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Ein Überstromschutzgerät (ÜSG) ist ein elektrisches Bauelement, das einen Stromkreis unterbricht, wenn der Stromfluss einen sicheren Grenzwert überschreitet. Es sitzt zwischen der Stromquelle und der Last und fungiert als automatische Wächterfunktion. Die häufigsten ÜSG sind Leitungsschutzschalter und Sicherungen, obwohl die Kategorie auch thermische Überlaststutzvorrichtungen und elektronische Schutzmodule umfasst. Ihre Kernfunktion ist einfach: Beschädigungen von Leitern, Geräten und Menschen verhindern, indem der Stromkreis schneller unterbrochen wird, als gefährliche Hitze aufbauen kann.

Sicherungen arbeiten nach dem Prinzip, dass ein kalibriertes Drahtelement schmilzt, wenn Strom durchfließt; Leitungsschutzschalter nutzen entweder einen Bimetallstreifen, der sich unter Hitze verbiegt, oder einen Elektromagnet, der eine mechanische Sperre auslöst, wenn der Strom ansteigt. Der Unterschied ist in der Praxis bedeutsam. Sicherungen sind Einweggeräte und müssen nach dem Einsatz ausgetauscht werden. Leitungsschutzschalter lassen sich manuell zurückstellen (oder bei einigen Ausführungen automatisch) und können wiederholte Fehlerfälle verkraften. Thermische Überlaststutzvorrichtungen sprechen langsamer an und schützen Motoren vor anhaltender Überlastung statt vor unmittelbaren Kurzschlüssen. Elektronische ÜSG, die in Industrie- und Rechenzentrumsanwendungen zunehmend verbreitet sind, bieten programmierbare Schwellwerte und detaillierte Fehlerprotokolle.

Abstimmung und Auswahl

Die Wahl des richtigen ÜSG ist nicht willkürlich. Das Gerät muss den normalen Laststrom führen können, ohne unnötige Auslösungen zu verursachen, muss aber einen Fehler in Millisekunden beheben, bevor die Drahtissolation beschädigt wird. Ingenieure wählen ÜSG-Nennwerte basierend auf Leiterquerschnitt, Schaltungslänge und Lastmerkmalen. Ein 14-AWG-Draht wird typischerweise mit einem 15-A-ÜSG kombiniert; 12 AWG mit 20 A; 10 AWG mit 30 A. Unterschätzung führt zu Fehlauslösungen; Überschätzung lässt Leiter ungeschützt. In Systemen mit mehreren ÜSG stellt die Selektivität (oder Abstimmung) sicher, dass das dem Fehler am nächsten liegende Gerät zuerst öffnet und das Problem isoliert, ohne upstream Stromkreise zu unterbrechen.

Häufige Fehlermodi sind Fehlauslösungen durch Einschaltstrom in Motorschaltungen (gelöst durch Verwendung einer Zeitverzögerungssicherung oder Sicherung der Klasse D), Versagen auszulösen bei Kurzschluss (normalerweise Korrosion von Schalterkontakten) und thermische Drift in alternden Bimetall-Elementen. Sicherungen verschlechtern sich durch wiederholte thermische Zyklen, auch ohne Einsatz. In DC-Stromkreisen können ÜSG, die für AC ausgelegt sind, ausfallen, weil der Lichtbogen den natürlichen Nulldurchgang fehlt, der AC-Lichtbogen hilft selbst zu löschen.

Normen für ÜSG sind zahlreich und behördlich unterschiedlich. In Nordamerika schreibt der National Electrical Code (NEC) die Verwendung von ÜSG vor und legt Abstimmungsregeln fest. Die Internationale Elektrotechnische Kommission veröffentlicht IEC 60898 für Haushalte und ähnliche Installationen sowie IEC 60947-2 für Industrieleitungsschutzschalter. Spannungsnennwert, Kurzschlussstromvermögen (oft in symmetrischen oder asymmetrischen RMS-Ampere angegeben) und Abschaltzeit sind kritische Spezifikationen, die zur Anwendung passen müssen. Ein 20-A-, 125-V-ÜSG kann nicht durch ein 20-A-, 480-V-Gerät ersetzt werden; die Lichtbogenmerkmale sind unterschiedlich und das Fehlerrisiko ist hoch.