Was ist eine Gleichstromsicherung? Ein umfassender Leitfaden zum Gleichstrom-Überstromschutz

Was ist eine Gleichstromsicherung?

Eine Gleichstromsicherung ist ein Sicherheitsbauteil, das elektrische Stromkreise in Gleichstromsystemen vor Überstrom schützt. Sie enthält einen Metalldraht oder ein Metallelement, das bei zu hohem Stromfluss schmilzt, den Stromkreis unterbricht und so Schäden an Geräten, Leitungen und Personen verhindert.

Im Gegensatz zu Wechselstromsicherungen, die für Wechselstrom ausgelegt sind, der 100 oder 120 Mal pro Sekunde den Nulldurchgang durchläuft, müssen Gleichstromsicherungen einen anhaltenden Lichtbogen löschen, der den Nulldurchgang nicht naturgemäß durchläuft. Dies stellt höhere Anforderungen an die Konstruktion von Gleichstromsicherungen, insbesondere bei höheren Spannungen.

Gleichstromsicherungen werden häufig in Solar-Photovoltaik-Systemen (PV), Elektrofahrzeugen (EVs), Batteriespeichersystemen (BESS), Ladestationen, Telekommunikations-Stromversorgungen und industriellen Gleichstromverteilungsanlagen eingesetzt.

Wie funktioniert eine Gleichstromsicherung?

Eine Gleichstromsicherung funktioniert nach einem einfachen Prinzip: Das Sicherungselement hat eine bestimmte Strombelastbarkeit. Wenn der Strom diese Belastbarkeit für eine ausreichende Zeit überschreitet, erhitzt sich das Element und schmilzt, wodurch ein offener Stromkreis entsteht.

Die Herausforderung bei Gleichstromsystemen besteht in der Lichtbogenlöschung. Wenn das Sicherungselement schmilzt, bildet sich zwischen den getrennten Enden ein Lichtbogen. In Wechselstromsystemen durchläuft der Strom in jeder Halbperiode den Nulldurchgang, was die Lichtbogenlöschung begünstigt. In Gleichstromsystemen fließt der Strom kontinuierlich in eine Richtung, sodass der Lichtbogen bestehen bleiben und Schäden verursachen kann.

Um dem entgegenzuwirken, verwenden Gleichstromsicherungen spezielle Konstruktionsmerkmale:

• Lichtbogenlöschmaterialien Beispielsweise füllt man den Sicherungskörper mit Sand oder Keramik, um die Lichtbogenenergie zu absorbieren.
• Länge des erweiterten Elements erhöht die Spannung, die die Sicherung sicher unterbrechen kann
• Hochgeschwindigkeitselement-Design verkürzt die Reinigungszeit und begrenzt die durchgelassene Energie
• PPS- oder Keramikgehäuse hohen Temperaturen und Drücken während Unterbrechungen standhalten

Wichtige Spezifikationen für Gleichstromsicherungen

Bei der Auswahl einer Gleichstromsicherung müssen mehrere wichtige Spezifikationen berücksichtigt werden:

1. Aktuelle Nennleistung (Ampere-Nennleistung)

Der maximale Dauerstrom, den die Sicherung ohne Auslösung führen kann. Gängige Nennströme reichen von 1 A für Steuerschaltungen bis zu 700 A oder mehr für Hochleistungsbatterie- und Wechselrichtersysteme.

2. Nennspannung

Die maximale Gleichspannung, die die Sicherung sicher unterbrechen kann. Standard-Gleichspannungsnennwerte sind 32 V, 48 V, 60 V, 125 V, 250 V, 500 V, 1000 V und 1500 V. Systeme mit höheren Spannungen benötigen Sicherungen, die speziell für diese Spannungen ausgelegt sind.

3. Abschaltvermögen (Ausschaltleistung)

Der maximale Fehlerstrom, den die Sicherung sicher unterbrechen kann, ohne durchzubrennen oder Gefahren zu verursachen. Gleichstromsicherungen haben typischerweise Abschaltleistungen von 10 kA bis 200 kA oder höher.

4. Geschwindigkeitsklasse

• Schnell wirkend (aR/gR): Öffnet schnell, wird zum Schutz von Halbleitern und Leistungselektronik verwendet
• Zeitverzögerung (gG/gL): Hält kurzzeitigen Einschaltströmen stand und wird zum allgemeinen Schutz von Stromkreisen verwendet.
• Hohe Geschwindigkeit: Speziell entwickelt für die schnelle Unterbrechung von Fehlerströmen in Halbleiterbauelementen

5. Temperaturreduzierung

Gleichstromsicherungen reagieren empfindlich auf die Umgebungstemperatur. Höhere Temperaturen verringern die effektive Strombelastbarkeit. Die meisten Hersteller stellen Kennlinien zur Reduzierung der Nennstromstärke für die korrekte Auswahl bereit.

Gängige Arten von Gleichstromsicherungen

Anwendungen von Gleichstromsicherungen

Solare PV-Systeme

In Solaranlagen schützen Gleichstromsicherungen String-Combiner, Wechselrichtereingänge und Batterieanschlüsse. 1000 V und 1500 V Gleichstromsicherungen sind Standard für Solaranlagen im Versorgungsmaßstab und für kommerzielle Zwecke.

Elektrofahrzeuge (EVs)

Elektrofahrzeuge verwenden Gleichstromsicherungen im gesamten Hochvoltbatteriesystem, Motorantrieb, Ladeeingang und der Hilfsstromverteilung. Die Nennströme reichen von 15 A für Hilfsstromkreise bis über 500 A für den Hauptbatterieschutz.

Energiespeichersysteme (BESS)

Batteriespeichersysteme verwenden Gleichstromsicherungen zum Schutz von Batterieträgern, Leistungsumwandlungssystemen (PCS) und Gleichstromschienen. Üblicherweise werden Hochgeschwindigkeits-Gleichstromsicherungen mit 1000 V und 1500 V verwendet.

Ladestationen für Elektrofahrzeuge

DC-Schnellladegeräte (DCFC) benötigen DC-Sicherungen auf der Ausgangsseite, um das Ladekabel, den Fahrzeugstecker und die interne Leistungselektronik zu schützen.

Wie man die richtige Gleichstromsicherung auswählt

Befolgen Sie diese Schritte zur richtigen Auswahl der Gleichstromsicherung:

1. Bestimmen Sie die Systemspannung — Wählen Sie eine Sicherung mit einer Gleichspannungsnennspannung, die gleich oder größer als die Systemspannung ist.
2. Normalen Betriebsstrom berechnen — Messen oder berechnen Sie den maximalen Dauerstrom
3. Derating-Faktoren anwenden — Umgebungstemperatur, Leitererwärmung und Lastprofile berücksichtigen
4. Berücksichtigen Sie die Einschaltströme. — Verwenden Sie träge Sicherungen für Motoren, Kondensatoren und den Einschaltstrom von Transformatoren.
5. Unterbrechende Bewertung prüfen — Stellen Sie sicher, dass die Sicherung den maximal verfügbaren Fehlerstrom sicher unterbrechen kann.
6. Zertifizierung prüfen — Achten Sie auf UL 248-, IEC 60269- oder andere relevante Zertifizierungen.
7. Beachten Sie die Kurven des Herstellers. — Verwenden Sie Zeit-Strom-Kennlinien (TCC-Kurven), um die Koordination zu überprüfen

Häufig gestellte Fragen

A: Kann ich eine Wechselstromsicherung in einem Gleichstromkreis verwenden?

a: Nein. Wechselstromsicherungen sind nicht dafür ausgelegt, Gleichstromlichtbögen zu löschen, da diese den Nulldurchgang nicht überschreiten. Die Verwendung einer Wechselstromsicherung in einem Gleichstromkreis kann zu anhaltender Lichtbogenbildung, Durchbrennen der Sicherung und Brandgefahr führen.

B: Was passiert, wenn eine Gleichstromsicherung überdimensioniert ist?

b) Eine überdimensionierte Sicherung kann im Fehlerfall nicht auslösen, wodurch ein zu hoher Stromfluss Geräte beschädigen oder Brände verursachen kann. Wählen Sie eine Sicherung immer anhand korrekter technischer Berechnungen und nicht nach Bequemlichkeit.

C: Wie oft sollten Gleichstromsicherungen ausgetauscht werden?

c: Gleichstromsicherungen sollten nach dem Auslösen (Durchbrennen) ersetzt werden. Unter normalen Betriebsbedingungen ist kein routinemäßiger Austausch erforderlich, sie sollten jedoch regelmäßig auf Korrosion, Beschädigungen oder lose Verbindungen überprüft werden.

D: Worin besteht der Unterschied zwischen einer schnellwirkenden und einer trägen Gleichstromsicherung?

d: Schnellwirkende Gleichstromsicherungen öffnen bei Überstrom schnell und eignen sich ideal zum Schutz von Halbleitern. Zeitverzögerte Sicherungen tolerieren kurzzeitige Einschaltströme von Motoren und Kondensatoren ohne Fehlauslösungen.

F: Sind 1000-V- und 1500-V-Gleichstromsicherungen austauschbar?

f: Nein. Eine 1000-V-Gleichstromsicherung kann Fehler in einem 1500-V-System nicht sicher unterbrechen. Verwenden Sie immer eine Sicherung mit einer Nennspannung, die mindestens der Systemspannung entspricht.

Hersteller von Gleichstromsicherungen https://essfuse.com/product-category/automobile-fuse/ev-fuse/

Halbleitersicherungen https://essfuse.com/product-category/north-american-semiconductor-fuse/

Verschraubbare Sicherungen https://essfuse.com/product-category/automobile-fuse/bolt-down-fuses/