Einleitung

Kompaktleistungsschalter werden in Energieverteilungsanlagen als Hochstromschutz- und Schaltgerät eingesetzt. In diesem Artikel dreht sich alles um Kompaktleistungsschalter, bekannt als MCCBs. Wir werden MCCBs, ihre Konstruktion, verfügbare Typen und ihre Anwendungen diskutieren.

Was ist ein Kompaktleistungsschalter?

Kompaktleistungsschalter sind eines der wichtigsten Leistungshandhabungsgeräte, die in industriellen Umgebungen verfügbar sind. MCCBs können auch als robuste und überlegene Version von Haushalts-Leitungsschutzschaltern identifiziert werden. Leitungsschutzschalter (MCBs) finden sich hauptsächlich in Stromverteilungstafeln für Haushalte, um die elektrische Leistung zu steuern, die an verschiedene Stromkreise innerhalb eines Gebäudes angelegt wird.

Kompaktleistungsschalter sind in erster Linie für den Einsatz als Leistungsschutzgerät vorgesehen. Während ein normaler MCB, der in einem Haushaltsverteiler verwendet wird, einen Nennstrom von 2 A bis 125 A hat, kann ein MCCB einen Dauerstrom von bis zu 2500 Ampere haben. Dies macht MCCBs zur idealen Wahl für industrielle Hochleistungsanwendungen.

Diese Geräte werden auch als Leistungstrenngeräte für Hochstrom und Niederspannung verwendet, um elektrische Energie zu handhaben, und sind sowohl in AC- als auch in DC-Ausführung erhältlich. DC-MCCBs sind komplizierter als AC-MCCBs aufgrund der Art des Lichtbogens, der sich bildet, wenn ein DC-Trennschalter ausrückt.

MCCBs bieten ähnliche Funktionen wie MCBs, wie z.

• Schaltverhalten/Leistungstrennung
  • MCCBs sind auch in einpoligen oder dreipoligen Konfigurationen erhältlich. Das bedeutet, dass der MCCB als Schalter fungieren kann, der das elektrische System vollständig oder teilweise von der primären Stromquelle trennen kann. Dies ist eine weniger häufige Anwendung von MCCBs.
• Überspannungschutz
  • Überlastschutz ist die Art des Schutzes, den eine elektrische Sicherheitseinrichtung bietet, indem sie automatisch den Strom abschaltet, wenn die angeschlossene Last über einen längeren Zeitraum zu viel Strom zieht.
• Elektrischer Fehlerschutz
  • Fehler wie Leiter-Erde-Fehler oder Leiter-Leiter-Fehler können extrem große Stoßströme verursachen, die sofort unterbrochen werden müssen. MCCBs sind in der Lage, den maximalen Nennstrom zu halten und verfügen gleichzeitig über sofortige Abschaltfunktionen für übermäßige Stoßströme.

Im Vergleich zu Leitungsschutzschaltern (MCBs) haben Kompaktleistungsschalter einige zusätzliche Vorteile, wie z.

• Hochspannungsisolierung
  • Kompaktleistungsschalter sind in der Regel in größeren Kunststoffgehäusen untergebracht, die hohen Temperaturen, Stößen und Vibrationen standhalten. Sie können sicher in Anwendungen wie 400 V oder 600 V eingesetzt werden, wo eine Hochspannungsisolierung erforderlich ist.
• Programmierbare/einstellbare Schwellenwerte
  • Bei modernen Kompaktleistungsschaltern sind Parameter wie thermische Überlastschutztemperatur, Überstromschwelle, Überstromauslösezeit und Fehlerstrom einstellbar. Dies vereinfacht die Anwendung eines MCCB-Modells über einen breiten Anwendungsbereich.
• Dieses Formular beschänkt sich auf einige wesentliche Grundfunktionen
  • MCCB-Hersteller haben damit begonnen, fortschrittlichere Funktionen wie Remote Sensing und Monitoring für die Verfolgung des Stromverbrauchs in Echtzeit und die Konfiguration von Remote-Einstellungen einzubeziehen. Es gibt einige Marken, die das Hinzufügen von externem Zubehör wie Konnektivität für industrielle Kommunikationsnetzwerke und Alarme ermöglichen.
• Viel größere Stromstärke
  • Kompaktleistungsschalter können im Gegensatz zu MCBs mit hohen Strömen umgehen. Dies macht sie zur idealen Wahl für den Schutz von Stromversorgungssystemen in Industrie- und Haushaltsanwendungen.

Kompaktleistungsschalter Wikipedia

Kompaktleistungsschalter fallen in die Kategorie der Schutzvorrichtungen für elektrische Energie. Laut Wikipedia , "A Schutzschalter ist ein elektrisches Sicherheitsgerät zum Schutz eines elektrisch Schaltung vor Schäden durch eine Überstrom or Kurzschluss. Seine grundlegende Funktion besteht darin, den Stromfluss zu unterbrechen, um die Ausrüstung zu schützen und das Risiko zu vermeiden Feuer. Im Gegensatz zu a Sicherung, die einmal auslöst und dann ersetzt werden muss, kann ein Leistungsschalter (entweder manuell oder automatisch) zurückgesetzt werden, um den normalen Betrieb wieder aufzunehmen.“

In häuslichen, gewerblichen und industriellen Anwendungen, in denen die Systemspannung als niedrig gilt (unter 100 VAC), werden MCCBs verwendet, um Ströme von bis zu 2500 Ampere zu handhaben. Die Eigenschaften für Niederspannungs-Leistungsschalter sind weiter beschrieben in IEC947 Standarddefinition.

Der Wikipedia-Artikel gefunden in diesen Link enthält zusätzliche Informationen zu den Typen von Leistungsschaltern und ihrer Betriebstheorie.

Bevor wir die Arten von MCCBs diskutieren, wollen wir uns einige der gemeinsamen Parameter von MCCBs ansehen.

Erläuterung der MCCB-Parameter

Parameter	Beschreibung
Rahmennennstrom (Inm)	Dies ist der maximale Strom, den der MCCB handhaben kann. Dies ist typischerweise der Maximalwert des einstellbaren Auslösestrombereichs.
Nennstrom (In)	Dies ist der Auslösestrom des Leistungsschalters. Dieser Wert ist kleiner als der Rahmennennstrom und einstellbar.
Nennisolationsspannung (Ui)	Die Isolationsspannung ist die maximal beständige Spannung, die das Schaltergehäuse handhaben kann. Diese wird unter Laborbedingungen gemessen.
Nennbetriebsspannung (Ue)	Dauerbetriebsspannung des MCCB. Dies ist die typische Systemspannung und kann niedriger sein.
Bemessungsstoßspannungsfestigkeit (UKobold)	Die Nennstoßspannungsfestigkeit ist die Spannung, die der MCCB handhaben kann während eines Überspannungsereignisses wie einem Blitzeinschlag. Die Prüfung ist für einen Impuls von 1.2/50 Mikrosekunde standardisiert.
Kurzschlussausschaltvermögen (ICS)	I_cs ist der höchste Fehlerstrom, den ein MCCB handhaben kann, ohne das Gerät dauerhaft zu beschädigen. Unterhalb dieser Grenze muss das Gerät immer verwendet werden.
Mechanische Ausdauer	Dies liefert eine Schätzung der manuellen Ein/Aus-Zyklen, bevor das mechanische Hebelsystem versagt.
Elektrische Ausdauer	Die elektrische Lebensdauer gibt an, wie oft ein Gerät auslösen kann, bevor es ausgetauscht werden muss.

Arten von Kompaktleistungsschaltern

Es gibt mehrere Arten von Kompaktleistungsschaltern, die für unterschiedliche Anwendungen ausgelegt sind. Wir haben 5 Hauptkategorien von MCCBs, die verwendet werden, um unterschiedliche Stromanforderungen zu erfüllen.

• Typ B MCCBs
  • MCCBs vom Typ B sind die gängigsten MCCB-Typen, die in Verteilertafeln zu finden sind. Sie lösen zwischen dem 3-5-fachen Nennstrom aus. Die Auslösezeit ist von 40 Millisekunden bis 13 Sekunden einstellbar. Diese werden üblicherweise für den Schutz von Nebenstromkreisen/ohmschen Lasten wie Beleuchtungs- und Heizelementen verwendet.
• Typ C MCCBs
  • Mit einem mäßig hohen Auslösestrom von 5-10x Nennstrom finden sich MCCBs vom Typ C in induktiven Lastanwendungen. Die Reaktionszeit kann zwischen 40 Millisekunden und 5 Sekunden liegen.
• Typ D MCCBs
  • MCCBs vom Typ D eignen sich besser für gewerbliche und industrielle Anwendungen, in denen hochinduktive und kapazitive Lasten wie Pumpen und Motoren verwendet werden. Sie können höheren Stoßströmen widerstehen als B- und C-Typen.
• Typ K MCCBs
  • Diese Art von MCCBs ist hauptsächlich für industrielle Anwendungen konzipiert, in denen Hochleistungsmotoren wie Mühlen und Schwermaschinen verwendet werden. Die Einheiten werden in der Regel an Einspeise- oder Verteilertafeln montiert.
• Typ Z MCCBs
  • Der empfindlichste Typ von MCCBs ist die Kategorie Z. Diese lösen zwischen dem 2- bis 3-fachen Nennstrom aus. MCCBs vom Typ Z werden verwendet, um hochempfindliche Elektronik wie medizinische Instrumente und Halbleitergeräte wie Server zu schützen.

MCCBs werden auch nach dem Funktionsprinzip klassifiziert:

• Thermisch-magnetischer Auslöser MCCB
  • Diese Art von MCCBs verlassen sich auf die Bimetallausdehnung und das Stromgleichgewicht in Phasen, um den Kontakt auszulösen. Die stromabhängige Auslösecharakteristik macht die thermisch-magnetischen MCCBs zur idealen Wahl für Wohn- und Industrieanwendungen.

• Elektronische Freigabe MCCB
  • Diese Art von MCCBs verfügt über eine separate Leistungselektronik, die den Stromfluss überwacht und den Schalter entsprechend auslöst. Dies ist gegenüber thermisch-magnetischen MCCBs vorteilhaft, bei denen die Auslöseleistung der MCCBs mit elektronischem Auslöser nicht von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird.

• Mikroprozessorversion MCCB
  • MCCBs vom Mikroprozessortyp verfügen über einen eigenen intelligenten Controller, der den Stromfluss und andere Parameter dynamisch überwacht. Der Strom wird im Echteffektivwert gemessen, daher kann die Erkennungsleistung fein abgestimmt und gesteuert werden.

Diagramm und Aufbau des Kompaktleistungsschalters

Werfen wir einen Blick auf die Interna eines MCCB. MCCBs sind MCBs sehr ähnlich, haben jedoch eine größere Größe und damit die aktuelle Nennleistung. Hier ist ein Querschnittsdiagramm, das den internen Aufbau eines MCCBs zeigt.

• Geformten Gehäuse
  • Die MCCB haben ihren Namen von der äußeren Konstruktion der Einheit. Dabei handelt es sich in der Regel um ein glasfaserverstärktes Gehäuse auf Polymerbasis. Es ist zweiteilig und zum Innenkontaktgehäuse zusammengenietet.

• Überstrom, thermisches Überlastauslösegerät mit externem Griff
  • Der Schaltvorgang erfolgt durch einen federbelasteten Mechanismus. Dies ermöglicht entweder einen manuellen oder einen elektrischen Betrieb. Wenn der Schalter auf eine Position eingestellt ist, verriegelt der Mechanismus den Schalter in einer geschlossenen Position.

Es gibt einen thermischen Auslöser und eine Überstromauslösespule, die mit dem Hauptstromkreis in Reihe geschaltet sind. Der Unterspannungsauslöser liegt parallel zur Stromversorgung. Ähnlich wie bei einem MCB besteht der Auslösemechanismus aus einem Bimetallstreifen, der sich ausdehnt, wenn Strom durch ihn fließt. Wenn der Schwellenwert überschritten wird, löst er den Auslösemechanismus aus, der die mechanische Verriegelung freigibt, um den Kontakt zu unterbrechen.

• Lichtbogenlöscheinrichtung
  • Der Lichtbogenlöscher ist ein spezielles Gerät, das auf Hochstrom-MCCBs und gefunden wird Leistungsschalter. Wenn ein belasteter Stromkreis an einem Schalter wie einem MCCB unterbrochen wird, wird zwischen den getrennten Kontakten ein Lichtbogen erzeugt. Dies ist sehr häufig beim Unterbrechen von hochinduktiven Lasten.

Dieser elektrische Lichtbogen kann die ihn umgebende Luft ionisieren und Brandgefahren und manchmal sogar Personenschäden verursachen. Dies beeinträchtigt die Materialintegrität der Kontakte und des Gehäuses. 

Bei der Löschung solcher Lichtbögen spielt die Lichtbogenlöschkammer eine große Rolle. Diese besteht aus mehreren Luftspalt-Isolatorplatten, die aus metallischen oder nichtmetallischen Materialien bestehen können. Wenn der Hauptkontakt öffnet, bläst ein Luftstoß den Lichtbogen nach oben und in die Lichtbogenkammer, um den Lichtbogenwiderstand zu erhöhen und ihn schnell zu löschen.

• Anschlüsse/Klemmen
  • Es gibt einen Satz robuster Schraubklemmen, die physisch voneinander isoliert sind, um eine angemessene Hochspannungsisolierung und Strombelastbarkeit zu gewährleisten.
• Trip-Taste
  • Die manuelle Auslösetaste ist in den meisten MCCBs zum Testen der Funktionalität verfügbar.
• Optionale Kommunikations- und Fernsteuerungsschaltkreise
  • Fortgeschrittenere MCCB-Modelle bieten erweiterbare Optionen wie Fernüberwachung und -steuerung des Geräts. Dies ist ein optionales Teil und kann beim Hersteller erworben und als Upgrade auf einer vorhandenen Basiseinheit installiert werden. Das Siemens 3VAUL Serie ist ein solcher fortschrittlicher MCCB mit ETU (Electronic Trip Unit).

Funktionen von MCCB

MCCBs bieten zwei Hauptfunktionen:

1. Überspannungschutz
2. Kurzschlussschutz

Zusätzlich zu den Hauptfunktionen bieten MCCBs auch die folgenden optionalen Schutzfunktionen. 

1. Erdschlussschutz
2. Überspannungsschutz
3. Zeitverzögerter Überstromschutz
4. Neutralstromschutz
5. Differentialerdungsschutz
6. Schutz vor Stromungleichgewicht
7. Unterspannungsschutz
8. Gegenstromschutz

Bitte beachten Sie, dass die Verfügbarkeit der oben genannten Features von Hersteller zu Hersteller oder von Modell zu Modell variieren kann.

Preis für Kompaktleistungsschalter

Gegossene Leistungsschalter werden abhängig von ihren primären Eigenschaften wie maximalem Dauerstrom teuer. Sie beginnen normalerweise bei 10 bis 20 US-Dollar und können Sie je nach Funktionen wie Fernsteuerungsmodulen bis zu ein paar Tausend Dollar kosten.

MCCB-Anwendung

Industrie-, Wohn- und Gewerberäume haben alle Hauptverteiler (MDB). Diese Verteilertafeln sind die zentralen Punkte, die elektrische Energie an die Räumlichkeiten verteilen. MCCB fungiert als Hauptschalter, der Strom zu den Teilkreisen in einer Verteilertafel leitet und gleichzeitig Überstrom- und Kurzschlussschutz bietet.

In der Abbildung unten sehen Sie, dass sich oben auf der Verteilerplatine ein Hochstrom-MCCB befindet und von dort aus drei weitere MCCBs mit Strom versorgt werden, um die Teilkreise zu steuern. Während die kleineren MCCBs Schutz auf Unterschaltkreisebene bieten, fungiert der primäre MCCB als Hauptschalter, der die Stromversorgung des gesamten Systems unterbrechen kann.

Zusammenfassung

MCCBs haben eine ähnliche Funktionalität wie ein MCCB (Miniature Circuit Breaker) mit zusätzlichen Funktionen und einer viel höheren Stromkapazität. Obwohl sie dafür ausgelegt sind, bei Überstrom auszulösen und den Stromkreis zu schützen, verbringen sie normalerweise ihr gesamtes Leben in geschlossener Position (eingeschaltet) mit gelegentlichen Auslösungen, wenn ein Fehler auftritt.