Warum haben Sicherungen ein maximales Ausschaltvermögen?

Wikipedia hat mir mitgeteilt, dass das Ausschaltvermögen der maximale Strom ist, der durch die Sicherung sicher unterbrochen werden kann. Ich verstehe nicht warum, wenn ein kleiner Strom die Sicherung durchbrennen kann, kann ein größerer Strom nicht. Wenn der Strom, der größer als das Abschaltvermögen ist, einen Lichtbogen verursacht, warum wird ein kleiner Strom mit der gleichen Spannung dies nicht tun?

fuses arc

— Mei sy
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Ich denke, es hat etwas mit der Wärmekapazität der Sicherung zu tun und nicht mit dem Lichtbogen, aber ich bin mir nicht sicher.

— Vladimir Cravero

Wenn Sie einer Sicherung schnell genug genügend Wärmeenergie hinzufügen, kann sie explodieren und heiße Partikel in alle Richtungen ausstoßen. Normalerweise ist dies nicht erwünscht. Die Leistung ist proportional zu I ^ 2. Daher kann die Gesamtenergie ziemlich schnell aus dem Ruder laufen, wenn der Strom hochgefahren wird. Von der Agentur zugelassene Sicherungen, die in Batteriebänken von Booten verwendet werden, sind in der Regel für 10.000 Ampere ausgelegt. Wenn Sie darüber nachdenken, beeindruckt Sie hoffentlich die Idee, einen Fehlerstrom von 10.000 Ampere zu unterbrechen. Die Sicherungsalarmrate muss mindestens so groß sein wie der größtmögliche Fehlerstrom.

— mkeith

Antworten:

Um die Antwort von Neil_UK etwas zu erläutern ...

Bei einer geringen Überlastung schmilzt der Sicherungsdraht an der schwächsten Stelle und unterbricht den Strom.

Bei einer größeren Überlastung bildet sich ein Lichtbogen an den Enden des unterbrochenen Kabels. Dieser Lichtbogen bleibt bestehen, bis mehr Draht geschmolzen ist und der Spalt zu lang ist, um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten.

Bei einer massiven Überlastung verdampft der Draht. Der Metalldampf unterstützt einen Lichtbogen über die gesamte Länge der Sicherung. Dieser Lichtbogen bleibt bestehen, bis entweder etwas anderes den Strom unterbricht oder die Sicherung durchbricht.

Hochstromsicherungen sind häufig mit Sand gefüllt, um den Lichtbogen zu löschen, und haben anstelle von Glas harte Keramikkörper, um der Explosion zu widerstehen.

Nachtrag, nach einigen Kommentaren zur Frage und der anderen Antwort.

Im Idealfall sollte die Sicherung so bemessen sein, dass der maximale voraussichtliche Fehlerstrom für den zu schützenden Stromkreis unterbrochen wird. Das heißt, der maximale Strom, der fließen könnte, wenn Sie den Ausgang der Sicherung kurzschließen, wobei die Größe des Versorgungstransformators und die gesamte Verkabelung zu diesem Transformator zu berücksichtigen sind.

Manchmal ist das nicht praktikabel und Sie müssen sich darauf verlassen, dass in den extremsten Kurzschlussfällen vorgelagerte Sicherungen durchbrennen. Dies kann akzeptabel sein, wenn Sie wissen, dass die vorgelagerte Sicherung durchbrennt, bevor die nachgelagerte katastrophal ausfällt.

— Simon B
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Und in gewisser Weise physikalisch größer, so dass der Lichtbogen eine größere Lücke überspannen muss.

— Vidarlo

Kommt es nicht auch auf die Spannung an? Ein Lichtbogen entsteht nur, wenn die Spannung hoch genug ist, nicht wahr? Angenommen, die Sicherung ist eher von Luft als von Vakuum umgeben. Kann das Problem nicht einfach dadurch gelöst werden, dass die Sicherung länger gemacht wird, sodass sich bei der erwarteten Spannung kein Lichtbogen bilden kann?

— Vilx

@ Vilx- Nach meinem Verständnis ist eine Mindestspannung (Durchschlagspannung) erforderlich, um einen Lichtbogen über eine vorhandene Lücke zu bilden. Der Grund dafür ist, dass Luft ein Isolator ist und zunächst durch Ionisierung von Teilen der Luft zerstört werden muss, damit sie in den Plasmazustand (-> hell) eintreten und leitfähig werden kann. Im Falle einer Schmelzsicherung ist der Anfangsspalt sehr klein und somit wird praktisch keine Spannung benötigt. Außerdem ist der Spalt voll mit Metalldampf (und möglicherweise heißer Luft), der sehr leitfähig ist. Nachdem sich der Bogen gebildet hat (wenn auch sehr klein), kann er durch Verdampfen der Kanten seine Länge verlängern. Keine Hochspannung nötig.

— Jonas Schäfer

@ Vilx- Ja. Aus diesem Grund haben Sicherungen auch eine maximale Nennspannung - beispielsweise 250 V für kleine 20-mm-Patronensicherungen.

— Simon B

Nur um 2 Cent hinzuzufügen: für typische 5x20mm-Glassicherungen <10A bei 250V: Typen mit niedrigem Schaltvermögen haben ein Schaltvermögen von ungefähr dem 10-fachen des Nennstroms. Typen mit hohem Schaltvermögen haben typischerweise ein Schaltvermögen von 1500A. Im Vergleich dazu haben HRC-Sicherungen (High Rupture Capacity) das auf der Sicherung selbst angegebene Abschaltvermögen, typischerweise größer als 80.000 A (> 80 kA)

— Pau Coma Ramirez,

Ich verstehe nicht, dass, wenn ein kleiner Strom die Sicherung durchbrennen kann, ein größerer Strom dies nicht kann.

Ein größerer Strom schmilzt in der Tat den Sicherungsdraht. Die Frage ist, was passiert danach?

Wenn die Sicherung zu klein ist und der Strom, den sie zu unterbrechen versucht, über dem maximalen Nennstrom liegt, löscht der Lichtbogen möglicherweise nicht und leitet noch lange, nachdem er "durchgebrannt" sein sollte. Sicherungen enthalten häufig Materialien zum Kühlen und Löschen des Lichtbogens, beispielsweise Sand. Wenn mehr Energie hineingelegt wird, als zum Löschen vorgesehen ist, wird sie nicht gelöscht.

In einem extremeren Fehlermodus kann die Sicherung physisch explodieren.

— Neil_UK
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Ah! Aber dann würde diese Sicherung wahrscheinlich nicht die erwartete Strommenge in dieser Anwendung führen? Oder vielleicht doch! Eine bessere Frage ist: Gibt es Beispiele für Situationen, in denen eine Sicherung nur aufgrund eines unzureichenden maximalen Abschaltstromparameters nicht verwendet werden kann?

— Kaz

Grundsätzlich tritt es auf, wenn Sie eine kleine Last von einem großen Vorrat speisen müssen. Idealerweise soll das Abschaltvermögen Ihrer Sicherung größer sein als der voraussichtliche Fehlerstrom Ihrer Versorgung, aber zumindest deutlich größer als der Nennstrom der nächsten Sicherung / des nächsten vorgeschalteten Leistungsschalters.

— Peter Green

@Kaz Zum Beispiel sind die meisten Sicherungen, die Sie in billigen Multimetern finden, nicht in der Lage, den zu erwartenden Strom zu unterbrechen, der bei einem Kurzschluss einer Wandsteckdose fließen würde. Die Sicherung in meinem schöneren Fluke ist wahrscheinlich dreimal so groß (im Volumen), ziemlich schwer (anscheinend ist sie mit Sand gefüllt) und sagt ausdrücklich, dass sie 100.000 Ampere kaputt machen kann.

— mbrig

Wenn Ihre Ausrüstung den Strom nicht entscheidend abschaltet, können aufregende Dinge für eine bemerkenswert lange Zeit passieren

— RedGrittyBrick

@Sean Es wird auf sie ausgelagert, egal wie Sie Ihre Sicherung entwerfen. Was passiert, wenn der Kurzschluss vor Ihrer Sicherung liegt?

— user253751

Angenommen, wir haben eine 13-A-Sicherung in einem Stecker.

Bei <13 A Dauerstrom - Sicherung löst nicht aus; Dies ist der Strombereich, mit dem die Sicherung auf unbestimmte Zeit sicher umgehen kann

Bei 13-20 A Dauerüberlaststrom - Sicherung löst nicht aus, aber umliegende Teile im Stecker können überhitzen

Bei 22 A Dauerüberlaststrom löst die Sicherung innerhalb von Minuten bis Stunden aus. Eine 13-A-Sicherung löst bei einem Überlaststrom aus, der etwa das 1,6-fache ihres Nennstroms beträgt

Bei 50 A Dauerüberlaststrom löst die Sicherung innerhalb von 0,1-20 Sekunden aus

Bei 400 A Fehlerstrom löst die Sicherung in <0,04 Sekunden aus

Bei 3000 A Fehlerstrom löst die Sicherung augenblicklich aus. Eine 13-A-Sicherung kann sicher bis zu 6000 A durchbrennen, auch als Ausschaltvermögen bezeichnet

Bei> 6000 A Fehlerstrom kann die Sicherung explodieren oder einen gefährlichen Lichtbogen verursachen

— reniz77
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