Neue Lasten an alten Schaltern, Schützen und Relais

Seit Jahrzehnten gibt es elektronische Schalter und Relais (Bild 1), doch noch immer werden sie nicht als „elektrisch sichere Trennung“ anerkannt [1].

Richtig ist, dass ein solcher elektronischer Kontakt im Falle eines Ausfalls meist derart versagt, dass durch die letztendlich stets thermische Überlastung die Sperrschicht aufschmilzt und durchgängig wird. Damit liegt das elektronische System „auf der unsicheren Seite“.

Dies muss jedoch von herkömmlichen Schaltgeräten wie z. B. Relais (Bild 2) ebenso gesagt werden, deren Kontakte im Fehlerfall zumeist verschweißen, also in Stellung „ein“ verharren. Dennoch ist es bis heute dabei geblieben, dass für eine elektrische Trennung auch in modernen, digital gesteuerten Geräten physisch offene Kontakte gefordert werden und somit Relais wie in Bild 2 zum Einsatz kommen.

Gleichzeitig stellen gerade elektronische Lasten neue Anforderungen an die Kontakte von Schaltgeräten. Nachfolgend sollen daher zunächst die Arten, Ursachen und Auswirkungen insbesondere von Einschaltströmen dargelegt werden, gefolgt von einer Übersicht der Typen und Bauformen von Schaltern, Relais und Schützen, ihrer Eigenarten und Anwendungsgebiete.

Danach wird im Detail auf die Rückwirkungen moderner elektronischer Lasten auf herkömmliche Schaltgeräte und den Umgang diverser Hersteller mit diesen Einflüssen eingegangen, wie er sich in den einzelnen Produktdokumentationen findet.

Allgemeines über Einschaltströme

Bei der Beschaffung eines Schalters, eines Relais oder eines Schützes sieht man sich normalerweise mit den Angaben einer Bemessungsspannung und eines Bemessungsstroms konfrontiert. Auf den ersten Blick möchte es als ausreichend erscheinen, die höchstzulässige Spannung zwischen den geöffneten Kontakten und einen höchstzulässigen Strom für geschlossene Kontakte anzugeben. Gelegentlich wird außerdem ein minimaler Leistungsfaktor genannt, bestenfalls mit einer Angabe versehen, ob es sich dabei um einen induktiven oder einen kapazitiven Leistungsfaktor oder gar beides handelt.

Diese Angaben reichen jedoch zur angemessenen Auswahl jedweden Schaltgeräts nicht aus, denn:

Bei den meisten Lasten – insbesondere kapazitiver Natur, doch siehe auch folgend den Abschnitt zu den Ursachen von Einschaltströmen – ist der Strom im ersten Moment des Schließens der Kontakte, der so genannte Einschalt-Stromstoß, um ein Vielfaches größer als der Effektivwert des Dauerstroms bzw. der Nennstrom des geschalteten Gerätes.

Bei allen Lasten mit einem größeren oder kleineren induktiven Anteil – wobei jeder Stromkreis eine gewisse innere Induktivität aufweist – ist die Spannung zwischen den Kontakten im Moment des Öffnens um ein Mehrfaches höher als die reguläre Spannung des Stromkreises.

Deswegen wird darüber hinaus zumeist zwischen der jeweiligen Schaltleistung beim Öffnen beziehungsweise Schließen unterschieden, was bedeutet, dass insbesondere bei induktiven beziehungsweise kapazitiven Lasten die Bemessungsströme beim Öffnen beziehungsweise Schließen erheblich kleiner angegeben werden als die Belastbarkeit, die für den geschlossenen Kontakt als Bemessungsstrom genannt wird.

Mit Hinsicht auf die entsprechenden Einschaltströme kapazitiver und die Abschalt-Spannungsspitzen induktiver Lasten ist dies logisch, bedeutet aber auch, dass Leistungsschild-Angaben mit Vorsicht zu genießen sind. Daher gaben viele Kataloge Höchstwerte der Anzahl bestimmter Betriebsmittel an, die an ein bestimmtes Schütz, einen Schalter oder ein Relais angeschlossen werden dürfen.

Autor: Dipl.-Ing. Stefan Fassbinder

Literatur

[1] International electrotechnical vocabulary (www2.dke.de/de/Online-Service/DKE-IEV/Seiten/IEV-Woerterbuch.aspx) Nr. 195-06-19: „Trennung eines elektrischen Stromkreises von einem anderen durch Basisschutz und Fehlerschutz“

[2] https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/133466/SIEMENS/V23103-S2033-B105.html

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