Sicherungsschalter und Überstromschutz – Sicherungen zuverlässig auslösen mit der RACPRO1-Serie

Ein 50m-Kabel von 2,5mm² (25m hin und zurück) hat einen Gesamtwiderstand von 174mOhm. Der Sicherungsschalter weist einen Innenwiderstand von 56mOhm auf. Anwendung #2 hat eine typische Belastung von 5A.

Die Versorgungsspannung für Anwendung #2 berechnet sich wie folgt:
Spannungsversorgung – IR = 24V – (5A x 230mOhm) = 22,85V.

Diese Versorgungsspannung liegt unter der erforderlichen 24V-Nennspannung.

Die Serie RACPRO1 ist mit einem Frontplattenregler ausgestattet, der die Ausgangsspannung anpasst, um Spannungsabfälle durch lange Kabel auszugleichen (Abbildung 2). In diesem Beispiel kann die Ausgangsspannung auf bis zu 24,6V eingestellt werden. Dadurch wird der Unterschied zwischen den Anwendungen ausgeglichen:

• Anwendung #1 erhält 24,6V (600mV zu hoch)
• Anwendung #2 erhält 23,4V (600mV zu niedrig)

Beide Versorgungsspannungen liegen innerhalb der akzeptablen Toleranz von ± 2,5%.

Ein wärmemagnetischer DC-Sicherungsschalter weist eine Überlastauslösekurve mit zwei unterschiedlichen Eigenschaften auf:

• Die thermische Auslösung reagiert auf langfristige Überlastbedingungen und schaltet die Last ab, wenn der Strom zu hoch ist.
• Der Magnetauslöser reagiert schneller auf Überlastsituationen, benötigt jedoch einen höheren Überstrom, um aktiviert zu werden.

Beide Eigenschaften haben bestimmte Toleranzen, wie in Abbildung 3 gezeigt:



Bei Nennlaststrom (5A) wird der Sicherungsschalter nicht ausgelöst. Bei hohen Anlaufströmen bis 10A löst der Sicherungsschalter ebenfalls nicht aus, selbst wenn die Überstromsituation weniger als 5s dauert (thermische Eigenschaft). Bei einer Kurzschlussfehlerbedingung und maximalem Ausgangsstrom (20A) wird die Wärmeauslösung aktiviert, aber die Reaktionszeit liegt zwischen 1,5s und 10s (gepunktete Linie). Diese Verzögerung kann zu lange sein, um die Last rechtzeitig vor Beschädigung oder Überhitzung zu schützen.

Glücklicherweise kann die RACPRO1-Serie für eine Dauer von 20ms einen kurzzeitigen Schmelzauslösestrom von 250% liefern. Für die 480W-Version bedeutet dies 250% x 20A = 50A. Der Sicherungsschalter nutzt nun seine schnell reagierende magnetische Eigenschaft und löst innerhalb von 2ms und 10ms aus (gepunktete gelbe Linie).

Anstelle eines Sicherungsschalters kann auch eine DC-Sicherung verwendet werden. Dies stellt eine kostengünstigere Lösung dar. Sicherungsfassungen sind für die DIN-Schienen-Halterung mit praktischen LED-Anzeigen verfügbar (Abbildung 4). Ein Nachteil ist jedoch, dass eine höherwertige Sicherung erforderlich ist, um störendes Auslösen bei hohen Einschaltströmen zu vermeiden und einer langfristigen Leistungsreduzierung durch Alterung oder hohe Betriebstemperaturen entgegenzuwirken. Für eine 5A-Last wäre also eine 7,5A-Sicherung ratsam.



Bei einem Laststrom von 5A löst die 7,5A-Sicherung im Normalbetrieb nicht aus. Bei hohen Anlaufströmen bis 10A löst die Sicherung ebenfalls nicht aus, wenn die Überstromsituation weniger als 5s anhält (gepunktete Linie). Im Fall eines Kurzschlusses und bei maximalem Ausgangsstrom von 20A der Stromversorgung löst die Sicherung aus, aber die Reaktionzeit dauert 200ms (gepunktete rote Linie). Obwohl dies schnell ist, könnte es für besonders empfindliche Anwendungen trotzdem zu langsam sein.

Erfreulicherweise kann die RACPRO1-Serie für 20ms einen kurzzeitigen Schmelzauslösestrom von 250% liefern. Für die 480W-Version entspricht dies 250% x 20A = 50A. Die DC-Sicherung löst in weniger als 4ms aus (gepunktete gelbe Linie).

Auch bei Stromversorgungen, die gegen Kurzschlüsse geschützt sind, gibt es Anwendungen, bei denen es sinnvoll ist, zusätzlich am Ausgang einen DC-Sicherungsschalter oder Schmelzsicherungen zu integrieren. Diese zusätzlichen Komponenten verursachen einen Spannungsabfall sowohl an ihnen selbst als auch an langen Versorgungskabeln. Der Ausgangsspannungsregler an der Frontplatte ermöglicht es, diese Spannungsabfälle auszugleichen.

Bei der Verwendung eines externen Sicherungsschalters oder einer Schmelzsicherung ist es wichtig, dass die Stromversorgung einen kurzzeitigen Überstrom liefern kann, ohne sofort in den Kurzschlussschutz zu gehen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Überstromschutzeinrichtungen korrekt ausgelöst werden. Die RACPRO1-Serie stellt 250% Überstrom für 20ms zur Verfügung, um das Auslösen der Sicherung zu erleichtern.