Feinsicherung


Feinsicherung

Eine Schmelzsicherung ist eine Überstromschutzeinrichtung, die einen Stromkreis bei zu hoher Stromstärke durch die thermische Wirkung des Stroms unterbricht und dadurch zerstört wird. Da sie im Gegensatz zu vielen anderen Sicherungen nach einmaligem Auslösen nicht mehr verwendet werden kann, wird die Schmelzsicherung nur noch selten verwendet.

Teilweise wird die Schmelzsicherung in der elektrotechnischen Literatur einfach als Sicherung bezeichnet und dieser Terminus dann für andere Schutzeinrichtungen, wie Leitungsschutzschalter, Selbstrückstellende Sicherung und Elektronische Sicherungen abgelehnt. Diese Praxis entspricht nicht dem gängigen Gebrauch des Wortes Sicherung in wissenschaftlicher und Umgangssprache. Auch in Wörterbüchern wird der Begriff Sicherung weiter gefasst.

Stromkreis mit Sicherung
IEC-Symbol

Inhaltsverzeichnis

Aufbau und Funktion

Sicherungen bestehen aus einem isolierenden Körper, der zwei durch einen Schmelzleiter verbundene elektrische Kontakte oder Drahtanschlüsse aufnimmt. Der Schmelzleiter wird durch den ihn durchfließenden Strom erwärmt und schmilzt, wenn der Bemessungsstrom der Sicherung deutlich überschritten wird. In diesem Fall wird die Sicherung unbrauchbar und muss durch eine Neue ersetzt werden.

Der Schmelzleiter, in der Regel aus Elektrolytkupfer (E-CU) oder Feinsilber (Ag 1000/1000) hergestellt, ist von Luft oder Quarzsand als Lichtbogenlöschmittel umgeben. Quarzsand ist erforderlich, um den Lichtbogen zu löschen, der beim Unterbrechen des spezifizierten Abschaltstromes entsteht, der mehrere Größenordnungen höher als der Ansprechstrom sein kann. Der Schmelzleiter durchläuft während des Ansprechens die drei Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig). Im gasförmigen Zustand des Schmelzleiters entsteht ein Plasma, der Stromfluss erfolgt über dieses – es bildet sich ein Lichtbogen. Dabei schlägt sich der Metalldampf des Schmelzleiters auf der Oberfläche der Quarzsand-Körner nieder und kühlt dadurch den Lichtbogen stark ab. In der Folge wird der Widerstand im Inneren des Sicherungseinsatzes so groß, dass die Höhe der wiederkehrenden Spannung nicht ausreicht, den Stromfluss erneut herzustellen bzw. den Lichtbogen wieder zu zünden. Der Lichtbogen verlischt und die zu schützende Leitung ist damit von der versorgenden Strom-/Spannungsquelle getrennt.

Die korrekte Funktion der Lichtbogenlöschung ist im wesentlichen abhängig von der Körnung, der Reinheit und der Packungsdichte des verwendeten Quarzsandes. Das Löschmittel muss absolut frei von organischen Verbindungen sein. Die den Quarzsand oft begleitenden Feldspat-Bestandteile müssen vollständig entfernt werden, da Feldspat den Glasfluss des Sandes fördert. Die Annahme, der Quarzsand würde unter der Einwirkung der Lichtbogentemperatur einen Glasfluss erzeugen und dadurch die Lichtbogenlöschung einleiten, ist unzutreffend. Glasfluss im Inneren eines Sicherungseinsatzes darf nicht eintreten, weil Glas im glühenden Zustand elektrisch leitend wird. Dadurch würde sich der gegenteilige Effekt von dem einstellen, was erreicht werden soll.

Sicherung zur Verwendung auf Platinen

Sicherungseinsätze werden meist in entsprechenden Sockeln eingesetzt. Auf Leiterplatten wird teilweise auf Sockel verzichtet und die Sicherungen werden durch Löten befestigt. In Einzelfällen dient ein Draht- oder Leiterbahnabschnitt als Sicherung; auch Widerstände können als Sicherung spezifiziert sein (sog. Sicherungswiderstand); sie besitzen dann neben ihrem Widerstandswert auch ein definiertes Abbrandverhalten bei Überlastung.

Standard-Bauformen

Schraubsicherungen für Hausinstallation

Schraubsicherung mit Gehäuse

Ein Schraubsicherungshalter für eine D-Sicherung besteht aus einem festen Sicherungsunterteil mit dem Passelement (Passschraube) sowie einer abnehmbaren Schraubkappe mit Fenster. Der Sicherungseinsatz (Sicherung) hat einen farbigen Betriebszustandsanzeiger (Kennmelder), der bei eingeschraubter Sicherung hinter dem Fenster der Schraubkappe sitzt, und einen Fußkontakt, der zur Passschraube passen muss. Oft sind auch die Passschrauben zusätzlich farblich gekennzeichnet – sie müssen dann zur Farbe des Kennelementes der Sicherung passen (Tabelle siehe unten).

Der Sicherungseinsatz ist der reaktive, wechselbare Teil einer Sicherung.

Der wesentliche Unterschied zwischen den verschiedenen D-Sicherungstypen ist neben den verschiedenen Abmessungen die maximale Abschaltspannung: Während Standard-D-Sicherungen für eine Spannung von 100 A bis 500 V und Sondertypen sogar bis zu 750 V Gleich- und Wechselspannung geeignet sind, ist das D0-System nur bis zu einer Spannung von 400 V Wechselspannung bestimmt.

Schraubsicherungen der Betriebsklasse gG (bis 1998 gL) werden heute in der Regel eingesetzt, um Leitungen zu Verteilern zu schützen (Leitungsschutzsicherungen). Vereinzelt werden sie auch noch in Verbindung mit Motorschutzschaltern zum Schutz von Motoren eingesetzt, wenn Maschinen mit besonders hohem Einschaltstrom betrieben werden.

Schraubsicherungen haben Fußkontakte mit nennstromabhängigen, unterschiedlichen Durchmessern. Je höher die Nennstromstärke ist, desto größer ist der Durchmesser. Im Unterteil des Sicherungshalters befindet sich ein entsprechendes Passelement (Passschraube), das verhindern soll, dass Sicherungen mit höherem Bemessungsstrom als vorgesehen eingesetzt werden.

D-Sicherungen dürfen auch von Laien gewechselt werden, wenn Nennstrom und Spannung nicht über 63 A / 400 V Wechselstrom liegen.

In der Mitte des Kopfkontakts des Sicherungseinsatzes befindet sich ein farbiges Metallplättchen, der Kennmelder. Er ist mit einer Feder unterlegt und wird von einem Draht mit hohem Widerstand gehalten, der am Fußkontakt des Sicherungseinsatzes befestigt ist. Nach Abschmelzen des Schmelzleiters schmilzt auch der Haltedraht des Kennmelders, worauf der Kennmelder ausgeworfen wird. Eine Glasscheibe in der Schraubkappe verhindert das Herausfallen der möglicherweise glühenden Kappe und damit eine mögliche Brandgefahr. Durch das Glas ist auch erkennbar, dass diese Sicherung den Stromkreis unterbrochen hat.

Kennmelder und Passeinsätze sind abhängig vom Bemessungsstrom farblich gekennzeichnet (D/D0-System).

2 A 4 A 6 A 10 A 13 A 16 A 20 A 25 A
██ rosa
██ braun
██ grün
██ rot
██ schwarz
██ grau
██ blau
██ gelb
32 A 35 A 40 A 50 A 63 A 80 A 100 A
██ schwarz
██ schwarz
██ schwarz
██ weiß
██ kupfer
██ silber
██ rot

Nur Diazed DV (D-System Größe 5)

125 A 160 A 200 A
██ gelb
██ kupfer
██ blau

Als Faustregel für Sicherungen mit der Betriebsklasse gG (der Standardtyp, früher gL) gilt: Bei fünffacher Überschreitung des Bemessungsstromes reagiert die Sicherung innerhalb 5 Sekunden, bei zehnfacher Überschreitung beträgt die Reaktionszeit 0,2 Sekunden.

Schraubsicherungen werden in zwei verschiedenen Bauformen hergestellt:

DIAZED Sicherungen, 50 A, 35 A, 25 A, 20 A, 16 A
DIAZED Sicherungselement D II (rechts) und Schraubkappe

D-System (DIAZED)

Sicherungen der Bauform DIAZED (von Diametrisch abgestuftes zweiteiliges Edison-Gewinde, daher eigentlich DiazEd) werden in fünf Baugrößen unterteilt. Die Bezeichnung einer Baugröße setzt sich aus dem Buchstaben D und einer römischen Ziffer zusammen. Es gibt Sondertypen mit erhöhten Trennungsabständen für Spannungen bis 750 V; diese werden bzw. wurden bei Bahnanwendungen eingesetzt und sind aufgrund der wesentlich längeren Bauform leicht von den Standardtypen zu unterscheiden.

Größe Bemessungsstrom Gewinde*
D I 2 A, 4 A, 6 A, 10 A, 16 A E 16
D II 2 A, 4 A, 6 A, 10 A, 13 A, 16 A, 20 A, 25 A E 27
D III 35 A, 40 A, 50 A, 63 A E 33
D IV 80 A, 100 A E 44
D V 125 A, 160 A, 200 A E 57

 * E steht für Edisongewinde.

Die Baugrößen D IV und D V werden selten verwendet. D III und D IV sind bis heute in älteren Hausanschlusskästen im Einsatz.

NEOZED-Sicherungseinsätze
Neozed-Sicherungsblock für Dreiphasenwechelstrom

D0-System (NEOZED)

Sicherungen des Systems D0 (sprich D Null) oder NEOZED sind kleiner als DIAZED-Sicherungen ausgeführt und Erwärmen sich bei Nennlast stärker, da der Wärmeabfluss auf Grund der geringeren Oberfläche ungünstiger ist. Damit kann es zu Schäden und Verbrennungen am Sicherungsblock kommen.

NEOZED-Sicherungen werden in drei Baugrößen unterteilt. Die Bezeichnung einer Baugröße setzt sich aus „D0“ und einer weiteren arabischen Ziffer zusammen:

Größe Bemessungsstrom Gewinde
D01 2 A, 4 A, 6 A, 10 A, 13 A, 16 A E 14
D02 20 A, 25 A, 32 A, 35 A, 40 A, 50 A, 63 A E 18
D03 80 A, 100 A M 30 × 2

Die Bauform D03 wird sehr selten verwendet, weil sich bei diesen hohen Bemessungsströmen NH-Sicherungen als zuverlässiger erwiesen haben.

D-Sicherungen können unabhängig von ihrem Nennstrom Ströme von mehreren tausend Ampere abschalten. In den immer besser ausgebauten Netzen mit niedrigerem Innenwiderstand reichen deren Nenn- und Abschaltströme oft nicht aus, dann müssen die im folgenden beschriebenen NH-Sicherungen eingesetzt werden.

D-Sicherungen haben in der Regel bei Überlast und auch bei Kurzschluss höhere Abschaltzeiten als Leitungsschutzschalter mit magnetischem Kurzschlussauslöser. Letztere sollten daher bei Hausinstallationen nicht nur aufgrund der mehrfachen Verwendbarkeit den Schmelzsicherungen vorgezogen werden.

Sowohl für Diazed-, wie auch für Neozedsicherungen gibt es Sockel für Schraubmontage, für Hutschienenmontage und für Sammelschienenmontage („Reitersockel“). Für Neozedsicherungen gibt es zusätzlich Sicherungs-Lasttrenner. Das sind Sicherungssockel mit integriertem Lasttrennschalter. Vor jedem Wechsel einer Sicherung muss der Sockel durch eine vor den Sicherungen befindliche Klappe spannungsfrei geschaltet werden. Dieser Spannungs- und Lastfreie Wechsel erhöht die Betriebssicherheit und die Sicherheit für den Benutzer, da dieser in keinem Fall mit Spannungsführenden Bauteilen in Berührung kommen kann. Bei neuartigen Versionen dieser Lasttrenner werden die Sicherungspatronen nicht mehr geschraubt, sondern durch Federkraft kontaktiert.

NH-Sicherungen

NH-Sicherung 250 A mit Mittenkennmelder
zerlegte NH-Sicherung 200 A, zu sehen ist der Schmelzleiter und darüber der dünne Auslösedraht des Kennmelders (rechts)

Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, kurz NH-Sicherungen, sind auch unter den Namen Messersicherung, Schwertsicherung und Panzersicherung bekannt. Merkmal ist das gegenüber Schraubsicherungen deutlich größere Bauvolumen sowie massive Kontaktmesser an beiden Enden. Daher können sie größere Ströme führen und trennen. Übliche Ausführungen als Hochleistungssicherung gestatten ein sicheres Abschalten von Strömen im Bereich von 1,25 kA.

NH-Sicherungen sind in Industrieanlagen weit verbreitet, sie werden im öffentlichen Stromnetz verwendet, z. B. in der Trafostation und der Hauptverteilung, oder im Hausanschlusskasten von Gebäuden und als Zählervorsicherung.

Im Vorzählerbereich von Kundenanlagen fordern die TAB 2007 [1] (Technische Anschlussbedingungen der Energienetzbetreiber) eine Trennvorrichtung pro Zähler. Zitat:

Eine Trennvorrichtung ist eine Einrichtung zum Trennen der Kundenanlage vom Verteilungsnetz, die auch durch den Kunden (elektrotechnischer Laie) betätigt werden kann (z. B. SH-Schalter).

Diese Forderung erfüllen z. B. selektive Leitungsschutzschalter oder Neozed-Lasttrennschalter, jedoch nicht NH-Sicherungen. Sie werden deshalb als Zählervorsicherung in Neuanlagen nicht mehr verwendet.

Auch NH-Sicherungen verfügen über einen Kennmelder, der eine defekte Sicherung anzeigt. Je nach Anwendung ist er als stirnseitig (oben) angebrachter Klappmelder ausgeführt oder als Mittenkennmelder, der bei eingesetzter Sicherung von vorne sichtbar ist. Fast alle Hersteller bieten auch NH-Sicherungen mit 2 Kennmeldern an (Kombimelder).

NH-Sicherungen gibt es für verschiedene Betriebsklassen, z. B. gG, aM, gS, gR, aR, gTr, gB.

NH-Sicherungen werden in verschiedenen Baugrößen für verschiedene Nennstrombereiche gefertigt. Die Größe 0 ist in neuen Installationen nicht mehr zulässig.

Größe Bemessungsstrom Schwertlänge (ca.)
00/000 6 A bis 160 A 78 mm
0 6 A bis 160 A 125 mm
1 80 A bis 250 A 135 mm
2 125 A bis 400 A 150 mm
3 315 A bis 630 A 150 mm
4 500 A bis 1000 A 200 mm
4a 500 A bis 1250 A 200 mm

Austausch

NH-Sicherungseinsätze sind zur Handhabung mit Grifflaschen ausgestattet, die spannungsführend oder spannungsfrei (isoliert) ausgeführt sein können. Um die Sicherungseinsätze einpolig in ein Sicherungsunterteil einzusetzen oder aus diesem herauszuziehen, ist ein Sicherungsaufsteckgriff notwendig.

Unter Spannung dürfen NH-Sicherungseinsätze nur von einer Elektrofachkraft mit geeigneter Schutzausrüstung ausgetauscht werden. Die Schutzausrüstung umfasst mindestens einen Austeckgriff mit Lederstulpe und einen Helm mit Gesichtsschutz. Gegebenenfalls sind eine Isolierschutzmatte und isolierende Handschuhe erforderlich. Bei unsachgemäßem Ziehen eines NH-Sicherungseinsatzes unter Last kann ein Schaltlichtbogen entstehen, welcher ohne Schutzausrüstung schwere bis tödliche Verletzungen zur Folge haben kann.

Sogenannte NH-Trenner erleichtern den Sicherungswechsel. Sie haben einen Klappdeckel, der die Grifflaschen aufnimmt und den Sicherungshaltegriff ersetzt.

NH-Trenner gibt es z. B. in diesen Bauformen:

  • eine dreipolig schaltende Ausführung, bei der alle drei Sicherungselemente eines Drehstromabzweiges horizontal angereiht in einem Klappeinsatz untergebracht werden
  • eine einpolig schaltende Ausführung, die aus drei übereinander angeordneten einzelnen Klappeinsätzen für die drei Phasen besteht. Sie ist in modernen Trafostationen sehr verbreitet.

HH-Sicherungen

Ältere Hochspannungssicherung für 20-kV-Netze
Hochspannungssicherung für 115 kV

Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, kurz HH-Sicherungen, sind selbstständig schaltende Schutzgeräte im Mittelspannungsbereich bis 36 kV. In manchen Ländern werden Schmelzsicherung bis über 100 kV eingesetzt. Sie werden in Netzen der Energieversorgung und -verteilung verwendet, um die Auswirkungen von Überströmen (Kurzschlüssen) zu begrenzen. Die häufigste Anwendung findet sie in Transformatorstromkreisen, weitere Verwendungen sind in Motorstromkreisen und Kondensatorbänken.

Kommt es zu einem Kurzschluss, schmilzt der (oder die) im Innern der Sicherung befindliche(n) Schmelzleiter und unterbricht dadurch den Strom. Meist sind diese Sicherungen mit einem Schlagstift ausgerüstet. Dieser enthält eine kleine Treibladung, die durch einen zusätzlichen dünnen Draht in der Sicherung gezündet wird. Er tritt dann schlagartig aus der Stirnseite eines der Kontaktkappen der Sicherung aus. Der Schlagstift wirkt z. B. auf die Auslösemechanik eines Lastschalters, welcher dann den fehlerhaften Stromkreis dreipolig abschaltet.

„Hochleistungssicherung“ bedeutet, dass diese Sicherungen Ströme von mehrere kA abschalten können. Manche Hersteller haben ihre Sicherungen bis 63 kA Abschaltstrom geprüft.

Ein typisches Typenspektrum ist:

  • 3 bis 7,2 kV mit Nennströmen bis 500 A
  • 6 bis 12 kV mit Nennströmen bis 355 A
  • 10 bis 24 kV mit Nennströmen bis 200 A
  • 20 bis 36 kV mit Nennströmen bis 100 A

Zum Schutz von Mittelspannungs-Transformatoren und -Leitungen werden bei größeren Nennströmen Netzschutzgeräte eingesetzt.

Die Abmessungen sind in DIN 43625 festgelegt, deshalb wird weltweit auch von der „DIN-Fuse“ gesprochen. IEC 60282-1 bzw. die deutsche Übersetzung VDE 0670 Teil 4 sind die relevanten Normen, in denen die elektrischen Parameter und die Typenprüfung beschrieben sind. Das Zusammenspiel von Lastschaltern und Sicherungen ist in der IEC 62271-105 (entspricht VDE 0671-Teil 105) geregelt. Für die Zuordnung von Sicherung und Transformator gilt in Deutschland VDE 0670 Teil 402.

In anderen Ländern, wie dem nordamerikanischen Raum, werden Schmelzsicherungen auch im Hochspannungsbereich bis über 100 kV eingesetzt. Allerdings nur in Stromkreisen welche systembedingt vergleichsweise kleine Kurzschlussströme aufweisen. Der Vorteil ist der im Vergleich zu Hochspannungsschaltern geringere Preis.

Kurzschlüsse werden im Hochspannungsbereich zur Energieversorgung aufgrund der bei Kurzschlussströmen hohen Momentanleistungen durch aktiv gesteuerte Leistungsschalter getrennt. Bei Einsatz von Schmelzsicherungen käme es bei Auslösung durch das explosionsartige Verdampfen des Sicherungsdrahtes und des Lichtbogens zu Beschädigungen in der Umgebung der Sicherung.

Geräte- und Feinsicherungen (G-Sicherungen)

Feinsicherung 5 × 20 mm
Feinsicherung 5 × 20 mm mit Farbkodierung

G-Sicherungen, auch Glasrohrsicherungen genannt, bestehen aus einem kleinen Glas- oder Keramikrohr mit Metallkappen an beiden Enden, zwischen denen sich der Schmelzleiter befindet. Dieser Schmelzdraht ist freiliegend oder in Quarzsand eingebettet. Sie werden oft auch als Flimmrohrsicherungen oder Glasrohrsicherungen bezeichnet.

Es gibt diese Sicherungen in verschiedenen Längen und Durchmessern. In Europa am gebräuchlichsten ist das Format 5 × 20 mm, in den USA ¼ × 1¼ Zoll, das entspricht in etwa 6,3 × 32 mm.

Einsatzgebiet: Geräteschutz und (seltener) Kfz-Elektrik.

Kennzeichnung

Auf den Metallkappen ist der Nennstrom, die maximale Spannung und die (Auslöse-)Charakteristik eingeprägt. Seltener ist eine Farbcodierung gebräuchlich.

Prägung Charakteristik Übersetzung (Englisch)
FF superflink very fast acting
F flink fast acting
M mittelträge medium time lag
T träge time lag
TT superträge long time lag

Kenngrößen für Geräteschutzsicherungen sind Nennstrom, Nennspannung, Auslösecharakteristik und Ausschaltvermögen. Die Charakteristik ist durch Kennlinien festgelegt und unterscheidet flinke, mittelträge und träge Sicherungen. Beim 10-fachen Nennstrom schalten ab:

  • flinke Sicherungen in weniger als 20 ms
  • mittelträge Sicherungen zwischen 50 und 90 ms
  • träge Sicherungen zwischen 100 und 300 ms

G-Sicherungen werden für Nennströme von 0,032 … 20 A eingesetzt.

Feinsicherung ¼ × 1¼ Zoll, etwa 6,3 × 32 mm

Die Nennstrom-Definition und das Ansprechverhalten US-amerikanischer Sicherungen (6,3 × 32 mm) unterscheidet sich von europäischen Typen, sie sind daher meist nicht gegen gleiche Stromwerte austauschbar.

englische Sicherungen nach BS 1362

In Großbritannien sind in Hausinstallationen zylindrische Sicherungen mit einem Durchmesser von ¼  Zoll und einem Zoll Länge (Ø6,3 × 25,4 mm) nach BS 1362 gebräuchlich. Die Spezifikation nennt sandgefüllte Sicherungen mit keramischen Körper und metallischen Kontakten an den Stirnseiten mit 5,5 mm Länge.

In der BS 1362 wird die Auslösecharakeristik lediglich für Sicherungen mit 3 A (mit roter Markierung) oder 13 A (mit brauner Markierung) spezifiziert.

Beispiele:

  • 3 A Sicherungen
    • 0,02 bis 80 s bei 9 A
    • < 0,1 s bei 20 A
    • < 0,03 s bei 30 A.
  • 13 A Sicherungen
    • 1 bis 400 s bei 30 A
    • 0,1 bis 20 s bei 50 A
    • 0,01 bis 0.2 s bei 100 A.

Kraftfahrzeugsicherung

KFZ-Sicherungen. Oben die bis in die 1980er Jahren gebräuchliche Torpedo-Ausführung, unten aktuelle Standard-Flachsicherungen

Die in Kraftfahrzeugen verbauten Schmelzsicherungen sind nach DIN 72581 standardisiert. Gebräuchlich sind steckbare und somit vom Benutzer wartbare Sicherungen.

Torpedosicherungen

Torpedosicherungen, Ø6 × 25 mm

Diese Bauform nach DIN 72581-1 fand bis in die 1980er Jahre hauptsächlich in europäischen Fahrzeugen Anwendung. Andere Benennungen:

  • ATS-Sicherung
  • BOSCH-Sicherung

Sie bestehen aus einem zylindrischen Isolierkörper von 6 mm Durchmesser und 25 mm Länge, mit in einer Nut eingelegten Sicherungsstreifen und stirnseitg konischen Kontaktflächen. Für den isolierenden Trägerkörper ist bis zu 5 A thermoplastischer Kunststoff zulässig, darüber muss der Werkstoff hitzebeständig sein. Ideal dafür ist Keramik. Farbiges Glas und wärmebeständige Kunststoffe sind ebenso gebräuchlich. Hauptnachteil ist die relativ geringe, ringförmige Kontaktfläche, die zusammen mit ungenügender Druckkraft der gelochten Haltefeder hohe Übergangswiderstände verursachen kann. Diese führen zu übermäßiger Erwärmung der Kontaktstelle, welche eine weitere Oxidation der ohnehin geschädigten Kontaktstelle weiter begünstigt.

Die Betriebsspannung ist auf 36 Volt und der Strom auf 40 Ampere begrenzt. Der maximal zulässige Spannungsabfall über den Sicherungsstreifen ist nach DIN auf 0,1 V spezifiziert.

Farbkodierung von ATS- bzw. Torpedosicherungen
5 A 8 A 16 A 25 A 40 A
██ gelb
██ weiß
██ rot
██ blau
██ grau

Flachstecksicherungen

Nahaufnahme einer KFZ-Flachsicherung
unterschiedliche Baugrößen von KFZ-Flachsicherungen
Mini-Stecksicherung (mini fuse)
Standard-Stecksicherung (Standard fuse)
maxi fuse

Die 1976 entwickelte Bauform der Flachstecksicherung ist nach DIN 72581/3C genormt und wird nur für Kleinspannungen, hauptsächlich in Kraftfahrzeugen, verwendet.

Im Gegensatz zu den ATS-Sicherungen verfügt diese Bauform über eine Zertifizierung der Underwriters Laboratories (UL).

Ein gebräuchlicher Markenname ist ATO-Fuse, (Automotive Technology Organization); dieser ist ein eingetragenes Warenzeichen der Littelfuse Incorporation, Des Plaines, Illinois, USA.

Baugrößen und deren Benennung:

  • flache Mini-Stecksicherung (low-profile mini fuse)
  • Mini-Stecksicherung (mini fuse)
  • Standard-Stecksicherung ( fuse)
  • maxi fuse

Gängige Ausführungen sind die Standard-Flachsicherung und die Mini-Flachsicherung.

Die Bemessungsstromstärke von Standard- und Mini-Flachstecksicherungen wird durch die Farbe ihres Kunststoffkörpers gekennzeichnet.

Farbkodierung von KFZ-Flachstecksicherungen
1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 7,5 A 10 A 15 A 20 A 25 A 30 A (35 A) 40 A
██ schwarz
██ grau
██ violett
██ rosa
██ hellbraun
██ braun
██ rot
██ blau
██ gelb
██ klar
██ grün
██ blaugrün
██ orange

Streifensicherungen

Daneben gibt es auch Streifensicherungen in Form eines Blechstreifens aus Sicherungsblech für hohe Ströme über 40 Ampere. Häufig befinden sich diese in unmittelbarer Nähe der Starterbatterie in einem Sicherungskasten. Sie werden auch in Elektrofahrzeugen, z. B. in Gabelstaplern, verwendet. Streifensicherungen lassen sich nur mittels Werkzeugeinsatz austauschen und zählen somit rechtlich zu den durch Laien nicht wartbaren Bauteilen.

Sondertypen

Es gibt diverse Spezialsicherungen für Halbleiterschutz, Motorschutz oder andere spezielle Bedürfnisse. Diese sind oftmals zylinderförmig, können aber auch ähnlich NH-Sicherungen geformt sein.

Schmelzsicherungen mit Drahtanschlüssen

Defekte Glasrohr-Schmelzsicherungen mit Drahtanschlüssen

In Glühlampen und Energiesparlampen für Netzbetrieb werden Glasrohr-Schmelzsicherungen mit Drahtanschlüssen eingesetzt.

Auslösecharakteristik und Betriebsklasse

Schmelzsicherungen sind wie andere Sicherungselemente auch durch ihre Auslösecharakteristik gekennzeichnet. Sie ist zusammen mit dem Nennstrom und dem maximalen Abschaltstrom eine wichtige Kenngröße.

Die Auslösecharakteristik beschreibt u. a. in einem Zeit-Strom-Diagramm ein Toleranzfeld der Auslösezeit bei bestimmten auf den Nennstrom bezogenen relativen Überströmen. Verbal werden diese Kennwerte durch die Bezeichnung „flink“ (F), „mittelträge“ (MT) oder „träge“ (T) ausgedrückt.

Früher wurden träge Diazed-Sicherungen mit einer stilisierten Schnecke gekennzeichnet. 1967 wurde die einheitliche Betriebsklasse gL (später gG) eingeführt und die Unterscheidung zwischen träge und flink aufgegeben. Die Kennlinie gL (gG) ist trägflink, d. h. träg bei niedrigen und flink bei hohen Kurzschlussströmen. Die Kennzeichnung mit dem Schneckensymbol wurde für gL D-Sicherungen noch lange beibehalten.

Betriebsklassen von Niederspannungssicherungen (z. B. D- oder NH-Sicherungen)

gG 
Ganzbereichssicherung, allgemeine Anwendung (entspricht im Wesentlichen gL)
aM 
Teilbereichssicherung, Kurzschlussschutz für Schaltgeräte in Motorstromkreisen (Überlastschutz muss anderweitig gewährleistet sein)
gS 
Ganzbereichssicherung, Halbleiterbauelemente (superflink, ersetzt die Werksnormen gRL und gGR von SIBA und Ferraz/Lindner)
gR 
Ganzbereichssicherung, Halbleiterbauelemente (superflink, schneller als gS)
aR 
Teilbereichssicherung, Kurzschlussschutz für Halbleiterbauelemente (superflink, Überlastschutz muss anderweitig gewährleistet sein)
gTr 
Ganzbereichssicherung, (Groß-)Transformatoren (Sekundärseite, z. B. 400 V; trägt 130 % Last mindestens 10 Stunden; nationaler VDE-Typ)
gB 
Ganzbereichsicherung, Bergbauanlagen (kurzschlussflink, Betriebsspannungen bis 1000 V; nationaler VDE-Typ)
gL 
Ganzbereichssicherung, Kabel- und Leitungsschutz (obsoleter VDE-Typ, 1998 abgelöst durch gG)

Zum Beispiel kann die Auslösezeit ein und derselben Sicherung beim 1,5-fachen des Nennstromes wenige Minuten bis zu einer Stunde betragen; beim 15-fachen des Nennstromes beträgt sie beispielsweise 50…100 ms. Charakteristisch für alle Zeit-Strom-Diagramme von Sicherungselementen ist, dass die Toleranzbreite bei geringem Überstrom größer als bei relativ hohen Überströmen ist.
Sind enge Abschalttoleranzen erforderlich (z. B. zum Schutz eines kleinen Transformators gegen Überlast), ist eine Schmelzsicherung daher oft ungeeignet. Alternativ werden dann Temperatursicherungen oder Bimetall-Überstromschalter eingesetzt.

Europäische und US-amerikanische Sicherungen unterschieden sich hinsichtlich ihrer Nennstromdefinition und Auslösecharakteristiken.

Eng mit der Auslösecharakteristik verbunden ist die Selektivität einer Sicherungs- bzw. Verteileranlage: es muss vermieden werden, dass z. B. die Hauptsicherung bei Kurzschluss oder Überlast eher anspricht als die untergeordnete Sicherung im defekten Stromkreis. Daher müssen die Sicherungen hinsichtlich ihres Ansprechverhaltens aufeinander abgestimmt sein.

Bei Sicherungen für Verbraucher mit hohem Einschaltstrom ist der I²t-Wert (thermischer Durchlasswert, Integral des quadrierten Stromes über die Zeit, kurz Stromintegral) wichtig. Es beschreibt bei Multiplikation mit dem ohmschen Widerstand der Sicherung denjenigen Energiewert, der gerade noch nicht zur Auslösung führt: die Wärmeleistung (Stromwärme) am Sicherungselement hängt vom Quadrat des Stromes ab und führt innerhalb einer bestimmten Zeit zu einer bestimmten, die Auslösung bewirkenden Temperatur.

Der I²t-Wert sollte bei der Dimensionierung von Schmelzsicherungen nie ganz ausgeschöpft werden, da diese sich während vieler solcher Einschaltzyklen mit der Zeit thermisch bedingt verändern und ggf. vorzeitig ansprechen.

Sicherheit

Ein Sicherungselement ist im Regelfall für die einmalige Auslösung ausgelegt und sollte danach nicht repariert oder „geflickt“ werden. Die Sicherung soll zur Vermeidung von Bränden nicht überbrückt werden. Versicherungen lehnen in diesem Fall den Ausgleich aller daraus folgenden Schäden ab. In Deutschland, der Schweiz und Österreich sind die im Handel erhältlichen Sicherungseinsätze nur für die einmalige Auslösung vorgesehen.

Die Auswahl einer zum Geräte- und Personenschutz geeigneten Sicherung richtet sich primär nach der Dimensionierung der Installation und den im regulären Betriebsfall und im Kurzschlussfall auftretenden Stromstärken. Dabei kann auch das Problem auftreten, dass manche Verbraucher nicht durch eine Schmelzsicherung geschützt werden können. Hierzu zählen beispielsweise kleinere Netztransformatoren unter ca. 50 Watt Nennleistung, da ihr Einschaltstrom zu groß im Vergleich zu dem im Fehlerfall auftreten Strom ist. Diese Verbraucher können durch träge thermische Sicherungen gegen Überlast und Kurzschluss geschützt werden.

Reparable Sicherungen

geöffneter britischer Sicherungskasten mit wiederbedrahtbaren Sicherungshalter (Rewireable Fuse Carrier) nach BS 3036
Britische, wiederbedrahtbare Sicherungshalter (Rewireable Fuse Carrier), Ausführung von 1957
In Großbritannien erhältlicher Ersatz-Sicherungsdraht

Noch heute sind in Großbritannien wiederbedrahtbare Sicherungen in Altanlagen gebräuchlich. Der Rewireable Fuse Carrier nach BS 3036 ist mit einem Sicherungsdraht in den Stärke 5, 15, 20 oder 30 Ampere bestückt und befinden sich im Stecker selbst. Allerdings wird zunehmend die dort noch dominante Ring circuit (en:Ring circuit) durch Unterverteilungen ausgetauscht.

Darüber hinaus gibt es verschiedene Systeme bei denen das Ersetzen („flicken“) des Sicherungsdrahtes im Sicherungselement vorgesehen wurde. Beispielsweise ist das bei dem unter anderem in Großbritannien bis zum Jahr 2001 zulässigen „Wylex-Standard“ der Fall. Die Sicherungseinsätze werden auch als „rewirable fuse“ bezeichnet, sind im britischen Standard BS 3036 [2] festgelegt und wurden bevorzugt in Elektroinstallation mit Ringtopologie nach BS 1363 eingesetzt. Dazu besteht der Sicherungskasten („Consumer-Unit“) aus Einsätzen in welche der Anschlussinhaber einen entsprechenden Sicherungsdraht mit passender Stromstärke selbst einsetzen muss.

Zu diesem Zweck sind im Handel Ersatz-Sicherungsdrähte erhältlich. Aufgrund der Gefahr von Stromunfällen und unsachgemässer Handhabung wird auch in Großbritannien das Wylex-System durch den Einsatz von Leitungsschutzschaltern ersetzt. In Altinstallationen ist das „Flicken“ von Sicherungen mit Sicherungsdraht aber auch nicht mehr zulässig.

Schaltvermögen

Damit eine Sicherung im Kurzschlussfall sicher auslösen kann, ist es wichtig, dass ihr Schaltvermögen nicht überschritten wird. Das Schaltvermögen ist der maximale zu erwartende „prospektive“ Kurzschlussstrom, den die Sicherung noch sicher abschalten kann, ohne dass ein Lichtbogen stehenbleibt oder die Sicherung selbst zerstört wird (z. B. Zerplatzen des Keramikkörpers). Das bezieht sich auch auf kurzfristige, starke Stromstöße von einigen Millisekunden.

Schaltvermögen einiger Schmelzsicherungen
Typ Schaltvermögen
D (Diazed) 50 kA (500 V ⏦)
8 kA (500 V ⎓)
D0 (Neozed) 50 kA (400 V ⏦)
8 kA (250 V ⎓)
NH (Typ gG) 100–120 kA (400 / 500 / 690 V ⏦)
25 kA (250 / 440 V ⎓)
Gerätesicherungen
(Feinsicherungen)
L (kleines Ausschaltvermögen): 35 A bzw. 10×In (250 V ⏦)
H (großes Ausschaltvermögen): 1500 A (250 V ⏦)
Sondertypen bis 10 kA (400 V ⏦)
KFZ-Sicherungen 1000 A (32 V ⎓)
500 A – 5 kA

Begriffsdefinition für Niederspannungssicherungen

Eine Niederspannungssicherung ist laut EN 60269 ein, Zitat: Gerät, das durch das Abschmelzen eines oder mehrerer seiner besonders ausgelegten und bemessenen Bauteile den Stromkreis, in dem es eingesetzt ist durch Unterbrechen des Stromkreises öffnet, wenn dieser einen bestimmten Wert während einer ausreichenden Zeit überschreitet.

Siehe auch

Literatur

  • Niederspannungssicherungen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen. DIN EN 60269-1:2005-11. VDE Verlag, Berlin 2005.
  • Geräteschutzsicherungen - Teil 1: Begriffe für Geräteschutzsicherungen und allgemeine Anforderungen an G-Sicherungseinsätze. DIN EN 60127-1:2003-08. VDE Verlag, Berlin 2003.
  • Hochspannungssicherungen - Teil 1: Strombegrenzende Sicherungen. DIN EN 60282-1:2006-12. VDE Verlag, Berlin 2006.
  • Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V - Schutz von Kabeln und Leitungen bei Überstrom. DIN VDE 0100-430:1991-11. VDE Verlag, Berlin 1991.
  • Sicherungshandbuch – Starkstromsicherungen. NH/HH-RECYCLING e. V., Frankfurt 2007.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. TAB 2007 (PDF 590 KB)
  2. Rewireable (semi-enclosed) Fuses (engl.)

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