CH462939A - Current-limiting fuse - Google Patents

Current-limiting fuse

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Publication number
CH462939A
CH462939A CH1510667A CH1510667A CH462939A CH 462939 A CH462939 A CH 462939A CH 1510667 A CH1510667 A CH 1510667A CH 1510667 A CH1510667 A CH 1510667A CH 462939 A CH462939 A CH 462939A
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CH
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current
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cross
fusible
sections
Prior art date
Application number
CH1510667A
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German (de)
Inventor
Mocsary Jozsef Dr Dipl-Ing
Gyorgy Dipl Ing Szel
Neveri Istvan Dr Dipl-Ing
Original Assignee
Villamosipari Ki
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05Component parts thereof
    • H01H85/055Fusible members

Landscapes

  • Fuses (AREA)

Description

  

      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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Strombegrenzende Schmelzsicherung mit wenigstens einem, mit grössere und kleinere Querschnitte aufweisen den Abschnitten versehenen, flachen Schmelzelement, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzelement min destens drei, im gleichen Mass verringerten Querschnitt besitzende Abschnitte hat, wobei das Querschnittsver- hältnis des grösseren zum kleineren Querschnitt minde stens 2,5 ist und die gesamte Länge der den kleineren Querschnitt aufweisenden Abschnitte mindestens 15% der Gesamtlänge des Schmelzelementes ist, PATENT CLAIM Current-limiting fuse with at least one flat fusible element provided with larger and smaller cross-sections, characterized in that the fusible element has at least three sections with the same reduced cross-section, the cross-sectional ratio of the larger to the smaller cross-section being less 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, und dass das Schmelzelement an einem ausserhalb seiner Mitte liegen den, den grösseren Querschnitt aufweisenden Teil mit einer Auflage aus einem Metall, das unter Wärmeeinwir kung in das Trägermaterial eindiffundiert und dabei dessen spezifischen Widerstand erhöht, versehen ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Strombegrenzende Schmelzsicherung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflageme tall 0,5 bis 5% Indium enthält. 2. Strombegrenzende Schmelzsicherung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Begren- zungslinie der Abschnitte mit grösserem und kleinerem Querschnitt kontinuierlich verläuft. 3. and that the fusible element is located on a part outside of its center that has the larger cross section and is provided with a layer of a metal which diffuses into the carrier material under the influence of heat and thereby increases its specific resistance. SUBClaims 1. Current-limiting fuse according to patent claim, characterized in that the Auflageme tall contains 0.5 to 5% indium. 2. Current-limiting fuse according to patent claim, characterized in that the boundary line of the sections with larger and smaller cross-sections runs continuously. 3. Strombegrenzende Schmelzsicherung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnitts verhältnis der Abschnitte von grösserem und kleinerem Querschnitt 2,5 bis 6 ist. 4. Strombegrenzende Schmelzsicherung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtlänge der den kleineren Querschnitt aufweisenden Abschnitte 15 bis 40% der Gesamtlänge des Schmelzelementes ist. 5. Current-limiting fuse according to patent claim, characterized in that the cross-sectional ratio of the sections of larger and smaller cross-section is 2.5 to 6. 4. Current-limiting fuse according to patent claim, characterized in that the total length of the sections having the smaller cross section is 15 to 40% of the total length of the fusible element. 5. Strombegrenzende Schmelzsicherung nach Patent anspruch, mit mehreren Schmelzelementen, dadurch ge kennzeichnet, dass bei gerader Anzahl parallelgeschalte ter Schmelzelemente mindestens 50 0, bei einer ungera den Zahl derselben jedes ungeradzahlige Schmelzelement mit Auflasmetall versehen ist. Current-limiting fuse according to patent claim, with several fusible elements, characterized in that with an even number of parallel-connected fusible elements at least 50 0, with an odd number of the same, each odd-numbered fusible element is provided with Auflasmetall.
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