DE2237690A1

DE2237690A1 - Strombegrenzender h.h.-schmelzsicherungseinsatz

Info

Publication number: DE2237690A1
Application number: DE2237690A
Authority: DE
Inventors: Frank L Cameron
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-09-30
Filing date: 1972-07-31
Publication date: 1973-04-05
Also published as: CA956679A; US3766509A; GB1403087A; JPS4849526U

Description

ο ο Μίνι 1972 WESTINGHOUSE Erlangen, den ^iajUL"

Electric Corporation Werner-von-Siemens-Str. Pittsburgh, Pa., USA

Unser Zeichen:

VPA 71/8392 Bec/Bes

Strombegrenzender H.H.-Schmelzsicherungseinsatz

Die Erfindung bezieht sich auf einen strombegrenzenden H.H.-Schmelzsicherungseinsatz mit einem rohrförmigen Gehäuse, dessen Stirnenden mit Anschlußkappen verschlossen sind, zwischen denen sich mindestens ein mit Engstellen und erforderlichenfalls mit einem Schmelzlotauftrag versehener Schmelzleiter erstreckt, der auf einem Teil seiner Länge mindestens einen Isolierkörper trägt, der von einem den Gehäusehohlraum füllenden, auch den Isolierkörper-freien Schmelzleiterteil bedekkenden pulverförmigen oder körnigen Löschmittel umgeben ist. "

Die Schmelzleiter von strombegrenzenden SchmelzSicherungseinsätzen, besonders solchen des H.H.-Typs, besitzen normalerweise einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt und sind mit Engstellen versehen, um die gewünschte Strombegrenzung zu erhalten. Bei bestimmten Einsatzfällen solcher Schmelzleiter, beispielsweise bei einer Spannung von 5 KV und höher, sollen strombegrenzende Schmelzsicherungö- ■

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einsätze in der Lage sein, Überlastströme in einem weiten Bereich zu unterbrechen, der sich von relativ niedrigen zu relativ hohen Überlastströmen erstrecken kann. Wenn jeder der eingesetzten Schmelzleiter im Schmelzsicherungseinsatz mit einer Anzahl von Engstellen versehen ist, ergeben sich beim Ansprechen des SchmelzSicherungseinsatzes bei relativ hohen überlastströmen eine Anzahl von Serienlichtbögen, welche die endgültige Unterbrechung erleichtern. Dagegen entsteht gewöhnlich nur ein Lichtbogen, wenn ein relativ niedriger Überlaststrom auftritt.

Zur Erleichterung des Unte^rbrechens von relativ niedrigen überlastströmen sind schon verschiedene Mittel vorgeschlagen und/oder angewendet worden.

Bei einem bekannten Schmelzsicherungseinsatz der eingangs genannten Art trägt jeder Schmelzleiter zwei Isolierkörper, von denen jeder aus zwei Platten aus glasfaserverstärktem organischen Material gebildet ist, die an ihren den Schmelzleiter überragenden Randbereichen zusammengenietet sind und den Schmelzleiter zwischen sich einschließen. Die Isolierkörper überdecken runde, als Engstellen dienende Schmelzleiter-Ausnehmungen, die in zwei parallelen, quer zur Schmelzleiterbreite verlaufenden Reihen im Schmelzleiter angeordnet sind. Jeder Schmelzleiter trägt etwa in der Mitte zwischen

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den zugeordneten Isolierkörpern Schmelzlotpunkte. Die Isolierkörper bilden während eines Unterbrechungsvorganges Ausblastöpfe. Damit sollen Lichtbögen gezwungen werden, nur entlang des Schmelzleiters zu brennen und nicht unkontrollierte Nebenwege einzuschlagen, auf denen ihre Löschung erschwert würde. Ferner soll nach dem Löschen eine wiederzündfähige, leitende Strecke verhindert werden. Durch den beim Brennen eines Lichtbogens oder mehrerer Lichtbögen entstehenden Druck werden jedoch die Isolierkörper bildenden Platten voneinander abgehoben, so daß die Ausblasung nicht nur entlang des Schmelzleiters, sondern auch quer zu ihm erfolgt. Damit ist die Entwicklung des Druckes und dessen Strömungsrichtung weitgehend unkontrolliert, so daß die gewünschte Wirkung nur teilweise eintreten kann (USA-Patent 3.o2o.372).

Bei einem anderen bekannten Schmelzsicherungseinsatz ist ein Träger für mehrere Schmelzleiter vorgesehen.

Der Träger oder wenigstens ein Teil davon gibt beim Brennen eines Lichtbogens ein die Lichtbogenlöschung unterstützendes Gas ab. Hier ist der Umfang der Gasentwicklung noch weniger kontrolliert als bei dem vorherbeschriebenen Schmelzsicherungseinsatz, da die ganze Länge des Trägers vom Lichtbogen beaufschlagt werden kann. Hierbei entsteht ein Gasdruck, der zum Sprengen des Gehäuses führen kann (USA-Patent 3.569.891).

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Ähnlich wie bei dem zuvor beschriebenen Schmelzsicherungseinsatz liegen die Verhältnisse bei einem weiteren bekannten Schmelzsicherungseinsatz. Die Schmelzleiterengstellen sind hier durch V-förmige Randeinschnitte gebildet. Jeder Schmelzleiter ist in seinem mittleren Bereich in eine Schicht oder Zone eines unter dem Einfluß eines Lichtbogens gasabgebenden Materials eingebettet, das an seinen Stirnenden von einem üblichen Löschmittel wie Sand ο.dgl. begrenzt ist, das den übrigen Hohlraum des Gehäuses ausfüllt. Bei diesem bekannten Schmelzsicherungseinsatz ist die Gasentwicklung beim Brennen eines Lichtbogens schon deshalb weitgehend unkontrolliert, weil die Menge des gasabgebenden Materials sehr groß ist (USA-Patent 3.213.242),

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung eines Schmelzsicherungseinsatzes der eingangs beschriebenen Gattung, mit dem relativ niedrige Uberlastströme sicher unterbrochen werden können, ohne daß nach einer erfolgten Unterbrechung eine wiederzündbare, leitfähige Strecke im Abschmelzbereich des Schmelzleiters entsteht. Beim Brennen eines Lichtbogens soll jeder Isolierkörper nur soviel die Lichtbogenlöschung unterstützendes Gas abgeben, daß ein unzulässiger bzw. schädlicher Überdruck im Gehäuse vermieden wird. Die Gasabgabe soll jedoch in einer ausreichenden Menge und in einer für die- Lichtbogenlöschung günstigen Richtung erfolgen. Allgemein soll

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Die Unterbrechung eines relativ niedrigen Überlastungsstromes verbessert werden.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Isolierkörper aus einem hochverdichteten, unter Einfluß eines Lichtbogens mindestens ein die Lichtbogenlöschung förderndes Gas abgebenden, rundum auf den Schmelzleiter aufgepreßten Material besteht. Durch den innigen Kontakt jedes Isolierkörpers mit dem Schmelzleiter, wobei der innige Kontakt durch den hohen Anpreßdruck erzielt wird, unter dem das Material jedes Isolierkörpers an den Schmelzleiter angepreßt ist, wird ein nur in einer Richtung offener Ausblastopf gebildet. Hierdurch wird der Lichtbogen in die gewünschte Richtung gezwungen und hat keine Möglichkeit in eine nicht gewünschte Richtung auszuweichen. Durch geeignete Wahl der Länge jedes Isolierkörpers kann die erforderliche Größe der Gasentwicklung bestimmt werden. Ferner schafft jeder Isolierkörper beim Brennen eines Lichtbogens eine Hochdruckzone mit einer erhöhten dielektrischen Festigkeit, welche das Wiederzünden nach der Unterbrechung des Stromes verhindert. Auch die Bildung einer Zündstrecke entlang eines Teiles des Schmelzleiters wird durch den Isolierkörper verhindert.

Zweckmäßig besteht das Material, aus dem jeder Iso-

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lierkörper gebildet ist, aus Borsäure. Diese kann hochverdichtet werden und bildet nach der Verdichtung einen den thermischen und Druckbedingungen gewachsenen Körper, der unter Einfluß eines Lichtbogens mindestens ein die Lichtbogenlöschung förderndes Gas abgibt.

Ein ähnlich geeignetes Material ist Calciumcarbonat, das ebenfalls hochverdichtet werden kann und unter Einfluß eines Lichtbogens mindestens ein Gas abgibt, das die Lichtbogenlöschung fördert.

Wird nur ein Isolierkörper eingesetzt, so erstreckt dieser sich zweckmäßig etwa von der Mitte des Schmelzleiters aus in Richtung auf eine Anschlußkappe. Da beim Auftreten eines Überstromes ein Lichtbogen in der Regel etwa in der Mitte eines Schmelzleiters entsteht, wird durch die Anordnung des Isolierkörpers an der angegebenen Stelle die günstigste Wirkung erzielt.

Sofern ein Schmelzlotauftrag vorgesehen bzw. erforderlich ist, ist dieser zweckmäßig angrenzend an das zur Schmelzleitermitte gerichtete Stirnende des Isolierkörpers auf dem Schmelzleiter angeordnet. Die Gründe hierfür sind die gleichen wie die für die Anordnung des Isolierkörpers.

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Es kann zweckmäßig sein, den Schmelzleiter zusätzlich zu dem Isolierkörper mit einem zweiten, dem ersten Isolierkörper gleichen Isolierkörper zu versehen, der sich etwa von der Mitte des Schmelzleiters in Richtung der anderen Anschlußkappe erstreckt. Durch diese. Anordnung entstehen zwei Ausblastöpfe, die bei. einem anstehenden Lichtbogen gegenüber der Anordnung mit einem Isolierkörper eine noch bessere, wirksamere Zone dielektrischer Festigkeit schaffen. Die Unterbrechung eines relativ niedrigen Überlaststromes kann bei dieser Anordnung noch dadurch verbessert werden, daß der Schmelzlotauftrag zwischen den aufeinanderzuweisenden Stirnenden der Isolierkörper auf dem Schmelzleiter angeordnet ist.

Zwei Aüsführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung rein schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1; einen Aufriß eines Schmelzsicherungseinsatzes im Schnitt,

Fig. 2: einen Aufriß eines anderen SchmelzsicherungsT einsatzes, ebenfalls im Schnitt.

Der Schmelzsicherungseinsatz nach Fig. 1 ist mit ·1ο bezeichnet und besitzt ein rohrförmiges Gehäuse 2o, dessen

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Stirnenden mit Anschlußkappen 32, 34 verschlossen sind, zwischen denen sich ein mit Engstellen 3o A und erforderlichenfalls mit einem Schmelzlotauftrag 36 versehener Schmelzleiter 3o erstreckt, der auf einem Teil seiner Länge mindestens einen Isolierkörper 4o trägt, der von einem den Gehäusehohlraum füllenden, auch den Isolierkörper-freien Schmelzleiterteil bedeckenden, pulverförmigen oder körnigen, üblichen Löschmittel 72 umgeben ist.

Das Gehäuse 2o besteht aus einem geeigneten Isolierstoff, der den thermischen Beanspruchungen gewachsen ist und den beim Unterbrechen eines Lichtbogens entstehenden Innendrücken widersteht. Ein geeignetes Gehäusematerial ist glasfaserverstärktes Melamin- oder Epoxyharz.

Die Anschlußkappen 32, 34 können durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Magnetformung, am Gehäuse 2o befestigt sein. An den Anschlußkappen 32, 34 sind Anschlußbolzen 52, 54 angeordnet, welche an die Anschlußkappen 32, 34 angeformt oder angesetzt sein können.

Zwischen den Anschlußkappen 32, 34 und den zugeordneten Stirnenden des Gehäuses 2o ist Jeweils ein Anschlußelement 62 bzw. 64 angeordnet. Die Anschlußelemente 62, 64 bestehen aus einem geeigneten Kontaktmaterial

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wie Kupfer oder einer Kupferlegierung. Um die elektrische Verbindung zwischen dem Schmelzleiter 3o und den Anschlußkappen 32, 34 herzustellen, sind die Enden des Schmelzleiters 3o jeweils durch eine zentrische Aus*- nehmung des zugeordneten Anschlußelementes 62 bzw. 64 hindurchgeführt und zwischen den zugeordneten Anschlußkappen 32, 34 und den diesen zugeordneten Anschlußelementen 62, 64 festgeklemmt oder auf eine andere bekannte Weise befestigt.

Der Schmelzlotauftrag 36 besteht aus einer leicht schmelzenden Metall-Legierung wie Zinn, Blei und ist angrenzend an das zur Schmelzleitermitte gerichtete Ende des Isolierkörpers 4o auf dem Schmelzleiter angeordnet. Der Schmelzlotauftrag dient zur Modifizierung der Schmelzcharakterristik des Schmelzleiters 3o und verbessert das Unterbrechungsvermögen des Schmelzsicherungseinsatzes 1o bei einem relativ niedrigen Überlaststrom. Der Schmelzsicherungseinsatz 1o kann, falls erforderlich, auch mit mehreren, parallel geschalteten Schmelzleitern 3o, die jeder einen Schmelzlotauftrag und einen Isolierkörper tragen, ausgerüstet sein, um eine gewünschte Strommenge führen zu können.

Der Isolierkörper 4o besteht aus einem hochverdichteten, unter Einfluß eines Lichtbogens mindestens ein die Lichtbogenlöschung förderndes Gas abgebenden, rundum auf den

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Schmelzleiter 3o aufgepreßten Material. Der Isolierkörper 4o bildet bei der Beaufschlagung durch einen Lichtbogen keine leitende Strecke. Ferner widersteht der Isolierkörper 4o den hohen Drücken und Temperaturen, die während eines Unterbrechungsvorganges im Schmelzsicherungseinsatz 1o auftreten.

Ein geeignetes Material für den Isolierkörper 4o ist Borsäure, die bei Beaufschlagung durch einen Lichtbogen Wasserdampf abgibt. Die erforderliche Dichte der Borsäure kann durch isostatischen Druck erzielt werden, unter dem die Borsäure zur Bildung des Isolierteils 4o auf den Schmelzleiter 3o aufgepreßt ist. Eine geeignete Dichte ist dann erreicht, wenn das Isolierteil eine Härte von 35 shore aufweist. Um eine solche Dichte und Härte zu erreichen,ist ein Druck von mindestens 175o/Kg/cm (25ooo lbs/squere inch) erforderlich. Wenn der Isolierkörper 4o wie beschrieben an dem Schmelzleiter 3o angeformt ist, ist er in einem solch innigen Kontakt mit diesem, daß bei einem Anstehen eines Lichtbogens eine bestimmte Gas·* entwicklung entsteht, die eine Lichtbogenlöschung fördert und unterstützt. Die Gasentwicklung kann durch Veränderung der Länge des Isolierkörpers 4o verändert werden. Wie bereits ausgeführt, bildet der Isolierkörper 4o bei Beaufschlagung durch einen Lichtbogen keine leitende Strecke, die aber dann entstehen würde, wenn ein solcher Isolierkörper nicht vorgesehen wäre. In diesem

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Falle würde das Löschmittel 72 auch im Bereich des Isolierkörpers mit dem Schmelzleiter 3o in Kontakt sein. Bei Beaufschlagung des Löschmittels 72 durch beim Unterbrechungsvorgang entstehende Gase würde eine zündfähige, leitende Strecke entlang des Schmelzleiters entstehen, die eine endgültige Unterbrechung verhindern kann. Der bei einem Anstehen eines Lichtbogens entstehende Wasserdampf bildet aber eine Zone erhöhter dielektrischer Festigkeit, in der ein Wiederzünden eines einmal unterbrochenen Lichtbogens verhindert oder einen Wiederzünden zumindest vorgebeugt wird.

Ein anderes geeignetes Material für die Bildung des Isolierkörpers 4o ist Calciumcarbonat. Dieses Material gibt bei der Anwesenheit eines Lichtbogens Köhlenstoffmonoxyd oder Kohlenstoffdioxyd ab. Beide Gase fördern und unterstützen eine Lichtbogenlöschung. Calciumcarbonat widersteht ebenfalls hohen Temperaturen und bildet in der Anwesenheit eines Lichtbogens keine leitende Strecke.

Zweckmäßig ist der Isolierkörper 4o auf dem Schmelzleiter 3o so angeordnet, daß er sich etwa von der Schmelzleitermitte in Richtung auf eine Anschlußkappe, im dargestellten Beispiel die Anschlußkappe 32, erstreckt.

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Wirkungsweise:

Beim Anstehen eines relativ niedrigen ÜberlastStromes in dem Schmelzsicherungseinsatz 1o wird der Schmelzleiter etwa in seiner Mitte beginnen zu schmelzen* Ist der Schmelzlotauftrag 36 vorgesehen, so wird der Schmelzleiter 3o schon bei einer Temperatur von 182-232⁰C beginnen zu schmelzen, bei welcher ein Bruch des Isolierkörpers 4o nicht eintritt. Dieser bildet viel* mehr einen Ausblastopf, welcher dadurch entsteht, daß der Schmelzleiter 3o teilweise auch im Isolierkörper 4o schmilzt und verbrennt und so einen Raum freigibt, in dem sich die vom Isolierkörper 4o abgegebenen Gase ausbreiten und auf die Lichtbogenlöschung fördernd einwirken. Die von dem Isolierkörper abgegebenen Gase strömen infolge des Druckes unter dem sie stehen aus dem gebildeten Ausblastopf entlang dem Schmelzleiter 3o aus und bilden in ihrem Bereich eine Zone erhöhter dielektrischer Festigkeit, die ein Wie-* derzünden eines beim Strom-Nulldurchgang unterbrochenen Lichtbogens verhindert oder zumindest eine Wieder" zündung eindämmt.

Beim Auftreten eines relativ hohen Überlaststromes hingegen tritt bei dem Schmelzsicherungseinsatz 1o eine andere Beanspruchung auf. Diese besteht darin» daß der Schmelzleiter 3o nicht an einer Stelle, etwa in seiner

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Mitte beginnt zu schmelzen, sondern an einer Vielzahl von Engstellen. Es entstehen so eine Anzahl von Lichtbogen, die in Serie liegen. Die Lichtbogenspannung wird dabei zwischen den Teilen oder Tropfen entstehen, die durch das verdampfende oder schmelzende Material des Schmelzleiters 3o gebildet werden. Mit dem Fortschreiten des Schmelz- und Verdampfungsvorgangs steigt die Gesamt-Lichtbogenspannung schnell bis auf einen Scheitelwert an, wodurch der Strom auf einen Wert begrenzt wird, der kleiner ist als der Wert, der durch die vom Schmelzsicherungseinsatz 1o zu sichernden Leitung fließen kann. Die Unterbrechung des Überlaststromes wird durch das Löschmittel 72 unterstützt, welches die vom Lichtbogen gebildete Wärme absorbiert. Zusätzlich verhindert das Löschmittel 72 eine übermäßige Gasentwicklung des Isolierkörpers 4o und beugt so einem Entstehen eines zu hohen, für das Gehäuse 2o schädlichen Druckes vor.

In Fig 2 ist eine andere Ausführung gezeigt, die mit 1oo bezeichnet ist. Der Schmelzsicherungseinsatz 1oo ist ähnlich dem Schmelzsicherungseinsatz 1o mit der Ausnahme, daß der Schmelzleiter 3o zusätzlich zu dem Isolierkörper 4o einen zweiten, dem Isolierkörper 4o gleichen Isolierkörper 4o^! trägt, der sich etwa von der Mitte des Schmelzleiters 3o in Richtung der anderen Anschlußkappe 34 erstreckt. Der zusätzliche Isolierkörper 4o' ist aus dem gleichen Material wie der Isolierkörper 4o

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gebildet und ist wie der Isolierkörper 4o auf dem Schmelzleiter befestigt.

Die Arbeitsweise des Schmelzsicherungseinsatzes 1oo ist ähnlich der Arbeitsweise des Schmelzsicherungseinsatzes 1o mit der Ausnahme,, daß beim Anstehen eines relativ niedrigen Uberlaststromes der Schmelzleiter 3o in beiden Richtungen von seiner Mitte aus in die Isolierkörper 4o und 4O¹SChTOUZt und brennt. Dabei wird der gleiche Vorteil wie bei dem Schmelzsicherungseinsatz 1o erzielt und zusätzlich eine kontrollierte Gasentwicklung durch den Isolierkörper 4o' wodurch die Unterbrechung von relativ niedrigen Uberlastströmen noch günstiger verläuft.

über die Isolierkörper 4o und 4o',hinaus können eine Vielzahl von Isolierkörpern eingesetzt werden, die axial voneinander getrennt auf dem Schmelzleiter aufgepreßt sind (nicht dargestellt).

7 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

- 15 Patentansprüche

/ 1.)Strombegrenzender H,H,~SQhme!zsieherungseinsatz, mit einem rohrförmigen Gehäuse, dessen Stirn-> enden mit Anschlußkappen verschlossen sind, zwischen denen sich mindestens ein mit Engstellen und erforderlichenfalls mit einem Schmelzlotauftrag versehener Schmelzleiter erstreckt, der auf einem Teil seiner Länge mindestens einen Isolierkörper trägt, der von einem den Gehäusehohlraum füllenden, auch den Isolierkörper-freien Schjnelzileiterteil bedeckenden,, pulverförmiger oder körnigen Löschmittel umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (4o) aus einem hochverdichteten, unter Einfluß eines Lichtbogens mindestens ein, die Lichtbogenlöschung förderndes Gas abgebenden, rundum auf den Schmelz^ leiter (3o) aufgepreßten Material besteht,
2. H,H.-Schmelzsicherungseinsatz nach Anspruch 1» da·*· durch gekennzeichnet, daß das Isolierkörpermaterial aus Borsäure besteht,
3. H.H,-Schmelzsicherungseinsatz nach Anspruch 1, da« durch gekennzeichnet, daß das Isolierkörpermaterial aus Calciumearbonat besteht,
4. H.H.-Schmelzsicherungseinsatz nach Anspruch 1, 2 ynd

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3t dadurch gekennzeichnet» daß sich der Isolierkörper (4o) von etwa der Mitte des Schmelzleiters (3o) in Richtung auf eine Anschlußkappe (32) erstreckt.
5. H.H»-Schmelzsicherungseinsatz nach Anspruch 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzlotauftrag (36) angrenzend an das zu der Schmelzleitermitte gerichtete Stirnende des Isolierkörpers (Ao) auf dem Schmelzleiter angeordnet ist.
6. H.H.-Schmelzsicherungseinsatz nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (3o) zusätzlich zu dem Isolierkörper (4o) einen zweiten, dem ersten Isolierkörper (4o) gleichen Isolierkörper (4o9 trägt, der sich etwa von der Mitte des Schmelzleiters (3o) in Richtung der anderen Anschlußkappe

(34) erstreckt.
7. H.H.-Schmelzsicherungseinsatz nach Anspruch 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzlotauftrag (36) zwischen den aufeinanderzuweisenden Stirnenden der Isolierkörper (4o, 4dD auf dem Schmelzleiter (3o) angeordnet ist.

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