Was ist ein Transferschalter? Typen und Anwendungen

Was ist ein Transferschalter?

Transferschalter sind Geräte, die das sichere Verbinden oder Trennen verschiedener Stromquellen mit einer elektrischen Last ermöglichen. Viele Haushalte und Unternehmen sind mit einem Notstromaggregat ausgestattet, das bei einem Stromausfall zum Einsatz kommt. Viele Universitätsstandorte und Fabriken haben auch eigene Kraftwerke vor Ort, schalten aber gelegentlich auf das lokale Stromnetz um. Einige industrielle Nutzer haben ausgeklügelte elektrische Systeme mit mehreren Generatoren vor Ort und Netzzugangspunkten, die an verschiedene elektrische Lasten angeschlossen werden können. In allen Fällen ist es wichtig, die Stromerzeugungsquellen ordnungsgemäß zu isolieren, wenn sie nicht genutzt werden, und sicherzustellen, dass die Übergänge von einer Versorgung zur anderen sicher und kontrolliert erfolgen.

Grob gesagt werden Transferschalter in drei Kategorien von Anwendungsfällen benötigt. Transferschalter können zum Umschalten zwischen Netzservice und einem Generator, zwischen verschiedenen Generatoren oder zwischen verschiedenen Netzservice-Eingängen verwendet werden.


Transferschalter-Anwendungstypen


Versorgungsunternehmen-zu-Generator-Umschalter

Transferschalter verhindern, dass Strom in die falsche Richtung fließt, z. B. von einem Hausgenerator in das Stromnetz. Das bedeutet, dass die Mitarbeiter von Versorgungsunternehmen sicher sein können, dass sie bei Arbeiten an Freileitungen keinen Stromschlag von einem Heimgenerator bekommen. Dies ist einer der Gründe, warum die meisten elektrischen Vorschriften die Verwendung eines Transferschalters vorschreiben, wenn ein Generator für Wohngebäude an die Hausstromversorgung angeschlossen wird.

Nicht nur Hausstromerzeuger benötigen einen Transferschalter. Viele Arten von Geschäften, Branchen und staatlichen Diensten sind auch auf Stromgeneratoren angewiesen, die ebenfalls einen Transferschalter benötigen. Bei einigen Anwendungen müssen bei der Installation eines Generators und eines Transferschalters besondere Anforderungen berücksichtigt werden. Beispielsweise muss die Notstromversorgung eines Rechenzentrums im Falle eines Stromausfalls sofort verfügbar sein. Mehr dazu später.


Transferschalter von Energieversorger zu Energieversorger

Transferschalter von Versorgungsunternehmen zu Versorgungsunternehmen kommen zum Einsatz, wenn eine Anlage mit mehreren Versorgungseinspeisungen ausgestattet ist. Ein Energieversorger-zu-Energieversorger-Transferschalter wird eingesetzt, wenn Stromverbraucher innerhalb der Einrichtung die Möglichkeit benötigen, von einem Service zu einem anderen zu wechseln. Ein einfacher Anwendungsfall wäre, wenn ein Gewerbe- oder Industriegebäude zwei Stromzähler, aber nur ein Stromsystem hat. Je nachdem, welcher Mieter das Gebäude zu einem bestimmten Zeitpunkt nutzt, kann das Gebäude von einem Zähler auf den anderen umgeschaltet werden, sodass jeder Mieter nur für seinen eigenen Stromverbrauch verantwortlich ist.


Generator-zu-Generator-Transferschalter

Generator-zu-Generator-Transferschalter werden an Standorten benötigt, die über mehr als eine Stromquelle vor Ort verfügen. In der Regel ist ein Generator-zu-Generator-Transferschalter erforderlich, wenn ein Haus mit Solarpaneelen und einem Generator ausgestattet ist. Wenn die Solarmodule und der Generator nicht elektrisch isoliert sind, kann der AC-Wechselrichter, der mit den Solarmodulen verbunden ist, versuchen, Strom in den Generator zurückzuspeisen, was zu einer gefährlichen und potenziell schadenbringenden Situation sowohl für den Generator als auch für den Wechselrichter führt. Der Transferschalter ermöglicht es dem Hausbesitzer, den Strom zwischen den Solarmodulen und dem Generator umzuschalten, so dass die beiden Systeme elektrisch getrennt bleiben. Generator-zu-Generator-Transferschalter werden auch in großen Industrieanlagen mit mehreren Aggregaten vor Ort benötigt. Je nach dem Strombedarf der Anlage zu einem bestimmten Zeitpunkt können verschiedene Generatoren ein- oder ausgeschaltet werden. Ein Bergwerk zum Beispiel kann einen variablen Strombedarf haben, je nachdem, welche Schächte gerade aktiv sind und belüftet werden müssen, und kann dementsprechend unterschiedliche Generatoren betreiben.

Transferschalter werden, kurz gesagt, in einer Vielzahl von Anwendungen benötigt und sind daher in vielen verschiedenen Größen und Konfigurationen erhältlich, um allen möglichen Anwendungsfällen gerecht zu werden. Bei der Auswahl eines Transferschalters für einen bestimmten Anwendungsfall müssen mehrere Kriterien berücksichtigt werden, einschließlich der Spannung, des Stroms und der Anzahl der Phasen der Anwendung, ob der Schalter eine sicherheitskritische Rolle spielt, die Dauer der Serviceunterbrechung, die die Last verkraften kann, die Umgebung, in der der Schalter eingesetzt werden soll, und mehr.

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Arten von Transferschaltern

Eine wichtige Überlegung ist, wie der Schalter ausgelöst wird. Es gibt drei Haupttypen von Auslösemechanismen: manuelle, nicht-automatische und automatische.


Was sind manuelle Transferschalter?

Manuelle Schalter müssen, wie der Name schon sagt, manuell betätigt werden – in der Regel durch Umlegen eines Hebels an der Seite des Übergangsschalters. Der Hebel bewegt ein Verbindungsstück im Inneren des Schaltergehäuses von einer Position, in der es mit einer Stromquelle verbunden ist, in eine andere Position, in der es mit der anderen Stromquelle verbunden ist. Stellen Sie sich einen Eisenbahner vor, der an den Hebeln zieht, um die Gleise an Eisenbahnknotenpunkten zu versetzen. Manuelle Schalter sind relativ einfach, haben keine oder nur wenige elektronische Teile, die ausfallen können, und sind billiger als automatische Schalter. Manuelle Schalter sind jedoch in bestimmten sicherheitskritischen Anwendungen verboten, bei denen ein schnelles Umschalten von Stromquellen erforderlich ist, unabhängig davon, ob ein Mensch anwesend ist oder nicht.


Was sind nicht-automatische Transferschalter?

Die nächsthöhere Stufe in Bezug auf Komplexität ist ein nicht-automatischer elektrischer Druckknopfschalter, der die gleiche Aufgabe wie ein Hebel erfüllt, aber eine elektronisch betätigte mechanische Vorrichtung zur Auslösung des Schalters verwendet. Der Taster kann sich entweder am Transferschalter selbst oder an einem anderen Ort befinden, zum Beispiel in einem Kontrollraum. Nicht-automatische Schalter sind praktisch, wenn der Transferschalter schwer zugänglich ist oder wenn mehrere Transferschalter zu bedienen sind. Die Entscheidung, ob und wann der Knopf gedrückt wird, liegt jedoch in den Händen von Menschen.


Was sind automatische Transferschalter?

Automatische Schalter besitzen die ausgefeiltesten Kontrollmechanismen. Sie verfügen über einen intelligenten Controller, der unabhängig von menschlichen Eingriffen entscheidet, wann der Schalter aktiviert wird. Ein automatischer Schalter kann beispielsweise einen Stromausfall erkennen, automatisch einen Notstromgenerator in Betrieb nehmen und den Schalter so einstellen, dass er Strom vom Generator bezieht. Wenn dann der Service wiederhergestellt ist, kann der Schalter automatisch zurückschalten und den Generator abschalten, ohne dass ein Mensch eingreifen muss. Der Controller kann von seinem Besitzer so programmiert werden, dass er innerhalb der voreingestellten Parameter automatisch auf Änderungen im Netz oder auf benutzerdefinierte Auslöser reagiert.
 


Arten von Transferschalter-Übergängen

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Auswahl eines Transferschalters ist die Art und Weise, wie der Übergang von einer Quelle zur anderen erfolgt. Übergänge können entweder „offen“ oder „geschlossen“ sein. Bei bestimmten Arten von Lasten kann die Wahl der richtigen Übergangsart für die Sicherheit entscheidend sein.


Was ist ein offener Übergang?

Offene Übergänge werden oft als „break before make“-Übergänge bezeichnet, weil die Last von der alten Stromquelle getrennt wird, bevor sie an die neue Quelle angeschlossen wird. Offene Übergänge können entweder „offen verzögert“ oder „offen gleichphasig“ sein. Bei einem verzögerten Übergang gibt es eine bestimmte Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Last abgeschaltet wird, und dem Zeitpunkt, an dem sie wieder an die neue Quelle angeschlossen wird. Schalter mit verzögerten Übergängen werden häufig bei induktiven Lasten wie Transformatoren und großen Elektromotoren eingesetzt, die sonst elektrische Störungen erzeugen können, wenn sie schnell wieder an eine nicht synchronisierte Quelle angeschlossen werden. In gewisser Weise funktionieren verzögerte Übergangsschalter wie ein manuelles Schaltgetriebe in einem Kraftfahrzeug. Man tritt auf das Kupplungspedal, um das Getriebe beim Schalten auszukuppeln, und wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, schaltet man bis zum Anhalten in den Leerlauf, bevor man in den Rückwärtsgang schaltet.

In einigen Fällen kann der kurzzeitige Leistungsverlust unerwünscht sein, den die Last während der Schaltverzögerung erfährt. In einem Bürogebäude oder zu Hause würde dies dazu führen, dass Computer, die nicht durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung geschützt sind, ausgeschaltet werden oder neu starten. In einem Luftverkehrskontrollzentrum zum Beispiel wäre ein unzeitiger Neustart der Computer äußerst unerwünscht. Hier kommt der offen gleichphasige Übergang ins Spiel. Um einen gleichphasigen Übergang durchzuführen, wartet der Transferschalter, bis Phase und Spannung der alten und neuen Quelle genau übereinstimmen, und schaltet dann die Last auf die neue Quelle um. Der Übergang dauert etwa 30 bis 50 Millisekunden und erfolgt aus Sicht der Last ohne merkliche Unterbrechung der Stromzufuhr. Gleichphasige Übergangsschalter benötigen einen digitalen Mikrocontroller, um sicherzustellen, dass die Übergänge stattfinden, wenn die Quellen synchronisiert sind, und können daher nicht manuell bedient werden.

 

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Was ist ein geschlossener Übergang?

Wenn absolut keine Unterbrechung der Stromversorgung akzeptabel ist, können geschlossene Übergangsschalter eine Option sein. Geschlossene Übergänge sind „make before break“-Übergänge, was bedeutet, dass der Transferschalter eine Verbindung zur neuen Stromquelle herstellt, bevor er die alte Stromquelle abschaltet. Der Transferschalter wartet damit, wie bei offen gleichphasigen Übergängen, bis genau zu dem Zeitpunkt, an dem beide Quellen in Phase sind. Geschlossene Übergänge sind ebenso wie offene gleichphasige Übergänge nur möglich, wenn die alte Stromquelle bis zum Abschluss des Übergangs beibehalten werden kann. Wenn der Strom in der alten Quelle unerwartet ausfällt, kann der Übergangsschalter zu einem verzögerten Übergang zurückkehren. Geschlossene Übergangsschalter können darüber hinaus besonderen Anforderungen des Stromversorgungsunternehmens unterliegen, was zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen und Dokumentationen erforderlich macht.

Für Transferschalter, die für bestimmte Anwendungsfälle konzipiert sind, stehen weitere Funktionen zur Verfügung.


Was sind für den Serviceeingang ausgelegte Transferschalter?

Der National Electric Code schreibt eine Möglichkeit vor, den Stromanschluss am Eingang eines Gebäudes zu unterbrechen. In Privathaushalten wird diese Anforderung in der Regel durch das Vorhandensein eines Hauptstromkreisunterbrechers im Stromverteilerkasten erfüllt. Neben anderen Vorteilen bietet der Hauptstromkreisunterbrecher einen Überstromschutz für das gesamte elektrische System des Hauses. So kann ein fehlerhaftes elektrisches Gerät im Haus einen Kurzschluss verursachen, der den Unterbrecher auslöst und die Stromversorgung unterbricht, anstatt einen Brand auszulösen. Wo ein Hauptstromkreisunterbrecher in der Schalttafel vorhanden ist, kann ein normaler Transferschalter hinter der Schalttafel angebracht werden. Dies ist für gewöhnlich der Fall, wenn ein Generator in ein bestehendes Gebäude eingebaut wird. Bei Neubauten kann es kostengünstig sein, einen für den Netzeingang ausgelegten Transferschalter zu installieren, der mit einem Haupttrennschalter ausgestattet ist. Wenn ein für den Serviceeingang ausgelegter Transferschalter zwischen dem Hauptzähler und der Schalttafel installiert wird, ist kein zusätzlicher Haupttrennschalter an der Schalttafel erforderlich. Da der Schalter vor der Hauptschalttafel platziert wird, kann er außerdem im Außenbereich installiert werden, wodurch ein Eingriff weniger in das Haus erforderlich ist und der Anschluss an den Generator einfacher wird. Folglich kann die Wahl eines für den Netzeingang ausgelegten Transferschalters die Gesamtkosten senken, auch wenn der Schalter etwas teurer sein kann als ein nicht für den Netzeingang ausgelegter Schalter.

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Was sind Transferschalter mit Bypass-Trennung?

Transferschalter mit Bypass-Trennung sind spezielle Schalter, die ohne Unterbrechung der Stromversorgung inspiziert und getestet werden können. Dieses Merkmal wird durch das Vorhandensein eines zweiten Schaltkreises innerhalb des Transferschalters möglich gemacht. Wenn ein Schaltkreis inspiziert wird, wird der Strom über den anderen Schaltkreis umgeleitet. Das Vorhandensein eines zweiten Schaltkreises bietet auch ein gewisses Maß an Redundanz, das sicherstellt, dass der Schalter bei einem Ausfall des Hauptschaltkreises weiterhin funktioniert. Transferschalter mit Bypass-Trennung sind komplexer und teurer als Schalter mit einem Schaltkreis, aber da sie zuverlässiger sind und sicherstellen, dass die Stromversorgung nicht unterbrochen wird, sind sie in vielen Gesundheitseinrichtungen und anderen kritischen Anwendungen vorgeschrieben.

Die Auswahl des richtigen Transferschalters für Ihre Anforderungen kann kompliziert sein. Elektrische Vorschriften bieten hilfreiche Anhaltspunkte, aber es gibt viele Optionen und Merkmale auf dem Markt, die nicht durch Vorschriften vorgeschrieben sind.

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