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Hochspanniumgssicherung.
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Teil geschwächt ist und nach den Enden zu zunimmt. Bei den bekannten Niederspannungssicherungen hatte jedoch diese Formgebung lediglich die Beeinflussung der Erwärmung bis zum Beginn des Schmelzens zum Ziele. Mit der blossen Übertragung der gleichen Massnahme auf Hochspannungssicherungen kann aber die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe nicht gelöst werden. Denn Niederspannungs- sicherungen unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich der Spannungshöhe, sondern auch hinsichtlich des gegenseitigen Verhältnisses der im Lichtbogen auftretenden Teilspannungen wesentlich von Hochspannungssicherungen, auf die sich unsere Erfindung bezieht.
Der an einem Lichtbogen auftretende Spannungsabfall setzt sieh bekanntlich aus drei Teilen zusammen, nämlich dem Anodenfall, der sogenannten Säule, und dem Kathodenfall. Der Unterschied zwischen einem Hochspannungslichtbogen und einem Niederspannungslichtbogen liegt nun in dem Anteil der Säule an der gesamten Liehtbogenspannung. Im Gegensatz zu den Spannungsverhältnissen eines Niederspannungslichtbogens spielt bei einem Hochspannungsliehtbogen von mehreren 1000 Volt
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der Spannungsabfall an der Säule die Hauptrolle, wogegen der Kathodenfall und der noch viel kleinere Anodenfall vernachlässigt werden können.
Während aber bei Niederspannungssicherungen durch die an den Lichtbogenfusspunkten, insbesondere an der Kathode auftretende Energie ein beträchtlicher Teil des Schmelzstreifens zerstört wird, fällt bei einer Hochspannungssichenmg der so zerstörte Teil gegenüber der Gesamtlänge nicht ins Gewicht. Deshalb muss bei einer Hoehspannungssicherung auf die richtige Ausbildung der Lichtbogensäule besondere Sorgfalt verwendet werden.
Der Spannungsabfall an der Säule ist nun von der auftretenden Stromstärke abhängig. Der in der Säule auftretende Spannungsgradient, d. h. die Spannung je cm Liehtbogenlänge, ist umso kleiner, je grösser die Stromstärke ist. Infolgedessen kann von ein und derselben Spannung bei hoher Stromstärke ein längerer Lichtbogen aufrechterhalten werden als bei kleiner Stromstärke. Umgekehrt kann
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nötig als zur Löschung eines Lichtbogens kleiner Stromstärke, wenn die treibende Spannung in beiden Fällen gleich ist.
Damit, dass erfindungsgemäss der Querschnitt des Sehmelzleiters einer Hochspannungs- sicherung auf einer für die Abschaltung des Grenzstromes bemessenen Länge gleichmässig gemacht wird, wird erreicht, dass bei Auftreten des Grenzstromes durch das Wegschmelzen des Leiterstücke
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zur Löschung des mit der Grenzstromstärke brennenden Lichtbogens erforderlich ist. Bei grösseren Stromstärken stellt sich die richtige Länge der Unterbrechungsstreelke durch unmittelbar nachfolgendes Wegschmelzen benachbarter Schmelzleiterteile von grösserem Querschnitt von selbst ein.
Würde dagegen durch gleichzeitiges Wegschmelzen eines grösseren Schmelzleiterteiles eine längere Unterbrechungsstrecke entstehen als notwendig, so würde eine plötzliche Verminderung der Stromstärke stattfinden und infolgedessen die zwischen Enden der Unterbreehungsstrecke vorhandene Spannung über die Netzspannung hinaus anwachsen, u. zw. etwa in demselben Masse, wie die tatsächliche Unterbreclmngs- strecke grösser ist als die notwendige. Es tritt also eine Überspannung auf. Erzeugt wird diese Überspannung durch die rasche Stromänderung in den im Stromkreis befindlichen Induktivitäten.
Werden,
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Strom bemessen sein muss, der um ein Vielfaches grösser als der Grenzstrom) gleichmässigem Querschnitt ausgeführt, so besteht die Gefahr, dass schon bei Strömen, die nur um einen geringen Betrag oberhalb des Grenzstromes liegen, der Leiter sofort auf der ganzen Länge abschmilzt, so dass die sieh infolge der Länge der Unterbrechungsstrecke einstellende Überspannung ein Vielfaches der Netzspannung beträgt. Es tritt dann eine sehr grosse Leistung ganz plötzlich auf, wodurch eine explosionsartige Wirkung hervorgerufen wird. Dem wird nach der Erfindung dadurch vorgebeugt, dass die Länge des mit gleichmässigem Querschnitt ausgeführten Leiterteiles gerade nur für die Abschaltung des Grenzstromes bemessen wird, und dass der Querschnitt im Anschluss an diese Länge zunimmt.
Nach der weiteren Erfindung ist nun der Querschnittsverlauf über die Länge des Schmelzleitcrs stufenförmig. Dadurch ergeben sich bedeutend einfachere Herstellungsmöglichkeiten für den Schmelzstreifen, während die auftretenden Spannungsspitzen infolge der stufenweise erfolgenden Stromverminderung durchaus noch in erträglichen Grenzen bleiben. Die Hauptsache bleibt, dass nicht der ganze Leiter mit einem Schlage in seiner ganzen Länge wegschmilzt. Wie Versuche gezeigt haben, genügt schon eine Unterteilung des Schmelzvorganges in nur zwei Abschnitte in vielen Fällen zur Herabsetzung der Spannungsspitzen auf eine ungefährliche Höhe. Daher wird der Querschnitt des Schmelzleiters nach der weiteren Erfindung nur ein einziges Mal abgestuft.
Es sind sogenannte Ausblassicherungen bekannt, deren Schmelzleiter aus zwei Abschnitten bestehen, von denen der eine kurz ist und einen kleinen Querschnitt hat, während der Querschnitt des andern durch Verseilung verdoppelt ist und eine grössere Länge besitzt. An diesen bekannten Sicherungen soll bei Auftreten eines Überstromes die Stromunterbreehung durch Wegschmelzen des dünneren Teiles lediglich eingeleitet werden. Eine zur Abschaltung des Überstromes ausreichende rnterbree1mngsstrecke wird durch das blosse Schmelzen des dünneren Teiles wegen dessen geringer Länge nicht geschaffen. Infolgedessen muss die Trennstrecke bei jedem Überstrom, auf den die Sicherung anspricht, durch Ausblasen des nicht schmelzenden Leiterteiles bis auf die zur Unterbrechung des Lichtbogens erforderliche Länge vergrössert werden.
Durch das Auswerfen leitender Teile und durch den Austritt der ionisierten Gase wird jedoch die Gefahr eines Überschlages zwischen anderen benach- barten spannungsfuhrenden Teilen der Hochspannungsanlage hervorgerufen. Dieser Nachteil wird bei erfindungsgemässer Bemessung des Sehmelzstreifens vermieden, da hiebei die erforderliche Unterbrechungsstrecke entsteht, ohne dass einzelne Teile aus dem Sicherungsrohr entfernt zu werden brauchen.
Die erfindungsgemässe Abstufung des Schmelzleiters kann durch elektrolytische Verstärkung bzw. Schwächung eines Stückes Draht oder Band erzielt werden oder auch durch mechanische Anlagerung von weiterem Material an das Halbfabrikat (Draht, Band), welches das Ausgangsmaterial bildet.
In den Fig. 2 und 3 sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 2 zeigt einen bandförmigen, einmal abgestuften Schmelzleiter 10, Fig. 3 einen Schmelzleiter 10 aus Draht, bei dem
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Die Ausbildung des Schmelzleiters nach der Erfindung hat ferner den Vorteil, dass sich die Sieherung bei Strömen, die kurz unterhalb des Grenzstromes liegen, weniger stark erwärmt als die mit einem gleichmässig dünnen Schmelzleiter. Bei dem Schmelzleiter nach der Erfindung ist die in dem schwachen
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erfordert, während die Länge eines gleichmässig dünnen Schmelzleiters für den grössten auftretenden Abschaltstrom bemessen sein muss. Die Teile grösseren Querschnittes erwärmen sich infolge ihres kleineren Widerstandes weniger stark und sind infolge ihrer grösseren Oberfläche wesentlich besser gekühlt.
Daher kann die in dem schwachen Teil des Schmelzleiters entstehende Wärme nicht nur durch die ihm unmittelbar benachbarten Teile der Sicherung, sondern auch durch die Umgebung der verstärkten Teile des Schmelzleiters hindurch zur Oberfläche der Sicherung abfliessen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zum Einbau in ein Hochspannungsnetz mit gegebener Betriebsspannung bestimmte Sicherung, deren Schmelzelement aus einem Draht oder Band besteht, dessen Querschnitt auf einer gewissen Länge gleichmässig ist und im Anschluss daran zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Teiles von gleichmässigem Querschnitt so gross, jedoch nicht wesentlich grösser bemessen ist, als es für die Abschaltung des durch die Grösse des besagten Querschnittes festgelegten Grenzstromes der Sicherung bei der gegebenen Netzspannung erforderlich ist, und dass die Querschnittszunahme so bemessen ist, dass bei Auftreten eines grösseren Stromes als der besagte Grenzstrom eine das Weiterbestehen des Lichtbogens verhindernde Unterbrechungsstreeke geschaffen wird, indem weitere Teile des Schmelzleiters mit einer derartigen Verzögerung wegschmelzen,
dass keine gefährliche Überspannung entsteht.