Wie ein Leitungsschutzschalter (MCB) funktioniert
Ein MCB (Leitungsschutzschalter) ist das häufigste Schutzgerät in einem Wohnungsverteilerkasten. Er schützt den Stromkreis vor Überlast und Kurzschluss, erkennt jedoch keine kleinen Fehlerströme gegen Erde (Differenzströme im Milliamperebereich). Bei einem satten Fehler zwischen Außenleiter und PE im TN-System schaltet gerade der MCB den Stromkreis ab, sofern die Impedanz der Fehlerschleife klein genug ist (Zs·Ia ≤ U0, I7-2011 Art. 4.1.4.1.10). Hier ist, was im Inneren beim Auslösen geschieht.
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:
| Charakteristik | Magnetische Schwelle | Typische Anwendungen |
|---|---|---|
| B | 3–5 × In | Ohmsche Stromkreise, Beleuchtung, lange Kabel |
| C | 5–10 × In | Steckdosen, allgemeine Wohnnutzung |
| D | 10–20 × In | Motoren, Transformatoren, Entladungslampen |
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 tritt durch die Öffnungen im MCB-Gehäuse in den Verteiler aus; deshalb werden vor diesen Öffnungen die vom Hersteller angegebenen Abstände eingehalten. Ob ein Gehäuse dicht sein darf, entscheidet nicht das Lichtbogengas: Verteiler in IP54 oder IP65 mit MCBs sind gängige Produkte, und ihre Auslegung, einschließlich einer etwaigen Belüftung, richtet sich nach der Verlustleistung der Geräte.
4. Das Schaltvermögen (Icn)
Das Schaltvermögen (in IEC 60898-1 das Bemessungs-Kurzschlussschaltvermögen, Icn) 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.
Typische Werte:
- 6 kA — Standard für Wohninstallationen (große Entfernung zum Transformator)
- 10 kA — erforderlich an der Hauptverteilung eines Mehrfamilienhauses oder wenn die Verteilung nah am Transformator liegt
- 15–25 kA — Industrieanlagen oder am Anfang der Installation
Was ein MCB NICHT leistet
Der MCB erkennt keine kleinen Differenzströme gegen Erde (im Milliamperebereich). 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 auszulösen: Differenzströme von einigen zehn bis hundert Milliampere, für den Menschen gefährlich, sind gegenüber den Ansprechschwellen des MCB vernachlässigbar). 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 Bemessungs-Kurzschlussschaltvermögen Icn (Normwerte 1,5 / 3 / 4,5 / 6 / 10 kA und höher, bis 25 kA) 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.
ElectroSchema
Im visuellen Verteilerkasten von ElectroSchema wird der MCB mit dem gewählten Bemessungsstrom und der gewählten Charakteristik auf die DIN-Schienen gesetzt. Die Prüfregel V44 kontrolliert automatisch die Selektivität zwischen dem MCB der Zuleitung und denen der Stromkreise: Sie warnt, wenn sich die magnetischen Bänder der beiden überschneiden, und auch dann, wenn die Bänder getrennt sind, der am Verteiler eingetragene unbeeinflusste Kurzschlussstrom an den Sammelschienen (Icc) aber die minimale magnetische Auslöseschwelle des vorgelagerten MCB überschreitet — oberhalb dieses Stroms können beide auslösen, die Selektivität ist also nur teilweise gegeben. Für kaskadierte Fehlerstromschutzeinrichtungen gibt es eine eigene Regel, V29.
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