Sicherungen verstehen: Typen, Nennwerte und sichere Installation

Während die Ampacity-Bewertung eines Leiters typischerweise ein Auslegungslimit ist, das nie überschritten werden sollte, bilden Sicherungen eine Ausnahme. Ihr Design zielt gerade darauf ab, den Nennstrom zu überschreiten und dann den Stromkreis sicher zu unterbrechen.

Was ist eine Sicherung?

Eine Sicherung ist eine elektrische Schutzeinrichtung, die einen leitenden Streifen enthält, der so ausgelegt ist, dass er schmilzt und den Stromkreis öffnet, wenn der Strom seinen Nennwert übersteigt. Da eine Sicherung in Reihe mit dem zu schützenden Gerät geschaltet ist, wird im Auslösefall der gesamte Stromkreis geöffnet und der Stromfluss zu den geschützten Komponenten gestoppt. In einem Parallelstromkreis wirkt eine Sicherung in einem Zweig nicht auf die anderen Zweige.

Um gefährliche Lichtbögen beim Durchbrennen des Sicherungselements zu verhindern, ist der Streifen normalerweise in eine schützende Hülle eingebettet. Bei Kfz-Sicherungen ist die Hülle transparent, damit das Element visuell geprüft werden kann. Hausinstallationen nutzten oft Schraubsicherungen aus Glas mit einem dünnen Metallfolienkern. Das folgende Foto zeigt beide Typen:

 

 

Patronenförmige Sicherungen sind in Kfz- und Industrieanwendungen üblich, wenn eine nicht-glasige Hülle erforderlich ist. Da Sicherungen zum Öffnen ausgelegt sind, werden sie normalerweise in einem Halter montiert, nicht direkt verlötet oder verschraubt. Das nächste Bild zeigt Glaspatornensicherungen in einem Mehrfachhalter:

 

 

Federklammern halten die Sicherung, während der Haltersockel ein guter elektrischer Isolator ist. Ein anderer Haltertyp wird oft in Schalttafeln verwendet, wo alle Kontaktpunkte hinter einem isolierenden Gehäuse verborgen sind:

 

 

Das moderne Arbeitstier für Hochstrom-Überstromschutz ist der Leistungsschalter (Schutzschalter).

Was ist ein Leistungsschalter?

Leistungsschalter sind Schalter, die automatisch öffnen, wenn ein Überstrom erkannt wird. Haushalts- und leichte Industrieschalter sind thermisch betätigt: ein Bimetallstreifen biegt sich beim Erhitzen und löst den Schalter aus, sobald er sich ausreichend bewegt hat. Größere Schalter nutzen magnetische Kräfte oder externe Schutzrelais zum Auslösen.

Im Gegensatz zu Sicherungen zerstören sich Leistungsschalter nicht; sie öffnen lediglich und können durch Betätigen eines Hebels zurückgesetzt werden. Deshalb sind sie häufig fest in Stromkreise verdrahtet. Das folgende Bild zeigt einen kleinen Haushaltsschutzschalter:

 

 

Einige Fahrzeuge verwenden kostengünstige Schmelzleiter für Ladekreise der Batterie. Dies sind einfache gummiummantelte Drähte, die bei Überstrom schmelzen. Solche Geräte werden in Industrie- oder Hausstromnetzen wegen der höheren Spannungen und Ströme nicht eingesetzt.

Das Schaltzeichen für eine Sicherung ist eine S-förmige Kurve:

Sicherungsnennwerte

Sicherungen werden primär in Ampere bemessen. Das Design stellt sicher, dass der Sicherungsdraht selbst vernachlässigbaren Widerstand hinzufügt, erreicht durch möglichst kurze Drahtlänge. Der Strom, bei dem eine Sicherung schmilzt, wird durch Material und Querschnitt bestimmt, nicht durch ihre Länge.

Nach dem Durchbrennen sind die beiden Enden des geschmolzenen Drahtes durch einen Luftspalt getrennt. Wenn dieser Spalt bei Hochspannung zu klein ist, könnte ein Funke den Spalt überbrücken und den Stromkreis wiederherstellen. Daher führen Sicherungen auch eine Spannungsbewertung, die die maximale Spannung angibt, die der Spalt sicher standhalten kann.

Einige große Industriesicherungen haben austauschbare Drahtelemente, um Kosten zu senken. Die Patrone ist undurchsichtig und wiederverwendbar, schützt das Element vor Umwelteinflüssen.

Es gibt mehr Nuancen beim Nennstrom einer Sicherung. Eine 30-A-Sicherung löst nicht unbedingt sofort aus, wenn 35 A fließen; sie kann je nach Design im Schnell- oder Träge-Modus arbeiten. Träge Sicherungen sind essenziell für Anwendungen mit hohen Einschaltströmen, wie Elektromotoren, wo ein kurzer Anlaufstrom von bis zum Zehnfachen des Betriebsstroms normal ist.

Umgekehrt öffnen Halbleitersicherungen extrem schnell, um empfindliche elektronische Bauteile vor transienten Überströmen zu schützen.

Bei der Installation einer Sicherung platzieren Sie diese auf der „heißen“ (unggeerdeten) Seite eines geerdeten Systems. Dies stellt sicher, dass die Last beim Öffnen der Sicherung vollständig spannungsfrei ist. Die folgenden zwei Diagramme veranschaulichen den Unterschied:

Beide Schaltungen unterbrechen die Last, aber das erste Design eliminiert das Risiko gefährlicher Spannung auf der Neutralleiterseite. Das gleiche Platzierungsprinzip gilt für Leistungsschalter.

Überstromschutzeinrichtungen dienen nicht dem Schutz vor elektrischem Schlag; sie sind darauf ausgelegt, Leiterüberhitzung und daraus resultierende Brandgefahren zu verhindern. Fehlerstromschutzschalter (FI/RCD) sind die geeignete Lösung für die Erkennung von Personenkontakt.

ZUSAMMENFASSUNG:

• Eine Sicherung ist ein dünner Leiter, der schmilzt, um einen Stromkreis zu unterbrechen, wenn der Strom seinen Nennwert übersteigt.
• Ein Leistungsschalter ist ein Schalter, der bei Überstrom automatisch öffnet, mittels thermischer, magnetischer oder Relais-Auslösemechanismen.
• Sicherungen sind nach maximalem Strom und der Spannung bemessen, die der Spalt nach dem Öffnen sicher standhält.
• Schnell-, träger und mittlere Auslösecharakteristiken sind für denselben Nennstrom verfügbar, um das Sicherungsverhalten an die Anwendung anzupassen.
• Das Installieren einer Sicherung auf dem ungerdeten Leiter in einem geerdeten System hält die Last nach dem Auslösen sicher.

WEITERFÜHRENDE ARBEITSBLÄTTER:

• Überstromschutz Arbeitsblatt