Attachments:

eaton-bussmann-series-high-speed-fuses-application-guide-br132015en-en-us.pdf

[Eaton Bussmann Sicherungen Technischer Leitfaden]

0 kB

So vermeiden Sie die falsche Verwendung von AC-Sicherungen in DC-Stromkreisen

Die richtige Auswahl von Sicherungen ist entscheidend für die elektrische Sicherheit und den zuverlässigen Schutz elektrischer Anlagen. Sicherungen schützen Stromkreise vor Überströmen, Kurzschlüssen und möglichen Brandgefahren. Ein häufiger Fehler bei elektrischen Installationen besteht jedoch darin, AC-Sicherungen (Wechselstromsicherungen) in DC-Stromkreisen (Gleichstromkreisen) einzusetzen, ohne ihre Eignung für diese Anwendung zu überprüfen.

Obwohl AC- und DC-Sicherungen äußerlich ähnlich aussehen und grundsätzlich dieselbe Schutzfunktion erfüllen, unterscheiden sie sich hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften und ihrer Fähigkeit, Fehlerströme sicher zu unterbrechen.

Die Verwendung einer ungeeigneten AC-Sicherung in einem DC-Stromkreis kann zu gefährlicher Lichtbogenbildung, Schäden an elektrischen Komponenten und sogar zu Bränden führen.

Wer die Unterschiede zwischen AC- und DC-Sicherungen, ihre Spannungswerte und ihre spezifischen Einsatzbedingungen kennt, kann Fehlentscheidungen bei der Sicherungsauswahl vermeiden und die Sicherheit elektrischer Anlagen verbessern.

In diesem Artikel erfahren Sie, warum AC-Sicherungen nicht ohne entsprechende Prüfung in DC-Stromkreisen verwendet werden sollten und worauf Sie bei der Auswahl der richtigen DC-Sicherung achten müssen.

1. Was ist der Unterschied zwischen AC- und DC-Sicherungen?

Der wichtigste Unterschied zwischen AC- und DC-Sicherungen liegt in der Art und Weise, wie sie den elektrischen Strom unterbrechen.

AC (Alternating Current – Wechselstrom) ändert regelmäßig seine Richtung. In einem 50-Hz-Wechselstromnetz durchläuft der Strom innerhalb einer Sekunde 100-mal den Nulldurchgang. Diese natürlichen Stromnulldurchgänge unterstützen das Erlöschen des Lichtbogens, wenn die Sicherung auslöst.

DC (Direct Current – Gleichstrom) fließt dagegen kontinuierlich in eine Richtung. Anders als bei Wechselstrom gibt es im normalen Betrieb keine natürlichen Stromnulldurchgänge. Dadurch ist es deutlich schwieriger, einen Gleichstrom sicher zu unterbrechen, da der elektrische Lichtbogen auch nach dem Schmelzen des Sicherungselements bestehen bleiben kann.

DC-Sicherungen sind speziell konstruiert, um diesen Lichtbogen zuverlässig zu löschen. Dazu verfügen sie je nach Bauart über besondere Lichtbogenlöschmechanismen und geeignete interne Konstruktionen.

Deshalb darf eine AC-Sicherung nicht automatisch als geeignet für DC-Anwendungen betrachtet werden, nur weil ihr Nennstrom dem benötigten Wert entspricht.

2. Warum ist die Verwendung von AC-Sicherungen in DC-Stromkreisen gefährlich?

Der Einsatz einer AC-Sicherung in einem DC-Stromkreis ohne bestätigte DC-Eignung kann verschiedene Sicherheitsrisiken verursachen.

Anhaltende elektrische Lichtbogenbildung

Wenn das Sicherungselement schmilzt, kann zwischen den getrennten Enden ein elektrischer Lichtbogen entstehen.

In einem Wechselstromkreis wird dieser Lichtbogen durch den natürlichen Stromnulldurchgang unterstützt gelöscht.

In einem Gleichstromkreis fließt der Strom hingegen kontinuierlich weiter. Dadurch kann der Lichtbogen länger bestehen bleiben.

Ist die Sicherung nicht für die Unterbrechung von Gleichstrom ausgelegt, kann der Lichtbogen bestehen bleiben und zu Überhitzung, Schäden am Sicherungshalter oder sogar zu einem Brand führen.

Falsche Spannungsbemessung

Die Spannungsangaben von AC- und DC-Sicherungen sind nicht ohne Weiteres miteinander vergleichbar.

Eine Sicherung, die für eine bestimmte Wechselspannung ausgelegt ist, kann eine deutlich niedrigere zulässige Gleichspannung besitzen. Der Grund dafür ist die höhere Anforderung an die Lichtbogenlöschung bei Gleichstrom.

Beispielsweise kann eine Sicherung mit einer Nennspannung von 1.000 V AC je nach Konstruktion und Prüfung nur für 500 V oder 750 V DC zugelassen sein.

Deshalb müssen immer die technischen Herstellerangaben überprüft werden. Eine AC-Spannungsangabe darf niemals automatisch als zulässige DC-Spannung interpretiert werden.

Unzureichende Fehlerstromunterbrechung

AC-Sicherungen sind auf die elektrischen Eigenschaften von Wechselstrom ausgelegt. Ihre Unterbrechungsfähigkeit ist deshalb nicht automatisch für Gleichstromanwendungen geeignet.

Insbesondere in Photovoltaikanlagen können die verfügbaren Fehlerströme vergleichsweise begrenzt sein. Eine ungeeignete Sicherung kann unter bestimmten Fehlerbedingungen möglicherweise nicht den erforderlichen Schutz gewährleisten.

Erhöhtes Risiko von Geräteschäden

Eine falsch ausgewählte Sicherung kann einen DC-Fehlerstrom möglicherweise nicht sicher unterbrechen.

Dadurch können Kabel, Steckverbindungen, Sicherungshalter und andere elektrische Komponenten übermäßigen Temperaturen und elektrischen Belastungen ausgesetzt werden.

Die Verwendung einer für die jeweilige Anwendung zugelassenen DC-Sicherung hilft, diese Risiken zu reduzieren.

3. Können AC-Sicherungen in DC-Stromkreisen verwendet werden?

Eine AC-Sicherung kann grundsätzlich auch für eine DC-Anwendung infrage kommen, allerdings nur dann, wenn der Hersteller ausdrücklich eine geeignete DC-Nennspannung und die erforderliche Gleichstrom-Unterbrechungsfähigkeit angibt.

Bei der Auswahl müssen folgende Faktoren berücksichtigt werden:

• DC-Nennspannung der Sicherung.

• Nennstrom und Auslösecharakteristik.

• Maximal zu erwartender Kurzschlussstrom.

• DC-Ausschaltvermögen beziehungsweise DC-Schaltvermögen.

• Schaltungskonfiguration und gegebenenfalls Polaritätsanforderungen.

• Umgebungstemperatur.

• Kompatibilität mit dem Sicherungshalter.

Ein weitverbreiteter Irrtum besteht darin, dass eine AC-Sicherung grundsätzlich für DC verwendet werden kann, wenn ihre Spannungsangabe einfach um 50 % reduziert wird.

Eine solche pauschale Umrechnung ist jedoch keine allgemeingültige technische Regel. Die tatsächliche DC-Nennspannung hängt von der Konstruktion, den verwendeten Materialien und der geprüften Unterbrechungsfähigkeit der jeweiligen Sicherung ab.

Wichtig: Verlassen Sie sich niemals auf eine geschätzte Umrechnung von AC- in DC-Spannungswerte. Verwenden Sie ausschließlich die vom Hersteller angegebenen DC-Nennwerte und technischen Dokumentationen.

4. Wie wählt man die richtige Sicherung für DC-Stromkreise aus?

Bei der Auswahl einer geeigneten DC-Sicherung reicht es nicht aus, lediglich den Nennstrom zu berücksichtigen. Ingenieure, Elektroinstallateure und Anlagenplaner sollten mehrere elektrische und umgebungsbedingte Faktoren prüfen.

Schritt 1: DC-Betriebsspannung bestimmen

Ermitteln Sie zunächst die maximale Betriebsspannung des Gleichstromkreises.

Die ausgewählte Sicherung muss eine DC-Nennspannung besitzen, die mindestens der maximal möglichen Betriebsspannung entspricht.

Bei Photovoltaikanlagen muss beispielsweise die maximale mögliche Stringspannung berücksichtigt werden. Diese kann bei niedrigen Umgebungstemperaturen ansteigen.

Schritt 2: Den erforderlichen Nennstrom berechnen

Ermitteln Sie den maximal zu erwartenden Betriebsstrom und wählen Sie eine Sicherung mit einem geeigneten Nennstrom.

Bei Photovoltaikanlagen ist insbesondere der Kurzschlussstrom (Isc) der Solarmodule ein wichtiger Parameter.

Ein häufig verwendeter Berechnungsansatz unter Berücksichtigung der geltenden PV-Auslegungsregeln lautet:

Erforderlicher Sicherungsnennstrom = Isc × Anzahl der parallelen Strings × 1,56

Beispiel:

Eine Photovoltaikanlage besteht aus zwei parallel geschalteten Strings. Jeder String besitzt einen Kurzschlussstrom von 6,35 A.

Die Berechnung lautet:

6,35 A × 2 × 1,56 = 19,81 A

Anschließend muss ein geeigneter genormter Sicherungsnennstrom ausgewählt werden.

Dabei sind die geltenden elektrotechnischen Vorschriften, die Modulspezifikationen, die zulässige Strombelastbarkeit der Leitungen sowie der maximal zulässige Serien-Sicherungswert der Module zu berücksichtigen.

Diese Berechnung dient als Ausgangspunkt und ersetzt keine vollständige technische Anlagenplanung.

Schritt 3: Das DC-Ausschaltvermögen überprüfen

Das Ausschaltvermögen beschreibt den maximalen Fehlerstrom, den eine Sicherung bei einer bestimmten Spannung sicher unterbrechen kann.

DC-Stromkreise können insbesondere in Batteriespeichersystemen und leistungsstarken elektrischen Anlagen sehr hohe Kurzschlussströme aufweisen.

Achten Sie deshalb darauf, dass das DC-Ausschaltvermögen der ausgewählten Sicherung ausreichend hoch ist, um den maximal zu erwartenden Kurzschlussstrom am Installationsort sicher zu unterbrechen.

Schritt 4: Umgebungstemperatur berücksichtigen

Die Umgebungstemperatur beeinflusst die Leistung und das Betriebsverhalten einer Sicherung.

Sicherungen in außen installierten PV-Sammelkästen, elektrischen Schaltschränken oder anderen Umgebungen mit hohen Temperaturen können einer erheblichen thermischen Belastung ausgesetzt sein.

Hohe Umgebungstemperaturen können die Strombelastbarkeit und die Auslösecharakteristik beeinflussen.

Beachten Sie daher immer die Temperatur-Derating-Kurven des Herstellers und wenden Sie die entsprechenden Korrekturfaktoren an.

Schritt 5: Kompatibilität mit den Leitungen sicherstellen

Die ausgewählte Sicherung muss auch einen geeigneten Schutz der angeschlossenen Leitungen gewährleisten.

Der Nennstrom der Sicherung darf die zulässige Strombelastbarkeit der geschützten Leitung unter Berücksichtigung der Verlegebedingungen und geltenden Korrekturfaktoren nicht überschreiten.

Eine korrekte Abstimmung zwischen Sicherung und Leitung verhindert eine unzulässige Erwärmung der Leiter bei Überlast und Kurzschluss.

Schritt 6: Nennwerte des Sicherungshalters überprüfen

Die Auswahl einer DC-Sicherung allein reicht nicht aus, wenn der verwendete Sicherungshalter ausschließlich für AC-Anwendungen geeignet ist.

Auch der Sicherungshalter muss über eine ausreichende DC-Spannungs- und Strombemessung verfügen und für die zu erwartenden Kurzschlussbedingungen geeignet sein.

Überprüfen Sie deshalb immer die technischen Daten der gesamten Sicherungsbaugruppe.

5. Warum sind DC-Sicherungen in Photovoltaikanlagen so wichtig?

Photovoltaikanlagen gehören zu den häufigsten Anwendungsbereichen, in denen die falsche Auswahl von AC-Sicherungen zu erheblichen Sicherheitsproblemen führen kann.

Solarmodule erzeugen Gleichstrom, der durch PV-Strings, Generatoranschlusskästen und Wechselrichtereingänge fließt.

Wenn mehrere PV-Strings parallel geschaltet sind, kann bei bestimmten Fehlerbedingungen ein Rückstrom aus den intakten Strings in einen fehlerhaften String fließen.

Ohne geeigneten Überstromschutz kann dieser Rückstrom Solarmodule, Kabel und Steckverbindungen beschädigen.

Speziell entwickelte DC-PV-Sicherungen bieten einen geeigneten Schutz für die besonderen elektrischen Betriebsbedingungen von Photovoltaikanlagen.

Zu ihren wichtigsten Schutzfunktionen gehören:

• Schutz von PV-Modulen vor überhöhten Rückströmen.

• Vermeidung einer Überhitzung elektrischer Leitungen.

• Reduzierung der Brandgefahr.

• Schutz von Generatoranschlusskästen und elektrischen Verbindungen.

• Verbesserung der Betriebssicherheit von Photovoltaikanlagen.

Bei der Auswahl von PV-Sicherungen müssen außerdem die einschlägigen Normen berücksichtigt werden. Dazu gehört insbesondere die IEC 60269-6 für gPV-Sicherungseinsätze.

Die Verwendung geeigneter und geprüfter PV-Sicherungen trägt dazu bei, dass die Schutzfunktion innerhalb der Photovoltaikanlage zuverlässig erfüllt wird.

6. Häufige Fehler bei der Auswahl von DC-Sicherungen

Eine falsche Sicherungsauswahl entsteht häufig dadurch, dass wichtige technische Spezifikationen übersehen werden.

Die folgenden Fehler sollten vermieden werden:

1. AC- und DC-Nennwerte als gleichwertig betrachten

Eine Sicherung mit geeigneten AC-Nennwerten ist nicht automatisch für DC-Stromkreise geeignet. Überprüfen Sie immer die ausdrücklich angegebene DC-Nennspannung.

2. Das DC-Ausschaltvermögen ignorieren

Die Sicherung muss den maximal möglichen DC-Kurzschlussstrom sicher unterbrechen können. Ein unzureichendes Ausschaltvermögen kann zu gefährlicher Lichtbogenbildung führen.

3. Die Sicherung ausschließlich nach dem Nennstrom auswählen

Der Nennstrom ist nur ein Auswahlkriterium. Spannungsbemessung, Ausschaltvermögen, Auslösecharakteristik und Umgebungsbedingungen sind ebenfalls entscheidend.

4. Temperaturbedingte Leistungsminderung nicht berücksichtigen

Hohe Umgebungstemperaturen können das Betriebsverhalten einer Sicherung beeinflussen. Beachten Sie deshalb die entsprechenden Herstellerangaben zur Temperaturkorrektur.

5. Ungeeignete Sicherungshalter verwenden

Der Sicherungshalter muss ebenfalls für die DC-Spannung und den erforderlichen Strom ausgelegt sein.

6. Einschlägige elektrotechnische Normen übersehen

Je nach Anwendung gelten unterschiedliche Anforderungen. Photovoltaikanlagen, Batteriespeichersysteme und industrielle DC-Stromkreise können verschiedene Sicherungseigenschaften erfordern.

7. Welche Normen sind bei der Auswahl von DC-Sicherungen zu beachten?

Die Einhaltung relevanter elektrotechnischer Normen ist ein wichtiger Bestandteil einer sicheren Sicherungsauswahl.

Zu den wichtigen Normen gehören:

• IEC 60269: Allgemeine Anforderungen an Niederspannungssicherungen.

• IEC 60269-6: Zusätzliche Anforderungen an Sicherungseinsätze zum Schutz von Photovoltaikanlagen.

• UL 2579: Anforderungen an Sicherungseinsätze für Photovoltaikanwendungen.

Welche Norm anzuwenden ist, hängt vom jeweiligen Einsatzbereich, dem Installationsort und den geltenden gesetzlichen Anforderungen ab.

Achten Sie immer darauf, dass die ausgewählte Sicherung über die erforderlichen Prüfungen, Zulassungen und technischen Nachweise für die vorgesehene DC-Anwendung verfügt.

8. AC-Sicherung vs. DC-Sicherung: Die wichtigsten Unterschiede

Ein direkter Vergleich zwischen AC- und DC-Sicherungen erleichtert die Auswahl der richtigen Schutzkomponente.

Obwohl beide Sicherungstypen elektrische Stromkreise vor überhöhten Strömen schützen, unterscheiden sich ihre Anforderungen an die sichere Stromunterbrechung erheblich.

Die richtige Auswahl muss deshalb immer anhand der tatsächlichen elektrischen Betriebsbedingungen erfolgen.

9. Bewährte Vorgehensweisen für die sichere Installation von DC-Sicherungen

Die Einhaltung fachgerechter Installationspraktiken trägt dazu bei, die zuverlässige Funktion von DC-Sicherungen sicherzustellen.

Beachten Sie folgende Empfehlungen:

• Verwenden Sie ausschließlich Sicherungen mit eindeutig angegebener DC-Nennspannung.

• Stellen Sie sicher, dass der Nennstrom zur Auslegung des Stromkreises passt.

• Überprüfen Sie das DC-Ausschaltvermögen anhand des möglichen Kurzschlussstroms.

• Verwenden Sie Sicherungseinsätze, die speziell für den jeweiligen Anwendungsbereich vorgesehen sind.

• Prüfen Sie die Kompatibilität des Sicherungshalters.

• Befolgen Sie die Installationsanweisungen des Herstellers.

• Berücksichtigen Sie Temperatur- und Umgebungsbedingungen.

• Kontrollieren Sie elektrische Verbindungen regelmäßig auf Überhitzung und Korrosion.

• Ersetzen Sie beschädigte Sicherungen ausschließlich durch geeignete Ersatzsicherungen mit den erforderlichen elektrischen Eigenschaften.

• Lassen Sie Installation und Wartung von qualifizierten Elektrofachkräften durchführen.

Diese Maßnahmen reduzieren das Risiko elektrischer Störungen und verbessern die langfristige Betriebssicherheit von DC-Anlagen.

Fazit

Die Vermeidung einer falschen Verwendung von AC-Sicherungen in DC-Stromkreisen ist entscheidend für die elektrische Sicherheit und einen zuverlässigen Anlagenbetrieb.

Obwohl AC- und DC-Sicherungen äußerlich ähnlich aussehen können, unterscheiden sie sich deutlich hinsichtlich ihrer Fähigkeit, elektrische Ströme sicher zu unterbrechen. Da bei Gleichstrom keine natürlichen Stromnulldurchgänge auftreten, ist die Lichtbogenlöschung technisch anspruchsvoller und erfordert entsprechend ausgelegte Sicherungen.

Vor der Auswahl einer Sicherung für eine DC-Anwendung sollten Sie daher immer die DC-Nennspannung, den Nennstrom, das Ausschaltvermögen, die Temperaturbedingungen und die Kompatibilität mit dem Sicherungshalter überprüfen.

Insbesondere bei Photovoltaikanlagen, Batteriespeichersystemen und industriellen Gleichstromanwendungen ist die Verwendung geeigneter und geprüfter DC-Sicherungen von großer Bedeutung.

Durch die richtige Auswahl und fachgerechte Installation lassen sich elektrische Gefahren reduzieren, unnötige Geräteschäden vermeiden und die Sicherheit von Gleichstromanlagen langfristig verbessern.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

1. Warum sollten AC-Sicherungen nicht einfach in DC-Stromkreisen verwendet werden?

AC-Sicherungen sind in der Regel so konstruiert, dass sie den natürlichen Stromnulldurchgang von Wechselstrom zur Unterstützung der Lichtbogenlöschung nutzen. Bei Gleichstrom gibt es keinen solchen natürlichen Nulldurchgang. Dadurch ist die Lichtbogenunterbrechung schwieriger. Eine AC-Sicherung ohne geeignete DC-Zulassung kann einen Fehlerstrom möglicherweise nicht sicher unterbrechen.

2. Was passiert, wenn eine AC-Sicherung in einem DC-Stromkreis verwendet wird?

Die Verwendung einer ungeeigneten AC-Sicherung in einem DC-Stromkreis kann zu anhaltender Lichtbogenbildung, Überhitzung, Sicherungsversagen, Schäden an elektrischen Geräten und möglicherweise zu Bränden führen.

3. Kann eine 1.000-V-AC-Sicherung in einem 1.000-V-DC-Stromkreis verwendet werden?

Nicht automatisch. Die zulässige DC-Spannung kann deutlich niedriger sein als die AC-Nennspannung. Der Hersteller muss ausdrücklich bestätigen, dass die Sicherung für die erforderliche DC-Spannung und die jeweiligen Fehlerbedingungen geeignet ist.

4. Wie erkenne ich, ob eine Sicherung für DC-Anwendungen geeignet ist?

Überprüfen Sie die Kennzeichnung und das technische Datenblatt der Sicherung. Achten Sie auf die angegebene DC-Nennspannung, den Nennstrom, das DC-Ausschaltvermögen und die entsprechenden Prüf- und Zulassungsnachweise.

Ist keine eindeutige DC-Nennspannung angegeben, sollten Sie nicht davon ausgehen, dass die Sicherung für Gleichstromanwendungen geeignet ist.

5. Warum sind DC-Sicherungen in Photovoltaikanlagen wichtig?

DC-Sicherungen schützen PV-Module, Kabel und elektrische Komponenten vor überhöhten Rückströmen und Überströmen. Sie tragen dazu bei, Überhitzung, Geräteschäden und elektrische Brände zu vermeiden.

6. Was ist der Unterschied zwischen einer gPV-Sicherung und einer herkömmlichen AC-Sicherung?

Eine gPV-Sicherung ist speziell für den Einsatz in Photovoltaikanlagen und deren DC-Stromkreisen ausgelegt. Sie erfüllt die entsprechenden Anforderungen der IEC 60269-6 und dient dem Überstromschutz unter den besonderen Betriebsbedingungen von Solaranlagen.

7. Benötigt eine DC-Sicherung einen speziellen Sicherungshalter?

Ja. Der Sicherungshalter muss für die erforderliche DC-Spannung und den Betriebsstrom geeignet sein. Außerdem muss er mit der ausgewählten Sicherung kompatibel sein und die notwendigen Anforderungen an die Kurzschlussfestigkeit erfüllen. Ein ungeeigneter Sicherungshalter kann die Sicherheit und Funktion der gesamten Schutzvorrichtung beeinträchtigen.