Strombegrenzende Schmelzsicherung Bekannte strombegrenzende Hochleistungs-Schmelz- sicherungen bestehen aus einer von der Nennstromstärke abhängigen Anzahl von parallel geschalteten, gute elek trische Leitfähigkeit besitzenden Schmelzelementen. Die se werden in einem Gehäuse, das aus einem gute Wärme- und Druckfestigkeit besitzenden Material verfertigt ist, mit einem gute Kühlfähigkeit und auch eine entsprechen de Lichtbogenlöschfähigkeit aufweisenden Löschmittel (z.B. mit Quarzsand) umgeben.
Die strombegrenzenden Schmelzsicherungen pflegt man vom Gesichtspunkt des Abschmelzcharakters ab hängig in zwei Hauptgruppen zu teilen: auf die rasch wirkenden (sogenannten flinken) Sicherungen und auf die mit Verzögerung arbeitenden (sogenannten trägen) Siche rungen. Der wesentliche Unterschied zwischen den Strom-Zeit-Kennlinien derselben liegt darin, dass die trägen Schmelzeinsätze von gleicher Nennstromstärke unter der Einwirkung einer Überbelastung grösser als etwa das 1,6 fache des Nennstromes im Gegensatz zu den flinken Sicherungen erst nach einer wesentlich längeren Zeit schmelzen.
Die trägen Sicherungen funktionieren aber nicht nur im Bereiche der kleinen Überströme, sondern bei grösseren Überströmen und- auch bei Kurz- schlussströmen träg und lassen deshalb auch im letzte ren Fall einen wesentlich grösseren Strom (Durchlass- strom oder Schmelzstromspitze) sich ausbilden als die deiche Nennstromstärke besitzenden flinken Schmelzein sätze.
Dies bedeutet, dass die Strombegrenzungsfähigkeit der trägen Schmelzeinsätze schlechter ist als diejenige der flinken Sicherungen, so dass die thermische und dynami sche Beanspruchung der durch diese geschützten Einrich tungen ebenfalls grösser ist.
Die Schmelzelemente der strombegrenzenden NH- Sicherungen werden in bekannter Weise in ihrer Länge veränderlich ausgebildet. Es sind Schmelzelemente be kannt, die aus Abschnitten mit langem unveränderlichen und mit langem veränderlichen Querschnitt ausgebildet sind. Bei diesen Lösungen beträgt im Allgemeinen die Länge des einen verringerten Querschnitt besitzenden Teiles des Schmelzelementes einen grossen prozentualen Teil der Gesamtlänge. Bei mit solchen Schmelzelementen hergestellten Sicherungen wird im Moment der Unterbre chung ein hoher Widerstand in den Stromkreis einge schaltet, so dass das Abreissen des Stromes mit Sicherheit erfolgt.
Während dem Unterbrechungsvorgang wird dem zufolge nur eine verhältnismässig kleine Lichtbogenener- gie (Wärmemenge) frei, so dass das Lichtbogenlöschma- terial des Sicherungseinsatzes nur eine kleine Wärme energie vernichten muss. Eine mit solchen Schmelzele menten ausgebildete Sicherung hat also ein grosses Abschaltvermögen. Ein Nachteil dieser Schmelzleiterkon- struktion liegt aber darin, dass infolge des in den Stromkreis eingeschalteten grossen Widerstandes eine plötzliche Stromänderung eintritt, die hohe Schaltüber spannungen verursacht.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass bei der Unterbrechung von geringen Überströmen zufolge der langen Zeitdauer des entstehenden Lichtbo gens - an der Stelle des dünnsten, verhältnismässig langen Schmelzleiterteiles eine Überhitzung der gebilde ten Sinterraupe auftreten und die Sicherung wegen der ungenügenden dielektrischen Festigkeit den Stromkreis nicht unterbrechen kann.
Im Falle der Verwendung von solchen Schmelzleitern (Schmelzelementen), die lange querschnittgeschwächte Abschnitte besitzen, kann das Querschnittsverhältnis des geschwächten und unverän derten Querschnittes des Schmelzelementes - wegen den ungünstigen Erwärmungsverhältnissen - nur klein sein, was bedeutet, dass in diesem Falle auch keine optimale Strombegrenzungsfähigkeit zu erzielen ist.
Zur Gewährleistung einer besonders grossen Strom begrenzungsfähigkeit und einer überflinken Abschmelz- charakteristik sind bereits Schmelzelemente bekannt, bei denen die Länge des einen verringerten Querschnitt besitzenden Abschnittes nur einige Prozente der Gesamt länge des Schmelzelementes beträgt. Die Wärmeablei- tungsverhältnisse solcher Schmelzelemente sind gegen über den im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen sehr vorteilhaft, wobei in dem kurzen, verringerten Querschnitt besitzenden Teil des Schmelzelementes die Stromdichte mehrfach höher als im vorhergehend be schriebenen, gewöhnlichen Schmelzelement ist.
Deshalb schmelzen dies-- Sicherungen sehr rasch (überflink) ab, verfügen über eine hohe Strombegrenzungsfähigkeit und verursachen infolge und während ihrer Funktion nur geringe Überspannungen.
Ihr Nachteil liegt aber darin, dass beim Beginn des Unterbrechungsvorganges an der Stelle des kurzen, mit verringertem Querschnitt ausgebil deten Abschnitts nur ein kurzer, einen kleinen Wider stand besitzender Lichtbogen in den Stromkreis geschal tet wird, weshalb nach dem bei einem verhältnismässig niedrigen Stromwert erfolgenden Abschmelzen (Stromab- riss) - bei kleinen und grossen Kurzschlussströmen in gleicher Weise - eine weitere Erhöhung des Stromes und eine Explosion der Sicherung eintreten könnte, wenn man nicht in entsprechender Weise für eine Verbesserung der Lichtbogenlöschverhältnisse sorgen würde.
Nach einer bekannten Ausführung wird die Stelle, oder die Stellen des einen verringerten Querschnitt besitzenden Teiles bzw. der Teile zwischen aus anorganischem Iso lierstoff verfertigte Auflagen gelegt und auch unter Ausnützung des Druckeffektes eine erhöhte Lichtbogen- löschwirkung gesichert.
Die unter Verwendung der im Vorhergehenden er wähnten Schmelzelemente hergestellten Sicherungen funktionieren im allgemeinen nur im Bereiche von Kurz- schlussströmen verlässlich, und so können sie daher mit entsprechender Sicherheit nur für den Zweck des Kurz- schlussschutzes verwendet werden, da ihre Schmelzleiter- ausbildung im Bereiche von kleinen Überströmen ein sicheres Funktionieren nicht gewährleistet.
Bei den vorher beschriebenen Schmelzelementen wer den die Abschmelzkennlinien durch den verringerten Querschnittanteil des Schmelzelementes bestimmt.
In gewissen Fällen haben die Verbraucher einen solchen Charakter, dass das Einschalten derselben unter einem bedeutenden Stromstoss erfolgt (z.B. beim Anlas sen von Elektromotoren, wo der Anlassstrom ein Mehr faches des Nennstromes betragen kann). Aber auch betriebsmässig kommen Überlastungen vor. In diesen Fällen ist es zweckmässig, träge Schmelzeinsätze zu verwenden.
Bekanntlich wird bei den trägen Schmelzeinsätzen im Vergleich zu den flinken eine trägere (verzögerte) Funk tion durch die Verwendung von im grossen Mass überdi mensionierten Schmelzelementen erreicht. Die Überdi mensionierung der Schmelzelemente wird durch die An bringung eines auf das Material des Schmelzeiementes aggressiv wirkenden Stoffes, (z.B. eines Metalles oder einer Metallegierung) ermöglicht. Die Schmelzelemente der trägen Sicherungen haben im Vergleich zu den flinken einen grösseren Querschnitt, sind also diesen gegenüber überdimensioniert, sie benehmen sich im Be reiche von kleineren Überströmen so, als ob die Einsätze von grösserer Nennstromstärke wären.
Diese Sicherungen wirken aber, wie bereits erwähnt wurde, nicht nur im Bereiche von kleinen Überströmen, sondern auch bei grösseren Überströmen und Kurzschlussströmen träger und gestatten deshalb in den letzteren Fällen auch wesentlich grössere Stromwerte (Durchlassströme) zu entstehen, als die gleiche Nennstromstärke besitzenden flinken Einsätze. Das bedeutet auch, dass das Strombe- grenzungsvermögen der trägen Einsätze wesentlich schlechter als dasjenige der flinken Einsätze ist.
Die mit den Schmelzleitern nach einer bekannten Ausführung hergestellten Sicherungen beherrschen den ganzen Strombereich nicht, sie funktionieren im allgemei nen nur im Kurzschlussstromgebiet zuverlässig, so gehö ren diese Sicherungen in die Kategorie der sogenannten Kurzschlussicherungen.
Bei einem bedeutenden Teil der elektrischen Einrich- tungen bzw. Einrichtungsgegenstände (z.B. bei Elektro motoren) muss der Schutz so ausgebildet werden, dass er auf die Wirkung des Einschaltstromstosses nicht an spricht und auch bei betriebsmässigen Überlastungen den Stromkreis nur dann unterbricht, wenn die Erwärmung sich der zulässigen Temperaturgrenze annähert oder diese erreicht.
Da aber in den geschützten Einrichtungen ausser den Überlastungen auch Kurzschlüsse auftreten können, muss das Schutzorgan im Falle eines Kurz schlusses rasch arbeiten, damit die durch den Kurz- schlussstrom verursachten Wärme- und dynamischen Beanspruchungen bzw. die durch diese verursachten Schäden kleiner werden.
Um den gegenüber den modernen strombegrenzenden Niederspannungs-Hachleistungs-(NH )-Sicherungen ge stellten, stets wachsenden Anforderungen vollständig zu genügen, tauchte die Notwendigkeit auf, eine solche Schmelzleiterkonstruktion zu schaffen, die die Nachteile der bisherigen Konstruktionen beseitigt und im ganzen Strombereich eine sichere Funktion der Sicherungen gewährleistet, demnach den Bau der sogenannten (cUni- versal-Sicherungen ermöglicht, die einerseits die vom Gesichtspunkt der Zeit-Strom-Kennlinie gestellten Bedin gungen - träg-flinke Abschmelzcharakteristik (kombi nierte Kennlinie)
- befriedigt und andererseits im Berei che der Kurzschlussströme der flinken Sicherung genügt, d.h. ein grosses Strombegrenzungsvermögen aufweist.
Es wurde erkannt, dass bei der sogenannten Univer- sal-Sicherung (Allzweck-Sicherung) die einander wider sprechenden Anforderungen mit einer Schmelzleiter- Konstruktion nach Art eines Kompromisses befriedigt werden können.
Gegenstand der Erfindung ist eine strombegrenzende Schmelzsicherung mit wenigstens einem, mit grössere und kleinere Querschnitte aufweisenden Abschnitten versehe- nen, flachen Schmelzelement, welche Schmelzsicherung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Schmelzelement mindestens drei, im gleichen Mass verringerten Quer schnitt besitzende Abschnitte hat, wobei das Quer schnittsverhältnis des grösseren zum kleineren Quer schnitt mindestens 2,5 ist und die gesamte Länge der den kleineren Querschnitt aufweisenden Abschnitte minde stens 15%o der Gesamtlänge des Schmelzelementes ist, und dass das Schmelzelement an einem ausserhalb seiner Mitte liegenden, den grösseren Querschnitt aufweisenden Teil mit einer Auflage aus einem Metall,
das unter Wärmeeinwirkung in das Trägermaterial eindiffundiert und dabei dessen spezifischen Widerstand erhöht, verse hen ist.
Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der Erfin dung werden anhand der Zeichnung dargelegi, worin in Fig. 1 das Schmelzelement einer beispielsweisen Aus führungsform der erfindungsgemässen Schmelzsicherung in Ober- und in Seitenansicht dargestellt ist.
Fig. 2 ist die Abschmelz-Kennlinie der Schmelzsiche rung nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein beispielsweise aus Kupfer oder Silber hergestelltes, flaches Schmelzelement mit mit unveränder tem (grösstem) Querschnitt 2 u. mit verringertem (klein stem) Querschnitt 3 ausgebildeten Teilen dargestellt, wobei die Begrenzungslinie zwischen den mit grösstem und kleinstem Querschnitt ausgebildeten Teilen 2 bzw. 3 kontinuierlich verläuft. Um den trägen Abschnitt der kombinierten Charakteristik der Universal-Sicherung zu verwirklichen, ist an einem ausserhalb der Mitte des Schmelzleiters liegenden, einen grössten Querschnitt be sitzenden Teil 2 eine stark aggressive, zweckmässig 0,5 bis 5% Indium enthaltende, Metallegierung als Diffu sionsauflage vorgesehen.
In Fig. 2 wurde beispielsweise die Charakteristik eines bimetall-thermischen Auslösers 5 und Schnellauslö sers 6 eines Niederspannungsleistungsschalters, weiters die Abschmelzkennlinien (7..12) von verschiedenen Si cherungen dargestellt. I,., bedeutet die Abschaltfähigkeit des Leistungsschalters.
Es ist ersichtlich, dass weder die die Kennlinie 7 und 9 besitzende flinke, noch die die Kennlinie 8 aufweisende träge Sicherung eine vorteilhafte Benützung des Leistungsschalters gestattet, und zwar weder im Überstrombereich, noch im Kurzschlussstrom- bereich. (Die Kennlinien schneiden einander). Die träge Sicherung 10 ermöglicht demgegenüber eine Ausnützung der Vorteile des Leistungsschalters im Bereich der über ströme, schützt aber gegen grössere Kurzschlussströme als I,.2 nicht.
Die Kennlinie der flinken Sicherung 11 entspricht gerade noch im Bereich der Überströme, gestattet jedoch nicht, das Abschaltvermögen I,., des Schalters auszunützen, da derselbe bereits bei wesentlich kleineren Strömen als dieses schmilzt. Die in der Figur dargestellte flinke Sicherung 12 gestattet eine Ausnützung des Schalters bis zum Abschaltvermögen, jedoch mit dem Nachteil, dass ihre Nennstromstärke ein mehrfaches des Thermoauslösers wird, was mit dem Bestreben, wonach dieses Verhältnis möglichst klein sein soll, im Gegensatz steht.
Die entsprechende, moderne, bisher noch nicht be nützte Lösung ergibt die Kombination der Kennlinie der trägen und der flinken Sicherung 10 bzw. 12. Zur Verwirklichung des trägen Abschnitts der kombinierten Kennlinie (siehe den Abschnitt über Punkt P der Kurve 10 in Fig. 2) wird mindestens an einem einen grösseren Querschnitt besitzenden Teil 2 des Schmelzelementes 1 eine stark aggressive, auch 0,
5 bis 5% Indium enthalten- de Auflage - Diffusionsmetalllegierung 4 aufgebracht. Bei geringen Überlastungen diffundiert das zufolge des Lidiumgehaltes eine erhöhte Aggressivität besitzende Auflagemetall in das Schmelzelement, bildet mit demsel ben eine Legierung mit hohem elektrischen Widerstand, was mit der die Diffusion auch noch weiter beschleuni genden Wärmebildung schliesslich an dieser Stelle zum Abschmelzen des Schmelzelementes führt.
Der Indiumge- halt des Auflagemetalles 4 beeinflusst die Abschmelzzeit des einen gewissen Querschnitt besitzenden, mit gleichem Strom belasteten Schmelzelementes, was mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet, dass die Nennstromstärke eines Schmelzelementes von gegebenem Querschnitt durch den Indiumgehalt des Auflagemetalls beeinflussbar ist, was die Ausbildung des trägen Abschnitts der kombinierten Kennlinie bzw. die Regelung derselben innerhalb von gewissen Grenzen ermöglicht.
Der flinke Abschnitt der kombinierten Strom-Zeit- Kennlinie (siehe den Abschnitt unter Punkt P der Kurve 12 in Fig. 2) wird durch die verringerten Querschnitte besitzenden Teile 3 des Schmelzelementes 1 bestimmt.
Versuchsergebnisse zeigten, dass ein entsprechendes Er gebnis erzielt werden kann, d.h. der flinke Abschnitt der Kennlinie im Vergleich zum trägen Abschnitt entspre chend flink ist, wenn das Querschnittsverhältnis zwischen den grösseren und kleineren (verringerten) Querschnitt besitzenden Teilen mindestens 2,5 ist, zweckmässig zwi schen 2,5 bis 6 fällt, weiters wenn die Gesamtlänge der verringerten (kleineren) Querschnitt aufweisenden Teile mindestens 15 1o, zweckmässig 15 bis 40 /o, der Gesamt länge des Schmelzelementes beträgt.
Die in den Schmelzeinsatz eingebauten, parallel ge schalteten Schmelzelemente, - im Falle einer geraden Schmelzelementenzahl mindestens 50% der Schmelzele mente, im Falle einer ungeraden Zahl derselben, jede ungeradzahfige Schmelzeinheit - sind mit Auflagemetall versehen.
Versuche haben ferner erwiesen, dass der flinke Kennlinienanteil der kombinierten Strom-Zeit-Kennlinie bei ungeänderter Beibehaltung der früher erwähnten Ausbildung des Schmelzelementes durch eine gewisse Änderung des Querschnittverhältnisses und der Länge der verringerten Querschnitt besitzenden Schmelzelemen- tenabschnitte im Vergleich zum trägen Kennlinienanteil im gewissen Masse verschiebbar ist.
In gleicher Weise kann der träge Abschnitt der kombinierten Kennlinie unter der ungeändert belassenen, den flinken Kennlinien anteil ergebenden Schmelzelementenausbildung durch Änderung des Indiumgehaltes der Auflagemetalllegierung im Vergleich zum flinken Kennlinienanteil in gewissem Masse verschoben werden.
Auf diese Weise können z.B. über einen gegebenen flinken Kennlinienanteil verfügen de, für verschiedene Nennstromstärken geeignete Siche rungen mit kombinierten Abschmelzkennlinien bzw. in einem anderen Fall Sicherungen mit einer gegebenen Nennstromstärke mit gleicher Trägheit und mit verschie denem flinken Kennlinienanteil erhalten werden.
Versuchsergebnisse bewiesen, dass die gemäss Fig. 1 mit drei Unterbrechungsstellen ausgebildeten, eine kom binierte träg-flinke Abschmelzkennlinie besitzenden Si cherungen - zufolge ihrer optimalen Querschnittsausbil- dung - bei einer Spannung von 500 V im gesamten Strombereich (d.h. im Bereiche von geringen Überströ men, sowie von kleinen und grossen Kurzschlussströmen) anstandslos funktionieren,
über ein grosses Strombegren- zungs- und Abschaltvermögen verfügen und während ihrer Funktion keine für die Isolation der zu schützenden Einrichtung gefährlichen Überspannungen verursachen. Demnach gehören diese Sicherungen in die Kategorie der modernen, sogenannten Universal-Sicherungen oder All zweck-Sicherungen. Die früher erwähnten technischen Parameter bzw. Bedingungen können nur und aus- schliesslich nur mit der in der Erfindung festgelegten Konstruktion verwirklicht werden.
Die in der vorbeschriebenen Weise hergestellte, eine kombinierte Abschmelzkennlinie besitzende sogenannte Universal-Sicherung ist im Vergleich mit den bekannten Konstruktionen eine vollkommen neue, moderne Lösung mit bedeutenden technischen und wirtschaftlichen Vor teilen.
Untersuchungen haben die Richtigkeit der in der Erfindung dargelegten Prinzipien und auch die durch dieselben erreichte Erhöhung des technischen Niveaus erwiesen.
Current-limiting fuses Known current-limiting high-performance fuses consist of a number of fusible elements with good electrical conductivity connected in parallel, depending on the nominal current strength. These are enclosed in a housing that is made of a material with good heat and pressure resistance, with a good cooling capacity and also an extinguishing agent (e.g. with quartz sand) that has a corresponding arc extinguishing capacity.
The current-limiting fuses are usually divided into two main groups depending on their melting character: the fast-acting (so-called nimble) fuses and the delayed (so-called slow) fuses. The main difference between the current-time characteristics of the same is that the sluggish fuse links of the same nominal current strength under the influence of an overload greater than about 1.6 times the nominal current in contrast to the fast-acting fuses only melt after a significantly longer time.
The slow-acting fuses do not only work in the area of small overcurrents, but also in the case of larger overcurrents and - also in the case of short-circuit currents - slow-acting and therefore allow a significantly higher current (forward current or melting current peak) to develop than the dike's nominal current strength in the latter case own nimble fusible links.
This means that the current-limiting ability of the slow fuse links is worse than that of the fast fuses, so that the thermal and dynamic stress on the equipment protected by these is also greater.
The length of the fusible elements of the current-limiting NH fuses can be varied in a known manner. There are fusible elements be known, which are formed from sections with a long invariable and long variable cross-section. In these solutions, the length of the part of the fusible element which has a reduced cross section is generally a large percentage of the total length. In the case of fuses made with such fusible elements, a high resistance is switched into the circuit at the moment of the interruption, so that the current is reliably torn off.
Accordingly, only a relatively small amount of arc energy (amount of heat) is released during the interruption process, so that the arc extinguishing material of the fuse link only needs to destroy a small amount of heat energy. A fuse formed with such Schmelzele elements therefore has a large disconnection capacity. A disadvantage of this fusible link construction, however, is that due to the large resistor switched into the circuit, a sudden change in current occurs, which causes high switching overvoltages.
Another disadvantage is that when small overcurrents are interrupted, due to the long duration of the resulting arc, the sintered bead formed overheats at the point of the thinnest, relatively long fuse element and the fuse does not interrupt the circuit because of the insufficient dielectric strength can.
If such fusible conductors (fusible elements) are used that have long sections with weakened cross-sections, the cross-sectional ratio of the weakened and unchanged cross-section of the fusible element can only be small due to the unfavorable heating conditions, which means that in this case there is also no optimal current-limiting capability achieve is.
In order to ensure a particularly high current-limiting capability and a super-fast melting-off characteristic, fusible elements are already known in which the length of the section having a reduced cross section is only a few percent of the total length of the fusible element. The heat dissipation ratios of such fusible elements are very advantageous compared to those described in the previous section, the current density in the short, reduced cross section of the fusible element being several times higher than in the previously described, ordinary fusible element.
This is why these - fuses melt very quickly (overly fast), have a high current-limiting capability and cause only slight overvoltages as a result of and during their function.
Their disadvantage, however, is that at the start of the interruption process at the point of the short section, with a reduced cross-section, only a short arc with a small resistance is switched into the circuit, which is why it is melted at a relatively low current value (Current break) - with small and large short-circuit currents in the same way - a further increase in the current and an explosion of the fuse could occur if one were not to improve the arc extinguishing conditions in a corresponding manner.
According to a known embodiment, the location or the locations of the part or parts having a reduced cross-section is placed between layers made of inorganic insulating material and an increased arc extinguishing effect is ensured by utilizing the pressure effect.
The fuses produced using the above-mentioned fusible elements generally only function reliably in the range of short-circuit currents, and so they can therefore only be used with appropriate safety for the purpose of short-circuit protection, since their fusible conductor design is in the range of small overcurrents, safe functioning is not guaranteed.
In the fusible elements described above, the melting characteristics are determined by the reduced cross-sectional proportion of the fusible element.
In certain cases, the loads are such that they are switched on with a significant current surge (e.g. when starting electric motors, where the starting current can be several times the rated current). But there are also operational overloads. In these cases it is advisable to use slow fuse links.
As is well known, a slower (delayed) func tion is achieved with the sluggish fuse inserts compared to the nimble ones through the use of overdimensioned fusible elements. The overdimensioning of the fusible elements is made possible by attaching a substance that has an aggressive effect on the material of the fusible element (e.g. a metal or a metal alloy). The melting elements of the slow fuses have a larger cross-section than the fast fuses, so they are overdimensioned compared to them, and in the area of smaller overcurrents they behave as if the inserts had a higher rated current.
As already mentioned, these fuses work not only in the area of small overcurrents, but also in the case of larger overcurrents and short-circuit currents, and therefore allow significantly higher current values (forward currents) to arise in the latter cases than fast-acting inserts with the same nominal current strength . This also means that the current limiting capacity of the sluggish inserts is significantly worse than that of the nimble inserts.
The fuses produced with the fusible conductors according to a known design do not control the entire current range, they generally only work reliably in the short-circuit current area, so these fuses belong to the category of so-called short-circuit fuses.
In the case of a significant part of the electrical equipment or furnishings (e.g. electric motors), the protection must be designed in such a way that it does not respond to the effects of the inrush current and, even in the event of operational overloads, only interrupts the circuit when the temperature increases approaches or reaches the permissible temperature limit.
However, since short circuits can occur in the protected facilities in addition to overloads, the protective device must work quickly in the event of a short circuit so that the thermal and dynamic stresses caused by the short circuit current or the damage caused by them are reduced.
In order to fully meet the ever-increasing demands made compared to the modern current-limiting low-voltage high-power (NH) fuses, the need arose to create such a fuse element construction that eliminates the disadvantages of the previous constructions and functions reliably in the entire current range of the fuses, thus enabling the construction of the so-called (universal fuses), which on the one hand meet the conditions set from the point of view of the time-current characteristic - slow-acting melting characteristic (combined characteristic)
- Satisfied and on the other hand sufficient in the area of short-circuit currents of the fast fuse, i.e. has a large current-limiting capacity.
It was recognized that in the so-called universal fuse (all-purpose fuse) the contradicting requirements can be satisfied with a fusible conductor construction in the manner of a compromise.
The subject of the invention is a current-limiting fuse with at least one flat fusible element provided with larger and smaller cross-sections, which fusible link is characterized in that the fusible element has at least three sections with the same reduced cross-section the ratio of the larger to the smaller cross-section is at least 2.5 and the total length of the sections having the smaller cross-section is at least 15% of the total length of the fusible element, and that the fusible element is also located outside its center and has the larger cross-section a support made of a metal,
which diffuses into the carrier material under the action of heat and thereby increases its specific resistance, verses hen.
Details of exemplary embodiments of the invention are illustrated with reference to the drawing, in which in FIG. 1 the fusible element of an exemplary embodiment of the fuse according to the invention is shown in top and side views.
FIG. 2 is the melting characteristic of the melting fuse according to FIG. 1.
In Fig. 1, for example, made of copper or silver, flat fusible element with unchanged system (largest) cross section 2 u. shown with a reduced (small stem) cross-section 3 formed parts, the boundary line between the parts 2 and 3 formed with the largest and smallest cross-section runs continuously. In order to realize the sluggish section of the combined characteristics of the universal fuse, a highly aggressive metal alloy, suitably containing 0.5 to 5% indium, is provided as a diffusion layer on an outside the center of the fusible conductor, with a largest cross section .
In Fig. 2, for example, the characteristics of a bimetallic thermal release 5 and Schnellauslö sers 6 of a low-voltage circuit breaker, as well as the melting characteristics (7..12) of various safety devices were shown. I,., Means the breaking capacity of the circuit breaker.
It can be seen that neither the fast fuse with the characteristic 7 and 9 nor the slow fuse with the characteristic 8 allow an advantageous use of the circuit breaker, namely neither in the overcurrent range nor in the short-circuit current range. (The characteristics intersect one another). In contrast, the slow fuse 10 enables the advantages of the circuit breaker to be used in the area of overcurrents, but does not protect against greater short-circuit currents than I, .2.
The characteristic of the fast fuse 11 is just about the same in the range of overcurrents, but does not allow the breaking capacity I,., Of the switch to be exploited, since the same melts at currents that are much smaller than this. The fast-acting fuse 12 shown in the figure allows the switch to be used up to breaking capacity, but with the disadvantage that its rated current is a multiple of the thermal release, which is in contrast to the desire for this ratio to be as small as possible.
The corresponding, modern, as yet unused solution results in the combination of the characteristic curve of the slow and fast fuse 10 or 12. To realize the slow section of the combined characteristic curve (see the section about point P of curve 10 in Fig. 2) If at least one part 2 of the fusible element 1 has a larger cross-section, a strongly aggressive, also 0,
5 to 5% indium containing coating - diffusion metal alloy 4 applied. In the event of slight overloads, the metal, which is more aggressive due to the lidium content, diffuses into the fusible element, and forms an alloy with high electrical resistance with the same, which, with the heat build-up, which accelerates the diffusion, ultimately leads to the melting of the fusible element at this point.
The indium content of the clad metal 4 influences the melting time of the fusible element with a certain cross section and loaded with the same current, which in other words means that the nominal current strength of a fusible element of a given cross section can be influenced by the indium content of the clad metal, which leads to the formation of the sluggish Section of the combined characteristic curve or the regulation of the same within certain limits.
The nimble section of the combined current-time characteristic (see the section under point P of curve 12 in FIG. 2) is determined by the parts 3 of the fusible element 1 which have reduced cross-sections.
Experimental results showed that a corresponding result can be achieved, i.e. the nimble section of the characteristic curve is correspondingly nimble compared to the sluggish section if the cross-sectional ratio between the larger and smaller (reduced) cross-section parts is at least 2.5, expediently falls between 2.5 and 6, and if the total length of the reduced (smaller) cross-section having parts at least 15 10, expediently 15 to 40 / o, the total length of the fusible element is.
The fusible elements built into the fusible link and connected in parallel - in the case of an even number of fusible elements, at least 50% of the fusible elements, in the case of an odd number of the fusible elements, every odd-numbered fusible unit - are coated with metal.
Experiments have also shown that the quick characteristic portion of the combined current-time characteristic can be shifted to a certain extent by changing the cross-sectional ratio and the length of the melting element sections with reduced cross-section compared to the sluggish portion of the characteristic, with unchanged retention of the previously mentioned design of the fusible element is.
In the same way, the sluggish section of the combined characteristic curve can be shifted to a certain extent by changing the indium content of the overlay metal alloy compared to the fast-moving characteristic curve component under the fusible element formation which is left unchanged and which results in the fast characteristic curve.
In this way e.g. fuses with combined melting characteristics that are suitable for different nominal currents or, in another case, fuses with a given nominal current with the same inertia and with different fast characteristic portions can be obtained.
Test results proved that the fuses, which are designed according to FIG. 1 with three interruption points and have a combined slow-acting fast-acting melting characteristic - due to their optimal cross-sectional design - at a voltage of 500 V in the entire current range (i.e. in the range of low overcurrents, as well as small and large short-circuit currents) function without any problems,
have a large current limiting and disconnection capacity and do not cause any overvoltages dangerous for the insulation of the protected equipment during their function. Accordingly, these fuses belong to the category of modern, so-called universal fuses or all-purpose fuses. The technical parameters or conditions mentioned earlier can only and exclusively only be implemented with the design specified in the invention.
The so-called universal fuse, which is produced in the manner described above and has a combined melting characteristic, is a completely new, modern solution with significant technical and economic advantages compared with the known constructions.
Investigations have proven the correctness of the principles presented in the invention and also the increase in the technical level achieved by them.