DE7137921U - Strombegrenzer-Element - Google Patents

Description

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- g.m.ke 18.9.1971

Tckyo Shibaura Electric Company Limited,

72 Horif:av:a-cho, Kawasaki-chi, Kanafiawa-ken (Japan)

otrorapefrer.r-cr-Klenient

Diese Erfindung; befaßt sich mit elektrischen Bauelementen, die den durch eine Anlage fließenden Strom begrenzen und dadurch diese Anlage vor zu hohen Strömen und den sich daraus ergebenden überlastungszuständen schützen.

V.'eil eine Erhöhung der Leistung elektrischer Installationen sehr stai'k gefordert wird, desgleichen aber auch eine Ausweitung der elektrischen Anlagen, geht die Tendenz dahin, die Strombelastbarkeit oder die Auslegung von Steuerung«zentralen für Slektronotoren zu erhöhen. Damit können aber auch die Kurzschluß-Fehlerströme, die in solchen Zentralsteuerungen und deren Starkstromkreisen fließen könnten, extrem hohe Stromwerte annehmen, beispielsweise 50 kA bis 100 1'Ji. Wegen der notwendigen AbschaltIeistung müssen dann auch die Schutzschalter, die gegen Kurzschluß-Fehlerströme dieser Größenordnung schützen sollen, in ihrer Leistung unc. in ihrer Abmessung immer größer ausgelegt werden.

Andererseits aber ist zur Ze.it die Forderung nach kleineren Abmessungen bei elektrischen Anlagen sehr stark, weswegen dann auch Vorrichtungen zur Strombegrenzung, beispielsweise Strombegrenzerdrosseln, verwendet werden. Zusammen mit den anderen elektrischen Schaltvorrichtungen, beispielsweise den Trennschaltern, den Uberlastschaltern, die ohne Schmelzsicherung arbeiten, und den thermischen Auslöserelais, ist die Strombegrenzer-

Vorrichtung in die Zentralsteuerung eingebaut, wobei alle diese Schaltvorrichtungen mittels Verbindungsleitungen noch miteinander verbunden und verdrahtet werden müssen. Die Strombegrenzer-Vorrichtung braucht

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im Schaltschrank natürlich Platz, so daß durch sie die Abmessungen der Schaltschränke oder der Schaltwarten noch größer werden. Dies macht die Verdrahtung zv/iüciiön der StrombcgrcHLer-Vorrichtung vnfi den anderen Schaltvorrichtungen in Schaltschrank oder in der Schaltwarte kompliziert und erschwert darüber hinaus auch noch die Wartung und die Überprüfung der Schaltschränke und der Schaltwarten. Weil die Montage und die Verdrahtung der Schalteohränke viel Zeit beansprucht, sind zudem auch die Kosten hoch.

Zur Beseitigung dieser Nachteile wird gemäß der Erfir dung ein Strombegrenzer-Element vorgeschlagen, das als ein elektrischer Leiter in Form eines Drahtes oder mehrerer Draht3 aus einem Metall mit hohem Widerstands-Temperaturkoeffizienten ausgeführt- ist, wobei der Draht oder die Drähte dieses elektrischer. Leiters mit einer elektrisch isolierenden Schicht un^ebin ist bzw. sind, Zweckmäßig ist zwischen d'...a Draht oder den Drähten einerseits und der elektrisch isolierenden Schicht andrerseits eine wärmeisolierende, hitzebeständige Schicht angeordnet. Das Metall für den Draht oder für die Drähte wird vorzugsweise aus einem Element der Gruppe 8, beispielsweise aus Eisen, Nickel oder Kobalt■ oder aus einer Legierung eines Elementes der Gruppe 8 mit einem oder mehreren zusätzlichen Eleiaenten hergestellt. Die Bestandteile des Drahtes sind so gewählt, daß die Konstruktion eine genügend große mechanische Festigkeit hat, daß sie Wärme oder Hitze aushalten kann und daß sie einen geeigneten elektrischen Widerstand aufweist.

Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, das Strombegrenzer-Element zum Schütze elektrischer Schaltanlagen vor Überströmen in deren Schaltkreisen vorzusehen.

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Mit Vorteil wird das Strombegrenzer-Element zwischen den die Stromversorgung bewirkenden Stromschienen elektrischer Schaltanlagen und nachgeordneten Schaltelementen sowie dem Verbraucher angeordnet. Gehört zu den erwähnten elektrischen Schaltanlagen ein Steuerschrank oder eine Schaltwarte, der bzv;. die zur Aufnahme von Schalteinheiten mit einer Anzahl von Fächern versehen und an dessen bzw. deren Rückseite Stron-schiener zur Verbindung zur Stromquelle geführt sind, dann empfiehlt es sich, daß mit einem Trenn- oder Uberlastschalter, einem elektromagnetischen Schütz sowie gegebenenfalls einem thermischen Auslöserelais ausgestattete Schalteinheiten jeweils ein oder mehrere • Strombegrenzer-Elemente aufweisen, das bzw. die st ar Icstromseitig zwischen dem Trennschalter oder Uberlastschalter und den Klemmen zum Anschluß an die Stromschienen angeordnet ist bzw. sind.

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Die Sri in dung -wird nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausxührungsbeispxeles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 Eine zum Teil in Schnitt wiedergegebene perspektivische Darstellung eines Strombegrenzer-Elements, das in Form eines Widerstanddrahtes ausgeführt ist.

Fig. 2 Charakteristische Kennlinien, die die Veränderung des spezifischen Widerstandes mit der

Temperatur des Widerstandsdrahtes für drei verschiedene Metalle wiedergeben.

Fig. 3 Eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Strombegrenzer-Elemei^es. Auch hier eine teilweise Schnittwiedergabe.

Fig. 4 Die Vorderansicht eines Schaltschrankes oder einer Schaltwarte für eine; Elektromotor.

Fig. 5a Eine Seitenansicht von Fig. A-. Fig. 5"d Eine Draufsicht von Fig. A-.

Fig. 6 E-in Schaltbild für eine der Einheiten, die die Vorrichtung nach Fig. A- bilden.

Der mit Fig. 1 dargestellte Strombegrenzer 1 besteht aus einem Einzeldrahtleiter 2 aus einem strombegrenzenden Widerstandsmaterial. Dieses Widerstandsmaterial ist entweder ausschließlich aus einem Element der Gruppe hergestellt; oder mit einem oder mehreren zusätzlichen anderen Elenenten legiert. Vorzugsweise besteht das Wirlerstundselernant aber aus Eisen, aus einer Ei sen-Kobalt-Legierung oder aus Wolfram. Fig. 2 zeigt nun, wie sich der spezifische Widerstand für die drei Werkstoffe Eisen,

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Eisen-Kobalt-Legierung und Wolfram dann verändert, wenn sich, die Temperatur von O⁰C bis auf 2.00O⁰C erhöht. Zu erkennen ist, daß der spezifische Widerstand gegenüber

dem Anfangswert um 10 mal bis 20 mal größer wird. |

Uni den Widerstands draht 2 wird nun eine hitzebeständige

und wärmeisolierende Beschichtung 3 aus einem hitzebe- _s

ständigen Material gelegt, beispielsweise aus Glasfa- j j

sern oder aus Asbestfasern. Über die vorerwähnte hitzebeständige und wäremeisolierende Schicht 5 kommt dann noch eine elektrisch isolierende Schicht 4-, und zwar aus einem Material, dessen Isolatior:swiderstand genügend groß ist, beispielsweise aus synthetischem Gummi oder aus Polytetrafluoräthylen, das in dieser Form vorzugsweise unter dem Markennamen "TEFLON" gehandelt wird.

Soll das Strombegranzer-Element in eine elektrische Vor-, richtung oder in eine Elektroanlage eingebaut wurden, dann wird es in Übereinstimmung mit dem Abstand zwischen der anzuschließenden Vorrichtung und den Ansc" lußklemnien auf bestirnte Längen geschnitten und dann an den Enden mit den Anschlußklemmen 5a und pb versehen.

Nun ist leicht zu erkennen,daß dann, wenn ein Überlastungszustand aufkommt, der durch, den Widers tan ds draht 2 fließende Strom in diesem Widerstandsdraht eine Temperaturerhöhung herbeiführt, woraufhin dann wiederum - wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist - der Widerstand drastisch ansteigt und den durch das Strombegrenzer-"Slement fließenden Strom derart begrenzt, daß die Anlage vor Überströmen geschützt wird.

Nach Fig. 5 ist das Strombegrenzer-Element 6 so ausgeführt, daß der Leiter 7 als Litzendraht besteht, der durch das Verdrillen von mehreren Einzeldrahten herge-

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stellt wird, wobei jeder Draht aus einen dem Leiter 2 ähnlichen Material mit einem hohen Widerstands-Temperaturkoeffizienten besteh;.

Um den. als Litze ausgeführten Leiter 7 wird eine hitsebeständige und wärmeisolierende Schicht 8 gelegt, die ähnlich der hitzebeständigen und wärmeisolierenden Schicht 3 aus Fig. 1 ausgeführt ist. Über die vorerwähnte hitzebeständige Schicht 8 wird dann schließlich eine elektrisch isolierende Schicht 9 gelegt, die der elektrisch isolierenden Schicht 4 aus Fig. 1 ähnlich ist.

Die jeweils mit Fig. 1 und ?ig. 3 dargestellte hitzebe-

ständige Sei. icht 3 oder 8 kann dadurch verstärkt wer- ,

den, daß auf ihre Oberfläche jeweils Silikonlack aufgetragen wird.

Wie der Leiter 7 des Strombegrenzer-Elementes nach Fig. ausgeführt sein kann, das kann der nachstehend erwähnten Tabelle entnommen werden:

ο Kern- oder Leiterfom Querschnitt (mm )

1.0 0 χ 7-fach (Litzen) 5,5

1.2 0 χ 7-fach (Litzen) 8

1.6 0 χ 7-fach (Litzen) 14-

2.0 0 χ 7-fach (Litzen) 22

Unter Verweisung auf Fig. 4- bis Fig. 6 soll nachstehend nun eine Verwendungsmöglichkeit dei Strombegrenzer-Elemente beschrieben werden.

Zu der mit Fig. 4- dargestellten Zentralsteuerung für Elektromotoren, d.h. zu der Zentralsteuerung 10, gehören eine Reihe von oteuerschrankelementen. mit mehreren Schaltvoirichtungen 11a, 11b, 11c ... . Die Vorderseite der Zentralsteuerung 10 ist in eine Reihe von Fächern

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■unterteilt, die jeweils eine ardere Schaltvorrichtung aufnehmer. Auf der Rückseite befinden sich. Stromschienen, die mit einer Stromquelle ir» Verbindung stehen. Eine jede der Sehalteinheiten 11, in die elektrische Schaltgeräte eingebaut sind, beispielsweise _rennschalter und elektromagnetische Schütse, ist in einem der Fächer untergebracht.

Sine der vorerwähnten Schalteinheiten 11 ist in Fig. 5'°- und Fig. 5t> ic einem größeren Maßstäbe wiedergegeben.

Zu dieser Schalteinheit 11 gehören: ein schmelzsicherungsfreier Trennschalter oder Überlastschalter 13» ein elektromagnetisches Schütz 1A- und ein thermisches Auslöserelais 15, die alle in bestimmten Abständen in einem Einhextsgehäi¹ se 12 montiert sind. Wie aus Pig.

und Fig. 6 zu erkennen ist, ist die vorerwähnte Schutzschaltung aus dem Trennschalter 13, dem Schütz 14· und dem thermischen Auslöserelais 15 über die Anschlüsse oder Kabel 17a mit der Stromschiene 18 in Reihenschaltung verbanden, desgleichen aber auch mit einem Verbraucher 19 über die Anschlüsse oder Leitungen 17, wobei der Verbraucher als Elektromotor dargestellt ist. Die Stromschiene 18 steht mit einer elektrischen Stromquelle in Verbindung,

Die Anschlüsse oder Verbindungen zwischen der Stromschiene 18 und der Schalteinheit 11a sind als Längen des StrombegrenzepWiderstandsdrahtes nach Fig. 1 oder nach Fig. 3 ausgeführt. Die Anschlüsse oder Verbindungen 17a, die mit der Starkstromseite des Trennschalters oder Überlastschalters 13 verbunden sind, sind durch eine Bohrung 16a in der Halterung 16 auf die Rückseite des Gehäuses geführt, wo sie mit den Kontakten 21 verbunden werdea.. Diese Kontakte 21, die auch mit der Stromschiene 18 verbunden werden können, sind durchweine Isolierabdeckung aus Kunststoff 20 verdeckt, die sich längs der Rückseite

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des Gehäuses 12 erstreckt. Nach Pig. 2 sind die als Ali so Ii 1U556 oüci /eruindungon 17a verwendeten Strom— begrer.zer-Widerstandsleiter derart ausgelegt, daß sie normalerweise nur einen geringen Widerstand haben, damit aber auch nur sehr geringe Leistungsverluste, da.'i aber beim Fließen eines starken Stromes, beispielsweise bei Aufkommen eines Kurzschlusses, iridiesen Strombecrenzer-V/iderstandsleitern durch den Leitungsverlust ein Temperaturanstieg herbeigeführt wird, was dazu führt, daß ein hoher Widerstand vorhanden ist und den starken Strom wirksam begrenzt.

Die Strombegrenzer-Leiter 17a sollten vorzugsweise auf dc-r Starkstromseite des Trennschalters oder Überlastschalters Ii angeschlossen werden, nicht aber auf der

"•5 arideren Seite zwischen den elektrischen Schaltgeräten. Könnt es innerhalb der Schaltvorrichtung zu einem Kurzschluß oder zu einem Kurzschlussfehler, oder aber im Verbraucher 19, der der Schaltvorrichtung zugeordnet is-, c.ar.n wird durch die Widers tan ds erhöhung der starke -3trcm wirksam begrent, so daß der Trennschalter oder Überlastschalter für eine kleinere Abschaltleistung als sonst: notwendig wäre ausgelegt werden kann. Wird nun beispielsweise der Strombegrenzungs-Widerstandsleiter, werden die Strombegrenzungs-Widerstandsleiter, auf einen Trennschalter oder auf einen Überlastschalter geführt, dessen Abschal tie jsbung nur 5 kA beträgt, so kann ein Stromkreis oder eine Schaltung mit einem Kurzschlußstrom von 50 kA geschützt werden. Dadurch;daß die Strombepjrenzungs-Leiter in die Starkstromseite der Anlage geschaltet werden, werden die Auswirkungen von Überströmen in den Stromschienen und von Unfällen, die die Stromschienen betreffen, auf die Schaltvorrichtungen 13, 14, 15 und auf die Last oder den Verbraucher 19 wirksam verringert.

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					Strombegren-
Ein weiterer	Vorteil	für	das	Anordnen der

i-ijeiter in aer otarjcstromseite aer liegt darin, daß diese Leiter wegen ihres geringen Leistungjverlustes und der damit verbundenen geringen Wärmeentwicklung die Arbeitsweise des thermischen Auslöserelais 15 nur wenig beeinflussen. Dieses thermische Auslöserelais 15 ist von den Leitern 17a entfernt montiert oder von diesen Leitern 17a durch die Rückseite des Gehäuses 12 getrennt.

Es dürfte klar sein, daß zustäzliche und andere Strombegrenzungsvorrichtungen, beispielsweise Strombegren- !,er-Drosseln, für die Begrenzung des zum Verbraucher 19 fließenden Stromes nicht mehr erförderlich sind, wobei

den Platz von normalen Anschlußleitungen oder Verbindungsleitungen zwischen der Schaltanlage und den Stromschienen 18 einnehmen. Das Resultat ist dabei dann, daß die Schaltanlage schneller and wirtschaftlicher hergestellt werden kann. Darüber hinaus können, aus den bereits zuvor erklärten Gründen auch die verschiedenen Schaltvorrichtungen oder Schaltgeräte I3, 14, 15 läeiner ausgelegt werden, da auch die Maximalströme kleiner sind.

Claims (9)

PATENTANWÄLTE F .W . H E M M ER IC H · G E R D M Ü L L E R · D . G R O SSE 71 - g.ni I8.9.I - A 1 - Tokyo Shibaura Electric Company Limited, Horikawa-cho, Kawasaki-chi, Kanagawa-ken (JaDan) ■P a t ρ η -h -Jsjnsprüche:

1. ) Strombegrenzer-Element,
dadurch gekennzeichnet₃

daß es als ein elektrischer Leiter (2, 7) in Form einer oder mehrerer Drähte aus einem Metall mit hohem Widerstands-Temperaturkceffizienten ausgeführt ist, u^d daß der Draht oder die Drähte dieses elektrischen Leitern mit einer elektrisch isolierenden Schicht (4, 9) UT geben sind.

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2. Strombegrenzer-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Draht oder den Drähten und der elektrisch isolierenden Schicht (^, 9) eine v.ärmeisolierc-nde, hitzebeständige Schicht (3, 8) angeordnet ist.

3. Strombegrenzer-Element nach Anspruch 1 o^er ^, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus einem Element der Gruppe 8 hergestellt ist.

4. Strombegrenzer-Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus einer Legierung eines Elementes der Gruppe 8 mit mindestens einem anderen Element besteht-

5. Strombegrenzer-Element nach Anspruch 3 oder Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus der Gruppe 8 Eisen ist.

6. Strombegrenzer-Element nach Anspruch k oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung Eisen und Kobalt enthält.

7. Strombegrenzer-Element nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Schütze elektrischer Schaltanlagen vor überströmen in deren Schaltkreisen vorgesehen ist.

8. Strombegrenzer-Element nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen den die Stromversorgung bewirkenden Stromschienen (18) elektrischer Schaltanlagen und nachgeordneten Schaltelementen (13> 14, 15) sowie dem Verbraucher (19) angeordnet ist.

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9. Stronbegrenzer-Eleinent in elektrischen Schaltanlagen nach Ansprüchen 7 eder 8 rr.it eirer. Steur erschrank oder einer Schaltwarte, fclTe zur Aufnahme von Schalteinheiten mit einer Anzahl von Fächern versehen und anderen Rückseite Stromschienen zur Verbindung zur Stromquelle geführt sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß mit einem Trenn- oder Uberlastschalter (13) einem elektromagnetischen Schütz (11) soie gegebenenfalls einem thermischen Auslöserrelais (15) ausgestattete Schalteinheiten (11) jeweils ein oder mehrere Strombegrenzer-Elemente (1) aufweisen, das bzw. die starkstromseitig zwischen dem Trennschalter oder überiastschalter und den Klemmen zum Anschluß an die Stromschienen (18) angeordnet ist bzw. sind.

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