Over (smelt)zekeringen in een energie opslag systeem

Je zou denken, een zekering is een zekering, hoe moeilijk is dat? Wat zou je nog meer moeten weten dan de zekeringwaarde?

In dit artikel gaat er wellicht een wereld voor je open, want er is nog veel meer dan alleen die zekeringwaarde.

Engels

In het Engels wordt een zekering een fuse genoemd, en het doorsmelten van een zekering wordt trippen genoemd.

Wat je zeker moet weten

Hoewel we in dit artikel er nog uitgebreid bij stil zullen staan, willen we je alvast de volgende zaken meegeven:

• Een AC (wisselspanning) zekering is iets heel anders dan een DC (gelijkspanning) zekering: voor een EOS (die met accu werkt op gelijkspanning) moet je DC zekeringen hebben.
• Het meest onderbelichte aspect is dat een "normale" zekering van bijvoorbeeld 100 Ampère mogelijk niet in staat is een kortsluitstroom van bijvoorbeeld 6000 Ampère te onderbreken (die met gemak kunnen voorkomen bij een EOS met een LFP accu). Je zou verwachten dat de zekering bij zo'n hoge stroomsterkte smelt en de stroom onderbreekt. Maar nee, in plaats daarvan zal er een stroom blijven vloeien en een vlamboog ontstaan die mogelijk zal leiden tot brand. Dit komt doordat de zekering niet een voldoende hoge "onderbrekingsstroomcapaciteit" (interrupt current rating) heeft. Alleen "speciale" zekeringen zijn in staat dit soort hoge (gelijkspannings)korstluitstromen te onderbreken.
• Een zekering heeft een bepaalde maximale werkspanning. Kies daarom een zekering met een werkspanning die hoger ligt dan de accuspanning.
• Zekeringen kunnen onder normaal bedrijf flink warm worden (en hebben dus ook een bepaald elektrisch verlies)!
• Een zekering is temperatuurgevoelig, bij een stijgende temperatuur zal een zekering eerder / sneller dan je zou verwachten doorsmelten (en andersom).

Pas op voor namaak

Bij bedrijven zoals amazon, aliexpress en marktplaats worden goedkope zekeringen aangeboden die er uit zien als een normale zekering, maar geen bekende merknaam dragen, zoals Siemens, Bussman, Hager, Mersen, Littlefuse, Blue Sea of Eaton, en ook geen certificaten hebben zoals "UL".

Op youtubefilmpjes is te zien dat deze zekeringen totaal niet voldoen aan de specificaties die je er van zou verwachten, bijvoorbeeld dat de zekering niet doorsmelt ondanks dat zeer langdurig een tien keer zo hoge stroom vloeit dan de nominale stroom (zekeringwaarde).

Bedenk, een zekering is een veiligheidsonderdeel, daar moet je niet op bezuinigen.

Zekering is geen installatieautomaat

In dit artikel behandelen we de zekering, de eenmalig te gebruiken beveiliging. Na een langdurige overbelasting of kortsluiting smelt de zekering door en moet deze vervangen worden.

Een installatieautomaat ook wel zekeringautomaat of kortweg automaat genoemd, fungeert ook als een zekering maar kan na een overbelasting of kortsluiting gereset worden en hoeft dus niet vervangen te worden. Dit artikel behandeld de smeltzekering maar vrijwel alle aspecten die we behandelen over de smeltzekering zijn ook van toepassing op de automaat.

Nota bene: in dit artikel gaat het om DC zekeringen, die zijn relatief goedkoop en relatief klein. Een DC automaat is relatief duur en behoorlijk groot als je ze één op één vergelijkt met een zekering. Daarnaast wordt bij DC zekeringen heel veel "troep" verkocht (dat deze dus niet de bescherming bieden die je verwacht). Mocht je voor een DC automaat kiezen, overtuig je ervan dat deze voorzien is van goede documentatie en officiële normeringen/goedkeuringen. Als eerste houvast, is een 100 Ampère DC automaat kleiner dan een uitgestrekte hand, dan moet je al heel voorzichtig zijn en op zoek naar recenties van andere kopers.

Wat is de taak van een zekering?

Zekeringen worden gebruikt om draden of kabels (vanaf nu gebruiken we de term kabel) te beschermen. Hoewel ook speciale zekeringen bestaan voor het beschermen van elektronica, worden die relatief weinig toegepast. In dit artikel concentreren we ons op de meest gebruikelijke toepassing van een zekering, het beveiligen van kabels.

Waarom moet een kabel beveiligd worden met een zekering?

Het primaire doel van een zekering is om de mogelijke catastrofale gevolgen van een overbelasting of een kortsluiting te voorkomen.

Wanneer je geen zekering zou gebruiken kan, bij een overbelasting of kortsluiting, de kabel erg warm worden waardoor de isolatie smelt en de metalen kern bloot komt te liggen. In zo'n situatie zal niet alleen de isolatie van de plus- maar ook de minkabel smelten. Die plus- en minkabels liggen vaak naast elkaar in een kabelgoot, en dan is het heel denkbaar dat de bloot liggende metalen kernen van de plus- en minkabels langzaam met elkaar contact maken (net geen harde kortsluiting maken). Juist in zo'n situatie kan een vlamboog ontstaan waarbij enorm veel hitte ontstaat. Zo'n vlamboog is dezelfde vlamboog die gebruikt wordt bij elektrisch lassen. En door die hitte kan een brand ontstaan.

Een zekering zal bij een overbelasting of kortsluiting doorsmelten waardoor het elektrisch circuit (de plus- of minkabel) onderbroken wordt, waardoor geen stroom meer vloeit, waardoor geen hitte meer kan ontstaan en een mogelijke brand voorkomen zal worden.

Een te hoge stroom kan ook leiden tot het defect raken van de accu. En dat kan dan weer leiden tot een thermal runaway, of gassen van de accu. Zaken die je absoluut niet wil meemaken.

Bouw je een EOS dan is naar onze mening geen discussie mogelijk, je moet de kabels beschermen met zekeringen.

Overbelasting of kortsluiting

Een zekering beschermt tegen overbelasting en/of een kortsluiting. Dat zijn twee verschillende zaken en een zekering reageert op beiden foutstromen op een andere manier.

Bij een overbelasting is sprake van een hogere stroom dan voorzien. Stel dat een EOS berekend is om, als voorbeeld, maximaal 4800 Watt te kunnen leveren maar door het tegelijkertijd inschakelen van meerdere apparaten een vermogen gevraagd wordt van bijvoorbeeld 9600 Watt of meer, wordt het EOS dus zwaarder belast dan waar het voor ontworpen is.

In dit voorbeeld zal door de accukabels van een 48 Volt accu, geen 100 Ampère vloeien (4800 Watt / 48 Volt = 100 Ampère), maar 200 Ampère (9600 Watt / 48 Volt = 200 Ampère).

De accukabel is hier waarschijnlijk niet op gedimensioneerd en wordt té warm en hierdoor kan de isolatie smelten. Als de accukabel gezekerd is met een zekering van bijvoorbeeld 125 Ampère, zal deze – na enige tijd – doorsmelten. Dit gebeurd namelijk niet "meteen"; en dat is ook gewenst gedrag. Hoe lang het duurt voordat de zekering doorsmelt zal afhangen van voornamelijk de stroomsterkte tijdens de overbelasting. Hoe groter de overbelastingsstroom, hoe sneller de zekering doorsmelt.

Een kortsluiting is feitelijk een speciale vorm van een overbelasting, alleen is de oorzaak anders. Het is niet dat té veel apparaten ingeschakeld worden, maar dat ergens de plus- en mindraden met elkaar in contact komen. De stroom die dan zal vloeien is enorm groot en wordt de kortsluitstroom genoemd.

Was in het voorbeeld hiervoor de stroom 200 Ampère bij een overbelasting, bij een kortsluiting moet je denken dat de stoom een sterkte heeft van bijvoorbeeld 8000 Ampère.

Bij zo'n grote (kortsluit)stroom zal de kabel zeer snel opwarmen en is snel ingrijpen noodzakelijk. De zekering zal bij zo'n hoge stroom dan ook vrijwel onmiddellijk doorsmelten waarmee het gevaar afgewend is.

Zekering heeft extra functie bij een accu

Een zekering dient bij een energie opslag systeem, naast bescherming van de kabels, nog een tweede doel, dat is om mogelijke catastrofale gevolgen van een zeer hoge stroom door de accu te voorkomen.

Bij de veel gebruikte LFP accu's kan bij een kortsluiting een enorme stroom vloeien en dat zal zorgen dat enorm veel hitte in de accu ontstaat, denk aan mogelijk (kortdurend) meer dan 10.000 Watt aan warmte. Die enorme hitte kan een thermal runaway triggeren en die op zijn beurt zorgt dat zeer brandbare / ontplofbare gassen vrijkomen. Een kleine statische vonk doordat je bijvoorbeeld een deurklink aanraakt, of bijvoorbeeld een schakelaar in- of uitschakelt (van bijvoorbeeld de verlichting) kan al meer dan voldoende zijn om die gassen tot ontploffing te brengen.

Bedenk dat een thermal runaway bij een lithium-ion accu, zoals de LFP accu, vrijwel niet te stoppen is, alleen de accu langdurig onderdompelen in water kan de temperatuur laten dalen, en dat is wat de brandweer ook doet in zo'n situatie (of men laat de boel gecontroleerd branden).

Zekering in relatie tot de kabeldikte

Een zekering beschermd een kabel tegen oververhitting. Bedenk dat de dikte van de kern van de kabel en de nominale stroom van de zekering een relatie met elkaar hebben. Een kabel van bijvoorbeeld 1,5 mm² kan bijvoorbeeld een stroom verwerken van circa 10 Ampère. Zo'n kabel kan je wel voorzien met een zekering van 100 Ampère, maar bij 100 Ampère zal die kabel oververhit raken.

De werkwijze is dus als volgt: bepaal eerst de maximale nominale stroom in het systeem, stem daarop de zekering én de kabel op af. Om je een gevoel te geven, bij een nominale stroom van 100 Ampère wordt vaak een 50 mm² kabel met koperen kern gebruikt, 35 mm² zou ook nog kunnen. Bedenk dat we hier nog niet ingaan op de maximale temperatuur 75 (PVC isolatie) of 90°C (silicone isolatie) die een kabel mag bereiken, of dat de kabel gebundeld is met andere kabels of dat de kabel "vrijhangt" of in een kabelgoot ligt, dat heeft namelijk invloed op de keuze van de kabeldiameter.

Het zelfbouwen van een thuisbatterij brengt grote risico's en gevaren met zich mee, lees daarom dit artikel met waarschuwingen.

Kenmerken / eigenschappen van een zekering

Iedere zekering heeft een aantal eigenschappen die we hieronder eerst opsommen en daarna stuk voor stuk behandelen.

• nominale stroom (I_n)
• uitschakelkarakteristiek
• maximale werkspanning
• onderbrekingsstroomcapaciteit
• gebruik bij AC of DC
• elektrisch verlies
• invloed van de temperatuur op de werking van de zekering

Nominale stroom (I_n)

De zekeringwaarde die op een zekering is vermeld is de zogenaamde nominale stroom waarde. Bij deze nominale stroom zal de zekering niet doorsmelten. Een 100 Ampère zekering ondersteund dus een continue stroom van 100 Ampère. Bedenk wel dat bij die nominale stroom de zekering wel flink warm kan worden, maar niet zal doorsmelten.

Het wordt aangeraden om de zekeringwaarde af te stemmen op de te verwachte maximale continue stroom. Zal tijdens normaal gebruik maximaal 100 Ampère continue vloeien dan lijkt een zekering met een nominale stroom waarde van 125 Ampère een goede keus.

Bedenk dat het hier gaat om de continue stroom, dus niet mogelijke hogere stroompieken die ontstaan tijdens aanloopstromen.

Uitschakelkarakteristieken

Een zekering zal bij de nominale stroom niet doorsmelten. De vraag is, bij welke stroom zal de zekering het circuit dan wel onderbreken? Daar is geen eenduidig antwoord op te geven. Dat komt omdat dit afhankelijk is van twee variabelen: tijd en de hoeveelheid stroom (en eigenlijk ook nog: omgevingstemperatuur en warmtegeleiding van de kabels die op de zekering zijn aangesloten die de zekering in enige mate afkoelen).

Is de hoeveelheid stroom een klein beetje groter dan de nominale stroom, dan zal het lang duren voordat de zekering doorsmelt. Hoe hoger de stroom de nominale stroom overtreft, hoe sneller de zekering zal doorsmelten. Bij een zéér hoge stroom, zoals bij een kortsluiting, zal de zekering vrijwel onmiddellijk doorsmelten.

Dit gedrag is logisch als je stilstaat bij de werking van een zekering. Een zekering is niets anders dan een dun draadje dat gespannen is tussen twee elektrische aansluitingen.

Het dunne draadje heeft een veel grotere weerstand dan de accukabels. Daardoor zal bij een bepaalde stroom de accukabel nauwelijks warm worden, maar het smeltdraadje wel.

Naarmate de stroom hoger wordt, zal de temperatuur van het smeltdraadje stijgen en bij een bepaalde temperatuur zal deze doorsmelten waarmee hij het elektrisch circuit onderbreekt.

Als de stroom wat hoger is dan de nominale stroom, dan zal het even duren voordat het draadje smelt. Als de stroom enorm hoog is, zoals bij een kortsluiting, zal het smeltdraadje in een fractie van een seconde zo heet worden dat het doorsmelt.

Tijd en de hoeveelheid stroom hebben dus invloed op de snelheid waarmee de zekering smelt. De invloed van tijd en stroom kan je terugvinden in de uitschakelkarakteristiek. Dat is een grafiek waarbij de hoeveelheid stroom op de x-as is uitgezet en de tijd op de y-as. Van iedere zekering moet deze uitschakelgrafiek beschikbaar zijn. Als hij niet beschikbaar is, dan moet je naar onze mening afzien van aankoop, dit is doorgaans een "red flag".

Een lijn in die grafiek geeft bij iedere stroomsterkte weer hoe lang het duurt voordat de zekering zal doorsmelten.

In bovenstaande grafiek kan je aflezen dat een 150 Ampère Adler EF3 zekering bij een stroom van 200 Ampère doorsmelt na circa 70 seconden. Dezelfde 150 Ampère zekering zal bij een stroom van 600 Ampère na circa 0,8 seconde doorsmelten, en bij een stroom van 2000 Ampère is dat circa na 0,001 seconde.

Wanneer een zekering gebruikt wordt bij inductieve belastingen waarbij dus hoge inschakelstromen voorkomen, zal je een normale zekering iedere keer kunnen doorsmelten als je het apparaat inschakelt. Voor dat soort inductieve belastingen moet je een zekeringen gebruiken die minder snel zal doorsmelten. De lijnen in de tijd-stroom diagram zullen dan wat meer naar rechts verschoven zijn.

Voor zekeringen kennen we vier uitschakelkarakteristieken:

• Type A: zeer snelle zekering, bedoeld voor het beschermen van elektronica
• Type B: normale zekering, bedoeld voor het beschermen van kabels
• Type C: trage zekering, bedoeld bij gebruik van motoren
• Type D: zeer trage zekering, bedoeld bij gebruik van een netaansluiting van de netbeheerder (de zekering tussen het net en de hoofdschakelaar)

Type zekeringen

In het verlengde van bovenstaande willen we ook stilstaan bij de diverse typeringen van een zekering omdat je dat zeker tegen gaat komen. Zo zal je heel vaak de typering gG bij een zekering tegenkomen. Dat is een normale, algemene zekering die bedoeld is voor het gebruik voor de bescherming van een kabel.

De IEC 60269 norm zijn de afkortingen vastgelegd. De eerste letter geeft aan of de zekering alleen bedoeld is voor de bescherming tegen kortsluiting (a) of kortsluiting én overbelasting (g).

De tweede letter, of letters vanaf de tweede positie, geeft de doelgroep aan: (G) voor kabels, (L) oude typering nu vervangen door (G), (M) voor gebruik bij motoren (die een grote aanloopstroom hebben), (PV) voor zonnepanelen, (R) en (S) voor bescherming van halfgeleiders – lees elektronica – en (Bat) voor bescherming van accu's.

• gG: bedoeld voor algemeen gebruik (kabels)
• aM: bedoeld voor motoren
• gPV: bescherming zonnepaneel installatie
• gS, gR: halfgeleider bescherming
• gBat: bescherming van accu's

In veel energie opslag systemen zie je zogenaamde "Class T fuses" toegepast worden. Die typering Class T komt voor uit de Amerikaanse UL 248-15 norm. Deze zekeringen zijn relatief klein en hebben (ook bij DC) een hoge onderbrekingsstroomcapaciteit (high intterrupt rating). Het nadeel van Class T zekeringen is dat ze relatief duur zijn (vele malen duurder dan bijvoorbeeld NH0 meszekeringen) en dat ze slecht in onze regio beschikbaar zijn en dan ook nog eens vaak met een hogere nominale stroomwaarde dan gewenst.

Maximale werkspanning

We hebben het hiervoor al gehad over het ontstaan van een vlamboog tijdens het doorsmelten van een zekering. Zodra de smeltdraad in de zekering doorsmelt zal altijd een vlamboog ontstaan, dat is een onvermijdelijk natuurkundig verschijnsel. De zekering moet zodanig gemaakt zijn dat die vlamboog uit zichzelf zal doven. Maar of dat gebeurd zal afhangen van 1. de spanning tussen de twee doorgesmolten draaddelen en 2. de stroom die op dat moment vloeit (behandelen we later).

Hoe hoger de spanning tussen de smeltdraadaansluitingen van de zekering, hoe groter de afstand moet zijn tussen die aansluitingen om te zorgen dat de vlamboog dooft.

Een van de specificaties van een zekering is dus de maximale werkspanning. Gebruik dus niet een 36 Volt zekering om een 48 Volt circuit te beveiligen. Doe je dat wel dan is de kans groot dat tijdens het doorsmelten van de zekering een blijvende vlamboog zal ontstaan, met alle gevolgen van dien.

Onderbrekingsstroomcapaciteit (Interrupt rating / Ir / IAR / AIR)

Menigeen is geneigd te denken dat een zekering van laten we zeggen 100 Ampère het circuit zal onderbreken als er bijvoorbeeld een stroom vloeit van bijvoorbeeld 8000 Ampère. De zekering heeft immers een waarde van 100 Ampère, dus bij een stroom van 8000 Ampère zal hij doorsmelten en het circuit onderbreken.

Dat blijkt een foutieve gedachte te zijn. De zekering zal inderdaad doorsmelten, maar dat betekent nog niet dat het circuit onderbroken wordt, dus geen stroom meer vloeit. Dat komt omdat tijdens het doorsmelten een vlamboog ontstaat. Wanneer de zekering een onderbrekingsstroomcapaciteit heeft van bijvoorbeeld "maar" 2000 Ampère, dan zal de vlamboog niet gedoofd worden, dus stroom blijven vloeien en de vlamboog in de zekering zal enorm veel hitte produceren en dat kan leiden tot brand.

Zoals we al eerder schreven speelt niet alleen de spanning een rol bij het ontstaan en in stand houden (of juist doven) van een vlamboog, maar óók de stroom. Hoe groter de foutstroom die door de zekering vloeit, hoe moeilijker het is om de vlamboog te doven.

Voordat de zekering gekozen wordt zal eerst de maximale kortsluitstroom berekend moeten worden. Is deze bijvoorbeeld 8000 Ampère, dan zal de onderbrekingsstroom van de zekering daarboven moeten liggen, bijvoorbeeld 9000 of 10.000 Ampère. Is de te verwachten nominale stroom 100 Ampère en de accuspanning circa 48 Volt, dan zal je een zekering moeten gebruiken met een werkspanning van 60 Volt (of meer), een zekering waarde (nominale stroom) van 100 of 125 Ampère (niet meer dan dat), en een onderbrekingstroomcapaciteit (interrupt current) van 10.000 Ampère (of meer).

Bedenk dat bij het gebruik van lithium-ion accu's, zoals de LFP accu's, de kortsluitstroom enorm hoog zal zijn. Dat komt door de enorm lage interne weerstand van een LFP accu. Als voorbeeld, een 300 Ah LFP accucel met een spanning van circa 3,3 Volt heeft een interne weerstand van 0,0002 ohm. Bij een kortsluiting zal dan een kortsluitstroom kunnen vloeien van I = U / R, dus I = 3,3 / 0,0002 dus I = 16500 Ampère. In de praktijk zal de kortsluitstroom lager liggen omdat de kabel waarmee een kortsluiting gemaakt wordt een weerstand heeft, en ook nog sprake is van contactovergangsweerstanden, maar desondanks zal de kortsluitstroom enorm hoog zijn.

Een zekering die de accukabels van een LFP accu moeten beschermen zal dus een onderbrekingsstroom moeten hebben van minimaal 10 kA (10.000 A), maar bedenk dat dit afhankelijk is van de gebruikte accucel. Bij gebruik van cellen met een Ah-waarde van 628 Ah zal de kortsluitstroom al 20 kA kunnen zijn. Bereken dus de korsluitstroom en stem daar de onderbrekingsstroomcapaciteit op af.

In traditionele energie opslag systemen werden ANL en Mega zekeringen gebruikt. Die waren destijds goed omdat de destijds gebruikte AGM (of andere lood-zuur) accu een beperkte kortsluitstroom had. Maar die zekeringen zijn totaal ongeschikt bij energie opslagsystemen gebaseerd op LFP accu's omdat die ANL en Mega zekeringen een veel te lage onderbrekingsstroomcapaciteit hebben.

De Engelse termen voor deze onderbrekingsstroomcapaciteit zijn: breaking capacity, short-circuit breaking capacity, Interrupt Amperage Rating (IAR) of Ampere Interrupting Capacity (AIR)

Zekeringen met een hoge onderbrekingsstroomcapaciteit zijn bijvoorbeeld: Adler EF3, Eaton: AMH-100, Siemens meszekeringen zoals de 3NA3030, of de Class-T fast acting fuse van bijvoorbeeld Littelfuse, Blue Sea of Bussman.

Fabrikanten van zekeringen gebruiken bij zekeringen die zeer grote stromen moeten kunnen onderbreken de afkorting HRC of HBC, dat staat voor High Rupture Capacity of High Breaking Capacity.

AC of DC?

Een veel gemaakte fout is dat een zekering zowel voor AC als voor DC ingezet kan worden. Dat is pertinent fout, een AC zekering is echt anders dan een DC zekering. Een AC zekering kan je absoluut niet gebruiken voor DC (een DC zekering zou je wel voor AC kunnen gebruiken).

Het principe van een AC- en DC-zekering is gelijk, een dun draadje dat bij een te hoge stroom smelt en het elektrisch circuit onderbreekt, maar een AC-zekering kan je niet gebruiken voor DC.

De oorzaak van dit onderscheid ligt in het feit dat wanneer je een elektrisch circuit onderbreekt, zoals bij een schakelaar maar ook bij een doorsmeltend zekeringdraadje, altijd een vlamboog zal ontstaan, dat is een natuurkundig verschijnsel. De vraag is of die vlamboog maar kortstondig zal bestaan en zelf dooft (in een fractie van een seconde).

Omdat bij wisselspanning/-stroom de spanning en stroom honderd keer per seconde "door de nul gaat" (50 Hz) zal op het moment van die nuldoorgang ook geen spanning meer aanwezig zijn, dus ook geen stroom, en dan zal per definitie ook de vlamboog doven.

Bij een wisselspanning zal na de nuldoorgang de spanning weer oplopen. Dan zou opnieuw een vlamboog kunnen ontstaan, maar om een vlamboog in stand te houden is veel minder spanning/stroom noodzakelijk dan een vlamboog (opnieuw) te laten ontstaan.

Bij AC zekeringen is deze zodanig ontworpen dat gedurende één 50 Hz cyclus (of hooguit enkele) een vlamboog zal ontstaan en daarna niet meer opgebouwd zal kunnen worden. De nuldoorgang(en) zullen in dit proces een belangrijke rol spelen.

Bij een DC spanning/stroom komen die nuldoorgangen niet voor en dáárom is het veel moeilijker om die vlamboog te doven.

Wanneer een zekering doorsmelt in een gelijkspanningscircuit zal dus ook een vlamboog ontstaan. Of die vlamboog zal doven zal afhangen van de afstand tussen de twee aansluitingen waartussen het smeltdraadje zit, de spanning tussen die twee aansluitingen én de hoeveelheid stroom die op dat moment vloeit.

Bij veel AC-zekeringen is de smeltdraad omgeven door "lucht". Maar bij een DC zekering die een grote stroom moet onderbreken zal lucht niet afdoende zijn om de vlamboog te doven.

Bij vrijwel alle DC zekeringen heeft men de zekering gevuld met fijn zand. Dat zand dient twee doelen: op het moment dat de smeltdraad doorsmelt (deels verdampt) zal de afstand tussen de twee aanhechtingspunten van het smeltdraadje aanzienlijk vergroot worden. Immers, de vlamboog, feitelijk is dit een stroom door geïoniseerde lucht, kan niet meer in een rechte lijn maar moet "om" vele zandkorrels heen zijn weg zoeken en hoe groter de afstand hoe sneller de vlamboog zal doven.

Daarnaast zal, mocht een vlamboog ontstaan, het zand een hitte-absorberende werking hebben waardoor de temperatuur daalt van de lucht tussen de zandkorrels en het moeilijker is om de lucht geïoniseerd te houden. Daarom zijn DC-zekeringen vaak gevuld met fijn zand (silicium).

Je zal nu begrijpen dat een AC zekering die doorgaans geen zand heeft, niet bruikbaar is als een DC-zekering. Zou je dit toch doen, dan bestaat de kans dat in de zekering na het doorsmelten van het smeltdraadje, een continue vlamboog ontstaat, en die zorgt voor een enorme hitteontwikkeling met alle gevolgen van dien.

Bij veel zekeringen die voor DC bruikbaar zijn, zal je ook de AC eigenschappen zien. Zo kan een zekering bij AC een werkspanning hebben van bijvoorbeeld van 650 Volt en een interrupt rating van 120 kA, en bij DC is dat dan bijvoorbeeld 500 Volt en 25 kA.

Met klem willen we benadrukken dat als de DC waarden van een zekering niet gespecificeerd zijn, je deze absoluut niet in een DC omgeving moet gebruiken.

Elektrisch verlies

Bij elektrische systemen zullen de draden waardoor een stroom vloeit deze, binnen economische grenzen, zo dik mogelijk gekozen worden. Hoe dikker de kabel, hoe lager de weerstand, dus hoe lager het elektrisch verlies (spanningsverlies), dus ook een lager energieverlies.

Het spanningsverlies kan je uitrekenen met de formule U = I x R (spanningsverlies is gelijk aan de stroom door de kabel maal de weerstand van de kabel). Hoe hoger de weerstand van de kabel, hoe hoger het spanningsverlies. Het energieverlies is uit te rekenen door eerst het vermogen dat door de kabel gedissipeerd wordt uit te rekenen met de formule P = I x U (vermogen in Watt is gelijk aan de stroom in Ampère maal het spanningsverlies in Volt) en daarna te vermenigvuldigen met de tijd.

Stel dat de totale kabelweerstand 2 milliohm (0,002 Ohm) is, en de werkspanning 50 Volt, dan zal bij een stroom van 100 Ampère in de kabel een spanningsval ontstaan van U = I x R, U = 100 x 0,002 dus 0,2 Volt. Dat is een spanningsverlies van maar 0,2 Volt / 50 Volt = 0,4% en dat is in de praktijk een hele mooie waarde.

Het vermogen dat in de kabel als warmte ontstaat zal dan zijn: P = I x U, P = 100 x 0,2 = 20 Watt. Per dag zal een energieverlies ontstaan van 24 uur x 20 Watt = 480 Wattuur, dus afgerond 0,5 kWu.

Bij een zekering die juist opgebouwd is met een heel dun draadje, zal de weerstand dus juist groot zijn (dat is nou net de bedoeling). Door die relatief hoge weerstand zal dus relatief veel spanningsverlies ontstaan, dus zal ook relatief veel warmte ontstaan en dus relatief veel energieverlies zijn. Realiseer dat als metaal warmer wordt de weerstand stijgt, dus het spanningsverlies is niet lineair met de stroom maar neemt sneller toe dan je zou verwachten.

Om je een idee te geven, bij een EF3 150 Ampère DC zekering zal bij 150 Ampère een vermogensverlies ontstaan van 23,1 Watt (dat is te vinden in de datasheet). Die zekering wordt dus, bij de nominale stroom, dus behoorlijk heet, je zal je vingers verbranden.

Weet dat bij andere zekeringfabrikanten deze waarde anders is / kan zijn. Als voorbeeld, de Siemens 3NA3836-8 zekering heeft bij 160 Ampère een verlies van 8,8 Watt en dat is dus een zekering die 10 Ampère zwaarder is. Die zekering is fysiek ook nog eens flink groter (dus meer oppervlakte) dan de EF3 zekering, dus zal veel minder heet worden.

invloed van de temperatuur op de werking van de zekering

Als je dit artikel tot zover hebt gelezen, dan had je zelf al kunnen bedenken dat de omgevingstemperatuur invloed heeft op de werking van een zekering.

De werking van een zekering is gebaseerd op het doorsmelten van een dun draadje. Voor dat doorsmelten is het noodzakelijk dat het draadje de smelttemperatuur bereikt van het betreffende gebruikte metaal.

De stroom die door het draadje vloeit zal zorgen dat het draadje warmer wordt. Hoe hoger de stroom, hoe hoger die temperatuur en bij een bepaalde stroom zal de smelttemperatuur bereikt worden.

Je zal begrijpen dat de omgevingstemperatuur invloed heeft op dit proces. Als de omgeving bijvoorbeeld rond het vriespunt is, zal veel warmte die in het smeltdraadje ontstaat, afgegeven worden aan de omgeving, dus zal het smeltdraadje iets minder heet worden. Daardoor zal meer stroom nodig zijn om het smeltdraadje te laten doorsmelten.

Andersom, bij een hoge omgevingstemperatuur zal minder stroom door de zekering noodzakelijk om het smeltdraadje door te laten doorsmelten.

De invloed van de omgevingstemperatuur op de werking van de zekering, dus bij welke stroom de zekering doorsmelt, wordt gespecificeerd door de fabrikant. Je zou dit de temperatuurafhankelijkheid van de zekering kunnen noemen. In het Engels is daar een begrijpelijkere term voor: temperature derating.

Bij de bouw van een elektrische installatie met zekeringen moet met deze omgevingstemperatuur invloed rekening gehouden worden. Als voorbeeld, plaats een zekering niet bij de ventilatoruitgang van een inverter/charger die onder zware last warme lucht uitblaast. Bedenk ook dat een installatie die in een ongeconditioneerde ruimte staat, dus niet in een woning, maar in een onverwarmde schuur of tuinhuisje, de temperatuur in de winter flink laag en in de zomer flink warm kan worden.

Overzicht zekeringen

We hebben een bescheiden overzicht gemaakt van zekeringen met een nominale stroom van 100 Ampère of meer.