Sicherungshalter

Berührungsschutz gegen direktes Berühren aktiver Teile bei Geräte-Sicherungshaltern (G-Sicherungshalter)

Die Beurteilung des Berührungsschutzes setzt voraus, dass der Halter ordnungsgemäss zusammengebaut, installiert und betrieben wird wie im normalen Gebrauch, z.B. auf der Frontplatte eines Gerätes. 

IEC 60127-6 und EN 60127-6 unterscheiden drei verschiedene Kategorien:

a) Geschlossener G-Sicherungshalter

b) Bei entferntem G-Sicherungseinsatzträger können keine aktiven Teile berührt werden.

c) Beim Einsetzen oder Auswechseln eines G-Sicherungseinsatzes können weder über den Sicherungseinsatz, noch den Sicherungseinsatzträger aktive Teile berührt werden.

Anmerkung zu PC 3

Einflussfaktoren

Der Entwicklungsingenieur eines elektrischen Betriebsmittels ist verantwortlich für dessen Sicherheit und Funktion gegenüber Menschen, Tieren und Sachwerten. Insbesondere ist es seine Aufgabe dafür zu sorgen, dass die anerkannten Regeln der Technik sowie die entsprechenden gültigen nationalen und internationalen Normen und Vorschriften eingehalten werden.

Im Hinblick auf die Produktesicherheit eines elektrischen Betriebsmittels kommt der Auswahl des richtigen G-Sicherungshalters eine grosse Bedeutung zu. Unter anderem ist mittels geeigneter Massnahmen dafür zu sorgen, dass die vom Hersteller festgelegten zulässigen Verlustleistungen und Temperaturen nicht überschritten werden. Unterschiedliche Definitionen und Anforderungen in den wichtigsten Normen für G-Sicherungseinsätze und G-Sicherungshalter sind häufig die Ursache für eine unkorrekte Auswahl von G-Sicherungshaltern. 

Den Nennstrom des G-Sicherungseinsatzes demjenigen des G-Sicherungshalters gleichzusetzen kann, insbesonders bei grösseren Strömen, zu unzulässig hohen Temperaturen führen, wenn der Einfluss der Verlustleistung in den Kontakten des Halters unberücksichtigt bleibt.

Für eine korrekte Auswahl sind folgende Einflussfaktoren je nach Anwendung und Einbauart gebührend zu berücksichtigen:

Es wird empfohlen den Sicherungshalter mit der ausgewählten Sicherung zu testen. Dies auch bei «worst case» Bedingungen für den Sicherungshalter.

1. Nenn-Verlustleistung des vorgesehenen G-Sicherungseinsatzes.
2. Zulässige Leistungsaufnahme, Betriebsstrom und Temperaturen des vorgesehenen G-Sicherungshalters.
3. Unterschiedliche Umgebungstemperaturen ausserhalb und innerhalb eines Gerätes.
4. Elektrische Laständerungen.
5. Langzeitbetrieb (> 500 h) mit Last > 0.7 Inn
6. Länge und Querschnitt der Anschlussleiter.
7. Wärmeableitung/Kühlung, Lüftung. Wärmeeinwirkung benachbarter Bauteile.

Die Reduktion der zulässigen Nenn-Leistungsaufnahme des G-Sicherungshalters aufgrund von verschiedenartigen Verhältnissen am Einbauort usw. muss vom verantwortlichen Entwicklungsingenieur festgelegt werden.

Nennstrom des G-Sicherungshalters

Der vom Hersteller des G-Sicherungshalters festgelegte Stromwert, auf den sich die Nenn-Leistungsaufnahme des Halters bezieht.

 Nenn-Verlustleistung eines G-Sicherungseinsatzes

(Verlustleistung bei Nennstrom)

Nenn-Leistungsaufnahme und zulässige Temperaturen eines G-Sicherungshalters

Die Nenn-Leistungsaufnahme eines G-Sicherungshalters wird mittels eines standardisierten Prüfverfahrens nach IEC 60127-6 ermittelt. Sie entspricht der Verlustleistung, die ein Ersatz-Sicherungseinsatz beim Nennstrom des G-Sicherungshalters und bei einer Umgebungstemperatur von TU1 = TU2= 23 °C erzeugt (während längerer Zeit). Dabei dürfen folgende Temperaturen an der G-Sicherungshalter-Oberfläche nicht überschritten werden:

Darstellung der Temperatur-Messbereiche

TA1 = Umgebungstemperatur, welche das Gerät umgibt
TA2 = Umgebungstemperatur innerhalb des Gerätes
TS1 = Temperatur der berührbaren Teile an der Oberfläche des G-Sicherungshalters
TS2 = Temperatur der nicht berührbaren Teile an der Oberfläche des G-Sicherungshalters

Zusammenhang zwischen Betriebsstrom I, Umgebungstemperatur TU1 und der zulässigen Leistungsaufnahme Ph des G-Sicherungshalters.

Dieser Zusammenhang wird in Form von Derating-Kurven dargestellt.

Beispiel einer Derating-Kurve

I = Betriebsstrom des G-Sicherungshalters
In = Nennstrom des G-Sicherungshalters

Für die Betriebsströme I << In, I = 0,7· In und I = 1 · In zeigen die Derating-Kurven die zul. Leistungsaufnahme des G-Sicherungshalters in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur TU1. Diese Leistungsaufnahme entspricht der max. zul. Verlustleistung eines G-Sicherungseinsatzes.

Für andere Betriebsströme können die entsprechenden Werte zwischen den Kurven interpoliert oder wie folgt berechnet werden:

P h = P o - P c = P o - (R c · I 2 )

Ph = Zulässige Leistungsaufnahme in Watt des G-Sicherungshalters, abhängig von TU1.
Po = Zulässige Leistungsaufnahme in Watt eines G-Sicherungshalters bei I << In, abhängig von TU1. Die Werte können der Derating-Kurve für I << In des entsprechenden G-Sicherungshalters entnommen werden.
Pc = Verlustleisung in Watt in den G-Sicherungshalter-Kontakten beim Betriebsstrom I.
I = Betriebsstrom in Ampère des G-Sicherungshalters.
Rc = Durchgangswiderstand in Ohm zwischen den Anschlüssen des G-Sicherungshalters gemäss SCHURTER Katalog.

Auswahl des richtigen G-Sicherungshalters in Bezug auf die zulässige Leistungsaufnahme bei der entsprechenden Umgebungs-Temperatur.
Zusammenfassung

Die Einhaltung der von SCHURTER angegebenen Grenzwerte, insbesondere der Leistungsaufnahme bei den entsprechenden Umgebungstemperaturen und Einbauverhältnissen ist für die Produktesicherheit von grosser Bedeutung. Es ist daher notwendig, folgende zwei Schritte zu beachten. 

Schritt 1

Auswählen des G-Sicherungshalters aufgrund der zulässigen Leistungsaufnahme Ph bei Betriebsstrom I und der maximalen Umgebungstemperatur TU1.

Pf ≤ Ph = Po - Pc = Po - (Rc · I2)
Pf = Nenn-Verlustleistung in Watt des G-Sicherungseinsatzes berechnet aus (In · ΔU), wobei:
In = Nennstrom des Sicherungseinsatzes in Ampère
ΔU= Spannungsfall in Volt bei In; Werte gemäss SCHURTER Katalog
Ph, Po, Pc, Rc = siehe Pos. 2.5

Schritt 2

Die Reduktion der zulässigen Leistungsaufnahme des G-Sicherungshalters (aus Schritt 1) aufgrund von verschiedenartigen Verhältnissen am Einbauort usw. muss vom verantwortlichen Entwicklungsingenieur festgelegt werden.

Beispiele:

• Wesentlich höhere Umgebungstemperaturen innerhalb eines Gerätes als ausserhalb (TU2 > TU1)U2U1

• Querschnitte der Leiter, ungünstige Wärmeableitung

• Wärmeentwickung benachbarter Bauteile. Daher sind in den meisten Fällen Temperaturmessungen am Gerät unter Normal- und Fehlerbedingungen notwendig.

Was ist gegeben?

Nenn-Verlustleistung Pf = (In · ΔU) = (5A · 0.08 V) = 0.4 W

• G-Sicherungshalter FEF 0031.1081, Nennstrom In = 10 A Nenn-Leistungsaufnahme bei TU1 23 °C = 3.2 W

• Umgebungstemperatur = 50 ºC.

Zulässige Leistungsaufnahme Ph bei einer Umgebungstemperatur TU1 50 °C gemäss Derating Kurve:

Ph bei I << In = 2.5W

I = 0.7 · In = 7 A = 2.2W

I = 1.0 · In = 10A = 2 W

• Durchgangswiderstand Rc = 5 m Ωc

Lösungen

Interpolation für den Betriebsstrom I = 5 A ergibt einen Wert für Ph von ca. 2,4 W. Die Berechnung der zul. Leistungsaufnahme ergibt:

Ph = Po – (Rc · I2) = 2.5 – (0.005 · 52) = 2.37 W ≈ 2.4 W.

Schritt 1

Die folgende Bedingung muss erfüllt werden:

Pf ≤ Ph1) d. h. die Nenn-Verlustleistung Pf des G-Sicherungseinsatzes muss kleiner/gleich der zul. Leistungsaufnahme Ph des G-Sicherungshalters sein.

Pf = 0.4 W; Ph = 2.4 W bei TU1 = 50 °C

Schritt 2

Berücksichtigung der Einbauverhältnisse

Schlussfolgerung (ohne Berücksichtigung von Schritt 2)

• Der Wert Pf ist kleiner als Ph. Die Bedingung gemäss Formel 1) ist erfüllt. Somit wurde der richtige G-Sicherungshalter gewählt.

• Wäre der Wert Pf grösser als Ph, die Bedingung wäre nicht erfüllt. In diesem Falle müsste ein anderer G-Sicherungshalter mit einer höheren Leistungsaufnahme gewählt werden oder es müssten die thermischen Bedingungen am Einbauort des G-Sicherungshalters geändert werden.

IEC 60127-6 Sicherungshalter für Gerätesicherungen

NF C93-436 Sicherungshalter für erhöhte Anforderungen

UL4248-1 Sicherungshalter

CSA, C22.2 NO.4248.1-07 Sicherungshalter 

IEC: International Electrotechnical Commission

UL: Underwriters Laboratories Inc. USA

CSA: Canadian Standards Association

NF: Französischer Standard

Wie in Abschnitt 2 bereits erwähnt, sind Nennstrom und Nenn-Leistungsaufnahme in den wichtigsten Normen für G-Sicherungshalter unterschiedlich definiert. Dies führte immer wieder zu Unklarheiten und unkorrekter Auswahl von G-Sicherungshaltern. 

UL 512 schreibt z. B. keine max. Leistungsaufnahme vor, sondern legt eine bestimmte Temperaturerhöhung am G-Sicherungshalter fest. Die auf den Haltern angegebenen Nennströme gemäss UL und CSA sind deshalb für den ordnungsgemässen Einsatz nur in Sonderfällen anwendbar.

Um diese Unsicherheiten zu eliminieren, hat sich SCHURTER entschieden, die Nennströme und Nenn-Leistungsaufnahmen gemäss den Definitionen in IEC 60127-6 und EN 60127-6 neu festzulegen.

Die wichtigsten Definitionen finden Sie in Abschnitt 2.

Folgerungen

• Die bisher angegebenen hohen Nennströme nach UL/CSA werden gestrichen und durch den von SCHURTER festgelegten Nennstrom ersetzt.

• Aufgrund der Ausrichtung auf die neuen G-Sicherungshalternormen IEC 60127-6 und EN 60127-6 musste die Nenn-Leistungsaufnahme verschiedener G-Sicherungshalter reduziert werden.

• Das Vorgehen für die richtige Auswahl des G-Sicherungshalters in Bezug auf die thermischen Anforderungen (siehe Abschnitte 2-4) wurde vereinfacht.

Ihre Vorteile sind:

• Höhere Sicherheit Ihrer Geräte

• Einfachere, schnellere Auswahl des richtigen G-Sicherungshalters

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