Leitungsschutzschalter: Aufbau in 3D
Was steckt in einem Leitungsschutzschalter? Hier öffnest du einen LS-Schalter in 3D und siehst, wie er bei Überlast und Kurzschluss abschaltet. Unten steht außerdem, wie du aus der Art des Auslösens auf den Fehler schließt.
Lädt einmalig rund 0,2 MB. Die Erklärungen unten funktionieren auch ohne 3D-Modell.
Leitungsschutzschalter (LS-Schalter)
Er schützt die Leitung vor Überlast und Kurzschluss und hat dafür zwei Auslöser: ein Bimetall und einen Magnetauslöser. Mit Weiter wird er Schritt für Schritt geöffnet, oder du tippst direkt auf ein Bauteil. Mit Ausschalten siehst du, wie sich die Kontakte trennen.
Die Bauteile im Überblick
-
Gehäuse aus zwei Schalen
Das Gehäuse besteht aus Isolierstoff und ist aus zwei Schalen zusammengesetzt, im Modell ist die vordere abgenommen. Ein einpoliger LS-Schalter ist eine Teilungseinheit breit, also rund 18 mm. Hinten sitzt die Aufnahme für die 35-mm-Hutschiene.
-
Schaltknebel und Schaltschloss
Mit dem Knebel wird der LS-Schalter von Hand ein- und ausgeschaltet. Das Schaltschloss dahinter hält die Kontakte gegen eine Federkraft geschlossen. Lösen Bimetall oder Magnetauslöser aus, geben sie das Schloss frei und die Feder reißt die Kontakte auf. Das klappt auch, wenn jemand den Knebel festhält. Man nennt das Freiauslösung.
-
Fester und beweglicher Kontakt
Der bewegliche Kontakt sitzt an einem Hebel und ist über eine flexible Litze angeschlossen. Beide Kontakte tragen Kontaktauflagen, meist aus einer Silberlegierung. Öffnen sie unter Last, brennt zwischen ihnen ein Lichtbogen, den die Löschkammer übernimmt.
-
Magnetauslöser (Kurzschluss)
Eine Spule, durch die der volle Strom fließt. Bei einem Kurzschluss wird ihr Magnetfeld so stark, dass der Schlaganker schlagartig anzieht: Er stößt den beweglichen Kontakt auf und löst das Schaltschloss aus, ohne Verzögerung. Ab welchem Strom das passiert, legt die Charakteristik fest: B beim 3- bis 5-fachen Nennstrom, C beim 5- bis 10-fachen, D beim 10- bis 20-fachen. Für Maschinen und Steuerungen gibt es außerdem Z beim 2- bis 3-fachen und K, bei ABB beim 10- bis 14-fachen Nennstrom, Siemens baut dazu A beim 2- bis 3-fachen. Unterhalb des unteren Werts hält der Magnetauslöser mindestens 0,1 s, ab dem oberen Wert schaltet er in weniger als 0,1 s ab.
-
Bimetall (Überlast)
Zwei fest verbundene Metallstreifen, die sich bei Wärme unterschiedlich stark ausdehnen. Der Strom erwärmt das Bimetall, bei Überlast biegt es sich so weit, dass es das Schaltschloss auslöst. Je größer der Überstrom, desto schneller geht das. Kurze Stromspitzen, etwa beim Einschalten, lösen so nicht aus. Nach dem Auslösen lässt sich der LS-Schalter oft erst wieder einschalten, wenn das Bimetall etwas abgekühlt ist.
Wo das Bimetall anspricht, legen zwei Prüfströme fest. Bei B und C nach DIN EN 60898-1 sind das der kleine Prüfstrom I1 = 1,13 · In und der große Prüfstrom I2 = 1,45 · In. Den kleinen Prüfstrom hält der Automat mindestens eine Stunde, beim großen löst er in weniger als einer Stunde aus, über 63 A Nennstrom gelten zwei Stunden. Automaten mit K und Z nach DIN EN 60947-2 sind enger: 1,05 und 1,2 · In.
-
Lichtbogen-Löschkammer
Öffnen die Kontakte unter Last, reißt der Strom nicht sofort ab: Es brennt ein Lichtbogen. Leitschienen führen ihn in die Löschkammer. Dort teilen ihn die Löschbleche in viele kurze Teilbögen und kühlen ihn. Dann reicht die Spannung nicht mehr aus, ihn zu halten, und er erlischt.
-
Anschlussklemmen
Oben und unten je eine Klemme, meist mit 1 und 2 beschriftet. Dazwischen fließt der Strom durch Magnetauslöser, Kontakte und Bimetall, alle liegen in Reihe. Die Schrauben mit dem Drehmoment anziehen, das der Hersteller angibt, denn lockere Klemmen werden warm.
Der LS-Schalter hat ausgelöst: was dahintersteckt
Sofort oder nach einer Weile?
Wann er ausgelöst hat, sagt schon viel. Fällt er sofort beim Einschalten eines Geräts, hat der Magnetauslöser angesprochen: ein Kurzschluss, ein Körperschluss im TN-System oder ein hoher Einschaltstrom, etwa von vielen LED-Treibern oder einem großen Motor. Fällt er erst nach Minuten, während mehrere Geräte laufen, war es das Bimetall, also Überlast. Bei Überlast hilft es, Verbraucher auf andere Stromkreise zu verteilen. Bei einem Kurzschluss muss die Ursache gefunden werden, bevor wieder eingeschaltet wird.
Nicht auf einen Kurzschluss einschalten
Wer immer wieder auf einen bestehenden Kurzschluss einschaltet, belastet Kontakte und Löschkammer jedes Mal mit einem Lichtbogen und schickt den Kurzschlussstrom durch die ganze Leitung. Besser: alle Verbraucher des Stromkreises abstecken oder abklemmen, dann einschalten. Hält er jetzt, liegt der Fehler in einem Gerät. Fällt er auch ohne Verbraucher, spannungsfrei schalten und die Leitung mit dem Isolationsmessgerät prüfen, Außenleiter gegen N und gegen PE.
Strom messen statt raten
Löst ein LS-Schalter wegen Überlast aus, misst du im Betrieb mit der Stromzange den Strom in seinem Außenleiter. Liegt er über dem Nennstrom, ist der Stromkreis zu voll. Liegt er deutlich darunter und der Automat fällt trotzdem, kommen eine warme Umgebung im Verteiler, viele belastete Nachbarn oder eine lockere Klemme als Wärmequelle in Frage. Eine Klemme, die den Automaten von außen heizt, lässt das Bimetall früher ansprechen. Bei der Gelegenheit die Klemmen mit dem vorgegebenen Drehmoment nachziehen.
Beim Tausch auf vier Angaben achten
Ein Ersatz-LS braucht denselben Nennstrom, dieselbe Charakteristik, dieselbe Polzahl und mindestens dasselbe Schaltvermögen, das in einem kleinen Kästchen auf der Front steht. Ein größerer Nennstrom ist nie die Lösung für einen LS-Schalter, der zu oft auslöst: Er schützt die Leitung dann nicht mehr, denn die Leitung bleibt dieselbe. Wie viel Strom die Leitung tragen darf, zeigt der Rechner Strombelastbarkeit.
Weitere 3D-Modelle
FI-Schutzschalter in 3D geöffnet → Summenstromwandler, Auslöser und Prüftaste: So erkennt ein RCD den Fehlerstrom. Motorschutzschalter in 3D geöffnet → Einstellrad, Bimetalle und Magnetauslöser: So schützt er den Motor vor Überlast und Phasenausfall. Schmelzsicherung in 3D zerlegt → Passhülse, Schmelzleiter im Quarzsand und Kennmelder: So schaltet eine NEOZED-Sicherung ab. Überspannungsschutz in 3D zerlegt → Varistoren, Funkenstrecke und Anzeige: So leitet ein Typ-2-Ableiter Überspannungen ab. NH-Sicherung in 3D zerlegt → Messerkontakte, Schmelzleiter mit Engstellen und Kennmelder: So schaltet eine NH-Sicherung ab.Was ist der Unterschied zwischen einem B- und einem C-Automaten?
Nur der Magnetauslöser spricht bei unterschiedlichen Strömen an: B beim 3- bis 5-fachen Nennstrom, C beim 5- bis 10-fachen. Ein C-Automat verträgt dadurch höhere Einschaltströme, etwa von Motoren. Dafür braucht er eine niedrigere Schleifenimpedanz, damit er im Fehlerfall noch schnell genug abschaltet. Wie viel Leitungslänge das kostet, zeigt der Rechner Abschaltbedingung.
Welche Charakteristik nehme ich wofür?
Siemens ordnet die Charakteristiken in seiner Übersicht so zu: B hauptsächlich für die Installation im Wohnbau, C für höhere Einschaltströme wie Lampen und Motoren, D für Betriebsmittel mit hohen Stromimpulsen wie Transformatoren und Magnetventile, A für begrenzten Halbleiterschutz und Messkreise mit Wandlern. Nach ABB eignet sich Z für Steuerstromkreise und sehr empfindliche Betriebsmittel. Bei K spricht der Magnetauslöser nach ABB erst beim 10- bis 14-fachen Nennstrom an. Kurze Anlaufspitzen unterhalb des 10-fachen lösen ihn nicht aus. Andere Hersteller und Baureihen können abweichen. Was im Einzelfall gilt, steht im Datenblatt.
Wie viele LED-Leuchten verträgt ein LS-Schalter?
Meist begrenzt nicht der Betriebsstrom, sondern der Einschaltstrom. Beim Einschalten laden sich die Kondensatoren in den LED-Treibern auf. Nach dem Leitfaden des britischen Herstellerverbands BEAMA kann die Spitze mehrere hundertmal so hoch sein wie der Betriebsstrom, sie dauert aber meist weniger als 1 ms. Schalten viele Treiber gleichzeitig ein, addieren sich die Spitzen, und ein B-Automat kann beim Einschalten auslösen. Wie viele Treiber an einen LS-Schalter passen, steht im Datenblatt des Treibers. Bei Tridonic sind es zum Beispiel für einen 10-W-Treiber mit 17 A Spitze 37 Stück an B16 und 61 an C16, für einen 75-W-Treiber mit 29 A Spitze 21 an B16 und 35 an C16 (jeweils mit 2,5 mm²). Tridonic rechnet dabei mit LS-Schaltern von ABB, mit anderen Fabrikaten kann es abweichen. Außerdem darf die Summe der Betriebsströme den Nennstrom nicht überschreiten. Abhilfe schaffen ein C-Automat, wenn die Abschaltbedingung es zulässt, ein Einschaltstrombegrenzer oder Leuchtengruppen, die nacheinander einschalten. Für Leuchtstofflampen gibt es eine eigene Tabelle, siehe Leuchtstofflampe.
Warum löst ein LS-Schalter in einer vollen Reihe früher aus?
Belastete LS-Schalter nebeneinander wärmen sich gegenseitig, und das Bimetall spricht früher an. Siemens gibt dafür Faktoren auf den Bemessungsstrom an: zwei bis drei belastete LS-Schalter in einer Reihe 0,90, vier bis sechs 0,88, ab sieben 0,85. Ein B16 mit fünf belasteten Nachbarn verträgt dauerhaft also nur rund 14 A. Auch eine höhere Temperatur im Verteiler senkt den zulässigen Strom, die Kurven dazu stehen im Datenblatt.
Was ist ein SH-Schalter?
Ein selektiver Hauptleitungsschutzschalter nach DIN VDE 0641-21. ABB nennt als Einsatzort zum Beispiel den Zählerplatz nach den Technischen Anschlussbedingungen des Netzbetreibers. Gibt es hinter einem nachgeschalteten LS-Schalter einen Kurzschluss, schaltet nur dieser ab, der SH-Schalter bleibt eingeschaltet. Das nennt man Selektivität. Siemens führt dafür die Charakteristik E.
Warum hat ein LS-Schalter zwei Auslöser?
Weil Überlast und Kurzschluss verschieden schnell gefährlich werden. Eine leicht überlastete Leitung erwärmt sich langsam, dafür reicht das träge Bimetall, und kurze Stromspitzen stören nicht. Ein Kurzschluss muss sofort abgeschaltet werden, das übernimmt der Magnetauslöser.
Schützt ein LS-Schalter auch Menschen?
Er schützt vor allem die Leitung. Im TN-System schaltet er bei einem Körperschluss ab, wenn der Fehlerstrom groß genug ist. Gegen Körperströme von wenigen Milliampere hilft er nicht, dafür gibt es den FI-Schutzschalter.
Zum Modell: Es ist vereinfacht und zeigt den grundsätzlichen Aufbau, keinen bestimmten LS-Schalter. Anordnung und Form der Teile unterscheiden sich je nach Hersteller. Welche Werte gelten, steht auf dem Gerät und im Datenblatt.
Von Felix Albers, Betriebselektriker · Stand: · Quellen & Normstand
Dieses 3D-Modell auf der eigenen Seite einbinden
Für Lernplattformen wie Moodle, Schul- und Ausbildungsseiten: Dieses 3D-Modell läuft dann direkt auf deiner Seite, kostenlos, werbefrei, ohne Tracking.
<iframe src="https://erechner.alberssystems.de/ls-schalter-aufbau/einbetten.html"
title="Leitungsschutzschalter: Aufbau in 3D – Elektro-Toolbox" loading="lazy" allow="fullscreen"
style="width:100%;max-width:760px;height:820px;border:1px solid #d7dbe3;border-radius:12px">
</iframe>
<p style="font-size:13px">Leitungsschutzschalter: Aufbau in 3D – kostenlos in der <a href="https://erechner.alberssystems.de/ls-schalter-aufbau/">Elektro-Toolbox</a></p>
Einzige Bitte: den Textlink unter dem Rahmen stehen lassen.