DE2513487C3 - Schutzvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung, bei der ein selbstrückstellender Strombegrenzer in Reihe mit einem Schaltelement geschaltet ist.

Eine derartige Schutzvorrichtung ist aus der DE-AS 11 46 966 bekannt Bei dieser bekannten Schutzvorrichtung ist ein selbstrückstellbarer Strombegrenzer in Reihe mit einem Schutzschalter geschaltet und enthält einen festen Isolator, der zwischen zwei Anschlußgliedern angeordnet ist Durch den Isolator erstreckt sich >s mindestens eine kapillarartige Öffnung, die mit einem verdampfbaren elektrischen Leiter ausgefüllt ist der elektrischen Kontakt mit den beiden Anschlußgliedern hat, die zusammen mit dem Isolator ein abgeschlossenes Gehäuse bilden. Um diese bekannte Schutzvorrichtung so zur Begrenzung hoher und höchster Ströme geeignet zu machen, ohne dabei den Strom vollständig zu unterbrechen, ist das Gehäuse zur Erzielung eines strombegrenzenden Kochdnicklichtbogens in der kapillarartigen öffnung bei Überstrom η einem starren, mit π einem unter hohem Druck stehenden Medium gefüllten Druckgefäß angeordnet

Außerdem war es der Fachwelt allgemein bekannt, daß die Fähigkeit einer Schmelzsicherung, den Strom zu begrenzen, mit Zunahme der Dauernennstromstärke abnimmt.

Wenn man ferner das Abschaltverhalten einer Schmelzsicherung auf das Abschaltverhalten eines Schutzschalters abstimmt, so stellt sich gewöhnlich heraus, daß größere Augenblicks-Spitzenströme als r> erwünscht von der betreffenden Schaltung durchgelassen werden. Darüber hinaus mußte auch in den meisten Fällen das Verhalten einer Schmelzsicherung auf das Verhalten der elektrischen Schaltung abgestimmt werden, in der sich die Schmelzsicherung befand. Sehr ■" häufig wird auch eine Schmelzsicherung zusammen mit einem Schutzschalter mit thermischer und magnetischer Abschaltvorrichtung verwendet, wobei jedoch in diesem Fall natürlich der Schutzschalter alle innerhalb seines Unterbrechungsbereichs auftretenden Überla- r> stungs- und Kurzschlußströme abschalten soll, während die Schmelzsicherung die oberhalb der Nennstromstärke des Schutzschalters auftretenden Kurzschlußströme unterbrechen soll.

Aus der GB-PS 12 14 659 ist ebenfalls eine Strombe- mi gren/.ervorrichtung bekannt, die aus einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse angeordneten, elektrisch leitenden und verdampfbaren Strombegrenzungsmaterial besteht. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dal) dann, wenn der durch das genannte strombegrenzende <> > Material fließende Strom einen bestimmten Maximal wert überschreitet, ein Teil des Materials das gesamte Miiterial verdampft, wodurch der elektrische Widerstand erhöht wird und dadurch eine Strombegrenzung erzielt wird. Das Gehäuse kann bei dieser bekannten Ausführungsform auch noch ein Widerstandselement enthalten, welches elektrisch parallel zu dem erwähnten Material geschaltet ist und während der Strombegrenzung einen solchen Widerstand besitzt, daß Spannungsstöße wenigstens teilweise unterdrückt werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Schutzvorrichtung der eingangs definierten Art zu schaffen, die unter Verwendung einer herkömmlichen Schmelzsicherung den jeweils fließenden Oberlaststrom bzw. Kurzschlußstrom bis zum Durchschmelzen der Schmelzsicherung auf einen bestimmten Wert begrenzen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das Schaltelement durch eine Schmelzsicherung gebildet ist, die bei einem den selbstrückstellenden Strombegrenzer durchfließenden und diesen betätigenden Strom innerhalb ihres Abschaltbereichs betrieben und unterbrechbar ist

Die Erfindung basiert somit auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, die Stromzeitkennlinie der Schmelzsicherung zumindest so weit an die Stromzeitkennlinie des selbstriickstellenden Strombegrenzungselements anzupassen, daß bei dem das selbstrückstellende Strombegrenzungselement betätigenden Strom auch die Schmelzsicherung innerhalb ihres Abschalt- oder Schmelzbereichs betrieben wird.

Mit anderen Worten soll das Strombegrenzungselement erst oberhalb des Abschalt- oder Schmelzbereichs die Begrenzungsfunktion durchführen, was zunächst vollkommen widersinnig erscheint, wenn man dabei an vergleichsweise kleinere Stromstärken, die ein Durchschmelzen der Sicherung herbeiführen, denkt

Im Bereich von Spitzenströmen jedoch wird diese Reihenschaltung sinnvoll, da dadurch Augenblicks-Spitzenströme nicht mehr durchgelassen werden, so daß durch die vorliegende Erfindung ein Weg eingeschlagen wurde, der dem Vorurteil de Fachwelt genau widerspricht.

Ferner können erfindungsgemäß die Stromzeitkennlinien des selbstriickstellenden Strombegrenzers und der Schmelzsicherung derart ausgelegt werden, daß die Stromzeitkennlinien in einem j η leren Bereich von Überlastströmen bzw. Kurzschlußströmen voneinander abweichen, sich jedoch oberhalb dieses Bereichs decken.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Schutzvorrichtung,

F i g. 2 und 3 graphische Darstellungen der Betriebseigenschaften der Schutzvorrichtung gemäß F i g. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte Schutzvorrichtung weist einen selbstrückstellenden Strombegrenzer 1 und eine mit diesem in Reihe geschaltete Schmelzsicherung 2 auf. Der Strombegrenzer enthält eine Masse eines nicht dargestellten, selbstrückstellenden, strombegrenzenden Materials aus einem bei Raumtemperatur flüssigen Metall, beispielsweise Quecksilber, oder eine Masse aus einem einen niedrigen Schmelzpunkt besitzenden, leicht verdampfbaren Metall, z. B. Natrium, Kalium oder einem Natrium-Kalium-Gemisch. Beim Auftreten eines Kurzschlußstroms wird durch den das strombegrenzende Material durchfließenden Strom |ouleschc Wärme erzeugt, bis das Material zu einem Plasma mit hohem Dampfdruck verdampft ist. Das Plasma besitzt einen spezifischen Widerstand, welcher dem Kur/schlußstrom einen Widerstund ciügegcnscl/l. der wesentlich höher ist iils die Kiir/.schlußimncdati/ des Stromkreises.

wodurch der Kurzschlußstrom auf eine bestimmte Größe begrenzt wird Nach dieser Strombegrenzung kühlt das verdampfte Material schnell wieder in den flüssigen oder festen Zustand ab, in welchem es wieder seine anfängliche gute elektrische Leitfähigkeit besitzt

Die Schmelzsicherung 2 ist eine gebräuchliche Schmelzsicherung.

Der Strombegrenzer 1 und die Schmelzsicherung 2 sprechen zwa? beide auf einen sie durchfließenden Strom an, doch besitzen die beiden Elemente grundsätzlich verschiedene Betriebseigenschaften. Fig.2 zeigt die Strom-Zeit-Kennlinien des Strombegrenzers und der Schmelzsicherung.

Zur Erläuterung sei angenommen, daß sich der Strom in die folgenden vier Abschnitte unterteilen läßt:

1. In einen Bereich normaler Lastströme h von weniger als 150A;

2. in einen Bereich von Oberlastströmen h von 150 A bis unter 1000 A;

3. in einen Bereich von Kurzschlußströmen h von 1000 Abis unter 5000 A und

4. in einen Bereich von Kurzschlußströmen /4 von 5000 A oder mehr.

In Fig.2 gibt die mit F\ bezeichnete Kurve die Strom-Zeit-Kennlinie der Schmelzsicherung 2 an, woraus ersichtlich ist, daß die Schmelzsicherung bei einem Strom im Bereich des normalen Laststroms /? nicht durchschmilzt, jedoch bei einem Strom im Bereich des Oberlaststroms h innerhalb ihrer Ansprechzeit durchschmilzt, wodurch der Stromkreis geöffnet wird. Außerdem wird die Schmelzsicherung bei einem Strom im Bereich hoher Kurzschlußströme Λ nicht nur augenblicklich unterbrochen, sondern kann auch sicher bei einem Kurzschlußstrom /4, z. B. bis zu 8000 A, unterbrochen werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Schmelzsicherung ein auf 8000 A festgelegtes Abschaltvermögen.

Ersichtlicherweise ist die Schmelzsicherung allein nicht in de/ Lage, eine Schutzwirkung gegen einen ihr Abschaltvermögen übersteigenden Kurzschlußstrom zu bieten.

In Fig.2 zeigt die mit F₂ bezeichnete Kurve die Betriebseigenschaften des Strombegrenzers 1. Aus der Kurve F7 geht hervor, daß der Strombegrenzer 1 eine weitere Zeitgrenze hat als die Schmelzsicherung, und zwar nicht nur im Bereich der Oberlastströme h sondern auch im Bereich der Kurzschlußströme /j. Ersichtlicherweise wird daher beim Auftreten eines Störungsstroms innerhalb dieser beiden Bereiche der Stromkreise nur durch das Durchschmelzen der Schmelzsicherung 2 geöffnet, während der Strombegrenzer I unbetätigt bleibt. Im Bereich der Kurzschlußströme /4 ist jedoch die Ansprechzeit des Strombegrenzers 1 derjenigen der Schmelzsicherung 2 gleich, so daß beide gleichzeitig zur Unterbrechung des Stromkreises

betätigt werden.

F i g, 3 zeigt die Beziehung zwischen einem an den gleichen Stromkreis, wie in Verbindung mit Fig.2 beschrieben, angelegten Strom und dem tatsächlichen durch diesen Stromkreis fließenden Strom, wobei der angelegte Strom demjenigen gemäß Fig,2 entspricht-Die Kurve If\ bezeichnet dabei die Schmelzsicherung 2 und die Kurve lh den Strombegrenzer 1. Der tatsächlich durch die Schmelzsicherung 2 fließende Strom ist dabei der gleiche wie der an den Stromkreis angelegte Strom. Dies beruht darauf, daß die Schmelzsicherung 2 kaum die Strombegrenzungseigenschaft oder Betriebsweise besitzt, welche die Schmelzsicherung allein für die Handhabung hoher Kurzschlußströme unbrauchbar macht Dagegen kann ein etwaiger Kurzschlußstrom U durch den Strombegrenzer 1 begrenzt werden. In diesem Fall fließt durch den Strombegrenzer 1 ein Strom, der auf die durch die Kurve ih angegebene Weise begrenzt wird. Die Größe dieses Stroms übersteigt dabei nicht das Ab-. „tialtvenTiögen der zugeordneten Schmelzsicherung.

Obgleich eine für die Aufnahme von Oberlastströmen und Kurzschlußströmen geeignete Schmelzsicherung verwendet ist ist der Bereich sehr stark erweitert worden, in welchem der Schutz vor Kurzschiußströmen normalerweise mechanischen Schutzschaitervorrichtungen übertragen wird, die teuer sind und große Abmessungen besitzen. Strombegrenzer der beschriebenen Art besitzen dagegen die Vorteile, daß die Ströme ausgezeichnet zu begrenzen vermögen und sich wegen ihrer Selbstrückstellung f 3r wiederholte Benutzung eignen, doch besitzen sie grundsätzlich die Nachteile, daß sie keine zufriedenstellende Schutzwirkung im Bereich von Oberlastströmen bieten.

Ein etwaiger Kurzschlußstrom U wird durch den Strombegrenzer 1 auf eine unter dem Abschaltvermögen der Schmelzsicherung 2 liegende Größe begrenzt, wobei die Schmelzsicherung 2 durchschrr.ilzt und dabei einen mit ihr verbundenen, gestörten Stromkreis unterbricht. Nach dem öffnen des Stromkreises stellt sich der Strombegrenzer selbsttätig wieder zurück, so daß er für den nächsten Störungsfall wieder betriebsbereit ist. Die Schmelzsicherung wird gegen eine neue Sicherung ausgewechselt. Die Schmelzsicherung ist im Vergleich zum Strombegrenzer außerordentlich billig.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung eine Schutzvorrichtung geschaffen, die einen selbstrückstellenden Strombegrenzer und eine mit diesem in Reihe geschaltete Schmelzsicherung aufweist. Ein Überlaststrom wird lediglich mittels eines Durchschmelzens der Schmelzsicherung unterbrochen. Ein hoher Kurzschlußstrom wird dabei mittels eines Durchschmelzens der Schmelzsicherung unterbrochen, wobei der Strombegrenzer diesen Strom auf einen der Abschaltleistung der Schmelzsicherung entsprechenden niedrigeren Wert begrenzt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schutzvorrichtung, bei der ein selbstrückstellender Strombegrenzer in Reihe mit einem Schaltelement geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement durch eine Schmelzsicherung (2) gebildet ist, die bei einem den selbstriickstellenden Strombegrenzer (1) durchfließenden und diesen betätigenden Strom innerhalb ihres Abschaltbereichs betrieben und unterbrechbar ist

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