Welche Arten von Sicherungen gibt es?
Welche Arten von Sicherungen gibt es?
Eine Sicherung ist ein stromunterbrechendes Gerät. Sie unterbricht den Stromkreis, indem sie ihr Sicherungselement schmilzt und dadurch das defekte Gerät vom Hauptversorgungskreis isoliert. Sicherungen werden hauptsächlich in zwei Typen basierend auf der Eingangsspannung unterteilt: Wechsstromsicherungen (AC) und Gleichstromsicherungen (DC). Die verschiedenen Arten von Sicherungen sind im folgenden Bild dargestellt.
Gleichstromsicherung (DC)
Eine Gleichstromsicherung öffnet oder unterbricht den Stromkreis, wenn ein zu hoher Strom durch sie fließt. Der Hauptnachteil von Gleichstromsicherungen liegt jedoch in der Lösung des durch den Gleichstrom erzeugten Bogenstrahls. Da es im Gegensatz zum Wechselstrom keinen natürlichen Nullstromübergang im Gleichstromkreis gibt, ist die Bögenlöschung extrem schwierig. Um dies zu mildern, werden die Elektroden in einer Gleichstromsicherung weiter voneinander entfernt platziert. Daher ist die Größe einer Gleichstromsicherung im Vergleich zu einer Wechselstromsicherung gleicher Nenngröße größer.
Wechsstromsicherungen (AC)
Wechsstromsicherungen werden in zwei Haupttypen unterteilt: Niederspannungssicherungen und Hochspannungssicherungen. Der Wechselstrom in Wechsstromsicherungen hat eine Frequenz, die seine Amplitude innerhalb einer Sekunde von 0° bis 60° variiert. Diese Eigenschaft des Wechselstroms ermöglicht im Vergleich zum Gleichstrom eine einfachere Bögenlöschung im Wechselstromkreis.
Niederspannungssicherungen können weiter in vier Klassen unterteilt werden, wie im folgenden Bild dargestellt. Halbgeschlossene oder nachbelegbare Sicherungen sowie vollständig geschlossene oder Patronensicherungen sind die am häufigsten verwendeten Sicherungstypen.
Nachbelegbare Sicherungen
Nachbelegbare Sicherungen werden hauptsächlich in Kleinststromkreisen, wie z.B. in Haushaltsverkabelungen, eingesetzt. Eine nachbelegbare Sicherung besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Sicherungsgehäuse und dem Sicherungsträger. Die Basis der Sicherung, meist aus Porzellan hergestellt, ist so konzipiert, dass sie die Sicherungsdrähte aufnimmt. Diese Drähte können aus Materialien wie Blei, verzinktem Kupfer, Aluminium oder einem Zinn-Blei-Legierung bestehen. Ein Vorteil nachbelegbarer Sicherungen ist, dass der Sicherungsträger problemlos in die Basis eingeführt oder daraus entfernt werden kann, ohne dass der Hauptschalter geöffnet werden muss. Diese Funktion ermöglicht eine bequeme Ersetzung des Sicherungsdrahtes, wenn dieser durch übermäßigen Strom durchgebrannt ist, was sie zu einer praktischen Wahl für Hausinstallationen macht, bei denen Einfachheit und Wartungsfreundlichkeit geschätzt werden.
Vollständig Geschlossene oder Patronensicherungen
Bei vollständig geschlossenen oder Patronensicherungen ist das Sicherungselement vollständig in einem geschlossenen Behälter eingehüllt, mit Metallkontakten an beiden Enden. Diese Sicherungen können weiter in zwei Unterarten unterteilt werden: D-Typ-Patronensicherungen und Verbindungs-Patronensicherungen. Jede Unterart hat ihre eigene spezifische Konstruktion und Eigenschaften, die auf verschiedene Anwendungen und elektrische Anforderungen abgestimmt sind. Die geschlossene Struktur dieser Sicherungen bietet verbesserten Schutz vor Umwelteinflüssen und unabsichtlichem Kontakt, was sie für eine Vielzahl von elektrischen Systemen geeignet macht, bei denen Sicherheit und Zuverlässigkeit entscheidend sind.
D-Typ-Patronensicherungen
Die wichtigsten Komponenten einer D-Typ-Patronensicherung umfassen die Basis, den Adapterring, die Patrone und den Sicherungskopf. Die Patrone ist im Sicherungskopf untergebracht, und der Sicherungskopf ist sicher am Sicherungsboden angebracht. Wenn die Patrone vollständig in den Boden eingeschraubt ist, kommt die Spitze der Patrone mit dem Leiter in Kontakt, wodurch der Stromkreis über die Sicherungsleiter geschlossen wird. Diese Konstruktion ermöglicht eine einfache Montage und Austausch der Patrone, wodurch eine effiziente elektrische Verbindung und Schutz im Stromkreis gewährleistet wird.
Verbindungs-Patronen oder Hochbrisanz-Sicherungen (HRC)
In Verbindungs-Patronen oder HRC-Sicherungen ist das Sicherungselement so konstruiert, dass es einen Fehlerstrom für einen längeren Zeitraum führen kann. Falls der Fehler anhält, schmilzt das Sicherungselement, unterbricht den Stromkreis und stoppt den Stromfluss. Ein wesentlicher Vorteil von HRC-Sicherungen ist ihre Fähigkeit, sowohl geringe als auch hohe Fehlerströme zu beseitigen. Dies macht sie sehr verlässlich im Schutz von elektrischen Systemen vor einer Vielzahl von abnormalen Strombedingungen.
HRC-Sicherungen zeichnen sich durch ihren schnellen Betrieb aus. Sie erfordern auch nur minimale Wartung, was in vielen Anwendungen ein großer Vorteil ist. Allerdings muss nach jedem Einsatz das Sicherungselement von HRC-Sicherungen ersetzt werden. Darüber hinaus erzeugen diese Sicherungen während eines Fehlers Wärme, die potenziell den Betrieb benachbarter Schalter beeinträchtigen kann.
Das Gehäuse einer HRC-Sicherung ist mit pulverisiertem reinem Quarz gefüllt, das als effektives Bögenlöschemedium dient. Der Sicherungsdraht in HRC-Sicherungen besteht in der Regel aus Silber und Kupfer. Dieser Sicherungsdraht besteht aus zwei oder mehr Abschnitten, die mithilfe einer Zinn-Verbindung verbunden sind. Die Zinn-Verbindung hilft, die Temperatur bei Überlastbedingungen zu reduzieren, was die Gesamtleistung und Haltbarkeit der Sicherung verbessert.
Um die Unterbrechungskapazität der Sicherungen zu erhöhen, werden zwei oder mehr Silberdrähte parallel verbunden. Diese Drähte sind so angeordnet, dass jeweils nur ein Draht gleichzeitig schmilzt. Es gibt zwei Arten von HRC-Sicherungen.
Messerstufenschalter
Bei Messerstufenschaltern ermöglicht ein Sicherungszugwerkzeug die Austausch des Sicherungsdrähtes in einem lebenden Stromkreis. Dieses Werkzeug ermöglicht die sichere Entfernung und Substitution des Sicherungsdrähtes, ohne ihn direkt zu berühren, und reduziert das Risiko eines elektrischen Schocks. Bei verschraubten HRC-Sicherungen hingegen befinden sich zwei leitfähige Platten, die sicher am Sicherungsboden verschraubt sind. Allerdings ist bei der Entfernung dieses Typs von Schalter ein zusätzlicher Sicherheitskreis erforderlich, um zu verhindern, dass der Benutzer einen elektrischen Schock erleidet. Dieser zusätzliche Kreis stellt sicher, dass der elektrische Strom ordnungsgemäß isoliert ist, bevor der Schalter entfernt wird.
Ausfall-Sicherung
Eine Ausfall-Sicherung funktioniert auf eine einzigartige Weise. Wenn das Sicherungselement durch übermäßigen Strom schmilzt, fällt es unter dem Einfluss der Schwerkraft an seiner unteren Halterung aus. Diese Eigenschaft macht Ausfall-Sicherungen besonders geeignet für den Schutz von Außenwandlern. In einer Außenumgebung, in der Wandlern verschiedenen Wetterbedingungen und potenziellen elektrischen Fehlern ausgesetzt sind, kann die Ausfall-Sicherung schnell und effektiv das fehlerhafte Bauteil isolieren, den Wandler und das gesamte elektrische System schützen.
Stoß-Sicherung
Eine Stoß-Sicherung ist ein mechanisches Gerät mit ausreichender Kraft und Verschiebungsfähigkeit. Dies ermöglicht es, Tripp- oder Indikatorkreise zu schließen. Wenn ein Fehler im elektrischen System auftritt, kann die Stoß-Sicherung ausgelöst werden, und ihre mechanische Aktion kann den relevanten Trippkreis schließen, was wiederum die Stromversorgung trennt, um das System zu schützen. Darüber hinaus kann sie auch einen Indikatorkreis aktivieren, um das Auftreten eines Fehlers anzuzeigen, was ein wichtiger visueller oder akustischer Hinweis für Wartungspersonal ist.
Schalt-Sicherung
Schalt-Sicherungen sind für den Einsatz in Niederspannungs- und Mittelspannungskreisen konzipiert. Die Sicherungseinheiten in diesen Schaltern sind mit Nennwerten von 30, 60, 100, 200, 400, 600 und 800 Ampere erhältlich. Sie kommen in 3-poligen und 4-poligen Ausführungen, bieten Flexibilität in verschiedenen elektrischen Aufbauten. Die Schaltkapazität dieser Sicherungen kann bis zu 46 kA erreichen. Abhängig von ihrer Nennung sind sie in der Lage, Ströme sicher zu unterbrechen, die etwa dreimal so hoch sind wie der Laststrom. Dies macht Schalt-Sicherungen zu verlässlichen Komponenten, um elektrische Kreise in Niederspannungs- und Mittelspannungsanwendungen vor Überströmen und Kurzschlüssen zu schützen.
Hochspannung-HRC-Sicherungen
Eines der Hauptprobleme, mit denen Hochspannungssicherungen konfrontiert sind, ist das Problem der Korona. Korona tritt auf, wenn die elektrische Feldstärke um einen Leiter hoch genug ist, um die umgebende Luft zu ionisieren, was zu einer Entladung führt. Um dieses Problem zu lösen, sind Hochspannungssicherungen mit speziellen Merkmalen ausgelegt. Diese Sicherungen werden hauptsächlich in drei Typen unterteilt, wobei jeder Typ darauf abgestimmt ist, die spezifischen Anforderungen von Hochspannungsanwendungen zu erfüllen, während die Auswirkungen der Korona minimiert und eine zuverlässige Leistung gewährleistet wird.
Patronen-HV-HRC-Sicherung
In einer Patronen-Hochspannungs-(HV)-Hochbrisanz-(HRC)-Sicherung ist das Sicherungselement in einer Spiralform gewickelt. Diese Konstruktion mindert wirksam den Koronaeffekt bei hohen Spannungen. Die Sicherung enthält zwei parallel angeordnete Sicherungselemente: eines mit niedrigem Widerstand und eines mit hohem Widerstand. Unter normalen Betriebsbedingungen trägt der Draht mit niedrigem Widerstand den normalen Strom. Bei einem Fehler schmilzt er jedoch zuerst, wodurch der Kurzschlussstrom reduziert wird. Dieses sequenzielle Verhalten hilft, das elektrische System durch schnelles Begrenzen des übermäßigen Stromflusses zu schützen.
Flüssigkeits-HV-HRC-Sicherung
Flüssigkeits-HV-HRC-Sicherungen sind mit Tetrachlorkohlenstoff gefüllt und haben an beiden Enden versiegelte Kappen. Wenn ein Fehler auftritt und der Strom den zulässigen Grenzwert überschreitet, schmilzt das Sicherungselement und geht aus. Die Flüssigkeit im Inneren der Sicherung dient als effektives Bögenlöschemittel für HRC-Sicherungen. Diese Sicherungen finden Anwendung im Schutz von Transformern sowie als Rückhalteschutz für Leistungsschalter. Ihre Fähigkeit, Bögen schnell zu löschen, macht sie zu verlässlichen Komponenten in Hochspannungselektrik.
Austritts-HV-Sicherung
Austritts-Sicherungen werden wegen ihrer Kosteneffizienz häufig für den Schutz von Speisern und Transformern verwendet. Sie sind in der Regel für 11 kV-Systeme ausgelegt und haben eine Bruchkapazität von bis zu 250 MVA. Diese Art von Sicherung besteht aus einem hohlen, offenen Rohr aus synthetischem Harz gebundenem Papier. Die Sicherungselemente werden in die Röhren eingesetzt, und die Rohrenden sind mit passenden Anschlüssen verbunden. Wenn ein Bogen entsteht, wird er gegen die innere Beschichtung des Rohrs gedrückt. Die dabei entstehenden Gase helfen, den Bogen zu löschen und das elektrische System wirksam vor Überströmen zu schützen.
