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Hochspannungssicherung Die Erfindung bezieht sich auf Hochspannungssicherungen
mit von einem Löschmittel umgebenem Schmelzleiter, der aus mehreren hintereinandergeschalteten,
aus verschiedenen Stoffen mit verschiedenen Schmelzpunkten bestehenden Teilelementen
zusammengesetzt ist.
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Es ist bekannt, aus verschiedenen Stoffen zusammengesetzte Leiter
in Ausblasesicherungen zu verwenden. Von diesen Leitern schmilzt jedoch nur derjenige
Teil, welcher den niedrigsten Schmelzpunkt hat. Nach seiner Zerstörung wird die
zur Unterbrechung erforderliche Trennstrecke durch das Ausblasen der übrigen Leiterteile
geschaffen. Die aus der Sicherung herausgeschleuderten Metallteile und leitenden
Dämpfe sind jedoch geeignet, benachbarte spannungführende Teile der Anlage zu gefährden.
Dieser Nachteil schließt die Verwendung von Ausblasesicherungen in vielen Fällen
aus.
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Es sind ferner Niederspannungssicherungen bekannt, deren Schmelzleiter
eine Lötstelle besitzt, die aus einem Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt besteht.
Diese Ausführung ist jedoch für Hochspannungssicherungen mit Löschmittelfüllung
nicht geeignet, weil die beim Schmelzen der Lötstelle entstehende Trennstrecke nicht
groß genug ist, um eine Stromunterbrechung herbeizuführen, und weil die zur Unterbrechung
erforderliche Trennstredke infolge der geringen Vorerwärmung der der Lötstelle benachbarten
Teile- des Schmelzleiters nicht schnell genug geschaffen wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß von den verschiedenen Teilstreifen,
aus denen der Schmelzleiter einer Hochspannungssicherung zusammengesetzt ist, der
bei größer werdender Stromstärke zuerst ansprechende Teilstreifen, der infolge seines
gleichmäßigen Querschnitts auf seiner°ganzen Länge gleichzeitig schmilzt, so lang
ist, daß durch sein Verschwinden die zur Unterbrechung kleiner Überströme erforderliche
Trennstrecke von vornherein geschaffen ist und daß die übrigen Teilstreifen aus
Stoffen mit hoher Ionisierungsspannung bestehen. Die vorerwähnte Reihenfolge des
Ansprechens gilt nur für langsames Anwachsen der Stromstärke; bei plötzlichem Auftreten
eines hohen Überstromes kann dabei je nach der Wärmekapazität der Teilstreifen die
Reihenfolge des Abschmelzens unter Umständen auch umgekehrt sein. Unter kleinen
Überströmen sind Ströme bis zum Mehrfachen' der Grenzstromstärke der Sicherung,
also des zuerst ansprechenden Teilstreifens, zu verstehen. Man macht demnach den
zuerst ansprechenden Teilstreifen so lang wie die notwendige Trennstrecke zum Abschalten
von Strömen bis etwa zum zehnfachen
des Grenzstromes: Damit wird
erreicht, daß bei kleinen Überströmen nur der eine Teilstreifen wegschmilzt. Dieser
kann daher aus einem für die Unterbrechung kleiner Ströme besonders geeigneten Material
hergestellt werden; während bei der Ausbildung des anderen Teilstreifens auf die
Unterbrechung kleiner Ströme keine Rücksicht genommen zu werden braucht. Eine derartige
Sicherung paßt sich also von selbst den für die Löschung des beim Durchschmelzen
entstehenden Lichtbogens gegebenen Bedingungen an, welche je nach der vor und beim
Eintritt der Störung vorhandenen Stromstärke urganz verschieden sein können.
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Die Unterbrechung kleiner Überströme macht dann Schwierigkeiten, wenn
durch den langsam aufgeheizten Schmelzleiter das ihn umgebende Löschmittel so. stark
vorgewärmt ist, daß entweder die verbleibende Wärmeaufnahmefähigkeit nicht ausreicht,
den Lichtbogen zu löschen oder das Löschmittel in solchem Umfange leitend geworden
ist, daß eine Stromunterbrechung nicht erfolgt. Diese Schwierigkeit kann um so besser
vermieden werden, je niedriger die Schmelz- bzw. Verbrennungstemperatur des zuerst
ansprechenden Schmelzleiters ist: Die Metalle mit niedriger Schmelz- bzw. Verbrennungstemperatur
haben aber andererseits Nachteile, die ihre bedingungslose 'Verwendung als Schmelzleiter
unmöglich machen. Diese sind der hohe spezifische Widerstand und die Bildung großer
Mengen und zudem gutleitenden Metalldampfes beim Ansprechen.
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Nach der weiteren Erfindung wird daher nur der zuerst ansprechende
Teilstreifen aus einem Stoff von niedriger Schmelz- bzw. Verbrennungstemperatur
hergestellt: Da der zuerst ansprechende Teilstreifen nur kurz ist im Vergleich zur
gesamten Länge der Sicherung, braucht auf eine besonders gute Leitfähigkeit des
für ihn verwendeten Metalls kein Wert gelegt zu werden: Eine verhältnismäßig schlechte
Leitfähigkeit kann im Gegenteil sogar von Vorteil sein, nämlich wenn der Grenzstrom,
bei dem die Sicherung ansprechen soll, sehr klein ist. Dann müßte nämlich bei Verwendung
gut leitenden Metalls der Schmelzstreifen sehr geringen Querschnitt haben. Die Herstellung
und der Einbau so schwacher Schmelzstreifen in die Sicherung ist aber mit Schwierigkeiten
verknüpft. Bei Verwendung von Metallen geringerer Leitfähigkeit wird der Querschnitt
des Schmelzstreifens größer, und infolgedessen fallen die erwähnten Schwierigkeiten
weg.
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Der Querschnitt des zweiten bei. höheren Überströmen ansprechenden
Teilstreifens ist hierbei derart zu bemessen, daß bei längerem Auftreten einer nur
wenig unterhalb des Grenzstromes liegenden Stromstärke, bei der also die Sicherung
gerade noch heil bleibt, dieser Teilstreifen nur eine geringe Temperaturerhöhung
erfährt. Dann ist nämlichbeim Nachfolgen eines höheren Überstromes die Vorerwärmung
des Löschmittels so gering; daß seine Löschfähigkeit voll erhalten bleibt. Natürlich
muß der Ouerschnitt anderseits so klein sein, daß der zweite Teilstreifen bereits
bei solchen Überströmen zerstört wird, die der zuerst ansprechende Teilstreifen
noch mit Sicherheit zu unterbrechen vermag. Die Unterbrechungsbereiche der beiden
Teilstreifen müssen sich also überlappen. Bei der Bemessung der Querschnitte beider
Teilstreifen sind natürlich auch die für die Wärmeabgabe wichtigen Umstände, z.
B. die Größe derwärmeabgebendenOberfläche desSchmelzstreifens und die durch die
Einbettung geschaffenen Wärmeübertragungsverhältnisse, zu berücksichtigen.
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Nach der weiteren Erfindung kann beispielsweiseder zur Abschaltung
kleiner Überströme bestimmte Teilstreifen aus Zink und der übrige Teil aus Silber
bestehen. Für Zink gilt. das oben Gesagte betreffs eines nedrigen Schmelzpunktes
und verhältnismäßig schlechter Leitfähigkeit, und ein teilweise aus Zink bestehender
Schmelzstreifen ist daher besonders für kleine Ströme mit Vorteil zu verwenden:
Vor einer Sicherung mit einem ganz aus Zink bestehenden Schmelzstreifen hat aber
'die Sicherung nach der Erfindung den Vorzug, daß beim Ansprechen nicht soviel Metalldampf
entwickelt wird, da beider Verwendung von Silber eine geringere Metallmenge vorhanden
ist. Silberdampf hat auch eine hohe Ionisierungsspannung.
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Für sehr hohe Spannungen und kleine Nennströme eignet sich eine Zusammensetzung
des Schmelzstreifens aus einem kürzeren Teilstreifen aus nichtrostendem Chromnickelstahl,
der zurAbschaltung kleinerüberströme bestimmt ist, und einem längeren Teilstreifen
aus Wolfram. Wolfram und nichtrostender Stahl eignen sich als Schmelzstreifen vor
allem für sehr hohe Spannungen, da diese Metalle durch Korona nicht gefährdet sind.
Außerdem besitzen die Dämpfe des Wolframs und des Wolframoxyds eine sehr hohe Ionisierungsspannung,
eignen sich also zur Abschaltung von sehr großen Strömen besonders gut. Die Leitfähigkeit
des Wolframs ist verhältnismäßig gut, so daß bei nicht allzu hohen Nennstromstärken
kein unzulässig hoher Spannungsabfall in der Sicherung eintritt. Ein Nachteil von
Wolfram ist seine hohe Verbrennungstemperatur von etwa 2 70o° C. Würde man daher
Wolfram allein verwenden, so ergäben sich bei
der Abschaltung Schwierigkeiten,
'wenn vor dem Ansprechen längere Zeit ein Strom geflossen ist, der nur wenig kleiner
ist als der Grenzstrom. Das Löschpulver würde dann nämlich ebenfalls auf fast 2
7oo° C vorgeheizt und dadurch die Löschbedingungen sehr verschlechtert sein. Diese
Nachteile werden durch die Verwendung eines Teilleiters aus nichtrostendem Stahldraht
für die Abschaltung kleiner Überströme vermieden. Nichtrostender Cliromnickelstahl
schmilzt bereitsbei etwa 1400' C. Der zusätzliche Spannungsabfall an der Sicherung,
der sich aus der schlechten Leitfähigkeit des Stahldrahtes ergibt, ist wegen seiner
geringen Länge unbedeutend.
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In der Zeichnung ist beispielsweise ein Schmelzleiter nach der Erfindung
dargestellt. Der Schmelzleiter, der an den beiden Anschlußstücken i i und 12 befestigt
ist, besteht aus einem kürzeren Teil 13 aus nichtrostendem Chromnickelstahl und
einem längeren Teil 14 aus Wolfrämdraht. Bei einem anderen .Beispiel kann der Teil
13 aus Zink, der Teil 14 aus Silber bestehen.