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PATENTANSPRÜCHE
1. Schmelzsicherung zum Schutz elektrischer Stromkreise, die einen mit Quarzsand gefüllten Körper, Kontaktanschlüsse und einen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Schmelzleiter enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Masse des den Körper (1) füllenden Quarzsandes (2) zur Masse des in diesem Quarzsand (2) untergebrachten Schmelzleiters (4) aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung nicht unterhalb von 40 :1 liegt.
2. Schmelzsicherung nach Patentanspruch 1, die einen Schmelzleiter enthält, welcher in Form von im Quarzsand untergebrachten Streifenleitern ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet dass jeder der Streifen (5) des Schmelzleiters (4) im breitesten stromführenden Teil (6) ein Verhältnis der Breite zur Dicke im Bereich von 2 1 bis 100 1 aufweist.
3. Schmelzsicherung nach den Patentansprüchen 1 und 2, die einen Schmelzleiter enthält, welcher aus mindestens einer Platte besteht, die stromführende Abschnitte mit unverringertem Querschnitt und mindestens einen Schmelzabschnitt mit verringertem Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (9) teilweise in Streifen (5) geteilt ist, welche in Form von der Ebene der Platte (9) herausgebogener Leiter gestaltet sind, wobei die Schmelzabschnitte (7) der Platte (9) auf den in Streifen (5) geteilten Abschnitten der Platte (9) liegen (Fig.4,5).
4. Schmelzsicherung nach den Patentansprüchen 1 und 2, die einen Schmelzleiter enthält, welcher aus mindestens einer Platte besteht, die stromführende Abschnitte mit unverringertem Querschnitt und mindestens einen Schmelzabschnitt mit verringertem Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (9) teilweise in Streifen (5) geteilt ist, deren Ebenen um die eigenen Längsachsen verschwenkt sind, wobei die Schmelzabschnitte (7) der Platte (9) auf den in Streifen (5) geteilten Abschnitten der Platte (9) liegen (Fig. 7).
5. Schmelzsicherung nach den Patentansprüchen 1 und 2, die einen Schmelzleiter enthält, welcher aus mindestens einer Platte besteht, die stromführende Abschnitte mit unverringertem Querschnitt und mindestens einen Schmelzabschnitt mit verringertem Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (6) der Platte (9), wo die Platte (9) einen unverringerten Querschnitt aufweist, teilweise in Streifen (5) geteilt sind, welche in Form von der Ebene der Platte (9) herausgebogener Leiter gestaltet sind, wobei die Anzahl der in Streifen (5) geteilten Abschnitte der Platte (9) n+ 1 nicht unterschreitet und 5n-1 nicht überschreitet, wo n die Zahl der Abschnitte (10) auf der Platte (9) ist, welche nicht in Streifen geteilt sind, einen unverringerten Querschnitt haben und die Schmelzabschnitte (7) der Platte (9) mit verringertem Querschnitt enthalten (Fig. 10, 11, 12).
6. Schmelzsicherung nach den Patentansprüchen 1 und 2, die einen Schmelzleiter enthält, welcher aus mindestens einer Platte besteht, die stromführende Abschnitte mit unverringertem Querschnitt und mindestens einen Schmelzabschnitt mit verringertem Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (6) der Platte (9), wo die Platte (9) einen unverringerten Querschnitt aufweist, teilweise in Streifen (5) geteilt sind, deren Ebenen um ihre eigenen Längsachsen verschwenkt sind, wobei die Anzahl der in Streifen (5) geteilter Abschnitte der Platte (9) n+ 1 nicht unterschreitet und 5n- 1 nicht überschreitet, wo n die Zahl der Abschnitte (10) auf der Platte (9) ist, welche in Streifen nicht geteilt sind, einen unverringerten Querschnitt haben und Schmelzabschnitte (7) der Platte (9) mit verringertem Querschnitt enthalten (Fig. 13), 14).
7. Schmelzsicherung nach den Patentansprüchen 1,4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen der verschwenkten Streifen (5) der Platte (9) des Schmelzleiters (4) von der Ebene der Platte (9) des Schmelzleiters (4) seitlich verschoben sind (Fig. 19).
8. Schmelzsicherung nach den Patentansprüchen 1,5,6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Streifen (5) der Platte (9) des Schmelzleiters zusätzliche Schmelzabschnitte (11) mit verringertem Querschnitt vorgesehen sind (Fig. 15 und 16).
9. Schmelzsicherung nach den Patentansprüchen 1,2,3,4,5, 6,7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter (4) wenigstens zwei ganz aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellte Leiter (15) aufweist, die jeweils durch ein aus Zink oder einer seiner Legierungen ausgeführtes Zwischenstück (16) miteinander in Reihe geschaltet sind (Fig. 21).
10. Schmelzsicherung nach den Patentansprüchen 1,2,3,4, 5,6,7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter (4) mindestens einen ganz aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Leiter (15) aufweist, auf dessen mittleren Teil eine Schicht(18) eines leichtschmelzenden Lösungsmittels aufgetragen ist, als welches Zink oder eine seiner Legierungen in Betracht kommt (Fig. 26).
Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung zum Schutz elektrischer Stromkreise, die in Verteilungsanlagen und zum Schutz elektrischer Einrichtungen und Geräte eingesetzt werden können.
Es sind Schmelzsicherungen mit hohem Abschaltvermögen für allgemeine Industriezwecke bekannt, die einen mit einem Lichtbogen-Löschmedium gefüllten Körper, am Körper befestigte Kontaktanschlüsse und einen im Körper untergebrachten und mit den Kontaktanschlüssen verbundenen leichtschmelzenden metallischen Schmelzleiter (s. beispielsweise englisches Patent Nr. 1 031 836, Kl. H2G; 1965, US-Patent Nr.
3453210, Kl. 337-159, 1970, BRD-Patentschriften Nr. 164 555, Kl. 21c, 70, 1964 und Nr. 1 279 821, Kl. 21c, 70, 1968, schweizerisches Patent Nr.389 759, Kl. 21c, 70, 1965) enthalten.
Als Lichtbogen-Löschmedium kommt bei solchen Sicherungen üblicherweise Quarzsand und als Material für den Schmelzleiter vorwiegend Kupfer oder Silber in Betracht. Das Silber ist aber ein kostspieliger Mangelwerkstoff, während das Kupfer die Stabilität des Verhaltens der Sicherungen wegen einer niedrigen Korrosionsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen nicht gewährleistet.
In diesem Zusammenhang arbeiten die Entwickler der Sicherungen in vielen Ländern immer intensiver an der Schaffung von Sicherungen mit hohem Abschaltvermögen und Schmelzleitern aus Aluminium und Aluminiumlegierungen. Das Aluminium und dessen Legierungen sind kein Mangelwerkstoff und billig, weisen eine hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit auf, während eine sich auf der Oberfläche dieser Werkstoffe ausbildende dichte und feste Oxidschicht sie vor einer Korrosion durch die Atmosphäre gut schützt.
Ungeachtet einer Reihe positiver Voraussetzungen ist die Schaffung der Sicherungen mit Schmelzleitern aus Aluminium mit der Notwendigkeit verbunden, einen Komplex eigener spezifischer Probleme zu lösen. Eines der wichtigsten unter diesen einer vorrangigen Lösung bedürftigen Problemen ist das Problem der Gewährleistung einer zuverlässigen Abschaltung von Fehlerströmen durch solche Sicherungen.
Dieses Problem läuft im wesentlichen darauf hinaus, dass bei der Abschaltung der Fehlerströme in den Sicherungen mit Schmelzleitern aus Aluminium infolge einer zwischen den Schmelzleitern aus Aluminium und dem Quarzsand verlaufenden exothermen Reaktion bei einer grossen Wärmeentwicklung sehr oft eine kritische Absenkung des Lichtbogen-Löschvermögens des Quarzsandes eintritt, wodurch die Sicherungskörper brechen und ein herausschiessender elektrischer Lichtbogen die Pole des zu schützenden Stromkreises (s. Przeglad Elektrotechniczny, Polen, RXU
z 7 p. 253 bis 254, 1965/nz Jan Nasilowski Badania piasku kwarcowego do bezpiecznikow topikowych ) überbrückt.
Keine befriedigende technische Lösung dieses Problems ist auch die bekannte durch eine dänische Firma (s. schweizerisches Patent Nr. 501 994, Kl. HOlh, 85/04 und dessen Analogon - englisches Patent Nr. 1 299 581, Kl. H2 G) Laur Knudsen vorgeschlagene Konstruktion einer Sicherung mit einem Schmelzleiter aus Aluminium, deren Wesen darin besteht, dass in der mit dem Quarzsand gefüllten Sicherung Streifen- oder Zylinder-Schmelzleiter aus Aluminium mit einem Verhältnis der Streifenbreite oder des Zylinderdurchmessers im breiten stromführenden Teil zur Breite oder dem Durchmesser im schmalen schmelzbaren Teil gleich 10 1 zur Anwendung gelangen.
Eine Analyse verschiedener Ausführungsvarianten der genannten Konstruktion der Sicherungen sowohl vom Standpunkt der Gewährleistung eines zuverlässigen Schaltverhaltens durch die Konstruktion als auch vom Standpunkt des Anwendungsbereiches und der technologischen Herstellungsmöglichkeiten zeigt, dass die Fälle eines Bruches der Körper der Sicherungen der genannten Konstruktion auf Grund einer exothermen Reaktion beim Abschalten der Fehlerströme vollkommen nicht auszuschliessen sind, während die Anwendung derartiger Sicherungen infolge deren unzureichender Selektivität äusserst begrenzt ist.
Darüber hinaus sind derartige Schmelzleiter wegen eines sehr grossen Unterschiedes in den Querschnitten des breiten stromführenden und des schmalen schmelzbaren Teiles des Schmelzleiters und einer geringen mechanischen Festigkeit der leitenden Materialien aus Aluminium überhaupt brüchig und werden bei deren Montage im Körper oder bei der Beschickung des Körpers mit einem Füllstoff des öfteren beschädigt. Eine Beschädigung bei einem zusammengebauten Schmelzleiter, zum Beispiel einen Anriss des Schmelzleiters, festzustellen, ist praktisch unmöglich. Dieser Defekt kann aber die Eigenschaften der Sicherung derart verzerren, dass sie betriebsunfähig werden kann.
Darüber hinaus können derartige Schmelzleiter im Betrieb der Sicherungen infolge der dabei entstehenden Wärmebeanspruchungen und mechanischen Belastungen stark beschädigt werden, was gleichfalls die Eigenschaften der Sicherung grundsätzlich verändern und deren weiteren Einsatz unmöglich machen kann.
Entsprechend dem Gesagten liegt der betreffenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion der Schmelzsicherung zum Schutz elektrischer Stromkreise mit einem Schmelzleiter zu schaffen, der überwiegend oder ganz aus Aluminium oder dessen Legierungen hergestellt ist, hohes Abschaltvermögen, stabile Strom-Zeit-Kennlinien für das Ansprechen, erhöhte Selektivität und gesteigerte Festigkeit der Schmelzleiter aufweist.
Dies wird dadurch gelöst, dass bei einer Schmelzsicherung zum Schutz elektrischer Stromkreise, die einen mit Quarzsand gefüllten Körper, Kontaktanschlüsse und einen Schmelzleiter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung enthält, gemäss der Erfindung das Verhältnis der Masse des den Sicherungskörper füllenden Quarzsandes zur Masse des im Quarzsand untergebrachten Schmelzleiters aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung nicht unterhalb von 40 1 liegt.
Zweckmässig weist bei einem in Form voneinander durch den Quarzsand getrennter Streifenleiter ausgeführten Schmelzleiter jeder der Streifen des Schmelzleiters im breitesten Teil das Verhältnis der Breite zu seiner Dicke im Bereich von2:lbislOO:lauf.
Zweckmässig wird bei einem aus mindestens einer stromführende Abschnitte mit ganz leitendem Querschnitt und mindestens einen Schmelzabschnitt mit verringertem Querschnitt aufweisenden Platte ausgeführten Schmelzleiter die Platte zum Teil in Streifen in Form von der Plattenebene abgebogener Leiter geteilt, wobei die Schmelzabschnitte der Platte auf den in Streifen geteilten Abschnitten der Platte liegen.
Auch zweckmässig wird bei einem aus mindestens einer stromführende Abschnitte mit ganz leitendem Querschnitt und mindestens einen Schmelzabschnitt mit verringertem Querschnitt aufweisenden Platte ausgeführten Schmelzleiter die Platte zum Teil in Streifen geteilt, deren Ebenen um die eigene Längsachse verschwenkt sind, wobei die Schmelzabschnitte der Platte auf den in Streifen geteilten Abschnitten der Platte liegen.
Durchaus zweckmässig werden, bei einem aus mindestens einer stromführende Abschnitte mit ganz leitendem Querschnitt und mindestens einen Schmelzabschnitt mit verringertem Querschnitt aufweisenden Platte ausgeführten Schmelzleiter die Abschnitte mit ganz leitendem Querschnitt zum Teil in Streifen in Form von der Plattenebene abgebogener Leiter getrennt, wobei die Zahl dieser in Streifen getrennten Plattenabschnitte n+ 1 über- und 5n- 1 untersteigen muss, wo n die Zahl der die Schmelzabschnitte der Platte aufweisenden Plattenabschnitte mit ungeteilten Abschnitten ist.
Auch zweckmässig werden bei einem aus mindestens einer stromführende Abschnitte mit ganz leitendem Querschnitt und mindestens einen Schmelzabschnitt mit verringertem Querschnitt aufweisenden Platte ausgeführten Schmelzleiter die Plattenabschnitte mit ganz leitendem Querschnitt teilweise in Streifen getrennt, deren Ebenen um ihre eigene Längsachse verschwenkt sind, wobei die Zahl derartiger, in Streifen geteilter Plattenabschnitte n+ 1 über- und 5n-1 unterschreiten muss, wo n die Zahl der die Schmelzabschnitte der Platte aufweisenden Plattenabschnitte mit ungeteilten Plattenabschnitten ist.
Es ist auch sinnvoll, bei einem Schmelzleiter, der aus einer Platte hergestellt ist, die zum Teil in Streifen getrennt ist, deren Ebenen um die eigene Längsachse verschwenkt sind, diese Streifen zur Seite bezüglich der Plattenebene des Schmelzlei ters zu verschieben.
Darüber hinaus werden vorteilhaft bei einem aus mindestens einer stromführende Abschnitte mit ganz leitendem Querschnitt und mindestens einen Schmelzabschnitt mit verringertem Querschnitt aufweisenden Platte ausgeführten Schmelzleiter, wo die Abschnitte mit ganz leitendem Querschnitt zum Teil in von der Plattenebene abgebogene oder um die eigene Längsachse verschwenkte und zur Seite bezüglich der Plattenebene verschobene Streifen mit einer Zahl derartiger Plattenabschnitte oberhalb von n+ 1 und unterhalb von 5n-1 getrennt sind, wo n die Zahl der die Schmelzabschnitte aufweisenden Plattenabschnitte mit ungeteilten Plattenabschnitten ist, auf den Streifen der getrennten Plattenabschnitte zusätzliche Schmelzabschnitte mit verringertem Querschnitt ausgeführt.
Auch zweckmässig werden bei einem Schmelzleiter wenig- stens zwei aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellte Leiter miteinander in Reihe durch ein Zwischenstück aus Zink oder seiner Legierung geschaltet.
Nicht minder zweckmässig enthält bei einem Schmelzleiter mindestens ein ganz aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zusammengesetzter Leiter im mittleren Teil eine Schicht eines leichtschmelzenden Lösungsmittels, als welches Zink oder dessen Legierung in Betracht kommt.
Die vorliegende Konstruktion der Sicherung gestattet es, indem sie in der Sicherung Bedingungen für eine zuverlässige Lichtbogenlöschung bei Anwendung von verhältnismässig dikken Aluminiumleitern im Schmelzleiter schafft, gleichzeitig Fälle eines Bruches der Sicherungskörper beim Abschalten der Fehlerströme wegen einer exothermen Reaktion von Aluminium mit Quarzsand zu eliminieren und die Störanfälligkeit der Schmelzleiter aus Aluminium im Herstellungs- und Arbeitsvorgang der Sicherungen zu verringern.
Darüber hinaus erlaubt es die vorliegende Konstruktion, den Sicherungen die erforderliche Selektivität zu gewährleisten.
Dies alles zusammen gestattet es, bei der vorliegenden Konstruktion der Sicherung mit einem aus Aluminiumleitern hergestellten Schmelzleiter den Sicherungen hohes Abschaltvermögen, Selektivität und Stabilität der Strom-Zeit-Kennlinien für das Ansprechen zu gewährleisten, die modernen Sicherungen für allgemeine Industriezwecke eigen sind.
Zum besseren Verständnis des Wesens der Erfindung sind nachstehend Ausführungsbeispiele für verschiedene Varianten der vorliegenden Schmelzsicherung unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen aufgeführt. Es zeigt:
Fig. 1 die Gesamtansicht einer Schmelzsicherung mit einem teilweisen Abbruch der Körperwand;
Fig. 2 einen Schmelzleiter aus einem Streifen;
Fig. 3 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer Platte;
Fig. 4 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer zum Teil in Streifen getrennten Platte, in Frontansicht;
Fig. 5 den gleichen Schmelzleiter wie in Fig. 4, in der Axonometrie;
Fig. 6 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer meh- rere in Streifen geteilte Abschnitte aufweisenden Platte;
;
Fig. 7 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer zum Teil in Streifen getrennten Platte, deren Ebenen um die eigene Längsachse verschwenkt sind;
Fig. 8 einen Schmelzleiter gemäss Fig. 7 mit mehreren gleichen Abschnitten, in Frontansicht;
Fig. 9 den gleichen Schmelzleiter wie in Fig. 8, in der Axonometrie;
Fig. 10 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer zwei zum Teil in Streifen getrennte Abschnitte aufweisenden Platte mit einem Schmelzabschnitt auf einem ungeteilten Plattenabschnitt;
Fig. 11 einen Schmelzleiter einer Sicherung analog dem in Fig. 10 dargestellten mit mehreren Schmelzabschnitten auf den ungeteilten Plattenabschnitten;
Fig. 12 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer meh- rere in Streifen geteilte Abschnitte aufweisenden Platte mit einem Schmelzabschnitt auf dem ungeteilten Plattenabschnitt;
;
Fig. 13 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer einen ungeteilten Plattenabschnitt aufweisenden Platte, auf dem zwei Schmelzabschnitte ausgeführt sind, in Frontansicht;
Fig. 14 denselben Schmelzleiter wie in Fig. 13 in der Axonometrie;
Fig. 15 einen Schmelzleiter mit Abschnitten, von welchen einige in Streifen unterteilt sind, in Frontansicht;
Fig. 16 den gleichen Schmelzleiter wie in Fig. 15, in der Axonometrie;
Fig. 17 einen Schmelzleiter in Form einer Platte mit von der Plattenebene zum Teil abgebogenen Streifen;
Fig. 18 einen Schmelzleiter in Form einer Platte mit um die Längsachse zum Teil verschwenkten Streifen;
Fig. 19 einen Schmelzleiter in Form einer Platte mit um die Längsachse verschwenkten und zur Seite von der Plattenebene verschobenen Streifen;
Fig. 20 ein Beispiel für die Verbindung von Schmelzleiter mit Kontaktanschlüssen einer Sicherung;
; Fig. 21 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus miteinander in Reihe durch ein Zwischenstück aus Zink geschalteten Leitern;
Fig. 22 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer Platte in Form mehrerer durch Zwischenstücke aus Zink in Reihe geschalteter Leiter, in Frontansicht;
Fig. 23 denselben Schmelzleiter wie in Fig. 22, in der Axonometrie;
Fig. 24 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer ein Zwischenstück aus Zink und einen ungeteilten Plattenabschnitt mit zwei Schmelzabschnitten aufweisenden Platte, in Frontansicht;
Fig. 25 den gleichen Schmelzleiter wie in Fig. 24 in der Axonometrie;
Fig. 26 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einem AIu- miniumleiter, in dessen mittlerem Teil eine Schicht aus einem Lösungsmittel aufgebracht ist;
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Fig. 27 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer zum Teil in Streifen getrennten, einen Abschnitt mit einer auf diesen in Streifenform aufgetragenen Schicht eines Lösungsmittels aufweisenden Platte;
Fig. 28 einen Schmelzleiter einer Sicherung aus einer zum Teil in Streifen getrennten, einen Abschnitt mit einer auf diesen in Form eines gelochten Streifens aufgetragenen Schicht eines Lösungsmittels aufweisenden Platte;
Fig. 29 Strom-Zeit-Kennlinien einer Sicherung.
Die Sicherung enthält einen mit Quarzsand 2 gefüllten Körper 1 (Fig. 1), am Körper 1 befestigte Kontaktanschlüsse 3 und einen im Körper 1 untergebrachten und mit den Kontaktanschlüssen 3 gekoppelten, zum überwiegenden Teil oder ganz aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Schmelzleiter 4.
Das Verhältnis der Masse des den Körper 1 füllenden Quarzsandes 2 zur Masse des Aluminiummaterials des in diesem Quarzsand 2 untergebrachten Schmelzleiters 4 muss in den Grenzen von 40 1 bis 200: liegen. Bei kleinerem Verhältnis der genannten Massen ist die Sicherung nicht in der Lage, eine zuverlässige Lichtbogenlöschung im gesamten Bereich für die Fehlerströme zu gewährleisten. Es lohnt sich nicht, sie mit einem grösseren Verhältnis auszuführen, denn dies bietet keinen nennenswerten Vorteil im Lichtbogenlöschvermögen der Konstruktion, sondern vergrössert nur die Abmessungen der Sicherung.
Der Körper 1 der vorgeschlagenen Sicherung kann aus einem Isolierstoff, beispielsweise aus Porzellan, Kordierit, wärmebeständigem Kunststoff, hergestellt sein und Metallteile, beispielsweise aus Aluminium oder dessen Legierungen, einschliessen.
Die Kontaktanschlüsse 3 sind zweckmässigerweise zur Verhinderung einer eventuellen Entstehung einer elektrochemischen Korrosion an den Verbindungsstellen mit dem Schmelzleiter 4 aus Aluminium gleichfalls aus Aluminium herzustellen.
Zur Verbesserung der Oberflächenleitfähigkeit des Kontaktteiles der Anschlüsse 3 können die letzteren mit Silber oder einem anderen die gleichen Zwecke erfüllenden Mittel bedeckt werden.
Der Quarzsand 2 in der Sicherung muss rein genug sein, und die Granülengrössen dürfen sich in Grenzen von 0,1 bis 1,2 mm bewegen. Die besten Resultate ergeben sich bei der Granülengrösse in Grenzen von 0,3 bis 0,6 mm.
Damit der Schmelzleiter 4 eine hohe Festigkeit hat, damit eine bessere Abkühlung und eine gleichmässige Verteilung der Aluminiummasse im Quarzsand gewährleistet wird, soll der Schmelzleiter 4 Streifen 5 mit einem Verhältnis deren Breite im breitesten stromführenden Teil 6 zur Dicke nicht unterhalb von 2 1 und nicht oberhalb von 100:1 haben.
In Abhängigkeit vom Wert des Nennstromes, den herstellungstechnischen Anforderungen u. ä lässt die Sicherung verschiedene Ausführungsvarianten des in Form der Streifen 5 ausgeführten Schmelzleiters 4 zu. Fig. 2 zeigt den einfachsten in Form eines Streifens 5 ausgeführten Schmelzleiter 4 für geringe Nennströme. Der Querschnitt solch eines Streifens wird in Abhängigkeit von dessen Dicke gewählt, wobei es zweckmässig ist, dass das Verhältnis seiner Breite zur Dicke im breitesten stromführenden Teil 6 in Grenzen von 2 1 bis 100 1 liegt Speziell ist es geboten, bei einer Dicke der Streifen von 0,1 bis 0,3 mm deren Querschnitt in einem Bereich von 0,3 bis 0,7 mm2 zu wählen.
Das Grenzverhältnis des Querschnitts der Streifen im breiten stromführenden Teil 6 zum Querschnitt im schmelzbaren Teil mit einem wesentlich verringerten Querschnitt 7 wird entsprechend den erforderlichen Schutzkennlinien gewählt. Vom Standpunkt der Gewährleistung eines befriedigenden Verhältnisses zwischen dem hohen Strombegrenzungsvermögen und der mechanischen Festigkeit der Streifen ist es aber angebracht, das genannte Verhältnis der Querschnitte in Grenzen von 2 1 bis 6 1 zu wählen.
Die Schmelzabschnitte 7 mit einem wesentlich verringerten Querschnitt auf den Streifen 5 können in einem beliebigen der bekannten Verfahren - durch Plattdrücken des Streifenmaterials auf dem Abschnitt 7, Walzen des Abschnitts 7, Ausstanzen eines Teiles des Materials des Streifens 5 u. ä. - hergestellt werden. In dem in Fig. 2 dargestellten konkreten Beispiel ist zur deutlicheren Bezeichnung des Schmelzabschnitts 7 die Verringerung des Querschnitts durch Ausstanzen eines Teiles des Metalls erreicht worden. In Fig. 1 sind derartige Abschnitte 7 auf den Streifen 5 mit Hilfe der Öffnungen 8 ausgeführt worden.
Die Länge des Streifens 5 des Schmelzleiters 4 und die Zahl der Schmelzabschnitte 7 auf diesem werden durch die Grösse der Nennspannung der Sicherung bestimmt. Speziell können die Länge des Streifens 5 für die erforderliche Nennspannung der Sicherung entsprechend den Empfehlungen der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) für die Körperlängen der Sicherungen bei entsprechender Spannung und die Zahl der Schmelzabschnitte 7 auf dem Streifen 5, ausgehend von 80 bis 220 V Nennspannung pro solch einen Schmelzabschnitt 7, genommen werden.
Falls erforderlich kann der Schmelzleiter 4 aus mehreren an den Kontaktanschlüssen 3 zueinander parallel geschalteten Streifen zusammengesetzt werden und den Schmelzleiter 4 in Form einer Reihe der Streifen 5 (Fig. 1) oder in Form einiger Reihen der Streifen 5 bilden.
Bei einer Sicherung für mittlere und grosse Nennströme ist es angebracht, den Schmelzleiter aus in Analogie zu den Streifen 5 (Fig. 2) stromführende Abschnitte 6 (Fig. 3) mit ganz leitendem Querschnitt und mindestens einen Schmelzabschnitt 7 mit einem wesentlich verringerten Querschnitt aufweisenden Platten 9 (Fig. 3) herzustellen. Das Grenzverhältnis des Querschnitts der Platte 9 auf den stromführenden Abschnitten 6 zum Querschnitt des Schmelzabschnitts 7 ist zweckmässigerweise ebenso wie auf den Streifen 5 (Fig. 2) in Grenzen von 2 1 bis 6 : 1 auszuführen.
Zweckmässig wird die Platte 9 zum Teil in Streifen 5 (Fig. 4) in Form von der Plattenebene derart abgebogener geteilt, dass die Schmelzabschnitte 7 der Platte 9 auf den in Streifen 5 geteilten Abschnitten der Platte 9 (Fig. 5) liegen. Hierbei kann die Platte, falls auf der Platte 9 nicht ein einziger, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, sondern mehrere Schmelzabschnitte 7 vorhanden sind, in von der Ebene der Platte 9 an mehreren Stellen abgebogene Streifen 5 getrennt werden. Eines derartiger Ausführungsbeispiele ist in Fig. 6 gezeigt
Nicht minder zweckmässig wird der aus der Platte 9 (Fig. 7) gebildete Schmelzleiter zum Teil in Streifen 5 getrennt, die Schmelzabschnitte 7 der Platte 9 in Form von Streifen enthalten, deren Ebenen um die eigene Längsachse verschwenkt sind.
Hierbei kann die Platte 9 ebenso wie bei der vorangehenden Ausführungsvariante des Schmelzleiters beim Vorhandensein auf die Platte 9 nicht eines einzigen sondern mehrerer derartiger Schmelzabschnitte an mehreren Stellen 7 in Streifen 5 mit verschwenkten Ebenen getrennt werden. Die Frontansicht und die Axonometrie der Platte 9 beim Vorhandensein zweier Schmelzabschnitte 7 auf dieser sind in Fig. 8 bzw. 9 dargestellt
Bei der Herstellung der Schmelzleiter aus den Platten 9, bei denen das Verhältnis des Querschnitts auf den stromführenden Abschnitten 6 zum Querschnitt der Schmelzabschnitte unterhalb von 3,5:
1 liegt, d. h. bei den Schmelzleitern mit einem sehr geschwächten Querschnitt auf den in diesem Fall mit Hilfe von Löchern 8 ausgeführten Schmelzabschnitten, ist es vorteilhaft, die Platten 9 zum Teil in von der Ebene der Platte 9 auf den Abschnitten des ganz leitenden Querschnitts 6 abgebogene Streifen 5 zu trennen.
Falls notwendig kann der Schmelzleiter 4 auf mehrere an den Kontaktanschlüssen 3 zueinander parallel geschalteten Streifen 5 zusammengesetzt werden; der Schmelzleiter 4 wird dann von einer Reihe Streifen 5 (Fig. 1) oder von mehreren Reihen Streifen 5 gebildet, wobei die Anzahl derartiger Streifen 5 geteilter Abschnitte der Platte 9 zweckmässigerweise die Grösse (n+ 1) nicht unterschreitet (Fig. 10,11) und die Grösse (5n-1) nicht überschreitet (Fig. 12), wo n die Zahl der in Streifen nicht geteilten Plattenabschnitte 10 ist, welche sowohl Abschnitte mit unverringertem Querschnitt, als auch Schmelzabschnitte mit verringertem Querschnitt aufweisen. Eine solche konstruktive Ausführung verleiht dem Schmelzleiter mit einem auf den Schmelzabschnitten sehr geschwächten Querschnitt eine vernünftige räumliche Form sowie die erforderliche Festigkeit.
Ein ähnlicher Effekt wird auch bei den Schmelzleitern erbracht, die aus Platten gebaut sind, welche die gleiche Anzahl von Abschnitten 10 wie in der vorhergehenden Variante (nicht unterhalb von (n+ 1 > undnicht oberhalb von (5n-1)) aufweisen, wenn die Ebenen der Streifen 5 der Platte 9 um die eigenen Längsachsen verschwenkt sind. Die Frontansicht und die Axonometrie solch eines Schmelzleiters sind in Fig. 13 und 14 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt der nicht in Streifen geteilte Abschnitt 10 der Platte 9 mehrere Schmelzabschnitte in Form von zwei Reihen Öffnungen.
In den zwei vorhergehenden Varianten der Konstruktion des Schmelzleiters, deren Ausführungsbeispiele in Fig.10,11, 12 und in Fig. 13,14 dargestellt sind, können auf den in Streifen 5 geteilten Abschnitten der Platte 9, falls erforderlich, oder wenn an die Festigkeit des Schmelzleiters keine harten Anforderungen gestellt werden, zusätzliche Schmelzabschnitte erzeugt werden. Ein solches Ausführungsbeispiel der Konstruktion des Schmelzleiters ist in Fig.15 (Frontansicht) und in Fig. 16 (in der Axonometrie) wiedergegeben. Die zusätzlichen Schmelzabschnitte II sind in diesen Figuren durch Ausstanzen eines Teiles des Materials des Streifens 5 hergestellt.
Die oben beschriebenen Ausführungsvarianten der Schmelzleiter aus den Platten 9 können in Streifen geteilte Abschnitte aufweisen, bei denen nur ein Teil der Streifen 5 (Fig. 17), beispielsweise jeder zweite, von der Ebene der Platten 9 abgebogen oder nur ein Teil der Streifen 5 (Fig. 18) um ihre Achse verschwenkt ist.
Fig. 19 zeigt eine Variante der Konstruktion des aus der Platte 9 hergestellten Schmelzleiters, wo im Unterschied zu den in Fig. 7,8,9, 12, 13 dargestellten Varianten die Ebenen der verschwenkten Streifen 5 in die Seite, speziell nämlich in eine Seite bezüglich der Ebene der Platte 9 um einen Wert A verschoben sind.
Zur rationelleren Anordnung der Schmelzleiter im Körper der für grössere Ströme ausgelegten Sicherung können die aus den Platten hergestellten Schmelzleiter miteinander elektrisch an den Kontaktanschlüssen 3 gekoppelt und derart montiert werden, wie dies in Fig. 20 gezeigt ist.
In dieser Figur ist einer der Schmelzleiter 12 zu einem Röhrchen gerollt und der andere Schmelzleiter 13 innerhalb des Schmelzleiters 12 untergebracht. Darüber hinaus sind auch andere Varianten der Anordnung der Schmelzleiter 12 und 13 innerhalb des Sicheruiigskörpers möglich.
Zur besseren Füllung der Hohlräume in der Nähe der Kontaktanschlüsse 3 mit dem Quarzsand weist der Schmelzleiter 12 an der Verbindungsstelle mit den Kontaktanschlüssen 3 Schlitze 14 auf. Ähnliche Schlitze kann auch der Schmelzleiter 13 haben.
Zur Erhöhung der Trägheit und Herabsetzung der Ansprechtemperatur der Sicherung bei Überlastströmen oberhalb des Grenz(schmelz)stromes ist der Schmelzleiter der Sicherung zweckmässigerweise aus mindestens zwei aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten, miteinander in Reihe über ein aus Zink oder seiner Legierung ausgeführtes Zwischenstück 16 geschalteten Leitern 15 (Fig. 21) zu fertigen.
Es ist zu betonen, dass das Zwischenstück 16 gerade aus Zink oder seiner Legierung zweckmässigerweise herzustellen ist, weil die Verbindung von Aluminium mit Zink und seinen Legierungen gleichzeitig sowohl eine hohe mechanische Festigkeit als auch eine hohe Beständigkeit gegen die elektrochemische Korrosion durch die Atmosphäre besitzt Diese Eigenschaften sind zur Verleihung einer erforderlichen Festig- keit des Schmelzleiters nötig.
Es ist auch hervorzuheben, dass es bei Anwendung einer Zinklegierung als Zwischenstück 16 zweckmässig ist, dass deren Schmelztemperatur eine Temperatur von 500 "C unterschreitet und der Zinkgehalt darin nicht unter 15% der Masse der Legierung liegt Als Ingredienzen können in solch eine Legierung Aluminium, Magnium, Kupfer, Kadmium, Zinn und andere leichtschmelzende Metalle ingeführt werden.
Die Schmelzleiter mit dem Zwischenstück 16 aus Zink oder seiner Legierung können in allen oben beschriebenen Varianten der Konstruktion des Schmelzleiters ausgeführt werden.
Es werden einige Beispiele derartiger Ausführungen betrachtet
Fig. 21 zeigt das einfachste Beispiel eines das in Form eines Streifens 15 ausgeführte Zinkzwischenstück 16 enthaltenden Schmelzleiters. Die Stossstellen 17 der Aluminiumleiter 15 mit dem Zinkzwischenstück 16 stellen in diesem Schmelzleiter Schmelzabschnitte dar.
Der Querschnitt des Zwischenstücks 16 wird unter der Bedingung der erforderlichen Trägheit der Strom-Zeit-Kennlinie der Sicherung gewählt.
Je grösser der Querschnitt des Zwischenstücks 16 ist, um so höher liegt die Trägheit des Verlaufes der Strom-Zeit-Kennlinie der Sicherung mit solch einem Schmelzleiter.
Fig. 22,23 zeigen einen Schmelzleiter, der aus der Platte 9 ausgeführt ist, bei der die aus den Aluminiumleitern 15 hergestellten stromführenden Abschnitte mit ganz leitendem Querschnitt zum Teil in von der Ebene der Platte 9 seitlich abgebogene Streifen 5 geteilt sind. Die Schmelzabschnitte der Platte 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel des Schmelzleiters auf dem Zwischenstück 16 angeordnet, dessen Querschnitt durch Ausstanzen einer Reihe der Löcher 8 verringert ist Fig. 24,25 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Schmelzleiters aus der Platte 9, bei dem zum Unterschied von dem vorhergehenden, in Fig. 22,23 dargestellten Beispiel die Schmelzabschnitte mit verringertem Querschnitt nicht nur auf dem Zwischenstück 16, sondern auch auf den in Form der von der Ebene der Platte 9 abgebogenen Streifen 5 hergestellten Aluminiumleitern 15 ausgeführt sind.
Ein ähnlicher Effekt wie auch im vorhergehenden Fall der Ausführung des aus einigen miteinander in Reihe durch das Zwischenstück 16 geschalteten Aluminiumleitern 15 bestehenden Schmelzleiters kann auch bei Schmelzleitern erreicht werden, in denen mindestens ein aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgeführter Leiter 15 in seinem mittleren Teil 17 eine Schicht eines leichtschmelzbaren Lösungsmittels enthält, als welches Zink oder dessen Legierung ausgenutzt ist.
Ein niedriges Fliessvermögen von Zink auf der Oberfläche des Aluminiums beim Abschmelzen und die Fähigkeit, mit dem Aluminium bei geringer Überhitzung (440 bis 460 "C) der Schmelze bezüglich der Schmelztemperatur (420 "C) des Zinkes unter Ausbildung einer Flüssigmetallösung mit hohem elektrischem Widerstand schnell zusammenzuschmelzen, gestatten es dem Schmelzleiter in derartiger Ausführung eine axakte Strom-Zeit-Kennlinie für das Ansprechen der Sicherung im Bereich der Überlastströme zu gewährleisten. Zur selben Zeit gewährleisten die verhältnismässig niedrige Schmelztemperatur von Aluminium und Zink und deren gute Korrosionsbeständigkeit geringe Leistungsverluste in der Sicherung und eine Dauerarbeit im Nennbetrieb.
Die Schmelzleiter in Form der in ihrem mittleren Teil 17 eine Zinkschicht enthaltenden Aluminiumleiter 15 können bei allen oben beschriebenen Varianten der Konstruktion eines Schmelzleiters ausgeführt werden.
Fig. 26 zeigt eine der Varianten eines Schmelzleiters mit einer auf diesen aufgetragenen Schicht 18 eines Zinklösungsmittels.
Die Schicht 18 des Zinklösungsmittels ist auf den mittleren Teil (manchmal eine Überlastansprechstelle genannt) des Leiters 15 aufgebracht
Diese Schicht 18 weist, wie aus Fig. 26 ersichtlich, eine bestimmte Dicke auf, die unter der Bedingung der erforderlichen Trägheit der Strom-Zeit-Kennlinie des Schmelzleiters gewählt wird.
Je dicker die Schicht 18 ist, desto höher liegt die Trägheit der Strom-Zeit-Kennlinie für das Ansprechen der Sicherung.
Der Verlauf der Strom-Zeit-Kennlinie für das Ansprechen des Schmelzleiters im Bereich der Überlastströme kann beeinflusst werden, indem der Querschnitt des Schmelzleiters an der Stelle der Anordnung der Schicht 18 (Fig. 27) reduziert wird. Die Reduzierung des Querschnitts kann beispielsweise durch Ausführung einer Reihe von Löchern in dem mittleren Teil 17 des Leiters 15 erreicht werden, auf den im weiteren diese Schicht 18 (Fig. 28) aufgebracht wird.
Darüber hinaus kann die Strom-Zeit-Kennlinie auch durch Variieren der Zusammensetzung der Zinkschicht 18 beeinflusst werden, wobei verschiedene Legierungen von Zink mit Aluminium, Magnium, Kadmium, Zinn und anderen leichtschmelzenden Metallen zur Anwendung kommen. Hierbei ist es zweckmässig, dass die Schmelztemperatur derartiger Legierung 500 OC nicht überschreitet, während der Zinkgehalt darin nicht unter 15% der Masse der Legierung absinkt
Um die Alterung der Schmelzleiter (Änderung der Kennlinien im Arbeitsvorgang) gering zu halten, ist es zweckmässig, dass die Abmessungen der Schicht 18 in Richtung des Stromflusses 15% der Länge des Schmelzleiters in derselben Rich- tung unterschreiten.
Die Schicht 18 kann auf den Schmelzleiter in einem beliebigen der bekannten Verfahren aufgebracht werden.
Speziell kann zu diesem Zweck eine Methode des Auflötens der Zinkmasse auf den Schmelzleiter sowie solch ein Verfahren wie Widerstandsschweissen eines Zinkstreifens mit dem Schmelzleiter verwertet werden.
Am meisten bevorzugt wird die letzte Methode.
Fig. 29 zeigt Beispiele von Strom-Zeit-Kennlinien für das Ansprechen der Schmelzleiter der Sicherung der vorliegenden Konstruktion, die einen gleichen Grenzstrom Ii aufweisen, jedoch mit verschiedenen Typen der Schmelzleiter ausgeführt sind. In dieser Figur geben die Kurven (a) und (b) die Schmelzzeit t der Sicherungen in Abhängigkeit vom Wert des durch sie fliessenden Stromes an, wobei die Kurve (a) einer Sicherung, deren Schmelzleiter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgeführt sind, die Kurve (b) Sicherungen entspricht, deren Schmelzleiter entweder ein Zinkzwischenstück 16 oder eine Schicht 18 eines Zinklösungsmittels enthalten, Iz -Bereich der Überlastströme, 13 - Bereich der Kurzschlussströme, - - Nennstrom der Sicherung.
Die beschriebene Schmelzsicherung zum Schutz elektrischer Stromkreise weist folgende Vorteile aut
Bei Nennströmen und zulässigen kurzzeitigen Überlastströmen im Stromkreis arbeitet die Sicherung wie ein normaler Leiter. Eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine recht hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit des Materials des Schmelzleiters gewährleisten der Sicherung unter diesen Arbeitsbedingungen einen Dauerbetrieb, eine geringe Überhitzung und kleine Leistungsverluste.
Bei Fehlerströmen im Stromkreis wird der Schmelzleiter der Sicherung zerstört und ein in der Sicherung entstehender elektrischer Lichtbogen durch den Quarzsand sicher gelöscht.
Hierbei werden die Möglichkeit eines Bruches des Sicherungskörpers und die Überbrückung der Pole des Stromkreises infolge einer in der Sicherung entstehenden exothermen Reaktion des Schmelzleiters aus Aluminium mit Quarzsand durch die Konstruktion vollkommen ausgeschlossen, was auf eine recht regelmässige Verteilung der Aluminiummasse über den Umfang des Quarzsandes und auf ein optimales Verhältnis der Massen von Quarzsand und Aluminiummaterial des Schmelzleiters zurückzuführen ist, bei dem der Quarzsand trotz der exothermen Reaktion mit Aluminium im gesamten Bereich der Fehlerströme immer noch maximal befähigt ist, die sich in der Sicherung entwickelnde Energie intensiv aufzunehmen und über seinen Umfang zu zerstreuen und die Funktionen eines wirksamen Lichtbogen-Löschmediums zu erfüllen.
Bei Verwendung der ein Zwischenstück 16 oder eine Schicht 18 aufweisenden Schmelzleiter aus Aluminium schmilzt unter der Einwirkung von (unzulässigen) Dauer-Überlastströmen und einer sich entwickelnden Wärme als erstes das leichter schmelzbare Zinkzwischenstück 16 bzw. die Schicht 18 und bildet im mittleren Teil des Schmelzleiters aus Aluminium, indem es rasch mit dem letztgenannten zusammenschmilzt, eine flüssigmetallene Brücke der Aluminium-Zink-Legierung.
Da die Brücke einen hohen elektrischen Widerstand (um eine Grössenordnung höher als der Widerstand desselben Abschnitts bis zur Bildung der flüssigmetallenen Brücke) besitzt, wird sie durch den über sie fliessenden Strom schnell zerstört und unterbricht den elektrischen Stromkreis. Hierbei wird die Erhöhung der Trägheit der Strom-Zeit-Kennlinie für die Schmelzung der Sicherung (Fig. 29, Kurve (b)) dank einer bedeutend grösseren Masse von Schmelzabschnitten aus Zink erreicht, zu deren Erschmelzung eine viel grössere Wärmemenge als für einen ähnlichen Schmelzabschnitt aus Alumi nium benötigt wird.
Die hohe Stabilität der Strom-Zeit-Kennlinie für die
Schmelzung der Sicherung mit derartigen Schmelzleitern wird durch die Fähigkeit der Zinkschmelze, mit Aluminium selbst bei deren geringer Überhitzung (20 bis 30 "C über der Schmelztem peratur) rasch zusammenzuschmelzen, sichergestellt.
Die hohe Stabilität aller genannten Arbeitskennlinien der Sicherung in der vorgeschlagenen Konstruktion im ganzen wird durch Anwendung der Schmelzleiter bei dieser in Form von eine erhöhte Beständigkeit gegen mechanische Beschädigungen im Herstellungs- und Betriebsvorgang der Sicherung aufweisenden, verhältnismässig dicken Aluminiumleitern erreicht, was seinerseits durch Schaffung in der Sicherung von Bedingungen für eine maximale Wirksamkeit der Lichtbogenlöschung durch den Quarzsand ermöglicht worden ist, wodurch die Fälle eines Bruches der Sicherungskörper infolge einer in der Sicherung entstehenden exothermen Reaktion ausgeschlossen werden.
Die Prüfungen haben ergeben, dass derartige Sicherungen in den Stromkreisen mit einer Nennspannung von 660 V in der Lage sind, einen Strom mit einem Effektivwert von 100 kA zuverlässig abzuschalten und ohne Änderung der Arbeitskennlinien Stossbelastungen nicht unter 15 g standzuhalten, wo g die Erdbeschleunigung ist
Hierbei sind diese Angaben noch keineswegs eine Grenze für derartige Sicherungen, sondern nur eine Grenze für die Möglichkeiten der Prüfeinrichtung, auf der die Prüfkörper erprobt worden sind.
Die Prüfungen haben auch gezeigt, dass die beschriebenen Sicherungen eine hohe Selektivität besitzen, und zwar kann das Verhältnis des Wertes der Integrale II2dt für ein vollständiges Ansprechen zu demselben Integral für das Schmelzen einen Wert von - drei betragen.
Die hohe Arbeitszuverlässigkeit der Sicherungen mit Schmelzleitern vorgeschlagener Konstruktion aus Aluminium eröffnet weitgehende Anwendungsmöglichkeiten für derartige Sicherungen in der Industrie, was es gestattet, Tonnen aufwendiges und äusserst mangelhaftes Silber einzusparen und einen hohen ökonomischen Nutzeffekt zu erbringen.
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PATENT CLAIMS
1. A fuse for protecting electrical circuits, which contains a body filled with quartz sand, contact connections and a fusible conductor made of aluminum or an aluminum alloy, characterized in that the ratio of the mass of the quartz sand (2) filling the body (1) to the mass of the quartz sand contained in this (2) housed fuse element (4) made of aluminum or an aluminum alloy is not below 40: 1.
2nd A fuse according to claim 1, which contains a fuse element which is in the form of strip conductors accommodated in quartz sand, characterized in that each of the strips (5) of the fuse element (4) in the widest current-carrying part (6) has a ratio of width to thickness in the region from 2 1 to 100 1.
3rd Fusible link according to Claims 1 and 2, which contains a fusible conductor which consists of at least one plate which has current-carrying sections with an unreduced cross section and at least one fusible section with a reduced cross section, characterized in that the plate (9) is partially in strips (5) which is designed in the form of a conductor bent out from the plane of the plate (9), the melting sections (7) of the plate (9) lying on the sections of the plate (9) divided into strips (5) (FIG. 4.5).
4th Fusible link according to Claims 1 and 2, which contains a fusible conductor which consists of at least one plate which has current-carrying sections with an unreduced cross section and at least one fusible section with a reduced cross section, characterized in that the plate (9) is partially in strips (5) is divided, the planes of which are pivoted about their own longitudinal axes, the melting sections (7) of the plate (9) lying on the sections of the plate (9) divided into strips (5) (FIG. 7).
5. Fusible link according to Claims 1 and 2, which contains a fusible conductor which consists of at least one plate which has current-carrying sections with an unreduced cross section and at least one fusible section with a reduced cross section, characterized in that the sections (6) of the plate (9), where the plate (9) has an unreduced cross-section, partially divided into strips (5) which are designed in the form of conductors bent out from the plane of the plate (9), the number of sections of the plate (5) divided into strips (5) 9) does not fall below n + 1 and does not exceed 5n-1, where n is the number of sections (10) on the plate (9) which are not divided into strips, have an undiminished cross-section and the melting sections (7) of the plate ( 9) with a reduced cross section (Fig. 10, 11, 12).
6. Fusible link according to Claims 1 and 2, which contains a fuse element which consists of at least one plate which has current-carrying sections with an unreduced cross section and at least one fuse section with a reduced cross section, characterized in that the sections (6) of the plate (9), where the plate (9) has an undiminished cross section, partially divided into strips (5), the planes of which are pivoted about their own longitudinal axes, the number of sections of the plate (9) divided into strips (5) not less than n + 1 and 5n-1 does not exceed where n is the number of sections (10) on the plate (9) which are not divided into strips, have an undiminished cross-section and contain fused sections (7) of the plate (9) with a reduced cross-section (FIG . 13), 14).
7. Safety fuse according to claims 1, 4 and 6, characterized in that the planes of the pivoted strips (5) of the plate (9) of the fuse element (4) are laterally displaced from the plane of the plate (9) of the fuse element (4) (Fig . 19).
8th. Safety fuse according to patent claims 1, 5, 6 and 7, characterized in that additional fuse sections (11) with a reduced cross-section are provided on the strip (5) of the plate (9) of the fuse element (Fig. 15 and 16).
9. Fusible link according to claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8, characterized in that the fuse element (4) has at least two conductors (15) made entirely of aluminum or an aluminum alloy, each of which is made of zinc or one of its alloys made intermediate piece (16) are connected in series with each other (Fig. 21).
10th Safety fuse according to claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8, characterized in that the fuse element (4) has at least one conductor (15) made entirely of aluminum or an aluminum alloy, with a layer on the central part thereof (18) a low-melting solvent is applied, as which zinc or one of its alloys comes into consideration (Fig. 26).
The invention relates to a fuse to protect electrical circuits that can be used in distribution systems and to protect electrical equipment and devices.
Fuses with a high breaking capacity are known for general industrial purposes, which have a body filled with an arc extinguishing medium, contact connections fastened to the body and a low-melting metal fusible conductor which is accommodated in the body and connected to the contact connections (see. for example, English Patent No. 1 031 836, cl. H2G; 1965, U.S. Patent No.
3453210, class 337-159, 1970, FRG Patent No. 164 555, cl. 21c, 70, 1964 and no. 1 279 821, cl. 21c, 70, 1968, Swiss Patent No. 389 759, cl. 21c, 70, 1965).
In such fuses, quartz sand is usually used as the arc extinguishing medium, and copper or silver is predominantly used as the material for the fusible conductor. However, silver is an expensive deficient material, while copper does not guarantee the stability of the behavior of the fuses due to their low corrosion resistance at elevated temperatures.
In this context, the developers of fuses in many countries are working ever more intensively to create fuses with high breaking capacity and fusible conductors made of aluminum and aluminum alloys. Aluminum and its alloys are not a deficient material and cheap, they have high electrical and thermal conductivity, while a dense and solid oxide layer that forms on the surface of these materials protects them well against corrosion by the atmosphere.
Regardless of a number of positive requirements, the creation of fuses with fusible links made of aluminum is associated with the need to solve a complex of own specific problems. One of the most important of these problems requiring priority resolution is the problem of ensuring reliable shutdown of fault currents by such fuses.
This problem essentially boils down to the fact that when the fault currents in the fuses with fusible conductors made of aluminum are switched off, as a result of an exothermic reaction running between the fusible conductors made of aluminum and the quartz sand, there is very often a critical reduction in the arc quenching capacity of the quartz sand , causing the fuse body to break and an electric arc to shoot out the poles of the circuit to be protected (see Przeglad Elektrotechniczny, Poland, RXU
z 7 p. 253 to 254, 1965 / nz Jan Nasilowski Badania piasku kwarcowego do bezpiecznikow topikowych).
A satisfactory technical solution to this problem is also the known one by a Danish company (see Swiss patent no. 501 994, cl. HOlh, 85/04 and its analogue - English patent no. 1 299 581, cl. H2 G) Laur Knudsen proposed construction of a fuse with a fusible link made of aluminum, the essence of which is that in the fuse filled with the quartz sand strip or cylinder fusible link made of aluminum with a ratio of the strip width or the cylinder diameter in the wide current-carrying part to the width or the diameter in the narrow fusible part can be used equal to 10 1.
An analysis of various design variants of the named fuse design, both from the point of view of ensuring a reliable switching behavior through the design, and from the point of view of the area of application and the technological manufacturing possibilities, shows that the cases of a breakage of the fuse bodies of the named structure due to an exothermic reaction during Switching off the fault currents cannot be completely ruled out, while the use of such fuses is extremely limited due to their insufficient selectivity.
In addition, such fusible conductors are fragile because of a very large difference in the cross sections of the wide current-carrying and the narrow fusible part of the fusible conductor and a low mechanical strength of the conductive materials made of aluminum and become when they are assembled in the body or when the body is loaded with one Filler often damaged. Finding damage to an assembled fuse element, for example a crack in the fuse element, is practically impossible. However, this defect can distort the properties of the fuse in such a way that it can become inoperative.
In addition, fuse elements of this type can be severely damaged during operation of the fuses as a result of the thermal stresses and mechanical stresses which arise, which likewise fundamentally change the properties of the fuse and can make it impossible to use it further.
In accordance with what has been said, the object of the invention is to provide a fuse design for protecting electrical circuits with a fuse element which is predominantly or entirely made of aluminum or its alloys, high breaking capacity, stable current-time characteristics for the response, has increased selectivity and increased strength of the fuse element.
This is achieved in that, in accordance with the invention, in the case of a fuse for protecting electrical circuits, which contains a body filled with quartz sand, contact connections and a fusible conductor made of aluminum or an aluminum alloy, the ratio of the mass of the quartz sand filling the fuse body to the mass of the quartz sand is accommodated Fusible conductor made of aluminum or an aluminum alloy is not below 40 1.
In the case of a fusible conductor in the form of a strip line separated from one another by the quartz sand, each of the strips of the fusible line expediently has the widest part of the ratio of the width to its thickness in the range from 2: 1 to 100: running.
In the case of a fusible conductor made of at least one current-carrying section with a completely conductive cross-section and at least one fusing section with a reduced cross-section, the plate is expediently divided into strips in the form of conductors bent from the plane of the plate, the fusing sections of the plate being on the sections divided into strips the plate.
Also expediently, in the case of a fusible conductor made of at least one current-carrying section with a completely conductive cross-section and at least one fusible section with a reduced cross-section, the plate is partly divided into strips, the planes of which are pivoted about its own longitudinal axis, the fusing sections of the plate pointing towards the inside Strips divided sections of the plate lie.
It is very expedient, in the case of a fusible conductor made of at least one current-carrying section with a completely conductive cross-section and at least one fusible section with a reduced cross-section, the sections with a completely conductive cross-section are separated in part in strips in the form of conductors bent from the plate plane, the number of these being in Strips of separate plate sections must exceed n + 1 and 5n-1, where n is the number of plate sections with undivided sections having the melting sections of the plate.
Also expediently, in the case of a fusible conductor made of at least one current-carrying section with a completely conductive cross section and at least one fusible section with a reduced cross section, the plate sections with a completely conductive cross section are partially separated into strips, the planes of which are pivoted about their own longitudinal axis, the number of such, in strips of divided plate sections must exceed n + 1 and fall below 5n-1, where n is the number of plate sections with undivided plate sections that have the melting sections of the plate.
It is also useful, in the case of a fusible conductor which is made from a plate which is partly separated into strips, the planes of which are pivoted about its own longitudinal axis, to move these strips to the side with respect to the plate plane of the fusible conductor.
In addition, it is advantageous to use a fusible conductor made of at least one current-carrying section with a completely conductive cross-section and at least one fusible section with a reduced cross-section, where the sections with a completely conductive cross-section are partially bent to the side of the plate or pivoted about its own longitudinal axis and to the side strips displaced with respect to the plane of the plate are separated with a number of such plate sections above n + 1 and below 5n-1, where n is the number of plate sections with undivided plate sections having the melting sections, additional melting sections with a reduced cross section are carried out on the strips of the separated plate sections.
It is also expedient for a fuse element to connect at least two conductors made of aluminum or an aluminum alloy in series with one another by means of an intermediate piece made of zinc or its alloy.
No less expedient, in the case of a fusible conductor, at least one conductor composed entirely of aluminum or an aluminum alloy contains in the middle part a layer of a light-melting solvent, such as zinc or its alloy.
The present construction of the fuse allows, by creating conditions in the fuse for reliable arc extinguishing when using relatively thick aluminum conductors in the fuse element, at the same time eliminating cases of breakage of the fuse bodies when the fault currents are switched off due to an exothermic reaction of aluminum with quartz sand, and the To reduce the susceptibility of the fusible links made of aluminum in the manufacturing and working process of the fuses.
In addition, the present design allows the fuses to ensure the required selectivity.
All this together makes it possible, in the present design of the fuse with a fuse element made of aluminum conductors, to ensure that the fuses have a high breaking capacity, selectivity and stability of the current-time characteristic curves for the response which modern fuses have for general industrial purposes.
For a better understanding of the nature of the invention, exemplary embodiments for various variants of the present fuse are listed below with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1 the overall view of a fuse with a partial break of the body wall;
Fig. 2 a fusible conductor from a strip;
Fig. 3 a fuse element of a fuse from a plate;
Fig. 4 is a front view of a fuse element of a fuse made of a plate which is partly separated into strips;
Fig. 5 the same fuse element as in Fig. 4, in axonometry;
Fig. 6 shows a fuse element of a fuse from a plate having several sections divided into strips;
;
Fig. 7 shows a fuse element of a fuse made of a plate which is partly separated into strips, the planes of which are pivoted about their own longitudinal axis;
Fig. 8 a fuse element according to FIG. 7 with several identical sections, in front view;
Fig. 9 the same fuse element as in Fig. 8, in axonometry;
Fig. 10 shows a fuse element of a fuse made of a plate having two sections, some of which are separated into strips, with a fuse section on an undivided plate section;
Fig. 11 a fuse element of a fuse analogous to that in FIG. 10 shown with multiple melting sections on the undivided plate sections;
Fig. 12 shows a fuse element of a fuse made of a plate having a plurality of sections divided into strips and having a fuse section on the undivided plate portion;
;
Fig. FIG. 13 shows a fuse conductor of a fuse from a plate having an undivided plate section, on which two fuse sections are implemented, in a front view; FIG.
Fig. 14 the same fuse element as in Fig. 13 in axonometry;
Fig. 15 is a front view of a fuse element with sections, some of which are divided into strips;
Fig. 16 the same fuse element as in Fig. 15, in axonometry;
Fig. 17 a fusible conductor in the form of a plate with strips partially bent from the plane of the plate;
Fig. 18 a fuse element in the form of a plate with strips partially pivoted about the longitudinal axis;
Fig. 19 a fusible conductor in the form of a plate with strips pivoted about the longitudinal axis and shifted to the side from the plane of the plate;
Fig. 20 shows an example of the connection of fuse elements to contact connections of a fuse;
; Fig. 21 a fuse element of a fuse of conductors connected in series with one another by an intermediate piece made of zinc;
Fig. 22 shows a fuse element of a fuse from a plate in the form of a plurality of conductors connected in series by intermediate pieces made of zinc, in a front view;
Fig. 23 the same fuse element as in Fig. 22, in axonometry;
Fig. 24 is a front view of a fuse element of a fuse comprising a plate having an intermediate piece made of zinc and an undivided plate section with two fuse sections;
Fig. 25 the same fuse element as in Fig. 24 in axonometry;
Fig. 26 a fuse element of a fuse made of an aluminum conductor, in the middle part of which a layer of a solvent is applied;
;
Fig. 27 shows a fuse element of a fuse made of a plate which is partly separated into strips and has a section with a layer of solvent applied to it in the form of a strip;
Fig. 28 shows a fuse element of a fuse made of a plate which is partly separated into strips and has a section with a layer of a solvent applied thereon in the form of a perforated strip;
Fig. 29 Current-time characteristics of a fuse.
The fuse contains a body 1 filled with quartz sand 2 (FIG. 1), contact connections 3 fastened to the body 1 and a fusible conductor 4, which is accommodated in the body 1 and coupled to the contact connections 3, and consists predominantly or entirely of aluminum or an aluminum alloy.
The ratio of the mass of the quartz sand 2 filling the body 1 to the mass of the aluminum material of the fusible conductor 4 accommodated in this quartz sand 2 must be in the range from 40 1 to 200 :. With a smaller ratio of the masses mentioned, the fuse is not able to guarantee reliable arc extinguishing in the entire area for the fault currents. It is not worthwhile to run them with a larger ratio, because this does not offer any significant advantage in the arc extinguishing capacity of the construction, but only increases the dimensions of the fuse.
The body 1 of the proposed fuse can be made from an insulating material, for example from porcelain, cordierite, heat-resistant plastic, and include metal parts, for example from aluminum or its alloys.
The contact connections 3 are expediently to be made of aluminum in order to prevent any possible occurrence of electrochemical corrosion at the connection points with the fusible conductor 4 from aluminum.
In order to improve the surface conductivity of the contact part of the connections 3, the latter can be covered with silver or another agent that serves the same purpose.
The quartz sand 2 in the fuse must be clean enough and the granule sizes may range from 0.1 to 1.2 mm. The best results are obtained with the granule size in the range of 0.3 to 0.6 mm.
So that the fusible conductor 4 has a high strength, so that better cooling and a uniform distribution of the aluminum mass in the quartz sand is ensured, the fusible conductor 4 should strip 5 with a ratio of their width in the widest current-carrying part 6 to the thickness not below 2 1 and not above of 100: 1.
Depending on the value of the nominal current, the manufacturing requirements and. The fuse allows different design variants of the fuse element 4 in the form of the strips 5. Fig. 2 shows the simplest fuse element 4 in the form of a strip 5 for low rated currents. The cross section of such a strip is selected depending on its thickness, it being expedient that the ratio of its width to the thickness in the widest current-carrying part 6 is in the range from 2 1 to 100 1. In particular, it is advisable for the strip to have a thickness of 0.1 to 0.3 mm to choose their cross-section in a range from 0.3 to 0.7 mm2.
The limit ratio of the cross section of the strips in the wide current-carrying part 6 to the cross section in the fusible part with a substantially reduced cross section 7 is selected in accordance with the required protection characteristics. From the point of view of ensuring a satisfactory relationship between the high current-limiting capacity and the mechanical strength of the strips, however, it is appropriate to choose the above-mentioned ratio of the cross sections within a range from 2 1 to 6 1.
The melting sections 7 with a substantially reduced cross-section on the strip 5 can be produced in any of the known methods - by flattening the strip material on the section 7, rolling the section 7, punching out a part of the material of the strip 5 and the like. Ä. - getting produced. In the in Fig. 2 concrete example shown to reduce the designation of the melting section 7, the reduction of the cross section was achieved by punching out a part of the metal. In Fig. 1, sections 7 of this type have been carried out on the strips 5 with the aid of the openings 8.
The length of the strip 5 of the fuse element 4 and the number of fuse sections 7 thereon are determined by the size of the nominal voltage of the fuse. Specifically, the length of the strip 5 for the required nominal voltage of the fuse according to the recommendations of the International Electrotechnical Commission (IEC) for the body lengths of the fuses with the corresponding voltage and the number of fuse sections 7 on the strip 5, starting from 80 to 220 V nominal voltage per such a melting section 7 can be taken.
If necessary, the fuse element 4 can be composed of several strips connected in parallel at the contact connections 3 and the fuse element 4 in the form of a row of the strips 5 (FIG. 1) or in the form of a few rows of strips 5.
In the case of a fuse for medium and large nominal currents, it is appropriate to remove the fuse element in analogy to strip 5 (Fig. 2) Live sections 6 (Fig. 3) with a completely conductive cross section and at least one melting section 7 with a significantly reduced cross section having plates 9 (FIG. 3) to manufacture. The limit ratio of the cross section of the plate 9 on the current-carrying sections 6 to the cross section of the melting section 7 is expediently the same as on the strip 5 (FIG. 2) to be carried out within a range of 2 1 to 6: 1.
Advantageously, the plate 9 is partially in strips 5 (Fig. 4) divided in the form of the plate plane in such a way that the melting sections 7 of the plate 9 on the sections of the plate 9 divided into strips 5 (FIG. 5) lie. Here, the plate, if not a single one on the plate 9, as shown in FIG. 3, but a plurality of melting sections 7 are present, in strips 5 bent at several points from the plane of the plate 9 are separated. Such an embodiment is shown in Fig. 6 shown
No less expedient is that from the plate 9 (Fig. 7) formed fusible conductors partially separated into strips 5, which contain fusible sections 7 of the plate 9 in the form of strips, the planes of which are pivoted about their own longitudinal axis.
Here, just as in the preceding embodiment variant of the fusible conductor, the plate 9 can be separated from the plate 9 rather than a single but several such fusible sections at several points 7 in strips 5 with pivoted planes. The front view and the axonometry of the plate 9 in the presence of two melting sections 7 thereon are shown in FIG. 8 or 9 shown
In the production of the fusible conductors from the plates 9, in which the ratio of the cross section on the current-carrying sections 6 to the cross section of the fusible sections is below 3.5:
1 is d. H. in the case of the fusible conductors with a very weakened cross-section on the fused sections, which in this case are made with the aid of holes 8, it is advantageous to partially separate the plates 9 into strips 5 bent from the plane of the plate 9 on the sections of the completely conductive cross-section 6 .
If necessary, the fuse element 4 can be put together on a plurality of strips 5 connected in parallel to one another at the contact connections 3; the fuse element 4 is then covered by a row of strips 5 (FIG. 1) or of several rows of strips 5, the number of such strips 5 of divided sections of the plate 9 expediently not less than the size (n + 1) (FIG. 10,11) and the size (5n-1) does not exceed (Fig. 12), where n is the number of plate sections 10 which are not divided into strips and which have both sections with an unreduced cross section and melting sections with a reduced cross section. Such a design gives the fuse element with a very weak cross-section on the fuse sections a reasonable spatial shape and the required strength.
A similar effect is also achieved with the fusible conductors, which are built from plates which have the same number of sections 10 as in the previous variant (not below (n + 1> and not above (5n-1)) if the levels the strip 5 of the plate 9 is pivoted about its own longitudinal axes. The front view and the axonometry of such a fuse element are shown in Fig. 13 and 14. In this exemplary embodiment, the section 10 of the plate 9 which is not divided into strips has a plurality of melting sections in the form of two rows of openings.
In the two previous variants of the construction of the fuse element, the exemplary embodiments of which are shown in FIG. 10, 11, 12 and in Fig. 13, 14, additional melt sections can be produced on the sections of the plate 9 divided into strips 5, if necessary, or if no hard requirements are placed on the strength of the fuse element. Such an embodiment of the construction of the fuse element is shown in Fig. 15 (front view) and in Fig. 16 reproduced (in axonometry). The additional melting sections II are produced in these figures by punching out a part of the material of the strip 5.
The above-described design variants of the fusible conductors from the plates 9 can have sections divided into strips in which only a part of the strips 5 (FIG. 17), for example every second, bent from the plane of the plates 9 or only part of the strips 5 (FIG. 18) is pivoted about its axis.
Fig. 19 shows a variant of the construction of the fuse element made from the plate 9, where, in contrast to the ones in FIG. 7, 8, 9, 12, 13, the planes of the pivoted strips 5 are shifted into the side, specifically specifically into one side with respect to the plane of the plate 9 by a value A.
For a more rational arrangement of the fusible conductors in the body of the fuse designed for larger currents, the fusible conductors made of the plates can be electrically coupled to one another at the contact connections 3 and mounted in the manner shown in FIG. 20 is shown.
In this figure, one of the fusible conductors 12 is rolled into a tube and the other fusible conductor 13 is accommodated within the fusible conductor 12. In addition, other variants of the arrangement of the fusible conductors 12 and 13 within the security body are also possible.
For better filling of the cavities in the vicinity of the contact connections 3 with the quartz sand, the fusible conductor 12 has slots 14 at the connection point with the contact connections 3. The fuse element 13 can also have similar slots.
To increase the inertia and lower the response temperature of the fuse in the event of overload currents above the limit (fuse) current, the fuse element of the fuse is expediently made of at least two conductors made of aluminum or an aluminum alloy and connected in series with one another via an intermediate piece 16 made of zinc or its alloy 15 (Fig. 21) to manufacture.
It should be emphasized that the intermediate piece 16 is expediently to be produced precisely from zinc or its alloy, because the connection of aluminum with zinc and its alloys at the same time has both a high mechanical strength and a high resistance to electrochemical corrosion by the atmosphere. These properties are required to give the fuse element the required strength.
It should also be emphasized that when a zinc alloy is used as an intermediate piece 16, it is expedient that its melting temperature is below a temperature of 500 ° C. and that the zinc content therein is not less than 15% of the mass of the alloy. Aluminum, magnium can be used as ingredients in such an alloy , Copper, cadmium, tin and other easily melting metals.
The fusible link with the intermediate piece 16 made of zinc or its alloy can be implemented in all of the above-described variants of the fusible link construction.
Some examples of such designs are considered
Fig. 21 shows the simplest example of a fusible conductor containing the zinc intermediate piece 16 in the form of a strip 15. The butt joints 17 of the aluminum conductor 15 with the zinc intermediate piece 16 represent fusible sections in this fusible conductor.
The cross section of the intermediate piece 16 is selected on the condition of the required inertia of the current-time characteristic of the fuse.
The larger the cross section of the intermediate piece 16, the higher the inertia of the profile of the current-time characteristic of the fuse with such a fuse element.
Fig. 22, 23 show a fusible conductor which is made from the plate 9, in which the current-carrying sections made from the aluminum conductors 15 with a completely conductive cross section are partly divided into strips 5 which are bent laterally from the plane of the plate 9. In this exemplary embodiment of the fusible conductor, the melting sections of the plate 9 are arranged on the intermediate piece 16, the cross section of which is reduced by punching out a row of the holes 8. 24, 25 show an exemplary embodiment of the fuse element from the plate 9, in which, in contrast to the previous one, in FIG. 22,23 illustrated example, the melting sections with a reduced cross section are not only designed on the intermediate piece 16, but also on the aluminum conductors 15 produced in the form of the strips 5 bent from the plane of the plate 9.
A similar effect as in the previous case of the design of the fusible conductor 15 consisting of a few aluminum conductors 15 connected in series through the intermediate piece 16 can also be achieved with fusible conductors in which at least one conductor 15 made of aluminum or an aluminum alloy has one in its central part 17 Contains layer of a readily meltable solvent, as which zinc or its alloy is used.
A low fluidity of zinc on the surface of the aluminum when it melts and the ability to quickly with the aluminum with little overheating (440 to 460 "C) of the melt with respect to the melting temperature (420" C) of the zinc to form a liquid metal solution with high electrical resistance to fuse together, allow the fuse element in such a design to ensure an exact current-time characteristic for the response of the fuse in the area of the overload currents. At the same time, the relatively low melting temperature of aluminum and zinc and their good corrosion resistance ensure low performance losses in the fuse and long-term work in rated operation.
The fusible conductors in the form of the aluminum conductors 15 containing a zinc layer in their central part 17 can be implemented in all of the variants of the construction of a fusible conductor described above.
Fig. 26 shows one of the variants of a fusible conductor with a layer 18 of a zinc solvent applied thereon.
The zinc solvent layer 18 is applied to the central portion (sometimes called an overload response point) of the conductor 15
As shown in FIG. 26 shows a certain thickness, which is selected under the condition of the required inertia of the current-time characteristic of the fuse element.
The thicker the layer 18, the higher the inertia of the current-time characteristic for the response of the fuse.
The course of the current-time characteristic curve for the response of the fuse element in the area of the overload currents can be influenced by the cross section of the fuse element at the location of the arrangement of the layer 18 (FIG. 27) is reduced. The reduction of the cross-section can be achieved, for example, by making a series of holes in the middle part 17 of the conductor 15, on which this layer 18 (FIG. 28) is applied.
In addition, the current-time characteristic curve can also be influenced by varying the composition of the zinc layer 18, various alloys of zinc with aluminum, magnium, cadmium, tin and other easily melting metals being used. It is expedient here that the melting temperature of such an alloy does not exceed 500 ° C., while the zinc content therein does not drop below 15% of the mass of the alloy
In order to keep the aging of the fuse element (change in the characteristic curves in the work process) low, it is expedient for the dimensions of the layer 18 in the direction of the current flow to be less than 15% of the length of the fuse element in the same direction.
Layer 18 can be applied to the fuse element in any of the known methods.
Specifically, a method of soldering the zinc mass onto the fuse element and such a method as resistance welding a zinc strip to the fuse element can be used for this purpose.
The last method is most preferred.
Fig. Fig. 29 shows examples of current-time characteristics for the fuse of the fuse of the present construction, which have the same limit current Ii, but are made with different types of fuse. In this figure, curves (a) and (b) indicate the fuse time t of the fuses as a function of the value of the current flowing through them, curve (a) of a fuse whose fuse element is made of aluminum or an aluminum alloy, the curve (b) corresponds to fuses whose fuse element contains either a zinc intermediate piece 16 or a layer 18 of a zinc solvent, Iz range of the overload currents, 13 range of short-circuit currents, - nominal current of the fuse.
The fuse described for protecting electrical circuits has the following advantages
With rated currents and short-term overload currents in the circuit, the fuse works like a normal conductor. Good corrosion resistance and a very high electrical and thermal conductivity of the fuse element material ensure that the fuse will operate continuously under these working conditions, with low overheating and low power losses.
In the event of fault currents in the circuit, the fuse fuse is destroyed and an electrical arc created in the fuse is safely extinguished by the quartz sand.
Here, the possibility of breakage of the fuse body and the bridging of the poles of the circuit due to an exothermic reaction of the fusible conductor made of aluminum with quartz sand arising in the fuse are completely excluded by the construction, which leads to a fairly regular distribution of the aluminum mass over the circumference of the quartz sand and an optimal ratio of the masses of quartz sand and aluminum material of the fusible conductor is to be attributed, in which the quartz sand, despite the exothermic reaction with aluminum in the entire range of fault currents, is still capable of absorbing the energy developing in the fuse intensively and dissipating it over its circumference and to perform the functions of an effective arc extinguishing medium.
When using the fusible link made of aluminum, which has an intermediate piece 16 or a layer 18, the easier-to-melt zinc intermediate piece 16 or, respectively, melts under the influence of (inadmissible) continuous overload currents and developing heat. the layer 18 and forms a liquid metal bridge of the aluminum-zinc alloy in the middle part of the fusible conductor made of aluminum by rapidly melting together with the latter.
Since the bridge has a high electrical resistance (an order of magnitude higher than the resistance of the same section until the liquid metal bridge is formed), it is quickly destroyed by the current flowing over it and breaks the electrical circuit. The increase in the inertia of the current-time characteristic curve for the fuse melting (Fig. 29, curve (b)) is achieved thanks to a significantly larger mass of melting sections made of zinc, for the melting of which a much larger amount of heat is required than for a similar melting section made of aluminum.
The high stability of the current-time characteristic for the
Melting of the fuse with such fusible conductors is ensured by the ability of the zinc melt to melt quickly together with aluminum, even with its slight overheating (20 to 30 ° C. above the melting temperature).
The high stability of all the above-mentioned working characteristics of the fuse in the proposed construction as a whole is achieved by using the fuse element in the form of an increased resistance to mechanical damage in the manufacture and operation of the fuse, which has relatively thick aluminum conductors, which in turn is achieved by creating the Securing conditions for maximum effectiveness of the arc extinguishing by the quartz sand has been made possible, whereby the cases of breakage of the fuse bodies due to an exothermic reaction occurring in the fuse are excluded.
The tests have shown that such fuses in the circuits with a nominal voltage of 660 V are able to reliably switch off a current with an effective value of 100 kA and not withstand impact loads below 15 g without changing the operating characteristics, where g is the acceleration due to gravity
Here, this information is by no means a limit for such fuses, but only a limit for the possibilities of the test facility on which the test specimens have been tested.
The tests have also shown that the fuses described have a high selectivity, namely the ratio of the value of the integrals II2dt for a complete response to the same integral for the melting can be a value of - three.
The high reliability of the fuses with fusible conductors of the proposed construction made of aluminum opens up a wide range of possible uses for such fuses in industry, which makes it possible to save tons of complex and extremely defective silver and to achieve a high economic benefit.