Umschalter vs. ATS vs. Trennschalter vs. Leistungsschalter: Leitfaden zur Umschaltung der Notstromversorgung

Einleitung

Wenn in einer kleinen Fabrik während der Produktion ein Stromausfall auftritt, springt der Notstromgenerator sofort an; zu diesem Zeitpunkt muss das Elektrotechnik-Team eine Lastumschaltung vornehmen und gleichzeitig sicherstellen, dass keine Rückspeisung ins Netz erfolgt und dass das Wartungspersonal nicht mit unter Spannung stehenden Anlagen in Berührung kommt. In der solaren Notstromanlage tritt dasselbe praktische Problem in einer anderen Form auf: Welches Gerät ist für die Lastumschaltung zuständig? Welches Gerät schaltet den Wechselrichter ab? Und welches Gerät löst im Fehlerfall die Abschaltung aus?

Genau hier sind viele Käufer verwirrt. Leistungsschalter, automatische Umschalter (ATS), Trennschalter und Schalter können alle im selben Verteilerkasten oder Niederspannungsschrank installiert sein. Optisch scheinen sie alle ähnliche “Schaltgeräte”-Komponenten zu sein; in der tatsächlichen elektrischen Auslegung erfüllen sie jedoch jeweils unterschiedliche Funktionen.

Dieser Leitfaden erläutert aus praxisorientierter Sicht, wie man Umschalter und automatische Umschalter (ATS) auswählt, und vergleicht diese mit Trennschaltern und Leistungsschaltern. Unser Ziel ist es nicht, das absolut beste Produkt auszuwählen, sondern Bauunternehmer, Solarinstallateure, Schalttafelhersteller, Einkaufsteams und technikinteressierte Hausbesitzer dabei zu unterstützen, die geeignete Konfiguration zu wählen, um den Anforderungen an Notstromversorgung, Generatorschaltung, Solar-/Wechselrichtersysteme sowie die Abschaltung von Anlagen zur Wartung und den Fehlerstromschutz in Notfallsituationen gerecht zu werden.

Was ist ein Umschalter?

Ein Umschalter ist eine Art Schaltvorrichtung, mit der die Last zwischen zwei Stromquellen umgeschaltet wird. Zu den typischen Stromversorgungskombinationen gehören Netzstrom und Generator, Netzstrom und Wechselrichter, Hauptstrom und Notstrom sowie Solar-/Wechselrichterausgang und eine andere Wechselstromquelle.

In einem einfachen Notstromsystem schalten die Nutzer die Last über den Generatorschalter von der normalen Stromversorgung auf die Notstromversorgung um. In kleinen Geschäften kann es sich dabei lediglich um einen manuell betätigten Schalter handeln, der in der Nähe des Verteilerkastens installiert ist; in großen Gewerbe- oder Industrieanlagen hingegen kann dieselbe Umschaltfunktion durch komplexe elektrische Geräte oder gesteuerte Komponenten ausgeführt werden.

Der Begriff “manueller und automatischer Umschalter” bezieht sich in der Regel auf die Art der Auslösung des Umschaltvorgangs. Beim manuellen Umschalter muss der Bediener den Hebel oder den Steuermechanismus manuell betätigen, während das automatische System mithilfe einer Überwachungs- und Steuerlogik Stromausfälle erkennt und den Vorteil bietet, dass der Umschaltvorgang automatisch und ohne manuelles Eingreifen durchgeführt wird.

Der Umschalter dient in erster Linie der Stromquellenauswahl und kann die Funktionen eines Überlast- oder Kurzschlussschutzes nicht automatisch ersetzen. Sofern das Gerät nicht Teil einer größeren, geschützten Anlage ist, sollte es in Verbindung mit Leistungsschaltern, Sicherungen oder anderen Schutzeinrichtungen verwendet werden.

Diese Unterscheidung ist während des Beschaffungsprozesses von entscheidender Bedeutung. Bei der Auswahl eines Generator-Umschaltgeräts müssen häufig der vor- und nachgeschaltete Schutz, die geeignete Schutzart des Gehäuses, die Polkonfiguration und die Ausführung des Kabeleinlasses berücksichtigt werden. Wenn der gesamte Verteilerkasten nicht in der Lage ist, Fehlerströme zu kontrollieren, Zugang für Wartungsarbeiten zu gewährleisten oder die Installationsbedingungen zu erfüllen, reicht es nicht aus, sich ausschließlich auf das Umschaltgerät zu verlassen.

Der Umschalter ist in der Regel nur ein Bestandteil einer Gesamtlösung und wird häufig in verschiedenen Stromversorgungssystemen eingesetzt, beispielsweise in Privathaushalten, Geschäften, Telekommunikationsräumen, kleinen Fabriken, Solar-Notstromanlagen und Niederspannungs-Verteileranlagen.

Was ist ein ATS?

ATS steht für „Automatic Transfer Switch“ (automatischer Umschalter). Das Gerät überwacht die normale Stromversorgung und schaltet die Last auf die Notstromversorgung um, wenn die normale Stromversorgung ausfällt oder die Spannung den zulässigen Bereich überschreitet.

Der automatische Umschalter wird häufig in Notstromaggregaten, gewerblichen Gebäuden, bei kritischen Lasten, an Kommunikationsstandorten, in Wasserpumpstationen sowie in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine manuelle Bedienung unpraktisch ist oder eine schnelle Reaktion erforderlich ist. Je nach der spezifischen Systemauslegung kann er auch in Wechselrichter- oder Batterie-Notstromsystemen zum Einsatz kommen.

Ein typischer automatischer Umschalter “wechselt” nicht einfach zwischen den Stromquellen hin und her. Stattdessen erfolgt die Umschaltung anhand von Spannungsüberwachung, Zeit, Stromverfügbarkeit und Rücklaufbedingungen nach einer vordefinierten Abfolge. In einer Generatoranlage kann der automatische Umschalter vor der Umschaltung der Last auch ein Startsignal an den Generator senden.

Grundlegender Ablauf der ATS-Betriebsabfolge:

1. Überwachen Sie die normale Stromquelle.
2. Spannungsausfall, Unterspannung oder eine fehlerhafte Stromversorgung erkennen.
3. Schalten Sie die Notstromversorgung ein oder schließen Sie sie an.
4. Schalten Sie die Last auf die Notstromversorgung um.
5. Schalten Sie die Last wieder auf die normale Stromquelle um, sobald eine stabile Stromversorgung wiederhergestellt ist.

Nach diesem Vorgang kann das ATS – je nach Steuerung und Projektanforderungen – eine Abkühlphase oder eine Verzögerung vor dem Abschalten des Generators vorsehen. Das konkrete Verhalten hängt vom Modell, der Steuerungslogik, der Generatorschnittstelle und den örtlichen elektrischen Normen ab.

Beim Vergleich von manuellen Umschaltern mit automatischen Umschaltern (ATS) liegt der offensichtlichste Unterschied in der Betriebsweise: Manuelle Umschalter werden manuell bedient, während ATS auf der Grundlage von Sensorik und Steuerlogik arbeiten. Bei der Auswahl sollten die Bedeutung der Last, die akzeptable Dauer eines Stromausfalls, die Personalausstattung vor Ort, das Budget und die Komplexität des Notstromsystems umfassend berücksichtigt werden.

Was ist ein Trennschalter?

Die Trennschalter dient dazu, den Stromkreis von der Stromversorgung zu trennen, um Wartungs-, Inspektions- oder Reparaturarbeiten zu ermöglichen. Sein Hauptzweck besteht nicht darin, die Stromversorgung zu schalten, sondern eine zuverlässige Trennung zu gewährleisten.

Bevor beispielsweise Wartungsarbeiten am Schaltschrank der Pumpe in einem kleinen Industriebetrieb durchgeführt werden, müssen Techniker unter Umständen die externe Stromversorgung des Geräts unterbrechen. Der Trennschalter bietet einen eindeutigen Trennpunkt und stellt somit sicher, dass der Stromkreis unterbrochen werden kann, bevor der Schaltschrank geöffnet oder an den internen Komponenten gearbeitet wird.

In Photovoltaikanlagen werden Trennschalter üblicherweise in Wechselrichterkreisen, Photovoltaik-Anlagen oder den Gleichstrom-/Wechselstromabschnitten eingesetzt, um dem Wartungspersonal an diesen Stellen eindeutige Trennstellen zu ermöglichen. In HLK-Anlagen und mechanischen Schalttafeln ermöglicht der Einsatz von Trennschaltern das Abschalten oder Isolieren bestimmter Geräte, während das gesamte große Stromverteilungssystem weiter in Betrieb bleibt.

Der Trennschalter ist nicht dazu ausgelegt, die Fehlersicherungsfunktion zu ersetzen. Auch wenn er unter bestimmten Bedingungen Schaltvorgänge ausführen kann, handelt es sich im Allgemeinen nicht um ein Gerät, das zum Abschalten von abnormen Kurzschlussströmen dient; je nach der spezifischen Schaltungsauslegung sollte diese Aufgabe durch geeignete Leistungsschalter oder Sicherungen erfüllt werden.

Was ist ein Leistungsschalter?

Ein Leistungsschalter ist eine Schutzeinrichtung, die dazu dient, den Strom bei Überlastung oder Kurzschluss zu unterbrechen. In einer Verteilertafel trägt er dazu bei, Kabel, Verbraucher und nachgeschaltete Geräte vor Strömen zu schützen, die den sicheren Betriebsbereich überschreiten.

Der Leistungsschalter reagiert entsprechend seiner Auslösecharakteristik und seiner Nennschaltleistung auf Fehlerströme oder Überlastzustände. Betrachten wir ein einfaches Notstromsystem mit Generator. Nehmen wir als Beispiel ein einfaches Notstromsystem mit Generator: Im Normalbetrieb schaltet der Umschalter die Lasten des Gebäudes von der Netzstromversorgung auf die Generatorstromversorgung um. Tritt im nachgeschalteten Zweig ein Kurzschluss auf, sollte der Leistungsschalter ansprechen und auslösen, um den Fehler zu beseitigen; der Umschalter selbst bietet keine solche Fehlersicherungsfunktion.

Es gibt verschiedene Arten von Leistungsschaltern. Kompaktleistungsschalter (MCB) werden hauptsächlich in kleinen Stromverteilungsschaltungen eingesetzt; Kompaktleistungsschalter mit vergossener Schaltkammer (MCCB) sind häufig in gewerblichen oder industriellen Verteilerschränken mit hohen Stromstärken zu finden; Gleichstrom-Leistungsschalter hingegen kommen in Gleichstromsystemen wie Photovoltaikanlagen, Batteriesystemen und Gleichstrom-Steuerungsanwendungen zum Einsatz. Die Lichtbogencharakteristiken und Spannungsbedingungen unterscheiden sich in den verschiedenen Anwendungsszenarien von denen in Wechselstromkreisen, sodass auch die für die jeweiligen Szenarien geeigneten Leistungsschalter unterschiedlich sind.

Daher ist der Vergleich von Leistungsschaltern und Trennschaltern besonders wichtig. Leistungsschalter dienen dazu, Überlastungen und Kurzschlüsse zu verhindern, während Trennschalter dazu dienen, die Verbindung zwischen den Geräten und der Stromversorgung zu unterbrechen und so die Sicherheit bei Wartungsarbeiten zu gewährleisten. In vielen Verteilungsnetzen sind diese beiden Funktionen unterschiedlich und müssen zusammenwirken; keine von beiden darf fehlen.

Umschalter vs. ATS vs. Trennschalter vs. Leistungsschalter

Der Vergleich im folgenden Text verdeutlicht, warum diese Geräte nicht als austauschbar betrachtet werden sollten; jedes Gerät ist für die Behebung unterschiedlicher Probleme im elektrischen System ausgelegt.

Der Vergleich zwischen dem Umschalter und dem automatischen Umschalter (ATS) konzentriert sich hauptsächlich auf den Unterschied zwischen manueller und automatischer Umschaltung; der Vergleich zwischen dem Leistungsschalter und dem Trennschalter konzentriert sich auf die Stromunterbrechungsfunktion bei der Absicherung und Wartung von Stromkreisen. Durch den Vergleich dieser vier Geräte lässt sich ein klareres Verständnis der Situation gewinnen: Das Notstromsystem erfordert Schalter, Trennvorrichtungen und Schutzvorrichtungen und nicht nur eine einzige Komponente.

Bei kleinen Notstrom-Verteilertafeln kann, sofern eine manuelle Bedienung möglich ist, die Verwendung eines manuellen Generatorumschalters ausreichen, um die Stromumschaltung zu gewährleisten. Bei gewerblichen Gebäuden mit kritischen Beleuchtungsanlagen, Wasserpumpen oder Kühlanlagen empfiehlt sich jedoch eher der Einsatz eines automatischen Umschalters. Es ist zu beachten, dass unabhängig von der Wahl in der Regel weiterhin Leistungsschalter und Trennschalter rund um die Umschaltgeräte installiert werden müssen.

So wählen Sie das richtige Gerät für Notstromversorgung und elektrische Sicherheit aus

Zunächst sollten die Funktionen, die die Anlage erfüllen muss, klar definiert werden. Wenn das System zwischen zwei Stromquellen umschalten muss, kann ein Schalter oder ein ATS (Automatic Transfer Switch) in Betracht gezogen werden; wenn das System nach einem Stromausfall automatisch weiterlaufen muss, sollte ein automatischer Umschalter geprüft werden; muss das System für Wartungsarbeiten sicher vom Netz getrennt werden, sollten die Anforderungen an einen Trennschalter berücksichtigt werden; benötigt das System einen Überlast- und Kurzschlussschutz, sollte ein geeigneter Leistungsschalter ausgewählt werden.

Auswahlkriterien:

• Stromversorgungsanordnung: Netz, Generator, Wechselrichter, Solaranlage oder Batteriesystem
• Erforderliches Umschaltverfahren: manuell oder automatisch
• Lastart und Nennstrom
• Spannungspegel und Polzahl
• Notwendigkeit eines Überlast- und Kurzschlussschutzes
• Anforderungen an die Isolierung bei Wartungsarbeiten
• Installationsumgebung: im Innenbereich, im Außenbereich, im Wohnbereich, im gewerblichen oder im industriellen Bereich
• Einhaltung der örtlichen elektrischen Normen

In der praktischen Anwendung des Systems müssen häufig mehrere Geräte zusammenarbeiten. So kann das Notstromsystem beispielsweise einen automatischen Umschalter (ATS) für die automatische Umschaltung verwenden, Leistungsschalter zum Schutz einsetzen und Trennschalter nutzen, um die Sicherheit bei Wartungsarbeiten zu gewährleisten. Das Solar-Photovoltaik-Notstromsystem kann hingegen Gleichstrom-Trennschalter, Gleichstrom-Leistungsschalter, Überspannungsschutzgeräte, Wechselstrom-Leistungsschalter und Schaltgeräte umfassen. Die konkrete Konfiguration hängt von der Art des Zusammenspiels zwischen Wechselrichter, Stromnetz und Notstromverbrauchern ab.

Bei kleinen Gewerbegebäuden kann der Verteilerkasten mit einem Netzanschluss, einem Generatoranschluss, einem Umrichter, einem Ausgangssicherungsschalter und einer Überspannungsschutzvorrichtung ausgestattet sein. Die richtige Auslegung hängt vom Nennstrom, der ein- oder dreiphasigen Konfiguration, den Umgebungsbedingungen des Gehäuses, der Kabelverlegung und den geltenden Installationsvorschriften ab.

Häufige Anwendungsszenarien

Notstromversorgung für Privathaushalte und kleine Gewerbebetriebe

In Wohnhäusern, kleinen Geschäften, Praxen oder Büros wird die Notstromversorgung in der Regel durch Generatoren oder Wechselrichter gewährleistet. Wenn die Betreiber die Stromversorgung bei einem Stromausfall manuell umschalten können, lässt sich durch den Einsatz von manuellen Umschaltern die Auslegung vereinfachen und die Kosten senken.

Wenn eine automatische Lastwiederherstellung erforderlich ist oder kein geschultes Personal vor Ort ist, ist ATS besser geeignet. Dies gilt beispielsweise für Kühlhäuser, Wasserpumpen, Telekommunikationsräume, Sicherheitssysteme und bestimmte gewerbliche Beleuchtungskreise.

Bei der Entscheidung, ob ein Generator mit einem manuellen Umschalter oder einem automatischen Umschalter ausgestattet werden soll, sollten auch Faktoren wie die Häufigkeit von Stromausfällen, die für die Wiederherstellung der Last erforderliche Geschwindigkeit sowie die Frage berücksichtigt werden, ob der Generator eine Vorwärmung oder eine Startsteuerung benötigt.

Photovoltaik- und Wechselrichtersysteme

Photovoltaikanlagen vereinen in der Regel mehrere Gerätefunktionen. Gleichstrom-Trennschalter können verwendet werden, um die Verbindung auf der Seite der Photovoltaik-Stränge zu unterbrechen; falls es die Auslegung erfordert, können Gleichstrom-Leistungsschalter bestimmte Gleichstromkreise schützen; Überspannungsschutzgeräte tragen dazu bei, das Risiko von Schäden durch transiente Überspannungen zu verringern; Wechselstrom-Leistungsschalter und Trennschalter können am Ausgang des Wechselrichters oder in der Nähe des Verteilerkastens installiert werden.

Wenn die Last zwischen der Netzstromversorgung und dem Notstromausgang des Wechselrichters umgeschaltet werden muss, kann ein Umschalter verwendet werden. In komplexeren Systemen kann die automatische Umschaltlogik in den Wechselrichter oder einen externen Schaltschrank integriert werden. Die Auswahl der Geräte hängt von der Systemspannung, dem Strom, der AC/DC-Konfiguration, der Erdungsart, dem Wechselrichtertyp und den örtlichen elektrischen Vorschriften ab.

Industrielle Verteilerkästen

Industrielle Verteilertafeln erfordern in der Regel einen mehrschichtigen Aufbau. Die Verteilertafeln in Fabriken können Zuleitungs-Leistungsschalter, Haupttrennschalter, Sammelschienensysteme, Umrichter, Abzweigstromkreise, Motorschutzvorrichtungen, Überspannungsschutzvorrichtungen und unabhängige Steuerstromkreise umfassen.

In diesem Zusammenhang hängt die Wahl zwischen einem manuellen Umschalter und einem automatischen Umschalter (ATS) von drei entscheidenden Faktoren ab: der zulässigen Produktionsausfallzeit, dem prozessbezogenen Risiko sowie den mit einem manuellen Eingriff verbundenen Betriebs- und Personalkosten. Manuelle Umschaltlösungen können für nicht kritische Lasten geeignet sein; für Lasten jedoch, deren Unterbrechung die Sicherheit gefährden, erhebliche Produktverluste verursachen oder den Kernbetrieb stören könnte, stellt ein ATS eine technisch begründete und betrieblich sinnvolle Lösung dar.

Industriekunden sollten außerdem die Schutzart des Gehäuses, die mechanische Belastbarkeit, den Platz für die Verkabelung, die Wärmeableitungsleistung, den Nennstrom, die Schaltleistung der Schutzeinrichtung sowie die Abstimmung zwischen den Schutzstufen der oberen und unteren Ebene prüfen.

Wartung und Notabschaltung

Sorgen Sie für einen einfachen Abschaltvorgang. Das Elektroteam benötigt ein klares Verfahren, um die Stromversorgung der Anlage vor der Durchführung von Wartungsarbeiten zu unterbrechen. Daher werden Trennschalter und Leistungsschalter in der Regel in der Nähe der Maschine, im Verteilerkasten oder an der Wartungsöffnung der Anlage installiert.

Für die Notsteuerung kann das Auslegungskonzept je nach der jeweiligen Ausrüstung und den geltenden Normen den Einsatz von Leistungsschaltern, Trennschaltern, Schützen, Not-Aus-Schaltkreisen oder anderen Geräten erfordern. Diese Begriffe sollten nicht willkürlich verwechselt werden. Die ausgewählten Geräte müssen den elektrischen Funktionen, Nennströmen, Betriebsbedingungen und Sicherheitsanforderungen entsprechen.

Abschließende Gedanken

Ein Umschalter, ein automatischer Umschalter (ATS), ein Trennschalter und ein Leistungsschalter sind nicht austauschbar. Ein Umschalter schaltet zwischen Stromquellen um. Ein automatischer Umschalter führt die Umschaltung automatisch durch. Ein Trennschalter dient zur Abschaltung bei Wartungsarbeiten. Ein Leistungsschalter unterbricht Überlast- und Kurzschlussströme.

Für die Notsteuerung kann das Auslegungskonzept je nach der jeweiligen Ausrüstung und den geltenden Normen den Einsatz von Leistungsschaltern, Trennschaltern, Schützen, Not-Aus-Schaltkreisen oder anderen Geräten erfordern. Diese Begriffe sollten nicht willkürlich verwechselt werden. Die ausgewählten Geräte müssen den elektrischen Funktionen, Nennströmen, Betriebsbedingungen und Sicherheitsanforderungen entsprechen.

OOHMAGE kann die projektspezifische Auswahl von Verteilerkästen, Umschaltern, Leistungsschaltern, Trennschaltern, Gleichstromschaltern, Überspannungsschutzgeräten und PV-Verteilerkästen unterstützen. Die richtige Lösung sollte unter Berücksichtigung von Spannung, Stromstärke, Polkonfiguration, Installationsumgebung, Schutzkonzept und örtlichen Normen ausgewählt werden.

Für Käufer, die verschiedene Produkte vergleichen, lautet die eigentliche Frage, die sie sich stellen müssen, nicht einfach nur: “Welches Gerät soll ich kaufen?” Eine passendere Frage wäre: “Welche Funktionen muss diese elektrische Anlage sicher erfüllen? Und welche Geräte werden benötigt, um jede dieser Funktionen zu realisieren?”

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einem Umschalter und einem ATS?

Der Umschalter dient dazu, die Last zwischen zwei Stromquellen umzuschalten. Der automatische Umschalter (ATS) führt den Umschaltvorgang automatisch durch, sobald er einen Stromausfall oder einen Störzustand in der Stromversorgung erkennt.

Kann ein Umschalter einen Leistungsschalter ersetzen?

Nein. Der Umschalter dient in erster Linie der Stromumschaltung, während der Leistungsschalter zum Schutz vor Überlastung und Kurzschluss eingesetzt wird.

Ist ein Trennschalter dasselbe wie ein Leistungsschalter?

Nein. Der Trennschalter dient dazu, den Stromkreis zu Wartungszwecken zu unterbrechen, während der Leistungsschalter den Fehlerstrom und den Überlaststrom entsprechend seinen Nennparametern und seiner Auslösecharakteristik unterbricht.

Benötige ich ein ATS für die Notstromversorgung durch einen Generator?

Wenn die Last bei einem normalen Stromausfall automatisch umgeschaltet werden muss, sollte ein automatischer Umschalter (ATS) verwendet werden; ist eine manuelle Bedienung akzeptabel, ist möglicherweise ein Generator-Umschalter besser geeignet.

Welches Gerät sollte zur Isolierung von Solarwechselrichtern verwendet werden?

Je nach Systemauslegung und örtlichen Vorschriften muss die Solar-Wechselrichteranlage unter Umständen mit Gleichstrom-Trennschaltern, Wechselstrom-Trennschaltern, Gleichstrom-Leistungsschaltern, Wechselstrom-Leistungsschaltern und Überspannungsschutzgeräten ausgestattet werden.

Kann ein Verteilerkasten einen Umschalter, einen Trennschalter und einen Leistungsschalter enthalten?

Ja. Viele praktische Verteilerkästen vereinen Schaltfunktionen, Wartungsfreischaltung und Stromkreisschutz in einer aufeinander abgestimmten Einheit.