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Auslöseverzögerung

 

Ein Schutzschalter ist ein elektrischer Schalter, der einen Stromkreis automatisch öffnet, wenn bestimmte elektrische Bedingungen erfüllt sind. Im Allgemeinen löst ein Schutzschalter aus, wenn der durch einen Fühler fließende Strom einen voreingestellten Wert überschreitet. Carling Technologies stellt Schutzschalter mit hydraulischem/magnetischem Auslöseelement her. Im Folgenden wird am Beispiel der meistgenutzten "Series Trip"-Stromkreiskonfiguration beschrieben, wodurch magnetische Schutzschalter ausgelöst und wie Auslöseverzögerungen erzielt werden.

Wodurch wird ein magnetischer Schutzschalter ausgelöst?

Der hydraulische/magnetische Schutzschalter in "Series Trip"-Konfiguration besteht aus einer Strommessspule, die mit einem Satz Kontakte in Serie geschaltet ist. (Abbildung 1)

Abbildung 1

Im Inneren der Spule befindet sich ein nichtmagnetisches Verzögerungsrohr, das einen federgelagerten, beweglichen Magnetkern enthält. Der Spulenmechanismus fungiert als Elektromagnet und ist über einen Anker mit den Kontakten verbunden. Wenn die Kontakte geöffnet sind, fließt kein Strom durch den Schutzschalter, sodass die Spule keine elektromagnetische Energie erzeugt. Beim Schließen der Kontakte beginnt der Strom zu fließen. (Abbildung 2)

Abbildung 2 - Stromfluss unter Bemessungsstromstärke

Wenn der normale Betriebsstrom oder "Bemessungsstrom" durch die Messspule fließt, wird um diese Spule ein Magnetfeld erzeugt. Mit zunehmendem Stromfluss nimmt die Stärke des Magnetfelds zu, und der federgelagerte, bewegliche Magnetkern wird in Richtung des Polstücks gezogen. Je weiter sich der Kerns im Inneren der Spule bewegt, desto größer wird die Effizienz des Magnetkreises und damit auch die elektromagnetische Kraft. Wenn der Kern vollständig "eingefahren" ist, hat die elektromagnetische Kraft ihr Maximum erreicht. Der Anker wird vom Polstück angezogen und entriegelt einen Auslösemechanismus, der die Kontakte öffnet. (Abbildung 3)

Abbildung 3 - Mäßige Überlastung mit induzierter Verzögerung

Bei einem Kurzschluss nimmt die elektromagnetische Energie so rasch zu, dass der Anker auch ohne Bewegung des Kerns angezogen wird und der Schutzschalter ohne induzierte Verzögerung auslöst. Dieses Sicherheitsmerkmal wird als "unverzögerte Auslösung" bezeichnet. und sorgt dafür, dass der Schutzschalter im Notfall besonders rasch reagiert. (Abbildung 4)

Abbildung 4 - Kurzschluss - Keine induzierte Verzögerung

Wie verschiedene Auslöseverzögerungen erzielt werden

Die Auslöseverzögerung ist die Zeit, die vergeht, bis der bewegliche Magnetkern in der Strommessspule vollständig "eingefahren" ist und den Schutzschalter auslöst. Diese Zeitverzögerung sollte ausreichend lang sein, um Fehlauslösungen aufgrund harmloser Stromschwankungen zu vermeiden, andererseits aber kurz genug, dass der Stromkreis bei Gefahr rechtzeitig geöffnet wird.

Wenn das Verzögerungsrohr mit Luft gefüllt ist, bewegt sich der Kern relativ schnell, sodass der Schutzschalter rasch auslöst. Dies wird als ultrakurze Auslöseverzögerung bezeichnet. Halbleiterbauteile, die auch keinen kurzzeitigen Überstrom aushalten, sollten durch einen Schutzschalter mit unverzögerter Auslösung geschützt werden, der keine beabsichtige Auslöseverzögerung aufweist.

Wenn das Verzögerungsrohr mit einer temperaturstabilen Flüssigkeit mit geringer Viskosität gefüllt ist, dauert es etwas länger, bis der Kern vollständig "eingefahren" ist. This results in the slightly longer Medium trip time delays that are used from general purpose applications. Auf diese Weise wird eine mittlere Auslöseverzögerung erzielt, die für viele Allzweckanwendungen geeignet ist. (Abbildung 5).

Abbildung 5

Durch die Verwendung einer Flüssigkeit mit hoher Viskosität wird eine besonders lange Auslöseverzögerung erzielt. Lange Verzögerungszeiten werden häufig in Motoranwendungen genutzt, um Fehlauslösungen während eines länger dauernden Anlaufs des Motors nach Möglichkeit zu vermeiden.

Mithilfe magnetischer Shuntplättchen im Magnetkreis lässt sich der Induktionsfluss umleiten und die Toleranz des Schutzschalters gegenüber hohen Einschaltströmen verbessern. Diese Einschaltstrom-Auslöseverzögerungen sorgen dafür, dass eine kurzzeitige, hochpulsige Überspannung (typischerweise 8 ms oder kürzer mit bis zu 25-fachem Bemessungsstrom), wie sie für Transformatoren, Schaltnetzteile und Widerstandslasten charakteristisch ist, nicht zum Auslösen des Schutzschalters führt.

Schutzvorrichtungen mit hydraulischer Verzögerung bieten zusätzlich den Vorteil, dass sie bei höheren Umgebungstemperaturen etwas schneller und bei niedrigeren Umgebungstemperaturen etwas langsamer auslösen. Dieses Verhalten enspricht den Schutzanforderungen der meisten Anwendungen.Hierbei ist zu beachten, dass sich mit der Temperatur lediglich die Dauer der Zeitverzögerung, nicht jedoch die für das Auslösen des Schutzschalters notwendige Stromstärke ändert.

Verzögerungskurven

Die verschiedenen Arten der Auslöseverzögerung können in Form von Verzögerungskurven grafisch dargestellt werden. Diese Kurven zeigen die Beziehung zwischen dem Prozentsatz der Bemessungsstromstärke und der Auslöseverzögerung in Sekunden. Siehe unten stehendes Beispiel.

Die Auslöseverzögerungen der einzelnen Carling Technologies-Schutzschalterserien stehen in Form von PDF-Dokumenten zum Download bereit. TDiese PDF-Dateien mit Auslöseverzögerungskurven und -tabellen sowie weiteren technischen Daten finden Sie auf der Produktseite der jeweiligen Serie auf dieser Website.