DE1014206B - Elektrische Hochspannungs-Schmelzsicherung mit hoher Abschaltleistung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind Hochspannungs-Schmelzsicherungen bekannt, bei denen der Schmelzleiter oder eine Gruppe von einander parallel geschalteten Schmelzleitern in einlagigen Schraubenwindungen auf einen Tragkörper von sternförmigem Querschnitt aufgewickelt und zusammen mit diesem in einen mit Löschmittel gefüllten Patronenkörper untergebracht sind. Durch diese Art der Anordnung der Schmelzleiterdrähte soll erreicht werden, daß durch Kleinhalten der Berührungsflächen zwischen den Schmelzleiterdrähten und ihrem Träger die Entstehung leitender Brücken auf diesem verhindert und andererseits zur Erhöhung der Abschaltleistung möglichst die gesamte Schmelzdrahtoberfläche in. innige Berührung mit dem Löschmittel gebracht wird. Diese Sicherungen entsprechen jedoch nicht dem heutigen. Verlangen nach Hochspannungssicherungen, die trotz erheblicher Steigerung der Abschaltleistung möglichst geringe Abmessung aufweisen sollen. Bei Hochspannungssicherungen mit um die Stegkanten im Querschnitt sternförmiger Träger gewickelten Schmelzleitern, die mit hohen Strömen belastet sind, erfordern, nämlich die sich beim Durchsohmelzen des Schmelzleiters schraubenförmig rings um den Träger sich bildende durchgehende Schmelzraupe zu einer wirksamen Löschung des bei Überstrom oder Kurzschluß entstehenden Lichtbogens, das Vorhandensein einer ausreichend großen Menge von Löschmittel rings um den Schmelzleitexträger. Die für hohe Abschaltleietungen solcher Sicherungen, notwendige Löschmittelmenge erfordert deshalb einen verhältnismäßig großen Hohlraum innerhalb' des Patronenkörpers, so· daß mit zunehmender Abschaltleistung auch die äußeren Abmessungen der Patronen wachsen.

Es wurden deshalb schon Hocbspannungs-Schmelzsicherungen mit hoher Abschaltleistung entwickelt, bei denen der von der Patronenhülse umschlossene Hohlraum durch Quer- und Längswände in eine Vielzahl von Kammern unterteilt ist, durch die ein oder mehrere Schmelzleiter unter häufiger Richtungsänderung hindurchgeführt sind. Infolge der jeweils beim Übertritt der Schmelzleiter aus einer Kammer in die andere erfolgten Abwinklung und der großen Zahl hintereinandergeschalteter Kammern war es möglich, mit verhältnismäßig kurzen Schmelzleitern auszukommen und damit auch die Gesamtlänge der Patrone gering zu halten. Neben diesen baulichen Vorteilen ergab sich die weitgehende Vermeidung von bei Kurzschlüssen auftretenden schädlichen Überspannungen, die erfahrungsgemäß um so höher sind, je länger der Schmelzleiter ist.

Nun werden aber in zunehmendem Maße von den Verbrauchern Hochspannungssicherungen, immer höherer Nennstromstärke und größerer Abschalt-

Schmelzsicherang mit hoher

Abschaltleistung

Anmelder:

Fritz Driescher,

Spezialfabrik für Elektrizitäts-Bedarf,
Rheydt (RhId.), Schwalmstr. 204

Dipl.-Ing. Hans Feindt und Helmut Frentzen,

Rheydt (RhId.),
sind als Erfinder genannt worden

leistung verlangt, die möglichst keine größeren Abmessungen haben sollen als die bisher üblichen, damit sie auch in den vorhandenen Anlagen mit gegebenen Abständen, der Aufnahmekontakte für die Sicherungen benutzt werden können,. Hier ist aber selbst den bewährten Vielkammersicherungen mit ihren an sich schon kleinen. Baumaßen eine Grenze gesetzt, denn bei allen- sonstigen-Vorteilen'besitzen diese Hochspannungshochleistungssicherungen den Nachteil, daß durch die zahlreichen, der Unterteilung des Patronenraums dienenden Quer- und Längswände ein verhältnismäßig großer Teil des für die sichere Löschung von Lichtbögen notwendigen Löschmittelvolumens verlorengeht. Infolgedessen, ist bei diesen Vielkamniersicherungen eine Steigerung der Nennstromstärke oder Abschal Leistung und eine. Anpassung an besonders schwere Abschaltbedingungen ohne Vergrößerung des Patronenraumes .nicht mehr möglich, denn diese erschwerten Betriebsbedingungen verlangen Schmelzleiter größeren Querschnitts, damit aber auch eine größere Löschmittelmenge als bisher. Hinzu kommt, daß die Vergrößerung des Schmelzleiterquer-Schnitts nicht durch Erhöhung des Querschnitts am einzelnen Draht oder Band erreicht werden kann, weil dies zu einer nachteiligen. Verringerung der Oberfläche im Verhältnis zum Volumen, weiter aber auch zu einem ebenso schädlichen Mißverhältnis zwischen Metallmaske und der Menge des sie umhüllenden Löschmittels führt. Die verlangte Quersehnitterhöhung ist also nur durch Vergrößerung der Zahl parallel geschalteter Schmelzleiter zu erreichen. Es wurden eingehende Untersuchungen über die Wirkungsweise

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der vorbekannten Vielkammersicherungen angestellt mit dem Ziel, bei ihnen im Interesse der Raumgewinnung für weitere Schmelzleiter und entsprechende Erhöhung der Löschmittelmenge alle Einbauten zu vermeiden, die für die Erhaltung der diesen Sicherungen anhaftenden großen Vorteile nicht unbedingt erforderlich waren; sie führten zu der Erkenntnis, daß diese Vorteile im wesentlichen eine Folge der Vielzahl der Durchführungen der Schmelzleiter durch feste Wände

von sternförmigem. Querschnitt aufgewickelte Schmelzleiter in einem mit Löschmittel gefüllten Patronenkörper untergebracht sind, die sich dadurch auszeichnet, daß der oder die Schmelzleiter die Stege des Tragkörper in engen, mit Abstand von den Längs^ kanten der Stege angeordneten öffnungen durchsetzen und jeweils vor und hinter den Durchtrittsöffnungen ihre Richtung deutlich ändern.

Der Aufbau derartiger Sicherungen ist wesentlich und der häufigen Richtungsänderungen der Schmelz- io einfacher als der der bekannten Vielkammersicherundrähte oder -bänder waren, durch die jeder durch- gen und nicht nennenswert schwieriger als derjenige laufende Schmelzleiter in eine Vielzahl hintereinander- mit im Querschnitt sternförmigem Träger und außen geschalteter kurzer Schmelzstrecken aufgeteilt wird. um diesen herumgewundenen Schmelzleitern-. Dagegen Die den Schmelzleiter an der Durchführungsstelle ist im Vergleich mit diesem der Bedarf an Löschberührenden Teile der Zwischenwände wirken nämlich 15 mittel und an Raum zu dessen Unterbringung erhebkühlend auf die benachbarte Leiters teile, so daß im lieh geringer und den Vielkammersicherungen gegengesamten Leiter eine entsprechend große Zahl von über erheblich an Raum zur Unterbringung von Punkten geringerer mit Punkten höherer Temperatur Löschmittel gewonnen.

abwechselt. Infolgedessen schmilzt ein solcher Leiter Die Zahl der Stege eines Tragkörpers bestimmt sich

nicht wie bei einfachen Sicherungen einschließlich 20 einerseits durch die Mindestlänge der Einzelschmelzsolcber, bei der der Leiter schraubenförmig um die strecken-, die wiederum von der auf sie entfalllenden Außenkante von im Querschnitt sternförmigen Trä- Teilspannung abhängig ist, andererseits durch die Zahl gern gewickelt ist, an einer, sondern zu gleicher Zeit der Teilstrecken, in die die einzelnen Schmelzleiter an einer Vielzahl von Stellen durch; dabei bildet sich aufzulösen sind. Grundregel dabei ist, daß die Zahl aber auch nicht nur ein einziger Lichtbogen mit einem 25 der Teilstrecken um so größer sein soll, je höher da« der angelegten Gesamtspannung· entsprechenden Span- abzuschaltende Spannung ist, denn je kleiner die an nungsgefälle, sondern eine Vielzahl von Lichtbogen einer Teilstrecke, d. h. zwischen zwei Trennwänden, mit zusätzlichen Kathodenspannungsabfällen, zwi- liegende Spannung ist, um so schwächer ist der etwa sehen deren Enden nur ein Bruchteil der angelegten auftretende Lichtbogen und um so weniger Lösch-Spannung herrscht, mit der Folge, daß sie nicht nur 30 mittel ist erforderlich, um ihn zu löschen. Je weniger wesentlich leichter zu löschen sind als ein einziger Löschmittel in unmittelbarer Nachbarschaft eines großer Lichtbogen, sondern daß die gesamte Patrone Leiters bereitgehalten werden muß, um so näher durch sie wesentlich weniger beansprucht wird als können parallel geschaltete Leiter aneinandergelegt durch diesen. Gleichzeitig ergaben die Untersuchun- werden, was bedeutet, daß sich auf gleichem Raum gen, daß zur Isolierung benachbarter Windungen 35 ein größerer Leiterquerschnitt unterbringen läßt, eines Schmelzleiters gegen das zwischen ihnen herr- Eine untere Grenze für die Länge der Einzel-

schende Spannungsgefälle eine sorgfältige; Lösch- strecken ergibt sich- aus der bereits oben aufgestellten mittelfüllung völlig genügt, sofern man gewisse Min- Forderung, daß zwischen; den Endpunkten einer soldestabstände von Windung zu Windung einhält. Das chen Strecke, d. h. also innerhalb des zwischen, zwei bedeutet aber, daß auf quer zur Patronenachse liegende 4° Stegen liegenden Leiterstücks, bei Belastung eine Trennwände verzichtet werden kann. Um dabei aber Stelle deutlich höherer Temperatur liegen muß. Dieses

Temperaturgefälle zwischen der Mitte eines Leiterteilstückes und seinen Enden ist aber nicht nur durch genügende Längenbemesssung, d. h. große Stegabstände, zu erreichen, sondern in an sich bekannter Weise auch dadurch, daß der Leiterquerschnitt an einer zwischen zwei Stegen liegenden Stelle geschwächt wird. Die geschwächte Stelle heizt sich dann bei Belastung auf und nimmt eine beträchtlich

jedoch nur dann, wenn die draht- oder bandförmigen 50 höhere Temperatur an· als die innerhalb der Steg-Schmelzleiter nicht auf den Kanten der Einsatzstege durchführungen gekühlten Schmelzleiterteile. Dieser aufliegen, sondern in einem gewissen Abstand von Temperaturunterschied ist um so größer, je schneller diesen Kanten in engen Öffnungen durch die Stege die Belastungszunahme erfolgt; gerade bei plötzlich hindurchgeführt sind. Dies ist wichtig, weil nur die auftretender Überlast, insbesondere bei Kurzschlüssen, von den Stegen auf die sie in engen öffnungen durch- 55 ist also das Temperaturgefälle und damit auch die setzenden Schmelzleiterteile ausgeübte Kühlwirkung Sicherheit des Auftretens kleiner Lichtbogen in vorin der bei den erwähnten Vielkammersicherungen er- ausbestimmter Zahl am größten.

zielten Weise verhindert werden kann, daß die bei Mit einer nach diesen Grundsätzen aufgebauten

Kurzschluß auftretenden vielen Einzellichtbögen sich Hochspannungshochleistungssicherung lassen sich — zu einem einzigen Bogen vereinigen, der zur Bildung 60 _wj_e eingehende Prüfungen ergeben haben — schwieeiner durchgehenden Raupe eine wesentlich größere rigste Abschaltverhältnisse beherrschen und wesent-Löschmittelmenge erfordern würde.

Die Bildung der kurzen, jeweils von Trägenstegen begrenzten Lichtbogen wird begünstigt, wenn die Schmelzleiter vor und hinter jeder Durchtrittsöffnung ihre Richtung deutlich ändern.

Demgemäß ist Gegenstand der Erfindung eine elektrische Hochspannungs-Schmelzsicherung mit hoher Abschaltleistung, bei der ein oder mehrere in einr lagigen Schraubenwindungen auf einen Tragkörper

nicht an Durchführungs- und Abwinklungsstellen am Schmelzleiter zu verlieren, muß die Zahl der die Patronen in Längsrichtung durchsetzende Trennwände entsprechend erhöht werden.

Diesen Anforderungen entsprechen in besonderem Maße die bekannten Tragkörper für die Schmelzleiter mit sternförmigem Querschnitt, um deren Achse die Schmelzleiter nach Art einer Spule gewickelt sind,

lieh größere Leistungen abschalten, als mit den bisher bekannten Patronen bester Leistung, ohne daß ihre Abmessungen vergrößert zu werden brauchten.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispdele für die Tragkörper der Schmelzleiter von Sicherunr gen, wie sie den Gegenstand der Erfindung bilden, schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Körper mit drei Stegen, Fig. 2 einen solchen mit vier Stegen,

Fig. 3 einen Tragkörper mit fünf Stegen, jeweils in Achsrichtung gesehen,

Fig. 4 einen Tragkörper mit Durchführungsöffnungen für die Schmelzleiter,

Fig. 5 einen Körper mit vom Stegrand her eingeschnittenen Kerben, jeweils in Aufsicht,

Fig. 6 einen fertiggewickelten Einsatz für eine Hochleistungshochspannungspat roue in perspektivischer Ansicht.

Der den Tragkörper 2 für den bandförmigen Schmelzleiter 5 bildende Patroneneinsatz 1 besteht aus vorzugsweise keramischem Isolierstoff und besitzt sternförmigen Querschnitt. Die Zahl der Stege 4 bestimmt bei gegebenem Patronendurchmesser die Anzahl der Teilschmelzstrecken 8, in die die Schmelzleiter unterteilt sind. Mit drei, vier oder fünf Stegen je Einsatz ist den üblichen, an Sicherungen dieser Art zu stellenden Forderungen Rechnung zu tragen. Sonderfälle können aber Einsatzkörper mit einer größeren Stegzahl erforderlich machen. Dies wird z. B. dann der Fall sein, wenn zur Unterbringung besonders vieler zueinander parallel liegender Leiter die Steigung ihrer Windungen erhöht und — damit die notwendige Schmelzleiterlänge untergebracht werden kann — der Radius der Windungen (zugleich naturgemäß auch· der Querschnitt der Patrone) vergrößert werden müssen.

Die Stege 4 sind bei der Ausführungsform nach Fig. 4 entlang ihren Außenkanten mit schmalen Durchführungsöffnungen 3 versehen, in die das Leiterband 5 eingefädelt wird. Um das Aufbringen des Schmelzleiterbandes zu erleichtern, können jedoch, wie bei der Einsatzform nach Fig. 5, auch Kerben 6 in die Stegkante eingeschnitten oder eingeformt sein, die nach Einlegen der Schmelzleiter geschlossen werden, und zwar zweckmäßig mit einer plastischen, später erhärtenden Masse, wie Ton, Schamotte, Zement, Gips od. dgl. Die Kerben 6 können auch durch enge Einschnitte, deren Weite wenig mehr als die Band- oder Drahtdicke beträgt und die zur Stegkante senkrecht stehen oder geneigt sind, ersetzt sein. Ein Verschließen der nicht vom Band oder Draht ausgefüllten Schlitzteile erübrigt sich dann unter Umständen.

Der Abstand der Öffnungen bzw. die Tiefe der Kerben muß so bemessen sein, daß ein Überschlagen der Lichtbogen um die Stegkante herum sicher verhindert wird. Der Abstand des eingelegten Leiters von der Stegkante wird daher ein Vielfaches der Leiterdicke betragen müssen. An den Durchführungsstellen durch die Stege 4 sind die Schmelzleiter scharf abgewinkelt. Der vom eintretenden und austretenden Leiterteil eingeschlossene Winkel 9 soll möglichst klein sein, weshalb es sich empfiehlt, die Stegzahl nicht unnötig groß zu wählen.

Die Schmelzleiterbänder können in Windungen gleichbleibender Steigung — wie in Fig. 6 dargestellt — aber auch in Windungen wechselnder Steigung auf den Körper 2 aufgebracht sein.

Jeweils zwischen zwei Stegen <t, und zwar möglichst in der Mitte zwischen ihnen, ist das Schmelzleiterband durch Lochungen 7 geschwächt. Die Schwächung des Leiterquerschnitts kann jedoch auch durch vom Rand ausgehende Kerben, durch Einprägen von Rillen oder auf irgendeine andere Art erfolgen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Hochspannungs-Schmelzsicherung mit hoher Abschaltleistung, bei der ein oder mehrere, in einlagigen Schraubemvindungen auf einen Tragkörper von sternförmigem Querschnitt aufgewickelte Schmelzleiter in einem mit Löschmittel gefüllten Patronenkörper untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schmelzleiter die Stege des Tragkörpers in engen, mit Abstand \^ron den Längskanten der Stege angeordneten öffnungen durchsetzen und jeweils vor und hinter den Durchtrittsöffnungen ihre Richtung deutlich ändern.

2. Elektrische Hochspannungs-Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schmelzleiter jeweils zwischen zwei Tragkörperstegen in ihrem Querschnitt geschwächt sind.

3. Elektrische Hochspannungs-Schmelzsicherung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungsöffnungen in den Tragkörperstegen Teile von Kerben bilden, die in die Stegkanten eingeschnitten oder sonstwie eingeformt und nach dem Einlegen des Schmelzleiterdrahtes oder -bandes wieder geschlossen worden sind.

4. Elektrische Hochspannungs-Schmelzsicherung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzleiter die Tragkörperstege in engen, von deren Kanten ausgehenden Schlitzen, in die sie — sofern sie Bandform besitzen — hochkant eingeführt sind, durchsetzen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 730 954, 740 040, 434;

österreichische Patentschrift Nr. 142 507; USA.-Patentschrift Nr. 2 442 216; schweizerische Patentschrift Nr. 230 145.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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