DE2121303B2

DE2121303B2 - Electric fuse filled with sand

Info

Publication number: DE2121303B2
Application number: DE2121303A
Authority: DE
Inventors: Per Ostergaard Kopenhagen Nielsen
Original assignee: Laur Knudsen Nordisk Elektricitets Selskab AS
Current assignee: Laur Knudsen Nordisk Elektricitets Selskab AS
Priority date: 1970-05-04
Filing date: 1971-04-30
Publication date: 1980-11-13
Also published as: DE2121303A1; CA942803A; SE380671B; FR2088316B1; US3662310A; FR2088316A1; GB1345789A

Description

Die Erfindung betrifft eine mit Sand gefüllte elektrische Schmelzsicherung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche ist bekannt durch die DE-PS 7 16 441. Es handelt sich also um eine Schmelzsicherung von der Art, bei welcher die Unterbrechung des Stromes mittels eines elektrischen Lichtbogens erfolgt, >° der in einem dicht gepackten körnigen Isoliermaterial von gleichmäßiger oder unterschiedlicher Korngröße abbrennt. Ein solches Material wird gewöhnlich als Sand bezeichnet, ohne Rücksicht auf seine genaue chemische Zusammensetzung. '5The invention relates to a sand-filled electrical fuse according to the preamble of Claim 1. One such is known from DE-PS 7 16 441. It is therefore a fuse of the type in which the current is interrupted by means of an electric arc,> ° that in a tightly packed granular insulating material of uniform or different grain size burns down. Such a material is commonly referred to as sand, regardless of its exact chemical nature Composition. '5

Die Wirkungsweise von elektrischen Schmelzsicherungen kann in zwei Perioden unterteilt werden, nämlich in die Schmelz- oder Ansprechperiode, weiche von dem Augenblick, in dem der Strom, zum Beispiel ein Kurzschlußstrom, zu fließen beginnt, bis zu dem ^⁰ Augenblick dauert, in dem der Schmelzleiter schmilzt und den metallischen Stromkreis öffnet und in die Lichtbogenperiode, welche dann bis zu dem Augenblick dauert, in dem der Strom endgültig unterbrochen ist.The mode of operation of electrical fuses can be divided into two periods, namely, in the melting or response period, soft from the moment in which the current, for example a short-circuit current starts to flow, to take to the ^ ⁰ moment in which the Fusible wire melts and opens the metallic circuit and enters the arc period, which then lasts until the moment when the current is finally interrupted.

Wenn der Schmelzleiter schmilzt und der Lichtbogen gebildet ist, ist es für die Erzielung einer zufriedenstellenden Wirkungsweise der Schmelzsicherung wichtig, daß die parallel zum Lichtbogen erzeugte Spannung eine entsprechende Größe aufweist und behält, relativ zur Spannung des Stromkreises, in dem die Schmelzsicherung angeordnet ist.When the fuse element melts and the arc is formed, it is satisfactory to achieve a How the fuse works is important that the voltage generated parallel to the arc has and retains a corresponding size, relative to the voltage of the circuit in which the fuse is arranged.

Um eine entsprechende Größe der Spannung des Lichtbogens sicherzustellen, können zwei verschiedene Lösungen unterschieden werden. Die Schmelzsicherung kann in einer solchen Weise ausgebildet werden, daß ^ eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Lichtbogen gebildet wird, oder in einer solchen Weise, daß ein langer Lichtbogen gebildet wird. Diese beiden Lösungen schließen sich aber gegenseitig nicht aus. Es gibt auch noch andere Bedingungen, welche ;tur Erhöhung ^b(l der Spannung des Lichtbogens beitragen, wie zum Beispiel die Abkühlung durch das den Lichtbogen umgebende Füllmaterial und die Erhöhung des Drucks in dem begrenzten Raum, in den das Schmelzsicherungselement und das Füllmaterial eingeschlossen sind. ^h'^J A distinction can be made between two different solutions in order to ensure that the voltage of the arc is adequate. The fuse can be formed in such a manner that ^ is formed a plurality of series connected arc, or in such a manner that a long arc is formed. However, these two solutions are not mutually exclusive. There are also other conditions which; tur increase ^{b (l,} the voltage of the arc contribute, such as the cooling by the the fuse element and the filler material are included surrounding the arc filler material and increasing the pressure in the limited space into which . ^h ' ^J

Ein langer Lichtbogen kann erzielt werden, indem ein langer zylindrischer Draht geschmolzen wird. Dieses Verfahren hat aber einige Nachteile, da es beispielsweise eine ziemlich langsam schmelzende Schmelzsicherung ergibt Diese Nachteile können bekanntlich durch die Verwendung eines Schmeizsicherungselementes vermieden werden, das an einer oder mehreren Stellen einen verringerten Querschnitt aufweist Im Falle eines Oberstromes wird ein solcher verringerter Querschnitt zuerst schmelzen und danach wird der Lichtbogen verlängert durch das fortschreitende Schmelzen eines immer größeren Teils des Schmelzsicherungselementes.A long arc can be achieved by melting a long cylindrical wire. This However, the method has some disadvantages, since there is, for example, a rather slowly melting fuse It is known that these disadvantages can be avoided by using a fuse element be avoided that has a reduced cross-section at one or more points In the case of a Upstream, such a reduced cross-section will first melt and then the electric arc will extended by the progressive melting of an ever larger part of the fuse element.

Die DE-PS 5 11 453 beschreibt Abschmelzsicherungen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß der von dem zu unterbrechenden Strom durchflossene Schmelzkörper in einem Stoff eingebettet ist der ohne besondere Sauerstoffzufuhr sich unter Wärmeentwicklung zersetzen kann. Der Schmelzkörper kann ein Rohr oder ein Draht, z. B. aus Aluminium oder Magnesium sein. Der brennbare Stoff ist ein brennbares Gemisch, z. B. eine Mischung aus Bariumnitrat Aluminium- und Magnesiumpulver. Das an sich brennbare Gemisch entzündet sich bei einer bestimmten Temperatur des Schmelzdrahtes und verbrennt, wodurch der Schmelzdraht zum Schmelzen gebracht wird.DE-PS 5 11 453 describes fuse elements, which are characterized in that the melt body through which the current to be interrupted flows is embedded in a substance which can decompose with the development of heat without a particular supply of oxygen. The melting body can be a tube or a wire, e.g. B. made of aluminum or magnesium. The combustible substance is a combustible mixture, e.g. B. a mixture of barium nitrate aluminum and magnesium powder. The actually combustible mixture ignites at a certain temperature of the fuse wire and burns, whereby the fuse wire is melted.

Die D.E-PS 7 16 441 beschreibt eine überstromträge Schmelzsicherung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der überbemessene Schmelzleiter stellenweise mit einem Gemisch von Chemikalien in Berührung gebracht ist, die bei einer bestimmten Schmelzleitertemperatur so stark exotherm miteinander reagieren, daß die frei werdende Wärmemenge in der Lage ist unter Herabsetzung der Belastbarkeit des Schmelzleiters im Zusammenwirken mit der durch den Belastungsstrom erzeugten Wärmemenge denselben zum Durchschmelzen zu bringen. Das den Schmelzleiter umgebende Gemisch besteht vorzugsweise aus Schwefel und Eisen. Das Gemisch von Chemikalien kann evtl. dem Füllmittel in der Sicherung beigemischt werden.The D.E-PS 7 16 441 describes an overcurrent defective fuse, which is characterized in that the oversized fusible link has been brought into contact with a mixture of chemicals in places which react so strongly exothermically with one another at a certain fusible link temperature that they are free increasing amount of heat is capable of reducing the load capacity of the fusible conductor in the Cooperation with the amount of heat generated by the load current causes the same to melt through bring to. The mixture surrounding the fuse element preferably consists of sulfur and iron. The mixture of chemicals can possibly be added to the filler in the fuse.

Diese beiden Patentschriften beschreiben ein an sich reaktives Gemisch, das bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Schmelzkörpers brennt; ferner ist von einer Reaktion des umgebenden Gemisches mit dem Schmelzkörper nicht die Rede.These two patents describe a per se reactive mixture that operates at a temperature below the melting temperature of the melting body burns; further is from a reaction of the surrounding Mixture with the melting body is out of the question.

Die HE-PS 6 67 089 beschreibt eine ungewöhnliche Verwendungsweise für einen Schmelzleiter aus Magnesium lür offene und geschlossene Sicherungen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Vermeidung von Kontaktkorrosionen dieser Magnesiumschmelzleiter einen Überzug aus einem Stoff von guter elektrischer Leit- und Kontaktfähigkeit erhält der innig mit dem Magnesiumleiter verbunden ist. Als Überzug kann z. B. ein solcher aus Kupfer und Silber verwendet werden.HE-PS 6 67 089 describes an unusual way of using a fusible conductor made of magnesium l for open and closed fuses, which is characterized by the fact that to avoid Contact corrosion of this magnesium fusible link has a coating made of a material of good electrical quality Conductivity and contact properties are maintained that are intimately connected to the magnesium conductor. As a coating, for. B. one made of copper and silver can be used.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Mittel zur Förderung der Verlängerung des Lichtbogens während der Lichtbogenperiode zu finden, um dadurch die Spannung des Lichtbogens zu erhöhen und auf diese Weise die Lichtbogenperiode einer elektrischen Schmelzsicherung der erwähnten Art zu verkürzen.The object of the invention is to provide means for promoting the lengthening of the arc during to find the arc period in order to increase the voltage of the arc and to this Way to shorten the arc period of an electrical fuse of the type mentioned.

Dies wird gemäß der Erfindung erzielt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.This is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

F i g. 1 einen Schmelzleiter von bekannter Ausbildung undF i g. 1 a fusible link of known training and

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Spannung parallel zum Lichtbogen.F i g. 2 a schematic representation of the voltage parallel to the arc.

Der Schmelzleiter, von dem ein Teil in Fi g. I gezeigt ist, besteht aus einem Streifen oder Band 11 aus Metall, das an einer entsprechenden Stelle mit einem Loch 12 versehen ist, durch welches der Querschnitt verringert ist. Eine solche Verringerung stellt eine Schwächung desThe fusible link, part of which is shown in Fi g. I shown consists of a strip or band 11 of metal, which is provided at a corresponding point with a hole 12 through which the cross section is reduced is. Such a decrease represents a weakening of the

Schmelzleiters an der betreffenden Stelle dar mit dem Effekt, daß der Schmelzleiter mehr geneigt ist, an dieser Stelle zu schmelzen. Eine Schwächung des Schmelzleiters kann aber auch durch irgendein anderes bekanntes Verfahren erzielt werden, beispielsweise durch örtliche Erhöhung des elektrischen Widerstandes durch Legieren, durch eine verringerte Abkühlung oder einfach durch geeignete Veränderungen der Umgebung. Beim Auftreten eines Oberstroms wird der Schmelzleiter zuerst ar einer geschwächten Stelle schmelzen, so daß ι ο ein kurzer Lichtbogen gebildet wird.Fusible conductor at the relevant point with the effect that the fusible conductor is more inclined at this point Place to melt. However, a weakening of the fusible conductor can also be caused by any other known factor Process can be achieved, for example by local Increasing the electrical resistance through alloying, through reduced cooling or simply by making suitable changes to the environment. When an overcurrent occurs, the fusible link becomes first melt ar a weakened point so that ι ο a short arc is formed.

Der gebildete kurze Lichtbogen stellt jedoch eine bestimmte Spannung dar, und beim Durchgang des Stromes wird Energie freigegeben. Wie Fig.2 zeigt, kann die Spannung des Lichtbogens als aus drei Teilen bestehend angesehen werden.However, the short arc formed represents a certain voltage, and when passing through the Electricity releases energy. As Fig.2 shows, the voltage of the arc can be seen as consisting of three parts.

In unmittelbarer Nähe der Fußpunkte des Lichtbogens befinden sich die beiden praktisch konstanten Spannungsabfälle, der sogenannte Kathudenfall 1 und der Anodenfal! Z In dem dazwischen liegenden Lichtbogen, im Plasma, tritt ein Plasmafall 3 auf, der zur Länge des Lichtbogens annähernd proportional ist.The two practically constant ones are located in the immediate vicinity of the base points of the arc Voltage drops, the so-called Kathudenfall 1 and the anode trap! Z In the one in between Arc, in the plasma, a plasma fall 3 occurs, which is approximately proportional to the length of the arc.

Die charakteristische Eigenschaft der beiden Spannungsabfälle 1 und 2, des Kathodenfalls und des Anodenfalls, ist die Tatsache, daß sie in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Schmelzleiters erscheinen. Die mit diesen Spannungsabfällen verbundene Energie wird daher am Schmelzleiter freigegeben und durch denselben selbst absorbiert, und zwar in der Form von Wärme, weiche zu dem Teil des Schmelzleiters geleitet wird, der unmittelbar hinter der Oberfläche liegt Das Ergebnis ist, daß dieser Teil des Schmelzleiters erhitzt wird und schmilzt. Da der Kathodenfall und der Anodenfall im wesentlichen konstante Werte sind, ist die freigegebene Energie proportional zu dem Strom, multipliziert mit der abgelaufenen Zeit oder, mit anderen Worten, proportional zum Integral des Stromes über das betreffende Zeitintervall.The characteristic property of the two voltage drops 1 and 2, the cathode drop and the Anode case, is the fact that they appear in close proximity to the surface of the fusible conductor. the Energy associated with these voltage drops is therefore released at the fusible link and absorbed by the same itself, in the form of heat, which is routed to the part of the fuse element immediately behind the surface. The result is that this part of the fuse element is heated and melts. Since the cathode fall and the anode fall in the are essentially constant values, the released energy is proportional to the current multiplied by the elapsed time or, in other words, proportional to the integral of the current over the relevant time interval.

Wenn angenommen wird, daß die Erhitzung adiabatisch erfolgt und wenn die Wärme, die der metallische « Widerstand des Schmelzleiters beiträgt, vernachlässigt wird, ist die Verlängerung des Lichtbogens proportional zum Integral des Stromes über die abgelaufene Zeit. Da dies ein Naturgesetz ist, ist es durch übliche Mittel nicht möglich, die Verlängerung zu fördern. Es wurde « gefunden, daß irgendeine Veränderung, die zu dem Zweck vorgenommen wird, die Geschwindigkeit zu vergrößern, mit welcher der Lichtbogen verlängert wird, von anderen Veränderungen mit der entgegengesetzten Tendenz begleitet ist.If it is assumed that the heating is adiabatic and if the heat generated by the metallic « If the resistance of the fuse element is neglected, the lengthening of the arc is proportional to the integral of the current over the elapsed time. Since this is a law of nature, by ordinary means it is not possible to promote the extension. It was «found that some change leading to the Purpose is made to increase the speed at which the arc extends is accompanied by other changes with the opposite tendency.

In dem Fall, in dem es sich nur um einen einzigen Lichtbogen handelt, ist es bekannt, eine weitere Verlängerung des Lichtbogens durch mechanische Mittel zu bewirken, beispielsweise indem die beiden Teils des Schmelzleiters auseinandergezogen werden.In the case where there is only one It is known to further extend the arc by mechanical means To effect means, for example by pulling the two parts of the fusible conductor apart.

Dies ist eine praktische Lösung für Schmelzleiter, die von Luft umgeben sind, aber nicht leicht anwendbar, wenn der Schmelzleiter von einem dicht gepackten körnigen Material umgeben istThis is a practical solution for fuse elements surrounded by air, but not easily applicable, when the fuse element is surrounded by a densely packed granular material

Durch den exothermischen chemischen Prozeß des Metalls des Schmelzleiters und des denselben umgebenden Füllstoffes bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des Schmelzieiters gemäß der Erfindung wird jedoch ein besonderer Energiebeitrag für das Schmelzen des Schmelzleiters verfügbar sein und die Verlängerung des Lichtbogens wird infolgedessen rascher vor sich gehen. Nach dem Schmelzen des geschwächten Teils des Schmelzleiters werden die elektrische und die chemische Energie eine progressive Zerstörung des verbleibenden Teils des Schmelzleiter bewirken und das elektrisch leitende Metall des Schmelzleiters wird in eine elektrisch isolierende chemische Verbindung umgewandeltDue to the exothermic chemical process of the metal of the fusible conductor and the filler material surrounding the same at temperatures above the However, the melting point of the melting point according to the invention is a special energy contribution for the Melting of the fuse element will be available and the lengthening of the arc will be as a result go faster. After the weakened part of the fuse element has melted, the electrical and chemical energy a progressive destruction of the remaining part of the fusible link cause and the electrically conductive metal of the fuse element is in an electrically insulating chemical compound converted

Eine Bedingung für den Erfolg der Erfindung besteht darin, daß die chemische Reaktion nicht bei irgendeinem der Temperaturwerte stattfindet, die in der Schmelzsicherung während des normalen Betriebs vorherrschen, sondern nur bei Temperaturen, die unter dem Einfluß des Lichtbogens an den Fußpunkten desselben vorhanden sind, das heißt bei Temperaturen, die oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls des Schmeizleiters liegen.A condition for the success of the invention is that the chemical reaction not in any the temperature values that prevail in the fuse during normal operation take place, but only at temperatures that are present under the influence of the arc at the foot points of the same, that is, at temperatures above the Melting point of the metal of the fuse lead.

Es ist nicht eine notwendige Bedingung für die Erfindung, daß der Schmelzleiter eine oder mehrere geschwächte Stellen aufweist Diese haben jedoch den praktischen Vorteil, gut definierte Ausgangspunkte für den Lichtbogen zu bilden. Die Schwächung braucht daher nur gering zu sein, beispielsweise einer Verringerung des Querschnitts um 10 bis 20% zu entsprechen. Die Schwächung soll vorzugsweise 90% nicht überschreiten.It is not a necessary condition for the invention that the fusible link has one or more has weakened areas However, these have the practical advantage of having well-defined starting points for to form the arc. The weakening therefore only needs to be slight, for example to correspond to a reduction in the cross section by 10 to 20%. The weakening should preferably not exceed 90%.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele genauer erklärt.The invention is explained in more detail by the following examples.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Schmelzleiter der in F i g. 1 gezeigten Art verwendet werden. Der Schmelzleiter besteht im wesentlichen aus Aluminium und ist in Quarzsand eingebettet, der ein Siliciumoxid ist. Nach der Bildung eines Lichtbogens an der geschwächten Stelle auf dem Schmelzleiter wird das chemisch sehr aktive Aluminium mit dem Quarzsand reagieren. Praktische Experimente haben Fälle gezeigt, in denen die für die Zerstörung des Schmelzleiters verfügbare Energie mehr als verdoppelt wird, d. h. die gleiche Verlängerung des Lichtbogens kann in weniger als der halben Zeit erzielt werden.In one embodiment of the invention, a fusible conductor of the type shown in FIG. 1 used will. The fusible link consists essentially of aluminum and is embedded in quartz sand, which is a Is silicon oxide. After the formation of an arc at the weakened point on the fuse element, the chemically very active aluminum react with the quartz sand. Practical experiments have shown cases in which the energy available to destroy the fuse element is more than doubled, d. H. the the same arc extension can be achieved in less than half the time.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung verwendet einen Schmelzleiter, der im wesentlichen aus Magnesium besteht und der in der gleichen Weise veranlaßt wird, mit einem Füllstoff aus Quarzsand zu reagieren.Another embodiment of the invention uses a fusible link, which consists essentially of Magnesium consists and which is induced in the same way with a filler of quartz sand react.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Sand-filled electrical fuse on the basis of exothermic chemical with each other reacting melts and fillers, thereby characterized in that the fusible conductor and the filler surrounding it consist of materials or contain them, their exothermic chemical reaction at temperatures above the melting point of the fuse element ι ο entry

• 2. Electrical fuse according to claim I _1, characterized in that the filler material consists of quartz sand

3. Electrical fuse according to claim 1, '5 characterized in that the fusible conductor consists predominantly of aluminum.

4. Electrical fuse according to claim i, characterized in that the fusible conductor consists mainly of magnesium