Leitungsschutzschalter (MCB): Aufbau, Funktionsweise, Typen & Anwendungen

Was ist ein MCB (Miniature Circuit Breaker) – Aufbau, Funktion, Typen und Anwendungen

Einführung in Leitungsschutzschalter (MCB)

Alle Sicherungen sollten durch MCBs („Miniature Circuit Breaker“) ersetzt werden für bessere Sicherheit und Kontrolle. Im Gegensatz zu einer Sicherung arbeitet ein MCB als automatischer Schalter, der bei übermäßigem Strom den Stromkreis öffnet und nach Normalisierung ohne manuellen Austausch wieder eingeschaltet werden kann.

MCBs dienen primär als Alternative zu Sicherungsschaltern in den meisten Stromkreisen. Vielfältige MCBs mit Abschaltvermögen 10–16 kA kommen in Haushalten, Gewerbe und Industrie als zuverlässiger Schutz zum Einsatz.

Was ist ein Miniatur-Leitungsschutzschalter (MCB)?

Ein MCB ist ein elektromagnetisches Gerät in einem vollständigen Gehäuse aus gegossenem Isoliermaterial. Hauptfunktion: Schalten des Stromkreises – automatisches Öffnen, wenn der Strom den eingestellten Wert überschreitet. Manuell ein-/ausschaltbar wie ein normaler Schalter.

MCBs sind zeitverzögerte Auslöseeinrichtungen: Die Höhe des Überstroms steuert die Auslösezeit. Sie reagieren nur, wenn Überlast lange genug besteht, um den geschützten Stromkreis zu gefährden.

Kein Ansprechen auf transienten Lasten (Schaltüberspannungen, Motoranlaufströme). Auslösezeit: < 2,5 ms bei Kurzschluss, 2 s bis 2 min bei Überlast (stromabhängig).

Typisches Erscheinungsbild: Verschiedene Polausführungen (1-, 2-, 3-, 4-polig) mit unterschiedlichen Fehlerstromwerten. Meist zu 2- und 3-poligen Versionen gekoppelt: Fehler in einem Leiter unterbricht den kompletten Stromkreis → vollständige Isolation. Hilfreich bei Phasenausfall-Schutz für Drehstrommotoren.

Nennspannung: 220 V DC, 240/415 V AC (Ein-/Drehstrom) mit verschiedenen Kurzschlussstromkapazitäten. Einphasig typischerweise bis 100 A. Manche MCBs haben einstellbare Auslösewerte, andere feste Werte.

Funktionen: Lokaler Schalter, Trennschalter bei Fehlern, Überlastschutz für Installationen oder spezifische Geräte.

Aufbau des MCB

Vollständiges Gehäuse aus gegossenem Isoliermaterial → mechanisch fest, isoliert.

Schaltsystem: feststehender und beweglicher Kontakt für Ein-/Ausgangsleitungen. Stromführende Teile aus elektrolytischem Kupfer oder Silberlegierung (lastabhängig).

Bei Kontakttrennung (Überlast/Kurzschluss) entsteht Lichtbogen. Moderne MCBs handhaben Lichtbogenunterbrechung: Lichtbogenenergie-Extraktion und -Kühlung durch metallische Lichtbogenteilerplatten (Lichtbogenschlitze), in isolierendem Material gehalten. Lichtbogenläufer zwingt den Lichtbogen zwischen Hauptkontakte.

Betriebsmechanismus: magnetische und thermische Auslösung.

Magnetische Auslösung: Komposites Magnetsystem mit federbelastetem Dämpftopf (Dashpot) mit Magnetschlupf in Silikonflüssigkeit + normaler Magnetauslöser. Stromführende Spule bewegt Schlupf gegen Feder zum festen Polstück. Ausreichendes Magnetfeld → Zug am Auslösehebel.

Bei Kurzschluss/schwerer Überlast: Starkes Magnetfeld der Spule (Solenoid) zieht Anker des Auslösehebels an – unabhängig von Schlupfposition im Dämpftopf.

Thermische Auslösung: Bimetallstreifen mit Heizwicklung. Stromfluss erzeugt Wärme. Heizung direkt (Strom durch Bimetall) oder indirekt (Spule um Bimetall). Durchbiegung des Bimetalls löst Auslösemechanismus bei bestimmten Überlasten aus.

Bimetall: zwei Metalle (meist Messing und Stahl), genietet/geschweißt. Auslegung: bei Nennstrom keine Auslösung, bei Überstrom Erwärmung, Biegung, Auslösung. Bimetalle für bestimmte Zeitverzögerungen bei Überlasten gewählt.

Funktionsweise & Betrieb des MCB

Normalbetrieb: MCB als Handschalter (Ein/Aus). Bei Überlast/Kurzschluss: automatisches Auslösen → Stromunterbrechung im Lastkreis.

Sichtbare Anzeige: Betätigungsknopf springt automatisch auf AUS. Automatischer Betrieb über zwei Wege (magnetisch/thermisch).

Überlast: Strom durch Bimetall → Temperaturerhöhung. Eigenwärme genügt für Durchbiegung durch thermische Ausdehnung → Auslöseriegel freigegeben → Kontakte trennen. In manchen MCBs: Magnetfeld der Spule erzeugt Zug auf Bimetall → Durchbiegung aktiviert Auslösung.

Kurzschluss/schwere Überlast: Magnetische Auslösung. Normal: Schlupf durch leichte Feder gehalten (Magnetfeld der Spule zu schwach). Fehlerstrom → Magnetfeld überwindet Federkraft → Schlupf bewegt sich → betätigt Auslösemechanismus.

Kombination magnetisch + thermisch in den meisten MCBs. Bei beiden: Lichtbogen bei Kontakttrennung → über Lichtbogenläufer in Lichtbogenteilerplatten (Lichtbogenschächte) → Lichtbogen in Teillichtbögen aufgeteilt, Energie entzogen, gekühlt → Lichtbogenlöschung.

Typen von Miniatur-Leitungsschutzschaltern (MCBs)

Klassifikation in drei Haupttypen nach momentanen Auslöseströmen:

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

Typ B MCB

Löst augenblicklich bei 3- bis 5-fachem Nennstrom aus. Für ohmsche oder schwach induktive Lasten mit geringen Einschaltströmen. Geeignet für Wohn- und leichte Gewerbeanwendungen.

Typ C MCB

Löst augenblicklich bei 5- bis 10-fachem Nennstrom aus. Für stark induktive Lasten mit hohen Einschaltströmen: kleine Elektromotoren, Leuchtstoffbeleuchtung. Bevorzugt für höhere Kurzschlussströme. Geeignet für stark induktive Gewerbe- und Industrieanwendungen.

Typ D MCB

Löst augenblicklich bei 10- bis 25-fachem Nennstrom aus. Für sehr stark induktive Lasten mit häufigen hohen Einschaltströmen. Spezifische Industrie- und Gewerbeanwendungen: Röntgengeräte, USV-Anlagen, Schweißgeräte, Großwickelmotoren.

Alle drei Typen schützen innerhalb eines Zehntelsekunden. Minimal/maximale Auslöseströme in Tabellen (Ir = Nennstrom des MCB).

Weitere Klassifikation nach Polzahl: 1-, 2-, 3-, 4-polig.

Auswahl des richtigen MCB für verschiedene Lasten

Die Wahl eines passenden MCB für eine Anwendung erfordert Sorgfalt für zuverlässigen Schutz vor Überlast und Kurzschluss. Falsche Auswahl → häufiges ungewolltes Auslösen.

Voraussetzungen: Unterschiede MCB, MCCB, FI/LS, RCB, RCD, RCCB kennen; MCB-Typenschild lesen können.

Unterdimensioniert (MCB-Nennstrom < Last-Nennstrom) → häufiges Auslösen, Lastunterbrechung. Überdimensioniert (MCB-Nennstrom > Last-Nennstrom) → kein wirksamer Schutz, MCB löst nicht bei Überlast der Last.

Drei Auswahlkriterien:

1. Nennstrom des Leitungsschalters

Bemessungsstrom des MCB. Muss < Stromtragfähigkeit der Leitung und ≥ maximaler Volllaststrom der Leitung sein. Faustregel: 125 % Dauerlast + Nicht-Dauerlast. Ausgedrückt:

Max. Volllaststrom ≤ MCB-Nennstrom ≤ Leitungsbemessung

2. kA-Bewertung / Abschaltvermögen

Fähigkeit des MCB, bei Kurzschluss abzuschalten. In kA. Darf nicht kleiner sein als der zu erwartende Kurzschlussstrom (maximaler Strom bei Kurzschluss). Wohnen: 6 kA ausreichend. Gewerbe/leichte Industrie: 10 kA oder mehr.

3. MCB-Typ

Entscheidung durch Betriebskennlinien für momentane Auslöseströme. Siehe Typen B, C, D oben.

Anwendungen von MCB (Miniature Circuit Breaker)

Hauptfunktionen bereits beschrieben. Grundlegende Verwendungszwecke: Schutz eines Stromkreises (Leitungen, angeschlossene Last, Geräte) bei:

• Kurzschluss
• Überstrom
• Überlast