Einschaltstrom

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Als Einschaltstrom bezeichnet man den Strom, der unmittelbar nach dem Einschalten eines elektrischen Verbrauchers fließt.
Er unterscheidet sich vom Arbeits- bzw. Betriebsstrom und muss bei der Auslegung elektrischer Betriebsmittel, wie Schaltern, Sicherungen, Relais usw. berücksichtigt werden, da er ein Vielfaches des Nennstromes betragen kann.

Erhöhte Einschaltströme kommen durch Induktivitäten mit Eisenkern, Kapazitäten sowie durch das Einschaltverhalten und die mechanische Trägheit von Motoren und daran befindliche zu beschleunigende Massen zustande. Weiterhin führt die temperaturabhängige Zunahme des spezifischen elektrischen Widerstandes von Glühlampen und Heizdrähten (z.B. bei Elektronenröhren) zu erhöhtem Einschaltstrom (siehe auch Kaltleiter).

Die Dauer des erhöhten Einschaltstromes kann je nach Gerät zwischen einigen Millisekunden und mehreren Sekunden betragen.

Der Einschaltstromstoß eines Verbrauchers kann als I² t - Wert (Integral des quadrierten Stromes über die Zeit, kurz Stromintegral) angegeben werden; dieser Wert ist auch auslösebestimmend für die Sicherung, da er, multipliziert mit dem ohmschen Widerstand der Sicherung, eine Energiemenge ergibt, die ihrer Erwärmung entspricht.

Nach dem Einschaltstrom fließt nur noch der Arbeits- oder Betriebsstrom.

Ursachen für einen überhöhten Einschaltstrom:

• Induktivitäten: Wird ein induktives Bauteil mit Eisenkern im Moment des Nulldurchganges der Netz-Wechselspannung eingeschaltet, gerät der Kern mehr oder weniger weit in die Sättigung. Der Strom wird dann nur von dem ohmschen Widerstand des Leiters begrenzt. Beispiele sind Elektromotoren und Transformatoren.
  Schütze und Zugmagnete mit Wechselspannungsspule verursachen dagegen dadurch hohe Einschaltströme, dass im Moment des Anzuges ein großer Luftspalt vorliegt und daher die Induktivität bzw. der Blindwiderstand klein sind. Gleichstrom-Magnete und Relais haben dagegen Einschaltströme, die geringer als der Betriebsstrom sind.
• Kondensatoren: Im Moment des Einschaltens ist die Kapazität noch nicht geladen und wirkt kurzzeitig wie ein Kurzschluss (Beispiele sind Kondensatoren zur Blindstromkompensation, u.a. bei Leuchtstoffröhren, sowie die Ladekondensatoren nach dem Gleichrichter primär getakteter Schaltnetzteile und Frequenzumrichter).
• Glühlampen und Heizwendeln: alle Metalle sind Kaltleiter, sie leiten besonders gut, wenn sie kalt sind. Erwärmen sie sich durch den sie durchfließenden Strom, so steigt ihr ohmscher Widerstand, wodurch der Strom bei Glühlampen erst dann auf den Nennwert absinkt. Je höher die Arbeitstemperatur und die Reinheit der Metalle der Glühwendeln sind, desto höher ist der Einschaltstromstoß (z.B. Glühlampen, Heizstrahler, Heizwendeln von Elektronenröhren).
  Radiatoren und Elektroherde haben dagegen keine erhöhten Einschaltströme, da ihre Heizleiter aus Legierungen bestehen und die Arbeitstemperaturen geringer sind als bei Glühlampen.
• Elektromotoren: Hier wirkt neben der Massenträgheit insbesondere bei Asynchronmotoren deren bei Stillstand durch den Kurzschlussläufer stark verringerte Wicklungsinduktivität. Die Induktivität steigt erst an, wenn der Läufer die Mitnahmedrehzahl erreicht, d.h. wenn die Drehzahl des Läufers nahezu diejenige des Drehfeldes erreicht hat. Der Kurzschlussläufer von Asynchronmotoren kann so gestaltet werden, dass der Einschaltstrom geringer ist, dann sinkt jedoch deren ohnehin geringes Anlaufmoment noch weiter ab.

Die Höhe des Einschaltstromes von Netz-Transformatoren hängt stark davon ab, in welchem Moment der Sinusschwingung der Netzwechselspannung sie zugeschaltet werden. Der ungünstigste Fall liegt dann vor, wenn dies im Nulldurchgang der Spannung geschieht. In diesem Fall geraten insbesondere die texturierten Bandkerne von Ringkerntransformatoren in die Sättigung, da diese auch im Betrieb mit besonders hohen, nahe bei der Sättigungsflussdichte des Eisens liegenden Magnetflüssen arbeiten. Die relative Höhe des Einschaltstromstoßes von Transformatoren hängt stark von deren Nennleistung ab und kann bereits bei Nennleistungen von 500 Watt das fünfzehnfache des Nennstromes betragen.

Bei Glühlampen hängt die relative Höhe des Einschaltstromstoßes nicht vom Einschaltmoment und der Nennleistung, jedoch von der Glühfadentemperatur und somit der Effizienz ab. Projektionslampen und Halogenglühlampen haben daher besonders hohe Einschaltströme, sie können das 15-fache des Nennstromes überschreiten.
Leistungsstarke Glühlampen, die beispielsweise bei Bühnenbeleuchtungen sehr häufig geschaltet werden müssen, werden oft vorgewärmt betrieben, also so stark gedimmt, dass sie gerade eben noch nicht sichtbar leuchten. Durch diese Maßnahme werden zugleich die Einschaltstromstöße verringert, die auch die Lebensdauer der Glühlampen herabsetzen würden.

Den Heizwendeln der Elektronenröhren älterer Fernsehgeräte waren Heißleiter (URDOX-Widerstand) vorgeschaltet, um den Einschaltstrom zu begrenzen.

Zur Begrenzung des Einschaltstromes werden oft Einschaltstrombegrenzer, Sanftanlauf-Geräte oder Softstarter eingesetzt, die verhindern, dass durch den Einschaltstromstoß die Sicherung ausgelöst wird.

Siehe auch: Ausschaltstrom