Een zekering is een overstroombeveiliging met een smeltlood dat smelt en opengaat circuit wanneer er een overbelasting of kortsluiting optreedt. De smeltlood smelt omdat de lont is gemaakt van een metaal dat een lager smeltpunt heeft dan het koper van de geleider.
Als bijvoorbeeld koper en looddraad in serie zijn aangesloten en een variabele elektrische energiebron langzaam wordt aangepast om steeds hogere stroom te leveren, beginnen beide metalen te verwarmen vanwege de elektronenstroom er doorheen. Omdat lood een hogere weerstand heeft dan koper, wordt het heter en smelt het voordat het koper smelt. Als het lood is gelegeerd met tin, smelt het bij een nog lagere temperatuur.
Door de fysieke afmetingen van de legering aan te passen, kan deze op specifieke stroomniveaus smelten. Dit is de basis van het ontwerp van de zekering. Daarom gaat een zekering van het juiste formaat die in serie is geschakeld met een belasting open voordat het stroomniveau kan stijgen tot een waarde die hoog genoeg is om circuitgeleiders te beschadigen of componenten.
Zekeringswaarden
Zekeringen hebben spanning, stroomsterkte en onderbrekingsclassificaties.
spanning Rating
De nominale spanning bepaalt het vermogen van een zekering om een boog te onderdrukken nadat de zekering is geopend. Als een zekering wordt gebruikt met een spanning die lager is dan de circuitspanning, is het mogelijk dat de boog die wordt geproduceerd wanneer de zekering opengaat, niet wordt onderdrukt en dat de zekering de fout niet snel verhelpt of zichzelf op een onveilige manier vernietigt.
De meeste laagspanningssystemen bevatten zekeringen van 125 V tot 600 V. Bij het kiezen van een zekering; de nominale spanning moet minstens zo groot zijn als de spanningsbron in het circuit dat het beschermt.
Amperage Waardering
Alle zekeringen hebben een stroomsterkte. Normaal gesproken mogen de stroomsterktes niet hoger zijn dan de stroomvoerende capaciteit van de geleiders in het circuit. Als de geleiders bijvoorbeeld een nominale waarde van 15 A hebben, mag de grootte van de zekering niet groter zijn dan 15 A. Er zijn echter uitzonderingen op deze regel. De National Electrical Code® specificeert zekeringmaten voor verschillende soorten belastingen. Een draad van 14 AWG is bijvoorbeeld geschikt voor 20 A, maar de overstroombeveiliging mag niet hoger zijn dan 15 A. Het stroomsterktebereik van de zekering varieert van een fractie van een ampère tot 6000 A.
Beoordeling onderbreken
Zekeringen moeten storingen bij kortsluiting kunnen verhelpen. Er kan zeer destructieve energie aanwezig zijn wanneer er kortsluiting optreedt. Kortsluitstromen worden alleen beperkt door de interne weerstand van de spanningsbron en de hoeveelheid weerstand in de geleiders tot aan de storing. Deze stroom is in de overgrote meerderheid van de gevallen veel groter dan de normale ampèrewaarde van de zekering die het circuit beschermt.
Als de energie hoog genoeg is, kan het beveiligingsapparaat barsten in vlammen en verdampt metaal. Deze verdampende actie kan een geleidend pad rond de zekering opzetten, waardoor de fout niet wordt verholpen en er extra schade kan optreden. Daarom is het belangrijk om rekening te houden met de onderbrekende beoordeling van een zekering.
De onderbrekingsclassificatie is de maximale hoeveelheid stroom die een zekering veilig kan onderbreken zonder te breken of over te slaan. De meeste moderne stroombeperkende zekeringen hebben een onderbrekingswaarde van 200,000 A of 300,000 A.
Soorten zekeringen
Er zijn drie categorieën zekeringen: adereindhulspatroon, mespatroon en steekzekeringen. Zie figuur 1.
Afbeelding 1. Drie categorieën zekeringen zijn: adereindhulspatroon, mespatroon en steekzekeringen.
Een typische woning vereist over het algemeen 15 A of 20 A stekkerzekeringen en 30 A of 40 A patroonzekeringen. Af en toe moet een mespatroonzekering op het servicepaneel worden vervangen. Bladpatroonzekeringen hebben doorgaans een classificatie van 60 A of 100 A en zijn te vinden in de hoofdschakelaar van het servicepaneel of subpaneel. Per categorie zekeringen zijn er meerdere specifieke soorten zekeringen te vinden voor specifieke toepassingen. Zie figuur 2.
Afbeelding 2. Voor elke categorie zekering zijn er verschillende specifieke soorten zekeringen te vinden voor specifieke toepassingen.
Standaard stekkerzekeringen
Een standaard plugzekering is een inschroefbare OCPD die een metalen geleidend element bevat dat is ontworpen om te smelten wanneer de stroom door de zekering de nominale waarde overschrijdt. Zie figuur 3. Tijdens een ernstige overbelastingssituatie is het smelten van de geleiderstrip bijna onmiddellijk.
Afbeelding 3. Een standaard plugzekering is een inschroefbare OCPD die een metalen geleidend element bevat dat is ontworpen om te smelten wanneer de stroom door de zekering de nominale waarde overschrijdt.
Tijdvertragende stekkerzekeringen: Type T en Type S
Type T- en Type S-zekeringen worden gebruikt in toepassingen met een hoge inschakelstroom omdat ze door hun ontwerp zwaarder zijn. Beide zijn tijdvertragende plugzekeringen - een inschroefbare OCPD met een intern dubbel element.
Het eerste element biedt de beveiliging van een Type T standaard stekkerzekering voor kortsluiting. Het tweede element beschermt tegen opwarming door lichte overbelasting. Zie figuur 4.
Afbeelding 4. Een tijdvertragende stekkerzekering is een inschroefbare OCPD met een intern dubbel element.
Het tweede beveiligingselement zorgt ervoor dat de zekering korte tijd overbelastingen onder een bepaald niveau kan dragen zonder door te springen. Dit is handig om hinderlijk struikelen door het opstarten van motorisch aangedreven apparaten, zoals koelkasten en airconditioners, te voorkomen. Fabrikanten maken tijdvertragende stekkerzekeringen met verschillende reacties op kortsluiting en overbelasting.
A Type S zekering is een inschroefbare OCPD die alle werkingskenmerken heeft van een tijdvertragende stekkerzekering, evenals het extra voordeel dat het "niet-knoeibaar" is. Een type S-zekering wordt beschouwd als niet-knoeibaar omdat de zekering alleen in een sokkel kan worden geïnstalleerd als de zekering overeenkomt met de maat van de sokkel. Elke Type S-basisadapter is geschikt voor een zekering van een bepaald formaat. Een sabotagebestendige 20 A Type S-zekering past bijvoorbeeld niet in een 15 A Type S-sokkel.
Stekkerzekeringen hebben een maximale nominale spanning van 125 V. Ze zijn verkrijgbaar in een aantal gangbare gangbare maten tot een maximum van 30 A. Ze zijn te vinden in 120-V algemene huisverlichting en contactdooscircuits. De stroomsterkte van de zekering is afgestemd op de maximale stroomsterkte van de circuitgeleiders. Op basis van deze classificatie wordt een adapter van de juiste maat in de Edison-base (Type T) zekeringhouder gestoken. De juiste Type S-zekering wordt vervolgens in de adapter geschroefd.
Patroonzekeringen
Patroonzekeringen werken precies zoals plug-type zekeringen, maar zijn ontworpen om veel hogere stromen te dragen. De twee basistypen patroonzekeringen zijn de ferrule-contact Type en het mestype. Afbeelding 5 toont de patroonzekeringen van het ferrule-type, die verkrijgbaar zijn in onderstaande ampèrewaarden 60 A. Ferrule-zekeringen worden gebruikt in circuits tot 600 V.
Afbeelding 5. Patroonzekeringen van het ferrule-type.
De blad patroonzekering wordt gebruikt voor stroomwaarden van meer dan 60 A. De contactpunten van deze zekering zijn groter en robuuster, waardoor hij hogere stroomstromen aankan. Afbeelding 6 toont een bladzekering die verkrijgbaar is in ampèrewaarden van 70 A tot 6,000 A. De maximale nominale spanning voor steekzekeringen is 600 V.
Figuur 6. Steekzekering.
In grote lijnen worden patroonzekeringen geclassificeerd als:
- Stroombeperkend
- Een keer
- Hernieuwbare
- Dubbel element, tijdvertraging
- Hoog voltage
Stroombegrenzende zekeringen
De NEC vereist dat zekeringhouders voor stroombeperkende patroonzekeringen ontworpen zijn om niet-stroombeperkende soorten zekeringen te verwerpen. Stroombegrenzende patroonzekeringen zijn over het algemeen 240 V en geschikt voor circuits van meer dan 30 A. Afbeelding 7 illustreert zekeringafkeurklemmen die alleen afkeurzekeringen accepteren.
Afbeelding 7. Zekeringafkeurklemmen voor stroombeperkende zekeringen.
Eenmalige zekeringen
De eenmalige patroonzekering, geïllustreerd in figuur 8, bestaat uit een smeltzekering ingesloten in een buis van isolerend vulmateriaal. Het doel van het vulmateriaal is om de boog te onderdrukken wanneer de lont doorbrandt. Deze zekeringen hebben een zeer korte tijdvertraging en hun gebruik is beperkt tot kortsluitbeveiliging op circuits waarin fouten zelden voorkomen.
Figuur 8. Eenmalige patroonzekering.
Vernieuwbare zekeringen
De hernieuwbare patroonzekeringen, weergegeven in figuur 9, worden gebruikt om te profiteren van lagere vervangingskosten voor de beveiliging van hoofd- en feeders waarin vaak storingen optreden. In tegenstelling tot de eenmalige patroonzekering, bevatten deze zekeringen een zekeringkoppeling die kan worden vervangen als deze eenmaal is doorgebrand. Hoewel deze zekering aanvankelijk duurder is, zal deze zekering de onderhoudskosten over een lange periode verlagen.
Afbeelding 9. Hernieuwbare patroonzekeringen en zekeringen.
Zekeringen met tijdvertragingen met twee elementen
Zekeringen met één element bieden uitstekende bescherming tegen kortsluiting, maar om tijdelijke spanningspieken of transiënten op te vangen, moet de zekering te groot zijn. Tijdvertragende zekeringen met dubbel element bieden bescherming tegen zowel kortsluiting als overbelasting door het gebruik van twee afzonderlijke componenten op hetzelfde element (link).
Eén element wordt verwijderd overbelasting, en het andere element verwijdert kortsluitingen. Een typische tijdvertragende zekering met twee elementen wordt geïllustreerd in afbeelding 10. De kortsluiting element is een koperen schakel met beperkende inkepingen of segmenten. Het thermische elementgedeelte voor overbelasting is een veerbelast apparaat dat het circuit opent wanneer het soldeersel dat de veer op zijn plaats houdt, smelt.
Tijdvertragende zekeringen met twee elementen zijn bijzonder voordelig voor motorische installaties. Dit type zekering kan dichter bij de lopende motorstroom worden gedimensioneerd en nog steeds startstromen dragen; daarom kunnen kleinere schakelaars en panelen worden geïnstalleerd.
Afbeelding 10. Tijdvertragende zekering met dubbel element.
Patroonzekeringen zijn er in een groot aantal soorten, maten en waarden. Underwriters Laboratories (UL) wijst verschillende klassen aan, zoals weergegeven in tabel 1.
| UL Klasse |
Zekering Overbelasting kenmerken |
| L | Vertraging |
| RK1 |
Vertraging |
| RK5 | Vertraging |
| T | Snel reagerend |
| J | Vertraging Snel reagerend |
| CC | Vertraging Snel reagerend |
| CD | Vertraging |
| G | Vertraging |
| K5 | Snel reagerend |
| H | Hernieuwbare zekering, snelwerkend |
Tabel 1. UL-zekeringclassificatie
Hoogspanningszekeringen
Hoogspanningszekeringen, zoals die weergegeven in afbeelding 11, zijn geclassificeerd voor meer dan 600 V en gebruikt om hoogspanningsleidingen te beschermen. Ze zijn speciaal geconstrueerd zodat ze veilig zijn voor stroomonderbreking bij zulke hoge spanningen en omvatten uitdrijvings-, vloeistof- en vaste materiaalsoorten.
Figuur 11. Hoogspanningszekering.
Zekeringen zijn veelzijdige OCPD's
Een zekering is een overstroombeveiliging met een smeltbare verbinding die smelt en een circuit opent wanneer er een overbelastingstoestand of kortsluiting optreedt. Er zijn drie categorieën zekeringen: adereindhulspatroon, mespatroon en steekzekeringen.
Een typische woning vereist over het algemeen 15 A of 20 A stekkerzekeringen en 30 A of 40 A patroonzekeringen. Af en toe moet een mespatroonzekering op het servicepaneel worden vervangen. Bladpatroonzekeringen hebben doorgaans een classificatie van 60 A of 100 A en zijn te vinden in de hoofdschakelaar van het servicepaneel of subpaneel. Per categorie zekeringen zijn er meerdere specifieke soorten zekeringen te vinden voor specifieke toepassingen.