Woran erkennt der Sicherungsautomat eigentlich, wann er die Leitung abschalten muss? Hier erfährst Du, wie die Auslösung funktioniert.

Hallo liebe Niesnutzer! Gerade habe ich bei YouTube ein Häppchen Wissen zum Thema Leitungsschutzschalter hochgeladen. Es ist interessant für Elektroniker (EBT und EEG) und vielleicht auch für Laien. Das Thema ist relevant sowohl für die AP1 („Zwischenprüfung“), als auch für die AP2 („Gesellenprüfung“). Schau doch mal rein!

Technik verständlich erklärt: Video zu Auslösemechanismen von Leitungsschutzschaltern

Thermische Auslösung

Das Herzstück des ersten Auslösemechanismus, der thermischen Auslösung, ist ein Bimetall-Streifen. Der Leiter, durch den der Strom fließt, ist an diesem Bimetall-Streifen befestigt, sodass er thermischen (aber nicht elektrischen) Kontakt zu dem Streifen hat. Das bedeutet, dass eine gegebenenfalls in dem Leiter entstehende Wärme sich auf das Bimetall überträgt. Besonders viel Wärme entsteht, wenn über längere Zeit hinweg ein zu hoher Strom durch den Leitungsschutzschalter fließt. Diese erhitzt dann den Bimetall-Streifen. Der Bimetall-Streifen verbiegt sich daraufhin. Der Bimetall-Streifen ist mit dem Schaltmechanismus des Leitungsschutzschalters mechanisch so verbunden, dass dieser Schaltmechanismus den Kontakt unterbricht, wenn die Biegung zu groß wird. Ähnlich wie bei einer Mausefalle dient die Biegung daher nur als Auslöser – genau wie die Maus, die sich den Käse schnappt. Die Bewegung des Kontaktes wird von einer durch das Einschalten des Leitungsschutzschalters gespannten Feder bewirkt.

Wie bereits erwähnt, muss bei dieser Art der Auslösung der erhöhte Strom eine gewisse Zeitlang fließen. Man sagt: Es muss eine Überlast bestehen. Daher wird dieser Auslösemechanismus neben „thermische Auslösung“ auch „Überlastauslösung“ genannt. Eine Überlast entsteht, wenn zu viele Verbraucher in dem Stromkreis angeschlossen werden, die gleichzeitig zu viel Strom benötigen. Die Überlastauslösung wird beim Hersteller des Leitungsschutzschalters geprüft. Sie darf weder zu früh noch zu spät auslösen. Die entsprechenden Grenzen heißen „kleiner Prüfstrom“ und „großer Prüfstrom“.

Den kleinen Prüfstrom lässt der Hersteller eine Stunde lang durch den Leitungsschutzschalter fließen. Löst dieser dabei nicht aus, hat er den Test bestanden. Bei einem Leitungsschutzschalter der Auslösecharakteristik B ist der kleine Prüfstrom beispielsweise 1,13-mal so groß wie der Nennstrom. Bei einem B16-Leitungsschutzschalter wären das also 16 A * 1,13 = 18,08 A. Diesen Strom muss der Leitungsschutzschalter also mindestens eine Stunde lang aushalten, ohne auszulösen. Außerdem wird noch ein weiterer Test durchgeführt, und zwar für den großen Prüfstrom. Hier lässt der Hersteller den entsprechenden Strom fließen und prüft, ob der Leitungsschutzschalter dabei vor Ablauf einer Stunde auslöst. Tut er dies, so hat er auch diesen Test bestanden. Bei einem Leitungsschutzschalter der Auslösecharakteristik B ist der große Prüfstrom beispielsweise 1,45-mal so groß wie der Nennstrom. Bei einem B16-Leitungsschutzschalter wären das also 16 A * 1,45 = 23,2 A. Bei diesem Strom muss der Leitungsschutzschalter also innerhalb einer Stunde auslösen.

Elektromagnetische Auslösung

Das Herzstück des zweiten Auslösemechanismus, also der elektromagnetischen Auslösung, ist eine Spule. Diese Spule ist Teil des Leiters, durch den der Strom fließt. Stromdurchflossene Spulen erzeugen grundsätzlich Magnetfelder – je größer der Strom, desto größer das Magnetfeld. Wenn durch den Leitungsschutzschalter plötzlich ein sehr hoher Strom fließt, wird das Magnetfeld in der Spule direkt so groß, dass es durch die magnetische Kraft einen kleinen Stift, der sich im Inneren der Spule befindet, bewegt. Dieser Stift ist der sogenannte „Schlaganker“. Genau wie der Bimetall-Streifen ist auch dieser Schlaganker mit dem Schaltmechanismus des Leitungsschutzschalters mechanisch so verbunden, dass die oben beschriebene Bewegung den Schaltmechanismus betätigt, der dann den Kontakt unterbricht. Auch hier kommt, genau wie bei einer Mausefalle nur die Auslösung vom Auslösemechanismus – genau wie die Maus nicht die komplette Kraft aufzuwenden braucht, die für das Zuschnappen der Falle sorgt. Diese Kraft kommt aus einer Feder. Im Falle des Leitungsschutzschalters wird die Feder beim Einschalten gespannt und kann so beim Auslösen den Kontakt in die offene Stellung ziehen.

Im Gegensatz zur Überlastauslösung, muss bei dieser Art der Auslösung der erhöhte Strom nur für eine sehr kurze Zeit fließen. Das Magnetfeld baut sich direkt auf, nicht wie die Wärme bei Überlast, die erst nach und nach entsteht – das kennt man von der Elektroheizung zu Hause. Ein ausreichend hoher Strom für die elektromagnetische Auslösung entsteht bei einem Kurzschluss. Daher wird dieser Auslösemechanismus neben „elektromagnetische Auslösung“ auch „Kurzschlussauslösung“ genannt. Ein Kurzschluss entsteht zum Beispiel, wenn ein leitender Gegenstand den Neutralleiter und den Außenleiter an einer Stelle des Stromkreises direkt miteinander verbindet. Auch die Kurzschlussauslösung wird beim Hersteller des Leitungsschutzschalters geprüft. Auch diese darf weder zu früh noch zu spät auslösen. Die entsprechenden Grenzen unterscheiden sich je nach Auslösecharakteristik.

Die untere Grenze liegt beispielsweise bei einem Leitungsschutzschalter der Auslösecharakteristik B beim 3-fachen Nennstrom. Es muss zum Testen also kurzzeitig der 3-fache Nennstrom in dem Leitungsschutzschalter fließen. Konkret wären das bei einem B16-Leitungsschutzschalter 16 A * 3 = 48 A. Diesen Strom muss der Leitungsschutzschalter für mindestens 0,1 Sekunde, also für 100 Millisekunden, halten können. Löst er also dabei nicht aus, hat er den Test bestanden. Auch hier gibt es einen weiteren Test für die obere Grenze. Das betrifft also den Strom, bei dem der Leitungsschutzschalter im Kurzschlussfall spätestens auslösen muss. Bei einem Leitungsschutzschalter der Auslösecharakteristik B liegt die obere Grenze beispielsweise beim 5-fachen Nennstrom. Das wären hier also 16 A * 5 = 80 A. Der Hersteller lässt also kurzzeitig 80 A fließen und misst, wie schnell der Leitungsschutzschalter auslöst. Die Grenze hierfür liegt ebenfalls bei 0,1 Sekunde, also 100 Millisekunden. Nur, wenn der Leitungsschutzschalter auslöst, bevor diese Zeit vergangen ist, hat er auch diesen Test bestanden.

Freiauslösung

Die Freiauslösung ist kein dritter Auslösemechanismus, sondern sie bezeichnet eine Eigenschaft von genormten Leitungsschutzschaltern: Sie müssen den Stromkreis im Fehlerfall (also bei Überlast oder Kurzschluss) auch dann abschalten, wenn der Schalthebel von außen blockiert wird.

Vollständiger Text aus dem Video (Untertitel)

Hier ist der gesprochene Text aus dem Video für Niesnutzer, die Schwierigkeiten mit der deutschen Sprache haben oder für Hörgeschädigte:

Hallo lieber Niesnutzer!

Du willst also wissen, wie ein Leitungsschutzschalter funktioniert. Das ist gut, denn hier siehst du auch schon mal einen vor Dir. Den werde ich dir jetzt erklären.

Das Wichtigste an so einem Leitungsschutzschalter ist der Kontakt, der geschlossen und geöffnet werden kann. Schau‘ mal in den unteren Bereich. Sobald ich den Betätigungsmechanismus einschalte, schließt sich hier der Kontakt. Wenn ich wieder ausschalte, öffnet sich der Kontakt. Stellungen 0 – Stellung 1 und wieder die Stellung 0. Der Trick an so einem Leitungsschutzschalter ist, dass er das natürlich nicht nur manuell macht, wenn ich den Hebel betätige. Er macht es auch automatisch wenn Gefahr für die Leitung droht. Daher der Name Leitungsschutzschalter. Automatisch kann er das auf zwei Arten machen:

Die erste Art oder der erste Auslösemechanismus eines Leitungsschutzschalters ist die thermische Auslösung. Die thermische Auslösung sehen wir hier im Bild auf der linken Seite. Das ist ein Bimetall, und wenn ich jetzt dieses Bimetall drücke, simuliere ich, dass es sich erwärmt. Einfach weil eine Überlast auf dem Stromkreis ist. Es fließt zu viel Strom. Jetzt biegt das Bimetall sich. Ich habe den Schalter so manipuliert, dass ich das auch von außen biegen kann. Dann wirkt das Bimetall auf den Auslösemechanismus und unten seht ihr, wie der Kontakt geöffnet wird. Das ist der erste Auslösemechanismus. Der funktioniert thermisch und das braucht seine Zeit, also es ist ein bisschen verzögert. Das Bimetall muss sich ja erst erwärmen und der Anwendungsfall ist die Überlast. Ein Beispiel: Wenn ich an den Stromkreis, der für einen Föhn gedacht wäre, zwei Föhne dran hänge, dann fließt plötzlich doppelt so viel Strom. Eine gewisse Zeit lang kann die Leitung das aushalten. Aber irgendwann auch nicht mehr und dazu ist der Leitungsschutzschalter da. Um sowas dann auszuschalten.

Der zweite Fehlerfall ist ein Kurzschluss und bei einem Kurzschluss kommt der elektromagnetischer Auslöser zum Greifen. Der elektromagnetische Auslöser ist diese Spule, die man hier oben auf der rechten Seite sieht. Jeder Strom der über den Leitungsschutzschalter fließt, fließt durch diese Spule und wie ihr wisst, hat ja jede Spule oder jeder stromdurchflossene Leiter immer ein Magnetfeld. Wenn das Magnetfeld jetzt besonders stark wird, dann wird dieser blaue Schlaganker magnetisch in Bewegung gesetzt. Man sieht ihn aus der Spule herausragen. Er wirkt dann auf das Schaltschloss. Das habe ich natürlich auch wieder simuliert, indem ich ein kleines Loch in meinen durchsichtigen Leitungsschutzschalter gebohrt habe. Übrigens sind die natürlich normalerweise nicht durchsichtig. Den hier habe ich von einer Firma geschenkt bekommen, damit man ihn mal zeigen kann. Dann habe ich ihn modifiziert, also angebohrt. Und da kann ich jetzt mit meiner Reisnadel diesen Schlaganker simulieren. Der Schlaganker drückt jetzt auf den Auslösemechanismus und öffnet den Kontakt. Diese Auslöseart ist unverzögert. Es ist die Schnellauslösung. Sie funktioniert elektromagnetisch und der Fehlerfall wäre der Kurzschluss.

So, jetzt habe ich euch viel erzählt zum Thema Auslösemechanismen und da habe ich jetzt noch ein kleines Rätsel für euch. Schau‘ mal hier auf der Folie sind die Begriffe ein bisschen durcheinander geraten. Jetzt wäre es deine Aufgabe diese Begriffe in zwei Gruppen zu ordnen. Sagen wir mal Gruppe A und Gruppe B. Unten in die Kommentare kannst du schreiben, zu welcher Gruppe du welche Begriffe geordnet hast. Ich bin nämlich gespannt, ob du mit diesem Video verstanden hast, was so ein Leitungsschutzschalter wann machen soll.

Alles klar! Dann hau‘ in die Tasten. Wenn du mich dann noch bei meiner Arbeit an diesem Kanal unterstützen willst, hier ist ein Link für dich. Wie du weißt, mache ich das ja als Hobby, also mich bezahlt keiner dafür. Jetzt ab an den Schreibtisch zum Lernen! Sportschau gucken gibt ja, wie gesagt, keine Muskeln.

Tschüss, bis zum nächsten Mal!