Auswahl von Sicherungen anhand von Nennspannung und Nennstrom

In der Welt der Elektrotechnik sind Sicherungen die unbesungenen Helden. Diese kleinen, aufopferungsvollen Geräte sind die erste Verteidigungslinie und schützen im Stillen teure Geräte, komplexe Systeme und vor allem Menschenleben vor den Gefahren von Überströmen. Die Auswahl der richtigen Sicherung ist eine wichtige technische Entscheidung, die heute komplexer denn je ist, auch wenn sie einfach erscheint.

Die elektrische Landschaft entwickelt sich rasch weiter. Das Aufkommen von Solarenergie, Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen (ESS) bedeutet, dass Ingenieure mit höheren Gleichspannungen und komplexeren Lastprofilen arbeiten müssen. In diesem Umfeld, in dem viel auf dem Spiel steht, ist eine schlecht gewählte Sicherung nicht nur lästig, sondern kann zu einem katastrophalen Ausfall führen. Ein einfacher Fehler bei Sicherungsauswahl kann zur Zerstörung von Geräten, zu Brandgefahr und zu erheblichen Ausfallzeiten führen.

Dieser umfassende Leitfaden führt Sie durch die wesentlichen Grundsätze der Sicherungsauslegung. Wir werden entmystifizieren Spannungswerte, aktuelle Ratings, und die entscheidende, aber oft übersehene Ausschaltvermögen. Am Ende des Kurses wissen Sie, wie Sie die richtige Sicherung für jede Anwendung auswählen, damit Ihre Systeme sicher, zuverlässig und konform sind.

Verstehen der Spannungswerte von Sicherungen

Die Nennspannung einer Sicherung ist vielleicht die am meisten missverstandene Angabe, doch sie ist für die Sicherheit von grundlegender Bedeutung. Sie gibt nicht die Spannung an, mit der die Sicherung arbeitet, sondern die maximale Stromkreisspannung, bei der die Sicherung sicher öffnen kann (Unterbrechung des Stroms) während eines Fehlerzustands.

Die Kardinalregel für die Auswahl von Sicherungen ist einfach: Die Nennspannung der Sicherung muss gleich oder größer sein als die maximale Spannung des Stromkreises.

Wenn eine Sicherung durchbrennt, schmilzt das innere Element und es entsteht eine Lücke. Die Spannung des Stromkreises versucht, diese Lücke zu überspringen, wodurch ein elektrischer Lichtbogen entsteht. Die Sicherung ist so konzipiert, dass sie diesen Lichtbogen sicher löscht. Wenn die Spannung des Stromkreises höher ist als die Nennleistung der Sicherung, kann die Sicherung den Lichtbogen nicht löschen, was zu einem anhaltenden Stromfluss, einem heftigen Bruch des Sicherungsgehäuses und einem möglichen Brand führt.

Warum DC-Schaltkreise besondere Aufmerksamkeit erfordern

Die Unterbrechung eines Wechselstromkreises ist relativ einfach. Die Wechselspannung durchläuft den Nullpunkt 100 oder 120 Mal pro Sekunde (bei 50/60 Hz), was dazu beiträgt, den Lichtbogen in der Sicherung auf natürliche Weise zu löschen.

Die Gleichspannung ist jedoch konstant. Es gibt keinen Nulldurchgangspunkt. Dadurch ist der Lichtbogen viel schwieriger zu löschen. Die Energie ist unerbittlich, hält den Lichtbogen aufrecht und erzeugt große Hitze.

⚠️ Sicherheitswarnung: Verwenden Sie niemals eine Sicherung, die nur für Wechselstrom ausgelegt ist, in einem Gleichstromkreis. Eine AC-Sicherung wird wahrscheinlich einen DC-Fehler nicht sicher löschen können. Sicherungen, die für Gleichstromanwendungen ausgelegt sind (wie gPV-Sicherungen) haben einen speziellen inneren Aufbau, der oft lichtbogenlöschende Materialien wie Quarzsand enthält, um die besondere Herausforderung der Unterbrechung von Gleichströmen zu bewältigen. Verwenden Sie immer eine Sicherung, die speziell für die Gleichspannung Ihres Systems ausgelegt ist.

Bestimmung der korrekten Stromstärke

Die aktuelles Rating (oder Amperezahl) ist die Angabe, mit der die meisten Menschen vertraut sind. Sie gibt die maximale Stromstärke an, die die Sicherung dauerhaft führen kann, ohne auszulösen.

Das bedeutet nicht, dass eine 10-A-Sicherung bei 10,1 A sofort durchbrennt. Sicherungen haben eine bestimmte “Schmelzzeit”, die umgekehrt proportional zum Strom ist. Bei einer geringen Überlast öffnet sie erst nach einer längeren Zeit, während sie bei einem größeren Kurzschluss fast sofort auslöst.

Für Dauerlasten schreiben Industrienormen wie der National Electrical Code (NEC) Artikel 240 einen Sicherheitszuschlag vor. Eine allgemeine Faustregel besagt, dass die Sicherung mindestens so groß sein muss wie 125% des Dauerbetriebsstroms des Stromkreises.

Formel: Mindest-Sicherungswert = Normaler Betriebsstrom × 1,25

Dieser Derating-Faktor berücksichtigt Schwankungen der Umgebungstemperatur und normale Lastschwankungen und verhindert unerwünschte Auslösungen, während er gleichzeitig eine robuste elektrischer Schutz. Ein Stromkreis mit einer Dauerlast von 8 A sollte beispielsweise mit einer Sicherung von mindestens 10 A abgesichert werden (8A × 1,25 = 10A).

Häufig zu vermeidende Fehler bei der Strombewertung

1. Temperaturderating ignorieren: Die Leistung von Sicherungen wird durch die Umgebungstemperatur beeinflusst. In heißen Umgebungen (z. B. in einem Verteilerkasten mit direkter Sonneneinstrahlung) verringert sich der effektive Nennstrom einer Sicherung. Konsultieren Sie die Datenblätter der Hersteller für Temperaturabbaukurven.
2. “Überdimensionierung” aus Bequemlichkeit: Die Wahl einer viel größeren Sicherung zur Vermeidung von Fehlauslösungen ist eine gefährliche Praxis. Die Sicherung ist dazu da, das Kabel und das Gerät zu schützen. Eine überdimensionierte Sicherung wird nicht auslösen, wenn sie es sollte, was zu Überhitzung und Feuer führen kann.
3. Verwechslung von Nennstrom und Schaltleistung: Das sind zwei verschiedene Dinge. Bei der Stromstärke geht es um die normale Belastung, bei der Schaltleistung um das Überstehen eines schweren Fehlers.

Sicherungstypen und ihre Anwendungen

Nicht alle Sicherungen sind gleich. Ihr innerer Aufbau diktiert, wie schnell sie auf einen Überstrom reagieren und definiert ihre Sicherungstyp. Die drei gängigsten Kategorien sind flinke Sicherungen, zeitverzögerte Sicherungen und spezielle Sicherungen wie gPV für Solaranlagen.

• Schnell wirkend (F-Typ): Diese Sicherungen haben ein einzelnes Element, das sehr schnell schmilzt, wenn sein Nennwert überschritten wird. Sie bieten sofortigen Schutz und werden für empfindliche elektronische Geräte, ohmsche Lasten und Stromkreise verwendet, bei denen keine Einschaltströme zu erwarten sind.
• Zeitverzögerung (T-Typ): Diese auch als träge“ bezeichneten Sicherungen sind dafür ausgelegt, vorübergehenden Einschaltströmen standzuhalten, wie sie beispielsweise beim Starten eines Motors oder beim Einschalten eines Transformators auftreten. Sie sind in der Regel mit zwei Elementen ausgestattet, so dass sie einen kurzen, harmlosen Stromstoß bewältigen können, ohne auszulösen.
• gPV-Sicherungen (Solar): Es handelt sich um eine besondere Klasse von Sicherungen, die speziell für den Schutz von Photovoltaik-Anlagen (PV) entwickelt wurden, wie sie von der IEC 60269-6 Standard. Sie sind so konstruiert, dass sie Gleichströme sicher unterbrechen, die besonderen Überstromeigenschaften von Solaranlagen (geringe Überlast, hohe Fehlerströme) bewältigen und eine hohe Ausschaltvermögen.

Wann ist welcher Sicherungstyp zu verwenden?

• Verwenden Sie eine schnell auslösende Sicherung zum Schutz einer SPS, eines VFD-Eingangs (Variable Frequency Drive) oder eines anderen empfindlichen elektronischen Geräts, das selbst durch einen kurzen Stromstoß beschädigt werden könnte.
• Verwenden Sie eine zeitverzögerte Sicherung für einen Motorsteuerkreis, einen Leistungstransformator oder eine induktive Last, die einen hohen, aber kurzen Einschaltstrom aufweist. Die Verwendung einer flinken Sicherung würde hier zu einer ständigen Fehlauslösung führen.
• Verwenden Sie eine gPV-Sicherung ausschließlich für Solarmodulstränge, Batteriebänke und andere Hochspannungs-Gleichstromanwendungen. Ihr Design ist für die strengen Anforderungen einer DC-Fehlerunterbrechung zertifiziert. CNKUANGYA bietet eine vollständige Palette von gPV-Solarsicherungen mit den weltweiten Normen übereinstimmen.

Schaltleistung: Die oft übersehene Spezifikation

Die Spannungs- und Stromangaben beziehen sich auf den normalen Betrieb, Ausschaltvermögen (auch genannt Unterbrechung Bewertung oder Icn) geht es darum, ein Worst-Case-Szenario zu überleben. Es ist die maximaler Fehlerstrom die eine Sicherung sicher unterbrechen kann, ohne auszubrechen oder eine Gefahr zu verursachen.

Im Falle eines Kurzschlusses kann der Strom kurzzeitig auf Tausende von Ampere ansteigen. Wenn das Ausschaltvermögen der Sicherung geringer ist als der verfügbare Fehlerstrom, kann sie buchstäblich explodieren, den Strom nicht stoppen und einen gefährlichen Lichtbogen erzeugen.

Die Regel: Das Ausschaltvermögen der Sicherung muss größer sein als der maximal zu erwartende Fehlerstrom an der Einbaustelle.

• Wohnsitz: Typischerweise 10kA
• Kommerziell: 15kA bis 25kA
• Industrielle Solarenergie/Versorgungswirtschaftliche Solarenergie: 30kA bis 50kA oder höher

Das hohe Ausschaltvermögen von Sicherungen wie den gPV-Modellen wird durch eine robuste Konstruktion erreicht. Eine dauerhafte Keramikkörper enthält die intensive Hitze und den Druck, während der Innenraum mit hochreinem Wasser gefüllt ist. Quarzsand. Bei einem Störfall schmilzt der Sand um den Lichtbogen herum, absorbiert die Wärmeenergie und hilft, ihn schnell und sicher zu löschen.

Schritt-für-Schritt-Auswahlverfahren für Sicherungen

Die Einhaltung eines strukturierten Prozesses gewährleistet, dass alle kritischen Faktoren berücksichtigt werden, was zu einer sicheren und zuverlässigen Auswahl der Sicherungen führt.

1. Identifizieren Sie die Anwendung: Bestimmen Sie den Lasttyp (Motor, Elektronik, Solar) und seine Eigenschaften.
2. Spannung bestimmen: Ermitteln Sie die maximale Systemspannung (AC oder DC) und wählen Sie eine Sicherung mit einem gleiche oder höhere Nennspannung.
3. Berechnen Sie den Stromwert: Bestimmen Sie den normalen Dauerbetriebsstrom und multiplizieren Sie ihn mit 1,25, um den Mindestwert der Sicherung zu ermitteln.
4. Wählen Sie die Standardgröße: Wählen Sie die nächste verfügbare Standardsicherungsgröße, die gleich oder größer ist als Ihr berechnetes Minimum.
5. Sicherungstyp bestimmen: Wählen Sie je nach Einschaltstrom eine flinke oder träge Sicherung. Für PV immer gPV verwenden.
6. Überprüfen Sie die Bruchfestigkeit: Stellen Sie sicher, dass der Unterbrechungswert der Sicherung höher ist als der maximale potenzielle Fehlerstrom des Systems.
7. Normen prüfen: Vergewissern Sie sich, dass die Sicherung den einschlägigen Sicherheitsnormen für Ihre Anwendung und Region entspricht (z. B. IEC 60269, UL 248).

Beispiel: Bemessung einer Sicherung für einen 10-kW-Solar-PV-Strang

• 1. Anwendung: Schutz der PV-Stränge in einem Kombinationskasten.
• 2. Spannung: Der String besteht aus 20 Paneelen, jedes mit einer Spannung von 49,5 V. Nach Anwendung eines Temperaturkorrekturfaktors von 1,15 für kaltes Wetter, Maximale Systemspannung = 20 × 49,5V × 1,15 = 1138,5V DC. Wir müssen eine 1500V DC Nennsicherung.
• 3. Strom: Der Isc-Wert des Panels beträgt 9,8 A. Mindestabsicherung = 9,8A × 1,25 = 12,25A.
• 4. Standardgröße: Die nächsthöhere Standardgröße ist 15A.
• 5. Sicherung Typ: Es handelt sich um eine DC-Solaranwendung, daher müssen wir eine gPV-Sicherung.
• 6. Bruchfestigkeit: Der verfügbare Fehlerstrom wird mit 8 kA berechnet. Wir wählen eine gPV-Sicherung mit einer 30kA Ausschaltvermögen und bietet eine große Sicherheitsmarge.
• 7. Normen: Die Sicherung muss zertifiziert sein für IEC 60269-6.

Die richtige Wahl ist ein 15A, 1500V DC, gPV-Sicherung mit einem Ausschaltvermögen von 30kA.

Besondere Überlegungen für moderne Anwendungen

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

1. Kann ich eine Sicherung mit einem höheren Spannungswert verwenden, als für meinen Stromkreis erforderlich ist?\
Ja. Die Verwendung einer Sicherung mit einem höheren Spannungswert ist absolut sicher. Sie können zum Beispiel eine 600-V-Sicherung in einem 240-V-Stromkreis verwenden. Sie können jedoch niemals eine Sicherung mit niedrigerem Nennwert verwenden.

2. Was passiert, wenn ich eine AC-Sicherung in einem DC-Stromkreis verwende?\
⚠️ Das ist extrem gefährlich. Die AC-Sicherung ist nicht dafür ausgelegt, einen anhaltenden DC-Lichtbogen zu löschen. Sie wird wahrscheinlich überhitzen, den Fehler nicht löschen und könnte brechen und einen Brand oder Lichtbogen verursachen.

3. Warum haben die Sicherungen einen Derating-Faktor von 125%?\
Dieser Sicherheitsspielraum, der häufig von elektrischen Vorschriften wie dem NEC vorgeschrieben wird, verhindert “Fehlauslösungen” durch geringfügige, harmlose Stromschwankungen und berücksichtigt die Umgebungswärme, die die Leistung einer Sicherung beeinträchtigen kann. So wird sichergestellt, dass die Sicherung nur bei einem echten Überstromereignis auslöst.

4. Wie kann ich den maximalen Fehlerstrom in meinem Stromkreis berechnen?\
Dies ist eine komplexe Berechnung, bei der die Impedanz der Stromquelle, die Leitungslängen und die Daten des Transformators berücksichtigt werden. Bei kritischen Systemen sollte sie von einem qualifizierten Elektroingenieur unter Verwendung einer speziellen Software durchgeführt werden. Für einfachere Systeme können konservative Schätzungen vorgenommen werden, aber es ist immer besser, die Schaltleistung zu überschätzen.

5. Was ist der Unterschied zwischen Schaltleistung und Nennstrom?\
Aktuelle Bewertung ist der normale Strom, den die Sicherung dauerhaft bewältigen kann. Schaltleistung ist der maximale Fehlerstrom, den er im schlimmsten Fall sicher unterbrechen kann. Es handelt sich um völlig unterschiedliche Spezifikationen.

6. Kann ich eine träge Sicherung durch eine flinke Sicherung ersetzen?\
Nein. Wenn der Stromkreis für eine träge Sicherung ausgelegt ist (z. B. ein Motor), wird eine flinke Sicherung unnötigerweise bei jedem Start des Geräts auslösen. Sie müssen eine Sicherung durch eine Sicherung desselben Typs (oder eine zugelassene gleichwertige) ersetzen.

7. Wie lese ich die Kennzeichnungen und Nennwerte von Sicherungen?\
Sicherungen sind in der Regel mit ihren Nennwerten gestempelt. Sie sehen die Spannung (z. B. “600Vac” oder “1000Vdc”), die Stromstärke (z. B. “20A”) und oft auch den Sicherungstyp (z. B. “T” für zeitverzögert oder “gPV” für Solar).

8. Auf welche Normen sollte ich beim Kauf von Sicherungen achten?\
Achten Sie auf Zertifizierungen von anerkannten Stellen. Für Nordamerika ist dies UL (Underwriters Laboratories). Für Europa und viele andere Regionen ist es IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission). Die spezifische Norm für Solaranlagen lautet IEC 60269-6. Seriöse Hersteller wie CNKUANGYA lassen ihre Produkte stets nach diesen Normen zertifizieren.

Schlussfolgerung: Eine kritische Entscheidung für die Sicherheit

Die richtige Auswahl von Sicherungen ist ein Grundpfeiler der elektrischen Sicherheit. Sie mag zwar komplex erscheinen, lässt sich aber auf drei entscheidende Parameter reduzieren: eine angemessene Nennspannung, eine richtig dimensionierte aktuelles Rating, und eine ausreichende Ausschaltvermögen. Wenn Sie sich bei einem dieser Punkte vertun, gefährden Sie die Integrität Ihres gesamten Schutzsystems.

Da die Technologie immer höhere Spannungen und eine größere Leistungsdichte anstrebt, wird die Rolle dieser kleinen, aber mächtigen Geräte immer wichtiger. Die Zukunft mag “intelligente Sicherungen” mit integrierter Überwachung bringen, aber die grundlegenden Prinzipien der Physik und der Sicherheit werden bleiben. Wenn Sie die Konzepte in diesem Leitfaden verstehen und anwenden, können Sie sicherstellen, dass Ihre Entwürfe nicht nur funktional, sondern auch grundlegend sicher sind.

Welches ist das schwierigste Szenario bei der Auswahl von Sicherungen, das Sie bei Ihren Projekten erlebt haben? Wie wird sich Ihrer Meinung nach das Aufkommen von Gleichstrom-Mikronetzen auf die künftige Gestaltung von Sicherungen auswirken?