Schmelzsicherung
Eine Schmelzsicherung ist eine Überstromschutzeinrichtung, die durch das Abschmelzen eines Schmelzleiters den Stromkreis unterbricht, wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert während einer ausreichenden Zeit überschreitet.
Bisweilen wird die Schmelzsicherung in der elektrotechnischen Literatur einfach als Sicherung bezeichnet und dieser Terminus für andere Schutzeinrichtungen, wie Leitungsschutzschalter, Selbstrückstellende Sicherung und Elektronische Sicherungen abgelehnt.
Aufbau und Funktion
Sicherungen bestehen aus einem isolierenden Körper, der zwei durch einen Schmelzleiter verbundene elektrische Kontakte oder Drahtanschlüsse aufnimmt. Der Schmelzleiter wird durch den ihn durchfließenden Strom erwärmt und schmilzt, wenn der Bemessungsstrom (Nennstrom) der Sicherung deutlich für eine bestimmte Zeit überschritten wird. Diese Schutzfunktion wird „Auslösen der Sicherung“ genannt. Ausgelöste Sicherungen sind unbrauchbar und müssen ersetzt werden.
Der Schmelzleiter ist in der Regel aus Elektrolytkupfer (E-CU) oder Feinsilber (Ag 1000/1000) hergestellt und von Luft oder Quarzsand umgeben.
Der Sand dient als Lichtbogenlöschmittel. Beim Abschalten eines jeden Stromkreises entsteht ein Lichtbogen, dessen Intensität u.a. von der Höhe des abzuschaltenden Stroms abhängt. Bei Kurzschluss kann dieser Strom um mehrere Größenordnungen über dem Nennstrom der Sicherung liegen. Der Schmelzleiter durchläuft während des Ansprechens die drei Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig). Im gasförmigen Zustand des Schmelzleiters entsteht ein Plasma, der Stromfluss erfolgt über dieses – es bildet sich ein Lichtbogen. Dabei schlägt sich der Metalldampf des Schmelzleiters auf der Oberfläche der Quarzsand-Körner nieder und kühlt dadurch den Lichtbogen stark ab. In der Folge wird der Widerstand im Inneren des Sicherungseinsatzes so groß, dass die Höhe der wiederkehrenden Spannung nach dem Nulldurchgang (bei Wechselstrom) nicht ausreicht, den Stromfluss erneut herzustellen bzw. den Lichtbogen wieder zu zünden. Der Lichtbogen verlischt und die zu schützende Leitung ist damit von der versorgenden Strom-/Spannungsquelle getrennt. Sicherungen haben deshalb für Wechselstrom stets ein höheres Schaltvermögen als für Gleichstrom.
Die korrekte Funktion der Lichtbogenlöschung ist im wesentlichen abhängig von der Körnung, der Reinheit und der Packungsdichte des verwendeten Quarzsandes. Das Löschmittel muss absolut frei von organischen Verbindungen sein. Die den Quarzsand oft begleitenden Feldspat-Bestandteile müssen vollständig entfernt werden, da Feldspat den Glasfluss des Sandes fördert. Glasfluss im Inneren eines Sicherungseinsatzes darf nicht eintreten, weil Glas im glühenden Zustand elektrisch leitend wird.
Sicherungseinsätze werden meist in entsprechenden Sockeln eingesetzt. Auf Leiterplatten wird teilweise auf Sockel verzichtet und die Sicherungen werden durch Löten befestigt. In Einzelfällen dient ein Draht- oder Leiterbahnabschnitt als Sicherung; auch Widerstände können als Sicherung spezifiziert sein (sog. Sicherungswiderstand); sie besitzen dann neben ihrem Widerstandswert auch ein definiertes Abbrandverhalten bei Überlastung.
Geräteschutzsicherungen (Feinsicherungen)
.jpg?lang=de)
Geräteschutzsicherungen, kurz GS-Sicherungen oder G-Sicherungen genannt, 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 auch als Gerätesicherungen, Feinsicherungen, ggf. als Glasrohrsicherungen und manchmal auch als Flimmrohrsicherungen bezeichnet.
Es gibt diese Sicherungen in verschiedenen Längen und Durchmessern. In Europa am gebräuchlichsten ist das Format 5 × 20 mm, in den USA ¼ × 1¼ Zoll (6,3 × 32 mm).
Einsatzgebiet: Geräteschutz (oft in handelsüblichen Netzteilen zu finden) und (seltener) Kfz-Elektrik.
Kennzeichnung
Auf den Metallkappen sind der Nennstrom, die maximale Spannung und die (Auslöse-)Charakteristik eingeprägt. Seltener ist eine Farbcodierung gebräuchlich.
| Prägung | Charakteristik | Übersetzung (Englisch) |
|---|---|---|
| FF | superflink | very fast acting |
| F | flink | fast acting |
| M | mittelträge | medium time lag |
| T | träge | time lag |
| TT | superträge | long time lag |
| Ausschaltvermögen | ||
| L | klein | low |
| E | erhöht | enhanced |
| H | hoch | high |
Kenngrößen für Geräteschutzsicherungen sind Nennstrom, Nennspannung, Auslösecharakteristik und Ausschaltvermögen. Die Charakteristik 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 50 und 90 ms
- träge Sicherungen zwischen 100 und 300 ms
G-Sicherungen werden für Nennströme von 0,032 … 20 A eingesetzt.
Feinsicherungen mit hohem Schaltvermögen sind mit Sand gefüllt und/oder haben einen Keramikkörper.
Die Nennstrom-Definition und das Ansprechverhalten US-amerikanischer Sicherungen (6,3 × 32 mm) unterscheidet sich von europäischen Typen, sie sind daher meist nicht gegen gleiche Stromwerte austauschbar.
Feinsicherungen mit Drahtanschlüssen
Gerätesicherungen werden auch mit Drahtanschlüssen (axial oder radial) zum direkten Einlöten in Platinen hergestellt.
Britische Sicherungen nach BS 1362
In Großbritannien und einigen anderen Staaten sind im Netzstecker Feinsicherungen (flink) nach BS 1362 eingebaut. Sie sind erforderlich, weil dort herkömmliche Steckdosen meistens mit 25, 30 oder 32 A abgesichert sind. Kennwerte:
- Abmessungen: ¼ Zoll × 1 Zoll (6,3 × 25,4 mm)
- Lieferbare Werte: 1, 2, 3, 5, 7, 10 und 13 A; Normwerte: 13 A (braun) und 3 A (rot)
- Hohes Schaltvermögen (6000 A bei 240 V AC), deshalb aus Keramikrohr mit Sandfüllung
Niederspannungssicherungen
Niederspannungssicherungen werden eingesetzt im Verteilnetz, in der Industrie und beim Endabnehmer, z.B. im Sicherungskasten. Die typische Nennspannung ist 230/400 V AC. Für Industrieanlagen gibt es Ausführungen bis über 1000 V.
Es gibt verschiedenen Bauformen (z.B. Schraubsicherungen, NH-Sicherungen, Zylindersicherungen), die wiederum jeweils in verschiedenen Betriebsklassen (Auslösecharakteristiken) hergestellt werden.
Auslösecharakteristik und Betriebsklasse
Schmelzsicherungen sind, wie andere Sicherungselemente auch, durch ihre Auslösecharakteristik gekennzeichnet. Sie ist zusammen mit dem Nennstrom und dem Schaltvermögen eine wichtige Kenngröße.
Die Auslösecharakteristik beschreibt in einem Zeit-Strom-Diagramm das Toleranzfeld der Auslösezeit bei bestimmten auf den Nennstrom bezogenen relativen Überströmen.
Die Toleranzen bei gleicher Charakteristik sind relativ groß. Beim 1,5-facher Überlast kann die Auslösezeit z.B. wenige Minuten bis zu einer Stunde betragen; beim 15-fachen Nennstrom (Kurzschluss) beispielsweise 50…100 ms. Charakteristisch für alle Zeit-Strom-Diagramme von Sicherungselementen ist, dass die Toleranzbreite bei geringem Überstrom größer als bei relativ hohen Überströmen ist.
Sind enge Abschalttoleranzen erforderlich (z. B. zum Schutz eines kleinen Transformators gegen Überlast), ist eine Schmelzsicherung daher oft ungeeignet. Alternativ werden dann Temperatursicherungen oder Bimetall-Überstromschalter eingesetzt.
Die Charakteristik von Feinsicherungen ist im entsprechenden Abschnitt oben beschrieben.
Träge D-Sicherungen wurden in den 1930er Jahren eingeführt und zur Unterscheidung von normalen (flinken) Sicherungen mit einer stilisierten Schnecke gekennzeichnet. 1967 wurde für Leitungsschutzsicherungen die einheitliche Betriebsklasse gL (später gG) eingeführt und die Unterscheidung zwischen träge und flink (normal) aufgegeben. Die Kennlinie gL (gG) ist trägflink, d. h. bei niedrigen Kurzschlussströmen träg und bei hohen flink. Die Kennzeichnung mit dem Schneckensymbol wurde für gL D-Sicherungen noch für Jahrzehnte beibehalten.
Betriebsklassen von Niederspannungssicherungen
- gG
- Ganzbereichssicherung: allgemeine Anwendung, Standardtyp (praktisch identisch mit dem Vorläufer gL)
- aM
- Teilbereichssicherung: Kurzschlussschutz für Schaltgeräte in Motorstromkreisen
Achtung: Kein Überlastschutz! Dieser muss anderweitig gewährleistet sein - gS
- Ganzbereichssicherung: Halbleiterbauelemente (superflink)
Ersetzt die Werksnormen gRL (SIBA) und gGR (Ferraz/Lindner) - gR
- Ganzbereichssicherung: Halbleiterbauelemente, Photovoltaik (superflink, schneller als gS)
- aR
- Teilbereichssicherung: Kurzschlussschutz für Halbleiterbauelemente (superflink)
Achtung: Kein Überlastschutz! Dieser muss anderweitig gewährleistet sein - gTr
- Ganzbereichssicherung: (Groß-)Transformatoren, Sekundärseite (z. B. 400 V; trägt 130 % Last mindestens 10 Stunden; nationaler VDE-Typ)
- gB
- Ganzbereichsicherung: Bergbauanlagen (kurzschlussflink, Betriebsspannungen bis 1000 V; nationaler VDE-Typ)
- gL
- Ganzbereichssicherung: Kabel- und Leitungsschutz (veralteter VDE-Typ, 1998 international abgelöst durch gG)
- gI
- Ganzbereichssicherung: trägflink (veralteter internationaler IEC-Typ, in der Schweiz: gL2; abgelöst durch und praktisch identisch mit gG)
- gII
- Ganzbereichssicherung: flink (veralteter internationaler IEC-Typ, in der Schweiz: gL1; abgelöst durch gG)
- TF, gTF
- Von einigen Herstellern für NH-Sicherungen verwendet, Vorläufer von gL (trägflink)
Europäische und US-amerikanische Sicherungen unterschieden sich hinsichtlich ihrer Nennstromdefinition und Auslösecharakteristiken.
Eng mit der Auslösecharakteristik verbunden ist die Selektivität einer Sicherungs- bzw. Verteileranlage: es muss vermieden werden, dass z. B. die Hauptsicherung bei Kurzschluss oder Überlast eher anspricht als die untergeordnete Sicherung im defekten Stromkreis. Daher müssen die Sicherungen hinsichtlich ihres Ansprechverhaltens aufeinander abgestimmt sein.
Bei Sicherungen für Verbraucher mit hohem Einschaltstrom ist der I²t-Wert (Durchlassenergie, Integral des quadrierten Stromes über die Zeit, kurz Schmelzintegral oder Stromintegral) wichtig. Es beschreibt bei Multiplikation mit dem ohmschen Widerstand der Sicherung denjenigen Energiewert, der gerade noch nicht zur Auslösung führt: die Wärmeleistung (Stromwärme) am Sicherungselement hängt vom Quadrat des Stromes ab und führt innerhalb einer bestimmten Zeit zu einer bestimmten, die Auslösung bewirkenden Temperatur.
Der I²t-Wert sollte bei der Dimensionierung von Schmelzsicherungen nie ganz ausgeschöpft werden, da diese sich während vieler solcher Einschaltzyklen mit der Zeit thermisch bedingt verändern und ggf. vorzeitig ansprechen.
Schraubsicherungen
(auch Stöpselsicherungen bezeichnet)
Für Deutschland gilt bei Neuinstallation (nach den TAB in Verbindung mit DIN 18015-1):
Im Stromkreisverteiler von Wohnungen dürfen für Beleuchtungs- und Steckdosenstromkreise nur Leitungsschutzschalter verwendet werden. Schmelzsicherungen sind nur noch zulässig für fest angeschlossene Geräte (z.B. Durchlauferhitzer) oder als Vorsicherung für Unterverteilungen.
Ein Schraubsicherungshalter für eine D-Sicherung besteht aus einem festen Sicherungsunterteil mit dem Passelement (Passschraube) sowie einer abnehmbaren Schraubkappe mit Fenster. Der Sicherungseinsatz (Sicherung) hat einen farbigen Betriebszustandsanzeiger (Kennmelder), der bei eingeschraubter Sicherung hinter dem Fenster der Schraubkappe sitzt, und einen Fußkontakt, der zur Passschraube passen muss. Oft sind auch die Passschrauben zusätzlich farblich gekennzeichnet – sie müssen dann zur Farbe des Kennelementes der Sicherung passen (Tabelle siehe unten).
Der Sicherungseinsatz ist der reaktive, wechselbare Teil einer Sicherung.
Der wesentliche Unterschied zwischen D- und D0-Sicherungen ist neben den verschiedenen Abmessungen die zulässige Betriebsspannung:
Während D-Sicherungen für eine Spannung von bis 500 V, Sondertypen bis zu 750 V (jeweils Gleich- und Wechselspannung) geeignet sind, ist das D0-System nur bis zu einer Spannung von 400 V Wechselspannung und 250 V Gleichspannung bestimmt.
Schraubsicherungen der Betriebsklasse gG (bis 1998 gL) werden heute in der Regel eingesetzt, um Leitungen zu Verteilern zu schützen (Leitungsschutzsicherungen). Vereinzelt werden sie auch noch in Verbindung mit Motorschutzschaltern zum Schutz von Motoren eingesetzt, wenn Maschinen mit besonders hohem Einschaltstrom betrieben werden.
Schraubsicherungen haben Fußkontakte mit nennstromabhängigen, unterschiedlichen Durchmessern. Je höher die Nennstromstärke ist, desto größer ist der Durchmesser. Im Unterteil des Sicherungshalters befindet sich ein entsprechendes Passelement (Passschraube), das verhindern soll, dass Sicherungen mit höherem Bemessungsstrom als vorgesehen eingesetzt werden.
D-Sicherungen dürfen auch von Laien gewechselt werden, wenn der Nennstrom nicht über 63 A und die Spannung nicht über 400 V Wechselstrom liegt.
In der Mitte des Kopfkontakts des Sicherungseinsatzes befindet sich ein farbiges Metallplättchen, der Kennmelder. Er ist mit einer Feder unterlegt und wird von einem Draht mit hohem Widerstand gehalten, der am Fußkontakt des Sicherungseinsatzes befestigt ist. Nach Abschmelzen des Schmelzleiters schmilzt auch der Haltedraht des Kennmelders, worauf der Kennmelder ausgeworfen wird. Eine Glasscheibe in der Schraubkappe verhindert das Herausfallen der möglicherweise glühenden Kappe und damit eine mögliche Brandgefahr. Durch das Glas ist auch erkennbar, dass diese Sicherung den Stromkreis unterbrochen hat.
Kennmelder und Passeinsätze sind abhängig vom Bemessungsstrom farblich gekennzeichnet (D/D0-System).
| 2 A | 4 A | 6 A | 10 A | (13 A) | 16 A | 20 A | 25 A |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| rosa | braun | grün | rot | schwarz | grau | blau | gelb |
| (32 A) | 35 A | (40 A) | 50 A | 63 A |
|---|---|---|---|---|
| schwarz | weiss | kupfer | ||
| 80 A | 100 A |
|---|---|
| silber | rot |
| 125 A | 160 A | 200 A |
|---|---|---|
| gelb | kupfer | blau |
Als Faustregel für Sicherungen mit der Betriebsklasse gG (der Standardtyp, früher gL) gilt: Bei fünffacher Überschreitung des Bemessungsstromes reagiert die Sicherung innerhalb 5 Sekunden, bei zehnfacher Überschreitung beträgt die Reaktionszeit 0,2 Sekunden.
Typ TL, 20 A, 125 V (AC only)
Schraubsicherungen werden in verschiedenen Bauformen hergestellt:
D-System (DIAZED)
DII-Sicherungen 25 A, 20 A, 16 A
Das DIAZED-System wurde von Siemens entwickelt (zuerst die heutige Größe DII). Es ersetze ab etwa 1909 die bis dahin üblichen einteiligen Schmelzstöpsel, die z.B. in den USA noch verwendet werden (Plug Fuses). Die Trennung von Schraubkappe und Schmelzeinsatz („Patrone“) war neu.
- DIAZED
- diametrisch abgestufter zweiteiliger Edison-Schmelzstöpsel
DIAZED ist eingetragenes Warenzeichen der Siemens AG.
Die neutrale Normbezeichnung lautet D-System bzw. D-Sicherung.
D-Sicherungen gibt es in fünf Baugrößen. Die Bezeichnung setzt sich aus dem Buchstaben D und einer römischen Ziffer zusammen. Träge Typen wurden auch mit DT bezeichnet.
| Größe | Bemessungsstrom (Werte in Klammern sind unüblich) |
Gewinde* | Ø | Länge | Span- nung AC/DC |
Schalt- vermögen AC (DC) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DI | 2, 4, 6, 10, 16 A | SE 21 | 17 mm | 33 mm | 250 V | 10 (?) kA |
| NDz | 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25 A | E 16 | 13 mm | 50 mm | 500V | 4 (1,6) kA |
| DII | 2, 4, 6, 10, (13,) 16, 20, 25 A | E 27 | 22 mm | 50 (8) kA | ||
| DIII | (32,) 35, (40,) 50, 63 A | E 33 | 27 mm | |||
| DIV | 80, 100 A | E 40 (alt) | 33 mm | 50 mm | ||
| G 1¼″ | 56 mm | |||||
| DV | 125, 160, 200 A | E 57 (alt) | 46 mm | 50 mm | ||
| G 2″ | 56 mm |
* E steht für Edisongewinde, G für Rohrgewinde.
- Die kurze Bauform DI ist hauptsächlich in der Schweiz verbreitet.
- Die dünneren NDz-Sicherungen (seltener ND oder fälschlich DI genannt) wurden in den 1930er Jahren eingeführt und auch als „Sparpatronen“ bezeichnet, weil sie mit einer Reduzierhülse auch in DII-Sockel eingebaut werden können. Heute kaum noch in Altanlagen verwendet.
- Die häufigste Diazed-Sicherung ist wohl die Größe DII. Sie passt mit einer Reduzierhülse auch in DIII-Sockel.
- Die Größe DIII gibt es auch in verlängerter Ausführung für höhere Spannungen. Diese wird z.B. bei Straßenbahnen eingesetzt.
(750V AC/DC flink oder 690/600V AC/DC gG; Länge 70 mm, Nennstrom 2 bis 63A) - DIII und DIV sind bis heute in älteren Hausanschlusskästen im Einsatz.
- Die Baugrößen DIV und DV werden in Neuanlagen nicht mehr verwendet. NH-Sicherungen sind für derart hohe Ströme besser geeignet.
D0-System (NEOZED)
Das NEOZED-System wurde 1967 von Siemens eingeführt. Vorteile sind kleinere Abmessungen und geringere Verlustleistung (weniger Wärmeentwicklung).
NEOZED ist eingetragenes Warenzeichen der Siemens AG.
Die neutrale Normbezeichnung lautet D0-System bzw. D0-Sicherung (sprich D Null).
D0-Sicherungen werden in drei Baugrößen hergestellt. Die Bezeichnung einer Baugröße setzt sich aus „D0“ und einer weiteren arabischen Ziffer zusammen:
| Größe | Bemessungsstrom (Werte in Klammern sind unüblich) |
Gewinde | Ø | Länge | Schaltvermögen |
|---|---|---|---|---|---|
| D01 | 2, 4, 6, 10, (13,) 16 A | E 14 | 11 mm | 36 mm | 50 kA (400V AC) 8 kA (250V DC) |
| D02 | 20, 25, (32,) 35, (40,) 50, 63 A | E 18 | 15 mm | ||
| D03 | 80, 100 A | M 30 × 2 | 22 mm | 43 mm |
- D01-Sicherungen können mit einer speziellen Haltefeder auch in D02-Schraubsockeln verwendet werden.
- Die Bauform D03 wird sehr selten verwendet, weil sich bei diesen hohen Bemessungsströmen NH-Sicherungen als zuverlässiger erwiesen haben.
D-Sicherungen können unabhängig von ihrem Nennstrom Ströme von mehreren tausend Ampere abschalten. In den immer besser ausgebauten Netzen mit niedrigerem Innenwiderstand reichen deren Nenn- und Abschaltströme oft nicht aus, dann müssen die im folgenden beschriebenen NH-Sicherungen eingesetzt werden.
Für D- und D0-Sicherungen gibt es Sockel für Schraubmontage, für Hutschienenmontage und für Sammelschienenmontage („Reitersockel“). Für D0-Sicherungen gibt es zusätzlich Sicherungs-Lasttrenner. Das sind Sicherungssockel mit integriertem Lasttrennschalter. Vor jedem Wechsel einer Sicherung muss der Sockel durch eine vor den Sicherungen befindliche Klappe spannungsfrei geschaltet werden. Dieser Spannungs- und Lastfreie Wechsel erhöht die Betriebssicherheit und die Sicherheit für den Benutzer, da dieser in keinem Fall mit spannungsführenden Bauteilen in Berührung kommen kann. Bei neuartigen Versionen dieser Lasttrenner werden die Sicherungspatronen nicht mehr geschraubt, sondern durch Federkraft kontaktiert.
DL-System (DDR)
In der DDR waren neben dem D-System auch DL-Sicherungen für 380 V Wechselspannung üblich. Typisches Einsatzgebiet z.B. im Wohnungsverteiler von Plattenbauten.
Für Altanlagen werden DL-Sicherungen heute noch hergestellt (Ausführung gG, 400 V AC).
D01-Sicherungen (Neozed) bis 16 A passen auch in DL-Sockel, jedoch nicht umgekehrt.
| Größe | Bemessungsstrom | Gewinde | Ø | Länge | Schaltvermögen |
|---|---|---|---|---|---|
| DL | 2, 4, 6, 10, 16, 20 A | E 16 | 13 mm | 36 mm | 20 kA (380V AC) |
NH-Sicherungen
Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, kurz NH-Sicherungen, sind auch unter den Namen Messersicherung, Schwertsicherung oder Panzersicherung bekannt. Sie werden im Bereich der Hauptverteilungen in Niederspannungsnetzen eingesetzt. Merkmal ist das gegenüber Schraubsicherungen deutlich größere Bauvolumen sowie massive Kontaktmesser an beiden Enden. Daher können sie größere Ströme führen und trennen. Übliche Ausführungen als Hochleistungssicherung gestatten ein sicheres Abschalten von Fehlerströmen bis zu 100 kA (Bemessungsausschaltvermögen), wobei deren Nennstrom bis zu 1,6 kA (Bemessungsstrom) betragen kann.
NH-Sicherungen sind in Industrieanlagen weit verbreitet, außerdem werden sie im öffentlichen Stromnetz verwendet, z. B. in der Trafostation und der Hauptverteilung, oder im Hausanschlusskasten von Gebäuden und als Zählervorsicherung.
Im Vorzählerbereich von Kundenanlagen fordern die TAB 2007 [1] (Technische Anschlussbedingungen der Energienetzbetreiber) eine Trennvorrichtung pro Zähler. Zitat:
Eine Trennvorrichtung ist eine Einrichtung zum Trennen der Kundenanlage vom Verteilungsnetz, die auch durch den Kunden (elektrotechnischer Laie) betätigt werden kann (z. B. SH-Schalter).
Diese Forderung erfüllen z. B. selektive Leitungsschutzschalter oder Neozed-Lasttrennschalter, jedoch nicht NH-Sicherungen. Sie werden deshalb als Zählervorsicherung in Neuanlagen nicht mehr verwendet.
Auch NH-Sicherungen verfügen über einen Kennmelder, der eine defekte Sicherung anzeigt. Je nach Anwendung ist er als stirnseitig (oben) angebrachter Klappmelder ausgeführt oder als Mittenkennmelder, der bei eingesetzter Sicherung von vorne sichtbar ist. Fast alle Hersteller bieten auch NH-Sicherungen mit 2 Kennmeldern an (Kombimelder).
NH-Sicherungen gibt es mit verschiedenen Auslösecharakteristiken. Diese sind unten im Abschnitt Betriebsklassen beschrieben.
NH-Sicherungen werden in verschiedenen Baugrößen für verschiedene Nennstrombereiche gefertigt. Die Größe 0 ist in neuen Installationen nicht mehr zulässig.
| Größe | Bemessungsstrom | Schwertlänge (ca.) |
|---|---|---|
| 00/000 | 6 A bis 160 A | 78 mm |
| 0 | 6 A bis 160 A | 125 mm |
| 1 | 80 A bis 250 A | 135 mm |
| 2 | 125 A bis 400 A | 150 mm |
| 3 | 315 A bis 630 A | 150 mm |
| 4/4a | 500 A bis 1600 A | 200 mm |
Austausch von NH-Sicherungen
NH-Sicherungseinsätze sind zur Handhabung mit Grifflaschen ausgestattet, die spannungsführend oder spannungsfrei (isoliert) ausgeführt sein können. Um die Sicherungseinsätze einpolig in ein Sicherungsunterteil einzusetzen oder aus diesem herauszuziehen, ist ein Sicherungsaufsteckgriff notwendig.
Unter Spannung dürfen NH-Sicherungseinsätze nur von einer Elektrofachkraft mit geeigneter Schutzausrüstung ausgetauscht werden. Die Schutzausrüstung umfasst mindestens einen Aufsteckgriff mit Lederstulpe und einen Helm mit Gesichtsschutz. Gegebenenfalls sind eine Isolierschutzmatte und isolierende Handschuhe erforderlich. Bei unsachgemäßem Ziehen eines NH-Sicherungseinsatzes unter Last kann ein Schaltlichtbogen entstehen, welcher ohne Schutzausrüstung schwere bis tödliche Verletzungen zur Folge haben kann.
Sogenannte NH-Trenner erleichtern den Sicherungswechsel. Sie haben einen Klappdeckel, der die Grifflaschen aufnimmt und den Sicherungshaltegriff ersetzt.
NH-Trenner gibt es z. B. in diesen Bauformen:
- dreipolig schaltend, ein Klappeinsatz für alle drei Sicherungseinsätze eines Drehstromabzweiges
- dreipolig schaltend, drei übereinander angeordnete und mechanisch miteinander verriegelte Klappeinsätze für je einen Sicherungseinsatz eines Drehstromabzweiges
Sondertypen
Es gibt diverse Spezialsicherungen für Halbleiterschutz, Motorschutz oder andere spezielle Bedürfnisse. Diese sind oftmals zylinderförmig, können aber auch ähnlich NH-Sicherungen geformt sein.
Hochspannungssicherungen (HH-Sicherungen)
Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, kurz HH-Sicherungen, sind selbstständig schaltende Schutzgeräte im Mittelspannungsbereich bis 36 kV. In manchen Ländern werden Schmelzsicherungen bis über 100 kV eingesetzt. 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 Strom. Meist sind diese Sicherungen mit einem Schlagstift ausgerüstet. Dieser enthält eine kleine Treibladung, die durch einen zusätzlichen dünnen Draht in der Sicherung gezündet wird. Er tritt dann schlagartig aus der Stirnseite eines der Kontaktkappen der Sicherung aus. Der Schlagstift wirkt z. B. auf die Auslösemechanik eines Lastschalters, welcher dann den fehlerhaften Stromkreis allpolig abschaltet.
„Hochleistungssicherung“ bedeutet, dass diese Sicherungen Ströme von mehrere kA abschalten können. Manche Hersteller haben ihre Sicherungen bis 63 kA Abschaltstrom geprüft.
Ein typisches Typenspektrum ist:
- 3 bis 7,2 kV mit Nennströmen bis 500 A
- 6 bis 12 kV mit Nennströmen bis 355 A
- 10 bis 24 kV mit Nennströmen bis 200 A
- 20 bis 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 gilt in Deutschland VDE 0670 Teil 402.
In anderen Ländern, wie dem nordamerikanischen Raum, werden Schmelzsicherungen auch im Hochspannungsbereich bis über 100 kV eingesetzt. Allerdings nur in Stromkreisen, welche systembedingt vergleichsweise kleine Kurzschlussströme aufweisen. Der Vorteil ist der im Vergleich zu Hochspannungsschaltern geringere Preis.
Kurzschlüsse werden im Hochspannungsbereich zur Energieversorgung aufgrund der bei Kurzschlussströmen hohen Momentanleistungen durch aktiv gesteuerte Leistungsschalter mit einer entsprechend großen Kurzschlussleistung getrennt. Bei Einsatz von Schmelzsicherungen käme es bei Auslösung durch das explosionsartige Verdampfen des Sicherungsdrahtes und den Lichtbogen zu Beschädigungen in der Umgebung der Sicherung.
Kleinspannungssicherungen, KFZ-Sicherungen
Oben Torpedosicherungen, unten aktuelle Standard-Flachsicherungen
Schmelzsicherungen für Kleinspannung werden verwendet bis 50 V AC bzw. 120 V DC.
Die in Kraftfahrzeugen verbauten Schmelzsicherungen sind nach DIN 72581 standardisiert. Gebräuchlich sind steckbare und somit vom Benutzer wartbare Sicherungen.
Torpedosicherungen
Diese Bauform nach DIN 72581-1 fand bis in die 1980er Jahre hauptsächlich in europäischen Fahrzeugen Anwendung. Andere Benennungen:
- ATS-Sicherung
- BOSCH-Sicherung
Sie bestehen aus einem zylindrischen Isolierkörper von 6 mm Durchmesser und 25 mm Länge, mit in einer Nut eingelegten Sicherungsstreifen und stirnseitig konischen Kontaktflächen. Für den isolierenden Trägerkörper ist bis zu 5 A thermoplastischer Kunststoff zulässig, darüber muss der Werkstoff hitzebeständig sein. Ideal dafür ist Keramik. Farbiges Glas und wärmebeständige Kunststoffe sind ebenso gebräuchlich. Hauptnachteil ist die relativ geringe, ringförmige Kontaktfläche, die zusammen mit ungenügender Druckkraft der gelochten Haltefeder hohe Übergangswiderstände verursachen kann. Diese führen zu übermäßiger Erwärmung der Kontaktstelle, welche eine weitere Oxidation der ohnehin geschädigten Kontaktstelle weiter begünstigt.
Die Betriebsspannung ist auf 36 Volt und der Strom auf 40 Ampere begrenzt. Abschaltvermögen: 500 A. Der maximal zulässige Spannungsabfall über den Sicherungsstreifen ist nach DIN auf 0,1 V spezifiziert.
| 5 A | 8 A | 16 A | 25 A | 40 A |
|---|---|---|---|---|
| gelb | weiß | rot | blau | grau |
Flachstecksicherungen
Die 1976 entwickelte Bauform der Flachstecksicherung ist nach DIN 72581/3C genormt und wird nur für Kleinspannungen, hauptsächlich in Kraftfahrzeugen, verwendet.
Im Gegensatz zu den ATS-Sicherungen verfügt diese Bauform über eine Zertifizierung der Underwriters Laboratories (UL).
Ein gebräuchlicher Markenname ist ATO-Fuse, (Automotive Technology Organization); dieser ist ein eingetragenes Warenzeichen der Littelfuse Incorporation, Des Plaines, Illinois, USA.
Baugrößen und deren Benennung:
- Niedrige Mini-Stecksicherung (low-profile mini fuse)
- Mini-Stecksicherung (mini fuse)
- Standard-Stecksicherung (ATO fuse)
- Maxi-Stecksicherung (maxi fuse, 20 – 80 A)
Gängige Ausführungen sind die Standard-Flachsicherung und die Mini-Flachsicherung. Abschaltvermögen: 1000A bei 32V DC.
Die Bemessungsstromstärke von Standard- und Mini-Flachstecksicherungen wird durch die Farbe ihres Kunststoffkörpers gekennzeichnet.
| 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 | blau | gelb | klar | grün | blaugrün | orange |
Streifensicherungen
Daneben gibt es für Ströme über 40 Ampere so genannte Streifensicherungen oder Blattsicherungen nach DIN 43560 oder DIN 72581. Diese bestehen aus einem ausgestanzten Streifen aus Sicherungsblech. Neben der offenen Bauform ist auch die geschlossene Bauform B/BN gebräuchlich. Die Streifensicherungen ist mit einem Keramikgehäuse und Sichtfenster versehen. Das Gehäuse dient als Brandschutz durch die mögliche Ausbildung eines Lichtbogen im Kurzschlussfall.
Häufig befinden sich solche Sicherungen in unmittelbarer Nähe der Starterbatterie in einem Sicherungskasten, üblich ist die Installation auf der Batterie selbst.
Auch in Elektrofahrzeugen, z. B. in Gabelstaplern, ist diese Sicherungsart gebräuchlich.
Streifensicherungen lassen sich nur mittels Werkzeugeinsatz austauschen und zählen somit rechtlich zu den durch Laien nicht wartbaren Bauteilen.
Sicherheit
Das Flicken oder Überbrücken von ausgelösten Sicherungen, z.B. mit Draht oder Metallfolie, ist grundsätzlich unzulässig und gefährlich!
In Deutschland, der Schweiz und Österreich sind die im Handel erhältlichen Sicherungseinsätze nur für die einmalige Auslösung vorgesehen.
Die Auswahl einer zum Geräte- und Personenschutz geeigneten Sicherung richtet sich primär nach der Dimensionierung der Installation und den im regulären Betriebsfall und im Kurzschlussfall auftretenden Stromstärken. Dabei kann auch das Problem auftreten, dass manche Verbraucher nicht durch eine Schmelzsicherung geschützt werden können. Hierzu zählen beispielsweise kleinere Netztransformatoren unter ca. 50 Watt Nennleistung, da ihr Einschaltstrom zu groß im Vergleich zu dem im Fehlerfall auftreten Strom ist. Diese Verbraucher können durch träge thermische Sicherungen gegen Überlast und Kurzschluss geschützt werden.
Reparable Sicherungen
Lediglich in Großbritannien sind noch heute wiederbedrahtbare Sicherungen in Altanlagen gebräuchlich. Der Rewireable Fuse Carrier nach BS 3036 ist mit einem Sicherungsdraht in den Stärke 5, 15, 20 oder 30 Ampere bestückt und befinden sich im Stecker selbst. Allerdings wird zunehmend die dort noch dominante Ring-Circuit durch Unterverteilungen ausgetauscht.
Darüber hinaus gibt es verschiedene Systeme bei denen das Ersetzen („flicken“) des Sicherungsdrahtes im Sicherungselement vorgesehen wurde. Beispielsweise ist das bei dem unter anderem in Großbritannien bis zum Jahr 2001 zulässigen „Wylex-Standard“ der Fall. Die Sicherungseinsätze werden auch als „rewirable fuse“ bezeichnet, sind im britischen Standard BS 3036 [2] festgelegt und wurden bevorzugt in Elektroinstallation mit Ringtopologie nach BS 1363 eingesetzt. Dazu besteht der Sicherungskasten („Consumer-Unit“) aus Einsätzen in welche der Anschlussinhaber einen entsprechenden Sicherungsdraht mit passender Stromstärke selbst einsetzen muss.
Zu diesem Zweck sind im Handel Ersatz-Sicherungsdrähte erhältlich. Aufgrund der Gefahr von Stromunfällen und unsachgemäßer Handhabung wird auch in Großbritannien das Wylex-System durch den Einsatz von Leitungsschutzschaltern ersetzt. In Altinstallationen ist das „Flicken“ von Sicherungen mit Sicherungsdraht aber auch nicht mehr zulässig.
Schaltvermögen
Damit eine Sicherung im Kurzschlussfall sicher auslösen kann, ist es wichtig, dass ihr Schaltvermögen nicht überschritten wird. Das Schaltvermögen ist der maximale zu erwartende „prospektive“ Kurzschlussstrom, den die Sicherung noch sicher abschalten kann, ohne dass ein Lichtbogen stehenbleibt oder die Sicherung selbst zerstört wird (z. B. Zerplatzen des Keramikkörpers). Das bezieht sich auch auf kurzfristige, starke Stromstöße von einigen Millisekunden.
| Typ | Schaltvermögen |
|---|---|
| DII-DV (Diazed) | 50 kA (500 V AC) 8 kA (500 V DC) |
| D0 (Neozed) | 50 kA (400 V AC) 8 kA (250 V DC) |
| DL (DDR) | 20 kA (380/400 V AC) |
| NH (Typ gG) | 100–120 kA (400 / 500 / 690 V AC) 25 kA (250 / 440 V DC) |
| Gerätesicherungen (Feinsicherungen) |
L (kleines Ausschaltvermögen): 35 A bzw. 10×In (250 V AC) H (großes Ausschaltvermögen): 1500 A (250 V AC) Sondertypen bis 10 kA (400 V AC) |
| KFZ-Sicherungen | 1000 A (32 V DC) 500 A – 5 kA |
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 60282-1:2006-12. VDE Verlag, Berlin 2006.
- 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.
- Sicherungshandbuch – Starkstromsicherungen. NH/HH-RECYCLING e. V., Frankfurt 2007.
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ TAB 2007 (PDF 590 KB)
- ↑ Rewireable (semi-enclosed) Fuses (engl.)