DE2323512C3

DE2323512C3 - Schmelzsicherung

Info

Publication number: DE2323512C3
Application number: DE2323512A
Authority: DE
Inventors: Viktor Janovitsch Riga Grislis; Andrej Andreevitsch Latwijskaja Lizitis; Juris Avgustovitsch Riga Pastors
Original assignee: FIZ ENERGET I AN LATVSSR
Current assignee: FIZ ENERGET I AN LATVSSR
Priority date: 1972-05-17
Filing date: 1973-05-10
Publication date: 1980-07-31
Also published as: FR2184936B1; DE2323512B2; FR2184936A1; DE2323512A1; US3818409A; GB1410443A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schmelzsicherung mit einem luftdichten Gehäuse, das mit einem flüssigen Füllmittel gefüllt ist und Stromzuführungskontakte aufweist, die im Innenraum des Gehäuses durch einen Schmelzleiter verbunden sind, welcher in einen in das flüssige FCIimitlel eingetauchten Körper aus einem kapillcr-oorösen Werkstoff mit kommunizierenden Poren eingebe! it ist, wobei ein Teil der kommunizierenden Poren dieses Körpers unmittelbar mit dem Schmelzleiter in Berührung steht und beim Nennbetrieb der Sicherung das flüssige Füllmittel der Schmelzleiterzone zuführt. Eine solche Schmelzsicherung ist aus der deutschen Patentschrift 6 78 945 bekannt.

Bei dieser bekannten Ausbildung wird eine Verbesserung der Wärmeableitung vom Schmelzleiter dadurch erreicht, daß das flüssige Füllmittel, z. b. flüssige Kohlenwasserstoffverbindungen, in der Nähe des Schmelzleiters verdampft und die Dämpfe in entfernteren Bereichen am Gehäuse der Schmelzsicherung kondensieren und dort somit die beim Verdampfen aufgenommene Wärme abgeben. Außerdem wird eine bessere Löschwirkung eines beim Ansprechen der Sicherung auftretenden Lichtbogens dadurch erreicht, daß die weggeschlcudertcn Metalltröpfchen und Dämpfe schnell gekühlt werden, wobei auch die Porosität des den Schmelzleiter umgebenden kapillar-porösen Werkstoffs eine wesentliche Rolle spielt. Dabei handelt es sich z. B. um Quarzsand.

Bei dieser bekannten Ausbildung ist die Verbesserung der Wärmeabfuhr von dem Schmelzleiter allerdings begrenzt und auch nur wirksam, wenn bereits eine nicht unerhebliche Erhitzung des Schmelzleiters eingetreten ist. Dadurch ist die erzielbare Erhöhung der Nennsironv dichte bei der bekannten Schmelzsicherung noch nicht befriedigend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die weitere Erhöhung der Wärmebelastbarkeit des Schmelzleiters und damit einhergehend der Nennstromdichte.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Schmelzsicherung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemSß vorgeschlagen, wenigstens eine zusätzliche Elektrode vorzusehen, die in unmittelbarer Nähe des Schmelzleiters ein zusätzliches elektrisches Feld erzeugt,

Bei einer solchen Ausbildung kommt es zu einem Transport von Teilchen des flüssigen Füllmittels im elektrischen Feld, der Elektrokonvektion genannt wird. Dadurch kommt es bereits zu einer .konvektiven Kühlung des Schmelzleiters, ohne daß diener sich wesentlich erwärmen muß, und im gesamten Betriebsbereich zu einer Verbesserung der Wärmeabfuhr von diesem.

Es kann auch zweckmäßig sein, in einer anderen Ausbildungsform der Erfindung die zusätzliche Elektrode durch eine feste Einlage von dem Füllmittel zu isolieren und zwischen den Schmelzleiter und die zusätzliche Elektrode eine Wechselspannung zu legen.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

A b b. 1 eine erfindungsgemäße Schmelzsicherung, bei der die zusätzliche Elektrode mit dem Schmelzleiter über ein schwach leitendes Füllmittel eine galvanische Verbindung hat;

A b b. 2 eine erfindungsgemäße Schmelzsicherung mit einer vom Füllmittel isolierten zusätzlichen Elektrode;

A b b. 3 eine Anschaltung der zusätzlichen Elektrode bei der Ausbildung gemäß A b b. 1;
Abb.4 eine andere Anschaltung der zusätzlichen

^!0 Elektrode bei der Ausbildung gemäß Abb. 1;

Abb.5 eine Anschaltung der zusätzlichen Elektrode bei der Ausbildung gemäß A b b. 2;
A b b. 6 den Querschnitt A-A aus A b b. 5;
Abb. 7 Kennlinien der Spannungsverlustc am

^i=l Schmelzleiter als Funktion des ihn durchfließenden Stroms.

Die Schmelzsicherung gemäß A b b. 1 besitzt ein luftdichtes Metallgehäuse 22, das oben durch einen Stromzuführungskontakt 23 abgeschlossen ist. Der untere Stromzuführungskontakt 24 ist luftdicht in einen Isolator 25 eingebaut. Zwischen den Stromzuführungskontakten 23 und 24 verläuft ein Schmelzleiter 26.

Der Schmelzleiter 26 ist in einer geringen Entfernung von einer zusätzlichen Elektrode 27 umgeben, die als

⁴^ Schraubenwendel aus dünnem Metalldraht ausgeführt ist. Im Innenraum 28 des Gehäuses 22 befindet sich ein kapillar-poröser Stoff, z. B. Quarzsand, und eine dielektrische Flüssigkeit als flüssiges Füllmittel. Zwischen einem Puffer/aum 29 und dem Hauptraum 28 ist

^w ein festes Gitter 30 eingebaut, das den kapillar-porösen Stoff festhält. Die schwache Leitfähigkeit des Füllmittel bewirkt eine galvanische Verbindung der zusätzlichen Elektrode 27 mit dem Schmelzleiter 26.

Beim Nennbetrieb der Sicherung ist zwischen den unteren Stromzuführungskontakt 24 und die zusätzliche Elektrode eine Spannung U gelegt, die zu einem elektrischen Feld in der Füllmittelschicht zwischen dem Schmelzleiter 26 und der zusätzlichen Elektrode führt. Dadurch kommt es zu elektrokonvektiven Flüssigkeitsbewegungen, die eine Verbesserung der Wärmeabfuhr vom Schmelzleiter zur Folge haben. Bei genügend hoher Feldstärke beeinflußt dieses Feld auch das Sieden der flüssigen Füllmittelphase, so daß für den Schmelzleiter eine größere Nennstromdichte als bei ähnlichen Sicherungen ohne zusätzliche Elektrode gewählt werden kann.

In Abb.3 ist gezeigt, wie die Spannung U an der zusätzlichen Elektrode dadurch zustandekommt, daß

diese über einen hochohmigen Widerstand R an die andere Klemme der Spannungsquelle Q_t gelegt ist, welche einen als Widerstand angedeuteten Verbraucher über die betrachtete Sicherung speist.

In Abb.4 ist gezeigt, wie der Potentialunterschied zwischen Schmelzleiter 26 und zusätzlicher Elektrode 27 durch eine zusätzliche Spannungsquelle Q₂ erzeugt wird,

. Die in A b b. 2 gezeigte Sicherung weist Stromzuführungskontakte 31 auf, zwischen denen sich eine aus bis wenigstens etwa 300⁰C wärmebeständigem Isolierstoff, z. B. Quarzglas oder Teflon hergestellte feste Einlage 32 befindet. Diese ist umfaßt von Schmelzleitarn 33, die als Halbzylinder geformt und an die Stromzuführungskontakte 31 angeschweißt sind. Im Inneren der festen is Einlage 32 ist eine zusätzliche Metallelektrode 34 angeordnet

Das Gehäuse 35 der Sicherung besteht aus einem widerstandsfähigen Isolierstoff. Der Hauptinnenraum 36 der Sicherung ist in der beschriebenen Weise von Quarzsand und einer dielektrischen Flüssigkeit ausgefüllt Bei einer Wärmeausdehnung dringt ein. Teil der Flüssigkeit aus dem Raum 36 durch einen schmalen Spalt37 in den Pufferraum 38 ein.

Beim Nennbetrieb liegt zwischen einem der Stromzuführungskontakte31 und der zusätzlichen Elektrode 34 eine Hochspannung U. Da die zusätzliche Elektrode isoliert angeordnet ist, wird eine Wechselspannung verwendet.

Auch bei dieser Ausbildungsform der Sicherungen kommt es zu einer verbesserten Kühlung des Schmelzleiters aufgrund des Einflusses des elektrischen Feldes auf das Sieden der dielektrischen Flüssigkeit. Dieser physikalische Effekt hat eine bedeutende Intensivierung der Verdunstungskühlung des Schmelzleiter zur Folge. J5

In Abb.5 ist zu sehen, wie in einer möglichen Schaltungsanordnung als Spciscquclle, von der ein als Widerstand dargestellter Verbraucher über die Sicherung gespeist wird, die Sekundärwicklung eines Transformators Tdient und die zusätzliche Elektrode 34 über einen Kondensator C geringer Kapazität an den Zweig des Speisekreises gelegt ist, in dein die Sicherung bzw.die Schmelzleiter nicht liegen.

Auf diese Weise ist die Spannung ständig an die zusätzliche Elektrode angelegt, also sowohl beim Nennbetrieb, als auch bei ÜberströTie, bei denen die Schmelzleiter schmelzen und der an der Schmelzstellc entstehende Lichtbogen zu löschen ist. In keiner der betrachteten Ausbildungen kann es dabei zu einer Bogenentladung zwischen der zusätzlichen Elektrode 5» 27 bzw. 34 und dem Schmelzleiter kommen, da der hochohmige Widerstand R bzw. die Parameter der zusätzlichen Spannungsquelle Qi bzw. der Kondensator C mit geringer Kapazität den Strom im Hochspannungskreis bis auf einen Wert von etwa I μΑ begrenzen. Ein solcher Strom kann wegen seiner geringen Stärke keine Bogenentladung hervorrufen. Auch hat das elektrische Transversalfeld mit der entsprechenden Stärke keinen praktischen Einfluß auf den Vorgang der Bogenlösehung,

Die Höhe der an die Elektrode angelegten Spannung hängt hauptsächlich von der benutzten Flüssigkeit, von den Eigenschaften des kapillar-porösen Körpers sowie vom gewählten Abstand der zusätzlichen Elektrode vom Schmelzleiter ab und liegt in der Größenordnung von einigen hundert Volt bis zu einigen Kilovolt.

Bei den betrachteten Sicherungen kommt es auch zu einer Herabsetzung der Stromwärmeverluste, da die Temperatur des Schmelzleiters infolge der Einwirkung des elektrischen Feldes und deswegen auch sein Widerstand kleiner bleiben.

In Abb.7 sind die Prüfungsergebnisse für einen einzelnen Zweig des Schmelzleiters als Abhängigkeit des Spannungsabfalls Δ U am Schmelzleiter vom Strom / dargestellt. Es wurde ein Muster dei Schmelzsicherung mit isolierter zusätzlicher Elektrode gepcüft Die Kurve F bezieht sich auf eine Füllung aus Quarzsand mit Tetrachlorkohlenstoff und auf den Fall, wenn die Spannung an der zusätzlichen Elektrode gleich Null ist, also wenn kein elektrisches Feld erzeugt wird. Die Ergebnisse der Versuche mit der gleichen Füllung bei einer Spannung von 10 kV mit 50 Hz an der zusätzlichen Elektrode sind mit der Kurve G dargestellt. Zum Vergleich ist mit der Kurve A/der Fall gezeigt, bei dem als Füllung nur trockener Quarzsand vorhanden war und die Spannung L/gleich Null war.

Als Referenz ist die Abhängigkeit des Spannungsabfalls vom Strom / bei einer konstanten mittleren Schmelzleitertemperatur von + 180⁰C dargestellt, nämlich durch die Gerade /' Die Schnitipunkte der Geraden ;' mit den Kurven F. C, Hergeben diejenigen Stromwerte, bei denen der Schmelzleiter die Temperatur von + 180⁰C aufweist.

Es ist zu sehen, daß der erwähnte Stromwert bei einer mit nur trockenem Quarzsand gefüllten Sicherung 6,1 A und bei einer Füllung aus Quarzsand und Tetrachlorkohlenstoff 7,4 A beträgt, während im letzteren Fall bei Anlegen des elektrischen Feldes der Wer' auf 9,7 A ansteigt.

Die vorliegende Sicherung ist auch noch steuerbar, da ihre Schmelzcharakteristik von der Spannungsgröße U an der zusätzlichen Elektrode abhängt und diese als Steuergröße eingesetzt werden kann. Wird z. B. der Nennstrom nahe dem kritischen Siromwert gewählt, so ruft die Abschaltung der Stcucrspannung das Durchbrennen des Schmelzleiters hervor, wobei die Sicherurg den Stromkreis unterbricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

!,Schmelzsicherung mit einem luftdichten Gehäuse, das mit einem flüssigen Füllmittel gefüllt ist und Stromzuführungskontakte aufweint, die im Innenraum des Gehäuses durch einen Schmelzleiter verbunden sind, welcher in einen in das flüssige Füllmittel eingetauchten Körper aus einem kapillarporösen Werkstoff mit kommunizierenden Poren eingebettet ist, wobei ein Teil der kommunizierenden Poren dieses Körpers unmittelbar mit dem Schmelzleiter in Berührung steht und beim Nennbetrieb der Sicherung das flüssige Füllmittel der Schmelzleiterzone zuführt, gekennzeichnet durch wenigstens eine zusätzliche Elektrode (27, 34) die in unmittelbarer Nähedes Schmelzleiters (26, 33) ein zusätzliches elektrisches Feld erzeugt.
2. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode (34) durch eine feste Einlage (32) von dem Füllmittel isoliert ist«jad zwischen den Schmelzleiter (33) und die zusätzliche Elektrode (34) eine Wechselspannung gelegt ist.