DE2412688A1

DE2412688A1 - Strombegrenzende sandgefuellte elektrische sicherung

Info

Publication number: DE2412688A1
Application number: DE2412688A
Authority: DE
Inventors: Edwin A Link
Original assignee: RTE Corp
Current assignee: Cooper Power Acquisition Corp
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1974-03-16
Publication date: 1975-09-25
Also published as: DE2412688B2; FR2267633B1; NL175768C; DE2412688C3; FR2267633A1; BE813542A; NL175768B; US3840836A; CH568651A5; NL7403511A; GB1430880A

Description

DIPL.-CHEM. W, RÜCKER DIPL-ING. S. LEINE PATENTANWÄLTE .

3 HANNOVER. BURCKHARDTSTR. I TELEFON (O51I) 62 84 73

Unser Zeichen £- t I j I

RTE Gorporation Dat_um 14. Mära 1374

Strombegrenzende sandgefüllti

elektrische Sicherung

Di-"; Erfindung betrifft eine strombegrenzende sandgefüllte elektrische Sicherung mit einem hohlen hülsenförraigen Gehäuse, einer leitenden Kappe an je deft Ende des Gehäuses und mit einer Sicherungseinriohtung, die sich in dem Gehäuse befindet und deren eines Ende mit einer der Kappen und deren anderes Ende mit der anderen der Kappen verbunden ist.

Durch die US-PS 3 294 936 ist eine strombegrenzende Sicherung bekannt, die zur unterbrechung von "Jberlastströmen wie auch von Kui'zschlußströmen ausgelegt ist. Die Schwierigkeit bei Sicherungen dieser Art besteht in der Unterbrechung von Strömen relativ geringer GroBe und langer Dauer, z.B. von einer Sekunde oder mehr. Der Lichtbogenspalt, der sich in den geringen Querschnittsbezirken des Schmelzelementes dieser Siche-

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t'ungsart bildet, vorgröiBert sich zunehmend durch Verdampfung, ■ and- der Fulgurit ist im allgemeinen kontinuierlich. Est der Lichtbogen bei der Unterbrechung von Fehlerströmen x'elativ geringer G-röße verlängert, so wird in erhöhtem Mai3e Lichtbogenenergie freigesetzt, und es erfolgt eine intensive Erhitzung des Füllmaterials i-n 3ereich des Lichtbogens vor der endgültigen Unter-Drechung. Diese intensive Erhitzung und die erhöhte Licht-Dogenenergie führen zu einer Verzögerung bei der Abkühlung des Fuigurits und ermöglichen das Fiie3en des vollen ?ehljtroir.es durch den Fulgurit, was häufig zu einem Rückschlagen und Rückzünden des Lichtbogens nach anfänglicher Unterbrechung führt.

3ei der strombegrerizenden Sicherung nach der zuvor j;enanm:en US-P3 werden Perlen aus einer ßlei-Zinnlegierung in eigenem Kontakt mit jedem Silbardraht verwendet. Die Perlen aus Blei-Zinnlegierung verringern die Schmelztemperatur des Silberdrahtes durch Bildung einer Legierung durch 3chmelzen der Blei-Zinnperlen auf dem Silber. J-Js wurde jedoch gefunden, daß trotz Ausfall des schmelzbaren Elements die Sicherung den Strom nicht notwendigerweise unterbricht, da eine Lichtbogenstrecke vorhanden ist, die ni^ht lang genug ist, um zu einer Unterbrechung des Lichtbogens zu führen. Treten diese Bedingungen über irgendeine Zeitspanne auf, so kann die Temperatur der Sicherung auf Vierte ansteigen, die über den Zerstörungstemperaturen der Umgebung liegen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine strombegrenzende Sicherung zu schaffen, bei der eine wirksame Unterbrechung von Überlastströmen sowohl bei tiberlastströmen als auch bei Kurzsehlußbedingungen erfolgt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Sicherungseinrichtung eine erste Einrichtung mit Hochstromansprechcharakteristik und eine zweite Einrichtung mit ITiedrigstromansprecheharakteristik aufweist, wobei die erste und die zweite Einrichtung in Serie geschaltet sind, daß das Gehäuse vollständig mit dielektrischem G-ranulat gefüllt ist, und daß die zweite Einrichtung zur thermischen Isolation von dem dielektrischen G-ranulat über ihre gesamte Länge von einer lichtbogenlöschenden Hülse umschlossen ist.

Die Sicherung weist im einfachsten FaIl einen Silberdraht auf, der mit einem Zinndraht in Reihe geschaltet ist. Diese Sicherung kombiniert die strombegrenzenden Eigenschaften der in Reihe geschalteten Teile, so daß sichergestellt ist, daß die Sicherung bei andauernden tfberlastbedingungen bei Temperaturen unterhalb der Zerstörungstemperatur der Umgebungsteile unterbricht.

Anhand der Ze ?.chnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden :

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer strombegrenzenden Sicherung gemäß der Erfindung,

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Pig. 2 zeigt eine Ze it stromkurve in logarithmischem Maßstab der Schmelzelemente.

In Fig. 1 weist die dargestellte Sicherung gemäß der Erfindung ein hohles isolierendes hülsenförmiges Gehäuse 1o bestimmter Länge auf, auf deren Enden jeweils Kappen 12 befestigt sind. Eine Sicherungseinrichtung 14 befindet sich in dem Gehäuse 1o und verbindet die Kappen.

Gemäß der Erfindung weist die Sicherungseinrichtung 14 eine erste Einrichtung 16 auf mit Hochstromansprechcharakteristik und eine zweite Einrichtung 13 mit Niedrigstromansprechcharakteristik. Die erste Einrichtung 16 besteht aus einem Element mit einer hohen Schmelzpunkttemperatur, beispielsweise aus einem Silberdraht, der bei 93o°0 schmilzt, oder einem Kupferdraht, der bei 1o82 C schmilzt. (Silber oxidiert in Luft, und steigt die Temperatur auf einen bestimmten Wert an, so verwandelt sich das Silberoxid in Silber.) Ein Element 2o kann je nach der gewünschten Ansprechstromcharakteristik die Form eines perforierten oder eingekerbten Streifens oder ebenen Drahtes haben. Das Element 2o ist elektrisch mit der Kappe 12 und einem Stecker 21 verbunden. Das Element 2o ist in einem Granulat 15 wie beispielsweise Sand eingebettet.

Die zweite Einrichtung 18 besteht aus dem schmelzbaren Element 2o und einer lichtbogenlöschenden Hülse 22. Das schmelzbare Element 2o besteht aus einem Material

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mit niedriger Schmelzpunkttemperatur, wie beispielsweise Zinndraht, der bei 232 G schmilzt. Das Element 2o ist elektrisch mit der Kappe 12 und dem leitenden Stecker am anderen Ende der Hülse 22 verbunden.

Das schmelzbare Element 2o ist durch die lichtbogenlöschende Hülse 22 thermisch isoliert, die aus einem Material wie beispielsweise Silikongummi besteht. Der Innendurchmesser und die Länge der Hülse können verschieden bemessen werden, um eine Abschaltfähigkeit der Sicherung bei Spannungen und Strömen zu gewährleisten, die von den Zerstörungstemparaturen der Bauteile in der umgebenden elektrischen Einrichtung abhängen. Die zweite Einrichtung 13 kann in dem Granulat in der Hülse im Gehäuse eingebettet sein. In jedem Falle sollten die Kappen dicht mit dem Gehäuse 1o verbunden sein, um die Einrichtung 16 einzuschliei3en.

Fig. 2 zeigt die Zeitstromcharakteristik für Silber und Zinn in logarithmischem Mai3stab. Die Kurve für Zinn hat eine größere Neigung als die Kurve für Silber und schneidet die Silbercharakteristik. Aus dem Diagramm ist zu ersehen, daß die niedrige Überlaststrom-Zeitcharakteristik von Zinn zur Begrenzung oder Unterbrechung des Stromes durch die Sicherung ausgenutzt wird, wodurch verhindert wird, dall· die Temperatur der Sicherung auf Zerstörungstemperaturen ansteigen kann. Die hohe Überlast- oder kurze Fehlstrom-Zeitcharakteristik des Silbers wird auch dazu ausgenutzt, daß die Sicherung bei Fehlstrombedingun;en unterbricht.

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Es sei allgemein darauf hingewiesen, dai3 die länge des Drahtes in Sand die iibschaltfähigkeit der Sicherung in bezug auf Spannung bestimmt. Im Zusammenhang damit ist es allgemein bekannt, daß bei zu kurzem Draht die Io 3oh.spannu.ng das Element leitend hält und keine vollständige Unterbrechung des Stromkreises gestattet. Das jphänomen, das die Sicherung in die Lage versetzt zu löschen, ist die Fähigkeit des geschmolzenen Silbers zur Bildung eines Fulgurits in dem Sand, wenn das Silber die 3chmelzstufe erreicht, !fahrend der 3iidung dieses Fulgurits wird mit hoher Geschwindigkeit Wärme absorbiert, so daiB ein Widerstand gegenüber Stromfluß bis zu einem G-rad aufgebaut wird, bei dem die an der Sicherung anliegende Spannung nicht ausreicht, einen leitenden Kreis aufrecht zu erhalten.

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Claims

Patentansprüche

1,/ Strombegrenzende sandgefüllte elektrisclie Sicherung, mit einem hohlen hülsenförmigen Gehäuse, einer leitenden Kappe an jedem Ende des Gehäuses und mit einer Sicherungseinrichtung, die sich in dem Gehäuse befindet und deren eines Ende mit einer der Kappen und deren anderes Ende mit der anderen der Kappen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung eine erste Einrichtung mit Hochstromansprechcharakteristik (16) und eine zweite Einrichtung mit Niedrigstromansprechcharakteristik (18) aufweist, wobei die erste und die zweite Einrichtung (16, 13) in Serie geschaltet sind, daß das Gehäuse (io) vollständig mit dielektrischem Granulat (15) gefüllt ist, und daß die zweite Einrichtung (18) zur thermischen Isolation von dem dielektrischen Grannulat (15) über ihre gesamte Länge von einer lichtbogenlöschenden Hülse (22) umschlossen ist.
2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (16) ein Schmelzelement aus einem Silber- und einem Kupferdraht enthält und die zweite Einrichtung (18) ein Element aus Zinn (2o) aufweist.

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3. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtbogenlöschende Hülse (22) aus Silikongummirohr "besteht.
4. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. zweite Einrichtung (18) einen metallischen
Leiter aufweist, dessen minimale Langzeitschmelzstromcharakteristik niedriger ist als die der ersten schmelzbaren Einrichtung (16).
5. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite schmelzbare Einrichtung (18) den langzeitigen Temperaturanstieg auf einen Wert von nicht
mehr als 3oo°C begrenzt.
6. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste schmelzbare Einrichtung (16) einen Silberdraht aufweist, daß die zweite schmelzbare Einrichtung (18) einen Zinndraht aufweist, der mit dem Silberdraht in Reihe geschaltet ist, und daß die thermisch isolierende Hülse (22) aus Silikongummirohr besteht.
7. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schmelzbare Einrichtung (16, 18) von dem Gehäuse (1o) dicht umschlossen ist.
8. Strombegrenzende Sicherung, mit einem Gehäuse,
mit einem elektrischen Anschluß an jedem Ende des

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Gehäuses, mit einer Sicherungseinrichtung, deren eines Ende mit einem der Anschlüsse an deren anderes Ende mit dem anderen der Anschlüsse innerhalb des Gehäuses "verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung ein erstes schmelzbares Element (16) mit Hochstromanspreohcharakteristik sowie ein zweites schmelzbares Element (2o) aus metallischem Material mit Fiedrigstromansprechcharakteristik aufweist, daß das erste und zweite Element (16, 2o) in Reihe miteinander verbunden sind, und daß ein lichtbogenlöschendes Teil (22) das zweite schmelzbare Element (2o) über die gesamte Länge einschließt, wobei das lichtbogenlöschende Teil (22) aus einem Material gebildet ist, das unter dem Einfluß eines elektrischen Lichtbogens entionisierend wirkt, und daß dielektrisches Granulat (15) das Gehäuse (1o) vollständig ausfüllt und die Sicherungseinrichtung umgibt.
9. Sicherung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtbogenlöschende Teil die Form einer Hülse (22) hat, deren Länge im wesentlichen gleich der Länge des zweiten Elements (2o) ist, derart, daß das zweite schmelzbare Element (2o) von dem Granulat (15) isoliert ist und entsprechend seine langzeitige Minimumschmelzstromcharakteristik geringer ist als die des ersten Elements (16).

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10. Sicherung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (22) aus Silicongummi besteht.
11. Sicherung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite schmelzbare Element (2o) einen metallischen Leiter mit einer Langzeit-Minimumschmelzstromcharakteristik aufweist, die kleiner als die des ersten schmelzbaren Elements (16) ist.
12. Sicherung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß das erste schmelzbare Element (16) aus einem Silberund einem Kupferdraht besteht, und daß das zweite schmelzbare Element (2a) aus Zinn gebildet ist.

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