Der komplette Leitfaden zu Sicherungen: Schutz Ihrer Elektronik

In der Elektrotechnik und Elektronik dient eine Sicherung als elektrisches Sicherheitsgerät, das elektrische Geräte wie Kühlschränke, Fernseher, Computer usw. vor Schäden durch zu hohe Spannung schützt. Eine Sicherung wird häufig in die Steckdose dieser Geräte eingebaut, damit ein Überstrom gestoppt wird, bevor er in das Gerät gelangt.

Was ist eine Sicherung?

Eine Sicherung ist ein Sicherheitsgerät, das einen elektrischen Stromkreis vor Überstrom schützt. Sie wird in verschiedenen elektrischen Schaltungen eingesetzt, da Überstrombedingungen jederzeit auftreten können. Sicherungen funktionieren wie ein Leistungsschalter oder Stabilisator, der Geräte ebenfalls vor Schäden schützt. Dabei wird ein dünner Metallstreif oder -draht verwendet, um eine zu große Strommenge oder einen übermäßigen Stromfluss davon abzuhalten, in einen elektrischen Stromkreis einzudringen. Wenn dies geschieht, schmilzt die Sicherung, wodurch der dünne Streifen sich trennt und die Stromversorgung zum Gerät unterbrochen wird.

Aufbau

Da es verschiedene Arten von Sicherungen mit unterschiedlichen Klassifizierungen gibt, besteht ihr Aufbau auch aus unterschiedlichen Materialien, um den Anforderungen der Anwendungen gerecht zu werden. Ein Sicherungselement besteht aus Zink, Kupfer, Silber, Aluminium oder Legierungen, da diese stabile und vorhersehbare Eigenschaften bieten.

Mit diesem Material würde die Sicherung idealerweise ihren Nennstrom auf unbestimmte Zeit tragen und bei einem kleinen Überschuss schnell schmelzen. Diese Elemente werden durch kleinere, harmlose Stromstöße nicht leicht beschädigt und oxidieren oder verändern ihr Verhalten auch nach langer Betriebsdauer nicht. Sicherungselemente sind geformt, um die Heizeffekte zu erhöhen. Bei einer größeren Sicherung kann der Strom auf mehrere Metallstreifen aufgeteilt werden.

Anwendungen von Sicherungen

Im Folgenden finden Sie die Anwendungen verschiedener Arten von Sicherungen:

• Sicherungen werden in allen Automobilen wie Autos, LKWs, Anhängern, Booten usw. verwendet.
• Spielekonsolen machen ebenfalls großen Gebrauch von Sicherungen.
• Zubehör wie Laptops, Handys, Drucker, Scanner. Tatsächlich haben alle elektrischen Zubehörteile eine Sicherung.
• Eine Hochspannungssicherung wird in Leistungstransformatoren verwendet.
• Andere Komponenten wie Kondensatoren, Stromwandler, Motorstarter und Transformatoren machen guten Gebrauch von Sicherungen.
• LCD-Monitore und Batteriepacks enthalten Sicherungen.

Bestandteile von Sicherungen

Da es viele Arten von Sicherungen mit unterschiedlichen Leistungsfähigkeiten gibt, sind ihre Bestandteile unterschiedlich. Die grundlegenden Bestandteile einer Sicherung sind jedoch ein dünner Streifen oder Draht aus Metall. Die Abbildung unten gibt weitere Details zu den verschiedenen Teilen von Sicherungen je nach Typ.

Sicherungsdiagramm:

[Diagramm-Platzhalter]

Eigenschaften von Sicherungen

Im Folgenden finden Sie die Eigenschaften von Sicherungen in einem elektrisch-elektronischen System:

Strombewertung:

Dies ist die maximale Strommenge, die die Sicherung halten kann, ohne zu schmelzen. Sie wird als Strombewertung bezeichnet. Es handelt sich um die Stromtragfähigkeit, gemessen in Ampere, und stellt die thermischen Eigenschaften dar.

Strom (Cin) = 75 % Nennstrom

Spannungsbewertung:

Dies ist der Fall, wenn die in Reihe mit der Sicherung geschaltete Spannung die Spannungsbewertung nicht erhöht, d. h. V(Sicherung) > V (offener Kreis)

I²t-Bewertung:

Dies ist die Energiemenge, die vom Sicherungselement bei einem elektrischen Fehler oder Kurzschluss geführt wird. Sie misst die Wärmeenergie durch einen Stromfluss der Sicherung und wird erzeugt, wenn die Sicherung ausgelöst hat.

Unterbrechungs- oder Ausschaltvermögen:

Dies ist die maximale Strombewertung, die ohne Schaden von der Sicherung unterbrochen werden kann.

Ausschaltvermögen > maximale Nennspannung

Ausschaltvermögen < Kurzschlussstrom

Spannungsabfall:

Dies tritt auf, wenn übermäßiger Strom fließt, wodurch das Sicherungselement schmilzt und den Stromkreis öffnet. Aufgrund dieser Widerstandsänderung und der Spannung wird der Spannungsabfall geringer.

Temperatur:

Dies tritt auf, wenn die Betriebstemperatur höher ist, was zu einer geringeren Strombewertung führt, sodass die Sicherung schmilzt.

Das Diagramm unten zeigt die Temperatur und die Stromtragfähigkeit einer Sicherung. Der Prozess zeigt, dass an dem Punkt, an dem sich drei Linien bei 25 Grad Celsius treffen, die Stromtragfähigkeit der Sicherung 100 % beträgt. Nach einiger Zeit nimmt die Stromkapazität bei der Trägen Sicherung ab, was dann bis auf etwa 65 Grad C abnimmt. Das Ergebnis zeigt, dass eine Erhöhung der Temperatur die Stromtragfähigkeit der Sicherung verringert.

Auswahlkriterien für Sicherungen

Im Folgenden sind die Dinge aufgeführt, die bei der Auswahl der Sicherungsart zu beachten sind:

Sicherungsbewertung = (Watt/Volt) x 1,25

• Kenne die Leistung (Watt) des Geräts – sie steht normalerweise in der Geräteanleitung
• Kenne die Spannungsbewertung; die Spannung muss höher sein als die Stromkreisspannung, damit sie das Gerät ordnungsgemäß schützen kann.
• Wähle eine Sicherung wie den Zeitverzögerungstyp für induktive Lasten und schnell wirkende Sicherungen für resistive Lasten.
• Verwende die höchste Sicherungsbewertung nach der Berechnung. Wenn die berechnete Sicherungsbewertung beispielsweise 5,334 Ampere beträgt, solltest du eine 6-Ampere-Sicherung verwenden.

Klassifizierung von Sicherungen

Die Klassifizierung von Sicherungen ist eine Kategorie, in die verschiedene Arten von Sicherungen fallen. Alle Sicherungen können entweder als Wechselstrom- (AC) oder Gleichstrom- (DC) Sicherungen klassifiziert werden. AC-Sicherungen werden auch in zwei Teile unterteilt: Hochspannungssicherungen oder Niederspannungssicherungen, je nach ihrem Design und den Materialien, aus denen sie bestehen. Die Abbildung unten ordnet die verschiedenen Arten von Sicherungen nach ihrer Klassifizierung an.

Verschiedene Arten von Sicherungen

Im Folgenden finden Sie die verschiedenen Arten von Sicherungen und ihre Funktionen:

DC-Sicherungen

DC-Sicherungen sind größer und haben einen Kontaktwert über 0 V, damit der Stromkreis nicht so leicht vernachlässigt und abgeschaltet wird. Es besteht die Möglichkeit eines Lichtbogens zwischen den geschmolzenen Drähten. Um dies zu überwinden, werden die Elektroden in größeren Abständen platziert, wodurch die Größe der DC-Sicherung erhöht wird.

AC-Sicherungen

AC-Sicherungen sind kleiner, da sie etwa 50-60 Mal pro Sekunde von Minimum zu Maximum oszillieren. Dadurch wird die Chance eines Lichtbogens zwischen den geschmolzenen Drähten eliminiert. Daher können sie in kleinen Größen untergebracht werden.

Wie bereits erwähnt, werden AC-Sicherungen weiter in zwei Kategorien unterteilt: Niederspannungssicherungen und Hochspannungssicherungen.

Arten von Niederspannungssicherungen (LV)

Patronensicherungen:

Diese Arten von Sicherungen sind vollständig in einem Behälter geschlossen und haben einen Metallkabelkontakt, der im Glas sichtbar ist. Patronensicherungen gibt es in zwei Typen: D-Typ und Verbinder-Typ oder HRC-Sicherungen (High Rupturing Capacity).

D-Typ Patronensicherungen

Diese Sicherung besteht aus einer Patrone, Sicherungssockel, Kappe und Adapterring. Die Kappe wird auf den Sicherungssockel montiert, der mit dem Sicherungselement mit Patrone über einen Adapterring ausgestattet ist. Die Sicherung beginnt ihre Arbeit, wenn der Patonenspitze Kontakt mit dem Leiter macht.

Verbinder-Typ oder HRC-Sicherungen (High Rupturing Capacity)

Diese Arten von Sicherungen erlauben den Stromfluss unter normalen Bedingungen. Der Lichtbogen, der durch die durchgebrannte Sicherung entsteht, wird kontrolliert, da die Sicherung aus Porzellan, Silber und Keramik besteht. Der Behälter des Sicherungselements ist mit Quarzsand gefüllt. Diese Arten von Patronensicherungen werden weiter in zwei unterteilt:

• Klingen- oder Steckertyp – der Körper der Sicherung besteht aus Kunststoff und kann im Stromkreis ohne Last leicht ersetzt werden.
• Geschraubter Typ – Leitplatten sind in diesen Arten von Sicherungen am Sicherungssockel befestigt.

Nachwickelbare oder Kit-Kat-Sicherungen:

Nachwickelbare Sicherungen sind insofern gut, als ihre gesamten Körper isoliert sind und sie leicht entfernt werden können, während Strom durch die Sicherung fließt, ohne einen elektrischen Schlag oder Verletzungen zu verursachen. Ihr Sockel fungiert als ein- und ausgehender Anschluss aus Porzellan und der Sicherungsträger hält das Sicherungselement, das aus Kupfer, Aluminium, Zinn, Blei usw. besteht.

Striker-Sicherung:

Striker-Sicherungen werden zum Schließen und Auslösen von Stromkreisen verwendet. Sie verfügen über ausreichend Kraft und Verschiebung.

Schalter-Sicherung:

Eine Schalter-Sicherung ist im Grunde ein Metallgehäuse, das einen Schalter und eine Sicherung umschließt. Sie wird für Niederspannungs- und Mittelspannungspegel verwendet.

Ausfall-Sicherung (Drop-out fuse):

Bei einer Ausfall-Sicherung bewirkt das Schmelzen, dass das Sicherungselement unter der Schwerkraft an seiner unteren Halterung herabfällt. Sie werden in Außentransformatoren zum Schutz eingesetzt.

Arten von Hochspannungssicherungen (HV)

Alle Arten von Hochspannungssicherungen werden für Spannungen bis zu etwa 1,5 kV bis 138 kV verwendet. Sie dienen zum Schutz von Messwandlern und kleinen Transformatoren. Ein Lichtbogen entsteht, wenn Wärme erzeugt wird, was dazu führt, dass Borsäure eine große Menge an Gasen entwickelt. Deshalb werden sie in Außenanwendungen eingesetzt. Sie bestehen aus Silber, Zinn und Kupfer. Hochspannungssicherungen gibt es in drei Arten:

Patronen-HRC-Sicherung

Sie ähnelt der Niederspannungsversion dieser Sicherung, nur dass dieser Typ einige zusätzliche Funktionen aufweist. Die Abbildung unten zeigt ihre Komponenten und Funktionen.

Flüssigkeits-HRC-Sicherung

Diese Arten von Sicherungen werden für Stromkreise bis zu 100 A Nennstrom und Systeme von etwa 132 kV verwendet. Sie hat ein Glasrohr, das mit Kohlenstofftetrachlorid gefüllt ist, und ein Ende ist verpackt, das andere mit einem Phosphorbronzedraht befestigt. Während des Betriebs wird eine Flüssigkeit in der Sicherung verwendet, um den Lichtbogen zu löschen, was zu einer Erhöhung der Kurzschlusskapazität führt.

Ausblas-HRC-Sicherung (Expulsion HRC fuse)

Dies ist eine ausblasbare Sicherung, d. h. der Ausblaseffekt von Gasen, die durch inneren Lichtbogen erzeugt werden. Borsäure ist in der Sicherungsverbindungskammer für die Ausblasung von Gasen gefüllt.

Funktionsprinzip

Die Funktionsweise von Sicherungen ist weniger komplex und kann leicht verstanden werden, da sie nach dem Prinzip des Wärmeeffekts des Stroms arbeitet. Wie bereits erwähnt, besteht sie aus einem dünnen Streifen oder Metalldraht, der ein nicht brennbares Element ist. Dieser Metalldraht ist zwischen den Enden der Anschlüsse angeschlossen. Er ist immer in Reihe mit dem elektrischen Stromkreis geschaltet.

Wann immer übermäßiger Strom oder Wärme durch starken Stromfluss im Stromkreis erzeugt wird, schmilzt die Sicherung. Dies liegt am niedrigen Schmelzpunkt des Elements und öffnet den Stromkreis.

Dieser übermäßige Fluss kann zum Durchbruch des Drahtes führen und damit den Stromfluss stoppen. Die Sicherung kann nach dem Öffnen nachgewickelt oder durch eine neue mit den gleichen Werten ersetzt werden.

Sicherungen fungieren auch wie Leistungsschalter, die Stromkreise unterbrechen, wenn ein plötzlicher Fehler im Stromkreis auftritt. Sie dienen nicht nur als Schutz, sondern auch als Sicherheitsmaßnahme, um Menschen vor Schaden zu bewahren. Die Abbildung unten zeigt, wie eine Sicherung funktioniert.

Sehen Sie sich das Video unten an, um mehr über die Funktionsweise von Sicherungen zu erfahren:

[Video-Platzhalter]

Vor- und Nachteile von Sicherungen

Vorteile:

Im Folgenden finden Sie die Vorteile einer elektrischen Sicherung in ihren verschiedenen Anwendungen:

• Überlast oder hoher Strom werden beendet.
• Das Fehlen einer Sicherung verursacht elektrische Fehler, die in der Verkabelung auftreten oder das elektrische Gerät verbrennen können.
• Ein elektrisches Risiko wird verringert, da brennende Elektronik zu unkontrolliertem Feuer führen kann.
• Sichere Reparaturkosten bei Geräten.
• Die Sicherung selbst ist billig und kann leicht ersetzt werden.
• Die meisten Arten von Sicherungen sind kostengünstig.
• Zusätzliche Pflege oder Wartung ist nicht erforderlich.
• Sie sind tragbar und können leicht transportiert werden.

Nachteile:

Trotz der Vorteile von Sicherungen treten dennoch einige Einschränkungen auf. Im Folgenden finden Sie die Nachteile von Sicherungen in ihren verschiedenen Anwendungen:

• Das Zeit-Strom-Merkmal wird nicht immer mit dem des schützenden Elements synchronisiert.
• Eigenschaften der reversiblen Zeit-Strom-Kennlinie erlauben die Verwendung des Geräts für Überlastschutz.

Fazit

Sicherungen sind Schutzkomponenten, die elektrische Geräte vor Überlast oder hohem Spannungsstrom schützen. In diesem Artikel haben wir das Gerät namens Sicherung eingehend behandelt: Definition, Anwendung, Bestandteile, Diagramm, Typen, Funktionsweise usw. wurden diskutiert.

Ich hoffe, Sie haben die Lektüre genossen. Wenn ja, hinterlassen Sie gerne einen Kommentar zu Ihrem interessantesten Teil des Beitrags. Und vergessen Sie nicht, ihn mit anderen technischen Studenten zu teilen – er könnte hilfreich sein. Danke!