 300 mA zum Brandschutz gemäß IEC 60364. Industrielle Motorsteuerung – ein Leistungsschalter, der einen 30-kW-Pumpenmotor speist, erfordert ein Motorschutzmodul mit Phasenausfallschutz und einer Unterspannungsauslösung, um einen automatischen Neustart nach einer Spannungseinbruchssituation (Brownout) zu verhindern. Erneuerbare Energiesysteme – Wechselrichter-Wechselstrom-Kombinationskästen für Solarsysteme benötigen Leistungsschalter, die für bidirektionalen Stromfluss sowie erhöhte Umgebungstemperaturen (50 °C bis 60 °C innerhalb eines Wechselrichtergehäuses) ausgelegt sind, wobei eine entsprechende Leistungsreduzierung (Derating) vorzunehmen ist. HONGXINAIOT bietet maßgeschneiderte Stromverteilungslösungen – inklusive mCCB baugruppen mit anwendungsspezifischen Konfigurationen für Zusatzmodule – für globale Märkte mit regionsspezifischer Einhaltung von Normen.
Häufig gestellte Fragen
Kann ein MCCB Erdschlussströme erkennen?
Ein Standard mCCB erkennt keine Erdschlussströme. Durch Hinzufügen eines Erdschlussmoduls mit externem Stromwandler im Kernbilanzverfahren wird die Reststromerkennung im Bereich von 30 mA bis 30 A ermöglicht, abhängig vom ausgewählten Modul. HONGXINAIOT liefert kompatible Zusatzmodule.
Was ist der Unterschied zwischen Auslöseauslöser (Shunt Trip) und Spannungsabfallauslöser (Undervoltage Release)?
Ein Auslöseauslöser (Shunt Trip) an einem mCCB löst den Leistungsschalter aus, sobald er ein externes Spannungssignal erhält – wird beispielsweise für die Integration in Brandmeldeanlagen und Not-Aus-Systeme verwendet. Ein Spannungsabfallauslöser (Undervoltage Release) löst bei Spannungseinbruch aus und verhindert das Wiedereinschalten, bis die Versorgungsspannung wiederhergestellt ist – wird beispielsweise zum Motorschutz eingesetzt.
Kann ein MCCB mit einem Gebäudeleitsystem kommunizieren?
Ja. Ein mCCB mit elektronischem Auslösegerät und Modbus-RTU/TCP- oder Profibus-Kommunikationsmodul überträgt Echtzeit-Strom-, Spannungs-, Leistungs- und Fehlerdaten an ein BMS oder ein SCADA-System für die Fernüberwachung und Energiemanagement.
Welcher zusätzliche Schutz ist für einen Motorstromkreis erforderlich?
Ein Motorstromkreis mCCB muss mit Phasenausfall- und Phasenungleichgewichtserkennung, einer Unterspannungs-Auslöseeinrichtung zum Verhindern von Neustarts bei Spannungseinbrüchen (Brownouts) sowie optional einem Erdschlussschutzmodul ausgestattet sein. Die Standard-Thermomagnet-Auslöseeinrichtung allein ist für den Motorschutz unzureichend.
Wie erfolgt die Schutzzusammenarbeit zwischen mehreren MCCBs?
Die Schutzzusammenarbeit zwischen mCCB geräten erfolgt mittels Zeit-Strom-Kurven-Analyse – der nachgeschaltete Leistungsschalter muss bei jedem Kurzschlussstrom innerhalb seiner Schutzzone vor dem vorgeschalteten Leistungsschalter ansprechen. Elektronische Auslösegeräte mit einstellbaren Kennlinien vereinfachen die Abstimmung ohne Hardwareänderungen.
Kann ein MCCB in einer Solar-PV-Anlage eingesetzt werden?
Ja. Ein mCCB in einem Wechselstrom-Verteilerkasten für Solar-PV-Anlagen müssen die Leistungsschalter für bidirektionalen Strom ausgelegt sein, auf eine Umgebungstemperatur von 50 °C bis 60 °C innerhalb des Gehäuses abgesenkt (derated) werden und bei Verwendung auf der Gleichstromseite mit einer geeigneten Gleichspannungs-Nennspannung ausgewählt werden. HONGXINAIOT bietet anwendungsspezifische Leistungsschalter-Konfigurationen.