CH189247A - Geschlossene Hochspannungssicherung. - Google Patents

Description

  Geschlossene Hochspannungssicherung.    Es sind Hochspannungssicherungen be  kannt, bei .denen ein Schmelzleiter in einem  Löschmittel eingebettet ist, welches nach  dem Verdampfen     des@    Schmelzleiters stark  stromvermindernd wirkt und dadurch eine  Stromunterbrechung in spätestens einer  Halbperiode herbeiführt.

   Diese Einwirkung  geschieht     entweder    durch Abgabe licht  bogenkühlender Gase seitens des     umgebenden     Löschmittels oder durch Bildung einer     hoch-          ohmigen        ,Schmelzraupe    aus dem umgebenden  Löschmittel in der     Weise,    dass jene den  Strom übernimmt, ihn infolge ihres hohen  Widerstandes herabmindert und schliesslich  unterbricht.

       Bei    diesen     Sicherungen    ver  dampft der Schmelzleiter praktisch gleich  zeitig auf seiner ganzen Länge, da er über  seine ganze     Länge    hinweg den gleichen  Querschnitt     aufweist.    Es gibt zwar Siche  rungen, bei denen der Schmelzleiter an einer  Stelle - meist in der Mitte - etwas ge  schwächt ist; dies verfolgt aber lediglich  den Zweck, den Grenzstrom herabzusetzen         bezw.    den Beginn des     Durchschmelzens,    in  die Mitte oder an einen     gewünschten        Punkt     zu legen.

   Auch solche Sicherungen verhalten  sich bezüglich     .des    zeitlichen Verlaufes des  Unterbrechungsvorganges genau so, als wenn  der Schmelzleiter über seine ganze Länge  hinweg gleichen Querschnitt hätte.  



  Das gleichzeitige Verdampfen des Schmelz  leiters schafft     gegenüber    .dem vorangehen  den Betriebszustand schlagartig andere Ver  hältnisse.     In,die        Strombahn    ist plötzlich ein  hoher     Widerstand    - entweder der Licht  bogen - oder der     Schmelzraupenwiderstand     - eingeschaltet.

   Die dadurch erzwungene  plötzliche Stromänderung ruft nun     Über-          spannungen    hervor, die     umso    grösser     sind,    je  grösser der erwähnte     Widerstand    und je  grösser der     iStrom,

      im     Augenblicke    des     Ver-          dampfens    des     Schmelzleiters        ist.    Dieser       Schmelzstrom        ist    in der Hauptsache durch  den     Schmelzleiterquerschnitt    festgelegt und  somit auch     durch    den     Nennstrom.    Der Wi  derstand     des    Lichtbogens oder -der @Schmelz-           raupe    muss aber anderseits einen bestimmten  Mindestwert haben, um die Löschung zu er  möglichen.

   Es ist daher insbesondere für Pa  tronen mit hohen Nennstromstärken eine er  hebliche Überspannung nicht zu vermeiden.  Dies gilt sowohl für Hochspannungssiche  rungen mit nur einem     Hauptschmelzleiter,     wie auch für solche mit     Haupt-    und Neben  schmelzleiter.  



  Damit bei Anordnung des oder der  Schmelzleiter in einem Pulver- oder     sand-          förmigen    Löschmittel, welches eine schnelle  Stromunterbrechung begünstigt, bei grossen  Überlastungen nicht ein gleichzeitiges Ver  dampfen der ganzen     8chmelzleiterlängen    ein  setzt und der Löschwiderstand     (Lichtbogen-          widerstand    oder     Schmelzraupenwiderstand)     nicht plötzlich in voller Höhe in die Strom  bahn eingeschaltet wird,

   werden erfindungs  gemäss der oder .die - vorzugsweise als meh  rere parallel geschaltete Einzelleiter in Form  von Folien oder dünnen Drähten ausgeführ  ten - Schmelzleiter über ihre Länge bis  ganz oder nahe an die Anschlüsse aus Leiter  teilen verschiedener     Abschmelzcharakteristik     zusammengesetzt werden, beispielsweise .da  durch,     dassl    sie mit einem über ihre Länge  hinweg veränderlichen Querschnitt ausge  führt werden. Vorzugsweise wird der  Schmelzleiter in der Mitte am schwächsten  bemessen und dann nach den Enden zu all  mählich oder in mehreren Stufen stärker.

    Dadurch wird folgendes. erreicht:  Der Schmelzleiter beginnt mit dem Ver  dampfen an der schwächsten Stelle, beispiels  weise in der Mitte; .dort bildet sich entweder  ein Lichtbogen oder eine 'Schmelzraupe mit  geringem Widerstand. Dieser wächst umso  stärker an, je weiter der     Verdampfungspro-          zess    nach den Enden hin- fortschreitet. Der  Widerstand wächst also von Null bis auf den  Endwert stetig oder bei stufenweise abge  setztem Schmelzleiter in Stufen an. Auf  diese Weise wird die plötzliche Stromände  rung und damit eine Überspannung ver  mieden.  



  Bei Anordnung mehrerer paralleler  Schmelzleiter, zum Beispiel mit stetig oder    stufenweise über ihre Länge hinweg     verän#          derlichem    Querschnitt wird im Überlastungs  fall der     Abschmelzvorgang    im allgemeinen  so verlaufen, dass ein Leiter nach dem an  dern auf die notwendige Länge abschmilzt,  da stets nur in einem der parallelen Zweige  ein etwaiger Lichtbogen entstehen kann, des  sen Löschung infolge der begrenzten Höhe  des Stromes keine Schwierigkeiten macht.

    Bei Kurzschluss wird jedoch alsdann infolge  der fallenden Charakteristik .der parallelen  Lichtbögen von Anfang an eine ungleich  mässige Stromverteilung auf die parallelen  Zweige     eintreten    und dazu führen, dass einer  der Schmelzleiter .die ganze Belastung an  sich zieht. Eine Löschung des Lichtbogens  ist in diesem Falle kaum noch möglich.  



  Um diese     Schwierigkeit    zu vermeiden  und zugleich einen optimalen Wert der Ab  sehaltleistung zu erreichen, ist es notwendig,  jegliche     Lichtbogenbildung    von Anfang an  zu unterdrücken. Dies kann dadurch ge  schehen, dass vorzugsweise in .der Nähe der  Stellen, an denen das Abschmelzen beginnt,  eine gestreckte Ausbildung der Schmelzleiter  in     Richtung,des    elektrischen Feldes auf eine  grössere Länge vermieden wird, indem min  destens alle 2 cm eine Änderung der Schmelz  leiterrichtung vorgesehen wird. Dies kann  zum Beispiel durch zickzack-, wellen- oder       mäanderförmige    Ausbildung oder Windung  der Schmelzleiter erreicht werden.

   Es hat  sich gezeigt,     dassl    bei einer solchen Anord  nung eine     Lichtbogenbildung    sicher unter  drückt und eine gleichmässige Stromvertei  lung auf .die parallelgeschalteten Schmelz  leiter     bezw.    die nachher entstehenden  Schmelzraupen erreicht wird.  



  Die Unterdrückung der     Lichtbogenbil-          dung    ist darauf     zurückzuführen"dass    die vor  zugsweise in Richtung des elektrischen Fel  des beschleunigten     Metalldampfionen    zum  grossen Teil gegen die quer oder schräg zum  Feld stehenden Wände des Schmelzkanals  fliegen und hier     absorbiert    werden, so dass  die zum Zünden eines Lichtbogens oder einer       lichtbogenähnlichen    Entladung notwendige  Spannung grösser wird als die zur Durch-           treibung    des an den     iSchmelzstrom    sich an  schliessenden Nachstromes durch die halb  leitende Schmelzraupe erforderliche Span  nung.  



  Bei     geringen        Überströmen    besteht die Ge  fahr,     @dass    sich der     kaskadenartig    verlaufende       Abschmelzvorgang    viel zu langsam vollzieht.  Um dies zu vermeiden, kann man die oder  den Schmelzleiter derart aus den verschie  denartigen Elementen mit stufenweisen oder  stetigen - Übergängen zusammensetzen, dass  die Elemente verschiedenen Querschnittes bei  geringen Überströmen annähernd gleichzeitig  die Schmelztemperatur erreichen und daher  auch     gleichzeitig    unterbrechen.

   Das kann  man beispielsweise dadurch erzielen, dass  man     den        ,Schmelzleiterquerschnitt    stetig oder  stufenförmig in kurzer Folge abwechselnd  vergrössert und verkleinert. Zweckmässiger  weise     .wird    man dabei dem Schmelzleiter an  Stellen grösseren Querschnittes eine geringere  Oberfläche geben oder .durch an sich be  kannte Mittel die Wärmeabgabe an Stellen  grösseren Querschnittes herabsetzen.

   So kann       mann    bei     Verwendung    von quergefalteten  oder gewundenen :Schmelzleitern an den  Stellen grösseren Querschnittes die Faltung  enger     bezw.    den     Windungsabstand    geringer  wählen, so dass sich die Teile hier ebenso  schnell     wie    diejenigen mit kleinerem Quer  schnitt erhitzen. und durchschmelzen. Im       Kurzschlussfalle    ist hingegen für das, Durch  schmelzen die Wärmekapazität der einzelnen  Elemente massgebend.  



  Anstatt die einzelnen Schmelzleiter mit  verschiedenem Querschnitt auszuführen, kann  man sie auch aus- verschiedenen Materialien  zusammensetzen. Die     hintereinandergeschal-          teten    Teile     besitzen    auch in diesem Falle  verschiedene     Abschmelzcharakteristiken,    wel  che durch geeignete Auswahl des 'Schmelz  punktes, der elektrischen Leitfähigkeit, der  spezifischen     Wärmeabgabeziffer,    des Quer  schnittes und der Oberfläche bedingt sein  können. Insbesondere lässt sich durch Auf  bringen von Schmelzlot oder ähnlichen Stof  fen auf Teilen stärkeren     Querschnittes    eine    Herabsetzung des Schmelzpunktes an diesen  Stellen bei langsamer Überlastung erzielen.  



  In der Abbildung ist ein Ausführungs  beispiel für einen     iSchmelzleiter    nach der Er  findung dargestellt. Bei dem     bandförmigen     Leiter wechseln ,die Teile grösserer oder klei  nerer Breite in kurzer Folge miteinander ab.  Bei grossen Überströmen     (Kurzschlüssen),    bei  denen das Schmelzen in so kurzer Zeit vor  sich geht,     dass    noch keine merkliche Wärme  ableitung     stattfindet,    erfolgt das Abschmel  zen staffelweise, und zwar zuerst an den  Teilen a mit kleinerem Querschnitt und  greift dann auf diejenigen b mit grösserem       Querschnitt    über.

   Bei     ,geringen    Überlastun  gen werden aber die stärkeren Teile b von  den schwächeren     a    aus aufgeheizt, so dass  beide praktisch zur gleichen Zeit die gleiche  Temperatur erreichen und infolgedessen der  Schmelzleiter fast gleichzeitig an allen     iStel-          len    zum Abschmelzen gelangt. Bei den ge  ringen Überlastungen ist trotz des an allen  Stellen gleichzeitig erfolgenden     Abschmel-          zens    ein Auftreten von     ,grossen    Überspannun  gen nicht zu befürchten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Geschlossene Hochspannungssicherung, bei welcher der Schmelzleiter in einem pulver- färmigen oder sandigen Löschmittel ein gebettet ist und beim Durchschmelzen auf der ganzen oder nahezu ganzen Länge ver dampft, .dadurch gekennzeichnet, dass- der oder .die ,Schmelzleiter über ihre Länge bis ganz oder nahe an die Anschlüsse sich aus Leiterteilen verschiedener Abschmelzcharak- teristik zusammensetzen.

   UNTERANSPRüCHE 1. Hochspannungssicherung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schmelzleiter über ihre Länge verschiedenen Querschnitt besitzen. 2. Hochspannungssicherung nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die !Schmelzleiter in der Mitte den geringsten Querschnitt aufweisen und dass dieser stetig nach beiden Enden zu anwächst.

   3. Hochspannungssicherung nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die ,Schmelzleiter in der Mitte ,den geringsten Querschnitt aufweisen und dass dieser in mehreren Stufen nach beiden Enden zu anwächst. 4. Hochspannungssicherung nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung mehrerer parallel ge schalteter Schmelzleiter diese mindestens alle 2 ein ihre Richtung ändern. 5.

   Hochspannungssicherung nach Unteran spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schmelzleiter zickzackför- mig verlegt sind. 6. Hochspannungssicherung nach Unteran spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schmelzleiter wellenförmig verlegt sind. 7. Hochspannungssicherung nach Unteran- spruch,4, dadurch gekennzeichnet, dass, der oder die Schmelzleiter mäanderförmig verlegt sind.

   B. Hochspannungssicherung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die jSchmelzleiterquerschnitte über die Länge abwechselnd vergrössert und verkleinert sind. 9. Hochspannungssicherung nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzleiter an Stellen grösseren Quer- schnittes eine geringere Wärmeabgabe besitzen als an den Stellen kleineren Querschnittes. 10. Hochspannungssicherung nach Unteran spruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzleiter gefaltet sind und die Faltung an den Stellen grösseren Quer schnittes enger gehalten ist als an den Stellen kleineren Querschnittes. 11.

   Hochspannungssicherung nach Unteran spruch<B>9,</B> dadurch gekennzeichnet, da.ss die Schmelzleiter gewunden sind und der Win.dungsabstand an den Stellen grösseren Querschnittes geringer,gehalten ist als an den Stellen kleineren Quer schnittes. 12. Hochspannungssicherung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzleiter in Hintereinanderschal- tung aus verschiedenen Materialien zu sammengesetzt sind. 13.

   Hochspannungssicherung nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stellen grösseren Querschnittes Stoffe mit niedrigerem Schmelzpunkt aufgebracht sind, welche eine Herab setzung des Schmelzpunktes des Siche rungsdrahtes bei langsamer Überlastung bewirken. 14. Hochspannungssicherung nach Unteran spruch 13, dadurch gekennzeichnet, .dass an den Stellen grösseren Querschnittes Schmelzlot aufgebracht ist.