strom-wirkung-kopf

Die elektrische Sicherung

Schlagwörter: elektrische Sicherung, elektrisch, Installation, Haushalt, FI-Schalter, Strom, Gefahren, Sicherheit

Die elektrische Sicherung ist ein Bauteil, das die Stromkreise und uns schützen soll. Dabei stellt die Sicherung eine Sollbruchstelle im Stromkreis dar. Das heißt, dass die Sicherung „die schwächste Stelle“ im Stromkreis sein muss. Wenn der Stromkreis überlastet ist, dann schmilzt der Draht in der Sicherung.

►Bild 01 zeigt das Schaltsymbol der Sicherung im Stromkreis

01 Symbol Sicherung

Warum ist das sinnvoll?

Du weißt, dass der elektrische Strom auch eine Wärmewirkung hat. Bei großen Strömen können die Leitungen sehr heiß werden und es kann zum Brand kommen.

02 glühender Draht an Netzteil

Im folgenden Versuch schauen wir uns verschiedene Leiter im gleichen Stromkreis an. Wir erkennen, dass die Leiter unterschiedlich heiß werden. Je mehr Elektrogeräte wir an den Stromkreis anschließen, desto stärker wird der Stromkreis belastet. Der Strom steigt. Durch das Einsetzen einer Sicherung, können wir die Stelle festlegen, an der der Stromkreis unterbrochen wird. 

02 verschiedene Leiter im Stromkreis

Bei den Elektroinstallationen zu Hause wurden in den meisten Fällen Kupferleitungen mit einem Querschnitt von 1,5 mm2 bis 4,0 mm2 verlegt. Diese Leitungen können den Strom leiten. In Abhängigkeit von ihrem Querschnitt, erwärmen sich die Leitungen. Je kleiner der Querschnitt, desto wärmer werden die Leitungen.

Neben dem Querschnitt der Leitungen ist auch die Länge der Leitungen von Interesse. Wenn die Leitungen, die in der Wand verlegt werden länger sind, dann muss auch der Querschnitt vergrößert werden, da sonst der Widerstand der Leitungen steigt (vgl. spezifischer Widerstand).

Damit diese Leitungen nicht zu heiß werden, müssen die Stromkreise durch Sicherungen abgesichert werden. Damit wird der mögliche Stromfluss begrenzt. In den Sicherungskästen bei euch zu Hause werdet ihr Sicherungen mit den Aufschriften 10 A und/oder 16 A finden.

03 Sicherungskasten

Die Leitungen im Haus werden dabei so verlegt, dass sie zu den erwarteten Strömen passen. So werden für die Küche (E-Herd, Toaster, Wasserkocher, Kühlschrank) und den Hauswirtschaftsraum (Waschmaschine, Trockner, …) größere Ströme zu erwarten sein, als für das Kinderzimmer. Elektroherde sind meist mit ein bis drei Sicherungen extra abgesichert.

Aufbau einer Sicherung

Sicherungen gibt es in den verschiedensten Bauformen. ►04 zeigt einige Sicherungen, wie sie euch im Alltag begegnen können.

Dabei können wir prinzipiell zwischen zwei Arten von Sicherungen unterscheiden.

04 verschiedene Sicherungen

Sicherungsautomaten werden i.d.R. zur Absicherung der Stromkreise im Haushalt eingesetzt. Auch die Stromkreise in deinem Physikraum werden mit Sicherungsautomaten abgesichert sein. Wenn der Strom zu hoch wird, dann lösen die Automaten aus. Der Schalter klappt um und der Stromkreis ist unterbrochen. Um den Stromkreis wieder zu schließen, muss der Schalter des Sicherungsautomaten umgeschaltet werden. (♦05 Sicherung 1F10)

05 Sicherungsautomat An/Aus

Schmelzsicherungen wurden früher im Haushalt genutzt. Heute wurden sie weitgehend von den Sicherungsautomaten verdrängt. Das Herzstück der Schmelzsicherung ist ein dünner Draht, der bei zu starker Erwärmung schmilzt. Der Stromkreis ist dann unterbrochen. Die Schmelzsicherung muss dann ausgewechselt werden.  Schmelzsicherungen finden wir zur Absicherung in Elektrogeräten. Die farbige Sicherung in ►06 ist eine Sicherung aus dem Auto. Damit werden im Auto die verschiedenen Stromkreise abgesichert.

06 Schmelzsicherungen

Aufbau einer Schmelzsicherung

Sicherung Schmelzsicherung Aufbau
07 Aufbau Schmelzsicherung
Sicherung-stromkreis
08 Schaltskizze

Eine Schmelzsicherung besteht im Wesentlichen aus einem dünnen Schmelzdraht, der an beiden Enden mit einem Kontakt verbunden ist.

Der Schmelzdraht ist Teil des Stromkreises ►08. 

Wenn der Strom zu groß wird, erwärmt sich der Schmelzdraht so stark, dass er schmilzt. Dabei entstehen sehr hohe Temperaturen, wie du schon im ►Bild 01  gesehen hast. Um das Haus vor Feuer zu schützen, ist der Schmelzdraht in eine feuerfeste Keramikhülle eingelegt. Um den Schmelzdraht herum befindet sich Quarzsand. So kann es um die Sicherung herum nicht zum Brand kommen.

Weitere Sicherungen im Hausstromkreis – FI-Schalter

Neben den Sicherungsautomaten bzw. Schmelzsicherungen gibt es noch eine weitere Absicherung, die FI-Schalter. F – steht dabei für Fehler, das I steht für das Formelzeichen der Stromstärke bzw. des Stroms. Die FI-Schalter dienen der Absicherung des Menschen. (s. Wirkungen des Stroms)

Während eine normale Sicherung auf den Strom zwischen der Phase und Null reagiert, misst der FI-Schalter u.a. die Differenz der Ströme ΔI vor und hinter dem Gerät. Wenn jetzt ein Mensch z.B. in den Toaster greift, oder der Fön ins Wasser fällt, fließt ein Strom zwischen den Phasen der Wechselspannung und der Erde. Da sich die Ströme aufteilen und ein Teil des Stroms über den Menschen in die Erde geleitet wird, ist die Differenz ΔI nicht mehr Null. Der FI-Schalter löst aus und der Stromkreis wird unterbrochen.

09 FI-Schaltund

Praktisch ist der Fehlerstrom größer als Null. Der Fehlerstrom, bei dem der FI-Schalter auslöst, ist auf dem FI-Schalter aufgedruckt.

Der FI-Schalter im ►Bild 10

  • kann in Stromkreisen bis 25 A verwendet werden(blauer Ring)
  • löst bei einem Fehlerstrom von 30 mA aus (roter Ring)
  • die Auslöseverzögerung beträgt 0,1 s
10 FI-Schalter

Die Beschreibung hier ist sehr knapp und auf die Grundlagen reduziert. Wer es genauer wissen möchte wird bei VERBUND (österreichisches Energieunternehmen) oder auch bei Wikipedia fündig.

Pole der Wechselspannung im Heimnetz

Während wir in der Schule meistens mit Gleichspannung experimentieren, nutzen wir zu Haus Wechselstrom. Eine Gleichspannungsquelle hat einen Pluspol und einen Minuspol.

Bei der Wechselspannung haben wir auch zwei Pole. Der eine Pol ist die Phase, hier wechseln sich Plus- und Minuspol im Rhythmus der Netzfrequenz (in Europa 50 Hz) ab.  Hertz (1 Hz) ist die Einheit der Frequenz. Sie gibt an, wie viele Schwingungen in einer Sekunde stattfinden. Wenn die Netzfrequenz 50 Hz beträgt, dann wechseln die Pole zwischen 50-mal Pluspol und 50-mal Minuspol in einer Sekunde. Der andere Pol ist der Nullleiter.