DE1125055B

DE1125055B - Electrical fuse that responds to overcurrent

Info

Publication number: DE1125055B
Application number: DES70687A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Nitsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-09-30
Filing date: 1960-09-30
Publication date: 1962-03-08

Description

Elektrische, auf Überstrom ansprechende Sicherung In elektrischen Anlagen ist häufig die Aufgabe zu erfüllen, einen Stromkreis bei Überschreiten einer bestimmten Stromstärke (Überstromgrenze) zu unterbrechen. Hierzu verwendet man üblicherweise entweder Schmelzsicherungen oder Schalter, die mit einem Elektromagnet versehen sind, welcher von dem Strom in dem zu überwachenden Stromkreis durchflossen wird. Bei Überschreiten der überstromgrenze wird der Elektromagnet betätigt und löst den Schalter aus. Die Schmelzsicherungen sind zwar billig, besitzen jedoch den Nachteil, daß sie nur einmal verwendet werden können. Bei den weiterhin erwähnten Schaltern wird dieser Nachteil zwar vermieden, da man diese nach ihrer Auslösung immer wieder in den Sicherungszustand zurückstellen kann, in welchem sie verharren, solange der über sie geleitete Strom die Überstromgrenzenicht überschreitet. Derartige Schalter benötigen jedoch zu ihrer Auslösung eine bestimmte Zeit, die in manchen Fällen zu lang ist, um die zu sichernde Anlage vor Schaden zu bewahren. Diese unumgängliche Schaltverzögerung hängt damit zusammen, daß einerseits der verwendete Elektromagnet eine beträchtliche Induktivität aufweist und andererseits die erforderlichen mechanischen Schaltglieder eine gewisse Trägheit besitzen.Electrical fuse that responds to overcurrent In electrical Systems is often the task of fulfilling a circuit when a interrupt a certain current strength (overcurrent limit). This is usually used for this either fuses or switches equipped with an electromagnet which is traversed by the current in the circuit to be monitored. When the overcurrent limit is exceeded, the electromagnet is actuated and releases the Switch off. The fuses are cheap, but have the disadvantage that they can only be used once. At the switches mentioned above this disadvantage is avoided, since you can keep them up again after they have been triggered can return to the backup state in which they remain as long as the current conducted through them does not exceed the overcurrent limits. Such switches however, require a certain amount of time for them to be triggered, which in some cases is too is long to protect the system to be secured from damage. This inevitable Switching delay is related to the fact that, on the one hand, the electromagnet used has a considerable inductance and on the other hand the necessary mechanical Switching elements have a certain inertia.

Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform einer Sicherung mit Dauerfeld wird eine Hilfswicklung verwendet, über welche der zu überwachende Strom geleitet wird und die das Dauerfeld so beeinfiußt, daß eine Kontaktbetätigung eintritt. Der Kontakt besteht dabei aus magnetisierbarem Material, über welches das Dauerfeld zumindest teilweise geleitet wird.In a further known embodiment of a fuse with a permanent field an auxiliary winding is used through which the current to be monitored is conducted and which influences the permanent field in such a way that contact actuation occurs. Of the Contact consists of a magnetizable material over which the permanent field is at least partially directed.

Die nachstehend beschriebene Erfindung bezieht sich auf eine Sicherung mit einem im zu überwachenden Stromkreise liegenden Schalter, bei welcher jegliche Wicklungen vermieden werden und die sich infolgedessen durch einen sehr einfachen Aufbau auszeichnet. Sie besitzt darüber hinaus eine wesentlich kürzere Ansprechzeit als die bisher bekannten Sicherungen. Die erfindungsgemäße Sicherung verwendet Schaltkontakte, von denen mindestens einer aus magnetisierbarem Material besteht und die durch ein von einem Dauermagnet geliefertes Dauerfeld in geschlossenem Zustand gehalten werden können. Diese Sicherung ist dadurch gekennzeichnet, daß das von dem über die geschlossenen Schaltkontakte geleiteten Strom erzeugte Ringfeld in den Schaltkontakten dazu ausgenutzt wird, das Dauerfeld so weit zu verdrängen, daß bei Erreichen der überstromgrenze der Haltewert des Schalters unterschritten wird und dieser damit öffnet. Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Sicherung ist in der Fig. 1 dargestellt. Als Schalter wird hier ein bekannter Schutzrohrkontakt K verwendet, dessen Kontaktfedern B 1 und B 2 in dem zu überwachenden Stromkreis einzuschalten sind. Neben den Schutzrohrkontakt K ist ein Dauermagnet M angeordnet. Dieser Dauermagnet M ist in zwei Lagen verstellbar, von denen die eine, nämlich die Sicherungslage in der Fig. 1, zur Darstellung gebracht ist. In dieserLage besitzt derDauermagnetM an seinem einen Ende den mit a bezeichneten Abstand von der Kontaktfeder B 1. In der anderen Lage, der Einschaltlage, ist dieser Abstand a so weit verringert (gestrichelte Darstellung), daß unter dem Einfluß des Dauerfeldes des Dauermagnets M der Schutzrohrkontakt K schließt. Damit ist die Sicherung eingeschaltet. Nimmt der Dauermagnet M wieder seine dargestellte Sicherungslage ein, so reicht das über die geschlossenen Kontaktfedern B 1 und B 2 getriebene Dauerfeld noch aus, diese im geschlossenen Zustand zu halten.The invention described below relates to a fuse with a switch located in the circuit to be monitored, in which any windings are avoided and which is consequently characterized by a very simple structure. It also has a significantly shorter response time than the previously known fuses. The fuse according to the invention uses switching contacts, at least one of which is made of magnetizable material and which can be kept in the closed state by a permanent field supplied by a permanent magnet. This fuse is characterized in that the ring field generated by the current conducted through the closed switch contacts is used in the switch contacts to displace the permanent field to such an extent that when the overcurrent limit is reached, the holding value of the switch is undershot and it opens. An exemplary embodiment for such a fuse is shown in FIG. A known protective tube contact K is used as the switch, the contact springs B 1 and B 2 of which are to be switched on in the circuit to be monitored. A permanent magnet M is arranged next to the protective tube contact K. This permanent magnet M is adjustable in two positions, one of which, namely the safety position in FIG. 1, is shown. In this position, the permanent magnet M has at its one end the distance marked a from the contact spring B 1. In the other position, the switched-on position, this distance a is reduced to such an extent (dashed line) that the protective tube contact is under the influence of the permanent field of the permanent magnet M K closes. The fuse is now switched on. If the permanent magnet M again assumes its illustrated safety position, the permanent field driven via the closed contact springs B 1 and B 2 is still sufficient to keep them in the closed state.

Wenn nun über die geschlossenen Kontaktfedern B 1 und B 2 ein Strom geleitet wird, so entsteht um diesen Strom ein Ringfeld, welches sich zumindest teilweise auf die Kontaktfedern konzentriert, da diese aus magnetisierbarem Material bestehen. Aus diesem Ringfeld und dem vom Dauermagnet M gelieferten Dauerfeld entsteht durch Überlagerung ein resultierendes Feld, welches schraubenförmig die Kontaktfedern B 1 und B 2 in deren Längsrichtung durchsetzt. Auf Grund der Schraubenform des Feldes besitzen die Kraftlinien von einem Ende bis zum anderen Ende des Schutzrohrkontaktes K eine größere Länge, als dies bei alleiniger Erregung durch den Dauermagnet M der Fall ist. Infolgedessen ergibt sich für das resultierende Feld ein größerer magnetischer Spannungsabfall als im Falle alleiniger Erregung durch den Dauermagnet M. Dies bedeutet im Effekt, daß das Feld des Dauermagnets M im Falle einer Stromleitung über den Schutzrohrkontakt K einen größeren magnetischen Widerstand zu überwinden hat, was sich infolgedessen in einer entsprechenden Herabsetzung des Erregerflusses ausdrückt. Praktisch findet durch das Ringfeld eine Verdrängung des Dauerfeldes statt.If a current is now passed through the closed contact springs B 1 and B 2 , a ring field is created around this current, which is at least partially concentrated on the contact springs, since they are made of magnetizable material. From this ring field and the permanent field supplied by the permanent magnet M, a resultant field arises through superposition, which helically penetrates the contact springs B 1 and B 2 in their longitudinal direction. Due to the helical shape of the field, the lines of force from one end to the other end of the protective tube contact K have a greater length than is the case when the permanent magnet M is only excited. As a result, there is a greater magnetic voltage drop for the resulting field than in the case of excitation by the permanent magnet M alone consequently expressed in a corresponding reduction in the flow of excitation. In practice, the permanent field is displaced by the ring field.

Die in der Fig. 1 dargestellte Sicherungslage des Dauermagnets M ist nun so eingestellt, daß bei Erreichen der überstromgrenze die Feldverdrängung durch den Überstrom ein Ausmaß erreicht, bei welchem der Haltewert des Schutzrohrkontaktes K unterschritten wird. Infolgedessen öffnet dieser und trennt damit den zu überwachenden Stromkreis auf. Bei diesem Vorgang bewirkt also direkt- der über den Schutzrohrkontakt K geleitete Strom, daß bei Erreichen einer bestimmten Größe, nämlich der Überstromgrenze, infolge Feldverdrängung das Feld des Dauermagnets M so weit geschwächt wird, daß der Schutzrohrkontakt K öffnet.The securing position of the permanent magnet M shown in FIG. 1 is now set so that when the overcurrent limit is reached, the field is displaced the overcurrent reaches an extent at which the holding value of the protective tube contact K is not reached. As a result, this opens and thus separates the one to be monitored Circuit on. In this process, the effect is direct via the protective tube contact K conducted current, that when a certain value is reached, namely the overcurrent limit, due to field displacement, the field of the permanent magnet M is weakened so far that the protective tube contact K opens.

Der Dauermagnet M wird durch die Feder F in seine Ruhelage gezogen. Diese Lage ist durch die Stellschraube S definiert, welche eine Justierung der Sicherungslage ermöglicht. Bei Verdrehen der Stellschraube S ändert sich der Abstand a des Dauermagnets M von der Kontaktfeder B 1, womit jeweils ein unterschiedlicher Haltewert eingestellt wird. Dies bedeutet, daß der Schutzrohrkontakt K bei Erreichen unterschiedlicher überstromgrenzen anspricht. Mit Hilfe der Stellschraube S kann also der jeweils gewünschte Ansprechwert in sehr einfacher Weise eingestellt werden.The permanent magnet M is pulled into its rest position by the spring F. This position is defined by the adjusting screw S, which enables the locking position to be adjusted. When the adjusting screw S is turned, the distance a of the permanent magnet M from the contact spring B 1 changes, whereby a different holding value is set in each case. This means that the protective tube contact K responds when different overcurrent limits are reached. With the help of the adjusting screw S, the respectively desired response value can be set in a very simple manner.

Um nun den Schutzrohrkontakt K nach seiner Öffnung infolge Überschreitens der überstromgrenze wieder schließen zu können, ist die Taste T vorgesehen. Bei Druck auf diese Taste wird der Dauermagnet M an den Schutzrohrkontakt K heranbewegt. Diese Bewegung wird durch den Bund A begrenzt. Ist die Taste T bis zum Bund A durchgedrückt, so nimmt der Dauermagnet M seine Einschaltlage ein, in welcher das den Kontaktfedern B 1 und B 2 zugeführte Feld ausreicht, um diese zu schließen. Damit ist der zu überwachende Stromkreis eingeschaltet. Nach Loslassen der Taste T wird der Dauermagnet M unter dem Einfluß der Feder F in seine durch die Stellschraube S definierte Sicherungslage zurückgezogen. Dabei werden die Kontaktfedern B 1 und B 2 im geschlossenen Zustand gehalten, da, wie vorstehend erwähnt, in der Sicherungslage des Dauermagnets M das den Kontaktfedern zugeführte Dauerfeld noch oberhalb des Abfallwertes des Kontaktes K liegt.In order to be able to close the protective tube contact K again after it has opened due to the overcurrent limit being exceeded, the T key is provided. When this button is pressed, the permanent magnet M is moved towards the protective tube contact K. This movement is limited by the collar A. If the button T is pressed down to the collar A , the permanent magnet M assumes its switched-on position, in which the field supplied to the contact springs B 1 and B 2 is sufficient to close them. The circuit to be monitored is now switched on. After releasing the button T , the permanent magnet M is retracted under the influence of the spring F into its securing position defined by the adjusting screw S. The contact springs B 1 and B 2 are kept in the closed state because, as mentioned above, in the safety position of the permanent magnet M, the permanent field supplied to the contact springs is still above the drop in value of the contact K.

Bei dem in der Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Bewegung des Dauermagnets M durch Drehung um eine Achse D. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine andere Art der Heranführung des Dauermagnets M an den Kontakt K zu verwenden.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the permanent magnet M is moved by rotating it about an axis D. Of course, it is also possible to use a different way of bringing the permanent magnet M up to the contact K.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 zeigt noch ein Organ; welches sich besonders günstig hinsichtlich der Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Sicherung auswirkt. Es ist dies ein magnetischer Nebenschluß ES, über den sich ein Teil des vom Dauermagnet M gelieferten Dauerfeldes schließt und der damit die Parallelschaltung eines magnetischen Widerstandes zu dem Dauermagnet M darstellt. Der magnetische Widerstand des magnetischen Nebenschlusses ES ist derart gewählt, daß das Dauerfeld im geschlossenen Zustand des Schutzrohrkontaktes K im wesentlichen über die Kontaktfedern B 1 und B 2 verläuft, während im geöffneten Zustand des Schutzrohrkontaktes K das Dauerfeld im wesentlichen auf den Nebenschluß ES ausweicht.The arrangement according to FIG. 1 shows another organ; which has a particularly favorable effect in terms of the sensitivity of the fuse according to the invention. This is a magnetic shunt ES via which part of the permanent field supplied by the permanent magnet M closes and which thus represents the parallel connection of a magnetic resistance to the permanent magnet M. The magnetic resistance of the magnetic shunt ES is selected such that the permanent field in the closed state of the protective tube contact K essentially runs over the contact springs B 1 and B 2 , while in the open state of the protective tube contact K the permanent field essentially deviates to the shunt ES.

Die magnetsiche Wirkungsweise sei an Hand der Fig. 2 erläutert, welche das magnetische Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß Fig.1 darstellt, wobei der Schutzrohrkontakt K geschlossen gedacht ist. Der magnetische Widerstand der geschlossenen Kontaktstelle ist mit Ro bezeichnet. Den magnetischen Widerstand jeweils einer Kontaktfeder stellt Rf dar. Parallel hierzu liegt der magnetische Widerstand des Nebenschlusses R, Dieser Parallelschaltung wird ein aus der magnetischen Spannungsquelle U;" gelieferte Fluß 0," zugeführt, der sieh in die Flüsse 0, und 0"S aufteilt: In Reihe zu der Spannungsquelle Q", liegt noch jeweils ein magnetischer Widerstand R1, welcher den magnetischen Widerstand im Luftspalt zwischen Dauermagnet und Kontaktfeder darstellt.The magnetic mode of operation is explained with reference to FIG. 2, which represents the magnetic equivalent circuit diagram of the arrangement according to FIG Protective tube contact K is intended to be closed. The magnetic resistance of the closed Contact point is labeled Ro. The magnetic resistance of each contact spring represents Rf. Parallel to this is the magnetic resistance of the shunt R, This parallel connection is supplied from the magnetic voltage source U; " Flow 0, "supplied, which divides see into the flows 0, and 0" S: In series with the Voltage source Q ", there is still a magnetic resistance R1, which is the represents magnetic resistance in the air gap between permanent magnet and contact spring.

Tritt nun in einer derartigen Ersatzschaltung eine Erhöhung der Widerstände Rf ein (Widerstandserhöhung infolge Feldverdrängung in den Kontaktfedern), so ändert sich die Flußverteilung, wobei der Flußanteil 0o, welcher über die Kontaktfedern und die geschlossene Kontaktstelle (Ro und R f fließt, kleiner wird, während der Flußänteil des über den magnetischen Nebenfluß zunimmt. Bei einem kritischen Widerstand in dem die Kontaktfedern enthaltenden Zweig (Überstromgrenze) wird der Flußanteil 00 kleiner als der notwendige Haltefluß, so daß der Kontakt öffnet. Dabei kann sowohl die Flußrichtung als auch die Stromrichtung beliebig gewählt werden.If an increase in the resistances Rf occurs in such an equivalent circuit (resistance increase due to field displacement in the contact springs), the flux distribution changes, whereby the flux component 0o, which flows through the contact springs and the closed contact point (Ro and R f, becomes smaller, In the case of a critical resistance in the branch containing the contact springs (overcurrent limit), the flux component 00 becomes smaller than the necessary holding flux, so that the contact opens will.

Die Anordnung ist selbstverständlich auch funktionsfähig, wenn kein magnetischer Nebenfluß verwendet wird. Dieser ist jedoch vorteilhaft mit vorzusehen, da er, wie gesagt, sich günstig auf die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Sicherung auswirkt. Dies bedeutet, d'aß die Sicherung innerhalb eines relativ schmalen Toleranzbereiches sicher anspricht.The arrangement is of course also functional if none magnetic tributary is used. However, this is advantageous to provide since, as I said, it has a beneficial effect on the sensitivity of the fuse according to the invention affects. This means that the fuse is within a relatively narrow tolerance range sure to respond.

Bei dem an Hand der Fig. 1 erläuterten Ausführungsbeispiel wird als Schalter ein Schutzrohrkontakt verwendet, bei dem also beide Kontaktstücke, nämlich seine beiden Kontaktfedern, aus magnetisierbarem Material bestehen, Dies ist jedoch kein zwingendes Erfordernis für die Realisierung der Erfindung. Viehmehr kann auch ein Schalter verwendet werden, bei welchem nur ein Kontaktstück, und zwar das bewegliche, aus magnetsierbarem Material besteht. Es muß bei einer derartigen Anordnung lediglich gewährleistet sein, daß unter dem Einfluß des Dauerfeldes das magnetisierbare Kontaktstück an das Gegenkontaktstück herangezogen wird und der Effekt der Flußverdrängung in dem magnetisierbaren Kontaktstück ausreicht, um bei Erreichen der Überstromgrenze den Schalter öffnen zu lassen. Es ist jedoch zweckmäßig, einen Schalter zu verwenden, dessen beide Kontaktstücke aus magnetisierbarem Material bestehen, da in diesem Falle eine relativ lange Strecke existiert, längs welcher der Effekt der Flußverdrängung wirksam werden kann. Je länger nämlich diese Strecke ist, um so stärker steigt die Erhöhung des magnetischen Widerstandes bei Zunahme des Stromes an, was sich günstig auf die Empfindlichkeit der Anordnung auswirkt.In the embodiment explained with reference to FIG. 1, as Switch uses a protective tube contact, so in which both contact pieces, namely its two contact springs, made of magnetizable material, but this is not an essential requirement for the realization of the invention. Cattle can do more too a switch can be used in which only one contact piece, namely the movable, consists of magnetizable material. It only has to be in such an arrangement be guaranteed that the magnetizable contact piece under the influence of the permanent field is drawn to the mating contact piece and the effect of the flow displacement in the magnetizable contact piece is sufficient to stop when the overcurrent limit is reached to let the switch open. However, it is convenient to use a switch whose two contact pieces are made of magnetizable material, as in this Case exists a relatively long distance along which the effect of the flow displacement exists can take effect. The longer this route is, the more it increases Increase in magnetic resistance when the current increases, which is beneficial affects the sensitivity of the arrangement.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical fuse that responds to overcurrent with a switch in the circuit to be monitored using Switching contacts, at least one of which is made of magnetizable material and by a permanent field supplied by a permanent magnet in a closed State can be maintained, characterized in that the of the over the Closed switch contacts generated a ring field in the switch contacts is used to displace the permanent field so far that when the overcurrent limit the holding value of the switch is undershot, and so does this opens.

2. Fuse according to claim 1, characterized in that a switch is used Protective tube contact (K) is used.

3. Fuse according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the permanent magnet (M) has a magnetic shunt (ES) one such magnetic resistance is connected in parallel that the continuous field in closed state of the switch essentially via the switch contact or contacts (B 1, B 2) runs, while in the open state of the switch the permanent field in essentially deviates to the shunt.

4. Fuse according to claim 1 to 3, characterized in that the permanent magnet (M) is adjustable in two positions, in one of which (switch-on position) its field is sufficient to close the switch (K), and in the other (safety position) its field the switch in the closed state holds as long as the hold value of the switch is not reached by reaching the overcurrent limit is fallen below.

5. Fuse according to claim 4, characterized in that the Permanent magnet (M) is pivotable about an axis (D) and when it rotates from the one layer merges into the other layer.

6. Fuse according to claim 4 or 5, characterized characterized in that the permanent magnet (M) is in the safety position by a spring (F) is pulled, from which the permanent magnet is moved into the switch-on position by an external actuation can be brought. Publications considered: German Auslegeschrift No. 1042 723; ETZ-A, H. 11, June 1, 1953, pp. 343 to 346.