In Schaltanlagenplänen wird der Trennschalter oft mit dem Leistungsschalter verwechselt.
Diese Geräte haben jedoch unterschiedliche Aufgaben. Ein Leistungsschalter unterbricht den Strom, ein Trennschalter schafft eine physische Trennstrecke.
Der Hauptzweck eines Trennschalters ist die Wartungssicherheit:
Er schafft einen klaren physischen Trennpunkt, nachdem der Stromkreis bereits abgeschaltet wurde.
Dieser Artikel erläutert den tatsächlichen Aufbau eines Trennschalters, wo er platziert wird und warum er die Konstruktion von MS-Schaltanlagen verändern kann.
Was ist ein Trennschalter in Schaltanlagen?
Ein Trennschalter, auch Trenner genannt, ist ein Gerät, das verwendet wird, um einen Stromkreis physisch zu trennen, nachdem der Strom bereits unterbrochen wurde.
Er wird nicht hauptsächlich zum Unterbrechen von Laststrom oder Fehlerstrom verwendet. Seine Aufgabe besteht darin, einen sicheren Trennpunkt für Inspektion, Wartung oder Schaltbetrieb zu schaffen.
Ein Trennschalter schützt den Stromkreis nicht. Er schafft eine physische Trennstrecke.
Einfach erklärt:
Wenn der Trennschalter geschlossen ist, hat der Stromkreis einen durchgehenden Metallpfad:
Quelle → Metallkontakt → Last
Wenn der Trennschalter geöffnet ist, wird der Metallpfad getrennt und durch eine Isolationsstrecke ersetzt:
Quelle → Luftstrecke → Last
Der Strompfad wird unterbrochen, weil ein Teil des leitfähigen Pfades mechanisch wegbewegt wird.
Welcher Mechanismus wird verwendet, um den Stromkreis zu trennen?
Ein Trennschalter funktioniert, indem ein leitfähiges Teil von einem anderen leitfähigen Teil wegbewegt wird.
Gängige Bauformen umfassen:
| Mechanismustyp | Funktionsweise |
|---|---|
| Messertyp | Eine Klinge dreht sich vom festen Kontakt weg |
| Drehtyp | Ein rotierender Kontakt dreht sich, um den Stromkreis zu verbinden oder zu trennen |
| Schiebe-/Ausfahrtyp | Ein beweglicher Kontakt wird von einem festen Kontakt weggezogen |
| Drei-Stellungs-Typ | Geschlossene, getrennte und geerdete Stellungen sind kombiniert |
Der entscheidende Punkt:
Der Trennschalter ersetzt eine Metallverbindung durch eine Isolationsstrecke.
Diese Strecke muss jedoch für die Spannungsebene groß genug sein. Luft leitet normalerweise bei Nennspannung nicht, aber wenn die Spannung zu hoch oder die Strecke zu klein ist, kann ein Überschlag auftreten.
Der Trennschalter ist also nicht einfach nur ein „Durchtrennen eines Drahtes“. Er ist eine konstruierte Isolationsstruktur mit korrektem Luftspalt, Kriechstrecke, Kontaktabstand und mechanischer Festigkeit.
Der Mechanismus führt auch zum folgenden Abschnitt: Wenn die Spannung steigt, benötigt der Trennschalter mehr Platz für die Trennung.
Der Trennschalter wird größer, wenn die Spannung steigt
Die Größe eines Trennschalters wird hauptsächlich durch die Spannung beeinflusst, da höhere Spannung einen größeren Isolationsabstand erfordert.
Bei Niederspannung ist die erforderliche Luftstrecke klein. Bei Mittelspannung wird die erforderliche Phase-zu-Phase- und Phase-zu-Erde-Luftstrecke deutlich größer.
| Spannungsebene | Größenauswirkung |
|---|---|
| 400 V / 690 V NS | Kompakter Lasttrennschalter kann in NS-Schaltschrank eingebaut werden |
| 11 / 12 kV MS | Größerer Kontaktabstand und Isolationsstützen sind erforderlich |
| 24 kV MS | Größerer Phasenabstand und Schrankabstand |
| 33 / 36 kV MS | Sehr große luftisolierte Struktur; kann Schranklayout verändern |
Was die Größe beeinflusst:
- Nennspannung
- Bemessungsstrom
- Kurzzeitstrom
- Phase-zu-Phase-Luftstrecke
- Phase-zu-Erde-Luftstrecke
- Offener Kontaktabstand
- Luftisolierte oder gasisolierte Bauweise
- Ob Erdungsschalter integriert ist
- Manueller oder motorisierter Betätigungsmechanismus
Je höher die Spannung, desto größer müssen die Luftstrecke und die Isolationsstruktur sein. Deshalb ist ein MS-Trennschalter kein kleines Zubehörteil im Schaltschrank.
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Wo wird der Trennschalter im Stromkreis platziert?
In festen MS-VCB-Schaltanlagen
Eine gängige Struktur ist:
Sammelschiene → Trennschalter / Trenner → Fester VCB → CT → Kabelendverschluss → Erdungsschalter
Hierbei:
- unterbricht der VCB den Strom
- schafft der Trennschalter die Trennstrecke
- erdet der Erdungsschalter die getrennte Seite
Warum wird der Trennschalter oft zwischen der Sammelschiene und dem festen Leistungsschalter platziert?
Der Grund ist Sicherheit und Wartung.
Die Sammelschiene ist die Hauptstromquelle innerhalb der Schaltanlage. Wenn ein Abgangsfeld gewartet werden muss, liegt der sicherste Trennpunkt normalerweise am Anfang dieses Abgangszweigs, so nah wie praktisch möglich an der Energiequelle.
Durch Öffnen des Trennschalters an dieser Position können die nachgeschalteten Teile dieses Abgangs, einschließlich des festen VCB, CT, Kabelendverschlusses und der abgehenden Kabelseite, von der spannungsführenden Sammelschiene getrennt werden.
Dies ist besonders wichtig, weil der Zweck eines Trennschalters hauptsächlich die Wartungstrennung ist. In vielen Schaltanlagensystemen muss möglicherweise ein Abgang gestoppt werden, während die anderen Abgänge weiter betrieben werden sollen. Die Hauptsammelschiene kann unter Spannung bleiben, und nur der ausgewählte Zweig wird getrennt.
Der Trennschalter wird also nicht zufällig dort platziert. Er funktioniert wie ein Trennpunkt am Anfang eines Zweigs.
Wie verändert ein Trennschalter die Schaltanlagenkonstruktion?
Unter Berücksichtigung der Größe und der Position in der Schaltanlagenstruktur kann das Hinzufügen eines Trennschalters in MS-Schaltanlagen die gesamte Schrankstruktur verändern.
Wenn also ein Trennschalter hinzugefügt wird, müssen viele andere Teile der Schaltanlage gemeinsam neu konstruiert werden.
1. Zusätzlicher Platz für das Haupttrenngerät
Der Trennschalter benötigt physischen Raum für seine festen Kontakte, bewegliche Klinge oder Drehkontakt, Isolatoren, Betätigungswelle und offenen Kontaktabstand. Bei Mittelspannung ist dieser Raum deutlich größer als bei Niederspannungsgeräten, da die Luftstrecke zwischen spannungsführenden Teilen eingehalten werden muss.
2. Überarbeitete Sammelschienen- und Kupferverbindungen
Der Trennschalter muss zwischen der Sammelschiene und dem Leistungsschalter angeschlossen werden, daher muss die Anordnung der Sammelschienen und Kupferverbindungen geändert werden. Zusätzliche Kupferverbindungen, Kontaktpunkte, Stützen und Isolationsteile können erforderlich sein. Diese zusätzlichen Verbindungspunkte müssen auch auf Temperaturanstieg und Kurzzeitstromfestigkeit geprüft werden.
3. Geändertes internes Schranklayout
Die Position des Leistungsschalters, CT, Kabelendverschlusses, Erdungsschalters und Sammelschienenfachs muss möglicherweise angepasst werden. Bei einigen Konstruktionen kann die Schrankhöhe, -tiefe oder -breite zunehmen. In anderen Fällen kann sich der gesamte Schaltanlagentyp von einer standardmäßigen ausfahrbaren VCB-Bauweise zu einer festen VCB-Bauweise mit Trennschalter ändern.
4. Kompliziertere Verriegelung
Der Leistungsschalter, Trennschalter und Erdungsschalter müssen in der richtigen Reihenfolge betätigt werden. Beispielsweise sollte der Trennschalter nicht unter Last geöffnet werden, und der Erdungsschalter sollte nicht geschlossen werden, wenn der Stromkreis unter Spannung steht. Dies kann mechanische Verriegelungen, Schlüsselverriegelungen, Positionsschalter und elektrische Verriegelungssignale erfordern.
5. Zusätzlicher Betriebs- und Anzeigemechanismus
Der Trennschalter benötigt einen manuellen oder motorisierten Betätigungsmechanismus, Positionsanzeige, Verriegelungsvorrichtung und manchmal Hilfskontakte für Fernstatusrückmeldung. Diese sind im Vergleich zu den Hauptkupferteilen nicht groß, beeinflussen aber dennoch die Feldstruktur und Steuerungsverdrahtung.
| Konstruktionsbereich | Auswirkung |
|---|---|
| Schrankgröße | Mehr Höhe, Breite oder Tiefe kann erforderlich sein |
| Sammelschienen-Anordnung | Zusätzliche Verbindungspunkte und Stützen sind erforderlich |
| Interne Luftstrecke | Phase-zu-Phase- und Phase-zu-Erde-Abstand muss eingehalten werden |
| Verriegelung | Leistungsschalter, Trennschalter und Erdungsschalter müssen koordiniert werden |
| Kosten | Zusätzliches Gerät, Kupfer, Mechanismus und Engineering |
| Lieferzeit | Individuelles Layout kann längere Produktion erfordern |
Es handelt sich nicht nur um „ein weiteres Teil“. Es kann zu einem völlig anderen Schaltanlagendesign führen.
Wann ist ein Trennschalter sinnvoll? Wann nicht?
Ein Trennschalter ist sinnvoll, wenn die Schaltanlage einen klaren physischen Trennpunkt für die Wartung benötigt. Ob jedoch ein separater Trennschalter erforderlich ist, hängt von der Schaltanlagenstruktur ab.
1. Feste MS-VCB-Schaltanlagen
In festen Mittelspannungs-VCB-Schaltanlagen ist der Leistungsschalter fest im Schaltschrank installiert. Er kann nicht ausgefahren werden, um eine getrennte Position zu schaffen.
Eine gängige Anordnung ist:
Sammelschiene → Trennschalter / Trenner → Fester VCB → CT → Kabelendverschluss
Erdungsschalter: auf der Kabelseite zur Erdung angeschlossen
In dieser Struktur unterbricht der VCB Laststrom und Fehlerstrom. Der Trennschalter schafft eine physische Trennstrecke von der Sammelschienenseite. Der Erdungsschalter erdet die Kabelseite, nachdem der Abgang getrennt wurde.
Diese Anordnung ist sinnvoll, weil der feste VCB selbst sich nicht von der spannungsführenden Sammelschiene wegbewegen kann. Der Trennschalter bietet die Trennfunktion, die der feste Leistungsschalter nicht durch Bewegung bereitstellen kann.
MS/HS-Systeme im Allgemeinen
Trennschalter sind in MS- und HS-Systemen üblich, da die Trennung bei höheren Spannungsebenen kritischer ist.
Die Gründe umfassen:
| Grund | Erklärung |
|---|---|
| Höhere Spannung | Größerer Isolationsabstand ist erforderlich |
| Höheres Wartungsrisiko | Bediener benötigen einen klaren und sicheren Trennpunkt |
| Spannungsführender Sammelschienenbetrieb | Ein Abgang kann getrennt werden, während andere Abgänge unter Spannung bleiben |
| Erdungsanforderung | Die getrennte Seite muss oft vor der Wartung geerdet werden |
| Feste Gerätestruktur | Feste Leistungsschalter können keine Trennung durch Ausfahren schaffen |
In MS/HS-Systemen ist ein Trennschalter daher oft Teil der primären Schaltanlagenkonstruktion, nicht ein kleines optionales Zubehörteil.
2. Niederspannungs-Schaltanlagen
In Niederspannungs-Schaltanlagen wird weiterhin eine Trennung benötigt. Ein separater Trennschalter ist jedoch normalerweise nicht erforderlich, da die Trennfunktion oft bereits von anderen Geräten bereitgestellt wird, wie z. B.:
ACB, MCCB, MCB, Lasttrennschalter oder Sicherungs-Lasttrennschalter
Eine typische NS-Feldanordnung ist:
Einspeisung ACB / MCCB → Sammelschiene → Abgehende Abgänge
Normalerweise ist es nicht erforderlich, einen weiteren separaten Trennschalter vor dem ACB oder MCCB hinzuzufügen:
Trennschalter → ACB / MCCB
Das würde oft dieselbe Trennfunktion duplizieren und gleichzeitig mehr Kosten, Platz, Kupferverbindungen, Wärmepunkte und Verriegelungsanforderungen hinzufügen.
Die genauere Aussage lautet also:
Trennung ist in NS-Schaltanlagen nicht selten. Ein separater Trennschalter ist selten, weil der Leistungsschalter oder Lasttrennschalter oft bereits die erforderliche Trennfunktion bereitstellt.
Ein separater Trennschalter kann in NS-Systemen dennoch verwendet werden, wenn das Projekt eine besondere Wartungs-, Sicherheits-, Verriegelungs-, Bypass- oder Spezifikationsanforderung hat. Er ist jedoch normalerweise nicht als standardmäßiges zusätzliches Gerät vor jedem Leistungsschalter erforderlich.
3. Was ist mit ausfahrbaren MS-VCB-Schaltanlagen?
In ausfahrbaren Mittelspannungs-VCB-Schaltanlagen ist der Leistungsschalter auf einem beweglichen Wagen installiert.
Eine gängige Anordnung ist:
Sammelschiene → Fester Kontakt + Verschluss → Ausfahrbarer VCB-Wagen → Fester Kontakt + Verschluss → Kabelseite → Erdungsschalter
Wenn sich der VCB-Wagen in der Betriebsposition befindet, verbindet er sich mit den festen Kontakten und Strom kann fließen. Wenn der Wagen in die Test- oder getrennte Position ausgefahren wird, trennt er sich von den festen Kontakten und die Verschlüsse schließen sich.
In diesem Fall wird die Trennung durch die Ausfahrstruktur selbst erreicht.
Ein separater Trennschalter ist daher normalerweise in standardmäßigen ausfahrbaren VCB-Schaltanlagen nicht erforderlich. Das Hinzufügen eines solchen kann die Trennfunktion duplizieren und den Schaltschrank komplizierter machen.
Trennschalter vs. Leistungsschalter
| Kriterium | Trennschalter / Trenner | Leistungsschalter |
|---|---|---|
| Hauptfunktion | Physische Trennung | Schalten und Schutz |
| Stromunterbrechung | Normalerweise nur lastfrei | Kann Last- und Fehlerstrom unterbrechen |
| Lichtbogenlöschkonstruktion | Normalerweise keine starke Lichtbogenlöschkonstruktion | Ja: Vakuum, SF6, Luftlichtbogenkammer usw. |
| Schutzfunktion | Nein | Ja, mit Relais oder Auslöseeinheit |
| Ausführung | Bewegliche Klinge/Kontakt + Luftstrecke | Kontakte + Lichtbogenkammer + Auslösemechanismus |
| Betriebsbedingung | Nach Öffnen des Leistungsschalters | Unter Last- oder Fehlerbedingung |
| Kosten des Geräts selbst | Einfacher, normalerweise günstiger als Leistungsschalter | Komplexer, teurer |
| Konstruktionsauswirkung | Kann in MS groß sein | Hauptschutzgerät |
| Typischer Einsatz | Feste MS-Schaltanlagen, Umspannwerke, Trennpunkte | NS/MS-Schutz und Schalten |
Ein normaler Trennschalter hat keine starke Lichtbogenunterbrechungskonstruktion und ist für lastfreien Betrieb vorgesehen. Ein Lasttrennschalter oder Lastschalter ist anders, weil er zum Unterbrechen des Nennlaststroms ausgelegt ist.
Fazit
In MS-Schaltanlagen ist der Trennschalter ein primäres Strompfadgerät mit Kontakten, Isolationsabstand, Betätigungsmechanismus, Verriegelungen und Sammelschienen-Anschlüssen.
Er ist in festen MS-Schaltanlagen sinnvoll, weil der Leistungsschalter nicht ausgefahren werden kann. In ausfahrbaren MS-Schaltanlagen oder vielen NS-Feldern wird die Trennfunktion jedoch bereits durch die Ausfahrstruktur, den Leistungsschalter oder Lasttrennschalter bereitgestellt.
Der Hauptzweck eines separaten Trennschalters besteht darin, einen sicheren Wartungstrennpunkt bereitzustellen, insbesondere in festen MS-Schaltanlagen.
FAQ
Ist ein Trennschalter dasselbe wie ein Leistungsschalter?
Nein. Ein Leistungsschalter unterbricht Laststrom und Fehlerstrom. Ein Trennschalter schafft hauptsächlich eine physische Trennstrecke, nachdem der Stromkreis bereits abgeschaltet wurde.
Kann ein Trennschalter Laststrom unterbrechen?
Ein normaler Trennschalter ist normalerweise ein lastfreies Gerät und sollte nicht zum Unterbrechen von Laststrom verwendet werden. Wenn das Gerät zum Unterbrechen des Nennlaststroms ausgelegt ist, wird es normalerweise als Lasttrennschalter oder Lastschalter bezeichnet.
Warum wird ein Trennschalter in festen MS-Schaltanlagen verwendet?
In festen MS-Schaltanlagen kann der Leistungsschalter nicht ausgefahren werden. Ein separater Trennschalter bietet einen physischen Trennpunkt von der spannungsführenden Sammelschiene, was für die Wartung nützlich ist.
Wird ein Trennschalter in ausfahrbaren VCB-Schaltanlagen benötigt?
Normalerweise nicht. In ausfahrbaren VCB-Schaltanlagen kann der Leistungsschalterwagen in die Test- oder getrennte Position ausgefahren werden, sodass die Ausfahrstruktur bereits die Trennfunktion bereitstellt.
Warum ist ein separater Trennschalter in Niederspannungs-Schaltanlagen selten?
In Niederspannungsschaltanlagen wird die Trennung oft bereits durch den ACB, MCCB, MCB, Lasttrennschalter oder Sicherungslasttrennschalter gewährleistet. Das Hinzufügen eines weiteren Trennschalters würde dieselbe Funktion lediglich duplizieren.
Verändert das Hinzufügen eines Trennschalters das Design der Schaltanlage?
In Mittelspannungsschaltanlagen ja. Ein Trennschalter ist Teil des primären Strompfads. Sein Einbau kann zusätzlichen Platz, Kupferverbindungen, Stützisolatoren, Verriegelungen, Antriebsmechanismen und Änderungen am Schranklayout erfordern.
