Warum ein Lastschalter von IMO für Solaranlagen?


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Gleichstrom-Lasttrennschalter

Die „SI“-Produkte von IMO sind echte Gleichstrom-Lasttrennschalter, also keine für den Gleichstrombetrieb umgestellte oder umgerüstete Wechselstrom-Lasttrennschalter. Man muss nämlich berücksichtigen, dass jeder Wechselstrom-Lasttrennschalter vorwiegend mit Werkstoffen gebaut wird, die für Wechselstrom ausgewählt sind, das heißt für eine Lastversorgung, die 50/60-Hz-Sinuswellen abliefert, unabhängig davon, ob mit einer Wechselspannung von 230 V oder 400 V etc. Beim Schalten von Wechselstrom muss berücksichtigt werden, dass die Lastversorgung stets den Nullwert der Wechselspannung durchläuft und dass dadurch die Lastversorgungen, selbst jene großer Leistungsabgabe, selbstlöschend sind: Auch wenn sich beim Trennen des Schalters unter Spitzenlast ein Bogen zwischen den Kontakten bildet, bewirkt die auf den Nullwert zustrebende Lastversorgung eine Löschung des Bogens. Dem gegenüber liegt eine Gleichstrom-Lastversorgung am Schalter gleichbleibend an und solange sie nicht abgeschaltet wird oder ausfällt, durchfließt eine gleichbleibende Leistung die Kontakte: Wenn die Last also 500 V mit 25 A Gleichstrom beträgt, so bleiben die Werte bei 500 V und 25 A, ob jetzt, in 1 Sekunde, in 1 Minute oder in 1 Stunde – das heißt, sie bleibt konstant. Anders als bei dem oben erwähnten Wechselstromfall erfolgt das Abschalten und Anschalten bei voller Lastversorgung: Der Gleichstrom durchläuft dabei nicht den Nullwert, es sei denn, die Systemversorgung fällt aus (oder ein anderer Fehlerfall tritt ein).

Schaltgeschwindigkeit

Die Schaltgeschwindigkeit der „SI“-Produkte von IMO ist unabhängig von der Bedienperson, der IMO-Mechanismus funktioniert so, dass es keine direkte Verbindung zwischen dem Betätigungsgriff und den Schaltkontakten gibt. Wenn der IMO-Griff bewegt wird, wirkt er auf einen Federmechanismus ein, der bei Erreichen eines Sollwertes alle Kontakte „umschnappen“ lässt, wodurch eine sehr schnelle Öffnen-Schließen-Abfolge entsteht; dies bedeutet, dass die vom Gleichstrom erzeugten Schaltlichtbögen binnen 5 ms wieder gelöscht werden. Bei einem Wechselstrom-Trennschalter besteht hingegen ein direkter Zusammenhang zwischen der Betätigungsgeschwindigkeit der Bedienperson und der Bewegung der Kontakte: legt die Bedienperson den Schalter also langsam um, öffnen sich die Kontakte daraufhin langsam, was zu Lichtbögen von 100 ms Dauer oder mehr führen kann. Dadurch, dass die Wechselstrom-Trennschalter direkt betätigt werden, kann die Bedienperson den Öffnen-Schließen-Prozess auch unterbrechen und um einen Betriebspunkt pendeln lassen, mit einer Abfolge von Lichtbogenzündungen und -löschungen, welche die Kontakte stark verschleißen können. Bei der „SI“-Produktlinie von IMO kann der einmal ausgelöste Lasttrennvorgang nicht mehr angehalten werden; erst nach seinem Abschluss können weitere Betätigungen erfolgen. Eine Vielzahl von Wechselstrom-Trennschaltern weist Leistungsmerkmale von Gleichstrom-Trennschaltern auf, jedoch üblicherweise mit der kleingedruckten Einschränkung „Nur bei Schnellumschaltung“. Hier stellt sich die Frage „Was heißt Schnellumschaltung?“, insbesondere in den Fällen, in denen wie oben erwähnt die Trennschaltung von der Bedienperson abhängt.

Lichtbogenbildung

Die „SI“-Produkte von IMO arbeiten mit einem „Messerkontakt-Mechanismus“, bei dem eine Doppelunterbrechung stattfindet und die Lichtbogenbildung auf die Ecken des Schalters begrenzt ist, so dass der Hauptkontakt in einem lichtbogenfreien Bereich stattfindet. Die Drehbewegung des IMO-Kontaktmechanismus bewirkt außerdem eine selbstreinigende Wirkung in den von Lichtbogenbildung betroffenen Bereichen und somit über die gesamte Produktlebensdauer hinweg eine gute Kontaktqualität. Für den Betrieb in Photovoltaikanlagen mit hohen Strömen besteht ein zusätzlicher Vorteil dieser Betriebsart darin, dass im Fehlerfall eines Erdschlusses die großen Kurzschlussströme die Kontakte noch stärker zusammenziehen, woraus sich, je nach Produkt, eine außerordentlich große Kurzschlussfestigkeit von bis zu 1.700 A ergibt. Wenn wir ein Produkt betrachten, das von einem Wechselstrom-Trennschalter angeleitet wurde, so verwendet dieser normalerweise ebenfalls eine Doppelunterbrechung, jedoch in einer Kontaktbrücke, ähnlich wie in einem Schütz. Obwohl eine Doppelunterbrechung stattfindet, wie im IMO-Mechanismus, findet die Lichtbogenbildung am Trenn- und Kontaktpunkt statt und alle folgenden Betätigungen führen (gewollt oder ungewollt) zu einer Kontaktbildung an derselben Stelle. Kommt es an der Kontaktstelle zu eine Kontaktverschmelzung, bricht die Trennfähigkeit der Einheit ein und damit die Schaltfähigkeit hoher Leistungen. Daher liegt die Kurzschlussfestigkeit eines Wechselstrom-Trennschalters, je nach Produkt, nur im Bereich von bis zu 400 A. Gerade weil bei einem Wechselstrom-Trennschalter durch den Nulldurchgang der Spannung eine natürliche Lichtbogenlöschung besteht, wird in den kommerziellen Produkten diesen Typs der Lichtbogenunterdrückung wenig Aufmerksamkeit gewährt. Beim Schalten von Gleichströmen ist man aber mit Lichtbogenbildung konfrontiert. Dies ist der Grund, weshalb die „SI“-Produkte von IMO im Kontaktbereich Lichtbogen unterdrückende Platten enthalten, um die Erhitzung durch Lichtbögen abzubauen und somit die Betriebslebensdauer des Produkts zu erhöhen; dies ist bei Wechselstrom-Trennschaltern nicht der Fall.

Verluste & Störungen

Der IMO “SI” Messermechanismus gewährt eine Reihe von Kontakten je Pol, allerdings nutzt der typische AC-Isolator den Kontaktbrückenmechanismus. Dies bedeutet somit, da jeder Polfläche aufgrund von Kontaktwiderständen (Oxidation, etc.) Verluste entstehen, dass Selbsterwärmung in dem Gerät entstehen wird. Wenn Sie somit eine Installation in Betracht ziehen, bei der zum Erhalt der Isolierung ein vierpoliger AC-Isolator mit jedem serienmäßigen Polset verkabelt ist, übermittelt dies dem Kunden 8 Kontaktsets, was 8 Verluste je Pol und 8 Selbsterwärmungseffekte je Pol zur Folge hat; die bei hohem Stromniveau erhebliche Produkterwärmung sowie Systemverluste erzeugen könnten. Wenn wir außerdem das Vorstehende als eine Installation berücksichtigen, dann wird – wenn ein AC-Isolator 4 serienmäßige Polsets zur Ausführung des gleichen Betriebs wie die IMO-„SI”-Einheiten aufweise, bei denen Sie möglicherweise aufgrund der Unterschiede der Mechanik 2 serienmäßige Pole platzieren müssen – dies potenziell die sechsfache Anzahl an Kontaktfehlern aufweisen.

Solaranlagen

Ein Messerkontaktmechanismus der „SI“-Produkte von IMO bietet pro Pol nur einen Satz von Kontakten. Dem gegenüber verwendet der typische Wechselstrom-Trennschalter den Brückenmechanismus: Dies bedeutet, dass an jeder Polfläche eine Verlustleistung durch Kontaktwiderstände (Oxidierung u. dgl.) und damit eine Erwärmung der Vorrichtung auftritt. Wenn wir also eine Anlage betrachten, in der die Trennung mittels eines vierpoligen Wechselstrom-Trennschalters erfolgt und in der jeder Pol-Satz in Reihe geschaltet ist, so ergibt dies für den Anwender einen Satz mit 8 Kontakten, das heißt mit 8 Verlustleistungsquellen pro Pol. Bei hohen Strompegeln kann dies zu einer bedeutenden Erwärmung des Produkts und Systemverlusten führen. Betrachten wir außerdem das obige Beispiel als eine Anlage, so ergibt sich, dass ein Wechselstrom-Trennschalter 4 Pol-Sätze in Reihe einsetzen muss, um dieselbe Betriebsleistung zu erfüllen, welche die „SI“-Einheiten von IMO mit nur 2 Polen in Reihe erfüllen: Wegen des unterschiedlichen Mechanismus treten beim Wechselstrom-Trennschalter potentiell 6-mal mehr Kontaktausfälle auf.