Elektrische Einstufung

Im Allgemeinen können die meisten Schalteranwendungen in einer der unten aufgelisteten Kategorien eingeordnet werden. Schalterkapazitäten können mathematisch neu eingestuft werden, wenn die Anwendung in eine andere Kategorie oder Spannungsklasse als die allgemeinen Schaltereinstufungen fällt. D.h. ursprüngliche Stromeinstufung bei 125V, Wechselstrom. NKK hat keine Lebensdauertests für diese neu eingestuften Spannungen und Strömungen durchgeführt, deshalb ist es wichtig, sich in einem solchen Fall an das Unternehmen zu wenden. Der betreffende Schalter muss in der aktuellen Anwendung, in der er betrieben werden soll, getestet werden.

Widerstandslasten können entweder rein widerstehend oder Wolfram-Heizer-Lasten sein. Eine Widerstandslast ohne Heizelement kann von einem Schalter am einfachsten gehandelt werden, Die Schaltereinstufung basiert auf diesem Lasttyp. Bei einer Widerstandslast bestehen 100% der Last aus Widerstandsgeräten. Der Leistungsfaktor ist hoch (PF=1) und die Kontakterosion niedrig. Als Folge daraus kann die Lebensdauer des Schalters mit einiger Sicherheit bestimmt werden.

Wenn ein Schalter auf einer Widerstandslampenlast schließt, sieht der Schalter einen Kurzschluss, da der kalte Widerstand des Lampendrahtes nahe Null ist. Der Spitzenstrom beim Schließen des Schalters kann um ein Vielfaches höher als der Beharrungsstrom sein. Wenn der Lampendraht sich auf Betriebstemperatur erhitzt, erhöht sich der Widerstand des Drahtes und der Strom verringert sich gegenüber dem Beharrungsstrom der Lampe.

Motorlasten stellen eine weitere schwierige Bedingung für Schalterkontakte dar. Das Schließen des Schalterkontaktes an einer Motorstartlast verursacht sehr großen Spitzenstrom von um das 3- bis 8-fache des Betriebsstroms. Wird der Schalter geöffnet und der Strom verringert sich, bricht das Magnetfeld des Induktors zusammen und eine elektromotorische Kraft wird induziert. Die Polung der induzierten Spannung ist derart, dass eine Änderung des Betriebsstroms verhindert wird. Diese induzierte Spannung hilft der elektromotorischen Kraft beim Aufbauen eines Bogens und bei der Aufrechterhaltung, wenn die Kontakte sich trennen.

Nicht-Motorinduktive Lasten, wie in Schaltnetzteilen, haben Einschaltströme, die den normalen Betriebsstrom der Ausstattung bei Weitem übertreffen. Der Einschaltstrom kann leicht das 8- bis 10-fache des Beharrungsstroms erreichen. Wird ein Schalter auf einer induktiven Last geöffnet, führt der Induktor oder Transformer eine OTC-Option "Spannung" in den Kreislauf ein. Diese Spannung kann sich jeder Änderung im Strom des Kreislaufes entgegensetzen und kann Hunderte Volt erreichen. Diese extrem hohe Spannung kann den Bogen rückzünden, wenn die Schalterkontakte öffnen und schwer erodierte oder geschmolzene Kontakte verursachen.

Bei Lasten wie Gleichstromanschlüssen, Schweißgeräten und Ladegeräten ist der Einschaltstrom noch schädlicher als bei induktiven Lasten. Für einen Schalter scheint die kapazitive Last wenn der Schalter schließt wie ein Vollkurzschluss. In den ersten Millisekunden kann der Einschaltstrom manchmal das Hundertfache des Beharrungsstroms des Kreislaufes erreichen. Was noch schlimmer für den Schalter ist: dieser Einschaltstrom erfolgt bevor die Kontaktprellen abgesunken sind. Dies führt zu schwerer Lichtbogenildung und massiver Kontakterosion. Häufig schmelzen die Kontakte beim Schließen und verhindern so das erneute Öffnen des Schalters. In einem Notfall könnte der Benutzer der Ausstattung den Kreislauf nicht öffnen.

In Wechselstrom-Kreisläufen wechseln sich Spannung und Strom in sinusförmigen Mustern ab; Spannung und Strom kreuzen die Nulllinie 120 Mal pro Sekunde bei 60Hz. Aus diesem Grund ist die Chance, den Schalter zu schließen oder zu öffnen, wenn die Spannung und der Strom in einem Wechselstrom-Kreislauf ihr Maximum erreicht haben, sehr unwahrscheinlich.

In Gleichstrom-Kreisläufen ändern sich Spannung und Strom nicht und sie haben immer den angegebenen Wert. Im Vergleich zu Wechselstrom-Kreisläufen mit gleicher Spannung und gleichem Strom, befördern Gleichstrom-Kreisläufe 1,414 Mal soviel Energie. Deshalb ist beim Schließen oder Öffnen einer Gleichstromlast der entwickelte Bogen stärker, energetischer, und dauert länger, was eine größere Kontakterosion und eine kürzere Lebensdauer zur Folge hat. Ein für einen Gleichstrom-Kreislauf konzipierter Schalter muss für die Wechselstrom-Kapazität neu berechnet werden. Siehe die vorherigen Seiten für die Stromberechnung.

An jedem Ende eines Hochleistungs-Schalters sind Magnetstäbe angebracht. Deren magnetisches Feld steht dem durch den Lichtbogenstrom erzeugten Feld gegenüber, wodurch der Bogen ausgelöscht wird und die Kontakte geschützt werden. Positiv (+) muss mit den Aderendhülsen und Negativ (-) mit den Erdungsklemmen verbunden werden.

Die Einstufungen von TV5 und TV 8 erfolgen durch Underwriters Laboratories. Die Schalter sind für den Einsatz als "Einschalt"-Geräte in Apparaten gedacht, in denen ein hoher Wolfram-Einschaltstrom erwartet wird, wie zum Beispiel Wolfram-Draht Lampenlasten oder Entertainment-Apparate wie Sound-Systeme und Bildschirme.
Ein Beispiel ist der TV8-Test, der aus einem Überspannungstest und einem Dauertest besteht. Der Überspannungstest besteht aus dem Schließen des Schalters mit einem Mindest-Einschaltstrom von 163 Ampere und 50 aufeinander folgenden Operationen bei einem Tempo von 10 Zyklen pro Minute. Der Test muss fehlerfrei durchgeführt werden. Beim Dauertest wird der Strom auf 117 Ampere reduziert und der gleiche Schalter wird weitere 25.000 mal betätigt.
JWL zum Beispiel ist ein Produkt, welches getestet wurde und in die TV8-Klasse fällt. Zusätzlich zu den elektrischen Tests muss das Schaltergehäuse den Anforderungen für die Klassifizierung der Materialien aus UL94V-0 entsprechen. Das Isoliermaterial muss Eigenschaften für die Erkennung von Lichtbögen mit einer Mindest-Lichtbogenbrennzeit von 180 Sekunden beim Testen gemäß den Standard-Prüfverfahren für Hochspannung, Schwachstrom Lichtbogenwiderstand von elektrischer Feststoffisolation aufweisen. Die JWM- und JWL-Schalter sind robust, zuverlässig und gut geeignet für Kreisläufe mit hohem Einschaltstrom.

Für die NKK-Schalter werden im Allgemeinen drei Kontaktmaterialien verwendet: Gold, Silber und Gold auf Silber. Diese Materialien bieten die Optionen der niedrigen Stufe, der Leistungsstufe, der kombinierten Leistung und der Niedrigstufeneinstufung.

Goldbeschichtete Kontakte werden für trockene Kreisläufe , die als sehr energiearm definiert sind, empfohlen. In Kreisläufen, in denen die Spannung niedriger als 28 Volt Gleichstrom ist und der Strom unter 100 Milliampere liegt (trockene Kreisläufe), entwickeln sich keine Bögen, wenn die Kontakte geöffnet oder geschlossen werden. So bleibt die Anlaufschicht erhalten. Ohne die Bögen verkrusten die Kontakte derart, dass der Schalter den Kreislauf aufgrund des hohen Kontaktwiderstandes nicht mehr öffnen oder schließen kann. Die Lösung hierfür ist die Beschichtung der Silberkontakte mit Gold, welches nicht anläuft. Goldbeschichtete Kontakte schließen unter niedriger Spannung und schwachem Strom unendlich lange beziehungsweise das ganze mechanische Leben des Schalters lang.

Silberkontakte werden für elektrische Niveaus von mehr als 0,4 VA empfohlen. Auch wenn Silber anläuft, so ist es doch ein guter Leiter, und die elektrische Energie ist ausreichend, um trotz Anlaufschicht eine zuverlässige Leistung zu liefern. Die Oxidation, die die Kontaktflächen mit einer harten Schicht nicht leitender Verschmutzung bedeckt, wird durch die Lichtbogenbildung entfernt. In Kreisläufen mit einer Spannung von mehr als 12 Volt Gleichstrom und einem Strom von mehr als 5 Ampere, entwickelt sich während des Öffnens und Schließens der Kontakte ein Bogen. Dieser Bogen beseitigt die Oxidation.

Gold über Silber-Kontakte werden bei Anwendungen verwendet, in denen sowohl trockene als auch leistungsstarke Kreisläufe erforderlich sind. Die Gold über Silber-Kontakte von NKK haben doppelte Einstufungen, wie unten beschrieben.

Die Dual-rated-Option ist dann geeignet, wenn identische Schalter in sowohl logischen als auch leistungsstarken Kreisläufen innerhalb derselben Anwendung verwendet werden. Dual-rated-Schalter ermöglichen dem Benutzer, denselben Schalter auf sowohl logischem Niveau (trockener Kreislauf) als auch auf hohem Niveau einzusetzen. Ist ein mit Code "A" eingestufter Schalter einmal auf hohem Niveau verwendet worden, so kann er nicht mehr auf logischem Niveau eingesetzt werden. Es kann von Vorteil sein, nur einen Schalter für die Verwendung in sowohl logischen als auch leistungsstarken Kreisläufen auf Lager zu halten. Unser Dual-rated-Kontaktmaterial ermöglicht dies. Wurde ein Schalter mit Dual-rated-Kontaktmaterial allerdings einmal für das Leistungsniveau verwendet, so kann er nicht mehr für das logische Niveau eingesetzt werden. Das Gold über Silber-Kontaktmaterial liefert eine zuverlässige, anlauffreie Kontaktfläche für die Schaltung in logischem Zustand. Wird derselbe Kontaktmaterialschalter in leistungsstarken Kreisläufen verwendet, so wird die Goldbeschichtung durch die Lichtbogenbildung entfernt. Wird dann der Versuch gemacht, denselben Schalter in einem logischen Kreislauf zu verwenden (in dem keine Lichtbogenbildung stattfindet). Unter Schwachstromkondition kann den Kontakt nicht ausreichend gereinigt werden.