Wie ein Leitungsschutzschalter (MCB) funktioniert

Die inneren Bauteile

Ein Standard-MCB enthält fünf funktionale Systeme, die zusammenwirken:

• Die Klemmen — Schrauben oder Klemmen zur Befestigung der Leiter
• Der Bimetallstreifen — zwei verschweißte Metalle (in der Regel Kupfer und Stahl) mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, die sich bei Erwärmung biegen
• Die elektromagnetische Spule — eine vom Stromkreisstrom durchflossene Wicklung mit beweglichem Kern
• Der Auslösemechanismus — ein federbelasteter Hebel, der die Kontakte hält oder freigibt
• Die Lichtbogenlöschkammer — ein Stapel Stahlplatten, der den Lichtbogen beim Öffnen der Kontakte zerteilt und kühlt

1. Thermischer Schutz — Überlast

Wenn der Strom den auf dem MCB angegebenen Bemessungsstrom In überschreitet, beginnt sich der Bimetallstreifen zu erwärmen. Da sich die beiden Metalle unterschiedlich ausdehnen, biegt sich der Streifen allmählich. Bei ausreichender Durchbiegung gibt er den Auslösehebel frei und die Kontakte öffnen sich.

Der thermische Mechanismus hat eine umgekehrt proportionale Zeitcharakteristik zur Überlast: bei 1,5×In kann es einige Minuten dauern, bei 5×In einige Sekunden. Die Norm IEC 60898-1 verlangt, dass der MCB bei 1,13×In (Haltestrom) nicht in weniger als 1 Stunde auslösen darf, bei 1,45×In aber auslösen muss in weniger als 1 Stunde.

2. Magnetischer Schutz — Kurzschluss

Bei einem Kurzschluss steigt der Strom schlagartig auf das Zehn- oder Hundertfache von In. Die elektromagnetische Spule erzeugt augenblicklich ein starkes Magnetfeld, das den beweglichen Kern anzieht. Dieser wirkt direkt auf den Auslösemechanismus und öffnet die Kontakte in weniger als 10 Millisekunden.

Der magnetische Auslösestromschwellwert hängt von der Charakteristik (Auslösecharakteristik) des MCB ab:

3. Die Lichtbogenlöschkammer

Wenn ein unter Spannung stehender Kontakt öffnet, bildet sich zwischen den beiden Kontakten ein Lichtbogen — eine Säule aus ionisiertem Plasma bei tausenden Grad Celsius. Wird der Lichtbogen nicht schnell gelöscht, schmelzen die Kontakte und der MCB wird unbrauchbar oder sogar gefährlich.

Die Löschkammer enthält einen Stapel dünner Stahlplatten, die:

• den langen Lichtbogen in eine Reihe kurzer Lichtbögen zerteilen
• das Plasma rasch abkühlen und so seine Leitfähigkeit verringern
• die Entionisierung des Gases zwischen den Kontakten erzwingen

All dies geschieht innerhalb weniger Millisekunden. Das heiße Gas wird durch Lüftungsöffnungen im MCB-Gehäuse abgeführt — deshalb benötigen Verteilerkästen Belüftung und werden nicht vollständig abgedichtet.

4. Das Schaltvermögen (Icu)

Das Schaltvermögen (Icu) ist der maximale Kurzschlussstrom, den der MCB unterbrechen kann, ohne sich selbst zu zerstören. Es wird in kA angegeben und muss größer sein als der unbeeinflusste Kurzschlussstrom am Installationsort.

Was ein MCB NICHT leistet

Der MCB erkennt keine Fehlerströme gegen Erde (Differenzströme). Berührt eine Person den Außenleiter und fließt der Strom durch den menschlichen Körper zur Erde, löst der MCB nicht aus (der Strom durch den Stromkreis ist nahezu gleich — die Differenz ist zu gering, um den thermischen oder magnetischen Mechanismus bei den tödlichen Differenzströmen von wenigen Milliampere auszulösen). Das ist die Aufgabe eines RCCB oder eines RCBO.

Bezugsnorm

Die Bezugsnorm für Haushalts-MCBs ist IEC 60898-1 (SR EN 60898-1 in Rumänien), die die Charakteristiken B/C/D, das Mindestschaltvermögen (1,5 kA Standard, 6 kA erhöht) und die Auslösezeiten bei Überlast und Kurzschluss festlegt.

Die Norm I7-2011 verweist auf MCBs im Zusammenhang mit dem Überstromschutz (Kap. 4.3) und der Selektivität der Schutzeinrichtungen (Art. 4.3.7.1): kaskadierte MCBs müssen so koordiniert werden, dass bei einem Fehler der dem Fehler nächstgelegene auslöst, nicht der am Einspeisepunkt.