Sicherungen (für Anfänger), Wechselstromsicherung in Gleichstromkreisen

Gleichstromsicherungen werden für Gleichstromanwendungen verwendet. Sie dienen dazu, die Last im Ausnahmefall von der Quelle zu trennen. Nach Erfüllung ihrer Aufgabe sind sie nicht mehr verwendbar, dafür aber günstiger als Leistungsschalter.

Können Sicherungen mit Wechselspannungsnennspannung in Gleichstromanwendungen verwendet werden?

Sicherungen müssen für die Wechsel- oder Gleichspannung ausgelegt sein, bei der sie verwendet werden. Im Allgemeinen beträgt die Gleichspannungsnennspannung von Sicherungen die Hälfte der maximalen Wechselspannungsnennspannung. (Beispiel: LLSRK_ID – 600 VAC, 300 VDC) Informationen zu den spezifischen Gleichspannungsnennwerten erhalten Sie beim Hersteller.

Sicherungen (für Anfänger), Wechselstromsicherung in Gleichstromkreisen

Verwenden Sie in Gleichstromkreisen niemals eine Wechselstromsicherung.

Im praktischen Leben als Elektroingenieure und Elektriker überprüfen wir manchmal Steuerschaltkreise und Verteilertafeln und stellen fest, dass in Gleichstromkreisen Wechselstromsicherungen verwendet werden!

Was ist eine Sicherung?

Eine Sicherung ist eine elektrische Sicherheitsvorrichtung, die Stromkreise vor Überstrom oder Kurzschlüssen schützt. Eine Sicherung ist ein einfaches, aber wichtiges Schutzelement. Ohne Sicherung ist kein Gerät funktionsfähig.

Wechselstrom vs. Gleichstrom

Bevor wir uns mit den Gründen befassen, warum Sie in Gleichstromkreisen niemals Wechselstromsicherungen verwenden sollten, wollen wir kurz den Hauptunterschied zwischen Wechsel- und Gleichstrom besprechen.

Wechselstrom ist die Art von Strom, die ihre Richtung und Stärke 50 oder 60 Mal pro Sekunde ändert. Deshalb wird er Wechselstrom genannt. Wechselstrom überschreitet 50/60 Mal pro Sekunde den Nullwert.
Andererseits ist Gleichstrom in beide Richtungen und in beiden Größen konstant und wird erst dann Null, wenn die Stromquelle verloren geht.

Der Übergang auf Null hilft gut

Wie oben erwähnt, überschreitet Wechselstrom 50/60 Mal pro Sekunde das Nullpotential. Daher ist dieser Nullwert hilfreich bei der Entwicklung von Wechselstromsicherungen. Wie ist das möglich? Um dies besser zu verstehen, betrachten wir das Sicherungsprinzip zum Schutz elektrischer Schaltkreise.

Sicherungsprinzip des Schutzes

Eine Sicherung besteht aus einem Metallfaden. Unter normalen Bedingungen fließt eine kleine oder begrenzte Strommenge durch den Faden.

• Bei einer Überlastung oder einem Kurzschluss fließt eine große Strommenge durch den Glühfaden.
• Durch den starken Stromfluss erhitzt sich der Glühfaden und schmilzt.
• Durch das Schmelzen des Glühfadens entsteht eine Lücke zwischen den Sicherungselementen und der Stromfluss wird unterbrochen.

Die Filamentdicke und -länge bestimmen den Nennstrom der Sicherung. Sobald der Stromfluss unterbrochen wird, stoppt das geschützte Gerät den Betrieb. Außerdem besteht Schutz vor Überstrom.

Wenn wir über das im Glühfaden verwendete Material sprechen: Normalerweise besteht es aus Kupfer, Zink, Silber, Aluminium oder einer anderen Legierung mit einem vorhersehbaren Auslösestrom.

Mit anderen Worten: Sicherungen sind einfache Leistungsschalter zur einmaligen Verwendung, die zum Schutz von Wechsel- und Gleichstromkreisen vor Überstrom und Kurzschluss dienen.

Wenn Gleich- oder Wechselstrom durch einen elektrischen Leiter beliebiger Größe fließt, kommt es je nach Leitergröße und Stromstärke zu einem Temperaturanstieg.

Übersteigt der Strom, der durch die AC- oder DC-Sicherung fließt, den Nennwert der Sicherung, steigt die Temperatur immer weiter an, und das Sicherungselement hält dem nicht mehr stand und brennt durch.

Im Moment des Durchbrennens der Sicherung fließt der Strom weiterhin durch die Luft zwischen den durchgebrannten Teilen des Sicherungselements und erzeugt einen Lichtbogen.

Was führt zum Erlöschen des Lichtbogens?

Im AC-Sicherungskasten

Da der Wechselstrom mehrmals pro Sekunde auf Null geht, trägt dieser Nullwert dazu bei, dass der Lichtbogen gelöscht wird.

Im DC-Sicherungskasten

Der Strom geht nie auf Null, daher ist es schwieriger, einen Gleichstromlichtbogen zu löschen als einen Wechselstromlichtbogen. Aus diesem Grund sind Gleichstromsicherungen länger als Wechselstromsicherungen, da diese zusätzliche Länge beim Löschen des Gleichstromlichtbogens hilft.

Die Hauptfrage lautet: Können Wechselstromsicherungen in Gleichstromkreisen verwendet werden? Die Antwort ist eindeutig: Niemals. Wechselstromsicherungen in Gleichstromkreisen sind gefährlich! Die Verwendung von Wechselstromsicherungen in Gleichstromkreisen führt dazu, dass der Lichtbogen nicht sicher gelöscht wird und es zu einem Brand kommen kann.

Verschiedene Arten von Sicherungen

Wie oben erläutert, ist die Sicherung ein wichtiges Schutzgerät. Heutzutage sind zwei Haupttypen von Systemen im Einsatz: Wechselstrom und Gleichstrom. Daher gibt es auch zwei Arten von Sicherungen: Wechselstromsicherungen und Gleichstromsicherungen.

AC-Sicherungen

Wechselstromsicherungen bestehen aus Niederspannungs- und Hochspannungssicherungen. Diese werden folgendermaßen weiter unterteilt.

Niederspannungssicherungen

Dieser Sicherungstyp wird in Niederspannungsverteilungsnetzen verwendet. Es gibt verschiedene Arten von Niederspannungssicherungen.

• Schaltersicherung
• Patronensicherung
• Wiederverdrahtbare Sicherung
• Ausfallsicherung.
• Aufklebersicherung.

Hochspannungssicherungen

Dieser Sicherungstyp wird in Hochspannungs-Wechselstromübertragungsleitungen verwendet. Er besteht aus:

• Auswurfsicherung.
• Sicherung mit hohem Entladestrom (HRC).

DC-Sicherungen

Gleichstromsicherungen werden für Gleichstromgeräte hergestellt. Es gibt verschiedene Arten von Gleichstromsicherungen:

• Patronensicherung.
• Kfz-Sicherung.
• Rückstellbare Sicherung.
• Halbleiter- und Überspannungsschutzsicherungen.

Haben Sicherungen ein positives und ein negatives Ende?

Sicherungen haben keine Polarität und keine positiven oder negativen Seiten; sie können in Sicherungshalter mit beliebiger Polarität eingesetzt werden. In einem typischen Stromkreis ist eine Sicherung ein Leiter. Daher fehlt ihr jegliche Richtung, Polarität oder Orientierung. Aufgrund ihres hohen Schmelzpunkts unterbricht die Sicherung den Stromfluss unabhängig von der Stromrichtung.

Eine Halbleitersicherung unterscheidet sich von einer Zeitverzögerungssicherung dadurch, dass sie aus reinem Silber besteht und im Kurzschlussfall schnell schmilzt, weshalb sie auch als flinke Sicherung bezeichnet wird.

Haben alle Sicherungen die gleiche Funktion?

Obwohl nicht alle Sicherungen gleich funktionieren, werden sie alle durch Überlaststrom und Betriebsdauer beeinflusst. Eine unzerstörbare Sicherung gibt es nicht. Selbst in der perfektesten elektrischen Anlage, die nie überlastet wird, brennt irgendwann eine Sicherung durch.

Laut Little Fuses „Fuseology“ dient eine Sicherung als Opferelement. Ein leitfähiger Materialstreifen in einer Sicherung, allgemein bekannt als „Unterbrechungsfunktion“, schmilzt, wenn die Sicherung überlastet wird. Bei einer Überlastung oder einem Kurzschluss schützt die Sicherung das übergeordnete System, indem sie den Stromkreis unterbricht oder öffnet.

Die überwiegende Mehrheit der in der Automobilelektrik verwendeten Sicherungen sind Flachsicherungen mit zwei Stiften, die in eine winzige Fassung passen. Da jedoch immer mehr Autos mit Extras ausgestattet werden, die eine höhere Strombelastbarkeit erfordern, hat die Verwendung von Schraubsicherungen zugenommen. Patronensicherungen sind in Fällen beliebt geworden, in denen zur optimalen Platzausnutzung kleinere Stellflächen erforderlich sind.

Kann eine Sicherung vor Hochspannung schützen?

Ja, eine Sicherung kann vor Hochspannung schützen. Dazu benötigen Sie jedoch eine Sicherung mit geeigneter Nennleistung, um einen Stromkreis vor Hochspannung zu schützen. Wenn Hochspannung durch einen dünnen Metalldraht fließt, erwärmt sich das Metall und schmilzt, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird.

Eine Sicherung ist aufgrund des Bedarfs an schmelzendem Metall temperaturabhängig. Eine Sicherung in einem Ofen oder Brennofen brennt bereits bei geringerer Stromstärke durch, während eine Sicherung in einer kalten Umgebung ein Vielfaches, wenn nicht Jahrzehnte, mehr Strom zum Durchbrennen benötigt als eine Sicherung bei Durchschnittstemperatur.

Ein weiteres Szenario ist die Art und Weise, wie die Sicherung durchbrennt. Bei einem geringen Überstrom kann es mehrere Minuten dauern, bis die Sicherung schmilzt und den Stromkreis öffnet. Wird die Sicherung durch einen Kurzschluss von 1.000 A ausgelöst, schmilzt das Metall und explodiert im Inneren der Isolierhülle.

Eine Hochspannungssicherung muss zwischen ihren Anschlüssen Kriech- und Luftstrecken aufweisen, die die Sicherheitsanforderungen übertreffen. Darüber hinaus muss gewährleistet sein, dass die Sicherung einen Hochspannungskreis unterbricht, unabhängig davon, wie schnell oder langsam sie explodiert.

Beeinflusst die Spannung eine Sicherung?

Ja, natürlich wirkt sich die Spannung auf eine Sicherung aus, und die Nennspannung der angegebenen Sicherung muss größer oder gleich der Stromkreisspannung sein. Aufgrund des geringen Widerstands von Sicherungen ist die Nennspannung nur relevant, während die Sicherung versucht, sich zu öffnen.

Sicherungselemente müssen in der Lage sein, sich schnell zu öffnen und den Lichtbogen nach dem Schmelzen zu löschen. Außerdem müssen sie verhindern, dass die Leerlaufspannung im System über das offene Sicherungselement durchschlägt.

Sicherungseinsätze sind spannungsempfindliche Geräte und es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Fähigkeit eines Sicherungseinsatzes, in Fehlersituationen ordnungsgemäß zu funktionieren, von der Systemspannung abhängt.

Sie dürfen daher nicht in Stromkreisen mit höheren Spannungen als ihrer Nennspannung verwendet werden. In Stromkreisen mit niedrigeren Spannungspegeln können sie jedoch erfolgreich eingesetzt werden.

Warum haben Sicherungen Nennspannungen?

Sicherungen haben eine Nennspannung, da diese durch ihre Fähigkeit bestimmt wird, im Falle eines Überstroms einen Stromkreis zu öffnen. Die Nennspannung beeinflusst insbesondere die Fähigkeit der Sicherung, interne Lichtbögen zu verhindern, die entstehen, wenn ein Sicherungseinsatz schmilzt und ein Lichtbogen entsteht.

Die Lichtbogenunterdrückung wird beeinträchtigt, wenn eine Sicherung mit einer niedrigeren Nennspannung als die Stromkreisspannung verwendet wird. In manchen Überstromsituationen kann die Sicherung den Überstrom möglicherweise nicht sicher beseitigen.

Bei Versorgung aus dreiphasigen, sicher geerdeten 480/277-V-Stromkreisen mit einer einphasigen Außenleiterspannung von 277 V können Sicherungen mit einer Nennspannung von 300 V zum Schutz einphasiger Außenleiterlasten verwendet werden.

Dies ist zulässig, da eine 300-V-Sicherung in dieser Anwendung keine höhere Spannung als ihre Nennspannung von 300 V unterbrechen muss. Besondere Vorsicht ist geboten, wenn eine Halbleitersicherung in einem Stromkreis mit einer niedrigeren Nennspannung verwendet wird.

Lesen Sie auch meinen Artikel „Wie sich Temperaturanstiege auf elektrische Geräte auswirken“.

Ist es normal, dass eine Autosicherung heiß wird?

Nein, es ist nicht normal, dass eine Sicherung heiß wird. Das ist kein Grund zur Beunruhigung, wenn die Sicherungen Ihres Autos heiß werden. Strom, der über einen Widerstand fließt, führt zu einer Erwärmung der Sicherung im Stromkreis eines Autos.

Ein Strom, der weit unter dem Sicherungswert liegt, kann genug Hitze erzeugen, um einen Inline-Sicherungshalter zu schmelzen, wenn beim Kontakt zwischen der Sicherung und dem Sicherungshalter ein erheblicher Widerstand vorhanden ist.

Beachten Sie, dass die Erwärmung der elektrischen Sicherung im Auto nicht immer schnell erfolgt. Der anfängliche Widerstand kann zwar geringer sein und die erste Erwärmung reicht möglicherweise nicht aus, um den Schmelzpunkt der Sicherung zu erreichen. Die Hitze kann jedoch zur Oxidation der Metallverbindungen führen und so den Kontaktwiderstand erhöhen.

Bewirkt, dass eine Sicherung heiß wird

• Wenn zu viele Nachrüstgeräte (Handyladegerät, GPS-Gerät, Stereoverstärker usw.) an den Stromkreis angeschlossen sind, kann es zu einem übermäßigen Stromfluss kommen, der dazu führt, dass die Autosicherung heiß wird.
• Wenn das werkseitig installierte Gerät aufgrund der hohen Stromaufnahme Fehlfunktionen aufweist, kann dies an einer überhitzten Sicherung liegen.
• Korrodierte Anschlüsse, Kabel oder ein Gerät, das Fehlfunktionen aufweist und den normalen Stromfluss behindert, sind alles Ursachen für einen hohen Widerstand, der zum Überhitzen der Autosicherungen führen kann.

Sie müssen die einzelnen Stromkreise isolieren, den Sicherungskasten in Ruhe lassen und sie auf Stromfluss/-aufnahme prüfen. Sie können auf alles stoßen, beispielsweise einen Heizungsgebläsemotor, der doppelt so viel Strom verbraucht wie er sollte.

Um einen hohen Widerstand festzustellen, würde ich jeden Stromkreis noch einmal isolieren und einen Spannungsabfalltest an jedem einzelnen durchführen, einschließlich der Stromleitung des Sicherungskastens.

Möglicherweise hat sich in einer unsichtbaren Verbindung Korrosion gebildet. Mit einem Spannungsabfalltest können Sie hingegen genau feststellen, welcher Teil des Kabels, Geräts oder der Verbindung fehlerhaft ist.

Was sind die Standard-Sicherungsgrößen?

Gemäß 240.6 sind Sicherungen und Leistungsschalter mit fester Auslösung in den folgenden Größen erhältlich: 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1600, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000 und 6000 Ampere, anstelle dieser zusätzlichen Standard-Sicherungsgrößen sind 601 und 10, 6, 3, 1 Ampere.

Sollte die Sicherung positiv oder negativ sein?

Den erforderlichen Schutz bietet allein eine Sicherung am Pluspol, die ausreicht, um Ihren Stromkreis zu schützen. Die Sicherung sollte möglichst nahe an der Quelle platziert werden.

Ein Grund hierfür ist, dass Trennsicherungen häufig in Wechselstromanwendungen eingesetzt werden, bei denen sowohl Phase als auch Neutralleiter getrennt werden müssen. Trotzdem kann eine Sicherung auf der Phase und eine Verbindung auf dem Neutralleiter verwendet werden.

Was führt dazu, dass eine Sicherung durchbrennt?

Ein Kurzschluss führt immer zum Auslösen eines Leistungsschalters oder zum Durchbrennen einer Sicherung. Er kann außerdem Funken, Knallgeräusche und möglicherweise Rauch erzeugen. Wenn Sie sich fragen, was schiefgelaufen ist und wie ein Kurzschluss eine Sicherung durchbrennen lässt, sehen Sie sich die folgende Liste an.

Es wurde der falsche Sicherungstyp installiert

Sicherungen sind in verschiedenen Formen, Größen und Kombinationen erhältlich. Viele sehen identisch aus, haben aber sehr unterschiedliche Zwecke. Wenn Sie oder jemand anderes eine Sicherung mit dem falschen Nennwert in einen Sicherungshalter eingesetzt hat, kann dies dazu führen, dass das Gerät beim Betrieb unter der Sicherung durchbrennt, weil es einen höheren Strom als den Nennwert der Sicherung gezogen hat.

Beschädigte oder veraltete Steckdosen

Bei defekten Verkabelungen oder verbundenen Elementen besteht die Gefahr eines Stromausfalls (Überspannung), der eine Sicherung durchbrennen lässt. Das Problem liegt also nicht an einer defekten Sicherung, sondern an einer Fehlfunktion der Geräte.

Ein überlasteter Stromkreis

In diesem Fall können Sie den Verursacher identifizieren, indem Sie nach einer überlasteten Steckdose oder einem einzelnen Gerät suchen. Erwägen Sie die Verwendung einer Steckdosenleiste mit einem Stecker in jeder Steckdose, insbesondere wenn die angeschlossenen Geräte einen hohen Energieverbrauch haben.

Ein Kurzschluss

Ein elektrischer Defekt ist beispielsweise ein Kurzschluss. Ein Kurzschluss entsteht, wenn der elektrische Strom aufgrund fehlenden Widerstands (z. B. durch eine Isolierung oder einen Leistungsschalter) von seinem vorgesehenen Verlauf (Stromkreis) abweicht.

Dadurch wird die Verbindung zwischen den beiden Leitern, die den Stromkreis mit Strom versorgen, beeinträchtigt, und durch den Kurzschluss oder Fehler fließt zu viel Strom in die Stromquelle. Überlastete Leitungen führen zu Überspannungen und verursachen Schäden. Ein Kurzschluss kann das elektrische Gerät, das ihn verursacht hat, zerstören.

Ein Erdschluss

Ein Erdschluss ist eine Art Kurzschluss, bei dem der Streustrom direkt zur Erde (Masse) fließt oder ein geerdetes Element des Systems berührt.

Wenn eine Person den schwachen Leiter zum Boden berührt, steigt das Risiko eines Stromschlags. Aus diesem Grund findet man in Küchen und Toiletten häufig FI-Schutzschalter.

Ein Lichtbogenfehler

Lichtbogenfehler entstehen durch Probleme mit der Verdrahtung und den Anschlussklemmen, beispielsweise durch eine lose Klemmenschraube. Wenn Ihr Haus über aktuelle Lichtbogenschutzschalter (AFCIs) verfügt, lösen diese den Stromkreis aus, wenn bei defekter Verdrahtung ein Funke entsteht.