MCB (Leitungsschutzschalter) – Konstruktion, Funktionsweise, Typen und Anwendungen

Was ist MCB (Miniature Circuit Breaker) – Konstruktion, Betrieb, Typen und Anwendungen

Einführung in Leitungsschutzschalter (MCBs)

Alle Sicherungen müssen zur besseren Sicherheit und Kontrolle durch MCB „Miniature Circuit Breaker“ ersetzt werden, wenn sie in der Vergangenheit ihre Arbeit getan haben. Im Gegensatz zu einer Sicherung arbeitet ein MCB als automatischer Schalter, der sich öffnet, wenn übermäßiger Strom durch den Stromkreis fließt, und sobald der Stromkreis wieder normal ist, kann er ohne manuellen Austausch wieder geschlossen werden.

MCBs werden in den meisten Schaltkreisen hauptsächlich als Alternative zum Sicherungsschalter verwendet. Verschiedenste Leitungsschutzschalter sind heute mit Schaltvermögen von 10 KA bis 16 KA in allen Bereichen von Haushalt, Gewerbe und Industrie als zuverlässige Schutzmaßnahme im Einsatz.

Was ist ein Leitungsschutzschalter (MCB)?

Ein MCB oder Leitungsschutzschalter ist ein elektromagnetisches Gerät, das ein vollständiges Gehäuse in einem geformten Isoliermaterial verkörpert. Die Hauptfunktion eines MCB besteht darin, den Stromkreis zu schalten, d. h. den Stromkreis (der daran angeschlossen wurde) automatisch zu öffnen, wenn der durch ihn fließende Strom (MCB) den eingestellten Wert überschreitet. Es kann bei Bedarf wie ein normaler Schalter manuell ein- und ausgeschaltet werden.

MCBs sind zeitverzögerte Auslösegeräte, bei denen die Größe des Überstroms die Ansprechzeit steuert. Das bedeutet, dass diese ausgelöst werden, wenn Überlastungen lange genug bestehen, um eine Gefahr für den zu schützenden Stromkreis zu schaffen.

Deshalb reagieren MCBs nicht auf transiente Lasten wie Schalterstöße und Motoranlaufströme. Im Allgemeinen sind diese so ausgelegt, dass sie bei Kurzschlussfehlern weniger als 2,5 Millisekunden und bei Überlast 2 Sekunden bis 2 Minuten (je nach Stromstärke) arbeiten.

Ein typisches äußeres Erscheinungsbild eines MCB ist in der Abbildung dargestellt. MCBs werden in verschiedenen Polversionen wie Einzel-, Doppel-, Dreifach- und Vierpolstrukturen mit unterschiedlichen Fehlerstrompegeln hergestellt.

Meistens werden MCBs zu zwei- und dreipoligen Versionen verbunden, sodass ein Fehler in einer Leitung den gesamten Stromkreis unterbricht und somit eine vollständige Stromkreisisolierung bereitgestellt wird. Diese Funktion ist hilfreich bei einphasigem Dreiphasen-Motorschutz.

Diese sind auf 220 V für DC-Versorgung und 240/415 für AC-Versorgung (ein- und dreiphasig) mit unterschiedlicher Kurzschlussstromkapazität ausgelegt. Typischerweise haben einphasige Geräte einen Laststrombereich von bis zu 100 A. Einige MCBs haben die Möglichkeit, ihre Auslösestromkapazität anzupassen, während einige Geräte auf einen bestimmten Laststrom und Kurzschlusswert festgelegt sind.

MCBs werden verwendet, um viele Funktionen auszuführen, wie z. B. lokale Steuerschalter, Trennschalter gegen Fehler und Überlastschutzvorrichtungen für Installationen oder bestimmte Geräte oder Geräte.

Konstruktion von MCB

Ein MCB verkörpert ein vollständiges Gehäuse in einem geformten Isoliermaterial. Dadurch entsteht ein mechanisch stabiles und isoliertes Gehäuse.

Das Schaltsystem besteht aus einem festen und einem beweglichen Kontakt, an dem ankommende und abgehende Leitungen angeschlossen sind. Die Metall- oder stromführenden Teile bestehen je nach Nennleistung des Leistungsschalters aus Elektrolytkupfer oder einer Silberlegierung.

Da die Kontakte bei Überlast oder Kurzschluss getrennt werden, entsteht ein Lichtbogen. Alle modernen MCBs sind für Lichtbogenunterbrechungsprozesse ausgelegt, bei denen die Entnahme der Lichtbogenenergie und ihre Kühlung durch metallische Lichtbogenlöschbleche erfolgen.

Diese Platten werden durch ein isolierendes Material in der richtigen Position gehalten. Außerdem ist ein Lichtbogenläufer vorgesehen, um den Lichtbogen zu erzwingen, der zwischen den Hauptkontakten erzeugt wird.

Der Betätigungsmechanismus besteht sowohl aus magnetischen als auch aus thermischen Auslöseanordnungen.

Die magnetische Auslöseanordnung besteht im Wesentlichen aus einem Verbundmagnetsystem, das einen federbelasteten Dämpfer mit einem magnetischen Pfropfen in einer Silikonflüssigkeit und einem normalen magnetischen Auslöser hat. Eine stromführende Spule in der Auslöseanordnung bewegt den Bolzen gegen eine Feder zu einem feststehenden Polschuh. Die magnetische Anziehungskraft wird also am Auslösehebel entwickelt, wenn ein ausreichendes Magnetfeld von der Spule erzeugt wird.

Im Falle von Kurzschlüssen oder starken Überlastungen reicht ein starkes Magnetfeld, das von den Spulen (Solenoid) erzeugt wird, aus, um den Anker des Auslösehebels anzuziehen, unabhängig von der Position des Bolzens das Dashpot.

Der thermische Auslöser besteht aus einem Bimetallstreifen, um den eine Heizwendel gewickelt ist, um je nach Stromfluss Wärme zu erzeugen.

Das Heizungsdesign kann entweder direkt sein, wenn Strom durch einen Bimetallstreifen geleitet wird, der einen Teil des Stromkreises beeinflusst, oder indirekt, wenn eine Spule aus stromführendem Leiter um den Bimetallstreifen gewickelt wird. Die Auslenkung eines Bimetallstreifens aktiviert den Auslösemechanismus bei bestimmten Überlastbedingungen.

Die Bimetallstreifen bestehen aus zwei verschiedenen Metallen, normalerweise Messing und Stahl. Diese Metalle sind über ihre Länge genietet und verschweißt. Diese sind so ausgelegt, dass sie den Streifen bei normalen Strömen nicht bis zum Auslösepunkt erhitzen, aber wenn der Strom über den Nennwert hinaus erhöht wird, wird der Streifen erwärmt, verbogen und löst die Verriegelung aus. Bimetallstreifen werden ausgewählt, um bestimmte Zeitverzögerungen bei bestimmten Überlastungen bereitzustellen.

Funktion und Betrieb von MCB

Unter normalen Arbeitsbedingungen fungiert MCB als Schalter (manueller Schalter), um den Stromkreis ein- oder auszuschalten. Unter Überlast- oder Kurzschlussbedingungen schaltet es automatisch ein oder löst aus, sodass eine Stromunterbrechung im Lastkreis stattfindet.

Die optische Anzeige dieser Auslösung kann durch automatische Bewegung des Bedienknopfes in die AUS-Position beobachtet werden. Dieser MCB mit automatischem Betrieb kann auf zwei Arten erhalten werden, wie wir bei der MCB-Konstruktion gesehen haben; das sind magnetische Auslösung und thermische Auslösung.

Unter Überlastbedingungen bewirkt der Strom durch das Bimetall, dass es seine Temperatur erhöht. Die im Bimetall selbst erzeugte Wärme reicht aus, um eine Durchbiegung aufgrund der Wärmeausdehnung von Metallen zu verursachen. Diese Auslenkung gibt die Auslöseklinke weiter frei und somit werden die Kontakte getrennt.

In einigen MCBs bewirkt das von der Spule erzeugte Magnetfeld, dass sie eine Anziehungskraft auf Bimetalle entwickelt, sodass die Ablenkung den Auslösemechanismus aktiviert.

Unter Kurzschluss- oder schweren Überlastbedingungen kommt eine magnetische Auslöseanordnung ins Spiel. Unter normalen Arbeitsbedingungen wird der Bolzen durch eine leichte Feder in Position gehalten, da das von der Spule erzeugte Magnetfeld nicht ausreicht, um den Riegel anzuziehen.

Wenn ein Fehlerstrom fließt, reicht das von der Spule erzeugte Magnetfeld aus, um die Federkraft zu überwinden, die den Pfropfen in Position hält. Und damit Schnecke bewegt sich und betätigt dann den Auslösemechanismus.

In den meisten Leitungsschutzschaltern ist eine Kombination aus magnetischen und thermischen Auslösemechanismen implementiert. Sowohl bei magnetischen als auch bei thermischen Auslösevorgängen bildet sich ein Lichtbogen, wenn sich die Kontakte zu trennen beginnen. Dieser Lichtbogen wird dann über Lichtbogenläufer in Lichtbogenlöschbleche gedrückt.

Diese Lichtbogenteilerplatten werden auch als Lichtbogenschächte bezeichnet, bei denen der Lichtbogen in eine Reihe von Lichtbögen geformt und gleichzeitig Energie entzogen und gekühlt wird. Daher erreicht diese Anordnung die Lichtbogenlöschung.

Typen von Leitungsschutzschaltern (MCBs)

Es gibt viele Arten von Leistungsschaltern, während MCBs entsprechend ihrer unverzögerten Auslöseströme in drei Haupttypen eingeteilt werden. Sie sind

1. Typ B MCB
2. Typ C MCB
3. Typ D MCB

Typ B MCB

Diese Art von MCB löst sofort mit einer Rate aus, die das Drei- bis Fünffache des Nennstroms beträgt. Diese werden normalerweise für ohmsche oder kleine induktive Lasten verwendet, bei denen Schaltstöße sehr klein sind. Daher sind diese für Wohn- oder leichte kommerzielle Installationen geeignet.

Typ C MCB

Dieser MCB-Typ löst sofort mit einer Rate aus, die das Fünf- bis Zehnfache des Nennstroms beträgt. Diese werden normalerweise für hochinduktive Lasten verwendet, bei denen Schaltstöße hoch sind, wie z. B. kleine Elektromotoren und Leuchtstofflampen.

In solchen Fällen werden MCBs vom Typ C bevorzugt, um höhere Werte von Kurzschlussströmen zu bewältigen. Daher sind diese für hochinduktive Gewerbe- und Industrieinstallationen geeignet.

Typ D MCB

Diese Art von Leitungsschutzschalter löst sofort mit einer Rate aus, die das Zehn- bis Fünfundzwanzigfache des Nennstroms beträgt. Diese werden normalerweise für sehr hohe induktive Lasten verwendet, bei denen ein hoher Einschaltstrom sehr häufig ist.

Diese sind für bestimmte industrielle und kommerzielle Anwendungen geeignet. Zu den gängigen Beispielen für solche Anwendungen gehören Röntgengeräte, USV-Systeme, industrielle Schweißgeräte, große Wickelmotoren usw.

Die oben genannten drei MCB-Typen bieten Schutz innerhalb einer Zehntelsekunde. Die minimalen und maximalen Auslöseströme dieser MCBs sind unten in Tabellenform angegeben, wobei „Ir“ der Nennstrom des MCBs ist.

MCBs können auch basierend auf der Anzahl der Pole klassifiziert werden, wie z. B. einpolige, zweipolige, dreipolige und vierpolige MCBs.

Wie wähle ich den richtigen MCB für verschiedene Lasten aus?

Die Auswahl eines bestimmten MCB für eine bestimmte Anwendung ist eine sorgfältige Aufgabe, um einen zuverlässigen Schutz vor Überlast und Kurzschluss zu gewährleisten. Wird er nicht entsprechend den Schaltungsanforderungen ausgewählt, kann es zu häufigen ungewollten Auslösungen kommen.

Bevor wir auf Details eingehen, müssen wir den Unterschied zwischen MCB-, MCCB-, ELCB- und RCB-, RCD- oder RCCB-Leistungsschaltern kennen und wie man die darauf gedruckten MCB-Typenschilddaten liest.

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Wenn es zu klein ist (MCB-Nennwert kleiner als der Nennlaststrom), verursacht MCB häufiges Auslösen und unterbricht den Strom zu der Last, an die es angeschlossen ist, da der MCB-Nennstrom ist kleiner als der Nennstromwert der Last.

In ähnlicher Weise wird bei Überdimensionierung (MCB-Nennwert höher als der Nennlaststrom) die angeschlossene Last nicht effizient geschützt. In einem solchen Fall löst der MCB nicht aus, obwohl die Last Überstrom zieht.

Die folgenden drei Faktoren sind bei der Auswahl eines geeigneten MCB für eine bestimmte Anwendung zu berücksichtigen.

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1. Nennleistung des Leistungsschalters

Dies ist die Nennstromstärke von MCB. Dieser Wert muss kleiner als die Strombelastbarkeit des Bordnetzes und größer oder gleich dem maximalen Volllaststrom im Bordnetz sein. Im Allgemeinen sollte diese Bewertung so sein, dass sie 125 Prozent der Dauerlast plus der Bewertung der nicht kontinuierlichen Last bewältigen kann. Typischerweise kann dies ausgedrückt werden als

Maximaler Volllaststrom im System ≤ Aktuelle Bewertung von MCB ≤ Kabelleistung

2. kA-Nennwert oder Ausschaltvermögen

Diese Bewertung bezieht sich auf die Fähigkeit des MCB, den Stromkreis unter Kurzschlussbedingungen auszulösen oder zu unterbrechen. Sie wird in Kiloampere (KA) ausgedrückt. Dieser Wert darf nicht kleiner sein als der unbeeinflusste Kurzschlussstrom.

Der voraussichtliche Kurzschlussstrom ist der maximale Strom, der im Stromkreis während Kurzschlussbedingungen vorhanden ist. Bei Installationen in Wohngebieten ist ein MCB von 6 KA ausreichend, während für gewerbliche und leichte industrielle Anwendungen ein MCB von 10 KA oder mehr erforderlich ist. Lesen Sie mehr über Warum wurde die Leistungsschalterkapazität in MVA und jetzt in kA und kV angegeben?

3. MCB-Typ

Der Typ des MCB, der für eine bestimmte Anwendung benötigt wird, wird durch die Betriebseigenschaften bestimmt, so dass verschiedene Nennströme erforderlich sind, um die Lasten sofort zu betreiben. Wir haben oben bereits verschiedene Arten von MCBs für verschiedene Anwendungen erwähnt.

Anwendungen von MCB (Miniature Circuit Breaker)

Da die Hauptfunktionen und Anwendungen bereits in den obigen Ausführungen beschrieben wurden, die sehr grundlegenden Verwendungen von MCB besteht darin, dass es verwendet wird, um einen Stromkreis (Verkabelung, angeschlossene Last und Ausrüstung usw.) in folgenden Fällen zu schützen:

• Kurzschluss
• Überstrom
• Überlastung