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Fritz Driescher Spezialfabrik für Elektrizitätswerksbedarf, Rheydt/Rhld.,
Schwalmstraße 204.
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"Schmelzleiter für kurzschlußflinke Hochleistungsicherungen".
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Für bestimmte Zwecke, z. B. für die selektive Absicherung von Leitungen
in Niederspannungs-Netzen und ähnlichen Anlagen sind Niederspannungs-Hochleistungssicherungen
u. a. auch für große Nennstromstärken erforderlich, die bei großem Aussehaltvermögen
eine flinke Stromzeit-Kennlinie aufweisen. Dabei ist ein flinker, d. h. steiler
Verlauf der Strom-Zeit-Kennlinie weniger im Überlastgebiet als im Kurzschlußbereich
erwünscht, damit einerseits Kurzschlüsse möglichst rasch abgeschaltet werden, anderseits
aber ein möglichst großer Spielraum für das selektive Arbeiten der verschiedenen,
in einem Stromweg hintereinander geschalteten Sicherungen und Schaltrelais gewonnen
wird.
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Es sind Niederspannungs-Hochleistungssioherungen mit einem einzigen
Schmelzleiter oder mit mehreren parallel
geschalteten Schmelzleitern
bekannt, die in der Mitte oder auch an mehreren, über ihre Länge verteilten Stellen
eine Querschnittverminderung-sogenannte Engstelle aufweisen. Bei Überströmen und
Kurzsohlußströmen schmelzen die Schmelzleiter an diesen Engstellen durch, bevor
die übrigen, nicht geschwächten Schmelzleiterteile auf Schmelztemperatur erwärmt
sind.
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Bei normaler Belastung solcher Schmelzleiter und bei kleineren, unterhalb
der Strom-Zeit-Kennlinie liegenden Überströmen wird ein Teil der an den Engstellen
erzeugten Wärme in die nicht geschwächten, kälteren Schmelzleiterteile abgeleitet,
so daß ein gewisser Wärmeausgleich entsteht, der ein vorzeitiges Durchschmelzen
des Schmelzleiters an den Engstelle verhindert. Die Sicherung verhält sich dabei
wie ein Schmelzleiter mit im ganzen geringerem Querschnitt.
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Sicherungen mit Schmelzleitern dieser Art sind jedoch für die eingangs
bezeichneten Zwecke noch zu träge und in ihrem Ausschaltvermögen nicht hoch genug,
da man mit Rücksicht auf die mechanische Festigkeit die Querschnitte der meist sehr
dünnen Schmelzleiter an den Engstellen nicht beliebig vermindern kann. Neben einem
zum Zweck der Querschnittverringerung meist im Schmelzleiter angebrachten Loch bleiben
nur schmale Stege von wenigen Zehntel Millimeter Breite stehen, so daß der Schmelzstreifen
an den so geschaffenen
Engstelle bei der Montage leicht durchreißen
oder brechen kann.
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Es hat sich gezeigt, daß man aus diesen Gründen an den Engstelle
den Schmelzleiter kaum auf weniger als 30% seines Querschnitts schwächen darf. Eine
derartige Verminderung des Querschnitts von Schmelzleitern an ihrer Engstelle reicht
aber nicht aus, um die gewünschte flinke Strom-Zeit-Kennlinie und das erforderliche
große Aussohaltvermögen, besonders bei Sicherungen mit hohen Nennstromstärken, zu
erzielen.
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Man hat sich deshalb damit zu helfen versucht, daß man die Engstelle
mit einem Weichlotauftrag oder einer chemisch wirkenden Tablette versieht, in deren
Bereich der Schmelzleiter bei einer Temperatur zum Schmelzen gebracht wird, die
erheblich unter der Schmelztemperatur des Schmelzleiter-Werkstoffs liegt. Zum gleichen
Zweck hat man auch schon den Schmelzstreifen in der Mitte durchgetrennt und seine
Teile durch eine Weichlotbrücke wieder verbunden, um ein Durchschmelzen bei einer
geringeren Temperatur zu erreichen.
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Auch diese Maßnahmen reichen jedoch nicht aus, bei Sicherungen mit
hohem Ausschaltvermögen und großer Nennstromstärke einen sehr steilen Verlauf der
Strom-Zeit-Kennlinie im Kurzschlußgebiet und gleichzeitig die erwünschte
große
Trägheit im Überlastgebiet zu erreichen.
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Ziel der Erfindung ist es, einen Schmelzleiter zu schaffen, der bei
Sicherungen großer Nennstromstärke und mit einem hohen Ausschaltvermögen eine Strom-Zeit-Kennlinie
mit sehr steilem Verlauf im Kurzschlußgebiet und sehr flachem Verlauf im Überstrombereich
ergibt. Sie erreicht dies bei einem Schmelzleiter für kurzschlußflinke Hochleistungsicherungen
mit an wenigstens einer Stelle verringertem Querschnitt, der in einem geschlossenen,
mit löschmittel gefüllten Isolierkörper angeordnet ist, erfindungsgemäß dadurch,
daß ein mittlerer Schmelzleiterteil mit an einer Stelle geschwächtem Querschnitt
die Strombrücke darstellt, über die zwei Gruppen von wenigstens je zwei an ihren
Enden miteinander verbundenen Teilen des Schmelzleiters in Serie geschaltet sind,
von denen jeder mindestens den gleichen Querschnitt hat wie die Strombrücke.
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Die Ausbildung des Schmelzleiters nach der Erfindung ermöglicht es,
ihm an der Engstelle einen Querschnitt zu geben, der nur 10% oder weniger seines
übrigen Querschnitts ausmacht und gestattet zugleich eine feine Unterteilung der
einzelnen, parallel geschalteten Schmelzleiterteile und deren getrennte Anordnung
im Löschmittel. Er erfüllt damit alle Voraussetzungen für ein großes Ausschaltvermögen
auch bei großen Nennstromstärken der Sicherung,
und zwar bei großer
Trägheit im Überlastgebiet und augenblicklicher Abschaltung bei Kurzschluß. Er läßt
sich auch ohne nennenswerten Stanzverlust in einfacher Weise herstellen. Die vergrößerten
Querschnitte beiderseits der Engstelle bewirken durch ihre größere Metallmasse eine
gesteigerte Wärmeabführung von der Engstelle, die noch durch die als Folge der Unterteilung
vergrößerte Kontaktfläche mit dem Löschmittel unterstützt wird. Mit Schmelzleitern
nach der Erfindung ausgestattete Sicherungen können daher im Überstrombereich dem
größeren Querschnitt entsprechend höher belastet werden, ohne daß ihre Eignung,
bei Kurzschluß unverzüglich und mit geringer Liihtbogendauer abzuschalten, beeinträchtigt
wird.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele für den den Gegenstand
der Erfindung bildenden Sicherungsschmelzleiter dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Schmelzleiter mit zwei Gruppen von je drei Schmelzstreifen
1 bis 3 und 1a bis 3a, die an ihren Enden durch Querstreifen 16 verbunden und dadurch
parallel geschaltet sind. Die Schmelzleitergruppen sind untereinander durch die
Strombrücke 13 verbunden. die den mittleren Teil des Sehmelzleiters bildet. Die
Brücke 13 kann außerdem durch Lochung 12 oder auf andere Weise in ihrem Querschnitt
vermindert werden. An dieser Engstelle 11
kann, wenn die Brücke
13 gleiche Breite wie die parallelen Streifen 1 bis 3 und 1a bis 3a hat, und wenn
die Lochung 12 ihre Breite und damit ihren Querschnitt auf 30% vermindert, auf 0,
3 x 0, 3 0, 09% des übrigen Schmelzleiterquerschnitts herabgesetzt sein, ohne daß
die mechanische Festigkeit des Schmelzleiters in unerwünschtem Maße herabgesetzt
ist.
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Fig. 2 zeigt das Beispiel eines Schmelzleiters für größere Nennstromstärken
mit zwei Gruppen von je zehn parallelen Schmelzstreifen 1 bis 10 und 1a bis 10a,
die durch zwei Strombrücke 13, 13 miteinander in Serie geschaltet sind. Bei dieser
Ausführung, die sich ebenso wie die nach Fig. 1 mit Hilfe eines Stanz-und Biegewerkzeuges
aus einem entsprechend breiten Schmelzleiterband leicht herstellen läßt, beträgt
unter sonst gleichen Voraussetzungen wie bei dem Beispiel nach Fig. 1 der Engstellenquerschnitt
nur 6% des übrigen Schmelzleiterquerschnitts. Der Sehmelzleiter nach Fig. 2 entspricht
in seiner Wirkung völlig zwei parallel geschalteten Leitern mit je zwei Gruppen
zu je fünf Sohmelzstreifen und je einer Strombrücke.
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Durch Veränderung der Anzahl der parallel geschalteten Schmelzstreifen
und der Anzahl der Brücken 13 kann das Verhältnis des Engstellenquerschnitts zum
Gesamtleiterquerschnitt in weitesten Grenzen den jeweiligen Erfordernissen angepaßt
werden.
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Fig. 3 zeigt-von der Seite gesehen-einen Sehmelzleiter nach Fig.
1 oder 2, bei dem zur Vergrößerung ihres gegenseitigen Abstandes die durch jeweils
einen Längsausschnitt voneinander getrennten Streifen der Gruppen beiderseits dieser
Längsausschnitte abwechselnd in verschiedenen Richtungen aus der Streifenebene abgebogen
sind.
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Dadurch wird erreicht, daß diese Sohmelzleiterteile im Interesse eines
hohen Ausschaltvermögens der Sicherung innerhalb des Isolierkörpers ringsum von
einer ausreichenden Menge des Löschmittels, z. B, Quarzsand, umgeben sind. Der große
Abstand zwischen den parallel geschalteten Schmelzleiterteilen wird auf diese Weise
mit geringeren Werkstoffverlusten erreicht, als wenn man bei einem im ganzen entsprechend
breiteren Streifen die Längsausschnitte breiter machen würde. Anderseits lassen
sich ähnlich große Abstände auch dadurch erzielen, daß man die parallelen Schmelzleiterteile
alle nach der gleichen Seite auskröpft und den ganzen Schmelzleiter um eine zu seinen
Längsrändern parallele Achse zur Form eines Rohres oder Rohrsegments zusammenbiegt.
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Durch die feine Unterteilung des Schmelzleiters in parallel geschaltete
Leiterteile und deren allseitige Umhüllung mit Löschmittel sowie durch die starke
Verminderung des Schmelzleiter-Querschnitts an der Engstelle im Sinne der Erfindung
wird nicht nur die gewünschte flinke
Strom-Zeit-Kennlinie erreicht,
sondern auch ein besonders großes Aussohaltvermögen der Sicherung.
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Anstelle oder neben der gezeichneten Lochung in der Mitte der Strombrücke
kann auch ein Lotauftrag oder eine chemisch wirkende Tablette vorgesehen sein, um
in bekannter Weise den Schmelzpunkt herabzusetzen. Außerdem ist es zweckmäßig, zur
Verbesserung der Löschbedingungen Löcher 15 auch in den parallel geschalteten Streifen
1 bis 10 und 1a bis 10a sowie gegebenenfalls Löcher 14 auch in den Querstreifen
16 vorzusehen.
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Fig. 4 zeigt schließlich in Seitenansicht einen Schmelzleiter für
kurzschlußflinke Hochleistungssicherungen kleiner Nennstromstärken. Hier liegen
zwei Schmelzstreifen 17 und 18 unterschiedlicher Dicke flach aufeinander.
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Der dünne Streifen 17 ist durchgeführt und bildet mit seinem mittleren
Teil die Strombrücke 13, in deren Bereich der dickere Streifen 18 unterbrochen ist.
Die Teile dieses Streifens 18 sind wenigstens mit ihren Enden an den Streifen 17
angeschweißt. Die Strombrücke 13 weist ein Loch 12 auf und die Teile des dickeren
Streifens 18 sind in der Mitte mit Löchern 15 versehen.
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Auch bei dieser Ausführungsform ist es möglich, den Engstellenquerschnitt
auf weniger als 10% des übrigen Querschnitts zu vermindern, wenn beispielsweise
der Querschnitt
des dünneren Streifens 25% des Gesamtquerschnitts
ausmacht und durch die Lochung auf 30% Restquerschnitt vermindert ist, so daß der
Engstellenquerschnitt nur 0, 3 x 0,25 = 0,075 = 7,5% des übrigen Schmelzleiterquerschnitts
beträgt.