DE3035873A1 - Elektrische ueberstromsicherung - Google Patents
Elektrische ueberstromsicherungInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
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- H01H85/05—Component parts thereof
- H01H85/055—Fusible members
- H01H85/08—Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member
Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 80 P 7 5 6 7 D
Elektrische Überstromsicherunp
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Über-Stromsicherung
mit einem Schmelzleiter und Löschblechen aus elektrisch leitendem Material.
Eine Sicherung hat bekanntlich die Aufgabe, ein Netzteil oder· einen elektrischen Verbraucher im Falle
einer Überlastung oder im Kurzschlußfall abzuschalten. Der Schmelzleiter ist so bemessen, daß er schmilzt, sobald
der Leiterstrom einen vorbestimmten Grenzwert er-, reicht. Durch die besondere konstruktive Gestaltung
der Sicherung wird der Lichtbogen gezwungen, eine Brennspannung anzunehmen, die höher als die treibende
Netzspannung ist. ■
Der Schmelzleiter hat in den bekannten Sicherungen im wesentlichen zwei Aufgaben, nämlich die stromtragende
Funktion für den Strom im Nennbetrieb und den Überstrom, der im Störunge- oder KurzSchlußfall ebenfalls
eine gewisse Zeit getragen werden muß. Er hat ferner die stromunterbrechende Funktion, die durch
eine ausreichende Gegenspannung erreicht wird. Beide Funktionen stellen jedoch gegenläufige Ansprüche an
den Schmelzleiter, was bei Sicherungen für höhere Spannungen zu verhältnismäßig komplizierten. Formen
des Schmelzleiters führt.
Eine ausreichend hohe Lichtbogenspannung kann der . Schmelzleiter nach dem Durchschmelzen nur mit einer
Kin 2 Hag / 17. 9- 1980
80 P 7 5 6 7 OE
entsprechend großen Länge erzeugen. Dies bedeutet aber einen entsprechend großen Spannungs- und Leistungs
abfall im Nennbetrieb. Um diesen Spannungsabfall zu vermindern, hat man Schmelzleiter mit mehreren Engstellen
verwendet. Mit dieser Gestaltung wird jedoch • ein weiteres Problem aufgeworfen, nämlich das gleichzeitige
Durchschmelzen aller Engstellen (US-Patentschrift 1·946 553).
Aber auch mit dieser bekannten Gestaltung beträgt der Spannungsabfall noch jeweils einige Zehntel Volt.
In Anlagen mit einer größeren Anzahl solcher Sicherungen, beispielsweise in Stromrichteranlagen mit
Tyristoren, denen jeweils eine Sicherung zugeordnet ist, entsteht somit eine erhebliche Verlustleistung,
die als Wärme abgeführt werden muß.
Es ergibt sich deshalb die Aufgabe, die Sicherung so zu gestalten, daß ihr Spannungsabfall im Nennbetrieb
gering und daß sie zugleich in der Lage ist, zur . ; Stromunterbrechung eine große Gegenspannung aufzubauen,
die als Löschspannung wirkt.
In einer bekannten Ausführungsform einer Schmelzsicherung
sind deshalb Löschbleche aus elektrisch leitendem Material vorgesehen, die mit ihren Flachseiten quer
zur Längsrichtung des Schmelzleiters ausgedehnt und in dessen Längsrichtung hintereinander angeordnet
sind. Mit dem Durchschmelzen des Schmelzleiters entstehen Teillichtbögen zwischen den Löschblechen. Jeweils
abwechselnd mit den Löschblechen sind hohlzylindrische Abstandshalter aus einem Material angeordnet, das unter der Einwirkung des Lichtbogens
Gas abgibt, das als Löschgas wirkt. Die Sicherung muß somit druckfest ausgebildet sein. Als Lösch-
VPASO P 75 67 QE
spannung ist die Summenspannung der einzelnen Teillichtbögen wirksam. Die Löschbleche sind senkrecht
zur Richtung des Schmelzleiters ausgedehnt und in Richtung des Schmelzleiters hintereinander ange-
■ b ordnet. Für höhere Schaltspannungen, insbesondere
über 1000 Volt, mit einer entsprechend großen Zahl von Löschblechen ergibt sich deshalb eine verhältnismäßig
große Bäuform der Schmelzsicherung (JP-GM 40 26 450). .
. . Die erwähnte Aufgabe wird nun erfindungsgemäß gelöst,
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Durch die senkrecht zum.gekrümmten Schmelzleiter insbesondere
radial zu einem kreisförmigen Schmelzleiter, angeordneten Löschbleche erhält man eine Flach-,
bauweise der Sicherung, deren Höhe nicht wesentlich größer als die Höhe der Löschbleche ist. Der gegenseitige
Abstand der Löschbleche wird in der Richtung radial nach außen größer. Die nach dem Durchschmelzen
des Schmelzleiters erzeugten Teillichtbogen werden somit aufgrund der elektrodynamischen Kräfte nach
außen getrieben. Die Länge der einzelnen Teillicht-. bögen und die Gesamtlänge des Lichtbogens werden
verlängert und die Schaltspannung entsprechend erhöht.
Durch diese elektrodynamischen Kräfte wird zugleich der Schmelzleiter im erwärmten.Zustand an die Bleche
gepreßt und dadurch eine erhöhte Kühlung gewährleistet.
Eine Ausführungsform der Schmelzsicherung für höhere
Spannung mit.einer großen Anzahl von Löschblechen erhält man dadurch, daß der Schmelzleiter eine Schraubenlinie
bildet und zwei oder mehrere Windungen übereinander angeordnet sind.
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- G-
-/- VPA 80 P 7 5 6 7 OE
In einer Ausführungsform der Schmelzsicherung können
die Löschbleche unmittelbar am Schmelzleiter anliegen, Der Schmelzleiter wird durch die Bleche gekühlt und
kann einen Strom führen, der wesentlich höher ist als die Stromstärke, die sich aus dem Querschnitt des un-'
gekühlten Schmelzleiters ergibt. Der Schmelzleiter kann zweckmäßig auf dem Mantel eines hohlzylindrischen
Kerns angeordnet werden. Die vom Schmelzleiter abgewandten
Enden der Löschbleche können vorzugsweise in · Nuten der Innenwand eines hohlzylindrischen Gehäuses
aus Isolierstoff angeordnet werden. In diesem Falle können die Maßtoleranzen der Löschbleche entsprechend
größer sein.
Unter Umständen kann es zweckmäßig sein die Löschbleche so zu gestalten und um den Schmelzleiter anzuordnen,
daß ihre Enden in einem vorbestimmten Abstand dem Schmelzleiter gegenüberstehen. Die kühlende
Wirkung der Löschbleche setzt dann erst bei einer vorbestimmten Stromstärke ein.
In einer besonderen Ausführungsform der Überstromsicherung'
können die dem Schmelzleiter zugewandten'Enden der Löschbleche mit einem Überzug mit geringer elek-
.?3 trischer Leitfähigkeit versehen werden, der gegebenenfalls
eine gute Wärmeleitfähigkeit haben kann. Anstelle der Löschbleche kann auch der Schmelzleiter mit einem
derartigen Überzug versehen werden.
Teile des hohlzylindrischen Gehäuses, vorzugsweise
das Außenrohr, können aus gasdurchlässigem Material, insbesondere Siebkeramik, bestehen, damit ein auf-.
tretender überdruck abgebaut werden kann.
ORIGINAL INSPECTED
3Ü35873
-/- VPA 80 P 7 5 6 7 OE
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schmelzsicherung · nach der Erfindung im Querschnitt schematisch
veranschaulicht ist. Die
Fig. 2 und 3 zeigen jeweils einen Teil einer besonderen Ausführungsform der Schmelzsicherung, während
in den
Fig. 4 und 5 jeweils ein Teil einer besonderen Ausführungsform
der Löschbleche und in
. Fig·. 6 eine besondere Ausführung des Schmelzleiters dargestellt ist.
In der Ausführungsform nach Figur 1 ist ein Schmelz-IS
. leiter 2 als Ringteil oder als Teil eines .Hohlzylinders ausgeführt, und an seinen beiden Enden jeweils
• mit einem Leiteranschluß versehen, die in der Figur mit 3 und 4 bezeichnet sind. Radial zum Schmelzlei- .
ter 2 sind Löschbleche.6 vorgesehen, von denen in der Figur lediglich einige dargestellt und die Lage
der übrigen lediglich gestrichelt angedeutet ist. Der Schmelzleiter ist auf dem Außenmantel eines
Kerns 8 aus Isolierstoff angeordnet, der vorzugsweise hohlzylindrisch gestaltet sein kann. Diese Baueinheit
ist in einem Gehäuse 10 angeordnet, das vorzugsweise aus Isolierstoff, insbesondere Keramik, bestehen
kann.
Nach Figur 2 liegt ein Ende der Löschbleche 6 an einem als Ringzylinder gestalteten Schmelzleiter 2
an. Die äußeren Enden der Löschbleche ragen in Nuten 12 des Gehäuses 10 hinein. In gleicher Weise
können auch die unteren und oberen Stirnkariten der Löschbleche 6 jeweils in einer Nut einer Grundplatte
14 bzw. einer Deckplatte 16 angeordnet sein.
VPA go P 7 5 S ? ÖE Das Gehäuse 10 und gegebenenfalls auch wenigstens
der äußere Teil der Grundplatte 14 und der Deckplatte 16 können zweckmäßig aus einem gasdurchlässigen
Material, insbesondere einer sogenannten Siebkeramik, bestehen. Ein Wiederzünden des Lichtbogens am Außenmantel
der Schmelzsicherung kann dadurch verhindert werden, daß. die Löcher der Bohrungen nicht wesentlich
größer als 1 mm, insbesondere kleiner als 1 mm, gewählt werden.
In der Ausführungsform nach Figur 3» die einen Teil des Querschnitts nach Figur 1 darstellt, ist der
. Schmelzleiter 2 zwischen dem Kern 8 und dem Gehäuse 10 derart angeordnet, daß sich die Löschbleche 6
sowohl radial nach außen als auch radial nach innen erstrecken.
Ist der Schmelzleiter 2 mit den Löschblechen 6 formschlüssig verbunden, so heizen sich alle Teile der
2.0 ' Sicherung bei Überstrom langsam auf und nach einer
vorbestimmten Zeit schmilzt der Schmelzleiter 2 zwischen den Löschblechen 6. Die zwischen den einzelnen
Löschblechen erzeugten Teillichtbögen werden aufgrund der elektrodynamischen Kräfte radial nach außen getrieben;
.die Bogenlänge steigt mit dem zunehmenden Abstand der Löschbleche 6 und die Schaltspannung
wird entsprechend erhöht. Durch die gleichen elektro-. dynamischen Kräfte wird der Schmelzleiter 2 im erwärmten Zustand an die Löschblech« 6 gepreßt und eine
entsprechend erhöhte Kühlung gewährleistet.
In der Ausführungsform nach Figur 3 mit sowohl radial
nach außen als auch radial nach innen gerichteten . Löschblechen 6 wird die Wärmeabführung aus den Zwischenräumen
der Löschbleche 6 erleichtert. Um parallele
-/. VPA φ P75 6 7 OE
Entladungskanäle zu vermeiden, können auch in dieser
Ausführungsforin die Löschblech« sowohl in Nuten des
Gehäuses 10 als auch in Nuten am Außenmantel des Kerns 8 gehalten werden. Man erhält dann eine erhöhte
Spannungsfestigkeit aufgrund der meanderförmigen Verlängerung der Kriechstromwege.
In der Ausführungsform nach Figur 4 sind die Löschbleche 6 derart gestaltet und um den Schmelzleiter
angeordnet, daß zwischen ihnen und dem Schmelzleiter 2 ein Spalt 18 entsteht. Die Größe des Spalts
wird so gewählt, daß der nach dem Durchschmelzen an einer Stelle des Schmelzleiters 2 entstehende Lichtbogen
den Schmelzleiter 2 weiterschmelzen läßt und seine Größe wird im allgemeinen 1 mm nicht wesentlich
unterschreiten.
Unter Umständen können die dem Schmelzleiter 2 zu- · gewandten Enden der Löschbleche 6 jeweils' mit einem "
Überzug 20 versehen sein, der aus einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit besteht wie es
in Figur 5 angedeutet ist. Durch diesen Überzug 20 wird beim Durchschmelzen und beim Weiterschmelzen
des Schmelzleiters 2 ein Verschmelzen mit einem oder mehreren Löschblechen 6 verhindert. Der Überzug 20
kann beispielsweise aus einem temperaturfesten Kunststoff
oder einem glasartigen sowie emailleartigen · Material bestehen.
In der Ausführungsform nach Figur 6 ist der Schmelzleiter 2 wenigstens teilweise mit einem Überzug 22
versehen, der in gleicher Weise das erwähnte Verschmelzen verhindert. Bei Verwendung eines flachen,
bandartigen Schmelzleiters 2 kann dieser auf seiner den Löschblechen 6 zugewandten Flachseite mit einem
-40-
. --β- VPA go P 7 5 6 7 Oi
derartigen Überzug versehen sein. Unter Umständen kann es ausreichen, wenn zwischen dem Schmelzleiter
und den Löschblechen eine mit Öffnungen versehene Zwischenlage angeordnet wird, dessen Öffnungen
ein Hindurchtreten des Lichtbogens nach dem Schmelzen
des Schmelzleiters 2 ermöglichen,
11 Patentansprüche
6 Figuren
6 Figuren
Claims (11)
- VPA go P 7 5 6 7 OEPatentansprüche1J Elektrische Überstromsicherung mit einem Schmelzleiter und Löschblechen aus elektrisch leitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß ein gekrümmter Schmelzleiter (2) vorgesehen ist und daß wenigstens annähernd senkrecht zum Schmelzleiter(2)mehrere Löschbleche (4) ange-" . ordnet sind.
10 - 2. ÜberStromsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelzleiter (2) einen Teilkreis bildet, zu dem die Löschbleche (6) radial angeordnet sind,.
- 3. Überstromsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelzleiter (2) eine Schraubenlinie bildet.
- 4. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (2) auf dem Mantel eines hohlzylindrischen Kerns (8) angeordnet ist.
- 5. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Löschbleche (6) mit dem Schmelzleiter (2) einen Spalt (18) bilden.
- 6. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Löschbleche (6) mit einem Überzug (20) mit geringer elektrischer Leitfähigkeit versehen sind.-yf- VPA 80 P 75 6 7 QE
- 7. Uberstromsicherung nach einem der Anspräche 1 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (2) wenigstens teilweise mit einem Überzug (22) mit geringer elektrischer Leitfähigkeit versehen ist.
- 8. ÜberStromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schmelzleiter (2) und den Löschblechen(6) eine Zwischenlage mit geringer elektrischer Leitfähigkeit vorgesehen ist, die mit Durchtrittsöffnungen für den Lichtbogen versehen ist.
- 9. Uberstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschbleche (6) in Nuten (12) der Innenwand eines hohlzylindrischen Gehäuses (10) aus Isolierstoff hineinragen.
- 20- 10. Uberstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.r dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Gehäuses aus gasdurchlässigem Material besteht.
- 11. Uberstromsicherung nach Anspruch 10,da durch gekennzeichnet s daß als gasdurchlässiges Material Siebkeramik vorgesehen ist.
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