Warum ein 240-A-MSD eine 400-A-Sicherung aufnehmen kann und warum man diese niemals austauschen darf
Die Nennleistung der MSD-Sicherung und der auf demselben Trennschalter aufgedruckte Nennstrom beantworten zwei unterschiedliche Fragen, und keine davon ist ein Fehler. Die Zahl auf der Sicherung – in diesem Fall 400 A – gibt den Strom an, für den der Sicherungseinsatz ausgelegt ist, ohne dass er auslöst. Die auf dem Trennschalter aufgedruckten 240 A sind der Dauerstrom, bei dem das zusammengebaute Gerät – mit bereits eingebauter Sicherung – seinen Temperaturanstiegstest bestanden hat. Eine 400-A-Sicherung in einem 240-A-Trennschalter ist ein normales Konstruktionsergebnis, da die Sicherung über dem Dauerstromgrenzwert des Geräts liegen muss, damit sie im Normalbetrieb geschlossen bleibt. Das Vertauschen einer der beiden Zahlen zerstört ein Paar, das gemeinsam getestet wurde.
Inhaltsverzeichnis
Kennzahlen auf einen Blick
| Artikel | Abbildung |
|---|---|
| Trennleistung im Beispiel | 240 A Dauerstrom |
| Nennstrom der im selben Gehäuse eingebauten MSD-Sicherung | 400 A |
| Mindestgröße der Sicherung bei Dauerbelastung (NEC 210.20(A), 215.3) | 125% der Last |
| Gleiches Gehäuse ohne eingebaute Sicherung, veröffentlichte MSD-Daten bei 25 °C | 360 A |
| Gleiches Gehäuse mit einer 350-A-Sicherung, von MSD veröffentlichte Daten bei 25 °C | 195 A |
Was eine MSD-Sicherungsstärke tatsächlich misst
Die beiden Werte ergeben sich aus zwei Prüfungen, die unterschiedliche Ausfallarten erfassen. Der Sicherungswert ist der Norm für Sicherungen entnommen. Eine nach UL 248 gelistete Sicherung mit 600 A oder weniger wird bei 100 Prozent ihres Nennstroms geprüft. Sicherungen ab 601 A der Klassen L und T werden bei 110 Prozent geprüft. Auf diese Weise kann der Hersteller angeben, dass der Sicherungseinsatz seine Nennleistung ohne Auslösen aushält. Oberhalb dieses Wertes entscheidet die veröffentlichte Zeit-Strom-Kurve darüber, wann sie schmilzt. gG-Sicherungselemente nach IEC 60269 werden stattdessen zwischen zwei Toren geprüft: keine Unterbrechung bei 1,25-fachem Nennstrom innerhalb der konventionellen Zeit und eine Unterbrechung bei 1,6-fachem Nennstrom.
Der Auslösewert stammt aus einem Temperaturanstiegstest an der Hardware, und kein Teil dieses Tests liefert einen MSD-Sicherungswert. Dabei wird Strom bei einer vorgegebenen Umgebungstemperatur durch die gesteckten Kontakte, die Sicherungsklemmen, die Anschlüsse und eine festgelegte Kabellänge geleitet, und die Temperatur wird überwacht, bis sie sich einpendelt. Das Ergebnis ist eine Eigenschaft des gesamten Strompfads. Es gilt ausschließlich für diese Konfiguration.
| Frage | Welche Zahl ist die richtige? | Was diese Zahl außer Acht lässt |
|---|---|---|
| Wie viel Strom kann über Jahre hinweg fließen, ohne dass es zu einer Überhitzung kommt? | Schaltleistung: 240 A (hier) | Ob die Sicherung bei diesem Strom auslöst |
| Wo beginnt die Öffnungskurve der Sicherung? | MSD-Sicherungswert: 400 A hier | Wie heiß wird die Baugruppe im Gehäuse? |
| Wie viel Fehlerstrom kann das Gerät unterbrechen? | Auf der Sicherung aufgedruckter Unterbrechungswert | Der Gleichstrom, den es leiten wird |
Im Zusammenhang betrachtet stimmen die beiden Werte überein. Die Hardware ist für eine Dauerbelastung von 240 A ausgelegt, und die Sicherung löst erst deutlich oberhalb dieses Wertes aus. Ein Ingenieur, der nur den niedrigeren Wert berücksichtigt, wird nach einem Fehler suchen, der gar nicht vorliegt.
Warum die Sicherungsnummer über der Trennschalter-Nummer steht
Die Last legt die Untergrenze für die Nennleistung einer MSD-Sicherung fest, und diese Untergrenze liegt bereits über der Nennleistung des Schutzgeräts. Gemäß NEC 210.20(A) und 215.3 wird das Überstromschutzgerät auf 125 Prozent der Dauerlast ausgelegt. Bei einem Dauerstrom von 240 A benötigt der Stromkreis daher eine Schutzeinrichtung mit mindestens 300 A, bevor andere Faktoren zum Tragen kommen. Die Standardnennwerte steigen von dort aus an, und diese Berechnung ergibt 350 A oder 400 A.
Ein Gleichstromzwischenkreis muss vorab geladen werden, und ein Schütz schließt mit einem Prellvorgang, sodass an einem Rack für den Bruchteil einer Sekunde ein Kondensator-Ladestrom auftreten kann, der deutlich über seinem stationären Wert liegt. Eine Sicherung, deren MSD-Nennwert genau auf den Dauerstrom abgestimmt ist, würde bereits bei der ersten Vorladung der Schicht auslösen.
In einem versiegelten Gehäuse kann die Wärme des Sicherungselements nirgendwo entweichen. Der Anwendungshinweis von Eaton zur 100-prozentigen Sicherungsauslastung bringt es auf den Punkt: Ob eine Sicherung bis zu ihrer Nennleistung genutzt werden kann, hängt von der Umgebung sowie von den Schaltern und Anschlüssen in ihrer Umgebung ab. Ein MSD ist ein versiegeltes Gehäuse in einem warmen Schaltschrank, sodass die Sicherung deutlich unter ihrer Nennleistung arbeitet und die Nennleistung der MSD-Sicherung diese Wärme widerspiegelt.
Der Fehlerstrom bestimmt die Klasse der Sicherung und nicht deren Größe. Der zu erwartende Kurzschlussstrom einer 1500-V-Gleichstrom-Strang an den Klemmen ist ein Wert aus der Fehleranalyse. Die Sicherung muss diesen Strom bei dieser Spannung unterbrechen. Ein Konstrukteur wählt die kleinste Standardnennleistung, die die Anforderungen hinsichtlich Last, Einschaltstrom und Koordination erfüllt. Die Unterbrechungsleistung und die Durchlassenergie werden anschließend anhand der nachgeschalteten Komponenten überprüft. Die Überprüfung funktioniert nur, wenn die gesamte Kette vorliegt, da das Kabel, das Schütz und der Trennschalter jeweils eine Schadenskurve aufweisen. Die Nennleistung einer MSD-Sicherung muss über dem Normalbetrieb und unter der niedrigsten dieser drei Kurven liegen.
Die veröffentlichten Zahlen hinter der Kluft
Die Hersteller von Komponenten für manuelle Trennschalter mit Sicherung geben beide Werte an, und die Differenz zwischen ihnen ist größer, als die meisten Ingenieure erwarten. Die folgenden Zahlen stammen aus veröffentlichten Datenblättern für manuelle Trennschalter mit Sicherung und dienen als Branchenreferenz, nicht als PVLinkTech-Nennwert. Die Stromwerte beziehen sich auf ein 70 mm²-Kabel bei der angegebenen Umgebungstemperatur.
| Konfiguration | Sicherung eingesetzt | Dauerbetrieb bei 25 °C | Dauerbetrieb bei 85 °C |
|---|---|---|---|
| Nur Trennschalter, keine Sicherung | Keine | 360 A | 260 A |
| Trennen Sie die Verbindung mit einer 200-A-Sicherung. | 200 A | 150 A | 110 A |
| Trennen Sie die Verbindung mit einer 350-A-Sicherung. | 350 A | 195 A | 140 A |
Die Tabelle zeigt, dass dasselbe Gehäuse mehr als die Hälfte seiner Kapazität verliert, sobald eine Sicherung durchbrennt. Das Heizelement und die Klemmen sind Wärmequellen, die sich im selben versiegelten Gehäuse wie die Kontakte befinden. Außerdem ist zu erkennen, dass eine MSD-Sicherung weit über ihrer Dauerbelastbarkeit liegt, und zwar in der 350-A-Reihe bei einem Verhältnis von etwa 1,8 zu 1. Ein 240-A-Gerät mit einer 400-A-Sicherung weist dasselbe Muster an einer anderen Stelle der Kurve auf.
Was sich durch einen Tausch tatsächlich ändert
Manchmal greift man zu einem Ersatzteil, weil man mehr Spielraum braucht, weil die einzige im Laden erhältliche Sicherung eine andere Größe hat oder weil die Originalsicherung neben dem Kabel überdimensioniert wirkt. Durch den Austausch werden mehrere Werte gleichzeitig angepasst, und die Nennleistung der MSD-Sicherung ist nicht der einzige davon.
| Ändern | Was es bewegt | Was Sie erhalten |
|---|---|---|
| Größere Sicherung | Punkt, an dem die Kurve beginnt, und der Durchlass I²t | Ein Fehler, der innerhalb derselben Kontakte und Klemmen länger brennt |
| Kleinere Sicherung | Sicherheitsmarge gegenüber der Dauerbelastung | Eine Unterbrechung bei der Vorladung und ein Stromausfall, den niemand erklären kann |
| Andere Klasse oder Kurve | Überlastverhalten im Vergleich zum Kurzschlussverhalten | Kein Überlastschutz oder keine Durchfahrtsfunktion bei Einschaltstromspitzen |
| Wechselstrom-Sicherung für 1500 V Gleichstrom | Gleichstrom-Unterbrechungsfähigkeit | Ein Lichtbogen, den die Sicherung nicht auf Null bringen kann |
Eine Koordinationsstudie beschränkt sich nicht auf die Sicherungskurve. Die andere Hälfte betrifft die Belastbarkeit des Kabels, des Schützes und der Trennkontakte, und diese Werte wurden für eine bestimmte Sicherung im Stromkreis ermittelt: Ersetzt man diese durch eine andere, beschreibt die Studie eine Schaltanlage, die es nicht mehr gibt – selbst wenn das neue Bauteil für sich genommen eine bessere Sicherung ist.
Der Sicherungswert ist ebenfalls Teil der bewerteten Konfiguration des Akkupacks oder Schaltschranks. Gemäß NEC 110.9 und 110.10 gelten die Unterbrechungsleistung und die Durchschlagfestigkeit der Komponenten für die Anlage und nicht für die Person, die die Sicherung ausgewählt hat. Niemand vor Ort kann diese Bewertung anhand einer Artikelnummer aus einem Katalog wiederherstellen.
Das Detail bei Gleichstrom, das einen Austausch gefährlich macht
Gleichstrom hat keinen natürlichen Spannungsnullpunkt, daher ist der Sicherungslichtbogen das Einzige, was den Strom auf Null senkt. Technischer Hinweis von Mersen zum Auslösen von Sicherungen unter Gleichstrombedingungen Das bringt es auf den Punkt. Ohne einen natürlichen Spannungsnullpunkt ist die Unterbrechung von Gleichstromfehlern schwieriger als bei Wechselstrom. Eine große L/R-Zeitkonstante erschwert dies zusätzlich, da der Strom langsamer ansteigt und sich die Vorentladungszeit verlängert. In demselben Hinweis wird die praktische Regel hinzugefügt, dass eine für Wechselstrom ausgelegte Sicherung nur dann im Gleichstrombetrieb verwendet werden darf, wenn der Hersteller die Gleichstromtauglichkeit dieser Sicherung angibt.
Betrachtet man dies im Zusammenhang mit einer 1500-V-Gleichstrom-Batteriekette, ist die Nennleistung einer MSD-Sicherung nicht mehr nur eine Frage der Wartung. Eine Sicherung, die für die falsche Spannung oder die falsche Zeitkonstante ausgelegt ist, löst nicht einfach etwas zu spät aus. Sie unterbricht den Stromkreis nicht, und die Energie verbleibt im Gehäuse.
Das MSD ist nicht das Bauteil, das den Fehler behebt.
Die Verwirrung bezüglich der Nennleistung einer MSD-Sicherung entsteht größtenteils dadurch, dass der Trennschalter wie ein Leistungsschalter behandelt wird. Der Trennschalter trennt den Strang vom Netz. Die Sicherung ist das Bauteil, das einen Fehler beseitigt. NEC 706.15(E)(2) Dies gilt insbesondere für Batteriekreise mit einer Nennspannung von über 240 V DC, die vor Ort gewartet werden. Die Konstruktion muss in der Lage sein, den Strang in Segmente von maximal 240 V DC zu unterteilen. Verschraubte und steckbare Trennschalter ohne Lasttrennfähigkeit sind für diesen Wartungszweck ausdrücklich zulässig, weshalb eine Vorrichtung ohne Lasttrennfähigkeit hier die richtige Wahl sein kann.
Unsere eigenen MSD-350 weist die gleiche Aufteilung auf. Es handelt sich um einen nicht abgesicherten Trennschalter mit einer Nennleistung von 350 A bei 1500 V Gleichstrom, der gemäß IP67 abgedichtet ist, wenn die Dichtung flach auf der Schalttafel aufliegt, und über einen zweistufigen Griff verfügt, der die Kontakte öffnet, bevor er ausrastet. Die Sicherung befindet sich an anderer Stelle im Gehäuse, und ihre Nennleistung ergibt sich aus der Konstruktion des Gestells und nicht aus dem Trennschalter selbst; daher ist auf dem Trennschalter keine MSD-Sicherungsnennleistung angegeben.
So lesen Sie die Paarangabe auf dem Etikett
Wenn Sie vor einem Sicherungsschalter mit einer Ersatzsicherung in der Hand stehen, sind vier Werte entscheidend, und die Nennleistung der MSD-Sicherung ist nur einer davon.
| Abbildung auf dem Etikett | Was Sie überprüfen sollten, bevor Sie die Sicherung berühren |
|---|---|
| Nenn-Gleichspannung | Dass es sich um eine Gleichstrom-Nennleistung bei Ihrer Strangspannung handelt, nicht um eine Wechselstrom-Nennleistung |
| Nennstrom und die dazugehörigen Bedingungen | Umgebungstemperatur und Kabelquerschnitt – die Nennleistung wurde bei folgenden Werten festgelegt: |
| Sicherungsklasse und Stromstärke | Gleiche Klasse, gleiche Stromstärke, gleiche Abmessungen wie das Einbauteil |
| Unterbrechungsvermögen von Gleichstromsicherungen | Mindestens so groß wie der an dieser Stelle verfügbare Fehlerstrom |
Eine MSD-Nennstromstärke ohne die dazugehörigen Bedingungen lässt sich mit nichts vergleichen. Fordern Sie den Temperaturanstiegsbericht an, genauso wie Sie eine Derating-Kurve anfordern würden, bevor Sie einen Steckverbinder in einem Schaltschrank einsetzen. Die Wärmeentwicklung ist die andere Seite dieser Frage, und Temperaturanstieg am BESS-Stecker Erfasst Strom, Kontaktwiderstand und Leitungsquerschnitt im Schaltschrank.
Falls Sie mehr Strom benötigen
Wenn eine Anlage mehr Strom benötigt, ist die Nennleistung der MSD-Sicherung nicht der richtige Parameter, den man ändern sollte. Der Trennschalter, die Sicherungsklasse, das Kabel, das Schütz und die Sammelschiene sind alle Teil derselben Koordinationsstudie, und die Erhöhung eines dieser Werte verschiebt die Grenze auf das nächstschwächste Bauteil. Legen Sie dem Hersteller des Aggregats oder Schaltschranks das Lastprofil, die Umgebungstemperatur und den verfügbaren Fehlerstrom vor und fragen Sie, welche Sicherung und welcher Trennschalter gemeinsam für diesen Stromwert ausgelegt wurden.
Was die beiden Zahlen zusammen bedeuten
Dieser 240-A-Trennschalter und die 400-A-Sicherung bilden ein aufeinander abgestimmtes Paar und stehen nicht im Widerspruch zueinander. Das Gerät ist für 240 A ausgelegt, die Sicherung bleibt oberhalb dieses Wertes geschlossen, und das Paar wurde als eine Einheit bei einer festgelegten Umgebungstemperatur und mit einem festgelegten Kabel geprüft. Wer eine Hälfte dieses Paares ohne die dazugehörige Fehleranalyse und Bewertung austauscht, arbeitet nicht mehr an demselben Gerät.
Wenn Sie eine Trennvorrichtung für einen neuen Akku oder einen neuen Schrank auswählen möchten, teilen Sie uns bitte die Strangspannung, den Dauerstrom und den verfügbaren Fehlerstrom mit. Wir helfen Ihnen gerne dabei, MSD-Sicherungsoptionen zu finden, die Ihren elektrischen Anforderungen entsprechen.
Besprechen Sie Ihre MSD-AnforderungenHäufig gestellte Fragen (FAQ)
Kann ich die Nennleistung der MSD-Sicherung ändern?
Nein, nicht bei einem Gerät, das in Betrieb ist. Die Nennleistung der MSD-Sicherung wurde bei eingebauter Sicherung, bei einer angegebenen Umgebungstemperatur und einem bestimmten Kabelquerschnitt ermittelt, und die Fehleranalyse ging von demselben Bauteil aus. Eine andere manuell betätigte Trennsicherung verändert gleichzeitig die Wärmebilanz und die Durchlassenergie. Wenn der Stromkreis mehr Strom benötigt, werden der Trennschalter, die Sicherung, das Kabel und das Schütz gemeinsam angepasst, und der Hersteller des Aggregats genehmigt die neue Kombination.
Ist eine 400-A-Sicherung in einem 240-A-Trennschalter ein Beschriftungsfehler?
In der Regel nicht. Veröffentlichte Daten zu Produktfamilien mit manuellen Sicherungstrennschaltern zeigen, dass der Nennwert der Sicherung deutlich über der Dauerbelastbarkeit des jeweiligen Gehäuses liegt, da die Sicherung und ihre Halteklammern im Inneren des versiegelten Gehäuses Wärme erzeugen. Die beiden Werte stammen aus zwei unterschiedlichen Tests. Ein echter Fehler sieht anders aus: eine Sicherung, deren Spannungsklasse oder MSD-Sicherungsnennleistung nicht mit der Kennzeichnung übereinstimmt, oder ein Bauteil, das nicht richtig in den Halterungen sitzt.
Was passiert, wenn die Sicherung zu klein ist?
Sie löst aus, wenn sie es nicht sollte, und eine MSD-Sicherung mit niedrigerer Nennleistung ist nicht die sicherere Wahl. Vorladestrom, Schützprellen und ein überhitzter Schaltschrank bringen eine grenzwertige Sicherung über ihre Kennlinie hinaus, und die darauf folgende Abschaltung sieht aus wie ein ausgefallener Trennschalter. Eine Sicherung, die bei Teillast auslöst, kann zudem ein beschädigtes Element im Gehäuse zurücklassen, und wer als Nächstes den Nennwert der MSD-Sicherung abliest, sieht ein Bauteil, das einen Fehler nie beseitigt hat.
Ändert sich die Nennleistung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur?
Ja. Der gleiche Trennschalter derselben veröffentlichten Baureihe hat eine Nennstromstärke von 360 A bei 25 °C und 260 A bei 85 °C ohne eingebaute Sicherung, und das Verhältnis bleibt auch nach dem Einbau einer Sicherung erhalten. Schaltschranktemperatur, Kabelquerschnitt und Luftstrom beeinflussen diesen Wert. Eine ohne entsprechende Bedingungen angegebene Nennleistung einer MSD-Sicherung ist keine Spezifikation, nach der Sie Ihre Auslegung vornehmen können.
Kann ich eine Wechselstromsicherung in einem Gleichstrom-Trennschalter verwenden?
Nur wenn der Sicherungshersteller eine Gleichstrom-Nennleistung für diese bestimmte Sicherung angibt. Bei 1000 V Gleichstrom und darüber sagt eine Wechselstrom-Nennleistung nur sehr wenig aus, da die Sicherung den Strom ohne einen natürlichen Nulldurchgang auf Null bringen muss. Eine ausschließlich für Wechselstrom ausgelegte Sicherung in einer 1500-V-Gleichstrom-String kann möglicherweise den Strom nicht unterbrechen, und keine MSD-Sicherungsangabe auf dem Gehäuse weist vor dem Fehler darauf hin.
Wer darf die Sicherung austauschen?
Die vom elektrischen Sicherheitsprogramm des Standorts autorisierte Person, die gemäß der Vorgehensweise des Batterieherstellers arbeitet. Diese Vorgehensweise sieht in der Regel vor, dass das System spannungsfrei geschaltet, die Trennschaltung in geöffneter Stellung verriegelt, die Gleichstromschiene auf null Volt überprüft und der Austausch unter Angabe der Teilenummer protokolliert wird. Da die Sicherung ein zertifiziertes Bauteil der Baugruppe ist, ist die Dokumentation ebenso wichtig wie das Bauteil selbst, und die auf der neuen Sicherung angegebene MSD-Sicherungsstärke muss exakt mit der der alten übereinstimmen.
