Einführung zu Sicherungen
A Sicherung, auch als Sicherungseinsatz bezeichnet, ist eine Komponente, die in einem Stromkreis installiert wird, um den sicheren Betrieb des Stromkreises zu gewährleisten. Unter bestimmten Spannungsbedingungen fließt Strom durch das Sicherungselement.

Unter Ausnutzung der thermischen Wirkung des Stroms schmilzt der spezielle Teil (schmaler Abschnitt) des Sicherungselements, wenn die angesammelte Wärme ein bestimmtes Niveau erreicht, und trennt innerhalb der vorgeschriebenen Zeit die Verbindung, wodurch der Fehlerstrom sicher unterbrochen wird.
Funktionsprinzip von Sicherungen
Wenn Strom durch einen Leiter fließt, erwärmt sich dieser aufgrund seines inhärenten Widerstands. Die erzeugte Wärme folgt der Formel Q=I²Rt, wobei Q die erzeugte Wärme, I der durch den Leiter fließende Strom, R der Widerstand des Leiters und t die Zeit ist, in der der Strom durch den Leiter fließt. Basierend auf dieser Formel kann das Funktionsprinzip einer Sicherung wie folgt verstanden werden:
Wenn Strom durch die Sicherung fließt, erwärmt sie sich, und die erzeugte Wärmemenge nimmt mit der Zeit zu. Die Stärke des Stroms und der Widerstand bestimmen die Geschwindigkeit der Wärmeerzeugung, während die Konstruktion der Sicherung und ihre Einbaubedingungen die Geschwindigkeit der Wärmeableitung bestimmen.

Wenn die Wärmeerzeugungsrate geringer ist als die Wärmeableitungsrate, schmilzt die Sicherung nicht. Wenn die Wärmeerzeugungsrate gleich der Wärmeableitungsrate ist, schmilzt die Sicherung für einen beträchtlichen Zeitraum nicht. Wenn die Wärmeerzeugungsrate jedoch die Wärmeableitungsrate übersteigt, steigt die angesammelte Wärme. Aufgrund der spezifischen Wärmekapazität und Masse äußert sich dieser Wärmeanstieg in einem Temperaturanstieg. Wenn die Temperatur über den Schmelzpunkt der Sicherung steigt, schmilzt die Sicherung und wird unterbrochen.
Wie wählt man eine Hochspannungssicherung aus?
1. Stellen Sie sicher, dass die Sicherung für einen Wechselstrom- oder einen Gleichstromkreis verwendet wird.
Es ist wichtig zu bestimmen, ob eine Sicherung für den Einsatz in einem Wechselstromkreis (AC) oder einem Gleichstromkreis (DC) vorgesehen ist. Die falsche Verwendung einer AC-Sicherung in einem DC-Schaltkreis oder umgekehrt kann zu Unfällen führen.

In Wechselstromkreisen erlischt die Lichtbogenentladung meist, wenn die Netzspannung auf Null sinkt. Da die Gleichspannung in Gleichstromkreisen jedoch nie Null erreicht, besteht das Risiko, dass die Lichtbogenentladung nicht erlischt und die Sicherung möglicherweise beschädigt wird (siehe Abbildung 1).
Deshalb sollten für Gleichstromkreise nur Gleichstromsicherungen und für Wechselstromkreise nur Wechselstromsicherungen ausgewählt werden!
2. Nennspannung (Un): Die nominale Nennspannung der Sicherung.
Dieser Begriff wird aus der Perspektive der sicheren Verwendung von Sicherungen eingeführt und gibt die höchste Betriebsspannung des Stromkreises an, in dem die Sicherung installiert ist, während ein sicherer Betriebszustand aufrechterhalten wird. Dies bedeutet, dass die Sicherung nur in Stromkreisen eingesetzt werden sollte, in denen die Betriebsspannung kleiner oder gleich der Nennspannung der Sicherung ist, damit sie sicher und effektiv funktioniert. Andernfalls kann es zu kontinuierlicher Lichtbogenbildung und Stromkreisschäden kommen, wenn die Sicherung schmilzt.
Beispielsweise kann eine 250-V-Sicherung in Stromkreisen mit Spannungen von 125 V oder weniger verwendet werden.
3. Nennstrom (hauptsächlich für die Auswahl kleiner Ströme): Der nominale Nennstrom der Sicherung.
Es handelt sich um den Stromwert, dem die Sicherung unter normalen Betriebsbedingungen standhalten kann, nicht um den Betriebsstrom. Bei der richtigen Wahl des Nennstromwerts muss Folgendes berücksichtigt werden:
- Bei UL-Spezifikationen mit geringer Überlastkapazität ist der Nennstrom In = Ir/Of, wobei Ir der Betriebsstrom des Stromkreises und Of = 0.75 der Stromreduzierungsfaktor der Sicherung ist. Wenn der Betriebsstrom Ir des Stromkreises beispielsweise 1.5 A beträgt, sollte eine Sicherung mit 2 A gewählt werden (1.5/0.75 = 2 A).
- Für IEC-Spezifikationen mit hoher Sicherungsüberlastungskapazität ist keine Reduzierung erforderlich, d. h. Ir = In.
4. Umgebungstemperatur (hauptsächlich bei kleiner Stromauswahl):
Die Strombelastbarkeit einer Sicherung wird durch Experimente ermittelt, die bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C durchgeführt werden. Diese Experimente werden jedoch durch Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflusst: Mit zunehmender Umgebungstemperatur steigt die Betriebstemperatur der Sicherung, was zu einer verringerten Strombelastbarkeit und einer kürzeren Lebensdauer führt. In solchen Fällen muss eine Temperaturreduzierung berücksichtigt werden (siehe Diagramm unten).

Wählen Sie beispielsweise eine flinke Sicherung, die bei 90 °C in einer kleinen Umgebung mit einem Strom von 1.5 A arbeitet, wie in dem Diagramm rechts dargestellt, beträgt ihr Temperaturreduzierungsfaktor (Tf) 95 %.
Bei Befolgung der IEC-Spezifikationen: In = In / Tf = 1.5 / 0.95 = 1.58, daher wird ein Nennstrom von 1.6 A oder 2 A empfohlen.
Bei Befolgung der UL-Spezifikationen: In = In / (Of * Tf) = 1.5 / (0.75 * 0.95) = 2.1, daher wird ein Nennstrom von 2.5 A empfohlen.
5. Maximales Abschaltvermögen (A/kA):
Das maximale Ausschaltvermögen einer Sicherung bezieht sich auf den maximalen Strom, den eine Sicherung unter bestimmten Bedingungen sicher unterbrechen oder trennen kann, ohne Schäden zu verursachen. Es handelt sich im Wesentlichen um den maximalen Fehlerstrom, den die Sicherung bewältigen und sicher unterbrechen kann.
Das Ausschaltvermögen ist der wichtigste Sicherheitsindikator für Sicherungen. Verschiedene Sicherungen haben je nach Bauart und Verwendungszweck unterschiedliche Ausschaltvermögen. Ein hohes Ausschaltvermögen ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Sicherung den Stromkreis bei einem Fehler oder einer Überlastung sicher trennen kann, ohne dass es zu gefährlichen Ereignissen kommt, wie z. B. Zersplittern, Brennen, Spritzen, Explodieren oder Schäden an umstehenden Personen oder anderen Komponenten.
Beispielsweise kann eine Sicherung mit einem Abschaltvermögen von 10,000 Ampere (10 kA) einen Fehlerstrom von bis zu 10,000 Ampere sicher unterbrechen, ohne dass ein Schaden entsteht.
6. Schutzkategorien::
Gemäß den IEC-Normen werden Sicherungsschutzkategorien üblicherweise in „G-Typ“ und „A-Typ“ unterteilt (siehe Tabelle unten)::

„g-Typ“: Vollbereichsschutz – Kann jeden Strom zwischen dem Schmelzen des Sicherungseinsatzes und der Nennabschaltleistung unterbrechen. Geeignet zum Schutz vor Überlast- und Kurzschlussströmen. Kann unabhängig als Schutz für den gesamten Strombereich dienen.
„a-Typ“: Teilbereichsschutz – Kann jeden Überstrom zwischen dem Mindestabschaltstrom und der Nennabschaltleistung unterbrechen. Geeignet für Kurzschlussschutz (Backup-Schutz). Erfordert die Kombination mit anderen Schutzgeräten, um umfassenden Überstromschutz zu gewährleisten.
Nachfolgend werden die allgemeinen Eigenschaften der Kategorien „g“ und „a“ mit gleicher Röhre, Spannung und Stromstärke verglichen:
Typ | Anwendungsbereiche | Bruchbereich | Bemerkungen |
gG | Allgemeine Schutzzwecke– Schutz von Verteilungsleitungen |
Fullrange Modelle | Gemeinsame Schutzleitungen, Motoren, Transformatoren, Kondensatoren, Schalter usw. |
gM | Motorstromkreisschutz – Zeitverzögerung | Fullrange Modelle | Wird selten für den Schutz anderer Geräte verwendet |
aM | Motorstromkreisschutz – Zeitverzögerung | Teilbereich (Sicherung) |
Wird selten für den Schutz anderer Geräte verwendet |
gN | Wird in Nordamerika im Allgemeinen zum Schutz von Leitungen verwendet. | Fullrange Modelle | Allgemeiner Schutz kompatibel mit UL-Standards |
gD | Nordamerikanische Allzweckverzögerung | Fullrange Modelle | Allgemeiner Schutz kompatibel mit UL-Standards |
aR | Halbleiterschutz | Teilbereich (Backup- oder Kurzschlussschutz) |
Schützen Sie Halbleiterbauelemente oder -systeme, im Allgemeinen schnell, niedrig I²t, besonders stoßfest und extrem langsam |
gR | Halbleiter- und Leitungsschutz | Fullrange Modelle | Niedriger I²t |
gPV | Photovoltaikanlagenschutz, generell schnell | Fullrange Modelle | Photovoltaikanlagen, niederinduktiv-kapazitiver Stromkreisschutz |
aR-VSI | Kondensatorstromschutz des Wechselrichters | Kurzschlussschutz | Sehr niedriger I²t-Wert, geeignet zum Unterbrechen kapazitiver Schaltkreise |
7. Sicherungseigenschaften::
Sicherungskennlinien, auch Zeit-Strom-Kennlinien, IT-Kennlinien oder Ampere-Sekunden-Kennlinien genannt, werden häufig mithilfe von Kurvendiagrammen dargestellt:
Die Sicherungskennlinie veranschaulicht den funktionalen Zusammenhang zwischen unterschiedlichen Strombelastungen und den entsprechenden Auslösezeiten der Sicherungen und bietet so eine Orientierung bei der Auswahl (siehe Grafik)

Sicherungen müssen eine gewisse Überlastfähigkeit aufweisen:
- Gemäß UL-Spezifikationen beträgt der maximale Nichtdurchbrennstrom einer Sicherung 110 % In.
- Gemäß IEC-Spezifikationen beträgt der maximale Nichtdurchbrennstrom einer Sicherung 113 % In oder 120 % In.
Sicherungen müssen außerdem sofort durchbrennen, wenn sie einem Überstrom über dem angegebenen Grenzwert ausgesetzt werden:
- Gemäß UL-Spezifikationen liegt der minimale Auslösestrom einer Sicherung bei etwa 135 % In.
- Der minimale Auslösestrom einer Sicherung liegt gemäß IEC-Vorgaben bei ca. 145 % In.
8. Schmelzenergie (I²t):
Der Schmelzenergiewert bezieht sich auf den Energiewert beim Schmelzen des Sicherungseinsatzes und gibt die Fähigkeit der Sicherung an, Überspannungen standzuhalten. Dabei ist I der Überlaststrom und t die Auslösezeit. Die zum Auslösen der Sicherung erforderliche Energie (If²t) und die durch den Überspannungsimpuls freigesetzte Energie (Ir²t) bestimmen, ob die Sicherung durchbrennt. Wenn Ir²t > If²t, brennt die Sicherung durch; wenn If²t < Ir²t, kann die Sicherung der Überspannung standhalten.

Die Auslösezeit einer Sicherung hängt von Faktoren wie der durch den Strom erzeugten Wärme, den Wärmeableitungsbedingungen und den Wärmekapazitätseigenschaften der Sicherung ab. Viele Faktoren können die Auslösezeit einer Sicherung beeinflussen, daher sind die If²t-Werte für eine Sicherung bei unterschiedlichen Unterbrechungsströmen oder Unterbrechungszeiten nicht konstant.
Die If²t-t-Kurve spiegelt die If²t-Werte der Sicherung bei unterschiedlichen Auslösezeiten wider (siehe Grafik unten), ähnlich der Sicherungskennlinie. Sie dient Entwicklern als Referenz bei der Auswahl von Sicherungen.
9. Produktlebensdauer/Haltbarkeit::
Die Lebensdauer einer Sicherung ist typischerweise lang und entspricht, sofern keine Fehler vorliegen, nahezu der Lebensdauer des Geräts.
Das Testverfahren für die Lebensdauer kleiner röhrenförmiger Sicherungen gemäß IEC-Spezifikationen umfasst die folgenden Schritte: Unter Gleichstrombedingungen (DC) wird die Sicherung eine Stunde lang einem Strom von 1.20 In (oder 1.05 In) ausgesetzt, gefolgt von einer Trennung für 15 Minuten. Dieser Zyklus wird kontinuierlich für 100 Zyklen wiederholt. Schließlich wird die Sicherung eine Stunde lang einem Strom von 1.5 In (oder 1.15 In) ausgesetzt. Während dieses gesamten Vorgangs dürfen keine Durchbrennvorgänge oder andere anormale Phänomene auftreten.
10. Installationsmethode:
Schalttafeleinbau: Sicherungskästen, Sicherungssockel usw.
Sockelmontage: Sicherungsklemmen, Sicherungsklemmensockel etc.
Montage der Leiterplatte (PCB):
- Durchsteckmontage (Wellenlöten): Radiale Anschlüsse, axiale Anschlüsse usw.
- Oberflächenmontage: Mehrschichtmonolith, Dünnschichttyp usw.
Hängende Montage: Sicherungshalter.
Außenmaße:
- Rohrförmig: Durchmesser x Länge.
- Miniatur: Blende X Pitch.
- Oberflächenmontage: Lötpad – Länge x Breite, der Abstand zwischen den Enden.
11. Sicherheitszertifikat
CE

Die CE-Zertifizierung ist ein Konformitätszeichen im Europäischen Gemeinsamen Markt. CE steht für „Conformité Européene“ (Europäische Konformität) und dient als Zertifizierungszeichen, das von den Mitgliedsländern der Europäischen Union (EU) verwendet wird, um anzuzeigen, dass auf ihren Märkten verkaufte Produkte den europäischen Vorschriften entsprechen. Die CE-Zertifizierung ist für Hersteller freiwillig und soll sicherstellen, dass die Produkte den Anforderungen der europäischen Vorschriften entsprechen, um die Sicherheit der Verbraucher, die Gesundheit und den Umweltschutz zu gewährleisten.
UL

Die UL-Zertifizierung ist eine Produktsicherheitszertifizierung, die von Underwriters Laboratories Inc. (UL) ausgestellt wird, einem weltweit führenden unabhängigen Sicherheitsforschungsunternehmen, das auf Produktsicherheitstests und -zertifizierungen spezialisiert ist. Der Zweck der UL-Zertifizierung besteht darin, sicherzustellen, dass Produkte den relevanten Sicherheitsstandards entsprechen, und den Herstellern so die Sicherheit zu geben, ihre Produkte auf dem Markt verkaufen zu können.
cUL

Die cUL-Zertifizierung bezieht sich auf eine Zertifizierung, die von der Canadian Standards Association (CSA) ausgestellt wurde. Das cUL-Zeichen zeigt an, dass ein Produkt von der CSA zertifiziert wurde und den relevanten Normen und Anforderungen in Kanada entspricht. Die cUL-Zertifizierung umfasst in der Regel Sicherheits- und Leistungstests für elektrische und elektronische Produkte. Diese Zertifizierung ist eine wesentliche Voraussetzung für den Verkauf von Produkten auf dem kanadischen Markt und wird auch in anderen Ländern und Regionen weithin anerkannt.
CSA

CSA ist die Abkürzung für Canadian Standards Association, die maßgebliche Zertifizierungsstelle für elektronische und elektrische Produkte in Kanada. Von dieser Organisation zertifizierte elektrische Produkte dürfen auf dem kanadischen Markt frei verkauft werden. Von CSA zertifizierte Produkte können nur auf dem kanadischen Markt verkauft werden. Um auf den US-Markt zu gelangen, müssen sie außerdem eine UL-Zertifizierung aus den USA erhalten.
TÜV

Die TÜV-Zertifizierung ist eine Produktzertifizierung, die vom deutschen Technischen Überwachungsverein (TÜV) ausgestellt wird. Der TÜV ist eine weltweit führende unabhängige technische Prüf- und Zertifizierungsstelle. Diese Zertifizierung deckt in der Regel die Sicherheits-, Qualitäts- und Leistungsaspekte eines Produkts ab und stellt sicher, dass es den relevanten Normen und Vorschriften entspricht. Produkte, die eine TÜV-Zertifizierung erhalten, können ihre Glaubwürdigkeit und Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt steigern, insbesondere in Deutschland und anderen europäischen Märkten.
RoHS

Die RoHS-Zertifizierung bezieht sich auf die Zertifizierung von Produkten, die der europäischen Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS-Richtlinie) entsprechen. Die RoHS-Richtlinie ist eine von der Europäischen Union erlassene Verordnung zur Beschränkung des Gehalts bestimmter gefährlicher Stoffe in elektronischen und elektrischen Geräten mit dem Ziel, die negativen Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu verringern.
REACH

REACH (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe) ist eine Chemikalienverordnung der Europäischen Union. Die REACH-Verordnung trat 2007 in Kraft und zielt darauf ab, die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu schützen und Unternehmen zu einem verantwortungsvolleren Umgang mit Chemikalien zu ermutigen.
12. Einhaltung von Standards
- UL 248-1 Underwriters Laboratories Inc. Standard für Sicherheit
- IEC 60269 (GB13539) – Niederspannungssicherungen:
- IEC 60947 (GB14048) – Niederspannungs-Schaltanlagen und -Steuergeräte:
- IEC 60947-3 (GB14048-3) – Schalter, Trennschalter, Lasttrennschalter und Sicherungskombinationen
- IEC 61818 – Anwendungsleitfaden für Niederspannungssicherungen:
- IEC 61459 – Koordination zwischen Sicherungen und Schützen/Motorstartern:
Häufige Fehlerursachenanalyse bei Sicherungen
- Auswahl einer zu kleinen Nennspannung, Stromkreisinduktivität überschreitet die Standardtestbedingungen: Wenn die Stromkreisabschaltspannung höher ist als die Nennspannung der Sicherung oder wenn die Induktivität die Standardtestbedingungen überschreitet, kann es sein, dass die Sicherung nicht zuverlässig unterbricht, was zu Explosionen und Lichtbogenbildung führen kann.
- Auswahl eines zu kleinen Nennstroms: Ein zu geringer Nennstrom kann dazu führen, dass die Sicherung durchbrennt oder ihre Lebensdauer aufgrund von Erwärmung und Stoßströmen im Stromkreis verkürzt wird.
- Auswahl eines überdimensionierten Nennstroms: Wenn die Sicherung für bestimmte Überströme überdimensioniert ist, funktioniert sie möglicherweise nicht oder zu langsam, was zu Schäden an anderen Komponenten führt.
- Überstrom < Teilschutzbereich Typ „a“: Bei Überströmen innerhalb des Teilschutzbereichs Typ „a“ löst die Sicherung möglicherweise nicht zuverlässig aus.
- Eine unsachgemäße Installation oder ein hoher Übergangswiderstand können zu Überhitzung und Beschädigung führen.
- Mechanische Störungen, die über die Konstruktionsnormen der Sicherung hinausgehen, können die Funktionsfähigkeit der Sicherung beeinträchtigen oder beeinträchtigen.
- Der tatsächliche Kurzschlussstrom übersteigt die Nennabschaltleistung der Sicherung bei weitem: Die Sicherung unterbricht den Kurzschlussstrom möglicherweise nicht zuverlässig.
- Der Installationsabstand zwischen den Sicherungen ist zu gering oder der Einfluss anderer Heizkomponenten verhindert eine angemessene Wärmeableitung und verkürzt die Lebensdauer.
Empfehlungen zur Vermeidung von Sicherungsausfällen und Gewährleistung eines zuverlässigen Systemschutzes
- Auswahl: Bereitstellung genauer Betriebsparameter des Schaltkreises, um die richtige Auswahl der Sicherung für einen wirksamen Schutz zu unterstützen.
- Wählen Sie Qualitätshersteller: Wählen Sie Hersteller mit hochwertigen Materialien, Prozessqualität, gründlichen Inspektionen und konsequenter Erfüllung der Anforderungen.
- Produkttests und Anwendungstests: Führen Sie gründliche Tests der Produkte und ihrer Anwendungen durch, um die Zuverlässigkeit sicherzustellen.