2025-07-02
2025-07-02

AC-Sicherung vs. DC-Sicherung: Vollständiger technischer Leitfaden für sicheren elektrischen Schutz

Das Verständnis der entscheidenden Unterschiede zwischen AC- und DC-Sicherungen ist nicht nur eine Frage der Elektrotheorie – es geht auch darum, katastrophale Ausfälle, Brände und Geräteschäden zu verhindern. Angesichts des explosionsartigen Wachstums von Solaranlagen, Elektrofahrzeugen und Batteriesystemen ist die Wahl des richtigen Sicherungstyps wichtiger denn je.

Fazit vorweg: AC- und DC-Sicherungen sind NICHT austauschbar. Die Verwendung einer AC-Sicherung in einem DC-Stromkreis kann zu anhaltender Lichtbogenbildung, Brandgefahr und Geräteausfällen führen, da DC-Sicherungen eine spezielle Lichtbogenlöschtechnologie erfordern, die AC-Sicherungen schlicht nicht bieten.

Der grundlegende Unterschied: Warum der Stromfluss wichtig ist

AC-Sicherungen: Nulldurchgangsvorteile nutzen

Wechselstromsysteme kehren den Stromfluss 100-120 Mal pro Sekunde (50-60 Hz) um, wodurch Nulldurchgänge entstehen, an denen der Strom auf null Volt abfällt. Dieses natürliche Phänomen ist die Geheimwaffe der Wechselstromsicherung.

Wenn ein AC-Sicherungselement bei einem Überstromzustand schmilzt, kann eine Sicherung den Stromkreis sehr leicht unterbrechen, da kein Stromfluss mehr besteht. An diesem Punkt stoppt der Stromfluss und es ist keine Energie mehr vorhanden, um den Lichtbogen über dem geschmolzenen Sicherungselement aufrechtzuerhalten.

Eigenschaften der AC-Sicherung:

Einfache Konstruktion mit einfachem Filamentdesign
Glas- oder Keramikkörper mit einfacher innerer Struktur
Kleinere physische Größe
Geringere Kosten durch einfacheres Design
Verlässt sich auf den natürlichen Nulldurchgang zur Lichtbogenlöschung

DC-Sicherungen: Kampf gegen Dauerstrom

Gleichstrom kann für eine Sicherung sehr schwierig zu lösen sein, da der Strom nur in eine Richtung fließt und kein Nullpunkt vorhanden ist, der die Sicherung beim Löschen des Lichtbogens unterstützt. Dies stellt die grundlegende Herausforderung dar, die Gleichstromsicherungen zu anspruchsvolleren Geräten macht.

Beim Auslösen einer Gleichstromsicherung kann sich ein Plasma bilden und weiterhin Strom leiten, da kein natürlicher Nulldurchgang zum Löschen des Lichtbogens vorhanden ist. Bei Gleichstrom ist der Lichtbogen nur durch die erzwungene Kühlung des Quarzsandfüllers schnell von selbst erloschen, was deutlich schwieriger ist als das Unterbrechen von Wechselstromlichtbögen.

Eigenschaften der DC-Sicherung:

Anspruchsvolle Geräte mit anderer Konstruktion als einfache Wechselstromsicherungen, die zusätzliche Elemente zur Lichtbogenlöschung enthalten
Sandgefüllte Konstruktionen oder verstärkte Gehäuse zur Lichtbogenbeseitigung
Größere physische Größe bei gleichwertigen Bewertungen
Höhere Kosten durch aufwendige Konstruktion
Aktive Lichtbogenunterdrückungsmechanismen erforderlich

Kritische Konstruktionsunterschiede

Physische Größe und Design

Gleichstromsicherungen gleicher Spannung und Stromstärke sind in der Regel länger als Wechselstromsicherungen, um einen ausreichenden Abstand zur Reduzierung der Lichtbogenenergie zu gewährleisten. Dies ist nicht nur ein kleines Detail, sondern eine Sicherheitsanforderung.

Größenanforderungen nach Spannung:

Bei jeder Erhöhung der Gleichspannung um 150 V sollte die Länge des Sicherungskörpers um 10 mm erhöht werden
Bei einer Gleichspannung von 1000 V sollte der Sicherungskörper 70 mm groß sein
Wenn die Gleichspannung 10-12 KV erreicht, sollte der Sicherungskörper mindestens 600-700 mm lang sein

Lichtbogenlöschtechnologie

AC-Sicherungen:

Einfaches Glas oder Keramik mit Basisfilament
Minimale Lichtbogenunterdrückung aufgrund des Nulldurchgangs erforderlich
Standardmäßige luftgefüllte oder einfache Keramikkonstruktion

DC-Sicherungen:

Sandgefüllte Designs zur Lichtbogenbeseitigung
Kleine Feder im Inneren, die hilft, die Enden auseinander zu ziehen, wenn das Element schmilzt
Quarzsandfüller mit spezifischen Reinheits- und Partikelgrößenverhältnissen
Verbesserte Kühlmechanismen und längere Lichtbogenkammern

Material-Spezifikationen

Die Wirksamkeit der Gleichstromsicherung wird durch die sinnvolle Konstruktion und Schweißmethode des Schmelzstücks, die Reinheit und das Partikelgrößenverhältnis des Quarzsands, den Schmelzpunkt und die Aushärtungsmethode bestimmt.

Unterschiede bei Spannung und Stromstärke

Die Derating-Regel

Kritische Sicherheitsrichtlinie: Eine Standard-Wechselstromsicherung muss für den Gleichstromeinsatz um 50 Prozent reduziert werden, d. h., 1000 V Wechselstrom müssten aus Sicherheitsgründen mit 500 V Gleichstrom bewertet werden.
Beispielvergleiche:

Sicherungen für 250 V AC, aber nur 32 V DC ausgelegt
Eine Wechselstromsicherung mit einer Nennleistung von 380 V kann nur in einem 220-V-Gleichstromkreis verwendet werden
Eine 600-VAC-Sicherung hat wahrscheinlich eine äquivalente DC-Bewertung von näher an 300 V

Warum DC-Bewertungen niedriger sind

In Gleichstromkreisen gibt es keinen Nulldurchgang des Stroms. Daher ist die Energie des Lichtbogens bei einer Stromkreisunterbrechung doppelt so hoch wie in einem Wechselstromkreis. Dieses grundlegende physikalische Prinzip erfordert niedrigere Gleichspannungswerte.

Typische Bewertungsbereiche:

AC-Sicherungen: 65 V, 125 V, 250 V, 500 V, 690 V, 12 KV bis 40,5 KV
DC-Sicherungen: 12 V, 32 V, 500 VDC, 1000 VDC, 1500 VDC oder höhere benutzerdefinierte Spannungen

Warum AC- und DC-Sicherungen NICHT austauschbar sind

Die gefährliche Wahrheit über die Verwendung von Wechselstromsicherungen in Gleichstromkreisen

Verwenden Sie niemals Wechselstromsicherungen in Gleichstromanwendungen. Hier ist der Grund:

Risiko der Lichtbogenerhaltung: Wechselstromsicherungen können den Gleichstrom möglicherweise nicht richtig unterbrechen, was zu Lichtbögen und potenziellen Gefahren führen kann
Brandgefahr: Die Verwendung einer Wechselstromsicherung in einem Gleichstromkreis führt dazu, dass der Lichtbogen nicht sicher gelöscht wird und es zu Bränden kommen kann.
Geräteschäden: Die Nennspannung von Wechselstromsicherungen ist möglicherweise nicht für Gleichstromkreise geeignet, was zu einem Isolationsdurchschlag oder sogar zur Explosion der Sicherung führen kann
Dauerhafte Lichtbogenbildung: Gleichstrom kann im Plasma eines verdampften Schmelzelements bei hohen Spannungen weiterfließen, während Wechselstrom immer nach einem Zyklus gestoppt wird.

Verwendung von DC-Sicherungen in AC-Anwendungen

Eine DC-Sicherung kann mit AC oder DC verwendet werden, eine AC-Sicherung löscht jedoch möglicherweise keinen DC-Lichtbogen. Obwohl sie sicherer ist als das umgekehrte Szenario, ist die Verwendung von DC-Sicherungen in AC-Anwendungen in der Regel unnötig und teurer.

Anwendungen in der realen Welt

AC-Sicherungsanwendungen

Ideal für:

Elektrische Schalttafeln für Wohngebäude
Kommerzielle Stromverteilung
Motorsteuerkreise (mit entsprechender Dimensionierung)
Standardbeleuchtungssysteme
Haushaltsgeräte
Netzgekoppelte Wechselstromsysteme

DC-Sicherungsanwendungen

Unverzichtbar für:

Solar-Photovoltaiksysteme (String-Combiner-Boxen, Array-Boxen, DC-Seite von Wechselrichtern)
Ladestationen für Elektrofahrzeuge
Batterie-Backup-Systeme
Telekommunikationsgeräte
Elektrische Systeme für die Schifffahrt
Industrielle Gleichstrommotorantriebe
Automobilanwendungen (12V-42V-Systeme)

Solar-PV-Systeme: Eine kritische Anwendung

In Solarsystemen, die aus mehreren Strängen von Photovoltaikmodulen bestehen, werden die Stränge mithilfe von Gleichstrom-Sicherungseinsätzen geschützt, die in Combiner- oder Array-Anschlusskästen installiert sind.

PV-spezifische Anforderungen:

DC-Sicherungen, die speziell für PV-Anwendungen entwickelt wurden, sollen bei Nennstrom in kurzer Zeit auslösen und so maximalen Schutz für Kabel, Anschlusskästen und PV-Module bieten.
Der Strom wird durch die Konstantstromquelle der PV-Module begrenzt, so dass es ziemlich schwierig sein kann, in angemessener Zeit genügend Strom zu erhalten, um eine AC-Sicherung auszulösen.

Industrienormen und Zertifizierungen

IEC 60269-6 Standard für PV-Anwendungen

Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) erkennt an, dass der Schutz von PV-Systemen bei Standard-Elektroinstallationen anders ist. Dies spiegelt sich in der Norm IEC 60269-6 (gPV) wider, die bestimmte Eigenschaften definiert, die ein Sicherungseinsatz zum Schutz von PV-Systemen erfüllen muss.

Wichtige Standardfunktionen:

Umfasst Sicherungseinsätze zum Schutz von Photovoltaik-Strings und -Arrays in Stromkreisen mit Nennspannungen bis zu 1.500 V DC
Die PV-Sicherungseinsätze der Hersteller werden vollständig nach den Anforderungen der IEC 60269-6 geprüft
Führende Hersteller bieten Sicherungen an, die sowohl den Normen IEC 60269-6 als auch UL 2579 entsprechen

UL 2579-Standard

Die Anforderungen der UL 2579 stellen sicher, dass Sicherungen zum Schutz von PV-Modulen in Rückstromsituationen geeignet sind und bieten so zusätzliche Sicherheit für den nordamerikanischen Markt.

So wählen Sie die richtige Sicherung aus

Schrittweiser Auswahlprozess

Für DC-Anwendungen (insbesondere PV-Systeme):

Berechnen Sie den maximalen Stromkreisstrom
- Verwenden Sie den Kurzschlussstrom (Isc) für DC-seitige Berechnungen
Sicherheitsmultiplikator anwenden
- Verwenden Sie einen Multiplikator von 1,56 (1,25 × 1,25) für Dauerstrom mit Sicherheitsreserve
- Beispiel: 6,35 A × 1,56 = 9,906 A, was eine 10 A-Sicherung erfordert
Überprüfen Sie die Nennspannung
- Stellen Sie sicher, dass die Gleichspannungsnennspannung die Systemspannung übersteigt
- Berücksichtigen Sie Temperatur-Derating-Faktoren bei Außeninstallationen
Prüfen Sie das Ausschaltvermögen
- Mindestens 6 kA Nennabschaltvermögen zur Einhaltung der IEC 60269-6

Temperaturaspekte

Die meisten Überstromschutzeinrichtungen sind für eine maximale Betriebstemperatur von 45 °C ausgelegt, PV-Komponenten können im Freien oder auf Dachböden jedoch einer wesentlich höheren Hitze ausgesetzt sein.

Beispiel für eine Temperaturreduzierung:

Eine flinke Sicherung bei 90 °C mit 1,5 A Strom benötigt einen Temperaturreduktionsfaktor von 95%
Empfohlene Nennleistung: 1,5 A ÷ 0,95 = 1,58 A, was eine 1,6 A- oder 2 A-Sicherung nahelegt

Identifizierungs- und Kaufrichtlinien

So identifizieren Sie Sicherungstypen

Achten Sie auf eindeutige Markierungen:

AC-Sicherungen mit der Aufschrift „250 V AC“ oder einfach „AC“
Gleichstromsicherungen von zuverlässigen Herstellern sind mit der Bezeichnung „600V DC“ oder „DC“ gekennzeichnet
Einige Marken verwenden spezielle Codes (z. B. Littelfuse „KLKD“ für DC)

Physikalische Eigenschaften:

Gleichstromsicherungen sind aufgrund der Anforderungen an die Lichtbogenlöschung tendenziell größer oder dicker
Manche Hersteller verwenden spezielle Farben (rot/schwarz) für DC-Sicherungen
Achten Sie auf eine robuste Konstruktion als Hinweis

Was Sie vermeiden sollten

Häufige gefährliche Fehler:

Vorausgesetzt, alle Sicherungen sind universell
Konzentrieren Sie sich nur auf die Stromstärke und ignorieren Sie Spannung und Ausschaltvermögen
Verwendung von AC-Sicherungen für Wohngebäude für DC-Solarsysteme
Verwendung von Sicherungen ohne klare DC-Nennspezifikation

Spitzenentwicklungen

Doppelt bewertete Sicherungen

Einige Hersteller bieten Sicherungen sowohl für Wechsel- als auch für Gleichstrom an. Diese bieten Vielseitigkeit und erfüllen gleichzeitig die strengeren Gleichstromanforderungen. Für komplexe Installationen bieten sie das Beste aus beiden Welten.

Fortschrittliche Materialien

Moderne Gleichstromsicherungen umfassen:

Schwefelhexafluoridgas als Lichtbogenlöschmittel (100-mal stärker als Luft)
Vakuum-Lichtbogenlöschtechnologie (15x stärker als Luft)
Verbesserte Wärmemanagementsysteme
Intelligente Überwachungsfunktionen für kritische Anwendungen

Sicherheits- und rechtliche Aspekte

Einhaltung von Vorschriften

Um sich selbst und Ihre Kunden zu schützen, verwenden Sie für Ihre PV-Anlagen stets das richtige DC-Produkt. Bei Verwendung eines falsch ausgelegten Produkts können Sie für Schäden oder Todesfälle haftbar gemacht werden.

Professionelle Installation

Für Hochspannungs-Gleichstromsysteme (insbesondere PV-Anlagen):

Beachten Sie immer die Herstellerspezifikationen
Befolgen Sie die Anforderungen des NEC-Artikels 690.8 für Solaranlagen
Berücksichtigen Sie Umweltfaktoren (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Höhe)
Stellen Sie sicher, dass die DC-Nennwerte des Sicherungshalters richtig sind

Häufig gestellte Fragen

F: Kann ich für zusätzliche Sicherheit eine Sicherung mit höherem Nennwert verwenden?
A: Eine zu hohe Nennstromauswahl kann dazu führen, dass die Sicherung nicht oder zu langsam funktioniert und dadurch andere Komponenten beschädigt werden.

F: Gelten für Flachsicherungen dieselben AC/DC-Regeln?
A: Ja. Flachsicherungen, die in Kraftfahrzeugen und Niederspannungsanwendungen verwendet werden, müssen weiterhin für den Gleichstrombetrieb geeignet sein.

F: Was ist mit rücksetzbaren Sicherungen?
A: Rücksetzbare Sicherungen (PTCs) werden automatisch zurückgesetzt, wenn die Überstrombedingungen behoben sind, und sind typischerweise in Niederspannungs-Gleichstromkreisen zu finden.

F: Wie berechne ich die Sicherungsgröße für Motorstromkreise?
A: Motorstromkreise erfordern aufgrund der Anlaufströme besondere Aufmerksamkeit. Gleichstromsicherungen sind unempfindlich gegenüber Spannungsspitzen und brennen beim Anlaufen des Motors schnell durch, es sei denn, sie sind um ein Vielfaches höher ausgelegt als die Betriebsstromstärke.

Schlussfolgerung

Der Unterschied zwischen AC- und DC-Sicherungen geht weit über die bloße Bezeichnung hinaus – er hat seine Wurzeln in der grundlegenden Physik und Sicherheitstechnik. Da erneuerbare Energiesysteme, Elektrofahrzeuge und Batteriespeicher immer beliebter werden, ist das Verständnis dieser Unterschiede sowohl für Elektrofachleute als auch für informierte Verbraucher von entscheidender Bedeutung.