DE678294C - Hochspannungsschmelzsicherung mit Haupt- und Nebenschmelzleiter - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
12. JULI 1939

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JV£ 678294 KLASSE 21c GRUPPE

S122186 VHIb/sic

Zusatz zum Patent 676

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. April 1936 ab

Das Hauptpatent hat angefangen am 9. Januar 1934

Patenterteilung bekanntgemacht am 15. Juni 1939

Das Hauptpatent betrifft eine Hochspannungsschmelzsicherung, deren Schmelzleiter aus einzelnen beim Ansprechen nacheinander ■ schmelzenden Teilen besteht, von denen der zuerst schmelzende mit gleichmäßigem Querschnitt so lang, jedoch nicht wesentlich länger bemessen ist, daß die gleich zu Beginn des Schmelzvorganges auf einmal entstehende Trennstrecke für die Abschaltung des Grenzstromes ausreicht, und bei der eine das Weiterbestehen des Lichtbogens bei größeren Überströmen verhindernde Unterbrechungsstrecke durch den Lichtbogenstrom selbst _x durch Abschmelzen weiterer Schmelzleiter teile geschaffen wird. Dadurch werden bei größtmöglicher Beschleunigung des Unterbrechungsvorganges schädliche Überspannungen vermieden. Die Erfindung beruht auf der Übertragung dieses Grundgedankens auf Hochspannungssicherungen mit Haupt- und Nebenschmelzleiter.

Bei den bekannteren Sicherungen dieser Art sind außer dem Hauptschmelzleiter noch ein oder mehrere Nebenschmelzleiter vorhanden, die entweder auch während des Betriebes zum HauptS'chmelzleiter parallel geschaltet sind oder in dem Augenblick des Ansprechens der Sicherung parallel geschaltet werden. Die Schmelzleiter sind häufig in ein vorzugsweise pulverförmiges Löschmittel 3P eingebettet.

Nach der Erfindung ist nun zur Vermeidung schädlicher Überspannungen mindestens einer der Schmelzleiter, der dann als Nebenschmelzleiter zu bezeichnen ist, der Länge nach aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt, die entweder verschieden große Querschnitte besitzen oder aus verschiedenen Stoffen bestehen.

Bei Herstellung aus gleichmäßigem Stoff können zur Vereinfachung der Herstellung die einzelnen Teile mit abgestuften Querschnitten aneinandergereiht sein.

Die Verwendung verschiedener Stoffe, also auch solcher mit höherem spezifischem Widerstand, ist hinsichtlich des Verlaufes des Schmelzvorganges der Verwendung eines einheitlichen Stoffes mit verschiedener Querschnittsbemessung der einzelnen Schmelzleiterteile an und für sich gleichwertig. Sie kann gerade für den Nebenschmelzleiter auch ohne Bedenken hinsichtlich des Lösehvorganges

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Johannes Läpple in Berlin-Siemensstadt.

zugelassen werden,_: weil der Nebenschmelzleiter ohnehin weniger Metallmasse besitzt, die zur Dampfbildung führen kann, als der Hauptschmelzleiter, für den . die Verwendung von Stoffen mit möglichst geringem, spezifischem Widerstand geboten und die Verwendung von Stoffen mit höherem spezifischem Widerstand, auch anteilweise, unerwünscht ist, weil das Bestreben herrschen ίο muß, beim Schmelz Vorgang möglichst wenig Metalldampf entstehen zu lassen, um die Löschung nicht unnötig zu erschweren.

Für den Nebenschmelzleiter kann die Verwendung verschiedener Stoffe sogar von Vorteil sein, z.B. in dem Fall, wenn eine kleine Menge eines Stoffes von niedriger Ionisierungsspannung verwendet werden soll, jedoch nicht so viel, daß der ganze Nebenschmelzleiter daraus besteht. In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, wobei der Maßstab in radialer Richtung stark vergrößert, in axialer dagegen verkleinert ist. Die Fig. 2 und 3 sind TDiagramme, durch welche die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes näher erläutert wird.

In Fig. ι bezeichnet 11 ein Sicherungsrohr aus Isolierstoff, das beiderseits durch 3« die Metallkappen 12 und 13 abgedeckt ist, welche gleichzeitig zum elektrischen Anschluß der Sicherung dienen und an denen der Hauptschmelzleiter 14 und der Nebenschmelzleiter 15 befestigt sind. Letzterer besteht aus zwei Teilen 15" und 15⁶, zwischen denen sich eine Funkenstrecke befindet. Statt einer ein-'zigen können auch mehrere Funkenstrecken' in Reihe geschaltet sein. Der Raum, in dem sich der Hauptschmelzleiter 14 befindet, kann von dem Raum, in welchem, sich der Nebenschmelzleiter befindet, durch eine Isolierwand 16 getrennt sein, um zu verhindern, daß die beim Abschmelzen des Hauptschmelzleiters 14 entstehenden Metalldämpfe und ionisierten Gase in die Funkenstrecke gelangen können. Der Nebenschmelzleiter 15 besitzt einen von der Funkenstrecke aus nach den Befestigungsstellen hin stetig zunehmenden Querschnitt.. Er kann, da er während des Normalbetriebes vom Strom nicht durchflossen ist, beispielsweise aus Gründen der Kostenersparnis oder um die obenerwähnten zusätzlichen Wirkungen zu erzielen, aus einem Stoff bzw. Stoffen verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstandes bestehen. Der Hauptschmelzleiter dagegen wird vorteilhaft aus einem elektrisch gutleitenden Stoff, beispielsweise Silber, hergestellt.

Die Wirkungsweise des -Erfindungsgegen-Standes soll an Hand der Fig. 2 und 3 erläutert werden. Fig". 2 gibt den Verlauf der Spannung, Fig. 3 den des Stromes in Abhängigkeit von der Zeit an für den Fall, daß ein plötzlicher hoher Überstrom bzw. Kurzschlußstrpm eintritt, der durch die Sieherung nach der Erfindung -unterbrochen wird. Es ist angenommen, daß vor der Unterbrechung die normale Betriebsspannung U_n herrscht und daß ein nennenswerter Strom nicht fließt. Ereignet sich nun in Zeitpunktß ein Kurzschluß, so fällt die Spannung sofort auf Null, im gleichen Augenblick entsteht der Kurzschlußstrom, welcher gemäß Fig. 3 sehr schnell ansteigt. Noch bevor dieser seinen durch die Widerstands verhältnisse der angeschlossenen Stromkreise bedingten Endwert erreicht rat, wird der Hauptschmelzleiter zerstört und dadurch der Anstieg des Kurzschlussiromes verlangsamt. "Der Widerstand in der Sicherung wird durch den Wegfall der ursprünglich vom Hauptschmelzleiter gebildeten leitenden Verbindung plötzlich stark erhöht, die Folge davon ist ein plötzlicher Spannungsanstieg. Diesem entspricht der Verlauf der Kurve in Fig. 2 kurz vor dem Punkte b. Wäre nun der Nebenschmelzleiter nicht vorhanden, so würde der Spannungsanstieg über die Stelle b hinaus etwa nach der gestrichelt angedeuteten Kurve .verlaufen. Die Spannung, welche durch die im Stromkreis befindlichen Induktivitäten entsteht, würde infolgedessen in kürzester Zeit einen so hohen Wert annehmen, daß dadurch die Isolation der Anlage gefährdet wird. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Nebenschmelzleiters verhindert dies. Nach Erreichen eines bestimmten, ungefährlichen, gegebenenfalls noch unter der Betriebsspannung liegenden Wertes ' zündet im Augenblicke b die Funkenstrecke und begrenzt dadurch die Höhe des durch das Sicherungselement gebildeten Widerstandes. Die Spannung sinkt infolgedessen plötzlich auf einen verhältnismäßig kleinen Wert ab. Durch den an der Funkenstrecke entstandenen Licht- i°5 bogen werden nun weitere Teile des Nebenschmelzleiters weggeschmolzen und damit die Unterbrechungsstrecke und der Widerstand art dieser Stelle wieder vergrößert. Damit wird der Stromanstieg, der sonst ohne die i'<> Sicherung nach der in Fig. 3 gestrichelt gezeichneten Kurve verlaufen würde, weiterhin gehemmt, so daß er bei c seinen maximalen Wert erreicht. Hierauf fällt der Strom gleichmäßig wieder ab. Dabei steigt natürlich die Spannung wegen der allmählichen Vergrößerung der Lichtbogenstrecke wieder an, jedoch wegen der durch das allmähliche Abschmelzen verursachten Zeitverzögerung verhältnismäßig langsam und nur bis zu einem bestimmten Höchstwert im Augenblicke. -Dieser Höchstwert kann durch geeignete Be-

messung des Nebenschmelzleiters so niedrig gehalten werden, daß eine Gefahr für die Anlage nicht vorhanden ist. Hat der Strom seinen Nullwert erreicht (zur Zeit e), so stellt sich augenblicklich die Betriebsspannung U_n wieder ein.

Die Bemessung des Nebenschmelzleiters muß verschieden sein, je nach dem Stoff, aus dem er besteht, und den Stoffen, die ihn

ίο umgeben und den Lichtbogen unmittelbar oder mittelbar durch Weiterleitung der 'entstandenen Wärme beeinflussen. Die richtigen Abmessungen können für eine bestimmte Sicherungstype durch Versuch leicht derart bestimmt werden, daß der für zulässig erachtete Spannungshöchstwert nicht überschritten wird.

Wird als Nebenschmelzleiter statt des dargestellten ein solcher mit abgestuftem Querschnitt oder ein aus einzelnen Teilen verschiedenen Stoffes bestehender verwendet, so ist der Verlauf der Spannung zwischen den Zeiten b und e nicht eine stetige Kurve, sondern statt dessen trappenförmig.

Der Nebenschmelzleiter wird an der Stelle befestigt, an welcher der elektrische Leitwert am größten ist. Ist der Strompfad über- den Nebenschmelzleiter nicht durch eine Funkenstrecke unterbrochen, sondern dauernd geschlossen, so ist der Verlauf der Spannungskurve an der Stellet mehr ausgeglichen, als es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Wirkung ist jedoch grundsätzlich dieselbe. Statt eines Hauptschmelzleiters können natürlich auch mehrere Hauptschmelzleiter. und statt eines Nebenschmelzleiters können auch mehrere Nebenschmelzleiter in einer Sicherung vorhanden sein.

Aus der obigen Beschreibung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes geht hervor, daß es nicht auf eine Beeinflussung der Schmelzzeit, sondern vielmehr auf eine Beeinflussung des Löschvorganges ankommt, um gefährliche Überspannungen zu vermeiden. Da die Unterbrechungsstrecke, die durch das Wegschmelzen des Hauptschmelzleiters entstanden ist, während der Löschzeit des Nebenschmelzleiters Zeit hat, sich zu entionisieren, kann der Hauptschmelzleiter verhältnismäßig kurz bemessen sein. Die Unterbrechungsstrecke muß lediglich dazu ausreichend lang sein, die beim Wegschmelzen des Nebenschmelzleiters entstehende maximale Überspannung (Wert bei d in Fig. 2) abzuschalten. Für die Länge des Haupitschmelzleiters ist also maßgebend 1. die Zeitdauer des Löschvorganges am Nebenschmelzleiter und 2. die Höhe der dabei auftretenden Überspannung.

Infolge der Beschränkung der Überspannung und der möglichen Verkürzung der Baulänge eignet sich die Sicherung nach der Erfindung ganz besonders für hohe und höchste Spannungen. Sie ist sowohl für Gleichstrom als auch für Wechselstrom verwendbar.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Die Verwendung eines Schmelzleiters, bei dem die einzelnen Teile nacheinander abschmelzen und die Länge der gleich zu Beginn des Schmelzvorganges auf einmal entstehenden - Trennstrecke nicht wesentlich größer, als für die Abschaltung des Grenzstromes erforderlich, bemessen ist, nach Patent 676781 für Hochspannungssicherungen mit Haupt- und Nebenschmelzleiter in der Weise, daß der Nebenschmelzleiter der Länge nach aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt ist, die entweder verschieden große .Querschnitte besitzen oder aus verschiedenen Stoffen bestehen.

2. Hochspannungsschmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschmelzleiter in an sich bekannter Weise mit einer Funkenstrecke in Reihe geschaltet ist.

3.Hochspannungsschmelzsicherung nach go Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des aus einheitlichem Stoff bestehenden Nebenschmelzleiters der Länge nach abgestuft ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen^