Thermisch (T- und TA-Linie)

Abb. 1 Thermischer CBE

Abb. 2 Kontaktkraft in Funktion der Bimetallausbiegung

1. Verklinkungsmechanismus

2. Sprungmechanismus

Geräteschutzschalter mit thermischer Auslösung (thermische CBEs), Abb. 1, simulieren das elektrothermische Verhalten der zu schützenden Komponenten (Stromleiter in Verdrahtungen, Motoren, Transformatoren etc.) mit einem einfachen, aber raffinierten Teil: dem Thermo Bimetall.

Dieses mechanische Element kann den Wärmeeffekt des Stromes im Leiter simulieren, kann elektrische Energie in eine Bewegung umwandeln (Ausbiegung) und einen Mechanismus auslösen, der den Strom automatisch abschaltet.

Die Verwendung des Bimetalles bietet einen grossen Vorteil, weil nicht der Strom, sondern die durch ihn erzeugte Erwärmung und deren Einwirk-Dauer die zulässige Belastung der Isolation des Leiters bestimmt.

CBEs mit thermischer Auslösung absorbieren, wie der Leiter auch, die beim Einschalten und Hochlaufen von Motoren auftretende Überschuss-Energie. Sie vertragen hohe Einschalt-Stromspitzen, die in Stromversorgungs-Geräten, Transformern, Wolframfadenlampen etc. vorkommen und vermeiden störende Auslösungen, die durch solche Überströme entstehen.

Bei den CBEs der T-Linie werden Auslösemechanismen mit Verklinkung verwendet. Sie gewährleisten daher eine konstante Kontaktkraft bis zur Unterbrechung. Dadurch wird eine einwandfreie elektrische Verbindung bis zum Auslösemoment sichergestellt. Bei Feder- Mechanismen nimmt die Kontaktkraft mit der Ausbiegung des Bimetalles ab. Dies kann zu einer unsauberen Kontaktgabe (electrical noise) und zur Kontakterhitzung resp. Kontaktverschweissung führen (siehe Abb. 2).

Die wichtigsten Vorteile thermischer CBEs sind:

• Gute Simulation des thermischen Verhaltens der zu schützenden Komponenten

• Unempfindlich gegen Einschalt-Spitzen

• Eignung in einem grossen Frequenzbereich

• Einfachheit / Zuverlässigkeit

• Vorteilhafter Preis

CBEs mit thermischen Auslösern reagieren auf eine Veränderung der Umgebungstemperatur. Dies ist in den meisten Anwendungen von Vorteil, weil die Belastbarkeit der zu schützenden Komponenten in den meisten Fällen auch von der Umgebungstemperatur abhängig ist. Bei PVC ist die Übereinstimmung sehr gut. Bei anderen Isolier- Materialien ist die Abweichung grösser, aber die Tendenz existiert prinzipiell in allen Anwendungen, bei denen die Schutzvorrichtung und zu schützende Komponente in der praktisch gleichen Umgebungstemperatur arbeiten. Thermische CBEs können bis zu einem gewissen Punkt auf spezielle Anforderungen betreffend der Belastbarkeit des zu schützenden Objektes angepasst werden.

Ihre Verzögerungszeit kann auf verschiedene Arten beeinflusst werden. Beispielsweise, indem eine andere Methode zum Erhitzen des Bimetalles angewandt wird (Abb. 3 illustriert zwei Methoden). Die am meisten angewandte Methode ist diejenige der direkten Beheizung des Bimetall-Streifens durch die internen Verluste, die der Strom im Bimetall verursacht (Beispiel A). Falls diese Verluste nicht gross genug sind um genügend Wärme und die nötige Ausbiegung zu erzeugen, wird eine Heizwicklung um den Bimetall-Streifen gewickelt, welche die gewünschte Hitze erzeugt (B). Die Wärme muss dabei durch eine Isolation fliessen bevor sie das Bimetall erreichen und aufheizen kann. Die zeitlich verzögerte Erwärmung führt zu einer Veränderung (Verlängerung) der Auslösezeit. Abb. 4 zeigt die typische Auslösezone von thermischen CBEs. Diese verändert sich mit der Umgebungstemperatur in einer ähnlichen Art und Weise wie die Kennlinie eines PVC-isolierten Leiters (Abb. 5). Die Möglichkeiten können durch Einsatz eines Nebenanschlusses noch erweitert werden, wie in Abb. 6 gezeigt. Der Nebenanschluss erlaubt eine vom thermisch geschützten Hauptpfad unabhängige Stromentnahme.

Abb. 3a Simulation durch Bimetalle (direkt beheizt)

Abb. 3b Simulation durch Bimetalle (indirekt beheizt)

Abb. 4 typische Auslösezone

Abb. 5 Schutzbereich

Abb. 6a Anschluss-Möglichkeiten - Normal Ausführung

Abb. 6b Anschluss-Möglichkeiten - Nebenanschluss