Es gibt nicht nur den Kurzschluss

Die richtige Absicherung – Fehlerfall Überstrom


Wenn von der Absicherung elektrischer Stromkreise gesprochen wird, ist in der Regel die Absicherung gegen einen KURZSCHLUSS gemeint.
Elektromechanische Kontakte werden deshalb z.B. mit einem unbeeinflussten (prospektiven) Kurzschlussstrom von 1.000 A1 getestet.
Der tatsächlich fließende Spitzenwert des Stromes, der zum Auslösen der SICHERUNG führt, erreicht dabei Werte in der Größenordnung von 250 A.
Durch die kurze Auslösezeit der SICHERUNG kann der schaltende Kontakt durch ÖFFNUNGSVERSAGEN zwar ausfallen, wird aber in seiner Gesamtheit, vor allem thermisch, nicht zerstört.

Die thermische Belastungsgrenze eines Kontaktsystems wird durch den thermisch bedingten GRENZDAUERSTROM beschrieben.
Dies ist der maximal zulässige Strom u.ber einen geschlossenen Kontakt, bei dem eine unzulässige Erwärmung noch nicht erwartet wird. Bei einem Überschreiten dieses Wertes muss aber mit einer dauerhaften Schädigung gerechnet werden.
Ein z.B. um 50 % erhöhter GRENZDAUERSTROM bewirkt etwa eine um den Faktor 2,25 erhöhte Erwärmung (I 2 x R).
Damit wird deutlich, dass der GRENZDAUERSTROM die Bemessungsgröße für die auszuwählende SICHERUNG ist.

Eine gegen einen KURZSCHLUSS schützende und damit entsprechend bemessene SICHERUNG, wird keinesfalls hinreichend kurzzeitig eine Stromunterbrechung bei ÜBERSTROM herbeiführen. Das Kontaktsystem wird durch die unzulässig überhöhte Temperatur geschädigt.
Um ein Kontaktsystem gegen ÜBERSTROM zu schützen, muss deshalb ein anderer Ansatz für die Auswahl einer geeigneten SICHERUNG gefunden werden.




















Das Kontaktsystem ist geschützt, wenn bei ÜBERSTROM die ausgewählte SICHERUNG hinreichend kurzzeitig den Stromkreis unterbricht, d.h., dass die Unterbrechung kurzzeitig nach Überschreiten des Wertes vom GRENZDAUERSTROM erfolgt.

Was ist hinreichend kurzzeitig? Bei nachfolgender Diskussion wird hierfür eine Zeit von <1 s angenommen.



Der Schnittpunkt der beiden Linien 10 A / 1 s im nebenstehenden Kennlinienfeld liegt etwas oberhalb der Kennlinie für eine 4 A SICHERUNG, bei etwa 700 ms.
Unter den genannten Voraussetzungen schützt eine 4 A-SICHERUNG gegen einen unzulässigen ÜBERSTROM.



Der Schnittpunkt der beiden Linien 6 A / 1 s im Kennlinienfeld liegt oberhalb der Kennlinie für eine 2 A Sicherung, bei etwa 400 ms. Unter den genannten Voraussetzungen schützt eine 2 ASicherung gegen einen unzulässigen Überstrom.

AUSWAHLREGEL
Einen Anhaltspunkt für die Auswahl erhält man mit dem Quotienten aus GRENZDAUERSTROM geteilt durch den Nennwert der gefundenen SICHERUNG. Daraus lässt sich nachstehender Zusammenhang darstellen:


Die Bemessungsbeispiele 1 und 2 ergeben unterschiedliche Quotienten, was mit der Abstufung der Nennwerte der verfügbaren SICHERUNGEN zusammenhängt.
Beispiel 1 liefert bereits eine ausreichend kurze Auslösezeit, Beispiel 2 löst noch schneller aus.



Verwendet man im Beispiel 2 zur Festlegung den Quotienten 2,5, der eine ausreichend kurze Auslösezeit bietet, ergibt sich ein Nennwert für die SICHERUNG von 2,4 A. Dieser Wert ist nicht verfügbar. Es kommt also der nächstliegende Wert unterhalb von 2,4 A infrage, d.h. 2,0 A.

Schlussbemerkung
Nicht nur die Möglichkeit eines „satten“ KURZSCHLUSSES ist für die Auswahl der richtigen SICHERUNG von Bedeutung. Für diesen Fall steht das Trennvermögen der SICHERUNG im Vordergrund.
Die SICHERUNG sollte aber auch im Falle eines ÜBERSTROMES („hochohmiger“ KURZSCHLUSS, z. B. durch hohe Leitungswiderstände bewirkt) den Stromkreis zuverlässig unterbrechen.
Die sich daraus ergebende Begrenzung der maximal möglichen Schaltleistung des Stromkreises bedeutet im Allgemeinen keine Einschränkung in der Praxis. Geht man beispielsweise von dem zulässigen BETRIEBSBEMESSUNGSSTROM (Ie ) entsprechend AC15 bzw. DC13 aus, ist dieser meist deutlich geringer als der thermisch bedingte GRENZDAUERSTROM.

Begriffe
BETRIEBSBEMESSUNGSSTROM
Strom, der unter festgelegten Bedingungen eine bestimmte Anzahl Schaltspiele übersteht. Typische Bedingungen sind AC15 und DC13 (Schaltvermögen, Lebensdauer).

GRENZDAUERSTROM
eines Ausgangskreises [IEV 444-04-28]
Größter Wert der Stromstärke, die ein geschlossener Kontaktstromkreis oder ein durchgeschalteter Ausgangsstromkreis unter festgelegten Bedingungen dauernd führen kann.
ANMERKUNG: Bei Wechselstrom wird der Effektivwert angegeben.

KURZSCHLUSS
[IEV 151-12-04 mod]
Zufällige oder beabsichtigte Verbindung von zwei oder mehr Punkten in einem Stromkreis durch einen verhältnismäßig niedrigen Widerstand.

SICHERUNG
[IEV 441-18-01 mod.]
Einrichtung, die durch Abschmelzen eines oder mehrerer ihrer hierfür bestimmten und ausgelegten Teile den Stromkreis, in den sie eingefügt ist, öffnet, indem sie den Strom ausschaltet, wenn dieser über eine ausreichend lange Zeit einen gegebenen Wert überschreitet.

ÖFFNUNGSVERSAGEN
[EN 50205, ABSCHN. 3.2]
Entgegen der Erwartung öffnet ein geschlossener Kontakt nicht.

ÜBERSTROM
[IEV 441-11-06]
Strom, der die Bemessungsstromstärke überschreitet. Wert einer Stromstärke der über dem Wert des GRENZDAUERSTROMES liegt.

Eberhard Kirsch, Hengstler GmbH



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Deutschen Schaltrelais-Hersteller im ZVEI
Update 04/11/2014