Ratgeber
Elektrischer Strom hat nicht nur positive Eigenschaften. Bei einem Kurzschluss beispielsweise kann er angeschlossene Geräte oder Leitungen zerstören. Damit das nicht passiert, gibt es Sicherungen. Die sitzen nicht nur als Leitungs- beziehungsweise Fehlerstromschutzschalter in Schaltschränken und Sicherungskästen, sondern häufig auch in Netzteilen, Rundfunk- und TV-Geräten oder Messeinrichtungen.
In diesen Fällen handelt es sich um Geräteschutzsicherungen, bekannt auch als G-Sicherungen, GS-Sicherungen, Feinsicherungen und Glassicherungen. In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie diese wichtigen Bauelemente funktionieren und welche Typen und Bauformen es gibt.
Die ersten bibliografischen Hinweise auf elektrische Sicherungen stammen aus dem Jahr 1774, als sie zum Schutz von Kondensatoren vor Schäden durch übermäßige Entladeströme eingesetzt wurden. Aber erst in den 1880er Jahren erkannte man im Zug der fortschreitenden Elektrifizierung das Potenzial dieser Schutzvorrichtung für elektrische Anlagen.
Das Grundprinzip dieser Sicherungen: Ein Widerstandsdraht wird in Reihe zu dem zu schützenden Stromkreis geschaltet. Material, Länge und Durchmesser des Drahtes sind so bemessen, dass er bei einer zu hohen Stromstärke durch die Widerstandswärme schmilzt und damit den Stromkreis unterbricht. Die Funktion ist vergleichbar mit einem Lichtschalter, der nur einmal ausgeschaltet werden kann und dann auszutauschen ist.
Die heute existierenden Sicherungssysteme sind weitaus komplexer als eine einfache Schmelzsicherung. Dennoch hat sie immer noch ihre Daseinsberechtigung. Zum Beispiel als Feinsicherung für elektrische Geräte.
Feinsicherungen sind heute weltweit in sehr großer Zahl im Einsatz. Sie funktionieren noch immer nach dem Prinzip des Schmelzens eines Leiters. Dieser ist so konstruiert, dass er bei einer bestimmten Temperatur durchbrennt, wenn mehr Strom als die Nennstrommenge durch ihn fließt.
Das bedeutet: Wenn die Sicherung durchgebrannt ist, muss sie ersetzt werden. Ansonsten bleibt der Stromkreis unterbrochen und das Gerät funktioniert nicht mehr.
Vorsicht!
Durchgebrannte Feinsicherungen auf keinen Fall reparieren, beispielsweise durch das Umwickeln mit Aluminiumfolie oder das Verbinden der Kontaktkappen durch einen Draht! Dies könnte bei einem Fehlerstrom zur Zerstörung des Geräts führen und im Extremfall einen Brand auslösen.
Konstruktiv besteht eine Feinsicherung aus einem mehr oder weniger dünnen Draht innerhalb eines Glas- oder Keramikröhrchens mit zwei Metallkappen, die als Kontakte dienen. Feinsicherungen für höhere Stromstärken enthalten oft eine Füllung aus Quarzsand. Dieses Löschmittel verhindert die Lichtbogenbildung während des Durchbrennens. Zusätzlich können Feinsicherungen mit einem Anzeigebolzen oder mit Schraublaschen ausgerüstet sein
Hinsichtlich der Baugröße hat sich in Europa der Typ mit 20 Millimeter Länge und 5 Millimeter Durchmesser etabliert. Verfügbar sind aber auch Längen zwischen 5,72 und 85 Millimetern sowie Durchmesser zwischen 2,06 und 26,9 Millimeter.
Die wichtigsten Parameter für Feinsicherungen neben der Größe sind Nennspannung, Nennstrom und Auslösecharakteristik.
Die weitaus meisten Varianten von Feinsicherungen sind für eine Nennspannung von 250 Volt ausgelegt. Die niedrigste Spannung liegt üblicherweise bei 32 Volt, die höchste bei 3000 Volt.
Beim Nennstrom verkraften gängige Typen im unteren Bereich Ströme bis etwa 500 Milliampere, im oberen Bereich bis 10 Ampere. Für Schaltungen mit wenig Strombelastung sind aber auch Feinsicherungen für einen Nennstrom von 32 Milliampere erhältlich, das Maximum liegt bei 175 Ampere.
Zum Verständnis: Die oben genannten Werte beziehen sich auf Spannungen und Ströme, die eine Feinsicherung problemlos verkraften kann. Liegt die Versorgungsenergie darüber, brennt die Sicherung durch. Da allerdings auch Anwendungen existieren, bei denen Ströme wenn auch nur kurzfristig deutlich höher ausfallen, muss die Sicherung darauf eingestellt sein. Das ist zum Beispiel bei induktiven Lasten wie Elektromotoren oder Trafos der Fall, die durchaus höhere Einschaltströme ohne Schaden überstehen.
Damit bei solchen Stromstößen die Sicherung nicht sofort durchbrennt, wurden spezielle Auslösecharakteristika definiert. Sie basieren auf dem sogenannten Schmelzintegral aus Stromstärke und Zeit, das heißt, das Durchbrennverhalten hängt unmittelbar mit der Höhe und der Dauer des Überstroms zusammen. Die Skala der Charakteristika umfasst superflinke, flinke, mittelträge, träge und superträge Sicherungen. Bei einem zehnfachen Nennstrom beispielsweise unterbrechen superflinke Feinsicherungen den Stromkreis schon nach weniger als 12 Millisekunden. Mittelträge reagieren nach 5 bis 90 Millisekunden, superträge widerstehen dem Überstrom sogar bis zu 4 Sekunden. Träge Glassicherungen eigenen sich in erster Linie für induktive Lasten.
Wie lässt sich auf feststellen, welche elektrischen Werte eine Sicherung besitzt?
Typischerweise anhand der Metallkappen. Hier sind die maximale Spannung, der Nennstrom sowie das Auslöseverhalten eingeprägt. Bei letzterem bedeutet FF superflink, F flink und M mittelträge. Träge und superträge Sicherungen sind mit den Buchstaben T beziehungsweise TT gekennzeichnet.
Welche Ausführung sollte in der Elektronik, zum Beispiel für Halbleiter-Schaltungen, gewählt werden?
Bei Schaltungen mit Transistoren, Dioden oder integrierten Schaltkreisen sind flinke oder superflinke Feinsicherungen zu empfehlen, da Halbleiter sehr empfindlich auf zu hohe Ströme und die damit verbundene Wärmeentwicklung reagieren.
Welche Norm gilt für die Verwendung von Geräteschutzsicherungen?
Für Feinsicherungen gilt die Norm DIN EN / IEC 60127-1 beziehungsweise VDE 0820-1:2015-12.
Wird bei der Definition von Feinsicherungen zwischen Wechsel- und Gleichstrom unterschieden?
Ja, und zwar beim Schaltvermögen. Die entsprechenden Kennbuchstaben sind B, C, D, E und G. Bei 250 Volt Wechselspannung beträgt das Schaltvermögen des Typs B 50 Ampere, der Typ G schaltet dagegen bis zu 1500 Ampere. Für eine Gleichspannung in identischer Größenordnung lauten die Werte des Typs B dagegen 12,5 Ampere, beim Typ G sind es 750 Ampere. Für das Schaltvermögen gilt grundsätzlich, dass es größer sein muss als der Kurzschlussstrom.
Schützen Schmelzsicherungen auch vor Personenschäden?
Schmelzsicherungen allein bieten keinen zuverlässigen Personenschutz, da bis zum Durchbrennen prinzipiell eine gewisse Zeit vergeht, abhängig von der Auslösecharakteristik.