DE548914C - Hochleistungsschmelzsicherung - Google Patents

Description

Um Schmelzsicherungen für die Unterbrechung hoher Leistungen verwenden zu können, muß für eine rasche und sichere Unterbrechung des Abschaltlichtbogens gesorgt werden. Um dies zu erreichen, hat man schon vorgeschlagen, den Lichtbogen unter ül oder einem ähnlich guten Dielektrikum oder durch sehr rasche Vergrößerung seiner Länge (sogenannte Ausblassicherungen) zu löschen,
ο Die Erfindung besteht darin, den nach dem Durchschmelzen des Schmelzleiters entstehenden Lichtbogen in Bewegung zu setzen und mit so großer Geschwindigkeit fortzubewegen, daß sich die Elektroden, an denen der Lichtbogen ansetzt, nicht auf die Schmelztemperatur erhitzen können. Da hierdurch die Aussendung von Elektronen durch die Kathode unterbunden wird, erlöscht ein solcher Lichtbogen viel leichter als ein Lichtbogen,

so dessen Kathode sich auf Schmelztemperatur befindet. Außerdem brennt der Lichtbogen ohne nennenswerte Gasentwicklung.

Um den Lichtbogen in rasche Bewegung zu versetzen, wird errindungsgemäß im Schmelz-

ϊ5 raum ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches die Fußpunkte des Unterbrechungs-Hchtbogens mit großer Geschwindigkeit auf flächenhaft ausgedehnten Elektroden in einer endlosen Bahn bewegt.

Nach der weiteren Erfindung werden zu diesem Zweck zwei Zylinderelektroden konzentrisch angeordnet, so daß sie einen ringförmigen Schmelzraum einschließen. In diesem Schmelzraum wird ein axiales Magnetfeld erzeugt, und Leiter werden darin angeordnet, welche die Elektroden verbinden und die Unterbrechung bewirken. Die Fußpunkte des entstehenden L'nterbrechungslichtbogens beschreiben hierbei auf den Elektroden kreisförmige Bahnen. "

Die Sicherung kann sowohl als augenblicklich wirkende Kurzschlußsicherung als auch als träge Sicherung mit längerer Abschmelzdauer gebaut werden. Im ersten Fall werden im Schmelzraum der Sicherung verhältnismäßig dünndrähtige Schmelzleiter angeordnet, welche die beiden Elektroden verbinden. Im wesentlichen sind diese Schmelzleiter radial ausgespannt. Für den zweiten Fall wählt man zweckmäßigerweise Trennstücke aus einem leitenden Material, die nicht zum Abschmelzen kommen sollen, und verbindet diese mit den Elektroden unter Anwendung nur einer Lötstelle an einer der beiden Elektroden oder auch zweier Lötstellen an jeder der beiden Elektroden. Das Lot ist so gewählt, daß seine Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des leitenden Trennstückes liegt, so daß sich letzteres bei gleicher Erwärmung mit der Lötstelle noch

*) Von dem Patentsuchcr sind als die Erfinder an gegeben worden: Dipl.-Ing. Alex Otto Müller in Berlin-Siemensstadt und IHpL-Ing. Martin Buck.

weit unter dem Schmelzpunkt befindet, wenn die Lötstelle bereits schmilzt. Mit dieser Lötsicherung kann man sehr lange Abschmelzzeiten in der Größenordnung von 20 Sekunden erreichen, ohne daß durch die große Querschnittsbemessung der Schmelzstelle, welche eine Folge der Forderung der langen Abschmelzzeit ist, der Nachteil eintritt, daß ein großer Metallkörper verdampft wird wie bei homogenen Schmelzleitern. Die verdampfte Lötmasse hat trotz großem Querschnitt ein kleines Volumen. Da also nicht mehr Metalldämpfe entwickelt werden wie beim Abschmelzen eines dünnen Leiters, so ist die Löschung des Lichtbogens, die bekanntlich durch die Menge entwickelter Metalldämpfe sehr erschwert wird, auch nicht schwieriger als bei diesem. Das Magnetfeld im Schmelzleiterraum bewirkt bei dieser Lötsicherung nicht nur die Bewegung des Unterbrechungslichtbogens, sondern auch die Trennung des losgelöteten Trennleiters von der Elektrode.

Zwecks einfacher Erzeugung des axialen Magnetfeldes wird der Schmelzleiterraum im Innenraum einer zylinderförmigen Magnetspule angeordnet. Die Spule wird mit den Unterbrechungsleitern in Reihe geschaltet.

Eine für manche Fälle besonders zweckmäßige Ausgestaltung erhält man erfindungsgemäß dadurch, daß die Blasspule der Sicherung als .Kurzschlußbegrenzungsdrosselspule ausgebildet wird. Die Kurzschlußbegrenzungsdrosselspule wird in an sich bekannter Weise dazu verwendet, um Anlagen mit hohen Kurzschlußströmen nicht-auf die volle Kurzschlußstromstärke bemessen zu müssen. Auch die Schmelzsicherung selber kann also kleiner bemessen werden. Dieser kombinierte Apparat ist besonders zweckmäßig als zuletzt wirkender Schutz für große Verteilungsanlagen. Die Sicherung wird hierbei als träge Sicherung gebaut, deren Abschmelzdauer langer ist als die Auslösezeit aller in der Anlage verwendeten Schalter.

Um das zur Erzielung einer hohen Lichtbogengeschwindigkeit erforderliche starke Magnetfeld zu erhalten, wird der Schmelzraum von einer druckfesten Kapsel aus magnetischem Material umgeben, die den Rückschluß für das von der Spule erzeugte Magnetfeld bildet.

Ein Hauptvorzug der Sicherung nach der Erfindung besteht darin, daß sie zufolge Fortfalls nennenswerter Mengen von Schmelzgasen und infolge der verhältnismäßig kleinen Lichtbogenenergie vollständig gekapselt werden kann, so daß kein Schaltfeuer nach außen gelangen kann.

Eine zweckmäßige Ausbildung ergibt sich dadurch, daß die z\vei konzentrischen zvlinderförmigen Elektroden der Sicherung mit · den darin angeordneten Unterbrechungsleitern zu einem auswechselbaren Element verbunden werden. Das auswechselbare zylindrische Element kann an den Stirnflächen mit Isoliermaterial dicht abgedeckt sein, so daß die angestrebte Kapselung des Schaltfeuers schon am Schmelzeinsatz durchgeführt ist.

Die Sicherung wird weiterhin dadurch vervollkommnet, daß mehrere Schmelzleiter von verschiedenem Widerstand angeordnet werden, die nacheinander durchschmelzen. Hierdurch w^rird in den Stromkreis vor seiner endgültigen Unterbrechung stufenweise Widerstand eingeschaltet. Die erzielte Dämpfung erleichtert die Abschaltung. Insbesondere können in verschiedenen Ebenen angeordnete Schmelzleiter von verschiedenem Widerstand, die nacheinander abschmelzen, verwendet werden, und die einzelnen Schmelzräume können hierbei durch Isolierwände voneinander getrennt werden. Bei dieser Anordnung wird bei der stufenweisen Abschaltung der Schmelzraum der nachfolgenden Drähte nicht durch das Schaltfeuer der vorher durchschmelzenden ionisiert.

Die Sicherung kann ferner erfindungsgemäß parallel zu einem früher abschmelzenden Schmelzleiter in den zu schützenden Stromkreis eingeschaltet werden, so daß die Sicherung erst beim Durchschmelzen des parallelen Schmelzleiters vom Hauptstrom durchflossen wird und die Abschaltung übernimmt. Diese Anordnung empfiehlt sich für besonders hohe Stromstärken..

Die Sicherung nach der Erfindung hat in der gekapselten Ausführung besondere Vorzüge für den Schutz von Niederspannungsverteilungsnetzen, da die in solchen Netzen auftretenden hohen Kurzschlußstromstärken von der verhältnismäßig wenig Raum einnehmenden Sicherung sicher bewältigt werden.

Wird die Sicherung für Wechselstrom verwendet, so ist ihre Wirkung eine noch er-, höhte, da beim Nulldurchgang des Stromes die Löschung des mit kalter Kathode brennenden Lichtbogens besonders leicht erfolgt.

Die Abbildungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Abb. ι stellt den Aufriß, Abb. 2 den Grundriß einer Sicherung dar.

Die wesentlichen Teile der Sicherung sind der Schmelzeinsatz, die Blasspule und das Eisengehäuse. Der Schmelzeinsatz besteht aus dem Kupferrohr 1, dem Kupferzylinder 2, den an den Elektroden befestigten, im Ringraum angeordneten Schmelzleitern 3, den beiden starken Isolierscheiben 4 und 5 und aus dem mit dem Rohr 1 verschraubten Bolzen 6, mit welchem das Einsatzelement in der Kap-

sei befestigt wird. Der Bolzen besitzt zur Herstellung des Kontaktes einen geschlitzten federnden Kopf 7. 8 ist die Blasspule, die die Zylinderelektrode 2 umgibt und deren Windüngen durch isolierende Zwischenlagen 9 voneinander in Abstand gehalten sind. Sie endet in einem Zylinder 10 aus Kupfer oder Messing, der in gewissen Abständen geschlitzt ist, so daß schmale federnde Zungen entstehen, die in Abb. 1 geschnitten sind. Die unteren Enden dieser Zungen werden nach innen gebogen, so daß sie mit der Zylinderelektrode 2 einen guten Kontakt bilden. Das eiserne Gehäuse besteht aus dem Zylinder 11 und den damit verschraubten Deckelteilen 12 und 13. 14 und 15 sind Isolationszwischenlagen, 16 ein am Deckel 13 isoliert befestigter Ring für die Stromzuführung. 17 und 18 sind die Stromanschlüsse.

Zum Zwecke des Einbauens des Schmelzelementes wird der Deckel 12 des Gehäuses abgenommen und das Schmelzelement von oben eingeführt. Hierbei wird der Kontakt zwischen dem Ring 16 und dem federnden Kopf 7 des Bolzens 6 und damit mit der Elektrode ι einerseits, zwischen Elektrode 2 und dem federnden Zylinder 10 und damit mit der Blasspule andererseits hergestellt.

Die Magnetspule 8 erzeugt ein starkes ayiales magnetisches Feld im ringförmigen Schmelzraum, dessen Rückschluß durch die eisernen Deckelplatten 12 und 13 und den Zylinder 11 gebildet wird. Durch dieses Magnetfeld wird der Unterbrechungslichtbogen, der sich infolge Durchschmelzens eines Schmelzleiters 3 bildet, in einer kreisförmigen Bahn so lange herumgetrieben, bis er auslöscht. Die Kapselung ist drucksicher, so daß kein Schaltfeuer nach außen gelangt.

Wird die Sicherung als Lötsicherung mit langer Abschmelzdauer gebaut, so werden an Stelle der Schmelzleiter 3 bandförmige Leiter, beispielsweise aus Kupfer, verwendet, die mit der Zylinderelektrode 2 fest verbunden und an die Elektrode 1 an der Stelle 19 angelötet sein können. Unter der Wirkung des Überstromes schmilzt die Lötstelle, und durch die in tangentialer Richtung auf den Unterbrechungsleiter wirkenden Magnetkräfte wird dieser, wie im Grundriß bei 20 angedeutet, von der inneren Elektrode getrennt und an die äußere Elektrode angelegt. Der gebildete Lichtbogen wird nun wieder im Kreise herumgetrieben, bis er erlöscht.

In der Abb. 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Einsatzelement einer Schmelzsicherung dargestellt, die Schmelzleiter 21 urrd 22 von verschiedenem Widerstand besitzt, welche nacheinander durchschmelzen und in zwei verschiedenen radialen Ebenen zwischen den Außenelektroden 23 und 24 und der Innenelektrode 25 angeordnet sind. 26, und 28 sind starke Isolierscheiben, durch welche die Schmelzwände voneinander abgetrennt werden.

Claims (13)

Patentansprüche:

1.· Hochleistungsschmelzsicherung, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmelzraum ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, welches die Fußpunkte des Unterbrechungslichtbogens mit großer Geschwindigkeit auf flächenhaft ausgedehnten Elektroden in einer endlosen Bahn bewegt.

2. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch konzentrisch angeordnete Zylinderelektroden, die einen ringförmigen Schmelzraum einschließen, ein axial den Schmelzraum durchsetzendes Magnetfeld und im Schmelzraum liegende Leiter, welche die Elektroden verbinden und die Unterbrechung bewirken.

3. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schmelzleiter, die im Schmelzraum im wesentlichen radial zwischen den Elektroden verlaufen.

4. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmelzraum leitende Trennstücke angeordnet sind, welche an eine oder an beide Elektroden angelötet und so bemessen sind, daß sie beim Schmelzen der .Lötstelle noch nicht die Schmelztemperatur erreichen.

5. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine den Ringraum umschließende' Zylinderspule, welche mit den im Schmelzraum liegenden Leitern in Reihe geschaltet ist.

6. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Blasspule als Kurzschlußbegrenzungsdrosselspule.

7. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzraum durch eine druckfeste Kapsel vollständig abgeschlossen ist.

8. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel gleichzeitig den Rückschluß für das Magnetfeld bildet.

9. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei konzentrischen, zylinderförmigen Elektroden mit den sie verbindenden Unterbrechungsleitern zu einem auswechselbaren Element verbunden sind.

10. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

das auswechselbare zylindrische Element an den Stirnflächen mit Isoliermaterial dicht abgedeckt ist.

11. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch mehrere Schmelzleiter von verschiedenem Widerstand, die nacheinander durchschmelzen.

12. Hochleistungsschmelzsicherung nach den Ansprüchen 2 und ii, dadurch gekennzeichnet, daß in verschiedenen radialen Ebenen Schmelzleiter von- verschiedenem Widerstand, die nacheinander durchschmelzen, angeordnet sind und die einzelnen Schmelzräume durch Isolierwände voneinander getrennt werden.

13. Hochleistungsschmelzsicherung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie parallel zu einem früher abschmelzenden Schmelzleiter liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen