Ratgeber
Von der Steuerung der kompletten Beleuchtung eines Gebäudes bis zum Starten und Stoppen mächtiger Motoren – sind hohe Lasten im Spiel, übernehmen in der Regel Schütze das Ein- und Ausschalten. Von der Funktion her ähneln solche Schaltschütze einem elektromechanischen Relais, sie sind aber speziell für große Stromstärken und Spannungen ausgelegt. In unserem Ratgeber stellen wir Ihnen den Aufbau und die Funktion gängiger Schaltschütze vor.
Ein Schaltschütz oder Leistungsschütz ist ein elektrisches Gerät zum Ein- oder Ausschalten eines Stromkreises. Es ist somit ein elektrisch gesteuerter Schalter, ähnlich einem konventionellen Relais.
Es gibt allerdings einen wesentlichen Unterschied: Die am häufigsten eingesetzten elektromechanischen Schütze können Ströme von bis zu einigen Tausend Ampere oder Volt bewältigen.
Zudem schalten sie die Last beziehungsweise das Gerät nicht direkt, sondern wie ein Relais über einen Steuerkreis, der eine viel geringere Leistung verarbeiten muss als der Lastkreis.
Schaltschütze sind überwiegend kompakt konstruiert und lassen sich daher leicht in Schaltschränken montieren, zum Beispiel auf Hutschienen. Im Allgemeinen verfügen sie über mehrere Kontakte zum Schließen und Öffnen von Stromkreisen.
Der häufigste Anwendungsbereich eines Schaltschützes ist das Steuern induktiver Hochstromlasten, beispielsweise als Schalter für leistungsstarker Transformatoren oder Elektromotoren.
Der grundlegende Aufbau eines elektromagnetisch arbeitenden Schaltschützes ähnelt in großen Teilen dem eines konventionellen Relais. Das heißt: Ein Steuerstromkreis mit kleinen Strömen und Spannungen schaltet einen erheblich leistungsfähigeren Laststromkreis ein. Beide Stromkreise sind galvanisch getrennt, es besteht zwischen ihnen also keine direkte elektrische Verbindung. Ein typisches Schaltschütz besteht aus den folgenden Komponenten:
Kontakt
Es gibt verschiedene Arten von Schaltkontakten in einem Schaltschütz, und zwar Kontaktfedern, Hilfskontakte und Leistungskontakte.
Elektromagnet
Dies ist die wichtigste Komponente eines Schaltschützes. Er sorgt für die Antriebskraft, die zum Schließen der Kontakte erforderlich ist.
Gehäuse
Das Gehäuse bietet Isolierung und Schutz vor Berührung der Kontakte. Es kann aus verschiedenen Materialien bestehen, zum Beispiel aus Polycarbonat, Polyester oder duroplastischen Kunststoffen. Manche Schaltschütze besitzen ein zusätzliches Gehäuse zum Schutz vor Wasser, Explosionen, Staub und Öl.
Lichtbogenunterdrücker
Beim mechanischen Schalten hoher Lasten entstehen systembedingt Lichtbögen. Wechselstromlichtbögen sind oft leicht zu löschen, da sie bei jedem Zyklus zweimal den Nullpunkt durchlaufen. Daher können selbst kleine Löschkammern diese Aufgabe erledigen. Für Gleichstromlichtbögen sind jedoch speziell konstruierte Löschschächte erforderlich.
Wenn die Schützspule durch den Stromfluss erregt wird, bewegt sich der Kern innerhalb der Spule und zieht die Haupt- und Hilfskontakte an. Dadurch wird der Laststromkreis geschlossen. Steht die Spule nicht mehr unter Strom, öffnen sich die Kontakte durch den Druck der Rückstellfedern an den Polen und am beweglichen Anker.
Die Hauptkontakte sind mit dem zu steuernden Stromkreis verbunden und sorgen dafür, dass die Hauptströme hergestellt und abgeschaltet werden können. Je nach Anzahl der Strompfade kann es sich um bipolare, dreipolige, vierpolige oder sechspolige Schaltschütze handeln. Die Schaltmanöver erfolgen gleichzeitig auf allen Kontaktwegen.
Da Lichtbögen und daraus resultierende Schäden genau dann auftreten, wenn sich die Kontakte öffnen oder schließen, reagieren Schütze sehr schnell. Ein schnelles Schließen kann jedoch zu einer erhöhten Kontaktprellung führen, die zusätzliche unerwünschte Öffnungs- und Schließzyklen verursacht. Eine Lösung sind gegabelte Kontakte, die das Prellen minimieren. Sie schließen sich zwar gleichzeitig, prellen aber zu unterschiedlichen Zeiten, damit der Stromkreis nicht kurzzeitig unterbrochen wird und ein Lichtbogen entsteht.
Schaltschütze finden sich üblicherweise in Startern beziehungsweise Schaltern für Motoren, meist zusammen mit thermischen Überlast-Relais.
In Kondensatorbatterien werden Kondensator-Schaltschütze für die Schaltung und Steuerung von Kondensatoren in Abhängigkeit vom Blindleistungsbedarf eingesetzt. Sie sind speziell dafür ausgelegt, die beim Schaltvorgang entstehenden hohen Transientenströme zu kontrollieren.
Zusätzliche Widerstände reduzieren die Einschaltströme beim Schalten.
Auch in elektrischen Anlagen wie bei Straßen-, Geschäfts- und Hausbeleuchtungen ist oft ein Schaltschütz zu finden, in der Regel als Komponente eines zeitgesteuerten Beleuchtungssystems. Es sind auch Schütze mit Verriegelung erhältlich.
Bei diesem Typ sind zwei Spulen vorhanden, von denen eine zum Öffnen der Kontakte und die andere zum Schließen dient. Die Schließspule schließt die Kontakte, wenn sie erregt wird, und unterbricht die Stromzufuhr zur Spule.
Der Kontakt wird dann mechanisch geschlossen gehalten. Die zweite Spule wird zum Öffnen der Kontakte verwendet.
Die wichtigsten Kriterien für die Auswahl von Schützen sind die Schaltleistung und die damit unmittelbar verknüpften Werte für den Lastrom und die Nennspannung. Die Leistungsskala wird bis etwa 100 Watt häufig in Voltampere gemessen, da hier überwiegend kleine induktive Lasten infrage kommen. Die weitaus meisten der im Handel verfügbaren Schütze liegen leistungsbezogen weit über diesem Wert und umfassen den Bereich von wenigen Kilowatt bis zu 200 Kilowatt und mehr.
Gängige Lastströme beginnen bei 6 Ampere und reichen bis etwa 100 Ampere, wobei die Mehrzahl der Schütze für 25 Ampere ausgelegt sind. Die wohl am häufigsten nachgefragten Nennspannungen sind 24 Volt Gleichstrom und 230 Volt Wechselstrom. Es gibt aber auch Schaltschütze für 48, 120, 250 und 400 Volt Wechselstrom.
Je nach Anwendung ist auch die Polzahl zu beachten. Zur Verfügung stehen im Allgemeinen 1- bis 4-polige Schließer beziehungsweise Öffner, die vielfach auch mit Hilfskontakten ausgestattet sind.
Was ist der Unterschied zwischen einem Schütz und einem Leistungsschalter?
Die Hauptfunktion des Schützes besteht darin, große elektrische Lasten mit der Stromzufuhr zu verbinden. Sie fungieren dabei im Allgemeinen als Schalter, der auf eine manuelle Auslösung anspricht. Die Funktion ähnelt einem elektromagnetischen Relais. Schütze sind so konstruiert, dass sie die mechanischen Kontakte schnell schließen und vor allem öffnen. Die Funktion des Leistungsschalters ist dagegen automatisiert. Er unterbricht die Stromzufuhr, wenn ein Kurzschluss oder eine Überlast auftritt. Allerdings lassen sich Leistungsschalter ebenfalls manuell betätigen, zum Beispiel als Motorschutzschalter oder für kleinere Schaltleistungen.
Gibt es auch Schütze auf Halbleiterbasis ohne bewegliche Teile?
Ja, und zwar in erster Linie für das Schalten von ohmschen Lasten bis etwa 100 Ampere, beispielsweise elektrische Heizungen. Sie verwenden dazu Leistungshalbleiter wie Thyristoren und Transistoren. Im Vergleich zu elektromechanischen Schützen bieten Halbleiter-Schütze eine höhere Schaltgeschwindigkeit und enthalten keine verschleißanfälligen Kontakte. Sie sind allerdings nicht in der Lage, einer großen kurzzeitigen Überlast standzuhalten, wie sie beispielsweise induktive Geräte wie Transformatoren und Motoren erzeugen können.