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Thermomagnetische Geräteschutzschalter

Thermomagnetische Schutzschalter sind mit zwei Auslösemechanismen ausgestattet: Der temperaturabhängige Teil des Mechanismus besteht aus einem Bimetall mit einer Heizwicklung. Ströme, die den Nennstrom des Schutzgerätes übersteigen, erzeugen in dem Heizdraht Wärme. Das Bimetall beugt sich und wirkt auf den Schaltmechanismus bis er abschaltet. Die Reaktion auf Überlastströme erfolgt zeitverzögert.

Der magnetische Auslösemechanismus besteht aus einer Magnetspule und einem Tauch- oder Klappanker. Ströme, die den Nennstrom des Schutzgerätes übersteigen, erzeugen in der Spule ein magnetisches Feld. Mit dem Strom verstärkt sich das magnetische Feld und zieht den Anker an. Wenn der voreingestellte Grenzwert erreicht ist betätigt der Anker den Auslösemechanismus und schaltet so das Schutzgerät ab. Die Reaktion auf Kurzschlussströme und zu hohe Überlastströme erfolgt innerhalb von drei bis fünf Millisekunden.

Nennströme und typische Innenwiderstände

Nennstrom (A)Innenwiderstand (Ω)Nennstrom (A)Innenwiderstand (Ω)
0,55,060,05
11,18≤ 0,02
20,310≤ 0,02
30,1412≤ 0,02
40,0915≤ 0,02
50,0616≤ 0,02
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Aufbau

Innenaufbau thermomagnetischer Schutzschalter  

Innenaufbau thermomagnetischer Schutzschalter

Legende:

  1. Spulenanker
  2. Magnetspule
  3. a) Bimetall mit umwickeltem, stromdurchflossenen Heizelement bis 5 A
    b) Bimetall, direkt stromdurchflossen ab 6 A
  4. Auslösemechanismus
  5. Schalthebel ein/aus
  6. Schaltkontakt
  7. Schaltstange
  8. Einstellung Vorspannung

 

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Funktionsschaltbild

Funktionsschaltbild eines thermomagnetischen Geräteschutzschalters

Funktionsschaltbild eines thermomagnetischen Geräteschutzschalters

Legende:

1. Power in
2. Power out
11. Common
12. Normally closed (NC)
14. Normally open (NO)

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Auslösekennlinien

Typische Auslösekennlinie thermomagnetischer Schutzschalter  

Typische Auslösekennlinie thermomagnetischer Schutzschalter

Thermomagnetische Geräteschutzschalter sind grundsätzlich mit drei verschiedenen Kennlinien erhältlich. Damit sind sie für sämtliche Anforderungen geeignet. In der typischen Auslösekennlinie sind die einzelnen Bereiche und Funktionen beispielhaft dargestellt.

Legende:

a = Arbeitsbereich thermische Auslösung
b = Arbeitsbereich magnetische Auslösung
t = Schaltzeit (in Sekunden)
xl = Vielfaches des Nennstroms/Auslösefaktor
1 = Strombereich, für den die Kennlinie gilt
2 = Auslösebereich DC (grau)
3 = Auslösebereich AC (blau)
4 = Auslösemaximum
5 = Auslöseminimum

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Die Kennlinie zeigt, dass die thermische Auslösung [a] deutlich später reagiert als die magnetische [b]. Grund ist die erforderliche Aufwärmzeit des temperaturabhängigen Auslösemechanismus. Aber auch kleinere Ströme, die über eine längere Zeit fließen, werden als Überlastströme erkannt und abgeschaltet. Die magnetische Auslösung reagiert in sehr kurzer Zeit auf schnell ansteigende Ströme, die den Nennstrom übersteigen.

Wechselströme lösen bei gleichem Nennwert schneller aus als Gleichströme. Das ist mit dem blauen Bereich in der Kurve dargestellt. Prinzipiell gilt dieses Verhalten für alle Kennlinien. Praktische Anwendung findet das allerdings nur beim Einsatz von Schutzschaltern mit M1-Kennlinie. Schutzschalter mit SFB- oder F1-Kennlinie lösen auch bei Gleichstrom bereits so schnell aus, dass sie beim Betrieb mit Wechselstrom zu sensibel reagieren würden. Aus dem Grund sind die Auslösebereiche für Wechselströme in den SFB- und F1-Kennlinien nicht dargestellt.

SFB-Kennlinie

SFB-Kennlinie  

SFB-Kennlinie

Schutzschalter mit SFB-Auslösekennlinie bieten maximalen Überstromschutz – auch in ausgedehnten Anlagen mit langen Leitungswegen.

Schutzgeräte mit dieser Kennlinie vermeiden ein unnötig frühes Abschalten bei betriebsbedingten, kurzzeitigen Stromanstiegen. Gleichzeitig verhindern sie lang andauernde Überlastströme, die zu einer gefährlichen Wärmeentwicklung in den Betriebsmitteln führen können.

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M1-Kennlinie

M1-Kennlinie  

M1-Kennlinie

Schutzschalter mit M1-Kennlinie lösen später aus als jene mit SFB- oder F1-Kennlinie. Sie halten Anlaufströmen etwas länger stand, reagieren aber träger auf Fehlersituationen. Fehlerhaft blockierte Antriebe können aufgrund des damit verbundenen Überlaststroms erheblich beschädigt werden.

Im Vergleich zur Gleichstromkennlinie ist die Kennlinie für Wechselströme auf der Achse des vielfachen Nennstroms etwas nach vorne gezogen. Wechselströme führen also schon bei einem kleineren Vielfachen des Nennstroms zur Auslösung des Schutzschalters.

Legende:
Graue Kennlinie: Auslösebereich für Gleichströme
Blaue Kennlinie: Auslösebereich für Wechselströme

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F1-Kennlinie

F1-Kennlinie  

F1-Kennlinie

Diese Schalter sind nicht zum Schutz von Antrieben geeignet, die temporäre Anlaufströme verursachen, die über dem Nennstrom liegen. Schutzschalter mit F1-Kennlinie lösen in Überlastsituationen schnell aus. Im Betrieb kann das zu unnötig häufigen Abschaltungen führen.

Endgeräte, die auch bei kurzzeitiger Überlastung und wenig erhöhten Betriebsströmen beschädigt werden können, sind mit diesen Schutzschaltern allerdings gut abgesichert.

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Video zur Signalabsicherung

Einfacher Aufbau einer selektiven Stromverteilung mit Geräteschutzschaltern


Geräteschutzschalter

Lernmodul zur Funktion von Geräteschutzschaltern.