Schmelzsicherung
Eine elektrische Sicherung, auch Schmelzsicherung, ist eine Überstromschutzeinrichtung, die einen Stromkreis bei zu hoher Stromstärke durch die thermische Wirkung des Stroms unterbricht und dadurch selbst zerstört wird.
Nur umgangssprachlich werden auch Leitungsschutzschalter und vor zu hoher Temperatur schützende Kaltleiter und Temperaturschalter als Sicherung bezeichnet.
Aufbau
Sicherungen bestehen aus einem isolierenden Körper, der zwei durch einen Schmelzleiter verbundene Kontakte aufnimmt. Der Schmelzleiter wird durch den ihn durchfließenden Strom erwärmt und schmilzt, wenn der Bemessungsstrom der Sicherung deutlich überschritten wird. In diesem Fall wird die Sicherung unbrauchbar und muss durch eine neue ersetzt werden.
Der Schmelzleiter ist von Luft oder Quarzsand umgeben. Quarzsand ist erforderlich, um den Lichtbogen zu löschen, der beim Unterbrechen eines großen Stroms entsteht. Das Quarz schmilzt durch die hohe Temperatur des Lichtbogens zu Quarzglas und entzieht dem Lichtbogen dabei Energie.
Sicherungen werden in entsprechenden Sockeln eingesetzt. Auf Leiterplatten wird teilweise auf Sockel verzichtet und Sicherungen durch Löten befestigt.
Bauformen
Schraubsicherung
Eine Schraubsicherung (auch Sicherungspatrone) besitzt einen annähernd zylindrischen Keramikkörper, der mit Quarzsand gefüllt ist. Die Sicherung wird eingesetzt, indem sie in eine Schraubkappe gesteckt wird, die dann in den Sockel geschraubt wird.
Schraubsicherungen werden heute in der Regel eingesetzt, um die Hauptleitungen zu Verteilern zu schützen. Vereinzelt werden sie auch noch an Stelle der heute üblichen Leitungsschutzschalter zum Schutz von Endstromkreisen eingesetzt, wenn Maschinen mit besonders hohem Einschaltstrom betrieben werden.
Schraubsicherungen besitzen an ihrem Fußkontakt unterschiedliche Durchmesser. Je höher die Nennstromstärke ist, desto größer ist der Durchmesser. Im Sockel befindet sich ein entsprechender Passeinsatz (in der Skizze [PE]), der verhindert, dass Sicherungen mit zu hohem Bemessungsstrom eingesetzt werden.
In der Mitte des Kopfkontakts der Schraubsicherung befindet sich ein farbiges Plättchen aus Aluminium, der Kennmelder (in der Skizze [KM]). Er ist mit einer Feder unterlegt und wird von einem Draht mit hohem Widerstand gehalten, der am Fußkontakt der Sicherung befestigt ist. Wenn der Schmelzleiter schmilzt, schmilzt auch eine Lötstelle des Haltedrahts, worauf der Kennmelder abfallen sollte. Durch das Fenster der Schraubkappe kann man dann erkennen, dass diese Sicherung den Stromkreis unterbrochen hat.
Kennmelder und Passeinsätze sind abhängig vom Bemessungsstrom farblich gekennzeichnet:
| 2 A | 4 A | 6 A | 10 A | 13 A | 16 A | 20 A | 25 A | 32 A | 35 A | 40 A | 50 A | 63 A | 80 A | 100 A |
| rosa | braun | grün | rot | schwarz | grau | blau | gelb | schwarz | schwarz | schwarz | weiß | kupfer | silber | rot |
Als Faustregel für Sicherungen mit dem Reaktionsverhalten gl-Gg (der Standardtyp) gilt: Bei fünffacher Überschreitung des Bemessungsstromes reagiert die Sicherung innerhalb von 5 Sekunden, bei zehnfacher Überschreitung beträgt die Reaktionszeit 0,2 Sekunden.
Schraubsicherungen werden in zwei verschiedenen Bauformen hergestellt:
D-System (DIAZED)
Sicherungen der Bauform DIAZED (von diametral abgestufter zweiteiliger Edisonschraubstöpsel) werden in fünf Baugrößen unterteilt. Die Bezeichnung einer Baugröße setzt sich aus dem Buchstaben D und einer römischen Ziffer zusammen.
| DIAZED | ||
|---|---|---|
| Größe | Bemessungsstrom | Gewinde |
| D I | 2 A, 4 A, 6 A, 10 A, 16 A | E 16 |
| D II | 6 A, 10 A, 16 A, 20 A, 25 A | E 27 |
| D III | 35 A, 50 A, 63 A | E 33 |
| D IV | 80 A, 100 A | R 11/4 Zoll |
| D V | 125 A, 160 A, 200 A | R 2 Zoll |
Die Baugrößen D IV und D V werden selten verwendet. D IV kam früher häufig in Hausanschlusskästen zum Einsatz.
D0-System (NEOZED)
Sicherungen des Systems D0 (sprich D Null) oder NEOZED sind kleiner als DIAZED-Sicherungen und haben eine kleinere Verlustleistung, erwärmen sich also weniger. Sie werden in drei Baugrößen unterteilt. Die Bezeichnung einer Baugröße setzt sich aus dem Buchstaben D, der Ziffer 0 und einer weiteren Ziffer zusammen.
| NEOZED | ||
|---|---|---|
| Größe | Bemessungsstrom | Gewinde |
| D01 | 2 A, 4 A, 6 A, 10 A, 16 A | E 14 |
| D02 | 20 A, 25 A, 32 A, 35 A, 40 A, 50 A, 63 A | E 18 |
| D03 | 80 A, 100 A | M 30 x 2 |
Die Bauform D03 wird sehr selten verwendet, weil sich bei diesen hohen Bemessungsströmen NH-Sicherungen als zuverlässiger erwiesen haben.
NH-Sicherung
Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, kurz NH-Sicherungen, sind auch unter den Namen Messersicherung, Schwertsicherung und Panzersicherung bekannt. Sie haben ein größeres Volumen als Schraubsicherungen und massive Kontaktmesser an beiden Enden. Daher können sie größere Ströme führen und trennen.
NH-Sicherungen werden im Hausanschlusskasten von Einfamilienhäusern für den Anschluss ans Stromnetz, vergleichbare und alle höheren Leistungen bei Niederspannung verwendet.
NH-Sicherungen sind zur Handhabung mit Grifflaschen ausgestattet, die spannungsführend (sfü) oder spannungsfrei (SGL) ausgeführt sein können. Um die Sicherungen in einen einfachen Sockel einzusetzen oder aus diesem herauszuziehen, ist ein Sicherungshaltegriff notwendig. Sogenannte NH-Trenner sind Sockel mit einem Klappdeckel, der die Grifflaschen aufnimmt und den Sicherungshaltegriff ersetzt.
NH-Sicherungen dürfen nur von einer Fachkraft mit geeignetem Werkzeug(Auziehgriff)und notwendiger Schutzausrüstung (in der Regel Helm mit Gesichtsschutz, Isolierschutzmatte und isolierende Handschuhe) ausgetauscht werden, da beim Ziehen dieses Sicherungstyps eine hohe Gefahr des Zündens eines Lichtbogens besteht. Dadurch kann sehr heißes, flüssiges Metall durch den Raum verspritzt werden, was schwere bis tödliche Verletzungen zur Folge haben kann.
| Größe | Bemessungsstrom |
|---|---|
| 000 | 6 A bis 100A |
| 00 | 6 A bis 160 A |
| 1 | 63 A bis 250 A |
| 2 | 125 A bis 400 A |
| 3 | 315 A bis 630 A |
| 4 | 500 A bis 1250 A |
HH-Sicherung
Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, kurz HH-Sicherungen, sind selbstständig schaltende Schutzgeräte im Spannungsbereich bis 36 kV. Sie werden in Netzen der Energieversorgung und -verteilung verwendet, um die Auswirkungen von Überströmen (Kurzschlüssen) zu begrenzen. Die häufigste Anwendung findet sie in Transformatorstromkreisen, weitere Verwendungen sind in Motorstromkreisen und Kondensatorbänken.
Kommt es zu einem Kurzschluss, schmilzt der (oder die) im Innern der Sicherung befindliche(n) Schmelzleiter und unterbricht dadurch den Fehlerstrom. Meist sind die Sicherungen mit einem Anzeigesystem, dem Schlagstift ausgerüstet. Dieser Schlagstift wirkt auf eine Auslösemechanik in einem ggf. vorhandenen Lastschalter, welcher dann den fehlerhaften Stromkreis 3polig abschaltet.
„Hochleistungssicherung“ bedeutet, dass diese Sicherungen Ströme von mehreren tausend Ampere abschalten können, da sie strombegrenzend wirken. Manche Hersteller haben ihre Sicherungen bis 63 kA geprüft.
Ein typisches Typenspektrum ist:
- 3–7,2 kV mit Nennströmen bis 500 A;
- 6–12 kV mit Nennströmen bis 355 A;
- 10–24 kV mit Nennströmen bis 200 A sowie
- 20–36 kV mit Nennströmen bis 100 A.
Zum Schutz von Mittelspannungs-Transformatoren und -Leitungen werden bei größeren Nennströmen Netzschutzgeräte eingesetzt.
Die Abmessungen sind in DIN 43625 festgelegt, deshalb wird weltweit auch von der "DIN-Fuse" gesprochen. IEC 60282-1 bzw. die deutsche Übersetzung VDE 0670 Teil 4 sind die relevanten Normen, in denen die elektrischen Parameter und die Typenprüfung beschrieben sind. Das Zusammenspiel von Lastschaltern und Sicherungen ist in der IEC 62271-105 (entspricht VDE 0671-Teil 105) geregelt. Für die Zuordnung von Sicherung und Transformator ist auf deutscher Ebene die VDE 0670 Teil 402 maßgebend.
G-Sicherungen (Gerätesicherungen, Feinsicherungen)
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G-Sicherungen bestehen aus einem kleinen Glas- oder Keramikrohr mit Metallkappen an beiden Enden, zwischen denen sich der Schmelzleiter befindet. Dieser Schmelzdraht ist freiliegend oder in Quarzsand eingebettet. Sie werden oft auch als Flimmrohrsicherungen oder Glasrohrsicherungen bezeichnet.
Einsatzgebiet: Geräteschutz und Kfz-Elektrik.
Auf den Metallkontakten ist neben der Nennstromstärke und der maximalen Spannung auch eingeprägt, wie schnell die Sicherung auf Überstrom reagiert:
| Prägung | Übersetzung (Deutsch) | Beschreibung (Englisch) |
|---|---|---|
| FF | sehr flink | very fast acting |
| F | flink | fast acting |
| M | mittelträge | medium time lag |
| T | träge | time lag |
| TT | sehr träge | long time lag |
Kenngrößen für Geräteschutzsicherungen sind Nennstrom und Nennspannung, Abschaltverhalten und Abschaltvermögen. Das Abschaltverhalten ist durch Kennlinien festgelegt und unterscheidet flinke, mittelträge und träge Sicherungen. Beim 10-fachen Nennstrom schalten ab:
- flinke Sicherungen in weniger als 20 ms
- mittelträge Sicherungen zwischen 5 und 90 ms
- träge Sicherungen zwischen 10 und 300 ms
G-Sicherungen werden für Nennstromstärken von 0,032 ... 20 A eingesetzt.
Es gibt diese Sicherungen in verschiedenen Längen und Durchmessern. In Europa am gebräuchlichsten ist das Format 5 x 20 mm, in den USA ¼ × 1¼ Zoll, das entspricht in etwa 6,3 × 32 mm.
Flachstecksicherung
Die Flachstecksicherung wird hauptsächlich in aktuellen Personenkraftwagen und Motorrädern verwendet. Gängige Ausführungen sind Standard-Flachsicherung und Mini-Flachsicherung.
Die Bemessungsstromstärke von Flachstecksicherungen wird durch die Farbe ihres Kunststoffkörpers gekennzeichnet. Folgende Übersicht zeigt die Farbcodierung:
| 1 A | 2 A | 3 A | 4 A | 5 A | 7,5 A | 10 A | 15 A | 20 A | 25 A | 30 A | 35 A | 40 A |
| schwarz | grau | violett | rosa | hellbraun | braun | rot | hellblau | gelb | weiß/farblos | hellgrün | blaugrün | orange |
Sicherheit
Eine "durchgebrannte" Sicherung kann nicht repariert oder "geflickt" werden. Sie darf auf keinen Fall überbrückt werden. Dadurch würde nicht nur der Schutz von Leitungen und Geräten außer Kraft gesetzt, sondern auch ein Brand wahrscheinlich, durch den Lebensgefahr besteht. Versicherungen lehnen in diesem Fall die Zahlung aller daraus folgenden Schäden ab.
Begriffsdefinition für Niederspannungssicherungen
Eine Niederspannungssicherung ist laut EN 60269 ein, Zitat: Gerät, das durch das Abschmelzen eines oder mehrerer seiner besonders ausgelegten und bemessenen Bauteile den Stromkreis, in dem es eingesetzt ist, durch Unterbrechen des Stromkreises öffnet, wenn dieser einen bestimmten Wert während einer ausreichenden Zeit überschreitet.
Siehe auch
Selektivität (Stromkreis), Selektiver Leitungsschutzschalter
Literatur
- Niederspannungssicherungen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen. DIN EN 60269-1:2005-11. VDE Verlag, Berlin 2005.
- Geräteschutzsicherungen - Teil 1: Begriffe für Geräteschutzsicherungen und allgemeine Anforderungen an G-Sicherungseinsätze. DIN EN 60127-1:2003-08. VDE Verlag, Berlin 2003.
- Hochspannungssicherungen - Teil 1: Strombegrenzende Sicherungen. DIN EN 60282-1:2004-03. VDE Verlag, Berlin 2004.
- Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V - Schutz von Kabeln und Leitungen bei Überstrom. DIN VDE 0100-430:1991-11. VDE Verlag, Berlin 1991.