Eine einfache Sicherung. Wirklich?

Funktionsweise von Sicherungen

Sicherungen beinhalten ein metallisches Element, das aufgrund von Überstrom bis zum Schmelzpunkt erwärmt wird. Das Element ist so gebaut, dass es im Verhältnis zu verschiedenen Überstromwerten innerhalb einer vorgegebenen Zeit schmilzt.
Sobald das Element schmilzt, erzeugt die Stromspannung über den beiden Enden des offenen Elements einen Lichtbogen.
Die Sicherung ist so konzipiert, dass der Lichtbogen nur in der Sicherung brennt und ohne Beschädigung des Sicherungsgehäuses gelöscht wird (Glas/Keramikröhre, Plastikgehäuse usw.). Der Lichtbogen wird gelöscht, wenn die Enden des Elements so weit abgebrannt sind, dass der Lichtbogen über den zunehmenden Abstand nicht aufrecht erhalten werden kann.
Manche Sicherungen wenden einen „Füllstoff“, typischerweise Siliziumsand, an, um den Lichtbogen einzudämmen und zu löschen.

Was gilt es zu beachten?

Nennstrom, Einschaltstrom

1. Laut EC 60127 und EN 60127 entspricht bei Sicherungen der Nennstrom dem Dauerstrom, der durch die Sicherung fließt, ohne dass die Sicherung unterbrochen wird.
2. Laut UL 248-14 entspricht der Nennstrom dem Strom, der den Sicherungseinsatz schon nach wenigen Stunden unterbrechen würde. Laut UL ist der kontinuierliche Stromfluss ohne Beeinträchtigung des Sicherungseinsatzes ca. 0,75 In.

Spannungswert (AC- oder DC-Spannung)
Der Spannungswert der Sicherung muss gleich oder größer als die Stromkreisspannung sein. Falls die Stromkreisspannung wesentlich geringer ist, als die Nennspannung der Sicherung, gilt es auf den Spannungsabfall bei der Sicherung zu achten. Wenn sich das Metallelement dem Schmelzpunkt nähert, nimmt der Spannungsabfall zu. Die Stromkreisspannung muss soweit ausreichen, dass die Stromstärke das Element unterbrechen kann.

Umgebungstemperatur
Sicherungsstromwerte werden bei 23°C (IEC) oder 25°C (UL) gemessen. Bei Anwendungen in der Praxis kann die Umgebungstemperatur der Sicherung weitaus höher sein, vor allem dann, wenn die Sicherung in einem nicht freiliegenden Sicherungshalter verwendet wird oder in der Nähe Hitze erzeugender Komponenten montiert ist. Bei einer solchen Anwendung muss der Einschaltstrom (In) gemäß den Herstellerempfehlungen herabgesetzt werden.

Überstrom und Öffnungszeit
Die Zeit-Stromkennlinie gibt das Verhältnis zwischen der Zeit, die es bis zum Schmelzen des Elements braucht (Schmelzzeit) und der Stromstärke an.

Die tatsächliche Zeit-Stromkennlinie liegt zwischen den Imin- und Imax-Kurven.

Abschaltleistung
Eine Sicherung muss den Stromkreis unter Kurzschlussbedingungen öffnen können, ohne dass die Umgebung gefährdet wird. Die Abschaltleistung wird als der Maximalstrom bei Nennspannung definiert, den das Gerät sicher, ohne Störungen öffnen kann. Sie muss gleich oder größer als der verfügbare Kurzschlussschutz sein.
Die Abschaltleistung bei Sicherungen mit 5 x 20 mm beträgt typischerweise, je nachdem, welche Stromstärke höher ist, 35 A oder 10 x In.

Einschaltstrom
Beim Einschalten lädt jeder AC/DC-Wandler den Kondensator hinter dem Brückengleichrichter. Die Sicherung muss dem Einschaltstrom standhalten, ohne dass der Stromkreis unterbrochen wird. Zur Erfüllung dieser Bedingung muss der i2t-Wert größer sein, als der gemessene Einschaltstrom i2t.

Darüber hinaus muss die Sicherung über die gesamte Lebensdauer des Geräts dem Einschaltstrom standhalten. In einem solchen Fall ist es erforderlich, die Sicherung mit einem höheren i2t-Wert zu verwenden

Anwendungsbeispiel:
Angenommen der Einschaltstrom hat die gleiche Form wie auf der Abbildung oben.
Die Stromversorgung wird zweimal täglich, 240 Tage im Jahr eingeschaltet, die voraussichtliche Lebensdauer beträgt 10 Jahre. Bei dem Design wird eine träge Sicherung verwendet.
Ip=13A, τ=5ms, daraus folgt i2t=0,5*13^2*0,005=0,422A2s.

Die Stromversorgung wird 4 800 mal eingeschaltet. Die Kurve zeigt, dass der berechnete i2t lediglich 30% des erforderlichen i2t entspricht.
Erforderlicher i2treq = i2t/F=1,407 A2s.

Sicherung in Sicherungseinsatz
Sicherungen mit 5 x 20 mm befinden sich oftmals in einem Sicherungseinsatz. Der Strom, der zwischen Sicherung und Sicherungseinsatz durch die Sicherung und den Übergangswiderstand fließt, erzeugt eine Verlustleistung. Die Aufnahmeleistung des Sicherungseinsatzes bei einer bestimmten Umgebungstemperatur soll höher sein, als die erzeugte Verlustleistung.

Anwendungsprüfung und -verifizierung vor der Produktion
Die hier erwähnten Faktoren sollten bei der Auswahl von Sicherungen für den entsprechenden Anwendungszweck berücksichtigt werden. Der nächste Schritt ist die Prüfung der Sicherungsleistung unter Normalbedingungen sowie Überlastprüfungen unter Fehlerbedingungen, um sicherzustellen, dass die Sicherung in dem Stromkreis ordnungsgemäß funktionieren wird.

Bitte schauen Sie sich auf unseren Webseiten unsere Übersicht zu Sicherungen an, wenn Sie dieses Thema interessiert.