Bei der Spezifizierung eines Lasttrennschalters oder Leistungsschalters für eine elektrische Anlage stoßen Sie in den Datenblättern der Hersteller auf vier kryptische Bezeichnungen: AC-20A, AC-21A, AC-22A und AC-23A. Dies sind keine willkürlichen Codes – sie repräsentieren die Gebrauchskategorien nach IEC 60947-3, ein Klassifizierungssystem, das definiert, welche Art von elektrischer Last jedes Schaltgerät handhaben kann.
Die Unterscheidung ist von großer Bedeutung. Ein Schalter, der für AC-21A (ohmsche Lasten wie Heizungen) ausgelegt ist, versagt vorzeitig, wenn er für AC-23A-Betrieb (Motorschalten mit hohen Einschaltströmen) eingesetzt wird. Dennoch wählen viele Ingenieure Schaltgeräte ausschließlich nach Nennstrom aus und übersehen dabei die Gebrauchskategorie vollständig. Die Folge: lästige Ausfälle, verkürzte Lebensdauer der Geräte und Sicherheitsrisiken durch Geräte, die außerhalb ihrer Auslegungsgrenzen betrieben werden.
Für Elektroingenieure, die Motorsteuerungssysteme entwerfen, Schaltschrankbauer, die Schaltgeräte auswählen, und Instandhaltungsprofis, die ausgefallene Geräte ersetzen, ist das Verständnis der Gebrauchskategorien unerlässlich. Dieser Leitfaden erläutert das Klassifizierungssystem nach IEC 60947-3, die Eigenschaften und Anwendungen jeder Kategorie sowie praktische Kriterien für die Anpassung von Schaltgeräten an ihre vorgesehenen Lasten.
Was ist IEC 60947-3?
Abbildung 1: IEC 60947-3 regelt Lasttrennschalter und ihre Gebrauchskategorien (AC-20A, AC-21A, AC-22A, AC-23A), die Geräte nach der Art der elektrischen Last klassifizieren, für deren Schalten sie ausgelegt sind. VIOX Electric fertigt Lasttrennschalter nach den Normen der IEC 60947-3.
IEC 60947-3 ist die internationale Norm, die Schalter, Trennschalter, Lasttrennschalter und Sicherungs-Schaltkombinationen regelt, die in Niederspannungsanlagen (bis 1.000 V AC oder 1.500 V DC) verwendet werden. Diese Norm, die von dem Technischen Komitee 121 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission veröffentlicht und gepflegt wird, legt Leistungsanforderungen, Prüfverfahren und Klassifizierungssysteme für mechanische Schaltgeräte fest.
Die Norm unterscheidet zwischen drei primären Gerätetypen:
Schalter sind mechanische Geräte, die unter normalen Betriebsbedingungen, einschließlich spezifizierter Überlasten, Ströme schließen, führen und unterbrechen können. Sie können Fehlerströme für eine bestimmte Zeit führen und möglicherweise Kurzschlussströme schließen (aber nicht unterbrechen).
Trennschalter sind mechanische Geräte, die im geöffneten Zustand eine Trennfunktion bieten – sie erzeugen einen sichtbaren oder überprüfbaren Luftspalt, der eine sichere Entspannung für Wartungsarbeiten gewährleistet. Trennschalter sind nicht dafür ausgelegt, Lastströme zu unterbrechen; sie werden nur unter Leerlauf- oder geringfügigen Lastbedingungen betrieben.
Lasttrennschalter (auch Leistungsschalter genannt) kombinieren beide Fähigkeiten: Sie können Ströme unter normalen Lastbedingungen schließen, führen und unterbrechen und bieten gleichzeitig die Trennfunktion im geöffneten Zustand. Diese Doppelfunktion macht Lasttrennschalter zu den vielseitigsten und am häufigsten spezifizierten Geräten in Motorsteuerungs- und Verteileranwendungen.
Die konsolidierte Ausgabe von 2025 (IEC 60947-3:2020+AMD1:2025) führte bedeutende Aktualisierungen ein, darunter bedingte Kurzschlussfestigkeit für Geräte, die durch vorgeschaltete Leistungsschalter, geschützt sind, kritische Laststromprüfungen für DC-Anwendungen und neue Kategorien für hocheffiziente Motoren mit erhöhten Anlaufströmen. Diese Aktualisierungen spiegeln die wachsenden Anforderungen moderner elektrischer Systeme und der Technologie drehzahlvariabler Antriebe wider.
Gebrauchskategorien verstehen
IEC 60947-3 klassifiziert Schaltgeräte nach Gebrauchskategorie– einer Bezeichnung, die die Art der elektrischen Last definiert, für deren Schalten das Gerät ausgelegt ist, und die Betriebsbedingungen, denen es standhalten muss. Dieses Klassifizierungssystem berücksichtigt, dass das Schalten einer ohmschen Heizung (bei der der Strom phasengleich mit der Spannung ist und der Einschaltstrom minimal ist) ganz andere Belastungen verursacht als das Schalten eines Motors (bei dem die Blockierströme das 6- bis 8-fache des Nennstroms erreichen können und der Leistungsfaktor beim Anfahren schlecht ist).
Die Gebrauchskategorie bestimmt die Bemessungsbetriebsstrom (Ie)– der maximale Strom, den das Gerät unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen sicher schließen, führen und unterbrechen kann. Entscheidend ist, dass derselbe physische Schalter je nach Gebrauchskategorie unterschiedliche Ie-Werte haben kann. Beispielsweise kann ein Lasttrennschalter für 100 A bei AC-21A (ohmsche Last) ausgelegt sein, aber nur für 63 A bei AC-23A (Motorlast) bei gleicher Spannung, da das Motorschalten mit hohen Einschaltströmen eine Reduzierung erfordert.
Für AC-Anwendungen definiert IEC 60947-3 vier Hauptkategorien, die mit dem Suffix “A” (AC-20A, AC-21A, AC-22A, AC-23A) gekennzeichnet sind, um sie von DC-Kategorien zu unterscheiden. Das Verständnis dieser Kategorien ist grundlegend für die richtige Geräteauswahl und eine zuverlässige Systemleistung.
AC-20A: Leerlauf-Trennfunktion
AC-20A ist die Gebrauchskategorie mit der niedrigsten Beanspruchung, die ausschließlich für das Trennen unter Leerlauf- oder geringfügigen Lastbedingungen ausgelegt ist. Geräte, die für AC-20A ausgelegt sind, sind nicht dafür vorgesehen, signifikante Ströme zu unterbrechen; ihre Hauptfunktion besteht darin, eine sichere Trennung zu gewährleisten, wenn Stromkreise bereits spannungslos sind oder nur minimalen Strom führen.
Diese Kategorie gilt typischerweise für Trennschalter– Geräte, die zur Unterteilung und Trennung verwendet werden, wobei die Lastunterbrechung von anderen Geräten übernommen wird (z. B. Schütze oder Leistungsschalter vorgeschaltet). Die Bezeichnung AC-20A bedeutet, dass das Gerät für das Öffnen und Schließen unter Bedingungen ausgelegt ist, bei denen der Stromfluss im Wesentlichen Null ist oder auf kleine kapazitive oder Leckströme begrenzt ist.
Typische AC-20A-Anwendungen
- Haupttrennschalter in Verteilerkästen, bei denen die Last vor dem Betätigen des Trennschalters auf andere Weise abgeschaltet wurde
- Trennschalter zur Wartungstrennung, die eine sichtbare Trennung für Lockout/Tagout-Verfahren bietet
- Sammelschienen-Sektionierer in Schaltanlagen zur Segmentierung von Verteilungssystemen
- Umschalter-Trennung wobei die Lastumschaltung von anderen Schaltelementen übernommen wird
Da AC-20A-Geräte keine signifikanten Lastströme unterbrechen, können sie einfacher und wirtschaftlicher sein als Leistungsschalter. Es ist jedoch entscheidend, dass die Betriebsverfahren sicherstellen, dass der Stromkreis spannungslos oder entlastet ist, bevor ein AC-20A-Gerät betätigt wird. Der Versuch, Lastströme mit einem AC-20A-Trennschalter zu unterbrechen, kann zu Kontaktschweißen, Lichtbogenschäden und Sicherheitsrisiken führen.
AC-21A: Schalten ohmscher Lasten
AC-21A ist die Gebrauchskategorie für das Schalten ohmscher oder leicht induktiver Lasten, bei denen der Einschaltstrom minimal ist und die Stromkurve im Wesentlichen phasengleich mit der Spannung ist. Diese Kategorie stellt ein unkompliziertes Lastschalten dar, ohne die Komplikationen hoher Einschaltströme oder eines schlechten Leistungsfaktors.
Im AC-21A-Betrieb ist der Einschaltstrom (der Strom beim Schließen der Kontakte) ungefähr gleich dem stationären Laststrom. Es gibt keinen signifikanten Einschaltstromstoß, und der Unterbrechungsvorgang erfolgt mit Strom und Spannung in Phase, wodurch relativ gutartige Lichtbogenbedingungen entstehen. Dies macht AC-21A zur Basis für die Lastschaltfähigkeit.
Typische AC-21A-Anwendungen
- Ohmsche Heizlasten: Elektroöfen, Raumheizungen, Industrieöfen und Prozessheizelemente, bei denen die Last rein ohmsch ist
- Glühlampenstromkreise: Traditionelle Glühlampenbeleuchtung (obwohl LED-Beleuchtung andere Eigenschaften aufweist)
- Allgemeine Verteilerstromkreise: Zuleitungen und Abzweigstromkreise, die überwiegend ohmsche Lasten versorgen
- Transformator-Primärschaltung: Wo Magnetisierungs-Einschaltstrom kein Problem darstellt (abhängig von Transformatorauslegung und Schaltstrategie)
AC-21A-Nennwerte und -Leistung
Lasttrennschalter, die für AC-21A-Betrieb ausgelegt sind, bieten im Vergleich zu anderen Kategorien typischerweise den höchsten Ie-Stromwert bei einer bestimmten Spannung. Beispielsweise könnte ein Gerät ausgelegt sein für:
- 100 A bei 400 V AC für AC-21A-Betrieb
- 80 A bei 400 V AC für AC-22A-Betrieb
- 63 A bei 400 V AC für AC-23A-Betrieb
Der höhere AC-21A-Wert spiegelt die geringere Belastung durch ohmsches Schalten wider. Die Kontakte, Lichtbogenkammern und Betätigungsmechanismen müssen nicht die hohen Einschaltströme und die schlechten Leistungsfaktorbedingungen induktiver Lasten bewältigen.
AC-22A: Gemischte ohmsche und induktive Lasten
AC-22A behandelt den Mittelweg: gemischte Lasten, die sowohl ohmsche als auch induktive Komponenten kombinieren, wobei eine moderate Überlastfähigkeit erforderlich ist. Diese Kategorie umfasst Verteilerstromkreise und Geräte, bei denen eine gewisse Induktivität vorhanden ist, aber das Anfahren von Motoren mit hohen Blockierströmen nicht die Hauptaufgabe ist.
Der AC-22A-Betrieb berücksichtigt, dass viele reale Lasten nicht rein ohmsch sind. Stromkreise, die Werkzeugmaschinen, Industrieanlagen oder gemischte Verteilerfelder speisen, enthalten oft Transformatoren, Magnetspulen, kleine Motoren und Netzteile neben ohmschen Elementen. Die induktive Komponente führt zu einer Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom, wodurch im Vergleich zu AC-21A schwierigere Lichtbogenlöschbedingungen entstehen.
Typische AC-22A-Anwendungen
- Gemischte Verteilerabgänge: Schalttafeln oder Unterverteilerstromkreise, die eine Kombination aus ohmschen und induktiven Lasten versorgen
- Maschinenschaltungen: Industriemaschinen mit sowohl Heizelementen als auch elektromagnetischen Komponenten (Spulen, Magnete, kleine Motoren)
- Beleuchtungskreise mit Vorschaltgeräten: Fluoreszierende oder Entladungsbeleuchtung, bei der die Induktivität des Vorschaltgeräts den Leistungsfaktor beeinflusst
- Ausrüstung zum Schweißen: Widerstandsschweißer oder Geräte mit signifikanter Transformatorinduktivität
- HVAC-Einheitstrennschalter: Wo die Last sowohl Kompressormotoren als auch ohmsche Heizung umfasst (obwohl reiner Motorbetrieb AC-23A wäre)
AC-22A-Anforderungen
Die Norm verlangt von AC-22A-Geräten, dass sie moderate Überlasten bewältigen und Ströme mit niedrigeren Leistungsfaktoren als AC-21A ein- und ausschalten. Die Einschaltleistung muss kurzzeitige Einschaltströme im Zusammenhang mit induktiven Lasten aufnehmen, jedoch nicht im Ausmaß von Motorblockierströmen.
Hersteller reduzieren Ie für AC-22A im Vergleich zu AC-21A bei gleicher Spannung, typischerweise um 10-20 %, was die erhöhte Beanspruchung widerspiegelt. Die Kontakte und Lichtbogenlöschsysteme müssen mit nacheilenden Leistungsfaktorbedingungen zurechtkommen, bei denen Strom und Spannung phasenverschoben sind, was die Lichtbogenlöschung erschwert.
AC-23A: Motor- und stark induktive Lasten
AC-23A ist die anspruchsvollste Nutzungskategorie, die speziell für das Schalten von Motoren und anderen stark induktiven Lasten entwickelt wurde, bei denen Blockierströme (Anlaufströme) hohe Ein- und Ausschaltbeanspruchungen verursachen. Dies ist die Kategorie, die in Motorsteuerungsanwendungen am wichtigsten ist, und die Wahl der falschen Kategorie führt direkt zu vorzeitigem Schalterausfall.
Wenn ein Induktionsmotor startet, zieht er einen Blockierstrom, der typischerweise das 5- bis 8-fache seines Nennstroms bei Volllast beträgt, mit einem Leistungsfaktor von nur 0,3 bis 0,5. Ein Schalter, der auf einen anlaufenden Motor schließt, muss diesen hohen Einschaltstrom ohne Kontaktschweißen oder übermäßige Lichtbogenbildung bewältigen. Beim Unterbrechen von Motorkreisen erzeugen der nacheilende Leistungsfaktor und die induktive Energiespeicherung anhaltende Lichtbögen, die den Schaltmechanismus belasten.
Typische AC-23A-Anwendungen
- Direkt-Online (DOL)-Motorstarter: Lasttrennschalter, die sowohl Lastschaltung als auch Trennung für Motorkreise bieten
- Motorabgangstrennschalter: Hauptschalter vor Motorsteuerzentren oder einzelnen Motorstartern
- Pumpen- und Kompressorkreise: Direktes Schalten von motorbetriebenen Geräten mit hohen Anlaufströmen
- Lüfter- und Gebläsesteuerungen: Industrielle Lüftungsmotoren und Prozessluftbehandlungsanlagen
- 输送系统: Materialhandhabungsmotoren mit häufigen Start-Stopp-Zyklen
- Hocheffizientes Motorschalten (AC-23Ae): Eine Unterkategorie, die in neueren Normen für IE3/IE4-Hocheffizienzmotoren eingeführt wurde, die aufgrund optimierter elektromagnetischer Bauweise noch höhere Blockierströme aufweisen
AC-23A-Anforderungen und -Nennwerte
IEC 60947-3 verlangt von AC-23A-Geräten, dass sie Blockierströme bewältigen und Motorkreise unter Volllastbedingungen mit schlechtem Leistungsfaktor unterbrechen. Die Norm legt Testsequenzen fest, darunter:
- Schalthandlungen beim 6- bis 10-fachen des Nennstroms (Simulation von Motorblockierzuständen)
- Ausschalthandlungen bei Nennstrom mit induktiven Lasten bei spezifizierten Leistungsfaktoren
- Dauertests über Tausende von Schaltspielen zur Überprüfung der Kontaktlebensdauer
Infolgedessen sind die AC-23A-Nennwerte deutlich niedriger als die AC-21A-Nennwerte für dasselbe Gerät. Der 100A-Schalter mit AC-21A-Nennwert bei 400V könnte nur mit 63A für AC-23A-Betrieb ausgelegt sein – eine Reduzierung um 37 %, die die Schwere des Motorschaltens widerspiegelt.
AC-23Ae: Hocheffizienzmotoren
Die neueste Normausgabe erkennt AC-23Ae, eine spezielle Unterkategorie für Hocheffizienzmotoren, die die Effizienzklassen IEC 60034-12 und IEC 60034-30-1 (IE3, IE4) erfüllen. Diese Motoren erzielen eine höhere Effizienz durch Designänderungen, die unbeabsichtigt die Blockierleistung und den Anlaufstrom erhöhen. Schalter mit AC-23Ae-Nennwert werden mit höheren Einschaltströmen getestet und müssen die erhöhten Einschaltanforderungen moderner, effizienter Motorkonstruktionen bewältigen.
Wichtige technische Unterschiede zwischen den Kategorien
Das Verständnis der Unterscheidung zwischen den Nutzungskategorien hilft zu verdeutlichen, warum die richtige Auswahl wichtig ist und was passiert, wenn ein Gerät falsch eingesetzt wird.
Beanspruchungsgrad und Nennströme
Die Kategorien stellen eine Progression zunehmender Beanspruchung dar:
- AC-20A: Nur Leerlaufschaltung; nicht für Lastunterbrechung ausgelegt
- AC-21A: Grundlegende Lastschaltfähigkeit mit ohmschen Lasten; minimaler Einschaltstrom, phasenparalleler Strom
- AC-22A: Moderate induktive Beanspruchung mit gemischten Lasten; etwas Phasenverschiebung und moderater Einschaltstrom
- AC-23A: Hohe Motorbeanspruchung mit hohem Blockiereinschaltstrom und schlechtem Leistungsfaktor beim Ausschalten
Diese Beanspruchungsprogression bestimmt direkt die Nennströme. Für einen typischen Lasttrennschalter bei 400V AC:
| Kategorie | Bemessungsbetriebsstrom (Ie) | Relativer Nennwert |
| AC-21A | 100A | 100 % (Basiswert) |
| AC-22A | 80A | 80% |
| AC-23A | 63A | 63% |
Die niedrigeren Nennwerte für AC-22A und AC-23A sind keine willkürliche Reduzierung – sie spiegeln echte physikalische Grenzen wider, die durch Einschaltstrombehandlung, Lichtbogenlöschfähigkeit und Kontaktdauerfestigkeit unter anspruchsvollen Bedingungen auferlegt werden.
Einschaltstrom (Schließstrom)
Einschaltstrom ist der Strom, der fließt, wenn der Schalter auf einen unter Spannung stehenden Stromkreis schließt. Dies unterscheidet die Kategorien dramatisch:
- AC-20A: Im Wesentlichen kein Einschaltstrom (Leerlauf)
- AC-21A: Einschaltstrom ≈ stationärer Laststrom (kein signifikanter Einschaltstrom)
- AC-22A: Einschaltstrom = 1,5-3× stationär (moderater Einschaltstrom durch Induktivität)
- AC-23A: Einschaltstrom = 6-10× Nennstrom (Motorblockierzustände)
AC-23A-Geräte müssen Kontakte auf Motoranlaufströme schließen, ohne zu verschweißen, was robuste Kontaktmaterialien, hohen Kontaktdruck und Lichtbogenunterdrückungsfunktionen erfordert, die AC-21A-Geräte nicht benötigen.
Ausschaltstrom (Öffnungsstrom) und Leistungsfaktor
Ausschalten verursacht unterschiedliche Belastungen. Ohmsche Lasten (AC-21A) weisen Strom und Spannung in Phase auf; wenn sich Kontakte in der Nähe eines natürlichen Stromnulldurchgangs trennen, erlischt der Lichtbogen leicht. Induktive Lasten (AC-22A, AC-23A) weisen nacheilenden Strom auf; der Lichtbogen hält länger an, da der Strom nicht Null kreuzt, wenn die Spannung dies tut.
AC-23A-Geräte müssen Motorströme bei Leistungsfaktoren von nur 0,35 unterbrechen, wodurch anhaltende Lichtbögen entstehen, die robuste Lichtbogenkammern, Blasenspulen oder magnetische Lichtbogenablenkung erfordern, um das Erlöschen zu erzwingen. Aus diesem Grund verfügen Schalter mit AC-23A-Nennwert über ein ausgefeilteres Lichtbogenmanagement als AC-21A-Geräte.
Betriebsdauer
Die Norm fordert unterschiedliche Dauerprüfungen je nach Kategorie. AC-23A-Geräte werden strengeren Prüfungen mit höheren Einschaltströmen und niedrigerem Leistungsfaktor beim Ausschalten unterzogen, was zu einer kürzeren Nennlebensdauer der Kontakte im Vergleich zu AC-21A bei gleicher physischer Schalterausführung führt. Die Hersteller geben Werte für die elektrische Lebensdauer (Anzahl der Schaltspiele bei Nennstrom) an, die von AC-21A zu AC-23A abnehmen.
Anwendungen und Use Cases
Die Abstimmung der Gebrauchskategorien auf die tatsächlichen Anwendungen gewährleistet eine zuverlässige Schaltleistung und vermeidet vorzeitige Geräteausfälle.
Industrielle Motorsteuerung
Die Motorsteuerung stellt die anspruchsvollste Anwendung und den primären Anwendungsfall für AC-23A-Geräte dar. In Produktionsstätten, Prozessanlagen und industrieller Infrastruktur:
- Motor Control Center (MCCs): Lasttrennschalter der Kategorie AC-23A dienen als Haupttrennschalter für einzelne Motorabzweige und bieten Lastschaltvermögen und Trennung für Wartungsarbeiten. Sie müssen wiederholte Motorstarts mit Anlaufströmen in Höhe des 6- bis 8-fachen des Volllaststroms bewältigen.
- Direktstarter: In Kombination mit Schützen und Überlastrelais ermöglichen AC-23A-Lasttrennschalter das sichere Starten, Stoppen und Trennen von Motoren, ohne dass separate Trennvorrichtungen erforderlich sind.
- Pumpen- und Kompressorstationen: Motoren, die kritische Infrastruktureinrichtungen antreiben, bei denen zuverlässiges Schalten unter induktiver Last unerlässlich ist.
- Eingangstrennschalter für Frequenzumrichter (VFD): Während Frequenzumrichter Motoren sanft anfahren, ist der Eingangstrennschalter dennoch dem Einschaltstrom von DC-Bus-Ladekondensatoren und der Magnetisierung des Transformators ausgesetzt, wodurch AC-22A oder AC-23A je nach Antriebsauslegung geeignet ist.
Gewerbliche Gebäudeinstallation
In gewerblichen Einrichtungen werden Lasttrennschalter aller Kategorien eingesetzt:
- Trennschalter für HLK-Anlagen: Dachgeräte und Lufterhitzer mit Kompressormotoren erfordern die Schutzart AC-23A. Reine Lüfter können AC-22A verwenden, wenn der Einschaltstrom moderat ist.
- Haupttrennschalter für Beleuchtungspaneele: AC-21A für ohmsche Lasten (Glühlampen, LED ohne nennenswerten Einschaltstrom); AC-22A für Leuchtstoff- oder Entladungsbeleuchtung mit magnetischen Vorschaltgeräten.
- Hauptschalter für Verteiler: AC-21A oder AC-22A je nach Mischung der nachgeschalteten Lasten. Gemischte gewerbliche Lasten erfordern typischerweise AC-22A.
- Notstromumschaltung: AC-22A oder AC-23A je nach angeschlossenen Lasten, da der Schalter beim Umschalten zwischen den Quellen den Einschaltstrom bewältigen muss.
Prozess- und Fertigungsanlagen
Industriemaschinen weisen unterschiedliche Schaltaufgaben auf:
- Trennschalter für Werkzeugmaschinen: AC-22A für Maschinen mit gemischten Spindelmotoren, Magnetventilen und Steuerstrom. AC-23A, wenn große direkt gestartete Motoren vorhanden sind.
- Förder- und Materialhandhabung: AC-23A für direkt gestartete Fördermotoren; AC-22A bei Verwendung von Sanftanlauf oder Frequenzumrichtersteuerung.
- Ausrüstung zum Schweißen: AC-22A für Widerstandsschweißgeräte mit signifikanter Transformatorinduktivität, aber ohne Motorstartbetrieb.
- Prozessheizungen und Öfen: AC-21A für rein ohmsche Heizelemente; AC-22A, wenn die SCR/Thyristor-Steuerung Oberwellen erzeugt oder eine Transformatorkopplung beteiligt ist.
Folgen von Fehlbedienungen
Die Verwendung der falschen Kategorie führt zu vorhersehbaren Ausfallarten:
- Verwendung von AC-21A für Motorbetrieb (AC-23A erforderlich): Kontakte verschweißen beim Motorstart aufgrund unzureichender Einschaltleistung; Kontakte erodieren schnell durch anhaltende Lichtbögen beim Ausschalten; die elektrische Lebensdauer bleibt weit hinter den Erwartungen zurück, was zu unerwünschten Ausfällen und ungeplanten Ausfallzeiten führt.
- Verwendung von AC-20A unter Last (jede Lastschaltkategorie erforderlich): Starke Lichtbogenbildung beschädigt Kontakte und Gehäuse; Potenzial für Kontaktschweißen, wodurch eine Sicherheitsgefahr entsteht; das Gerät kann nach dem Lastschaltvorgang die Trennfunktion nicht mehr erfüllen.
- Unnötige Überdimensionierung der Kategorie: Die Verwendung von AC-23A, wo AC-21A ausreichend ist, erhöht die Kosten ohne Nutzen, obwohl dies ein weniger kritischer Fehler ist als eine Unterspezifikation.
Auswahlkriterien: Zuordnung der Kategorie zur Anwendung
Die Auswahl der richtigen Gebrauchskategorie erfordert die Analyse der Lastcharakteristiken und des Betriebszyklus. Gehen Sie systematisch vor:
Schritt 1: Lasttyp und -eigenschaften identifizieren
Bestimmen Sie, was der Schalter steuern soll:
- Nur Trennung, keine Lastschaltung: AC-20A (Trennfunktion)
- Ohmsche Lasten (Heizungen, Glühlampenbeleuchtung, Verteilung, die überwiegend ohmsche Geräte speist): AC-21A
- Gemischte ohmsche und induktive Lasten (Verteilung mit moderater Induktivität, gemischte Maschinen, Leuchtstoffbeleuchtung): AC-22A
- Motoren oder stark induktive Lasten (Direktes Anfahren von Motoren, Pumpen-/Kompressor-/Ventilatormotoren, Geräte mit hohem Einschaltstrom): AC-23A
- Hocheffizienzmotoren (IE3/IE4-Motoren gemäß IEC 60034-30-1): AC-23Ae, falls verfügbar, andernfalls AC-23A mit entsprechender Reduzierung
Schritt 2: Erforderlichen Betriebsstrom berechnen
Bestimmen Sie den stationären Laststrom (Volllaststrom für Motoren, Nennstrom für ohmsche Lasten). Identifizieren Sie für Motoranwendungen außerdem:
- Motorvolllaststrom (FLC)
- Anlaufstrom oder Anlaufstrom (typischerweise 6-8 × FLC für Standardmotoren)
- Motorleistungsfaktor bei Anlauf- und Betriebsbedingungen
Der Nennbetriebsstrom des Schalters Ie für die gewählte Gebrauchskategorie muss den stationären Laststrom erreichen oder übersteigen. Verwenden Sie keine AC-21A-Stromwerte für Motorlasten – Sie müssen den AC-23A-Wert verwenden.
Schritt 3: Spannungsfestigkeit und Systemkompatibilität prüfen
Stellen Sie sicher, dass die Nennisolationsspannung (Ui) und die Nennbetriebsspannung (Ue) des Schalters mit der Systemspannung übereinstimmen. Überprüfen Sie die Stoßspannungsfestigkeit (Uimp) für die Installationskategorie (typischerweise CAT III oder CAT IV für feste Installationen).
Schritt 4: Einschaltvermögen prüfen
Für AC-23A-Anwendungen ist zu prüfen, ob der Schalter den Anlaufstrom des Motors beim Schließen bewältigen kann. Die Datenblätter der Hersteller geben das Einschaltvermögen als Vielfaches von Ie an (z. B. “Einschaltvermögen: 10×Ie für AC-23A”). Bei einem Motor mit 6×FLC Anlaufstrom und FLC = 50A beträgt der Anlaufstrom 300A. Ein AC-23A-Schalter mit Ie ≥ 50A und einem Einschaltvermögen ≥10×Ie schließt diesen Motor sicher.
Schritt 5: Betriebsfrequenz bewerten
Berücksichtigen Sie, wie oft der Schalter betätigt wird. Häufiges Schalten (mehrere Betätigungen pro Stunde) erfordert die Beachtung der elektrischen Lebensdauer. Die Datenblätter der Hersteller geben die erwartete Lebensdauer an (z. B. “elektrische Lebensdauer: 8.000 Betätigungen bei Ie für AC-23A”). Wenn die Betriebsfrequenz dies überschreitet, sollten Sie Folgendes in Betracht ziehen:
- Reduzierung der Nennleistung des Schalters (Betrieb unterhalb des vollen Ie, um die Kontaktlebensdauer zu verlängern)
- Verwendung von Schützen für häufiges Schalten, wobei der Lasttrennschalter für die Trennung und das seltene Hauptschalten reserviert wird
Schritt 6: Isolationsanforderungen berücksichtigen
Wenn das Gerät eine Trennung ermöglichen muss (Lockout/Tagout, Wartungstrennung), spezifizieren Sie einen Lasttrennschalters anstelle eines Schalters. Stellen Sie sicher, dass das Gerät die Anforderungen an die Trennfunktion gemäß IEC 60947-3 erfüllt (sichtbare Trennstrecke oder Stellungsanzeige, ausreichende Luft- und Kriechstrecken).
Schritt 7: Koordination und Schutz überprüfen
Stellen Sie sicher, dass der Schalter mit dem vor- und nachgeschalteten Schutz koordiniert ist:
- Der Bemessungskurzschlussstrom des Schalters (falls zutreffend) muss den voraussichtlichen Fehlerstrom erreichen oder übertreffen, wobei ein vorgeschalteter Leistungsschalter oder eine Sicherung als Schutz angenommen wird
- Bestätigen Sie für Motorkreise die Kompatibilität mit Überlastrelais und Kurzschlussschutzeinrichtungen
Häufige Auswahlszenarien
Szenario 1: 15 kW / 400V Drehstrommotor, FLC = 30A, Anlaufstrom = 180A (6×FLC)
- Lasttyp: Motor → AC-23A erforderlich
- Erforderliches Ie: ≥30A bei AC-23A, 400V
- Überprüfung des Einschaltvermögens: Das Gerät muss einen Einschaltstrom von 180A bewältigen → Überprüfen Sie 10×Ie ≥180A → Ie = 30A, 10×30 = 300A ✓
- Auswahl: Lasttrennschalter mit Nennstrom Ie ≥30A, AC-23A, 400V, mit Trennfunktion
Szenario 2: 50 kW elektrische Widerstandsheizung, 400V Drehstrom, FLC = 72A
- Lasttyp: Ohmsch → AC-21A geeignet
- Erforderliches Ie: ≥72A bei AC-21A, 400V
- Kein signifikanter Einschaltstrom, Einschalten ≈ stationärer Zustand
- Auswahl: Lasttrennschalter mit Nennstrom Ie ≥80A, AC-21A, 400V
Szenario 3: Verteilerfeld mit gemischten Lasten, Nennstrom 100A
- Lasttyp: Gemischt gewerblich/industriell → AC-22A geeignet (es sei denn, es handelt sich um spezifische Motorabgänge, die separat geschaltet werden sollten)
- Erforderliches Ie: ≥100A bei AC-22A
- Auswahl: Lasttrennschalter mit Nennstrom Ie ≥100A, AC-22A, mit Trennfunktion
Fazit
Die Gebrauchskategorien der IEC 60947-3 – AC-20A, AC-21A, AC-22A und AC-23A – bieten einen systematischen Rahmen für die Klassifizierung von Schaltgeräten nach der Art der elektrischen Last, für die sie ausgelegt sind. Diese Klassifizierung bestimmt direkt die Gerätedaten, wobei derselbe physische Schalter je nach Kategorie unterschiedliche Betriebsstromwerte (Ie) bietet: am höchsten für AC-21A ohmsche Last, progressiv niedriger für AC-22A gemischte Lasten und am niedrigsten für AC-23A Motorlast mit hohen Einschaltstromanforderungen.
Für Elektroingenieure, die Schaltgeräte spezifizieren, Schaltschrankkonstrukteure, die Komponenten auswählen, und Wartungsfachleute, die Geräte austauschen, ist das Verständnis der Gebrauchskategorien für einen zuverlässigen Systembetrieb unerlässlich. Falsche Anwendung – insbesondere die Verwendung von AC-21A-Geräten für Motorlasten, die AC-23A erfordern – führt zu vorhersehbaren Ausfällen: Kontaktschweißen aufgrund unzureichenden Einschaltvermögens, schnelle Kontaktabtragung durch anhaltende induktive Lichtbögen und verkürzte Lebensdauer.
Die richtige Kategoriewahl erfordert die Analyse der Lastcharakteristik (ohmsche, gemischte oder Motorlast), die Berechnung der Betriebsstromanforderungen, die Überprüfung des Einschaltvermögens für Einschaltbedingungen und die Sicherstellung, dass das Gerät die Trennanforderungen erfüllt, wo dies erforderlich ist. Die Kategoriebezeichnung auf den Datenblättern der Hersteller ist keine optionale Information – sie definiert die Schaltleistung, für die das Gerät getestet wurde, und die Bedingungen, unter denen die veröffentlichten Nennwerte gelten.
VIOX Electric fertigt Lasttrennschalter, die nach den Normen der IEC 60947-3 entwickelt wurden, mit klaren Gebrauchskategorien und umfassender technischer Dokumentation. Für Anwendungsberatung, technische Spezifikationen oder zur Besprechung Ihrer spezifischen Schaltanforderungen wenden Sie sich bitte an das Engineering-Team von VIOX.
Wählen Sie die richtige Gebrauchskategorie für eine zuverlässige Schaltleistung. Kontakt zu VIOX Electric um Ihre Anforderungen an Lasttrennschalter zu besprechen.
