DE2446121C3 - Elektrische Strombegrenzungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Strombegrenzungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Strombegrenzungsvorrichtung ist aus der DE-AS 20 28 593 bekannt. Bei dieser Strombegrenzungsvorrichtung ist zwischen den Anschlußelektroden eine Isolierung mit einer kanalförmigen Längsbohrung angeordnet, welche einen Endbereich geringeren Querschnitts besitzt. Die Längsbohrung enthält ein Strombegrenzungsmaterial, z. B. aus der Gruppe von Metallen wie Natrium und Kalium und deren Legierungen, welches bei normalen Betriebsströmen die Anschlußelektroden miteinander elektrisch verbindet, welches jedoch beim Auftreten eines oberhalb eines bestimmten Schwellwertes liegenden Überstromes verdampfbar ist. Sobald der Schwellwert überschritten wird, wird das Strombegrenzungsmaterial zuerst im Bereich geringeren Querschnitts des Kanals verdampft (Ansprechen), worauf die Verdampfung in Richtung des übrigen Kanalteiles fortschreitet. Im verdampften Material zündet ein Lichtbogen, der einen Abbrand der Kanalwandung verursacht. Ein Abbrand im engen Teil des Kanals ist jedoch im Hinblick auf ein möglichst gleichbleibendes Ansprechverhalten schädlich, dagegen ist im übrigen Kanalteil, vorwiegend in dessen erweiterten Teil, ein Abbrand erwünscht, indem abgedampftes Kanalwandmaterial die Kühlung des Lichtbogens und damit dessen Brennspannung erhöht

Eine andere Strombegrenzungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE-AS 19 54 736 enthalten. Ein druckfestes Gehäuse besteht aus zwei metallischen zylindrischen Teilen, welche unter Bildung eines Spaltes mit ihren Enden gegeneinander angeordnet sind. Ein festes Material füllt den Spalt zwischen den zylindrischen Teilen aus, isoliert diese voneinander und ίο ist mit einer Bohrung versehen, in welcher ein Strombegrenzungsmaterial liegt Die Bohrung kann in einem Widerstandsmaterial ausgeführt sein, wobei dieses Widerstandsmaterial selbstverständlich abbrandfest sein muß, weil es direkt die Wand des Kanals bildet Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abbrand der den Strombegrenzungsvorgang auslösenden Kanalengstelle zu vermindern und dadurch ein reproduzierbares Verhalten und eine größere Lebensdauer der Strombegrenzungsvorrichtung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das Material des Widerstandskörpers nicht im direkten Kontakt mit dem Strombegrenzungsmaterial ist so daß es nicht abbrandfest sein muß. Die Verjüngung des Kanals lokalisiert die Ansprechstelle, so daß nur dieser Bereich geringeren Querschnitts aus einem hochtemperaturfesten Material bestehen muß.

Es ist vorteilhaft wenn der Widerstandskörper aus einem Material mit einem negativen Temperaturkoeffizienten besteht. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich aufgrund der beim Ansprechen des Elementes im Kanal auftretenden Widerstandserhöhung eine Stromvertei-

ⁿ lung aus dem Kanal in den Widerstand, wobei der Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten mit zunehmender Dauer des hindurchfließenden Stromes immer niederohmiger wird und daher immer mehr aus dem Kanal abkommutiert. Nach einer weiteren Ausgestaltung besteht der Widerstandskörper aus spannungsabhängigem Material. Der spannungsabhängige Widerstand schlägt von seinem anfangs hochohmigen Wert in einen niederohmigen Wert um, sobald sich infolge des Ansprechens im Kanal ein erhöhter

*"> Spannungsaufbau einstellt. Ferner ist es zweckmäßig, wenn der Widerstandskörper eine Elektrode aufweist, die einen Teil der Kanalwand neben dem Rohrstück bildet. Diese Elektrode ermöglicht elektrische Maßnahmen (z. B. Anschluß von Impedanzen), die die Ansprech-

^r'° stelle des Kanals lokalisieren und/oder sie entlasten. Die thermische Leitfähigkeit der Elektrode verbessert die Kühlung der Strombegrenzungsvorrichtung bzw. des für das Ansprechen entscheidenden Teils des Kanals und ermöglicht somit eine höhere Dauerstromtragfähigkeit. Es ist zweckmäßig, wenn der Widerstandskörper eine größere axiale Länge als der Bereich geringeren Querschnitts der Kanalwand aufweist, oder wenn der Bereich geringeren Querschnitts der Kanalwand stufenförmig ausgebildet ist und je Stufe einen Widerstandskörper besitzt. Diese zwei letztgenannten Ausführungsformen ermöglichen, daß bei geeigneter Dimmensionierung der Länge des Widerstandskörpers bzw, der abgestuften Querschnitte des Kanals die beim Ansprechen auftretenden Druckspitzen erniedrigt wer-

''^r' den.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei ist in

Fig. I die Strombegrenzungsvorrichtung im Schnitt

dargestellt; während

Fig,2 ein Detail des Kanals im vergrößerten Maßstab wiedergibt;

F i g. 3 zeigt, ebenfalls im vergrößerten Maßstab, eine weitere Variante, bei welcher ein Kanalteil stufenförmig ausgebildet ist.

Mit einem Isolierkörper 3 sind äußere Anschlußteile 1 und 2 in bekannter Weise druckdicht verbunden. An das Anschlußteil 1 schließt ein Rohrstück 4 mit enger Bohrung 4a aus hochtemperaturfestem Material, ζ. Β. aus Alumin&inoxydkeramik an. Das Rohrstück 4 ist von einem Widerstandskörper 6 umgeben, welcher zu dem in der Bohrung 4a befindlichen Strombegrenzungsmaterial einen Nebenwiderstand bildet, da er zwischen dem Anschlußteil 1 und einer Elektrode 7 gefaßt ist, wobei die Elektrode 7 die Kanalwand am Übergang von der Bohrung 4a zu einer erweiterten Bohrung 5a bildet Die Bohrung 5a befindet sich in einem Rohrstück 5, das aus einem Material bestehen kann, welches bis zu einem gewissen Grade unter Lichtbogeneinwirkung verdampfen soll, z. B. Berylliumoxydkeramik. Die Bohrung des Anschlußteils 2 bildet für einen Kolben 8 einen Zylinder. Ein Raum 9 ist mit Druckgas gefüllt, welches als Druckausgleich dient. Nicht näher bezeichnete Dichtungen im Kolben 8 dichten den Raum 9 gegen den Raum auf der anderen Seite des Kolbens 8 ab.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:

Beim Auftreten eines Kurzschlußstromes verdampft das Strombegrenzungsmaterial zunächst in der engen Bohrung 4a. Der entstehende Lichtbogen beginnt sich dann in Richtung der erweiterten Bohrung 5a auszubreiten. Im Anschluß an deal Ansprechvorgang wird die Engestelle der Bohrung 4a durch den inzwischen genügend niederohmigen, elektrisch parallelen Widerstandskörper 6 so weitgehend stromentlastet, daß damit der Abbrand am Rohrstück 4 wesentlich reduziert wird. Dadurch ergibt sich die gewünschte Erhöhung der Lebensdauer der Strombegrenzungsvorrichtung.
Der Widerstandskörper 6 besteht zwecks Erzielung

JO der erwünschten Stromentlastung der Kanalengestelle zweckmäßig aus einem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten, z. B. aus Vanadiumoxydkeramik. Er kann aber auch so beschaffen sein, daß er auf die Brennspannung des in der Bohrung 4a entstehenden

Lichtbogen reagiert, also ein spannungsabhängiger Widerstand, z. B. aus Siliziumkarbid.

In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, gemäß Fig.2 dem hochtemperaturfesten Wandungsteil des Rohrstückes 4 eine größere axiale Länge zu geben als es der Kanalengestelle entspricht

Schließlich kann der Übergang vom engen zum erweiterten Kanalteil in Stufen erfolgen. In Fig.3 sind dem Rohrstück 5 drei Rohrstücke 4', 4", 4'" mit gegebenenfalls wertmäßig gestaffelten Widerstands-

körpern 6a, 66,6c und zugeordneten Elektroden 7a, 76, Tc vorgeschaltet. Die wertmäßige Staffelung des Widerstandskörpers 6 kann z. B. durch geeignete Abmessungen und/oder durch geeignete Materialwahl z.B. so geschehen, daß der Widerstandswert in

«ι Richtung des Rohrstückes 5 hin abnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrische Strombegrenzungsvorrichtung, bei der zwischen den äußeren Anschlüssen ein ein verdampfbares Strombegrenzungsmaterial enthaltender Kanal eingeschaltet ist, der einen Bereich geringeren Querschnitts aufweist, wobei die Kanalwand zumindest im Bereich des geringeren Querschnitts aus hochtemperaturfestern Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Kanalwand bildendes Rohrstück (4; 4', 4", 4'") von einem als N eben widerstand ausgebildeten Widerstandskörper (6; 6a, 6b, 6c) umgeben ist, dessen Widerstandswert so bemessen ist, daß nach dem Ansprechen eine Stromentlastung des Strombegrenzungsmaterials im genannten Bereich auftritt

2. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (6; 6a, 6b, 6c) aus einem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten besteht

3. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (6; 6a, 6b, 6c) aus spannungsabhängigem Material besteht.

4. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (6; 6a, 6b, 6c) eine Elektrode (7; 7a, 7b, 7c) aufweist, die einen Teil der Kanalwand neben dem Rohrstück (4; 4', 4", 4'") bildet.

5. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (6) eine größere axiale Länge als der Bereich geringeren Querschnitts der Kanalwand aufweist (F ig. 2).

6. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich geringeren Querschnitts der Kanalwand stufenförmig ausgebildet ist und je Stufe einen Widerstandskörper (6a, 6b, 6c) besitzt (Fig. 'J).