Warum bieten Kompaktleistungsschalter (MCCBs) einen kurzzeitverzögerten Schutz ohne eine Bemessungskurzzeitstromfestigkeit (I_cw)

Direkte Antwort

Molded Case Circuit Breakers (MCCBs) können einen Kurzzeitverzögerungsschutz ohne einen Bemessungskurzzeitstrom (I_cw) bieten, da sie zur IEC 60947-2 Kategorie A gehören, bei der die Selektivität durch strombegrenzende Technologie und nicht durch absichtliche Zeitverzögerungen erreicht wird. Im Gegensatz zu Leistungsschaltern (ACBs) der Kategorie B, die Fehlerströme mit hohen I_cw -Werten "aussitzen", nutzen MCCBs elektromagnetische Kontaktabstoßung und ultraschnelle Lichtbogenunterbrechung, um die Fehlerenergie zu begrenzen – sie schützen sich selbst und koordinieren sich dennoch mit nachgeschalteten Geräten durch ihre inhärenten Kurzzeitverzögerungseigenschaften (typischerweise 10-12× I_n) unterhalb der Ansprechschwelle des unverzögerten Auslösers.

Wichtigste Erkenntnisse

• ✅ Kategorie A vs. B: MCCBs (Kategorie A) haben keine deklarierten I_cw -Werte, besitzen aber eine inhärente Kurzzeitfestigkeit unterhalb ihrer Kontaktabstoßungsschwelle (typischerweise >12-14× I_n)
• ✅ Strombegrenzende Physik: Der Kontaktfederdruck ist in MCCBs absichtlich niedrig, um eine schnelle elektromagnetische Abstoßung bei hohen Fehlerströmen (>25× I_n) zu ermöglichen, wodurch Schäden durch schnelle Unterbrechung und nicht durch längere Festigkeit verhindert werden
• ✅ Kurzzeitverzögerungs-Realität: MCCB-Kurzzeitverzögerungseinstellungen (z. B. 10× I_n, 0,4s) funktionieren nur, wenn der Fehlerstrom unterhalb der Ansprechschwelle des unverzögerten Auslösers bleibt – wird diese überschritten, wird sofort über magnetischen Auslöser oder energiebasierte Mechanismen reagiert
• ✅ Selektivitätsbeschränkungen: Volle Selektivität zwischen MCCBs erfordert sorgfältige Koordinationstabellen; ACB-zu-MCCB-Kaskaden erzielen bessere Ergebnisse, da ACBs wirklich verzögern können (I_cw = I_Icu -Fähigkeit), während MCCBs nachgeschaltete Fehler behandeln
• ✅ Sicherheitsübersteuerung: Fortschrittliche MCCBs mit deaktivierbaren unverzögerten Auslösern (z. B. Schneider NSX) verfügen über “Energieauslöser”- oder “unverzögerte Übersteuerungs”-Funktionen – wenn der Fehlerstrom ~25× I_n, überschreitet, erzwingen gasbetätigte Mechanismen eine sofortige Auslösung unabhängig von den Einstellungen

Verständnis der Selektivitätskategorien nach IEC 60947-2

Kategorie B: ACBs mit deklariertem I_cw

Leistungsschalter (ACBs) sind ausgelegt für Kategorie B Anwendungen, bei denen die Selektivität durch absichtliche Kurzzeitverzögerungen erreicht wird. Gemäß IEC 60947-2 müssen diese Geräte einen Bemessungskurzzeitstrom (I_cw) angeben – den maximalen Fehlerstrom, den der Schalter in geschlossener Position für eine bestimmte Dauer (0,05s, 0,1s, 0,25s, 0,5s oder 1,0s) führen kann, ohne Schaden zu nehmen.

Hauptmerkmale von Schutzschaltern der Kategorie B:

Beispielsweise kann ein 800A ACB mit I_cw = 85kA/1s einem Fehlerstrom von 85kA bis zu 1 Sekunde standhalten, während das Kurzzeitverzögerungsrelais “wartet”, bis nachgeschaltete Geräte den Fehler beseitigen. Diese Fähigkeit erfordert eine robuste mechanische Konstruktion – verstärkte Kontaktarme, hoher Kontaktdruck (der elektromagnetische Abstoßung verhindert) und thermische Masse zur Absorption von I²t-Energie.

Kategorie A: MCCBs ohne deklarierten I_cw

Kompaktleistungsschalter (MCCBs) fallen typischerweise unter Kategorie A– Geräte, die “nicht speziell für die Selektivität unter Kurzschlussbedingungen vorgesehen sind” gemäß IEC 60947-2. Diese Schutzschalter deklarieren keine I_cw -Werte, da ihre Designphilosophie schnelle Fehlerunterbrechung gegenüber längerer Fehlerfestigkeit priorisiert.

Warum MCCBs keine I_cw:

1. deklarierenStrombegrenzendes Design_n
2. : Der Kontaktfederdruck ist absichtlich niedrig, um eine schnelle elektromagnetische Abstoßung zu ermöglichen, wenn der Fehlerstrom ~10-14× Iüberschreitet
3. Unverzögerte Auslösepflicht: Die meisten MCCBs können den unverzögerten Schutz nicht deaktivieren – jeder Fehler, der die unverzögerte Schwelle überschreitet, löst eine sofortige Auslösung aus²Thermische Einschränkungen

: Die kompakte, vergossene Konstruktion kann die thermische Energie (I nicht t) nicht ableiten, die mit einer längeren Hochstromfestigkeit verbunden ist.

Dies bedeutet jedoch nicht

Die Physik der MCCB-Kontaktabstoßung

MCCB-Diagramm des elektromagnetischen Kontaktabstoßungsmechanismus mit Darstellung des Kräftegleichgewichts und der Stromschwellenwerte – VIOX Electric elektrodynamische Abstoßungskräfte (Lorentzkraft). Die Kontaktfeder muss dieser Kraft entgegenwirken, um die Kontakte geschlossen zu halten.

Kraftbilanzgleichung:

F_Feder > F_Abstoßung = k · I²

Wo:

• F_Feder = Kontaktfeder-Druckkraft
• F_Abstoßung = Elektromagnetische Abstoßungskraft (proportional zu I²)
• k = Geometrische Konstante (Kontaktabstand, Leiterkonfiguration)

Überlegungen zum Motorstart

Untersuchungen des Shanghai Electrical Research Institute an 52 Motormustern ergaben, dass das Direktanlaufverfahren (DOL) erste Spitzenanlaufströme von 8-12× I_n für die meisten Motoren erzeugt, wobei Ausreißer 13× I_n.

erreichen. Diese Daten bestimmen die Designbeschränkungen für MCCBs:

• Verteiler-MCCBs: Unverzögerte Auslösung eingestellt auf 10-12× I_n (darf nicht bei Kondensatoranlauf oder Transformatorzuschaltung auslösen)
• Motorbemessungs-MCCBs: Unverzögerte Auslösung eingestellt auf 13-14× I_n (muss DOL-Start überstehen)
• Kontaktabstoßungsschwelle: Muss die unverzögerte Auslöseeinstellung um eine Marge von 15-20 % übersteigen, um ein unerwünschtes Öffnen der Kontakte während des Anlaufvorgangs zu verhindern

Beispielrechnung für einen 100A motorbemessenen MCCB:

Diese 1.500A-Schwelle stellt die inhärente Kurzzeitfestigkeit des MCCB dar – ausreichend für die Koordination mit nachgeschalteten Geräten im Fehlerbereich von 1.000-1.500A, aber weit unter den deklarierten I_cw -Werten von ACBs (typischerweise 30-85kA).

Wie die Kurzzeitverzögerung des MCCB tatsächlich funktioniert

Die drei Betriebszonen

Moderne elektronische MCCBs verfügen über drei Schutzzonen, deren Zusammenspiel sich jedoch grundlegend von ACBs unterscheidet:

Szenario 1: Fehlerstrom unterhalb der unverzögerten Schwelle

Bedingungen: Fehlerstrom = 8× I_n (800A für einen 100A-Schalter)

1. Strom überschreitet die Langzeitzone → Kurzzeitverzögerung wird aktiviert
2. Elektronische Auslöseeinheit startet Countdown (z.B. 0,4s)
3. Wenn der Fehler weiterhin besteht, wird die Auslösespule nach einer Verzögerung erregt
4. Kontakte öffnen über einen Energiespeichermechanismus (~20-30 ms Öffnungszeit)

Ergebnis: Echte zeitverzögerte Koordination mit nachgeschalteten Geräten

Szenario 2: Fehlerstrom über dem unverzögerten Schwellwert

Bedingungen: Fehlerstrom = 15× I_n (1.500A für einen 100A Schutzschalter)

1. Strom überschreitet den unverzögerten Schwellwert → Magnetische Auslösung erfolgt sofort
2. Kurzzeit-Verzögerungseinstellung ist überbrückt
3. Auslösespule wird innerhalb von 5-10 ms erregt
4. Kontakte öffnen, aber der Fehlerstrom hat möglicherweise bereits elektromagnetische Abstoßung verursacht

Ergebnis: Keine absichtliche Verzögerung – MCCB löst so schnell wie möglich aus

Szenario 3: Fehlerstrom übersteigt den Abstoßungsschwellwert bei weitem

Bedingungen: Fehlerstrom = 50× I_n (5.000A für einen 100A Schutzschalter, Annäherung an I_Icu)

1. Elektromagnetische Abstoßungskraft übersteigt den Federdruck
2. Kontakte werden innerhalb von 3-7 ms auseinandergetrieben (schneller als der Auslösemechanismus)
3. Lichtbogenspannung steigt schnell an und begrenzt den Spitzenstrom (strombegrenzende Wirkung)
4. Lichtbogenenergie kann den Auslösemechanismus auslösen, oder der Schutzschalter verlässt sich allein auf die Lichtbogenlöschung

Ergebnis: Ultraschnelle Strombegrenzung – keine Koordination, aber Geräteschutz über I²t-Reduktion

Sonderfall: MCCBs mit deaktivierbarer unverzögerter Auslösung

Schneider NSX “Energy Trip”-Mechanismus

Einige High-End-MCCBs (z. B. Schneider Electric NSX mit Micrologic-Auslöseeinheiten) ermöglichen die Deaktivierung des unverzögerten Schutzes für eine verbesserte Selektivität. Diese Geräte verfügen jedoch über eine obligatorische Sicherheitsübersteuerung namens “Energy Trip” oder “unverzögerte Übersteuerung”.”

Drähte in Ihrer Wand

1. Benutzer deaktiviert die unverzögerte Auslösung, aktiviert die Kurzzeitverzögerung (z. B. 10× I_n, 0,4s)
2. Fehlerstrom erreicht 30× I_n (3.000A für einen 100A Schutzschalter)
3. Kontakte stoßen sich ab, Lichtbogen bildet sich
4. Lichtbogenenergie ionisiert gaserzeugendes Material in der Lichtbogenkammer
5. Druckanstieg betätigt den pneumatischen Auslösemechanismus innerhalb von 10-15 ms
6. Schutzschalter löst aus unabhängig von den Einstellungen der elektronischen Auslöseeinheit

Dieses Design verhindert katastrophale Ausfälle, wenn Benutzer die Schutzeinstellungen falsch konfigurieren – der MCCB schützt sich bei extremen Fehlerströmen immer selbst, auch wenn dies die Selektivität beeinträchtigt.

Praktische Koordinationsstrategien

Strategie 1: ACB-zu-MCCB-Kaskade (Empfohlen)

Konfiguration:

• Vorgeschaltet: 1600A ACB, I_cw = 65kA/0,5s, Kurzzeitverzögerung = 0,4s
• Nachgeschaltet: 400A MCCB, I_Icu = 50kA, unverzögert = 5.000A (12,5× I_n)

Koordinationsanalyse:

Ergebnis: Volle Selektivität bis 50kA (MCCB I_Icu Begrenzung)

Strategie 2: MCCB-zu-MCCB-Koordination (begrenzt)

Konfiguration:

• Vorgeschaltet: 400A MCCB, unverzögert = 5.000A (12,5× I_n)
• Nachgeschaltet: 100A MCCB, unverzögert = 1.300A (13× I_n)

Koordinationsanalyse:

Selektivitätsgrenze: ~4.500A (90% der unverzögerten Einstellung des vorgeschalteten Geräts)

Verbesserung: Verwenden Sie die Koordinationstabellen des Herstellers, um die tatsächliche Durchlassenergie zu überprüfen – strombegrenzende MCCBs können durch I²t-Diskriminierung auch bei höheren Fehlerströmen Selektivität erreichen.

Vergleichstabelle: ACB vs. MCCB Kurzzeitverhalten

Warum das für die Systemauslegung wichtig ist

Missverständnis 1: “MCCB-Kurzzeitverzögerung = ACB-Kurzzeitverzögerung”

Realität: Die MCCB-Kurzzeitverzögerung funktioniert nur in einem engen Stromfenster (zwischen Langzeit- und Unverzögert-Schwellen). Bei Fehlern, die die unverzögerten Einstellungen überschreiten, lösen MCCBs sofort aus – es tritt keine Verzögerung auf.

Auswirkungen auf die Auslegung: Überprüfen Sie bei der Spezifizierung des MCCB-Schutzes immer:

1. Unverzögerte Einstellungen des nachgeschalteten Geräts
2. Maximaler Fehlerstrom am Koordinationspunkt
3. Ob der Fehlerstrom die unverzögerte Schwelle des vorgeschalteten MCCB überschreitet

Missverständnis 2: “Kein I_cw Rating = Keine Kurzzeitfähigkeit”

Realität: MCCBs besitzen eine inhärente Kurzzeitfestigkeit bis zu ihrer Kontaktabstoßungsschwelle (~12-14× I_n). Diese Fähigkeit ermöglicht eine begrenzte Koordination mit nachgeschalteten Geräten, jedoch nicht im Umfang von ACBs.

Auswirkungen auf die Auslegung: Die MCCB-zu-MCCB-Koordination ist möglich, erfordert aber:

• Sorgfältige Trennung der unverzögerten Einstellungen (mindestens 1,5:1 Verhältnis)
• Vom Hersteller bereitgestellte Selektivitätstabellen
• Berücksichtigung der strombegrenzenden Effekte auf die Durchlassenergie

Missverständnis 3: “Deaktivieren der unverzögerten Auslösung macht MCCB = ACB”

Realität: Selbst MCCBs mit deaktivierbarer unverzögerter Auslösung (z. B. NSX) verfügen über energiebasierte Override-Mechanismen, die bei extrem hohen Fehlerströmen (>25× I_n) eine Auslösung erzwingen. Sie können hohe Fehlerströme nicht wie ACBs “aussitzen”.

Auswirkungen auf die Auslegung: Bei der Verwendung von MCCBs mit einstellbarer unverzögerter Auslösung:

• Überprüfen Sie den Energieauslöseschwellwert beim Hersteller
• Gehen Sie nicht von einem ACB-ähnlichen Verhalten bei Fehlerströmen nahe I_Icu
• aus.

Berücksichtigen Sie die Auswirkungen der verzögerten Auslösung auf die Störlichtbogenenergie

Interne Links & zugehörige Ressourcen

• Elektrische Leistungsreduzierung: Temperatur, Höhe und Gruppierungsfaktoren Für ein tieferes Verständnis verwandter Schutzkonzepte erkunden Sie diese technischen VIOX-Leitfäden:
• – Erfahren Sie, wie sich Umweltfaktoren auf die Nennströme und die Koordination von Leistungsschaltern auswirken_cw ATS- & Leistungsschalter-Koordinationsleitfaden: I & Selektivität erklärt
• Current-Limiting Circuit-Breaker Guide: Schutz & Specs – Detaillierte Analyse der Kategorie-A- vs. Kategorie-B-Koordination in automatischen Umschalteinrichtungen²– Tiefer Einblick in die Physik der elektromagnetischen Abstoßung und die I
• Arten von Schutzschaltern: Vollständiger Klassifizierungsleitfaden t-Begrenzung
• – Umfassender Überblick über ACB-, MCCB-, MCB-Unterschiede und -Anwendungen Leitfaden zum Schutz von kommerziellen EV-Ladestationen: ACB, MCCB & Typ B RCBOs

– Beispiel für eine reale Koordination mit Lastberechnungen

FAQ: MCCB-Kurzzeitselektivität

EinF1: Kann ich anstelle eines ACBs einen MCCB als Haupteinspeisung verwenden?_cw : Möglich, aber nicht empfehlenswert für Systeme, die eine vollständige Selektivität erfordern. MCCBs fehlen deklarierte I_n-Werte, sodass sie die Auslösung bei hohen Fehlerströmen (>10× I.

) nicht zuverlässig verzögern können, um eine nachgeschaltete Koordination zu gewährleisten. Verwenden Sie ACBs für Haupteinspeisungen in Industrieanlagen, in denen Selektivität entscheidend ist, oder überprüfen Sie die Koordinationsgrenzen mit Herstellertabellen für kommerzielle Anwendungen._n?

EinF2: Was passiert, wenn ich die Kurzzeitverzögerung des MCCB auf 0,5 s einstelle, der Fehlerstrom aber 20× I sofort beträgt?_n: Der Leistungsschalter löst_nüber die magnetische Auslösung aus und ignoriert die 0,5-Sekunden-Verzögerungseinstellung. MCCB-Kurzzeitverzögerungen funktionieren nur, wenn der Fehlerstrom zwischen dem Kurzzeit-Ansprechwert (z. B. 2-10× I.

) und der unverzögerten Schwelle (z. B. 12× I

Ein) bleibt. Oberhalb der unverzögerten Auslösung überschreibt das magnetische Element die elektronischen Einstellungen._p F3: Verwenden alle MCCBs eine Strombegrenzungstechnologie?²: Nein. Thermisch-magnetische MCCBs (feste Auslösung, keine Einstellbarkeit) verwenden typischerweise langsamere Bimetall-Überlastelemente und erreichen möglicherweise keine echte Strombegrenzung. Elektronische MCCBs mit schnell wirkenden Kontakten und optimierten Löschkammern sind eher strombegrenzend (überprüfen Sie dies anhand der Durchlasskurven des Herstellers, die I.

und I

Eint-Werte unterhalb der voraussichtlichen Fehlerstrompegel zeigen).

• F4: Wie überprüfe ich die Selektivität zwischen zwei MCCBs?²: Verwenden Sie die Koordinationstabellen des Herstellers (nicht nur Zeit-Strom-Kennlinien). Die Tabellen berücksichtigen:
• Durchlassenergie (I
• t) des nachgeschalteten Leistungsschalters
  Nichtauslöseschwelle des vorgeschalteten Leistungsschalters.

Strombegrenzende Effekte bei verschiedenen Fehlerstrompegeln_n)?

EinBeispiel: Schneider Electric bietet detaillierte Selektivitätstabellen in seinen Koordinationsleitfäden, die maximale Selektivitätsgrenzen zeigen (z. B. „Selektiv bis 15 kA“ zwischen bestimmten MCCB-Modellen)._n F5: Warum haben motorbemessene MCCBs höhere unverzögerte Einstellungen (13-14× I_n)?.

Fazit

: Um Fehlauslösungen beim direkten Einschalten (DOL) des Motors zu verhindern. Untersuchungen zeigen, dass der Motoranlaufstrom den 12-13-fachen I_cw für die erste Spitze erreichen kann. Motorbemessene MCCBs haben auch höhere Kontaktabstoßungsschwellen (>14× I ), um sicherzustellen, dass die Kontakte während der Einschalttransienten nicht aufspringen, was zu unnötigem Verschleiß und potentiellem Verschweißen beim Wiedereinschalten führen würde.

Das scheinbare Paradoxon, dass MCCBs einen Kurzzeitschutz ohne Nennwerte für I_nbieten, beruht auf einem grundlegenden Unterschied in der Schutzphilosophie:.

ACBs widerstehen Fehlern durch mechanische Festigkeit und thermische Masse, während MCCBs Fehler durch elektromagnetische Physik und schnelle Lichtbogenunterbrechung begrenzen.Das Verständnis dieses Unterschieds ist entscheidend für Elektroingenieure, die Koordinationsschemata entwerfen. MCCBs können eine selektive Koordination mit nachgeschalteten Geräten innerhalb ihrer inhärenten Kurzzeitfestigkeit (typischerweise 12-14× I“

Über VIOX Electric) erreichen, aber sie können das ACB-Verhalten bei hohen Fehlerströmen, die sich ihrer Schaltleistung nähern, nicht replizieren. Für Anwendungen, die eine vollständige Selektivität über den gesamten Fehlerstrombereich erfordern, bleiben ACB-Haupteinspeisungen, die mit MCCB-Abgängen koordiniert sind, der Goldstandard – wobei die Kategorie-B-Zeitverzögerungsfunktionen stromaufwärts genutzt werden, während die Kategorie-A-Strombegrenzungsvorteile stromabwärts genutzt werden. Kontakt Wichtiges Designprinzip.