Lastschalter
Lastschalter sind mechanische Schaltgeräte, die so konstruiert sind, dass sie Ströme unter normalen Betriebsbedingungen ein- und ausschalten können.<ref name="Quelle 7" /> Sie dienen in der elektrischen Energietechnik zum Einschalten und Ausschalten von Betriebsmitteln und Anlageteilen im ungestörten Zustand.<ref name="Quelle 6" /> Das Schaltvermögen des Lastschalters entspricht etwa seinem Nennstrom.<ref name="Quelle 7" /> Insbesondere das Einschaltvermögen kann jedoch wesentlich höher liegen.<ref name="Quelle 8" /> Motoren haben hohe Anlaufströme, die ein Vielfaches des Nennstromes betragen können,<ref name="Quelle 0" /> daher werden hierfür besondere Motorschalter benutzt,<ref name="Quelle 3" /> die eine solche induktive Last auch während des erhöhten Anlaufstromes abschalten können (sogenannter Tippbetrieb).
Lastschalter werden auch als Lasttrennschalter ausgeführt,<ref name="Quelle 5" /> sie stellen dann eine sogenannte sichere Trennung her, um am getrennten (freigeschalteten) Anlagenabschnitt Arbeiten durchführen zu können.
Grundlagen
Elektrische Stromkreise müssen im Betrieb häufig unter Last geschaltet werden.<ref name="Quelle 7" /> Dabei können Betriebsströme fließen, die ein Mehrfaches des Nennstromes betragen.<ref name="Quelle 8" /> Werden Stromkreise unter Last getrennt, entsteht beim Trennen im Schalter ein Lichtbogen. Die Löschung des Lichtbogens ist das Hauptproblem des Lastschalters. Hierzu werden je nach Schaltvermögen entsprechende technische Maßnahmen getroffen.<ref name="Quelle 1" /> Lastschalter vermögen Betriebsströme im ungestörten Zustand mit einem Leistungsfaktor <math>\cos(\varphi) \geq 0{,}7</math> und geringe Überströme zu schalten.<ref name="Quelle 11" /> Das Nenn-Einschaltvermögen und Nenn-Ausschaltvermögen liegt bei Lastschaltern etwa beim doppelten Nennstrom.<ref name="Quelle 8" /> Das Einschaltvermögen ist dabei wesentlich größer als das Ausschaltvermögen.<ref name="Quelle 3" /> Dadurch ist es möglich, dass Lastschalter neben dem Ein- und Ausschalten von Lastströmen auch sicher auf einen Kurzschluss einschalten können.<ref name="Quelle 10" /> Hierfür müssen die Schalter jedoch so konstruiert sein, dass sie ein Kurzschluss-Einschaltvermögen haben und sie somit auch Kurzschlüsse während einer festgelegten Zeit führen können.<ref name="Quelle 7" /> Sie können jedoch keine Kurzschlussströme unterbrechen.<ref name="Quelle 11" /> Somit liegt die Anforderung bezüglich des Schaltvermögens unter dem eines Leistungsschalters.<ref name="Quelle 10" /> Allerdings haben Lastschalter eine deutlich höhere mögliche Schalthäufigkeit bzw. Anzahl möglicher Schaltungen.<ref name="Quelle 9" />
Lichtbogenlöschung
Zur Lichtbogenlöschung verwendet man im Niederspannungsbereich meistens Deionkammern, welche die Trennstellen der Schaltkontakte kaminartig umfassen.<ref name="Quelle 2" /> Durch diese Maßnahme wird der thermische Auftrieb des Lichtbogens verstärkt. Dadurch wird der Lichtbogen verlängert und sein Spannungsbedarf erhöht, bis er abreißt. In die Lichtbogenkammer sind Löschbleche eingebaut, die den Lichtbogen entionisieren und kühlen,<ref name="Quelle 9" /> sodass eine Wiederentzündung nach dem Nulldurchgang des Stroms weitgehend vermieden wird. Die bei Mittel- und Hochspannungsschaltern üblichen Löschmethoden mittels Gas, Druckluft oder Flüssigkeiten werden bei Niederspannungsschaltern selten verwendet.<ref name="Quelle 2" />
Mittelspannungs-Lastschalter sind oft Hartgasschalter und besitzen Löschkammern aus einem Polymer: beim Ausschalten werden nach Öffnen der Hauptkontakte parallel liegende Schaltmesser aus Schaltkontakten in den Löschkammern gezogen; der dabei entstehende Lichtbogen erhitzt das Innere der Löschkammer, verdampft einen kleinen Teil des Materials, und die entstandenen Gase löschen den Lichtbogen.<ref name="Quelle 4" /> Andere Lastschalter (SF6-Schalter oder Gasdruckschalter,<ref name="Quelle 10" /> GIS-gas insulated switch) befinden sich in einem hermetisch abgeschlossenen, mit Schwefelhexafluorid gefüllten Kessel; hierbei wird der Lichtbogen durch dieses Gas gelöscht.<ref name="Quelle 14" /> Der Lichtbogen kann bei Lastschaltern auch mit Druckluft gelöscht werden (Luftdruckschalter, AIS-air insulated switch), z. B. zu finden auf Elektrolokomotiven.
Einsatzbereiche und Kenngrößen
Lastschalter werden im Niederspannungs- und Mittelspannungsbereich eingesetzt.<ref name="Quelle 2" />
Kenngrößen für Lastschalter sind die Nennspannung, der Nennstrom, das Nennausschaltvermögen (Effektivwert) bei einem bestimmten Leistungsfaktor, das Nenneinschaltvermögen (Scheitelwert) und die Steuerspannung des Antriebs (Federspeicheraufzugs-Motor) und des Auslösers (Zugmagnet).<ref name="Quelle 2" />
Weitere Kenngrößen sind die Spannungsfestigkeit des geöffneten Schalters und die klimatischen Einsatzbedingungen (Temperatur, Innen- oder Außeneinsatz, barometrische Höhe).
Niederspannung
Im Niederspannungsbereich werden mit klassischen Lastschaltern Betriebsmittel unter Last ein- und ausgeschaltet. Niederspannungs-Lastschalter werden überwiegend von Hand geschaltet.<ref name="Quelle 3" />
Bei Leistungstransformatoren werden Lastschalter eingesetzt, um auf der Sekundärseite Wicklungs-Anzapfungen stufenweise schalten zu können und so die Netzspannung nachzuregeln.<ref name="Quelle 13" />
Spezielle Lastschalter mit hohem Einschaltvermögen sind erforderlich, um Blindstromkompensations-Kondensatoren zu schalten.<ref name="Quelle 11" />
Mittelspannung
Im Mittelspannungsbereich werden Lastschalter in Anlagen bis 30 kV eingesetzt.<ref name="Quelle 4" /> Dort ersetzen sie häufig aus wirtschaftlichen Gründen die Leistungsschalter.<ref name="Quelle 8" /> Hierzu sind Lastschalter mit HH-Sicherungen zu Sicherungslastschaltern<ref group="ANM" name="Anm. Bradl." /> kombiniert, um Kurzschlussschutz zu erreichen.<ref name="Quelle 7" />
In Kraftwerken schalten Generatorlastschalter den Betriebsstrom zwischen Generator und Transformator.<ref name="Quelle 12" />
Lastschalter werden auch verwendet, um unbenutzte Transformatoren, Kabel oder Freileitungen ab- und zuzuschalten.<ref name="Quelle 11" />
Einzelnachweise
<references> <ref name="Quelle 0">Hans-Günter Boy, Klaus Bruckert, Bernard Wessels: Die Meisterprüfung Elektrische Steuerungs und Antriebstechnik. 10. Auflage. Vogel Buchverlag, Würzburg 1995, ISBN 3-8023-1556-1.</ref> <ref name="Quelle 1">Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. 3., neubearbeitete Auflage. Springer Verlag, Berlin u. a. 2012, ISBN 978-3-642-21957-3.</ref> <ref name="Quelle 2">Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz: Elektrische Energieversorgung. 7. Auflage. Friedrich Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0217-0.</ref> <ref name="Quelle 3">Theodor Schmelcher: Handbuch der Niederspannung, Projektierungshinweise für Schaltgeräte Schaltanlagen und Verteiler. 1. Auflage. Siemens Aktiengesellschaft, Berlin / München 1982, ISBN 3-8009-1358-5, S. 65, 77, 337.</ref> <ref name="Quelle 4">Hans-Günter Boy, Uwe Dunkhase: Die Meisterprüfung Elektro-Installationstechnik. 12. Auflage. Vogel Buchverlag, Oldenburg / Würzburg 2007, ISBN 978-3-8343-3079-6.</ref> <ref name="Quelle 5">H. Happoldt, D. Oeding: Elektrische Kraftwerke und Netze. 5., völlig neubearbeitete Auflage. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 1978, ISBN 978-3-662-06963-9, S. 285–286.</ref> <ref name="Quelle 6">Réne Flosdorff, Günther Hilgarth: Elektrische Energieverteilung. 4. Auflage. B.G. Teubner, 1982, ISBN 3-519-36411-5, S. 219–227.</ref> <ref name="Quelle 7">Allen-Bradley (Hrsg.): Niederspannungs-Schaltgeräte. Ein Leitfaden für den Einsatz. Rockwell Automation, 2009, S. 1-1, 1-9, 2-3, 2-4, 2-16 (PDF; 6,42 MB).</ref> <ref name="Quelle 8">Valentin Crastan: Elektrische Energieversorgung 1. Netzelemente, Modellierung, stationäres Verhalten, Bemessung, Schalt- und Schutztechnik. 2. bearbeitete Auflage. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-69439-7, S. 361, 362.</ref> <ref name="Quelle 9">Rudolf Busch: Elektrotechnik und Elektronik für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker. 4., korrigierte und aktualisierte Auflage. B. G. Teubner Verlag, Wiesbaden 2006, ISBN 3-8351-0022-X, S. 326–328.</ref> <ref name="Quelle 10">Thomas Heinz: Gleichstromschalten in der Mittel- und Hochspannungstechnik unter Einsatz von Vakuumschaltröhren. Dissertation am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Darmstadt, Darmstadt 2017, S. 5–7, 13.</ref> <ref name="Quelle 11">Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz: Elektrische Energieversorgung. Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie für Studium und Praxis. 8., überarbeitete und aktualisierte Auflage. Friedrich + Teubner Verlag, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0736-6, S. 284, 285, 290.</ref> <ref name="Quelle 12">Stefan Fenske: Ermittlung des Schaltvermögens von Hochspannungs-Leistungsschaltern beim Auftreten generatornaher Kurzschlussströme mit ausbleibenden Nulldurchgängen. Dissertation an der Fakultät für Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus, Cottbus 2011, S. 3.</ref> <ref name="Quelle 13">Th. Buchhold: Elektrische Kraftwerke und Netze. Zweite Auflage. Neubearbeitet unter Mitwirkung von H. Happoldt. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 1952, S. 123–125.</ref> <ref name="Quelle 14">Dietrich Oeding, Bernd R. Oswald: Elektrische Kraftwerke und Netze. 6. Auflage. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 2004, ISBN 978-3-662-06961-5, S. 198, 199, 215, 373, 374, 854.</ref> </references>
Weblinks
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- Lastschalter mit Sicherungen (Abgerufen per Webarchive am 28. Januar 2021)
Anmerkungen
<references group="ANM"> <ref group="ANM" name="Anm. Bradl.">Allerdings sind diese Schalter nicht in allen Ländern zugelassen. (Quelle: Allen-Bradley (Hrsg.): Niederspannungs-Schaltgeräte.)</ref> </references>