Wissenschaft im Alltag: Sicherungen
Wenn in der Wohnung plötzlich die Lichter ausgehen, hat vermutlich ein kleines elektrisches Bauteil seinen ordnungsgemäßen Dienst verrichtet: die Sicherung.
Die Sicherung schreitet ein, wenn in einer Leitung zu viel
Strom fließt. So wird verhindert, dass durch die entstehende Wärme der Draht schmilzt oder gar das Kabel zu glimmen beginnt. Erst in zweiter Linie schützt eine Sicherung auch Menschen gegen Stromschlag.
Vom Verteilerkasten zweigen ein oder mehrere
Stromkreise je Zimmer ab. Alle Leitungen sind nach
dem zu erwartenden Verbrauch auf eine bestimmte
Stromstärke beziehungsweise Leistung ausgelegt: Für
normale Wohnräume, in denen nur Lampen und andere
Kleinverbraucher wie Fernseher oder Stereoanlagen
betrieben werden, sind meist zehn Ampere beziehungsweise
etwa zwei Kilowatt vorgesehen, für die Küche mit
Herd und Spülmaschine rechnet man mit 16 Ampere,
also rund drei Kilowatt.
Diese Spannen sind allerdings schnell erreicht: Ein Computer benötigt zirka ein Kilowatt, noch ein Staubsauger mit eineinhalb Kilowatt dazu, schon ist die Grenze der Wohnräume um 25 Prozent überschritten. Einige Geräte wie Elektromotoren erfordern zudem beim Einschalten etwas höhere Stromstärken als im Betrieb. Allerdings reagiert die Sicherung bei so einer "geringfügigen" Überlast frühestens nach zehn Minuten.
Die größere Gefahr geht von Kurzschlüssen aus, bei denen mehrere tausend Ampere durch zwei elektrische Leiter ohne dazwischengeschalteten Widerstand fließen. Bevor diese durchglühen, werden Schmelzsicherungen oder Leitungsschutzschalter aktiv.
Erstere bestehen aus einem Keramikkörper mit Metallhülsen an beiden Enden, die als Kontakte dienen. Im Inneren verläuft ein Draht. Bei einer vorgegebenen Nennstromstärke von zum Beispiel zehn Ampere schmilzt der Draht und unterbricht damit den Stromkreis. Nachdem die Ursache für die Überlastung des Stromkreises beseitigt ist, muss eine neue Sicherung eingedreht werden.
Im Leitungsschutzschalter dagegen sind die Funktionen
für Kurzschlussströme und kurzfristig zu hohe Leistungen
getrennt. Erst wenn die Stromstärke das Dreifache
des Nennwerts übersteigt – ein deutlicher Hinweis
auf einen Kurzschluss –, öffnet ein Elektromagnet den
Stromkreis. Bei einer länger dauernden Überlastung der
Leitung durch zu viele Verbraucher erwärmt sich ein Bimetallstreifen,
biegt sich und beendet damit den Stromfluss. Besonders bequem ist beim Leitungsschutzschalter, dass er über einen Knopf oder Hebel einfach wieder eingeschaltet werden kann. Auch bei Reparaturen an elektrischen Leitungen kann mit diesem Schalter der Strom in
einem Raum problemlos abgestellt werden.
Wussten Sie schon?
Bereits Thomas A. Edison (1847-1931) setzte 1880 vor
jeder seiner wertvollen Glühlampen eine Schmelzsicherung,
um sie vor zu hohen Strömen zu schützen.
Ein Herzinfarkt kann schon durch 0,1 Ampere ausgelöst
werden, wenn sie durch den ganzen Körper fließen.
Bereits bei 0,01 Ampere kontrahieren Muskeln derart,
dass das Opfer ein stromführendes Teil nicht mehr loslassen
kann. Ein Helfer sollte dann den Stromkreis unterbrechen
oder die Person wegschlagen, sie aber keinesfalls
festhalten, da er dann selbst an ihr "festkleben" könnte.
Sicherungen haben nicht die Aufgabe, den Menschen,
sondern das Leitungsnetz zu schützen. Tödliche
Unfälle kann ein so genannter Fehlerstromschutzschalter
(FI-Schalter) verhindern, allerdings nur dann, wenn eine
Person einen Leiter berührt und Ladung durch den Körper
zur Erde abfließt. Dieser Schalter vergleicht nämlich
die Strommenge, die in einen Stromkreis hineinfließt,
mit der, die ihn wieder verlässt. Stimmen die Werte nicht
überein, trennt er in Sekundenbruchteilen alle Stromkreise
eines Stromverteilers vom Netz. Berührt man aber
mit beiden Händen unterschiedliche Adern einer Leitung,
fließt der Strom durch den Körper ohne abzuzweigen
und der FI-Schalter bleibt untätig.
Dank strengerer Bestimmungen für elektrische Geräte
ist die Zahl der tödlichen Elektrounfälle von 1969 bis
1999 von 300 auf nur 88 gesunken.
Diese Spannen sind allerdings schnell erreicht: Ein Computer benötigt zirka ein Kilowatt, noch ein Staubsauger mit eineinhalb Kilowatt dazu, schon ist die Grenze der Wohnräume um 25 Prozent überschritten. Einige Geräte wie Elektromotoren erfordern zudem beim Einschalten etwas höhere Stromstärken als im Betrieb. Allerdings reagiert die Sicherung bei so einer "geringfügigen" Überlast frühestens nach zehn Minuten.
Die größere Gefahr geht von Kurzschlüssen aus, bei denen mehrere tausend Ampere durch zwei elektrische Leiter ohne dazwischengeschalteten Widerstand fließen. Bevor diese durchglühen, werden Schmelzsicherungen oder Leitungsschutzschalter aktiv.
Erstere bestehen aus einem Keramikkörper mit Metallhülsen an beiden Enden, die als Kontakte dienen. Im Inneren verläuft ein Draht. Bei einer vorgegebenen Nennstromstärke von zum Beispiel zehn Ampere schmilzt der Draht und unterbricht damit den Stromkreis. Nachdem die Ursache für die Überlastung des Stromkreises beseitigt ist, muss eine neue Sicherung eingedreht werden.
Wussten Sie schon?
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