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STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft generell Schmelzleiter- bzw. Schmelzeinsatzanordnungen, und insbesondere Allzweck-Schmelzleiter bzw. Vollbereichssicherungen.
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Sicherungen werden verbreitet als Überstromschutzvorrichtungen verwendet, um teure Beschädigungen an Stromkreisen zu verhindern. Sicherungsanschlüsse bilden typischerweise eine elektrische Verbindung zwischen einer elektrischen Energiequelle und einem elektrischen Bauelement bzw. einer Kombination von Bauelementen, welche in einem Stromkreis angeordnet sind. Ein oder mehrere schmelzbare Einsätze bzw. Elemente bzw. eine Schmelzleiteranordnung sind bzw. ist verbindend zwischen den Sicherungsanschlüssen angebracht, so daß, wenn elektrische Ströme, welche durch die Sicherung fließen, einen vorbestimmten Grenzwert überschreiten, die Schmelzleiter schmelzen und einen oder mehrere durch die Sicherungen verlaufende Stromkreise unterbrechen, um eine Beschädigung elektrischer Bauelemente zu verhindern.
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Hochspannungs-Strombegrenzungssicherungen des Allzweck- bzw. Vollbereichstyps sind geeignet, sowohl relativ starke Fehlerströme als auch relativ schwache Fehlerströme mit gleichartiger Wirksamkeit sicher zu unterbrechen. Mindestens ein Typ der Allzweck- bzw. Vollbereichssicherungen verwendet eine Schmelzleiteranordnung mit zwei verschiedenen Abschnitten. Ein Abschnitt ist zum Unterbrechen eines Stromkreises bei relativ schwachen Fehlerströmen geeignet gestaltet, und ein zweiter Abschnitt ist zum Unterbrechen eines Stromkreises bei relativ starken Fehlerströmen geeignet gestaltet. Der erste Abschnitt umfaßt eine Vielzahl von Schmelzleitern, welche in jeweiligen Isolierrohren enthalten sind und eine Schwachstelle und/oder eine Legierungsstelle mit niedrigem Schmelzpunkt umfassen, welche etwa bei der Mitte bzw. am Mittelpunkt jedes der Schmelzleiter angeordnet ist. Der zweite Abschnitt umfasst eine Vielzahl von Schmelzleitern, welche aus einem gut leitenden Metall hergestellt und zueinander parallel geschaltet sind. Der erste und der zweite Schmelzleiterabschnitt sind in Reihe auf einen isolierenden Wickelkörper gewickelt und in einem lichtbogenlöschenden Material in einem Sicherungskörper eingebettet.
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Bei hohen Fehlerströmen verdampft der zweite Abschnitt der Schmelzleiteranordnung teilweise, und das lichtbogenlöschende Material absorbiert Energie und erreicht einen hohen elektrischen Widerstand, um den durch die Sicherung fließenden Strom sicher und wirksam zu unterbrechen. Bei niedrigen Fehlerströmen unterbricht der erste Abschnitt der Schmelzleiteranordnung den Strom durch Schmelzen eines Schmelzleiters in einem oder mehreren der Isolierrohre. Der resultierende Lichtbogen in den Rohren erzeugt ionisiertes Gas, welches aus den offenen Enden der Rohre ausgestoßen wird.
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Das
US-Patent US 5,714,923 offenbart eine Hochspannungsbegrenzungssicherung, die einen Abschnitt zur Prävention von Kurzschlüssen und einen Abschnitt zur Prävention von schwächeren Strömen aufweist, wobei letzterer ein Sicherungselement mit einer gekerbten Wandform aufweist, und eine Hülle, in die das Sicherungselement angeordnet ist.
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Die Patentanmeldung
GB 2 184 301 A offenbart eine Vollbereichssicherung, die einen Bereich aufweist, der auch unter geringeren Fehlerströmen schmilzt. Der vorgenannte Bereich besteht aus einer Vielzahl von Elementen, die in isolierenden flexiblen Hülle angeordnet sind. Es wird weiterhin offenbart, dass der Bereich in vorteilhafter Weise eine einzelne Verengung in einem zentralen Bereich aufweist.
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Bei Hochspannungs- und Starkstromanwendungen, wie etwa zum Schutz zunehmend gebräuchlicher 12 kV-Transformatoren mit Nennleistungen bis zu 100 kVA, erwiesen sich Vollbereichssicherungen jedoch als unzulänglich. Wenn Strom- und Spannungsnennwerte von Vollbereichssicherungen erhöht werden, neigt die Sicherung zu unerwünschten inneren und äußeren Beschädigungen durch die resultierende erhöhte Energie von Stößen ionisierten Gases bei Auslösung der Sicherung. Obgleich eine Verstärkung der Isolierrohre des ersten Abschnitts der Sicherungsanordnung von einigem Nutzen beim Herstellen höherer Strom- und Spannungsnennwerte von Vollbereichssicherungen ist, besteht bei einer Verstärkung der Rohre die Neigung, dass die Anordnung verkompliziert wird und die Herstellungskosten der Sicherungen erhöht werden, ohne übermäßige Stöße ionisierten Gases und resultierende Beschädigungen beim Auslösen der Sicherung auszuräumen.
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Ferner vergrößert, obgleich Spannungs- und Stromnennwerte von Vollbereichssicherungen durch Verwenden von Schmelzleitern und Sicherungskonstruktionen mit größerer Querschnittsfläche erhöht werden können, dies die physikalische Größe der Vollbereichssicherung. Insbesondere, wenn eine große Anzahl von Sicherungen verwendet wird, ist eine Vergrößerung der Größe der Sicherungen problematisch.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine Schmelzleiteranordnung für eine Vollbereichssicherung einen isolierenden Wickelkörper mit einem ersten und einem zweiten gegenüberliegenden Ende. Ein erster elektrisch leitender Verbinder ist mit dem ersten Ende des Wickelkörpers verbunden, und ein zweiter elektrisch leitender Verbinder ist mit dem zweiten Ende des Wickelkörpers verbunden. Mindestens ein Schmelzleiter verläuft zwischen dem ersten Verbinder und dem zweiten Verbinder um den isolierenden Wickelkörper. Der Schmelzleiter umfaßt einen Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiterabschnitt, welcher von dem ersten Verbinder ausgeht, und einen Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiterabschnitt, welcher von dem zweiten Verbinder ausgeht, wobei der Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiterabschnitt und der Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiterabschnitt zwischen dem ersten und zweiten Verbinder miteinander verbunden sind. Ein Isolierrohr umgibt den Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiterabschnitt, und jedes Rohr umfaßt ein erstes Ende in Angrenzung an den ersten Verbinder und ein zweites Ende in Angrenzung an die Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiterabschnitte. Der Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiterabschnitt umfaßt eine Schwachstelle, welche angrenzend an das, jedoch innerhalb des zweiten Endes eines jeweiligen Rohrs angeordnet ist. Alternativ ist die Schwachstelle in einem Bereich von 0 bis 25% der Länge des Rohrs, gemessen von dem zweiten Ende des Rohrs, angeordnet.
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Durch Anordnen der Schwachstelle des Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiters bei einem Ende des Isolierrohrs, welches sich gegenüber dem Verbinder befindet, von welchem der Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter ausgeht, werden Stöße ionisierten Gases bei Auslösung einer Sicherung vorwiegend zur Mitte der Sicherung, anstatt zu den Enden der Sicherung nahe den Endkappen gerichtet. Daher verhindert die Schmelzleiteranordnung durch effizienteres und wirksameres Ausstoßen ionisierten Gases aus dem Isolierrohr Beschädigungen des Sicherungskörpers und der Endkappen, welche bei herkömmlichen Sicherungen beobachtet wurden, und höhere Spannungs- und Stromnennwerte werden ermöglicht, ohne die Maße von Sicherungs-Bauelementen zu vergrößern. Somit wird eine Vollbereichssicherung mit im Vergleich zu bekannten Vollbereichssicherungen überlegener Arbeitsweise in einer kompakten, raumsparenden Bauweise geschaffen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vollbereichssicherung; und
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2 ist eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vollbereichssicherung.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 stellt eine Vollbereichssicherung 10 dar, welche einen isolierenden Sicherungskörper 12, eine Schmelzleiteranordnung 14 innerhalb des Körpers 12, elektrisch leitende Endkappen 16, welche mit dem Körper 12 verbunden sind und diesen umschließen und mit der Schmelzleiteranordnung 14 elektrisch verbunden sind, und ein lichtbogenlöschendes Material 18, welches die Schmelzleiteranordnung 14 innerhalb des Körpers 12 umgibt, umfaßt. Somit wird, wenn Endkappen 16 mit einem erregten Stromkreis verbunden werden (nicht dargestellt), ein durch die Sicherung 10 verlaufender Stromkreis durch die Schmelzleiteranordnung 14 geschlossen. Wenn der durch die Sicherung 10 fließende Strom inakzeptable Werte erreicht, so wird, abhängig von Eigenschaften der Schmelzleiteranordnung 14 und daher dem Nennstrom der Sicherung 10, die Schmelzleiteranordnung 14 zumindest teilweise ausgelöst, geschmolzen, verdampft oder in anderer Weise unterbrochen, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, um den Stromfluß zu begrenzen und einen schädlichen Stromfluß durch die Sicherung 10 zu unterbrechen. Daher können Stromkreise und Vorrichtungen der Stromversorgungsseite von fehlerhaften Stromkreisen und Vorrichtungen der Lastseite elektrisch isoliert werden, um teure Beschädigungen der Kreise und Vorrichtungen der Last- und Stromversorgungsseite zu verhindern.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Körper 12 aus einem bekannten Isoliermaterial, das bedeutet, einem nichtleitenden Material, wie etwa Keramikmaterialien, hergestellt, und verläuft im wesentlichen zylindrisch zwischen den Endkappen 16. Es wird jedoch erwogen, die Vorteile der Erfindung möglicherweise bei Sicherungen, welche nichtzylindrische Körper verwenden und aus anderen Materialien hergestellt sind, zu verwirklichen. Ferner ist bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel das lichtbogenlöschende Medium 18 reines Silikagranulat bzw. Quarzpulver, welches die Schmelzleiteranordnung 14 vollständig umgibt und Luftspalte um die Schmelzleiteranordnung 14 innerhalb des Körpers 12 im wesentlichen beseitigt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen jedoch werden andere bekannte lichtbogenlöschende Materialien und Medien in der Sicherung 10 anstelle reinen Silikasands bzw. Quarzpulvers verwendet.
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Die Schmelzleiteranordnung 14 umfaßt einen isolierten Wickelkörper 20 mit einem ersten Abschnitt 22 und einem zweiten Abschnitt 24, welcher eine größere relative Querschnittsfläche als der erste Abschnitt 22 aufweist. Genauer ist bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Wickelkörper 20 einstückig ausgebildet und verläuft im wesentlichen zylindrisch mit einer Durchmesseranstiegsstufe 26, welche den ersten Wickelkörperabschnitt 22 und den zweiten Wickelkörperabschnitt 24 in einen relativ schmalen bzw. einen relativ breiten Abschnitt abgrenzt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen werden jedoch bei der Herstellung des Wickelkörpers 20 getrennte schmale und breite Abschnitte 22 und 24 aneinander befestigt. Ferner wird erwogen, die Vorteile der Erfindung möglicherweise unter Verwendung alternativer Gestalten, das bedeutet, nichtzylindrischer Gestalten des Wickelkörpers 22 zu verwirklichen, wobei dies elliptische Querschnittsgestalten, polygonale, gerippte oder sternförmige Querschnittsgestalten umfaßt, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Ferner wird weiter unten ersichtlich, daß die Erfindung bei einem Wickelkörper 22 mit einer im wesentlichen konstanten bzw. gleichmäßigen Querschnittsfläche verwendet werden kann, obgleich bemerkt sei, daß dies ein im wesentlichen ungleichmäßiges Spiel zwischen der Schmelzleiteranordnung 14 und dem Körper 12 zur Folge haben kann, wenn der Körper 12 nicht entsprechend abgewandelt wird.
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Elektrisch leitende Verbinder 28, 30 sind gegenüberliegend an jedem Ende des Wickelkörpers 20 mit dem Wickelkörper 20 verbunden, das bedeutet, an den jeweiligen Enden des ersten Wickelkörperabschnitts 22 und des zweiten Wickelkörperabschnitts 24, welche von der Durchmesseranstiegsstufe 26 entfernt angeordnet sind. Jeder Verbinder 28, 30 kann Verlängerungen 31 umfassen, welche einen elektrischen Kontakt mit den Endkappen 16 herstellen. Daher kann ein Stromkreis durch die weiter unten beschriebenen Schmelzleiter hergestellt werden, welche um den Wickelkörper 20 gewickelt sind und mit den Verbindern 28, 30 elektrisch verbunden sind.
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Eine Vielzahl von Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleitern 32 ist um den ersten Wickelkörperabschnitt 22 gewickelt und verläuft in Längsrichtung in einer helixartigen Weise von dem Verbinder 28 zu der Anstiegsstufe 26 des Wickelkörpers hin. Jeder Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 ist aus einer Legierung bzw. einem Metall mit relativ niedrigem Schmelzpunkt, wie etwa Zinn oder alternativ beispielsweise aus einem Silber- bzw. Kupferelement mit einer Schmelzwirkungsbeschichtung (Legierungsstelle mit niedrigem Schmelzpunkt) 34 bzw. einer Schmelzstelle daran hergestellt und zwischen dem Verbinder 28 und der Durchmesseranstiegsstufe 26 des Wickelkörpers angeordnet.
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Genauer ist bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel jeder Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 mindestens teilweise mit einer Beschichtung 34 eines leitenden Metalls, welches von der Zusammensetzung des Schmelzleiters 32 verschieden ist, beschichtet. Bei einem erläuternden Ausführungsbeispiel sind die Schmelzleiter 32 beispielsweise aus Kupfer oder Silber hergestellt, und die Beschichtung 34 ist aus Zinn hergestellt. Aufgrund der Tatsache, daß Zinn eine niedrigere Schmelztemperatur als Kupfer oder Silber aufweist, wird die Beschichtung 34 bei Überstrombedingungen vor dem Kupferschmelzleiter 32 auf Schmelztemperatur erwärmt. Die geschmolzene Beschichtung reagiert dann mit dem Kupfer- bzw. Silberschmelzleiter 32 und bildet eine Zinn-Kupfer-Legierung, welche eine niedrigere Schmelztemperatur als jedes Metall für sich aufweist. Die wirksame Auslösetemperatur des Schmelzleiters 32 wird bei Überstrombedingungen gesenkt, und bei jedem Schmelzleiter 32 wird verhindert, daß der höhere Schmelzpunkt von Silber bzw. Kupfer erreicht wird. Somit werden die Leitfähigkeitseigenschaften und Vorteile von Kupfer bzw. Silber verwendet, während unerwünschte Auslösetemperaturen verhindert werden. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können andere leitende Materialien verwendet werden, um die Schmelzleiter 32 und die Beschichtung 34 herzustellen, wobei dies Kupfer- und Silberlegierungen bzw. Zinnlegierungen umfaßt, jedoch nicht darauf begrenzt ist, um ähnliche Vorteile zu erzielen. Bei weiteren alternativen Ausführungsbeispielen wird die Beschichtung 34 aus Antimon bzw. Indium hergestellt.
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Die Beschichtung 34 wird auf jeweilige Schmelzleiter 32 unter Verwendung bekannter Techniken aufgebracht, wobei dies beispielsweise Gasflammen- und Löttechniken umfaßt. Alternativ können weitere Verfahren verwendet werden, wobei dies Galvanisierungsbäder, Dünnbeschichtungstechniken und Bedampfungsverfahren umfaßt, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Unter Verwendung dieser Techniken wird eine Beschichtung 34 bei vielen Ausführungsbeispielen auf einigen oder sämtlichen Schmelzleitern 32 aufgebracht. Beispielsweise umfaßt bei einem Ausführungsbeispiel lediglich ein mittlerer Abschnitt eines Schmelzleiters 32 eine Beschichtung 34, während bei einem anderen Ausführungsbeispiel der gesamte Oberflächenbereich eines Schmelzleiters 32 eine Beschichtung 34 umfaßt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Beschichtung 34 lediglich auf einer Seite eines Schmelzleiters 32 aufgebracht, während bei einem anderen Ausführungsbeispiel beide Seiten eines Schmelzleiters 32 eine Schmelzwirkungsbeschichtung 34 umfassen.
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Jeder Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 umfaßt ferner einen verengten Abschnitt bzw. eine Schwachstelle 36 mit verminderter Querschnittsfläche, bei welcher der Schmelzleiter 32 seiner Gestaltung gemäß schmelzen, unterbrochen werden oder in anderer Weise eine elektrische Verbindung durch die Sicherung 10 unterbrechen soll. Aufgrund der verminderten Querschnittsfläche der Schwachstelle 36 gegenüber dem Rest des Schmelzleiters 32 wird die Schwachstelle 36 auf eine höhere Temperatur erwärmt, wenn dadurch Ströme fließen, als wenn diese durch den Rest des Schmelzleiters 32 fließen, und erreicht daher den Schmelzpunkt des Schmelzleiters 32 vor dem Rest des Schmelzleiters 32. Somit wird der Schmelzleiter 32 vorhersagbar vor anderen Abschnitten des Schmelzleiters 32 in dem Bereich der Schwachstelle 36 unterbrochen. Für Fachkundige ist zu ersehen, daß Schwachstellen 36 alternativ gemäß weiteren bekannten Verfahren und Techniken des Stands der Technik ausgebildet werden können, wie beispielsweise durch Ausbilden von Löchern anstatt verengter Bereiche in den Schmelzleitern 32.
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Jeder Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 ist ferner in einem flexiblen Wärmeisolierrohr 38 mit geringfügig größerer Ausdehnung als der Breite jedes Schmelzleiters 32 eingeschlossen. Isolierrohre 38 werden aus Materialien hergestellt, welche in der Lage sind, hohen Temperaturen zu widerstehen, wenn die Sicherung 10 ausgelöst wird, und ferner einen ausreichenden elektrischen Widerstand für Isolierzwecke aufweisen. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel sind die Rohre 38 aus Silikongummi hergestellt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen werden andere bekannte Materialien anstelle von Silikongummi zum Herstellen der Rohre 38 verwendet. Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind (nicht dargestellte) Einschübe beispielsweise von Silikonfett in jeweiligen Enden der offenen Rohre 38 angeordnet, welche an den Verbinder 28 und die Durchmesseranstiegsstufe 26 des Wickelkörpers angrenzen, um zu verhindern, daß das lichtbogenlöschende Medium 18 in die Rohre 38 eindringt, jedoch zu ermöglichen, daß ionisiertes Gas aus den Rohren 38 entweicht, wenn die Sicherung 10 ausgelöst wird.
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Bemerkenswerterweise und anders als bei herkömmlichen Vollbereichssicherungen ist die Schwachstelle 36 jedes Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiters 32 nahe (d. h. proximal) zu der Durchmesseranstiegsstufe 26 des Wickelkörpers des Wickelkörpers 14 der Sicherungsanordnung bzw. in Richtung der Mitte der Sicherung 10 angeordnet. Anders ausgedrückt, sind bei einem Ausführungsbeispiel Schwachstellen 36 von Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleitern 32 möglichst weit von dem Verbinder 18 und der Endkappe 16 entfernt, jedoch noch innerhalb der jeweiligen Rohre 38 angeordnet. Wenn die Schmelzleiter 32 in der Nähe der Schwachstellen 36 unterbrochen werden, wird ein elektrischer Lichtbogen an der Schwachstelle 36 innerhalb der Rohre 38 über die Unterbrechung hinweg erzeugt. Der resultierende Stoß ionisierten Gases wird vorwiegend durch das nähere Ende des Rohrs 38, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gegenüber dem Verbinder 28 und in Richtung der Mitte der Sicherung 10, das bedeutet, nahe zu der Anstiegsstufe 26 des Wickelkörpers angeordnet ist, aus dem Rohr 38 ausgestoßen. Daher bewegt sich lediglich eine kleine Menge ionisierten Gases durch die Rohre 38 zu deren Enden bei dem Verbinder 28, und der übermäßige Ausstoßdruck, welcher in den Rohren 38 erzeugt wird, wird vorwiegend und unschädlich in dem lichtbogenlöschenden Medium 18, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Schmelzleiteranordnung 14 von dem Verbinder 28 und der Endkappe 16 entfernt bzw. an die Anstiegsstufe 26 des Wickelkörpers angrenzend umgibt, abgeleitet. Lediglich ein kleiner Teil des Ausstoßdrucks wandert in Längsrichtung durch die Rohre 38 und verläßt die Rohre 38 bei dem Verbinder 28 und der Endkappe 16. Somit kann, anders als bei bekannten Vollbereichssicherungen, eine erhöhte Energie ionisierter Gasstöße aus Elementen 32, welche mit stärkeren Strömen, das bedeutet, bis zu 100 A, und Hochspannungen, das bedeutet, 12 kV bis 38 kV arbeiten, sicher und wirksam abgeleitet werden, ohne den Sicherungskörper 12 in der Nähe der Endkappe 16 bei dem Verbinder 28 zu brechen und ohne die Endkappe 16 zu beschädigen bzw. zu verschieben.
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Es wird erwogen, die Vorzüge der Erfindung bei alternativen Ausführungsbeispielen möglicherweise durch Anordnen der Schwachstelle 36 jedes Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiters 32 in einem Positionsbereich in Richtung der Mitte der Sicherung 10 und entfernt von einem mittleren Bereich jeweiliger Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 zu erreichen. Genauer erwachsen einige bzw. alle der oben beschriebenen Vorteile daraus, daß das Sicherungselement 32 Schwachstellen 36 aufweist, welche auf einer Höhe von etwa 25% der Gesamtlänge eines Rohrs 38 angeordnet sind, gemessen von dem Ende des Rohrs gegenüber dem Verbinder 28, das bedeutet, dem Ende eines Rohrs 38, welches an nächsten zu der Mitte der Sicherung 10 angeordnet ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Verstärkungsmedium 40 auf den Isolierrohren 38 verwendet, um Beschädigungen eines Rohrs 38 durch den Ausstoßdruck in den Rohren 38 zu vermeiden, wenn eine Sicherung 10 ausgelöst wird. bei einem Ausführungsbeispiel ist das Verstärkungsmedium ein Glasfaserstreifen, obgleich bei alternativen Ausführungsbeispielen andere in der Technik bekannte Verstärkungsmedien verwendet werden, um ähnliche Aufgaben zu lösen. Es sei jedoch bemerkt, daß ein Anordnen von Schwachstellen 36 jedes Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiters 32 in Entfernung von dem Verbinder 38 und in Richtung der Mitte der Sicherung 10 die Notwendigkeit von Verstärkungsmedien 40 bei bestimmten Sicherungsnennwerten durch wirksameres Ableiten von Ausstoßdruck in den Rohren 38 in Entfernung von dem Verbinder 28 und der Endkappe 16, wo die Sicherung 10 weniger anfällig für Beschädigungen ist, beseitigt, wodurch die Herstellung der Sicherung 10 vereinfacht wird und die Herstellungskosten gesenkt werden.
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Eine Vielzahl von Starkstrombegrenzungs-Schmelzleitern 44 ist um den zweiten Abschnitt 24 des Wickelkörpers gewickelt und mit dem Verbinder 30 an einem Ende des Wickelkörpers 20 gegenüber dem Verbinder 28 elektrisch verbunden. Jeder Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiter 44 ist aus eifern Material mit relativ hohem Schmelzpunkt, wie etwa Silber oder Kupfer, hergestellt, und verläuft in einer helixartigen Weise von dem Verbinder 30 zu der Durchmesseranstiegsstufe 26 des Wickelkörpers 22 der Schmelzleiteranordnung. Jeder Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiter ist durch den Verbinder 30 in Parallelschaltung angeschlossen und umfaßt eine Vielzahl von Schwachstellen 46 bzw. verengten Bereichen mit verminderter Querschnittsfläche, welche in Abstand zwischen dem Verbinder 30 und den Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleitern 32 angeordnet sind. Für Fachkundige ist zu ersehen, daß die Schwachstellen 46 alternativ gemäß anderen Verfahren und Techniken des Stands der Technik ausgebildet werden können, wie beispielsweise durch Ausbilden von Löchern anstatt verengter Bereiche in den Schmelzleitern 44.
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Jeder Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiter 44 ist mit einem jeweiligen Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 verbunden, um eine Vielzahl von kontinuierlich verlaufenden Schmelzleitern auszubilden, welche teilweise Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiter 24 und teilweise Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 sind. Die kontinuierlich verlaufenden Schmelzleiter sind in einer helixartigen Weise um den Wickelkörper 22 gewickelt und in Parallelschaltung zueinander zwischen den Verbindern 28, 30 angeschlossen.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 und Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiter 44 mit einem (nicht dargestellten) Verbindungselement verbunden, welches zwischen den Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleitern 32 und den Starkstrombegrenzungs-Schmelzleitern 44 in der Nähe der Durchmesseranstiegsstufe 26 des Wickelkörpers angeordnet ist. Selbstverständlich können verschiedene Anzahlen von Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleitern 32 und Starkstrombegrenzungs-Schmelzleitern 44 verwendet werden, um Spannungs- und Stromnennwerte der Sicherung 10 zu ändern. Wie für Fachkundige zu ersehen ist, können die tatsächlichen Spannungs- und Stromnennwerte der Sicherung 10 weiter durch Ändern der Größenmerkmale der Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 und der Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiter 44 beeinflußt werden.
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Die Sicherung 10 arbeitet folgendermaßen. Bei Überstrombedingungen, beispielsweise dem Sechsfachen der Nennströme der Schmelzleiteranordnung 14, werden die Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiter 44 durch das lichtbogenlöschende Medium 18 gekühlt, und die Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 werden bei Schmelzstellen 34 innerhalb der Rohre 38 unterbrochen. Ionisiertes Gas mit niedrigem Druck von resultierenden Lichtbögen wird aus den Rohren 38 an jedem Ende eines Rohrs 38 ausgestoßen, ohne den Sicherungskörper 12 oder die Endkappe 16 bei dem Verbinder 28 zu beschädigen.
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Bei stärkeren Strömen unmittelbar vor dem Punkt, wo die Starkstrombegrenzungselemente 44 die Aufgabe der Sicherheitsunterbrechung übernehmen, werden die Schmelzleiter 32 bei den Schwachstellen 36 innerhalb der Rohre 38 aufgrund von Temperaturwirkungen der Wärmeisolierrohre 38 unterbrochen, bevor die Schmelzwirkungsstellen 34 genügend Zeit haben, um ausgelöst zu werden und den Strom durch die Schmelzleiter 32 zu unterbrechen. Der resultierende Lichtbogen, wenn die Schmelzleiter 32 bei den Schwachstellen 36 unterbrochen werden, wird in den Rohren 38 durch den oben beschriebenen Ausstoßvorgang des ionisierten Gases in den Rohren 38 gelöscht. Aufgrund der Tatsache, daß Gas vorwiegend unschädlich in das lichtbogenlöschende Medium 18 zu der Mitte der Sicherung 10 hin und von dem Verbinder 28 und der Endkappe 16 fort abgeführt wird, werden schädliche Wirkungen hohen Ausstoßdrucks in der Nähe des Verbinders 28 vermieden. Bei geeigneten Maßen der Schwachstellen 36 kann gewährleistet werden, daß die Auslösung der Schmelzleiter 32 bei den Schwachstellen 36 vor der Unterbrechung des Schmelzleiters 32 in der Nähe der Schmelzstellen 38 bei vorbestimmten Stromstärken erfolgt, welche sich Stromstärken nähern, welche ausreichen, um die Starkstrombegrenzungselemente 44 auszulösen.
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Bei noch höheren Überstromwerten erfolgt das Unterbrechen der Schmelzleiter 32 bei der Schwachstelle 36 und das Unterbrechen der Schmelzleiter 44 bei den Schwachstellen 46 im wesentlichen gleichzeitig. Folglich wird Lichtbogenenergie bei jeder der einzelnen Schwachstellen 36 der Schmelzleiter 32 abgeleitet. Bei einem derartigen stärkeren Strom kann jedoch ein noch stärkerer Gasstoß in den Rohren 38 erzeugt werden. Somit ist ein Anordnen der Schwachstellen 36 jeweiliger Schwachstromunterbrechungselemente 32 näher bei der Mitte der Sicherung und in der Nähe der Durchmesseranstiegsstufe 26 des Wickelkörpers von größerer Bedeutung, um schädliche Gasstöße von dem Verbinder 28 bei dem Ende der Sicherung 10 fort zu lenken.
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Es wird daher eine Sicherung 10 geschaffen, welche Stöße ionisierten Gases in den Rohren 38 in einem voll ständigen Bereich von Fehlerströmen steuert, wobei dies Übergangsstromwerte umfaßt, bei welchen die Aufgabe der Unterbrechung von den Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleitern 32 auf die Starkstrombegrenzungs-Schmelzleiter 44 übertragen wird. Daher ist die Sicherung 10 in der Lage, bei höheren Spannungs- und Stromnennwerten als bekannte Vollbereichssicherungen zu arbeiten. Daher ist aufgrund gesteuerter Stöße ionisierten Gases in den Rohren 38 ein wesentlich breiterer Bereich von Anwendungen zum Verwenden der Sicherung 10 möglich. Beispielsweise kann eine Vollbereichssicherung 10 mit einer Nennspannung von 10 kV und einem Nennstrom von 100 A verwendet werden, um einen Transformator von 1000 kVA oder mehr zu schützen. In ähnlicher Weise können Vollbereichssicherungen 10 mit Nennspannungen in der Größenordnung von 38 kV gebaut werden.
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Ferner ist die Sicherung 10 durch Anordnen der Schwachstellen 36 der Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 bei einem Ende der Isolierrohre 38 gegenüber dem Verbinder 28 und daher durch Lenken von Stößen ionisierten Gases vorwiegend zur Mitte der Sicherung 10 anstatt zu den Enden der Sicherung 10 hin in der Lage, höhere Spannungs- und Stromnennwerte zu erreichen, ohne die Maße der Sicherungs-Bauelemente zu vergrößern. Somit wird eine Vollbereichssicherung 10 mit überlegener Arbeitsweise in einer kompakten, raumsparenden Bauweise im Vergleich zu bekannten Vollbereichssicherungen geschaffen.
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2 ist eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vollbereichssicherung 60, wobei mit der (in 1 dargestellten und oben beschriebenen) Sicherung 10 gemeinsame Merkmale mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Beim Vergleichen der Sicherung 10 mit der Sicherung 60 ist zu sehen, daß die Sicherung 60 eine Schmelzstelle 62 umfaßt, welche nahe zu einer Schwachstelle 36 jedes Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiters 32 angeordnet ist, im Gegensatz zu der (in 1 dargestellten) Schmelzstelle 34, welche in einem mittleren Abschnitt jedes Schmelzleiters 32 angeordnet ist. Daher wird neben den oben beschriebenen Vorteilen, wenn die Schmelzleiter 32 bei Schwachstellen 36 unterbrochen werden, auch ionisiertes Gas, welches beim Auslösen der Schmelzleiter 32 bei Schmelzstellen 34 erzeugt wird, durch die Rohre 38 zu der Mitte der Sicherung hin unschädlich in das lichtbogenlöschende Medium abgeleitet. Die Sicherung 60 arbeitet ansonsten im wesentlichen, wie oben im Hinblick auf die Sicherung 10 beschrieben, und ferner werden die oben in Bezug auf 1 beschriebenen Vorteile erreicht. Ein Anordnen einer Schmelzstelle 34 entweder bei der Mitte jeweiliger Rohre 38 (wie in 1 dargestellt) oder nahe zu Schwachstellen 36 (wie in 2 dargestellt) wird durch thermische Parameter spezieller Materialien der Sicherungs-Bauelemente bestimmt.
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Es wird erwogen, die Vorteile der Erfindung bei niedrigeren Sicherungsnennwerten möglicherweise unter Verwendung eines einzigen Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiters 32 und eines einzigen Starkstrombegrenzungselements 44 zu erreichen. Ferner können bei alternativen Ausführungsbeispielen Schwachstromunterbrechungs-Schmelzleiter 32 mehr als eine Schwachstelle 36 verwenden, welche in Richtung der Mitte einer Sicherung 10 und in Entfernung von einem mittleren Bereich der Sicherungselemente 32 angeordnet ist. Ferner sind bei alternativen Ausführungsbeispielen die Sicherungen mit Endkappen 16 elektrisch verbunden, ohne helixartig um einen Wickelkörper 20 gewickelt zu sein, wie beispielsweise durch Verwenden im wesentlichen gerader Schmelzleiter zwischen den Endkappen 16 mit oder ohne Wickelkörper 20.
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Obgleich die Erfindung im Hinblick auf verschiedene spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist für Fachkundige zu ersehen, daß die Erfindung mit Abwandlungen innerhalb des Wesens und Umfangs der Ansprüche angewandt werden kann.
