Oben? Unten? Rein? Raus?

Muss man bei einem Sicherungsautomaten, darum handelt es sich bei einem Leitungsschutzschalter (LS Schalter), eigentlich beachten, in welcher Richtung eingespeist wird? Also kommt die Stromversorgung von oben und der Verbraucher hängt unten? Oder umgekehrt?

Da ich gerade eben mit dieser Frage etwas gekämpft und dabei einen praktisch fabrikneuen Sicherungsautomaten zerstört habe, habe ich das für den geneigten Amateur einmal aufgeschrieben. Was es bei DC Leitungsschutzschaltern zu beachten gibt, zeige ich euch in diesem Beitrag:

Grundsätzliches – wozu eine Sicherung?

Eine Sicherung ist einerseits dazu da, Schaden zu vermeiden, wenn ein Kurzschluss entsteht. Das weiß jeder, der schon einmal eine Stricknadel in die Steckdose gesteckt hat (bitte NICHT nachmachen).

Eine weitere wichtige Funktion ist der Schutz der Kabel vor zu hoher Belastung. Wird  z.B. ein für 10 A ausgelegter und abgesicherter Stromkreis längere Zeit mit 16A überlastet, wird die Sicherung wahrscheinlich nicht sofort auslösen, aber die zum Verbraucher führenden Kabel werden (zu) warm. Um nun einen Kabelbrand zu verhindern, löst irgendwann die Sicherung aus, da sie die Überlastung des Stromkreises bemerkt. Ein im Inneren der Sicherung befindlicher Bimetallstreifen wird immer heißer, verbiegt sich bis zu einem Auslösehebelchen und… zack! der Strom ist weg.

Bei unserer Balkon-Solaranlage oder Batterieeinspeisung arbeiten wir mit Gleichstrom, vielleicht nur ca. 50 Volt aber um so höheren Stromstärken von 40 A und mehr. Entsteht z.B. ein Kurzschluss, werden die dort hin führenden Kabel nicht nur heiß sondern verglühen regelrecht. Brandgefahr! Ein Leitungsschutzschalter verhindert das.

Wie funktioniert ein Sicherungsautomat

In einem Sicherungsautomaten befindet sich eine ganze Reihe elektromechanischer Komponenten – also Spulen, Federn, Hebelchen und Kontakte.

Ganz wesentlich ist der Unterbrecherkontakt, der wie oben erwähnt,  über eine Hebelmechanik von einem Bimetall,  durch eine elektrische Spule oder manuell über den Hebel außendran ausgelöst wird. Damit das möglichst in Millisekunden passiert, wird das Ganze von einer oder mehreren Federn unterstützt, die eine Kontaktzunge wegziehen und so den Stromkreis unterbrechen.

Beim Auslösen unter Last – auch von Hand – entsteht ein Funke oder sogar ein Lichtbogen zwischen den eigentlich getrennten Kontakten. Dieser Lichtbogen ist ein Problem weil der Stromkreis nicht richtig unterbrochen wird und weil er mit der Zeit die Kontakte der Sicherung zerstört. Die Konstruktion des Sicherungsautomaten sorgt deshalb dafür, dass das nicht passiert und der Lichtbogen im Inneren unschädlich gemacht wird.

Wechselstrom

Wechselstrom ist bekanntlich in Bezug auf die Spannung nicht konstant, sondern pendelt 50 Mal in der Sekunde zwischen +230V und -230V hin und her. Dazwischen geht die Spannung immer wieder durch Null.

Für die Sicherung hat das den Vorteil, dass der Lichtbogen bzw. der Schaltfunken  meist von selbst erlöscht. Deshalb können bei einer Wechselstromsicherung die Unterbrecherkontakte relativ nahe beisammen sein.

Gleichstrom

Hier haben wir keinen Nulldurchgang, Strom und Spannung liegen konstant an und können beim Abschalten im Inneren des LS Schalters tatsächlich einen dauerhaften Lichtbogen verursachen. Ein Lichtbogen verbrennt die Kontakte und wird richtig heiß. Schon einmal eine Autobatterie kurzgeschlossen? Deshalb liegen die Kontakte eines DC Leitungsschutzschalters zur sicheren Unterbrechung weiter auseinander und meistens zieht ein Permanentmagnet im Gehäuse den Lichtbogen von den Kontakten weg, hin zu einer Lichtbogenlöschkammer.

Einspeiserichtung – der kleine Unterschied

Wechselstromsicherung

Bei einer Wechselstromsicherung ist es vollkommen egal, ob der Strom von "oben" oder von "unten" eingespeist wird. Allerdings sollte man bei einem Schaltschrank oder einer Unterverteilung eine Richtung beibehalten um Verwechslungen zu vermeiden.

Gleichstromsicherung

Wohlgemerkt: solange der Gleichstrom LS Schalter nicht auslöst, sei es automatisch oder von Hand, ist die Polarität bzw. die Einspeiserichtung vollkommen egal. Aber: es ist auch nicht immer schönes Wetter, weshalb wir uns für die Fälle rüsten, wenn einmal etwas nicht funktioniert.

Die Frage, ob nun bei der DC Sicherung der Versorger oben und der Verbraucher unten angeschlossen werden muß, kann man weder mit Ja noch mit Nein beantworten. Wichtig ist nämlich und ausschließlich die technische Stromflussrichtung – also von Plus nach Minus.

Warum? Das liegt an dem Magneten. Elektrischer Strom hat ein Magnetfeld, dessen Richtung bzw. Polarität von der technischen Stromrichtung abhängt. Das gilt auch für den Lichtbogen. Mit dem eingebauten Permanentmagneten wird der Lichtbogen von den Kontakten weggezogen und kann dort kein Unheil anrichten – aber nur, wenn der Strom richtig herum fließt! Fließt der Strom verkehrt herum, klappt das nicht und die Kontakte verschmoren relativ schnell. Nett erklärt von Zerobrain in seinem YT Kanal.

Und wie schließe ich an?

Die Polarität von DC Sicherungsautomaten ist meist gekennzeichnet. Entweder duch ein geprägtes oder aufgedrucktes Plus / Minus Zeichen oder durch einen Miniaturschaltplan.

 

 

 

 

 

 

Wie leicht zu erkennen ist, gibt es keinen Standard. Manche DC LS Schalter – meist aus China – haben gar keine Beschriftung, was aber nicht unbedingt heißt, dass diese beliebig beschaltet werden können. Auch die Anordnung z.B. Links Plus – Rechts Minus  ist nicht standardisiert, wie man sieht. Es gibt auch DC Sicherungsautomaten, die nicht polaritätsabhängig sind, aber das steht in der Regel deutlich drauf oder im Beiblatt.

Sicherungen aus China kosten weniger als ein Viertel gegenüber Markenprodukten von Schneider oder ABB, insofern durchaus eine Alternative für den Bastler. Allerdings empfehle ich dringend, bei Amazon o.ä. gekaufte Billigsicherungen wieder zurück zu schicken, wenn sie nicht eindeutig beschriftet sind.

Ladegerät an Batterie

Nehmen wir an, dass sich der Versorger (Quelle) oben befindet und der Verbraucher (Senke) unten. Weiter davon ausgehend, dass der Strom von Plus zu Minus fließt, würden wir nun  ein Ladegerät an den oben rechts dargestellten Automaten wie folgt anschließen:

Oben rechts kommt der Strom vom Ladegerät bei "+" (Klemme 3) an und fließt zum korrespondierenden "-" der Sicherung unten rechts (Klemme 4). Zurück fließt der Strom von der Batterie zum "+" an Klemme 2 und dann ab "-" (Klemme 1) weiter zum Ladegerät.

Batterie an Wechselrichter

Genau umgekehrt läuft es, wenn wir die Batterie als Quelle und einen Einspeise-Wechselrichter als Senke betrachten. Die Quelle ist bei diesem Aufbau unten, die Senke dann oben:

Merke: Egal ob von oben oder von unten eingespeist wird, es muss die technische Stromrichtung beachtet werden!

Wie man es nicht machen sollte – aus Erfahrung klug

Genau an dieser Stelle habe ich beim Aufbau eines Solarspeichers den Fehler gemacht, weil ich den Anschluss genau entgegen der vorgeschriebenen Polarität vorgenommen habe.

Ohne groß drüber nachzudenken, hatte ich den Wechselrichter schon aus Platzgründen und um möglichst kurze Leitungen zu haben oben angeschlossen;  die Batterie dann unten und – komplett falsch – genau so verkabelt wie beim Anschluss des Ladegeräts.

Das ist nicht weiter aufgefallen, bis ich wegen Einstellarbeiten die Sicherung zwischen Batterie und Wechselrichter bei anliegender Batteriespannung ein Dutzend mal oder mehr  manuell ausgelöst habe. Dabei sind die Unterbrecherkontakte wohl zu Schaden gekommen und irgendwann hat die Sicherung, über die immerhin bis zu 60A fließen, den Geist aufgegeben. Siehe Fotos unten.

Zu guter Letzt

Wenn ihr euch fragt, wie herum der LS in den Sicherungskasten eingebaut werden soll, dann ist die Antwort einfach: So, dass "AUS" unten ist und die Beschriftung nicht auf dem Kopf steht. Zum Einen weil alle anderen Sicherungsautomaten auch so eingebaut sind. Zum Anderen ist die Lichtbogenlöschkammer oberhalb der Kontakte angebracht, damit die thermische Konvektion die Magnetchen unterstützt und den Lichtbogen nach oben in die Löschkammer treibt.

Lichtbogenschutz hin oder her, LS Schalter sind keine Ein-/Ausschalter. Wer vorhat, seine Solaranlage oder -Batterie unter Last DC-seitig regelmäßig abzuschalten, sollte sich einen DC-Trennschalter zulegen diese sind für ein vielfaches an Schaltvorgängen ausgelegt.