Schaltbau bietet ein breites Spektrum an Komponenten

Schalten von Gleichströmen

Beim Schalten von Strömen mit einem elektromechanischen Schaltgerät entsteht ein Lichtbogen. Dabei bildet sich ein Plasma zwischen den Kontakten, das im schlimmsten Fall zur Zerstörung des Schalters führt. Während bei Wechselspannungen der Lichtbogen in den meisten Fällen beim nächsten Nulldurchgang der Spannung erlischt, funktioniert dies bei Gleichspannungen naturgemäß nicht. Daher sind bei der Lichtbogenlöschung in Gleichspannungsschaltern zusätzliche Vorkehrungen zu treffen. Beschrieben wird ein Lichtbogen bzw. sein Spannungsbedarf durch die sogenannte Lichtbogengleichung:

UBogen = UAnodenfall + ESäule * LSäule + UKathodenfall

Um ein strombegrenzendes Schalten zu ermöglichen, muss die Lichtbogenspannung erhöht werden. Dazu bieten sich verschiedene konstruktive Maßnahmen an. Die wesentlichen Mechanismen zur Lichtbogenlöschung sind die Verlängerung der Lichtbogensäule, deren Einengung bzw. eine Kühlung. Je nach Schaltgerät kommen einzelne dieser Mechanismen oder eine Kombination zum Einsatz. Bei der Lichtbogenverlängerung wird die Lorentzkraft ausgenutzt. Ein Magnetfeld, das in der Regel durch Permanentmagneten erzeugt wird, lenkt den Lichtbogen ab und führt so zu einer Verlängerung. Dieser Mechanismus wird auch als magnetische Blasung bezeichnet.

Der Kontakt des Lichtbogens mit den kühlen Schaltkammerwänden oder mit keramischen Elementen innerhalb der Schaltkammer führt zu einer Erhöhung der elektrischen Säulenfeldstärke. Sollten für ein Schaltgerät nur wenige Lastabschaltungen gefordert sein, können auch gasende Kunststoffe zum Einsatz kommen. Der abgegebene Wasserstoff kühlt den Lichtbogen durch Strömung zusätzlich.

Durch Einengung des Lichtbogens zwischen Isolierstoffplatten, die zusätzlich eine mäanderförmige Struktur aufweisen, steigt die elektrische Säulenfeldstärke ebenfalls an. Da der Säulendurchmesser proportional zur Höhe des Laststromes ist, taucht der Bogen mehr oder weniger in eine solche Struktur ein. Durch die Aufteilung des Gesamtlichtbogens in Teillichtbögen können die Anoden- bzw. Kathodenfälle mehrfach genutzt werden. Die kurzen Bögen werden zusätzlich noch durch die thermisch gut leitfähigen metallischen Bleche gekühlt.

Um eine Kühlung mit speziellen Löschgasen zu ermöglichen, muss die Schaltkammer gasdicht gekapselt sein. In die Kammer wird während der Fertigung ein Gasgemisch aus Wasserstoff, Stickstoff oder Schwefelhexafluorid gefüllt. Diese Gase haben eine höhere Spannungsfestigkeit als Luft und verfügen über höhere Wärmekapazitäten, was zu einer besseren Kühlung führt. Meist sind solche Schaltgeräte nur für ohmsche Lasten einsetzbar.

Schaltgeräteauswahl

An Schaltgeräte in Gleichstromkreisen werden je nach Anwendung und individuellem Aufbau der Anlage speziell im Fehlerfall unterschiedliche Anforderungen gestellt. Mit der Serie C310 bietet Schaltbau eine zuverlässige Alternative zu den bisher oft verwendeten gasgekapselten Geräten. Die ersten Typen der neuen Serie sind für Dauerströme von 150 A, 300 A und 500 A ausgelegt. Das modulare Konzept gestattet die Verwendung einer Löschkammer für 60 V, 1.000 V oder 1.500 V am gleichen Grundgerät. Diese Kammern arbeiten auf permanentmagnetischer Basis und sorgen für kompakte Abmessungen und ein geringes Gewicht. Durch die Regelung des Spulenstromes arbeiten diese Geräte unabhängig von der Umgebungstemperatur immer gleich zuverlässig. Außerdem ist dadurch der Energieverbrauch der monostabilen Ausführung im eingeschalteten Zustand gering. Die bistabile Variante hat konzeptbedingt in beiden Endlagen keine Leistungsaufnahme. Die Schütze der Reihe C310 haben sowohl ein hohes Ein- und Ausschaltvermögen als auch einen hohen Kurzzeitbemessungsstrom. Da beide Stromrichtungen sicher beherrscht werden, sind die Schütze für alle Anwendungen mit Energierückspeisung ideal.

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