Ein Sicherungselement ist ein Gerät, das in elektrischen Schaltkreisen eingesetzt wird, um elektrische Geräte vor Überlastungen und Kurzschlüssen zu schützen. Es ist die einfachste und kostengünstigste Komponente, um einen elektrischen Schaltkreis bei Kurzschlussströmen oder übermäßigen Überlastungen zu unterbrechen.
Sicherungen werden zur Überlast- oder Kurzschutzschaltung in Hochspannungssystemen bis 66 kV und Niederspannungssystemen bis 400 V verwendet. In bestimmten Anwendungen ist ihre Verwendung auf Szenarien begrenzt, in denen ihre Leistungsmerkmale für die Stromunterbrechung besonders geeignet sind.
Wirkprinzip einer Sicherung
Eine Sicherung arbeitet basierend auf der Wärmeentwicklung des elektrischen Stroms. Unter normalen Bedingungen:
Das Sicherungselement leitet den normalen Betriebsstrom, wobei Wärme erzeugt wird, die in die umgebende Luft abgegeben wird.
Dies hält die Temperatur des Elements unterhalb seines Schmelzpunkts, was den kontinuierlichen Betrieb des Schaltkreises sicherstellt.
Bei einem Fehler (z. B. Kurzschluss oder Überlast):
Die Stromstärke steigt weit über das normale Niveau hinaus an.
Die resultierende übermäßige Wärme schmilzt das Sicherungselement schnell, unterbricht den Schaltkreis und isoliert den Fehler.
Dies schützt angeschlossene Maschinen und Geräte vor Schäden durch ungewöhnliche Ströme.
Konstruktion und Funktion
Elementmaterial: Hergestellt aus sorgfältig ausgewählten leitfähigen Metallen (z. B. Kupfer, Silber oder Zinn-Blei-Legierungen) mit niedrigen Schmelzpunkten, um eine schnelle Schmelze bei Fehlersituationen sicherzustellen.
Patrone: Umhüllt das Element, bietet mechanische Unterstützung und (bei geschlossenen Typen) Bogenlöschmaterialien (z. B. Quarzsand), um Bögen während der Unterbrechung zu unterdrücken.
Kernfunktion: Ermöglicht den normalen Stromfluss, unterbricht jedoch hohe Fehlerströme schnell.
Vorteile von elektrischen Sicherungen
Kostengünstiger Schutz: Die wirtschaftlichste Form des Schutzschaltkreises, die keine laufende Wartung erfordert.
Automatische Funktion: Reagiert sofort auf Fehler ohne externe Intervention, oft schneller als Schaltgeräte.
Strombegrenzung: Kleinere Sicherungselemente begrenzen Fehlerströme durch schnelles Schmelzen, reduzieren den Belastungsgrad der Systemkomponenten.
Inverses Zeit-Strom-Verhalten: Naturgegebene Fähigkeit, zwischen Überlastungen (langsamere Reaktion) und Kurzschlüssen (sofortige Unterbrechung) zu unterscheiden, was sie für den Überlastschutz geeignet macht.
Nachteile von elektrischen Sicherungen
Stillstand für den Austausch: Erfordert manuelles Ersetzen nach dem Einsatz, was zu temporären Serviceunterbrechungen führt.
Koordinierungsprobleme: Das Abstimmen der Strom-Zeit-Kennlinie der Sicherung mit anderen Schutzeinrichtungen (z. B. Schaltgeräten) kann komplex sein und das Risiko von Fehlfunktionen oder verzögerten Fehlerbeseitigungen erhöhen.
Anwendungen
Niederspannungssysteme: Schützt Kabel in Beleuchtungs- und Stromkreisen, typischerweise bis 400 V.
Mittelspannungssysteme: Wird in primären Verteilernetzen für Transformatorleistungen bis 200 kVA, bei Spannungen bis 66 kV, eingesetzt.
Spezielle Szenarien: Ideal für selten betriebene Schaltkreise oder wenn Schaltgeräte zu teuer sind, wie in Wohn-, Gewerbe- und bestimmten Industrieanwendungen.
Sicherungen bleiben aufgrund ihrer Einfachheit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz ein Grundpfeiler des elektrischen Schutzes, insbesondere in Anwendungen, in denen die Fehlerhäufigkeit gering und eine schnelle, automatische Unterbrechung entscheidend ist.
