CH355845A - Hochstromschmelzsicherung - Google Patents

Description

      Hochstromschmelzsicherung       Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine       Hochstromscbmelzsicherung    zum Schutze von     Gleich-          und    Wechselstromkreisen.  



  Sobald in einem Stromkreis ein Kurzschluss auf  tritt, spielen sich etwa die in     Fig.    1 der Zeichnung  vereinfacht wiedergegebenen Vorgänge ab. Der Strom  J wächst zunächst sehr rasch an. Er fällt jedoch nach  dem Ansprechen der Sicherung wieder schnell ab.  Mit U ist die an der Sicherung auftretende Spannung  bezeichnet, die erst nach der sogenannten Ansprech  zeit     t,    vorhanden ist. Die Spannungsspitze wird  durch die hohe Änderungsgeschwindigkeit des  Stromes erzeugt. Bei den heute üblichen Hochstrom  schmelzsicherungen liegt die totale     Abschaltzeit        t,     in der     Grössenordnung    von 50     msec    (Millisekunden).

    Für viele Zwecke, beispielsweise für den Schutz von       Hochstromanlagen    mit Halbleitergleichrichtern, ist  diese     Abschaltzeit    aber viel zu gross. Mit Schnell  schaltern liesse sich zwar eine Ansprechzeit von etwa  4     msec    und eine totale     Abschaltzeit    von ungefähr  15     msec    erreichen, doch würden solche Schalter für  den vorgenannten Zweck zu teuer sein.  



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine       Hochstromschmelzsicherung    zu schaffen, die im       Kurzschlussfalle    ebenso rasch wirkt wie ein mo  derner Schnellschalter. Dies lässt sich erfindungs  gemäss dadurch erreichen, dass der Schmelzdraht eine       Nennstromdichte    von mehr als 300     A/mm2    aufweist  und beidseitig in Metallblöcken befestigt ist, welche  die bei Nennstrom im Schmelzdraht entwickelte  Wärme ohne unzulässige Temperaturerhöhung der  Sicherung ableiten. Der Vorteil der Erfindung ist  in einer wesentlichen Verbilligung der Schutz  einrichtungen zu erblicken.  



  Die     Dimensionierungsvorschriften    für den Er  findungsgegenstand ergeben sich aus den folgenden  Betrachtungen: Es lässt sich nachweisen, dass die    Ansprechzeit     t"    einer Sicherung     näherungsweise    er  mittelt werden kann aus der Beziehung  
EMI0001.0023     
    Hierbei ist A eine Materialkonstante, s die Nenn  stromdichte, das heisst also der Quotient aus Nenn  strom und     Drahtquerschnitt,    und n stellt den Quo  tienten aus maximalem übe     rstrom    und Nennstrom  dar.

   Für die angegebenen Grössen wählt man zweck  mässigerweise folgende Einheiten:  
EMI0001.0026     
    Die Konstante A ergibt sich allgemein aus der  Gleichung:  
EMI0001.0027     
    Es bedeutet:  c     (WS/0    C     cm3)    = spezifische Wärme,       T"    ( C) =     Schmelztemperatur,          C,        (Ws/cm3)    = Schmelzwärme,  <I>o</I>     (S2        mm2/m)    = spezifischer Widerstand.

      Für einen     Silberdraht    beträgt A ungefähr 160 000  (sec.     A2/mm4).    Wählt man s = 600,n = 10, so er  gibt     ta    = 4,5     msec.    Man kann demnach bei entspre  chender Dimensionierung des Drahtes Ansprech  zeiten erreichen, die sonst nur mit Schnellschaltern  möglich sind.  



  Es ist nun noch die Länge Z des Sicherungs  drahtes zu     bestimmen.    Rechnerische und experimen  telle Untersuchungen haben ergeben, dass folgende  Gleichung gilt:  
EMI0001.0041     
      Hierbei stellt l (cm) die Länge des Schmelz  drahtes, B     (cm2    A2/  C     mm4)    eine     Materialkonstante,     T (  C) die zulässige     maximale    Übertemperatur in  der Mitte des Schmelzdrahtes und     s        (A/mm2)    die       Nennstromdichte    dar.

   Während T durch Versuche  feststellbar ist, kann man B errechnen aus der Formel  
EMI0002.0008     
         o    ist wieder der spezifische Widerstand, und mit  7     (W/cm      C) ist die Wärmeleitfähigkeit des Siche  rungsdrahtes bezeichnet.  



  Bei Verwendung von Silber beträgt B ungefähr  1100     (cm2    A2/  C     mm4).        Schliesslich    ergibt sich aus  den vorher genannten Beziehungen für     t"    und l die  Formel  
EMI0002.0015     
         Setzt    man<I>n =</I> 10 und<I>T</I> = 460, so lässt sich für  Silber in sehr einfacher Weise     t"    errechnen aus  
EMI0002.0018     
    Bei einer Drahtlänge von 2 cm beträgt     t"    =  12     msec,    für l = 1 cm wird     t"    = 3     msec.    Es ist  deshalb erforderlich,

   die Länge eines     Silberschmelz-          drahtes        weniger    als 2 cm zu wählen.  



  Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, dass die       Schmelzdrahtlänge    der erfindungsgemässen Sicherung  sehr gering ist. Zur Erhöhung der     Lichtbogenlösch-          fähigkeit    kann es deshalb zweckmässig sein, eine  magnetische     Blasspule    vorzusehen, die insbesondere  bei     Halbleitergleichrichteranordnungen    so ange  schlossen ist, dass sie gleichzeitig auch als Strom  begrenzungsspule wirkt.  



  In den     Fig.2    bis 4 sind     Ausführungsbeispiele     des Erfindungsgegenstandes vereinfacht wieder  gegeben.  



       Fig.2    zeigt den     Schmelzdraht    1, der in den  Metallblöcken 2 befestigt ist. Mit 3 ist eine     Blas-          spule    bezeichnet, mit 4 ein     Lichtbogenkamin.    Die  Klötze 2 können gegebenenfalls auf irgendeine Weise  intensiv gekühlt werden.    In     Fig.    3, in der gleiche Teile mit gleichen Be  zugszeichen versehen sind, wie in     Fig.2,    ist eine  besondere Ausführungsform des Sicherungsdrahtes  dargestellt. Der Drahtquerschnitt ist hierbei in der  Mitte kleiner als an den Enden. Auf diese Weise  lässt sich eine weitere Verkürzung der Ansprechzeit  erzielen.  



  Um eine gute Lötverbindung zwischen dem  Schmelzdraht und     den    Metallblöcken zu ermöglichen,  kann gemäss     Fig.    4 bei Verwendung eines Silber  schmelzdrahtes dieser zunächst an seinen Enden in  Silberklötze 1' und diese können dann in Klötze 2  von anderem Material eingebettet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Hochstromschmelzsicherung zum Schutz von Gleich- und Wechselstromkreisen, dadurch gekenn zeichnet, dass der Schmelzdraht (1) eine Nennstrom dichte von mehr als 300 A/mm2 aufweist und beid seitig in Metallblöcken (2) befestigt ist, welche die bei Nennstrom im Schmelzdraht entwickelte Wärme ohne unzulässige Temperaturerhöhung der Sicherung ableiten. UNTERANSPRÜCHE 1. Schmelzsicherung nach Patentanspruch mit Silberschmelzdraht, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtlänge des Schmelzdrahtes weniger als 2 cm beträgt. 2.

   Schmelzsicherung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine magnetische Blas- spule (3) zur Löschung des Lichtbogens vorgesehen ist. 3. Schmelzsicherung nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Blasspule (3) so an geschlossen ist, dass sie gleichzeitig als Strom begrenzungsspule des Stromkreises wirkt. 4. Schmelzsicherung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Schmelzdraht (1) in der Mitte einen geringeren Querschnitt aufweist als an den Enden. 5.

   Schmelzsicherung nach Patentanspruch mit Silberschmelzdraht, dadurch gekennzeichnet, dass seine Enden zunächst in Silberklötze (1') und diese dann in Klötze (2) andern Materials eingebettet sind.