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Sicherung mit festem, körnigem oder flüssigem Löschmittel und keramischem
äußerem Sicherungsrohr Bei den geschlossenen Sicherungen mit festem, körnigem oder
flüssigem Löschmittel in der Umgebung des Schmelzleiters wird für eine bestimmte
Stromstärke der Querschnitt des bzw. der Schmelzleiter besonders klein, weil die
gute Wärmeabfuhr durch das Löschmittel eine höhere spezifische Dauer-Belastung (Stromdichte)
des Schmelzleitermaterials zuläßt, als wenn der Sicherungsdraht in Luft liegt. Bei
großen Überströmen, bei denen ganz allgemein die Sicherungen in weniger als 1/1o
Sek. ansprechen, spielt aber die Wärmeabfuhr keine Rolle für die Länge der Schmelzzeit,
sondern nur der Querschnitt. Bei diesen Strömen fallen danach bei den Sicherungen
mit flüssigem und festem Löschmittel, wenn nicht besondere Maßnahmen getroffen werden,
die Schmelzzeiten besonders kurz aus, und man bezeichnet sie deshalb als flinke
Sicherungen.
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Für das Zusammenarbeiten mit anderen Sicherungen ist nun oft eine
gewisse Trägheit erwünscht, z. B. für die Hochspannungssicherungen, die vor einem
Transformator zusammen mit Niederspannungssicherungen hinter dem Transformator derart
selektiv arbeiten sollen, daß bei einem Kurzschluß auf der Niederspannungsseite
die Niederspannungssicherungen vor den Hochspannungssicherungen durchbrennen. Man
hilft sich im allgemeinen dadurch, daß man die Transformatoren auf der Hochspannungsseite
übersichert, d. h. den Nennstrom der Hochspannungssicherungen höher wählt, als es
der Nennstrom des Transformators verlangt. Da nun die Niederspannungssicherungen
oft sehr träge sind, muß die Übersicherung beträchtlich sein, und man muß auf den
Schutz des Transformators bei Überlastung verzichten. Es bedeutet also für die Hächspannungssicherungen
ein Fortschritt, wenn durch besondere Maßnahmen ihre Trägheit vergrößert wird.
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Weiter besteht bei Sicherungen, insbesondere bei Hochspannungssicherungen,
der Mangel, daß die Sicherungsröhren gelegentlich durch Blitzschläge in die angeschlossenen
Freileitungen explosionsartig zertrümmert werden können. Der Entladungsstrom verdampft
dann in außerordentlich kurzer Zeit das Schmelzleitermaterial und fließt als Lichtbogenstrom
in der Sicherung weiter. Wegen der Umsetzung eines Teiles der Blitzenergie in ,der
Sicherungsröhre in außerordentlich kurzer Zeit werden die Röhren mit großer. Gewalt
auseinandergesprengt. Die Zerstörung
der Sicherungsrohre durch
Blitz läßt sich nicht auf einfache Weise vermeiden: Es besteht daher die Aufgabe,
die schädlichen Folgen der Explosion möglichst zu verhindern.
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Beide oben gekennzeichneten Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst.
Diese besteht darin; daß das eigentliche Sicherungsrohr, das den Schmelzleiter und
das Löschmittel enthält, noch von einem Schutzmantel aus schlecht wärmeleitendem
Stoff umgeben wird, der die Trägheit der Sicherung im Bereich kleinen und mittleren
Überstromes erhöht und gleichzeitig als Sprengschutz wirkt und zu dessen Innerem
die Außenluft Zutritt hat. Der Mantel wird aus Hartpapier oder einem anderen Stoff
hergestellt, der bei ausreichender elektrischer Isolierfestigkeit ein schwacher
Wärmeleiter ist.- Ein Teil der Werkstoffe, die diese Bedingungen erfüllen, z. B.
Hartpapier, sind auch mechanisch fest gegenüber Zugbeanspruchung und halben vor
allem genügend Elastizität, um eine Explosion mit Splitterwirkung zu verhindern.
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Der im Betrieb zwischen der Außenwand des Porzellanrohres und der
Außenwand des Hartpapierröhres auftretende Temperatursprung ermöglicht es, das Porzellanrohr
unter Innehaltung etwaiger Vorschriften über höchstzulässige Temperatur des Außenteiles
thermisch höher auszunutzen, als wenn das Porzellanrohr selbst den äußersten Mantel
der Sicherung bildet.
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Es ist bekannt, einkeramisches Sicherungsrohr mit einem zweiten keramischen
Rohr in verhältnismäßig großem. Abstand zu umgeben, so daß zwischen den beiden Rohren
ein beträchtlicher Luftzwischenraum verbleibt. Hieraus ergeben sich jedoch komplizierte,
für die Herstellung schwierige keramische Körper, außerdem werden dadurch die Folgen
der Sprengwirkung nicht verhütet, weil das zweite keramische Röhr ebenfalls nicht
elastisch ist und daher gleichzeitig mit dem ersten springen würde.
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Es ist ferner bekanntgeworden, das Sicherungsrohr innen mit Asbest
auszukleiden. Die Auskleidung verhindert jedoch die Sprengwirkung nicht. Sie ist
außerdem für Hochspannungszwecke nicht verwendbar, da, das Isoliervermögen von Asbest
verhältnismäßig gering ist.
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In der Zeichnung ist in. Fig. i ein AusführungsbeispielderErfindung
dargestellt; Fig.z zeigt verschiedene Sicherungskennlinien in logarithmischem Maßstabe.
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In Fig. i ist das eigentliche Sicherungsrohr aus keramischem Material
i i mit metallischen Kontaktkappen 12 versehen, enthält in seinem Inneren den Schmelzleiter
13 und ist mit dem körnigen Löschpulver 14 vollständig ausgefüllt. Mit einem Zwischenraum
von wenigen Millimetern umgibt ein Hartpapierrohr 15 das Sicherungsrohr aus keramischem
Material, wobei der Abstand zwischen dem keramischen Rohr und dem Mantel durch die
Zwischenstücke 16 festgelegt ist. Die Wirkung dieses Mantels soll an Hand einiger
Kurven beschrieben werden.
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Die Abschmelzkennlinie gibt die A'bhäAgigkeit der Schmelzzeiten von
der Höhe des Stromes an, der durch die Sicherungen fließt. Spannt man ein und denselben
Sicherungsdraht einmal in Vakuum, einmal in Luft aus oder bettet man ihn in ein
körniges Löschmittel ein, so ergeben sich die in Fig. 2 dargestellten Kurven i,
z und 3. Aus dem Zusammenfallen dieser Kurven irnBereich großer Überströme und sehr
kurzer Zeiten ist zu erkennen, daß die Wärmeabfuhr in die Umgebung in diesem Bereich
keine Rolle spielt. Die gesamte im,Draht umgesetzte Energie (,ii2rdt) dient zur
Aufheizung des Schtnelzleitermaterials bis zum Schmelzen und Verdampfen: Für eine
Strahlung oder Ableitung ist die Zeit zu kürz. Ganz anders verhält sich derselbe
Draht bei kleinen Strömen: So zeigt die Kurve i an, daß im Vakuum der Draht nur
einen bedeutend kleineren Strom auf die Dauer zu führen in der Lage ist als in Luft,
und diese ist wieder kleiner als der größte Strom, den der Draht bei Einbettung
in ein Löschpulver führen kann. Diese Stromwerte die sogenannten Grenzströme; sind
also im wesentlichen von der Wärmeableitung abhängig. Dabei spielt nicht nur die
unmittelbare Umgebung des Schmelzleiters eine Rolle, sondern auch die Ausgestaltung
der Sicherungsröhre. Wenn nämlich die in dem Draht erzeugte Wärme durch Wärmeleitung
bis an die i Oberfläche des Sicherungsrohres vordringt, ist für die weitere Aufheizung
des Sicherungsdrahtes maßgebend, ob an der Oberfläche des Sicherungsrohres eine
gute oder schlechte Wärmeabfuhr ist. Ist die Wärmeabfuhr gut, 1 wie es beispielsweise
durch Luftbewegung an dem Sicherungsrohr der Fall sein kann, so steigt die Temperatur
des Sicherungsdrahtes von dem Zeitpunkt ab, in dem die Oberfläche durch ihn erwärmt
worden ist, nicht mehr wesentlich weiter: Ist dagegen die Wärmeabfuhr an der Oberfläche
des Sicherungsrohres schlecht, wie es die Umgebung des Sicherungsrohres mit einem
Wärmeschutzmantel mit sich bringt, so erhöht sich die Temperatur des gesamten Sicherungsrohres
und damit auch des Schmelzleiters weiter, und die Schmelzzeiten werden kleiner bzw.
der Grenzstrom der Sicherung wird herabgesetzt. Der Erfolg eines solchen Wärmeschutzmantels
ist durch die Kurve q, dargestellt. Die Kurveq. weicht von. der Kurve 3 erst bei
Zeiten in der
Größenordnung von i Min. ab, weil so viel Zeit in
der Regel vergehen muß, .bis die Wärme von dem Schmelzleiter an die Oberfläche des
Sicherungsrohres gelangt ist.
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Für die Bestimmung der Nennstromstärken von Sicherungen gibt es gewisse
Regeln. Z. B. wird von Hochspannungssicherungen verlangt, daß sie beim i,3fachen
Nennstrom innerhalb einer Stunde noch nicht durchbrennen, während sie beim zweifachen
Nennstrom innerhalb der gleichen Zeit unbedingt durchbrennen müssen. Wenn also durch
den Wärmeschutzmantel der Grenzstrom der Sicherung herabgesetzt ist, so bedeutet
das, daß die betreffende Sicherungsröhre mit einem kleineren Nennstrom bezeichnet
werden kann. Da durch den Wärmeschutzmantel aber an den Schmelzzeiten unter i Min.
nichts geändert worden ist, ist sie mithin trägergeworden als die Sicherung gleichen
Nennstromes, aber ohne Wärmeschutzmantel.
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Es sind bereits Maßnahmen bekannt, durch Wärmeschutzhüllen in der
Nähe des Schmelzleiters die Abschmelzkennlinien der Sicherungen zu verändern. Dies
hat jedoch den Nachteil, daß die Schmelzzeiten in demjenigen Bereich der Abschmelzkennlinien
herabgesetzt werden, in welchem besonders große Abschmelzzeiten erwünscht sind,
nämlich bei Zeiten zwischen etwa 11o Sek. und etwa i Min., beispielsweise mit Rücksicht
auf das Zusammenarbeiten mit anderen trägen Sicherungen und mit Rücksicht auf die
Anlaufstromstöße von Motoren. Die Kurve 5 gibt die Abschmelzkennlinie einer solchen
Sicherung wieder: Wenn durch einen Blitzschlag in eine Freileitung, mit der die
Sicherung in Verbindung steht, das keramische Rohr zersprengt wird, so fliegen die
Splitter zunächst an die Wand des Schutzmantels und werden von diesem aufgefangen.
Damit ist gleichzeitig eine Vergrößerung des Raumes herbeigeführt, in dem die Blitzenergie
sich austoben kann. Falls die'Blitzenergie so groß ist, daß es auch noch zur Sprengung
des Schutzmantels kommt, ist doch die Splitterwirkung dadurch beträchtlich ,gemindert,
daß der elastische Mantel aufreißt und ein Ausströmen der Lichtbogengase erlaubt,
ohne in Splitter gerissen und herumgestreut zu werden. Außerdem sind an den Enden
des Schutzmantels 15, wie es in Fig. i dargestellt ist, Öffnungen vorhanden, wodurch
die Sprengwirkung herabgesetzt wird.
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Vorteilhaft wird die Sicherung so ausgeführt, d.aß der Schutzmantel
nachträglich auf die fertige Sicherungsröhre aufgebracht werden kann; dadurch wird
die Herstellung vereinfacht. Ferner ist es möglich, durch verschiedene Ausführung
und Anbringung des Schutzmantels die gleiche Sicherungsröhre mit der gleichen Innenausrüstung
mit Kennlinien verschiedener Gestalt nach Wunsch auszustatten.