SIBA NH-Sicherungseinsätze

[rdorsch]

Hallo,

ich bin gerade über das Datenblatt von SIBA NH-Sicherungseinsätzen gestolpert:

https://siba.de/upload/Downloads/kat...icherungen.pdf

und habe mir NH000/50A auf Seite 38 angeschaut:

• Dort ist ein Schmelzintegral I^2t-Wert angegeben von 5.900 A^2s
  • Bei 50A klingt das danach, dass die Sicherung nach 5900/50^2 s d.h. etwas mehr als 2 Sekunden schmilzt. Klingt plausibel
• auf Seite 39 ist eine Zeit-Strom-Kennlinie angegeben, da lese ich aber was ganz anderes raus
  • Bei 50A Effektivwert des unbeeinflussten Stromes und 50A Bemessungsstrom des Bauteils lese ich eine Zeit von weit über 10^4 Sekunden ab
  • Das klingt etwas seltsam
• Selbst wenn ich auf Seite 38 nicht das Schmelzintegral, sondern das Ausschaltintegral zugrunde lege, komme ich auf höchstens 5-6 Sekunden

Wenn ich annehme, dass die Einheit der Schmelzzeit im Diagramm auf Seite 39 nicht Sekunden, sondern Millisekunden sein sollte, komme ich nur auf passendere Größenordnung aber auch nicht sonderlich genau an die Zahl.

Selbst der linear Bereich der Kurve ist die Steigung viel kleiner als -2 (log t = -2 * log I + C).

Kann mir jemand sagen, was ich hier falsch interpretiere?

Vielen Dank und viele Grüße
Rainer

[vento66]

Bei 50A Effektivwert des unbeeinflussten Stromes und 50A Bemessungsstrom des Bauteils lese ich eine Zeit von weit über 10^4 Sekunden ab

Warum sollt Deiner Meinung nach eine 50A Sicherung bei Nennstron auslösen?

[hthoma]

und habe mir NH000/50A auf Seite 38 angeschaut:

• Dort ist ein Schmelzintegral I^2t-Wert angegeben von 5.900 A^2s
  • Bei 50A klingt das danach, dass die Sicherung nach 5900/50^2 s d.h. etwas mehr als 2 Sekunden schmilzt. Klingt plausibel

Nein, klingt nicht plausibel.Bbei Nennstrom soll eine Sicherung überhaupt nicht auslösen.

auf Seite 39 ist eine Zeit-Strom-Kennlinie angegeben, da lese ich aber was ganz anderes raus

• Bei 50A Effektivwert des unbeeinflussten Stromes und 50A Bemessungsstrom des Bauteils lese ich eine Zeit von weit über 10^4 Sekunden ab
• Das klingt etwas seltsam

Nein, klingt nicht seltsam. Wie gesagt, bei Nennstrom sol die Sicherung nicht auslösen.

Das Schmelzintegral ist wichtig für das Verhalten der Sicherung bei kurzfristigen implusartigen Belastungen. Ein bisschen was dazu steht da:
https://siba.de/upload/Downloads/fus...E-internet.pdf

[rdorsch]

Warum sollt Deiner Meinung nach eine 50A Sicherung bei Nennstron auslösen?

Ich hätte erwartet, dass ich mit einer 50A Sicherung sicherstelle, dass danach keine Ströme über 50A für eine längere Zeit fließen können. Aber man lernt ja nie aus:


"Der Schmelzleiter wird durch den ihn durchfließenden Strom erwärmt und schmilzt, wenn der Bemessungsstrom (Nennstrom) der Sicherung *deutlich* für eine bestimmte Zeit überschritten wird."

https://de.wikipedia.org/wiki/Schmelzsicherung


Ok, falls > 10^4 Sekunden bei 65A Last und 50A Nennstrom noch von dem "deutlich" abgedeckt ist, dann hatte ich wohl ein *deutlich* falsches Verständis von einer Sicherung:-) Ich hätte die Spec wesentlich enger erwartet.

[rdorsch]

Das Schmelzintegral ist wichtig für das Verhalten der Sicherung bei kurzfristigen implusartigen Belastungen. Ein bisschen was dazu steht da:
https://siba.de/upload/Downloads/fus...E-internet.pdf

Danke für den tollen Link. 👍

Ist es dann genau umgekehrt, wie ich dachte, und die Angabe zum Schmelzintegral im Datenblatt ist nicht korrekt?

Wir wird das Schmelzintegral normalerweise berechnet? Regressionsgerade über die Kurvenschar und dann der y-Achsenabschnitt bei I=1A (=10^0 A)?

Da ist schon das erste Problem, dass die Steigung nicht bei -2 liegt sondern eher bei -5, also I^5*t=const.

Da würde ich etwa 10^10-10^13 A^2 s erwarten...

Wenn ich dann im Diagramm die 63A Kurve nehme, bekomme ich 63^5*1000=0,99*10^12, was in meinem Erwartungsbereich liegt.

Klingt alles noch etwas seltsam.

[vento66]

Das ist je nach Ausllösecharakteristig anders. Eine g/GL Sicherung verhält sich anders als eine NH, oder ein B Leitungsschutzschalter.

[hthoma]

Ist es dann genau umgekehrt, wie ich dachte, und die Angabe zum Schmelzintegral im Datenblatt ist nicht korrekt?

Doch, doch, das ist schon korrekt.

Wie gesagt, gilt das Schmelzintegral für kurzzeitige, impulsartige Belastungen. Der Unterschied zur Dauerbelastung ist das thermische Gleichgewicht: Wenn der Nennstrom dauerhaft fließt, dann wird die Wärme, die am Sicherungsdraht (oder Blech bei höheren Stromstärken) entsteht an die Umgebung abgeführt und die Temperatur der Sicherung erhöht sich um ein paar Grad und löst eben nicht aus. Wenn aber ein großer Überstrom fließt, dann stellt sich dieses thermische Gleichgewicht eben nicht ein und nur dann kann man mit dem Schmelzintegral rechnen.

[Lennox]

Eine NH00 50A Sicherung hält eine Überlastung von bis zu 1.6x Nennstrom aus..., bei einer Dauer bis zu 1 Stunde.

[rdorsch]

Eine NH00 50A Sicherung hält eine Überlastung von bis zu 1.6x Nennstrom aus..., bei einer Dauer bis zu 1 Stunde.

Danke, passt gut zur Zeit-/Stromkennlinie.

[rdorsch]

Doch, doch, das ist schon korrekt.

Wie gesagt, gilt das Schmelzintegral für kurzzeitige, impulsartige Belastungen. Der Unterschied zur Dauerbelastung ist das thermische Gleichgewicht: Wenn der Nennstrom dauerhaft fließt, dann wird die Wärme, die am Sicherungsdraht (oder Blech bei höheren Stromstärken) entsteht an die Umgebung abgeführt und die Temperatur der Sicherung erhöht sich um ein paar Grad und löst eben nicht aus. Wenn aber ein großer Überstrom fließt, dann stellt sich dieses thermische Gleichgewicht eben nicht ein und nur dann kann man mit dem Schmelzintegral rechnen.

Das erschließt sich mir noch nicht:

• Solange das thermische Gleichgewicht nicht erreicht ist, sind die Temperaturgradienten am Schmelzdraht größer, damit gibt es dort auch eine höhere Wärmeableitung.
• Selbst, wenn da nicht gelten sollte: Müsste dann nicht die Flankensteilheit des Stroms eingehen? Woher soll die arme Sicherung sonst wissen, ob der Impuls kurz bleibt oder länger bleibt und dann im thermischen Gleichgewicht landet?

[tsb2001]

Das erschließt sich mir noch nicht:

• Solange das thermische Gleichgewicht nicht erreicht ist, sind die Temperaturgradienten am Schmelzdraht größer, damit gibt es dort auch eine höhere Wärmeableitung.
• Selbst, wenn da nicht gelten sollte: Müsste dann nicht die Flankensteilheit des Stroms eingehen? Woher soll die arme Sicherung sonst wissen, ob der Impuls kurz bleibt oder länger bleibt und dann im thermischen Gleichgewicht landet?

zu 1: Nö, solange das „Thermische Gleichgewicht“ nicht erreicht ist - sprich der durch die Sicherung fließende Strom ist geringer als der Nennstrom - wird die Sicherung einfach kalt bleiben. Die hat ja schließlich ein ähnliches Verhalten wie z.B. ein angeschlossenes Kabel. Wird dies nicht mit Nennstrom belastet, bliebt das ja auch kalt. Erst wenn du überlastest, wird die Verlustwärme so groß, dass über den Körper der Sicherung die Wärme nicht mehr genug an die Umgebung abgegeben werden kann. Somit wird die Schmelztemperatur überschritten und der Schmelzdraht „brennt durch“. Die angegebene Auslösekennlinie bezieht sich übrigens immer auf die Umgebungstemperatur von 23 Grad Celsius. Ist es drumherum wärmer, erfolgt die Auslösung früher; umgekehrt ist es genauso.

zu 2: Weil die Schmelzsicherung thermisch träge ist. Genau wie z.B. das angeschlossene Kabel. Auch das brennt im Kurzschlussfall nicht direkt durch, weil das Kupfer sich nur langsam und nicht unmittelbar proportional mit dem Stromfluss erwärmt.
Hättest du gleiche Frage zu einem Leitungsschutzschalter gestellt, wäre die Antwort eine andere gewesen. Dort regt ja die Spule des Kurzschlussauslösers an und lässt den Schalter durch das magnetisch erzeugte Feld unverzögert auslösen.

Letzteres ist übrigens der Grund, warum Schmelzsicherungen hinsichtlich des Kurzschlussauslösers mit einem gewissen Faktor selektiv hintereinander geschaltet werden können, was mit Leitungsschutzschaltern nicht möglich ist.
Die Kurzschlussauslösung einer Schmelzsicherung entspricht einem abhängigen Maximalstrom-Zeitschutz (AMZ) während der Leitungsschutzschalter einen unabhängigen Maximalstrom-Zeitschutz (UMZ) abbildet.
Nur für die Betrachtung des Überlastschutzes reagieren beide ähnlich, da der magnetische Auslöser im LS-Schalter nicht anregt, sondern das Bimetall des Überlastauslösers proportional der Erwärmung des angeschlossenen Leiters folgt und vor Erreichen der Grenztemperatur des Kabels oder der Leitung das Schaltschloss entriegelt und somit abschaltet.

[hthoma]

Das erschließt sich mir noch nicht:

• Solange das thermische Gleichgewicht nicht erreicht ist, sind die Temperaturgradienten am Schmelzdraht größer, damit gibt es dort auch eine höhere Wärmeableitung.
• Selbst, wenn da nicht gelten sollte: Müsste dann nicht die Flankensteilheit des Stroms eingehen? Woher soll die arme Sicherung sonst wissen, ob der Impuls kurz bleibt oder länger bleibt und dann im thermischen Gleichgewicht landet?

Ich glaube, wir reden da von unterschiedlichen Zeiträumen. Eine kurzzeitige, impulsartige Belastung ist typischerweise ein Kurzschluß. Da fießen dann mehrere 1000 A und die Sicherung ist in einer Millisekunde durch.
Bei einer Überlast is das anders. Wenn wir mal von NYM ausgehen, dann werden Leitung und Sicherung so dimensioniert, daß die Leitung nicht wärmer als 70°C werden soll. Das Schmelzelement der Sicherung wird bei Nennstrom sicher auch nicht wärmer. Auch wenn bei der Sicherung jetzt für ein paar Sekunden der doppelte Strom fließt, wird sie sich nicht wesentlich erwärmen. Die thermischen Zeitkonstanten sind da einfach länger. Das Beispiel von Lennox war ja, daß es bei 1,6 fachem Überstrom etwa 1 Stunde bis zur Auslösung dauert.

[rdorsch]

Ich glaube, wir reden da von unterschiedlichen Zeiträumen. Eine kurzzeitige, impulsartige Belastung ist typischerweise ein Kurzschluß. Da fießen dann mehrere 1000 A und die Sicherung ist in einer Millisekunde durch.
Bei einer Überlast is das anders. Wenn wir mal von NYM ausgehen, dann werden Leitung und Sicherung so dimensioniert, daß die Leitung nicht wärmer als 70°C werden soll. Das Schmelzelement der Sicherung wird bei Nennstrom sicher auch nicht wärmer. Auch wenn bei der Sicherung jetzt für ein paar Sekunden der doppelte Strom fließt, wird sie sich nicht wesentlich erwärmen. Die thermischen Zeitkonstanten sind da einfach länger. Das Beispiel von Lennox war ja, daß es bei 1,6 fachem Überstrom etwa 1 Stunde bis zur Auslösung dauert.

Das Ganze fängt an für mich Sinn zu ergeben, wenn das Schmelzintegral den Bereich sehr großer Ström bzw. sehr kleiner Zeiten abdeckt, der in der Zeit-/Strom-Kennlinie gar nicht mehr dargestellt ist. Z.B. bei 10 kA erhalte ich

5900 A^2s / 10^8 A^2 = 59 us

bei 1 kA

5900 A^2s / 10^3 A^2 = 5.9ms

Da es auf der Zeitkonstante zu keiner relevanten theremischen Ableitung kommt, wird man näherungsweise vermuten, dass die zugeführte Energie (=Schmelzenergie) durch E=P*t=U*I*t=I^2*R*t ergibt und damit wird das Schmelzintegral zu E/R=I^2*t.

Ich vermute, im "thermischen Gleichgewicht" schmilzt nicht der gesamte Draht einfach auf, sondern der Failure-Mechanismus ist ein anderer (Diffusion?), daher ist auch das Verhalten in der Zeit/Strom-Kennlinie ein anderes (steiler Kurve).

[tsb2001]

Ich vermute, im "thermischen Gleichgewicht" schmilzt nicht der gesamte Draht einfach auf, sondern der Failure-Mechanismus ist ein anderer (Diffusion?), daher ist auch das Verhalten in der Zeit/Strom-Kennlinie ein anderes (steiler Kurve).

Ich verweise mal hier hin: https://www.schmelzleiter.de/anwendu...ng-dauernd-aus

Grundsätzlich findest du da vermutlich auf viele deiner Fragen eine Antwort.
Guckst du generell hier: https://www.schmelzleiter.de

[hthoma]

Ich hätte da auch noch einen Link:
https://www.elektropraktiker.de/nach...gen-und-probl/
Da gibt es einen Absatz "Funktionsweise bei 
Kurzschluss und Überlast."

Der vollständige Artikel ist noch ausführlicher, aber nur für Abonenten oder gegen Geld zu haben:
https://www.elektropraktiker.de/nc/f...rungen-belegt/

So eine NH Sicherung ist deutlich komplexer als man auf den ersten Blick vermuten würde.