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Isolierter Leiter aus magnetischem Material
Die Erfindung bezieht sich auf einen isolierten Leiter aus magnetischem Material für elektromagnetische Spulen zum Überstromschutz bei Kurzschlüssen. Zum Schurze von elektrischen Leitungen bzw. Anlagen vor Zerstörungen durch Kurzschluss hat man bereits Einrichtungen wie Überstromschalter od. dgl. in die Leitungen eingebaut, welche bei Auftreten von Kurzschlüssen die Leitung vom Netze abschalten. Bei Überschreitung bestimmter Grössenordnungen dieser Kurzschlussströme kam es jedoch immer wieder zu Defekten und Zerstörungen der Apparate und der dahinter liegenden Einrichtungen, weshalb diese Einrichtungen den angestrebten Zweck nicht vollständig erreichen liessen.
Ferner wurde eine Einrichtung zur Begrenzung von Kurzschluss- oder Überströmen vorgeschlagen, wobei geeignet bemessene Strecken von Leitung, Freileitung, Kabel oder Sammelschiene mit einem Material von derart magnetischen Eigenschaften umgeben sind, dass bei normalen Betriebsströmen nur ganz geringe Hystereseverluste auftreten, dass aber bei plötzlich anwachsenden hohen Strömen sehr hohe Hystereseverluste in dem Mantel aus magnetisierbarem Material eintreten. Bei diesen bekannten Leitern ist der stromführende Kupferdraht von einem ferromagnetischen Material umgeben. Hier erfolgt die Magnetisierung des Mantels in dessen Umfangsrichtung. Als auf den Kupferleiter rückwirkende Kräfte (Lenz'sche Regel) kommen nur jene in Betracht, die durch die im Mantel entstehenden Wirbelströme hervorgerufen werden.
Diese Kräfte sind jedoch viel zu gering, um einen Kurzschlussstrom wirksam abzubremsen, weswegen sich auch solche Leitungen in der Technik nicht haben durchsetzen können. Sie benötigen einen grossen Aufwand, bieten jedoch nicht den erforderlichen und gewünschten Schutz.
Die aufgezeigten Nachteile der bekannten Einrichtungen werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass der Leiter aus magnetischem Material mit einem Leiter aus nichtmagnetischem Material umwickelt ist, wobei beide Leiter entweder in Parallel-, Serien- oder Serien-Parallelschaltung von Strom durchflossen werden und der Querschnitt des Leiters aus magnetischem Material grösser ist als jener des Leiters aus nichtmagnetischem Material.
Der erfindungsgemässe Leiter besteht somit aus zwei am Stromtransport teilnehmenden Elementen, nämlich dem magnetischen Leiter und dem ihn in Form einer Wicklung umgebenden nichtmagnetischen Leiter (Kupferleiter).
Am Anfang und am Ende sind an dem so aufgebauten Leiter die beiden Leiterteile miteinander verbunden. Der Selbstinduktionskoeffizient für den erfindungsgemässen Leiter errechnet sich wie jener einer langen dünnen Zylinderspule. Wird der erfindungsgemässe Leiter beispielsweise mit Gleichstrom beschickt, so richtet sich die Grösse des Stromflusses ausschliesslich nach den ohmschen Widerständen der Leiterteile. Tritt nun ein instationärer Zustand im Stromfluss auf (Kurzschlussfall), so erzeugt der sich zeitlich ändernje Strom ein magnetisches Feld, dessen Grösse abhängig ist vom Strom, von der geometrischen Anordnung der Leiter und von der Art der zeitlichen Änderung. Die Änderung des Feldes erzeugt ihrerseits eine elektromotorische Kraft, die gegen den Kurzschlussstrom gerichtet ist und ihn daher bremst.
Die beigefügte Zeichnung zeigt zwei spezielle Ausbildungsarten des neuen Leiters und seine Verwendung als Bewicklungsdraht für eine Drossel.
In Fig. 1 sind die beiden Leiterteile in Parallelschaltung gezeigt, in Fig. 2 in Serienschaltung. Fig. 3 veranschaulicht eine Drossel, die mit dem erfindungsgemässen Leiter bewickelt ist.
Der ferromagnetische Teil 1 des Leiters ist stets von einer Wicklung 2 aus unmagnetischem Material angeben.
Die in den Fig. l und 2 dargestellten vorbereiteten Leiter werden nun vorteilhaft zum Bewickeln der spulen verwendet, wie dies in Fig. 3 schematisch gezeigt ist. Während bereits bei den gestreckten Lei-
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tersystemen nach Fig. l und 2 infolge der Bewicklung des Leiters 1 mit dem Leiter L'eine Bremsung des durchfliessenden Stromes bei raschem Ansteigen der Stromstärke infolge Induktionswirkung eintritt, wird zusätzlich auch die magnetische Feldstärke der Spule verstärkt, wenn man das gestreckte Leitersystem auf Spulen gemäss Fig. 3 wickelt.
Hiedurch wird das Anwachsen des Stromes auch bei auftretenden Kurzschlüssen so beherrscht, dass Apparate, wie Selbstschalter u. dgl., weitestgehend gegen Zerstörungen geschützt sind. Hiebei werden die Kurzschlussströme nur so weit anwachsen gelassen, dass z. B. bei Selbstschaltern die elektromagnetische Auslösung mit Sicherheit zum Ansprechen veranlasst wird.
Durch Abstimmung der Drahtstärken der Drähte 1 und 2 gegeneinander sowie durch wahlweise Änderung der Bewicklungsdichte kann man eine weitgehende Beherrschung der Drosselwirkung erreichen.
Durch eine solche Anordnung ist es beispielsweise bei selbsttätigen Ausschaltern möglich, durch die Ausbildung der Auslösespulen den Apparat kurzschlusssicher zu bauen, weil eine vorausbestimmt Kurzschlussstromstärke nicht überschritten werden kann. Dadurch vereinfachen sich auch die Auslösebedingungen, weil man nur eine sicher ansprechende Auslösung bei Kurzschluss braucht und bei allen darunter liegenden Stromstärken die übliche thermische Auslösung zur Wirkung kommen lassen kann. Die Einrichtung wirkt sich auch in starkem Masse kupfersparend aus. Zählerhauptstromspulen können auf gleicher Weise ausgebildet werden, um unzulässige Höchstströme von denselben fernzuhalten. Die Anwendungsmöglichkeit für so ausgebildete Stromspulen ist jedoch nicht auf die erwähnten Beispiele beschränkt.