Verschiedene Arten elektrischer Schütze: Vergleich und Auswahl

Ein 25-A-Schütz, dessen Spule ständig durchbrennt, ist normalerweise kein defektes Schütz. Es ist der falsche Schütz für den Job. In einem bekannten Muster befindet sich das Gerät in einem heißen Gehäuse, die Steuerversorgung sinkt bei jedem Motorstart auf 85 Prozent des Nennwerts und die Spule bleibt stundenlang im Betrieb. Der Schütz tut genau das, was ihm aufgetragen wurde, aber die Familie, zu der er gehört, wurde nie für diese Aufgabe konzipiert.

Sieben Familien elektrischer Schütze tauchen in realen Schalttafeln auf: elektromagnetische Standard-Wechselstromschütze, elektromagnetische Gleichstromschütze, Schütze für bestimmte Zwecke, Umkehrschütze, magnetische Verriegelung, Vakuum und Halbleiterschütze. Die Wahl zwischen ihnen hängt von vier Fragen ab. Wie viel Strom muss geschaltet werden? Wie oft? Wie sieht die Belastung zum Zeitpunkt des Öffnens der Kontakte aus? Und was soll die Spule tun, wenn die Steuerspannung verloren geht oder wiederhergestellt wird? Beantworten Sie diese vier Fragen und die Familie wählt sich selbst aus.

In den folgenden Abschnitten wird erläutert, was jede Familie gut macht, wo sie versagt und welche Zahlen sie voneinander unterscheiden. Nennwerte und Lebensdauerangaben sind Planungswerte. Vergleichen Sie diese daher vor der Bestellung mit dem Datenblatt des jeweiligen Teils.

Was ein Schütz vor allem anderen tun muss

Ein Schütz ist ein ferngesteuerter Schalter, der für wiederholten Betrieb ausgelegt ist. Es muss den Einschaltstrom schließen, ohne seine Kontakte zu verschweißen, den laufenden Strom führen, ohne zu überhitzen, einen Lichtbogen unterbrechen, ohne sich selbst zu verbrennen, und das alles Zehntausende Male. Jeder Schütztyp stellt unterschiedliche Kompromisse gegenüber diesen vier Anforderungen dar.

Die Hardware ist in allen Familien ähnlich:

• Spule oder Elektromagnet, der Steuerspannung in mechanische Kraft umwandelt
• Feste Kontakte und bewegliche Kontakte, dimensioniert für den Laststrom
• Eine Kontaktfeder, die den Kontaktdruck einstellt, plus eine Rückholfeder, die den Spalt öffnet
• Eine Lichtbogenkammer oder eine magnetische Ausblaseinrichtung, die den Lichtbogen streckt und kühlt
• Ein Rahmen oder Gehäuse, das den Spalt hält und die Stangen isoliert
• Hilfskontakte, die den Zustand an den Steuerkreis zurückmelden

Der Anpressdruck ist die leise Variable. Eine zu leichte Feder ermöglicht Sprungkraft und Mikrolichtbögen, während eine zu schwere Feder die Spule stärker arbeiten lässt und den Mechanismus schneller verschleißt. Dieser Kompromiss ist der Grund, warum ein Schütz mit einer Nennleistung von 40 A für die Widerstandsheizung möglicherweise nur für eine Nennleistung von 25 A für eine Motorlast ausgelegt ist.

Die wichtigsten Arten elektrischer Schütze

Dies sind die Familien, denen Sie in Industrie- und Gewerbetafeln begegnen werden, ungefähr in der Reihenfolge, in der sie vor Ort erscheinen.

Elektromagnetische Standard-Wechselstromschütze

Das ist das Arbeitstier. Eine laminierte Wechselstromspule zieht einen Anker, schließt drei oder vier Pole und versorgt sie mit kontinuierlichem Spulenstrom. IEC-Rahmen reichen in den gängigen Größen von etwa 9 A bis 95 A, und Spulen decken normalerweise 24 V bis 400 V bei 50 oder 60 Hz ab. Der Schwachpunkt ist die Spule selbst: Ein Abschirmring verhindert, dass sie klappert, aber der Ring und die Spulenisolierung sind die Teile, die am meisten leiden, wenn die Steuerspannung abfällt oder die Umgebung heiß wird. Unterhalb der Motorstartergrößen erledigt ein leistungsstarkes elektromagnetisches Relais in einem kompakten Gehäuse oft die gleiche Aufgabe bei 30 A bis 40 A und spart Platz im Schaltschrank.

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Elektromagnetische Gleichstromschütze

Gleichstromlichtbögen verhalten sich anders, da es keinen Nulldurchgang gibt, der sie löscht. Ein Gleichstromschütz verfügt daher über einen Blasmagneten oder eine längere Lichtbogenkammer und verwendet häufig eine Economiser-Schaltung oder einen Permanentmagneten, um den Haltestrom zu unterbrechen. Industriegrößen reichen von einigen Ampere bis etwa 40 A, wobei Batterie-, Solar- und Gleichstromantriebsschaltungen die Hauptanwendungen sind. Bei vielen Gleichstromschützen spielt die Spulenpolarität eine Rolle, und das Vertauschen der Steuerleitungen kann dazu führen, dass das Gerät dauerhaft geschlossen oder dauerhaft geöffnet bleibt.

Definierte Schütze

Diese sind für eine begrenzte Anwendung konzipiert, meist HVAC-Kompressoren, Ventilatoren und Pumpen. Sie schalten typischerweise 20 A bis 40 A, kosten weniger als ein universeller IEC-Rahmen und verfügen über eine feste Spule und eine feste Anschlussanordnung. Der Kompromiss besteht in der Flexibilität: Zubehörblöcke, austauschbare Spulen und Ersatzkontaktsätze sind normalerweise nicht verfügbar, sodass eine Änderung der Steuerspannung einen neuen Schütz und nicht eine neue Spule bedeutet.

Wendeschütze

Bei einem Wendeschütz handelt es sich um zwei durch eine mechanische Verriegelung verbundene Schütze mit einer elektrischen Verriegelung im Steuerkreis. Eine Einheit übernimmt die Vorwärtsdrehung und die andere die Rückwärtsdrehung, und die beiden Spulen dürfen niemals gemeinsam mit Strom versorgt werden. Das entscheidende Detail ist die Totzeit: Ein gleichzeitiges Schließen erzeugt einen Phasenfehler im Netz. Mechanische Verriegelungen dienen als primärer Schutz und elektrische Verriegelungen als Backup. Hebezeuge, Förderbänder und Türantriebe sind die klassischen Anwendungen.

Magnetische Verriegelungsschütze

Ein selbsthaltendes Schütz nutzt einen kurzen Impuls, um den Zustand zu ändern, und einen Permanentmagneten, um ihn zu halten. Die Halteleistung sinkt auf Null, was bei der Energiemessung, Fernschaltung und batteriebetriebenen Panels von Bedeutung ist. Dies hat zur Folge, dass sich das Gerät nach einem Stromausfall an seinen letzten Befehl erinnert. Daher ist ein Rückmeldekontakt unerlässlich, wenn die Steuerung die tatsächliche Position kennen muss. Verständnis wie ein magnetisches Verriegelungsrelais seinen Zustand behält ist hier nützlich, da das gleiche mechanische Prinzip bei selbsthaltenden Schützen zum Einsatz kommt.

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Vakuumschütze

Bei einem Vakuumschütz sitzen die Kontakte in einer versiegelten Keramikflasche. Da keine Luft zum Ionisieren vorhanden ist, erlischt der Lichtbogen fast sofort und der Kontaktabstand kann sehr kurz sein. Diese Einheiten verarbeiten 100 A bis 400 A und mehr bei Mittelspannung, weshalb sie häufig im Bergbau, bei schweren Motorantrieben und in der Versorgungsschaltung eingesetzt werden. Kosten, Größe und die Notwendigkeit, komplette Vakuumflaschen statt einzelner Kontakte auszutauschen, sind die größten Nachteile.

Halbleiterschütze

Ein Halbleiterschütz hat überhaupt keine beweglichen Teile. Thyristoren oder Triacs übernehmen das Schalten, so dass das Gerät tausende Male pro Stunde ohne Verschleiß schalten kann, was zu Heizelementen, Beleuchtung und einer schnellen Prozesssteuerung führt. Es folgen zwei Warnungen. Erstens senkt der Halbleiter die Spannung und erzeugt Wärme, sodass ein Kühlkörper oder Druckluft erforderlich ist. Zweitens gibt es bei ausgeschaltetem Gerät keinen physischen Luftspalt, sodass ein geringer Leckstrom fließt und für eine sichere Isolierung ein separater Trennschalter erforderlich ist.

Aktuelle Bewertungen in den wichtigsten Familien

Der Stromwert ist der erste Filter, da er über die Rahmengröße, die Anschlussgröße und darüber entscheidet, wie viel Kupfer im Inneren des Panels gebogen werden muss.

Das Diagramm zeigt das obere Ende des üblichen Industriebereichs für jede Familie, keine feste Grenze, die ein Gerät niemals überschreiten darf. Vakuumschütze erreichen 400 A und mehr, wodurch sie einer anderen Schaltschrankklasse mit unterschiedlicher Kabel- und Sammelschienenpraxis zugeordnet werden. Halbleiterschütze und elektromagnetische Standard-Wechselstromschütze überschneiden sich stark zwischen 95 A und 100 A, sodass die Entscheidung zwischen ihnen normalerweise eher auf der Zyklusrate und der Wärme als auf dem Strom beruht. Magnetische Verriegelungs- und zweckgebundene Einheiten füllen den mittleren Bereich von 40 A bis 63 A, wo Spulenleistung und Platzbedarf im Schaltschrank wichtiger sind als die bloße Nennleistung. Wende- und Miniaturrahmen bleiben unter 32 A, da der zusätzliche Mechanismus oder der kleine Kontaktabstand die Belastbarkeit der Kontakte einschränkt. Nutzen Sie dies als ersten Durchgang, um die Liste einzugrenzen, und überprüfen Sie dann die Gerätebewertung auf die genaue Lastkategorie, da derselbe Rahmen auf seinem Etikett zwei sehr unterschiedliche Nummern tragen kann.

Vergleich von Switching-Technologien nebeneinander

Durch die Bewertung jeder Technologie anhand der Kriterien, die für die meisten Spezifikationen ausschlaggebend sind, können Sie schnell erkennen, wo die Kompromisse bestehen. Die Skala unten reicht von eins bis fünf, wobei fünf die günstigste ist.

Ein elektromagnetisches Standard-Wechselstromschütz schneidet bei der Einschaltstromfestigkeit und den Kosten gut ab, bei der Schaltgeschwindigkeit und der Halteenergie jedoch weniger gut, da seine Spule so lange Strom zieht, wie das Gerät geschlossen ist. Bei einem Halbleiterschütz ist das Gegenteil der Fall: Es schaltet nahezu augenblicklich und verschwendet sehr wenig Steuerenergie, bietet aber keine physische Kontaktlücke und einen viel höheren Anschaffungspreis. Bei den meisten Achsen sitzt in der Mitte ein magnetischer Rastschütz, der sich durch Halteenergie auszeichnet, da er nach dem Zustandswechsel nichts verbraucht. Die Form jedes Polygons ist nützlicher als jede einzelne Bewertung, da sie zeigt, welche Schwäche Sie akzeptieren. Wenn zwei Familien für Ihre Anwendung gleich gut abschneiden, sind in der Regel der Platzbedarf im Schaltschrank, die verfügbare Steuerspannung und die Anzahl der Schaltvorgänge pro Stunde, die das Gerät überstehen muss, die entscheidenden Faktoren.

Welche Auswirkungen hat die Lastart auf das Leben?

Die Kontaktlebensdauer wird immer für eine Lastkategorie angegeben, und die Lücke zwischen den Kategorien ist größer, als die meisten Käufer beim Lesen eines Angebots erwarten.

Die obere Kurve zeigt eine ohmsche oder leicht induktive Last, bei der der Strom zweimal pro Zyklus den Nullpunkt überschreitet und der Lichtbogen schnell erlischt. Die untere Kurve zeigt eine Motorlast, bei der der Einschaltstrom das Fünf- bis Achtfache des Betriebsstroms beträgt und der Lichtbogen bei jeder Unterbrechung länger anhält. Bei 5 A beginnen die beiden Kurven nahe beieinander, aber bei 40 A ist die Widerstandskurve ungefähr viermal höher als die Motorkurve. Diese Lücke ist der Grund, warum ein Schützrahmen zwei sehr unterschiedliche Nummern auf dem Etikett tragen kann und warum ein 40-A-Gerät, das für den Heizbetrieb verkauft wird, möglicherweise nur für etwa 25 A Motorbetrieb zugelassen ist. Wenn Sie Angebote vergleichen, vergleichen Sie sowohl die Gebrauchskategorie als auch den Strom, denn ein für ohmsche Lasten spezifiziertes Gerät übersteht einen Motorstarter nicht lange.

Was in der Praxis scheitert

Feldrücksendungen sind eine nützliche Gegenprüfung, da die Fehlermischung mehr über Installations- und Lastdaten als über die Schützfamilie selbst aussagt.

Spulenfehler dominieren die Liste, und in den meisten Fällen ist die Spule eher der Auslöser als die Ursache: Anhaltende Unterspannung, hohe Umgebungstemperatur oder ein mechanischer Block enden in einer durchgebrannten Spule. Als nächstes kommen verschweißte oder stark vernarbte Kontakte hinzu, die in der Regel auf einen Einschaltstrom hinweisen, der größer ist, als die Kontaktleistung zulässt, oder auf zu viele Betätigungen pro Stunde. Mechanischer Verschleiß des Ankers und des Gestänges ist der langsame und vorhersehbare Ausfall, der nach Jahren des Betriebs auftritt. Lose oder oxidierte Anschlüsse sowie Verunreinigungen durch Staub und Feuchtigkeit sind Installations- und Gehäuseprobleme und machen zusammen etwa ein Viertel der Rücksendungen aus. Alle fünf Ursachen lassen sich in der Spezifikationsphase kostengünstiger verhindern als vor Ort reparieren, weshalb genaue Lastdaten und ein realistischer Umgebungswert die zusätzliche Arbeitsstunde wert sind.

Eine Auswahltabelle und Checkliste

Die folgende Tabelle ist ein Ausgangspunkt für allgemeine Industriepanels. Es ist kein Ersatz für das Datenblatt, grenzt die Liste aber schnell ein.

Gehen Sie die folgende Liste durch, bevor Sie ein Angebot anfordern:

1. Bestätigen Sie den Laststrom und die Nutzungskategorie, nicht nur die Amperewerte auf dem Motortypenschild.
2. Messen oder schätzen Sie die Umgebungstemperatur im Inneren des Gehäuses bei geschlossener Tür.
3. Beachten Sie die verfügbare Steuerspannung und wie weit diese beim Start einbrechen darf.
4. Zählen Sie die erwarteten Vorgänge pro Stunde und pro Jahr.
5. Entscheiden Sie, was das Gerät nach einem Stromausfall tun soll: öffnen, geschlossen bleiben oder seinen letzten Zustand beibehalten.
6. Prüfen Sie, ob das Panel einen physischen Luftspalt für eine sichere Isolierung benötigt.
7. Überprüfen Sie vor der Bestellung die Klemmengröße, die Montageschiene und die Zubehörblöcke.

Schütz oder Relais, wo die Leitung sitzt

Die Leitung zwischen einem Schütz und einem Relais ist keine einzelne Zahl. Es ist eine Kombination aus Strom, Pflicht und Designabsicht. Relais schalten normalerweise niedrigere Ströme und sind für Steuerlogik und Signalpfade ausgelegt, während Schütze für das Schalten von Lasten mit einer Lichtbogenkammer und einem schwereren Mechanismus gebaut sind. Die Überschneidung ist jedoch real: Ein elektromagnetisches Hochstromrelais kann 30 A auf 40 A schalten, was kleine Pumpen, Heizungen und Beleuchtungskreise abdeckt, bei denen ein vollständiger Schützrahmen überdimensioniert wäre.

In diesen Fällen vereinfacht ein Schienenmontagemodul den Austausch und sorgt für eine saubere Verkabelung, da das Gerät ausgetauscht werden kann, ohne die Schalttafelverkabelung zu beeinträchtigen.

M41F-Relaismodul, 41F-Schienenrelaismodul, 41F-Slim-Relaismodul-Schutzschaltung 6A. Das M41F-Relaismodul ist ein schienenmontiertes Relaismodul, das verschiedene Kanalkonfigurationen von Einzel- bis 32-Kanälen bietet und über integrierte Schutzschaltungen verfügt, die... Produkt anzeigen →

Woher die Teile kommen

Jede der oben genannten Spezifikationen hängt von dem Gerät ab, das entsprechend gebaut wird. Ningbo Chengyuan Chuangke Electronics stellt seit 1996 in Ningbo Relais und Steuerungskomponenten her. Der Katalog umfasst universelle elektromagnetische Relais, Reed-Relais, magnetische Verriegelungsrelais und industrielle Steuerungsmodule für die Schienenmontage. Dieses Sortiment stimmt eng mit den hier besprochenen Schützfamilien überein, was hilfreich ist, wenn ein Schaltschrank einen passenden Satz Schaltgeräte von einer Quelle und nicht von drei Lieferanten benötigt. Sie können mehr lesen über den Hersteller und die Produktions- und Qualitätsroutine hinter diesen Teilen, oder senden Sie die Lastdaten und den Umgebungswert und lassen Sie das Team die richtige Rahmengröße und Spulenspannung bestätigen.

Wählen Sie zuerst die Familie, dann die Rahmengröße und dann die Spulenspannung. Ein zweckbestimmter Schütz für eine Klimaanlage, eine magnetische Verriegelungseinheit für einen Fernzähler und ein Halbleitergerät für eine schnell schaltende Heizung sind alles richtige Antworten, und jede davon wäre in einer der beiden anderen Positionen ein Fehler.

Es lohnt sich, sich die vier Fragen vom Anfang dieses Leitfadens an der Werkbank zu merken: Strom, Taktrate, Lastart bei der Unterbrechung und Spulenverhalten nach einem Stromausfall. Wenn ein Angebot ohne Nutzungskategorie oder Umgebungstemperatur eingeht, ist das der richtige Zeitpunkt, nachzufragen, denn diese beiden Zahlen entscheiden darüber, ob das Schütz in der Box auch in fünf Jahren noch funktioniert.