Differenzierte Sicherungslösungen für verschiedene Lastcharakteristiken

1. Einleitung​
In der elektrischen Systemschutztechnik dienen Sicherungen als wichtige Überstromschutzeinrichtungen. Die Genauigkeit ihrer Auswahl beeinflusst direkt die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems. Lasten mit unterschiedlichen Eigenschaften (wie Motoren, Beleuchtungssysteme und häufig geschaltetes Gerät) zeigen signifikante Unterschiede im Stromverhalten, einschließlich Einschaltstrom, Startzeit, Arbeitszyklus usw. Eine einheitliche Lösung für Sicherungen kann nicht alle Szenarien abdecken und führt leicht zu Fehlansprachen (Störung des normalen Betriebs) oder Versagen (Unfähigkeit, bei Fehlern wirksamen Schutz zu bieten). Daher ist es notwendig, maßgeschneiderte Strategien zur Sicherungsauswahl basierend auf spezifischen Lastcharakteristiken zu entwickeln, um präzisen und zuverlässigen Systemschutz zu erreichen.

​2. Analyse und Klassifizierung der Lastcharakteristika​
​2.1 Charakteristika von Motorlasten​

• ​Hoher Anfangsstrom: Normalerweise 5–7 Mal der Nennstrom (Ie), oder noch höher.
• ​Lange Startzeit: Der gesamte Prozess kann mehrere Sekunden bis Dutzende von Sekunden dauern, wodurch die Schutzelemente einem anhaltenden Stromausfall ausgesetzt sind.
• ​Schutzanforderungen: Die Sicherung muss den langen Startvorgang ohne Auslösen überstehen und gleichzeitig zeitgerechten Schutz gegen Überlast- und Kurzschlussfehler bieten. Ihre Eigenschaften müssen dem Startdrehmomentkurve des Motors entsprechen.

​2.2 Charakteristika von Beleuchtungssystemen​

• ​Stabiler Betrieb: Der normale Betriebsstrom ist stabil und nahe am Nennwert.
• ​Niedriger Einschaltstrom: Außer beim ersten Umschalten gibt es keinen signifikanten Stromanstieg.
• ​Schutzanforderungen: Es ist kontinuierlicher und stabiler Schutz gegen Überlast und Kurzschluss erforderlich. Hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stöße ist nicht kritisch, aber die Zuverlässigkeit des herkömmlichen Schutzes wird betont.

​2.3 Charakteristika von häufig geschaltetem Gerät​

• ​Zyklische Stromspitzen: Das Gerät unterliegt häufigen Starts und Stops, was periodischen Hochstromausfällen aussetzt.
• ​Thermischer Spannungsumschlag: Die innere thermische Spannung der Sicherung ändert sich häufig, was zu Materialermüdung führt.
• ​Schutzanforderungen: Die Sicherung muss eine extrem hohe Widerstandsfähigkeit gegen thermische Ermüdung und zyklische Belastbarkeit aufweisen, um sicherzustellen, dass die Leistung nach zahlreichen Stromausfällen nicht abnimmt.

​3. Differenzierte Auswahlstrategien​
Basierend auf der obigen Analyse wird eine dreistufige Auswahlstrategie formuliert:

​3.1 Schutzlösung für Motoren​

• ​Ausgewählter Typ: aM-Typ (Motorschutz)-Sicherungen (in manchen Kontexten als "Flüssigammoniaksicherungskern" bezeichnet, aber allgemein als aM-Typ in Standards bekannt). Dieser Typ ist speziell für die Startcharakteristika von Motoren konzipiert.
• ​Eigenschaftsanforderungen: Ihre Zeit-Strom-Kennlinie sollte eng an der Startstrom-Zeit-Kennlinie des Motors angepasst sein, um eine Aktivierung während des Startstroms zu vermeiden.
• ​Kernparameter: Der Nennstrom muss größer oder gleich dem Nennstrom des Motors sein, um einen präzisen Schutz gegen Überlast innerhalb von 0,8–1,2 Mal dem Nennstrom zu gewährleisten, während er Startspitzen übersteht.
• ​Vorteile: Hervorragende Toleranz gegenüber Startspitzen, effektive Verhinderung von Fehlansprüchen und zuverlässiger Überlast- und Kurzschluss-Schutz.

​3.2 Schutzlösung für Beleuchtungssysteme​

• ​Ausgewählter Typ: gG/gL-Typ (allgemeiner Vollbereich)-Sicherungen. Diese sind die am häufigsten verwendeten Sicherungstypen, geeignet zum Schutz der meisten Verteilungsschaltkreise.
• ​Eigenschaftsanforderungen: Die Lastkapazität sollte dem Nennstrom des Systems entsprechen, um stabile Zeitschutz- und Schnellauslösekennlinien zu bieten.
• ​Kernparameter: Fokus auf die Nennunterbrechungskapazität (muss den erwarteten Kurzschlussstrom am Installationspunkt überschreiten) und Standard-Zeit-Strom-Kennlinien.
• ​Vorteile: Wirtschaftlich, zuverlässig und umfassender Überlast- und Kurzschluss-Schutz für stabile Beleuchtungslasten.

​3.3 Schutzlösung für häufig geschaltetes Gerät​

• ​Ausgewählter Typ: Stoßfestes Sicherung (kann bestimmten Marken oder speziellen Typen entsprechen, wie Halbleiterschutzsicherungen, die eine hohe Zyklusbelastbarkeit aufweisen).
• ​Eigenschaftsanforderungen: Hohe Widerstandsfähigkeit gegen thermische Ermüdung und hohe Zyklusbelastbarkeit, um häufige Temperaturänderungen ohne Alterung zu überstehen.
• ​Kernparameter: Betonung auf die Momentanunterbrechungskennlinien (um schnelle Unterbrechung des Fehlerstroms zu gewährleisten) und Haltbarkeit (Lebensdauerindikatoren).
• ​Vorteile: Langfristige Leistungsstabilität bei häufigen Stromausfällen, um kontinuierlichen und wirksamen Schutz zu bieten, während vorzeitiges Versagen aufgrund von Materialermüdung vermieden wird.

​4. Kernanforderungen an technische Parameter​
Unabhängig von der Auswahlstrategie müssen die folgenden Kernparameter streng überprüft werden:

• ​Nennunterbrechungskapazität (Icn)​: Muss den maximal erwarteten Kurzschlussstrom am Installationspunkt überschreiten, um eine sichere Unterbrechung des Fehlerstroms zu gewährleisten.
• ​Zeit-Strom-Kennlinie (I-t-Kurve)​: Muss mit den Lastcharakteristika (z.B. Motorstartkurve) koordiniert werden und selektiven Schutz mit ober- und untergeordneten Geräten (z.B. Leitungsschutzschalter) erreichen, um unnötige Ansprachen zu vermeiden.
• ​Nennstrom (In)​: Basierend auf dem Nennstrom der Last und Anwendungsfaktoren (z.B. Auswahlfaktoren im Motorschutz) bestimmt, nicht einfach gleichgesetzt mit dem Laststrom.
• ​I²t-Wert (Joule-Integral)​: Stellt die Energie dar, die zum Durchbrennen der Sicherung erforderlich ist, entscheidend für die Koordination mit Halbleiterelementen und die Erreichung eines selektiven Schutzes.

​5. Implementierungsschwerpunkte​

• ​Systemanalyse: Führen Sie eine detaillierte Analyse jedes Zweigs im elektrischen System durch, indem Sie wichtige Daten wie Lasttyp, Nennstrom, Startstrom, Startzeit und erwarteter Kurzschlussstrom aufzeichnen.
• ​Selektive Koordination: Nutzen Sie die Zeit-Strom-Kennlinien der Sicherungen, um eine selektive Koordination mit ober- und untergeordneten Schutzeinrichtungen (z.B. Leitungsschutzschalter, Kontaktoren) zu gewährleisten, um nur den Fehlerpunkt bei Vorfällen zu isolieren und Stillstandszeiten zu minimieren.
• ​Validierungstests: Wo möglich, überprüfen Sie die Leistung der Sicherungen unter realen oder simulierten Betriebsbedingungen, insbesondere während des Motorstarts.
• ​Dokumentenmanagement: Erstellen Sie umfassende Aufzeichnungen und Wartungsprotokolle für die Sicherungskonfiguration, einschließlich Modell, Kennwerte, Installationsort, Austauschdaten usw., um die Wartung und Fehlerverfolgung zu erleichtern.

​6. Schlussfolgerung​
Durch die Umsetzung der oben beschriebenen dreistufigen differenzierten Auswahlstrategie basierend auf Lastcharakteristika können maßgeschneiderte Schutzlösungen für verschiedene elektrische Geräte wie Motoren, Beleuchtungssysteme und häufig geschaltetes Gerät bereitgestellt werden. Diese Strategie vermeidet effektiv Fehlansprüche, die durch normale Lastcharakteristika (z.B. Motorstart) verursacht werden, und stellt gleichzeitig eine zeitgerechte und zuverlässige Funktion bei Überlast oder Kurzschlussfehlern sicher. Dies verbessert die Sicherheit, Stabilität und Zuverlässigkeit des gesamten elektrischen Systems erheblich, gewährleistet den Betrieb und die Gerätesicherheit.