DK163156B - Stroembegraensende hoejspaendingssikring og fremgangsmaade til fremstilling af samme - Google Patents

Description

i

DK 163156 B

Den foreliggende opfindelse angår en sikringsenhed til en strømbegrænsende højspændingssikring, som indbefatter et fortrinsvis rørformet bæreorgan af kvartsglas med i parallelle baner over hele deres længde til bæreorganet fastgjorte 5 smeltelige ledere.

En sådan sikring er kendt fra den fremlagte hollandske patentansøgning nr. 78 02 199. Sikringer fremstillet med ét eller flere sådanne bærerør har visse fordele, bl.a. en simpel og kompakt konstruktion, navnlig hvis 10 der benyttes koncentriske bærerør. Lederne er mindre sårbare, når de er fastgjort til et bærerør, og der opnås bedre gnistslukning på grund af deres ringe indbyrdes mellemrum. Dertil kommer den fordel ved kvartsglas, at isolationsmodstanden ved høje temperaturer knapt nok er 15 reduceret, og glasset har desuden kun en lille udvidelseskoefficient .

De med bærerør fremstillede sikringer er imidlertid ikke egnede som strømbegrænsende sikringer i et højspændingsnet, navnlig fordi de ikke er i stand til effek-20 tivt at afbryde små overbelastningsstrømme, dvs. overbelastningsstrømme beliggende et eller andet sted mellem det dobbelte og det tidobbelte af den dimensionerede strøm.

Hvis en lille overbelastningsstrøm ikke afbrydes på effektiv måde, dvs., at den lille overbelastningsstrøm får lov 25 til at løbe for længe gennem sikringen, kan den derved frembragte energi blive så stor, at sikringen til sidst eksploderer.

Det er opfindelsens formål at tilvejebringe en sikringsenhed af ovennævnte art, ved hvilken fordelene er 30 bibeholdt, mens selv små overbelastningsstrømme kan afbrydes, uden at de ovennævnte ulemper opstår.

Et andet formål med opfindelsen er på effektiv måde at kunne afbryde også de overbelastningsstrømme, der ligger i området mellem sikringens minimumssmeltestrøm 35 0g de i det foregående nævntesmå overbelastningsstrømme.

2

DK 163156 B

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved a) at ledernes bredde ligger mellem et minimum på 0,05 mm og et maksimum på 1 mm, b) at tykkelsen af lederne maksimalt er 50 μιη, 5c) at afstanden mellem banerne af ledere er mindst to gange ledernes bredde, og d) at lederne er udformet med smalle sektioner, der i lederens længderetning ligger adskilt i regelmæssig indbyrdes afstand.

10 I sikringsenheden ifølge opfindelsen er ledernes bredde, deres tykkelse og deres indbyrdes afstand valgt således, at der såvel ved de nævntesmå overbelastnings-.strømme som ved endnu mindre overbelastningsstrømme end de nævnte, frembringesen slags shunt-effekt for hver 15 leder som følge af den i og for sig kendte kommutation.

Kommutation betyder her, at så snart en leder smelter, f.eks. ved en af sine små smalle sektioner, overtages strømmen af de andre ledere, i hvilke strømstyrken nu bliver større og medfører smeltning af en af de smalle 20 sektioner i den næste leder. På denne måde kommuterer strømmen adskillige gange, indtil den sidste, endnu ikke afbrudte leder som følge af den stærkere strøm smelter forskellige steder på samme tid, hvorved der i serie dannes et antal små gnistbuer, og der hurtigt opbygges en 25 sammenhængende gnistbue, så strømmen afbrydes. Herefter antændes én af de kun på ét sted allerede afbrudte ledere på dette sted. Denne leder overtager så strømføringen og afbryder strømmen på samme måde. Kommutatorprocessen vil fortsætte, indtil alle ledere til sidst yder så stor mod-30 stand, at yderligere genantændelse ikke længere er mulig.

I tilfælde af en høj shuntstrøm vil alle ledere på normal måde smelte samtidigt og ikke ved kommutation.

Grundprincippet at afbryde mindre overbelastningsstrømme ved anvendelse af flere parallelle smeltelige le-35 dere er kendt fra artiklen "Strombegrenzende Hochspannungs--Hochleistungssicherungen mit sicherer Ausschaltung im Bereich kleiner Ueberstrome" af R. Seysen, publiceret i 3

O

DK 163156 B

Conti Elektro-Berichte, januar/juni 1968. Den heri omtalte lære er der kun gjort delvis brug af, selvom problemet med de små overbelastninger stadig eksisterer. I artiklen foreslås det, at antallet af ledere skal begræn-5 ses til seks, og dette er for en stor del bestemt af den forhåndenværende plads i glaspatronen, den forud fastlagte spænding og de produktionstekniske muligheder.

En af de vigtigste årsager til, at det kendte grundprincip, som i sit inderste væsen er rigtigt, ikke 10 førte til en adækvat løsning af problemet, kan føres tilbage til den måde, på hvilken de parallelle ledere blev fastholdt. Hidtil har lederne været omgivet af løst granuleret fyldemateriale, se hollandsk patentansøgning 80 06 084, eller understøttet ved hjælp af stjerneformede 15 støtteorganer af isolerende materiale. Dette medførte en del ulemper. I de smeltelige ledere opstår der hele tiden strømstyrken reducerende mekaniske spændinger på grund af udvidelseskoefficientens ændring ved de stadige temperaturændringer. Denne strømstyrkeændring, der tillige er 20 afhængig af, at lederne skal være helt eller delvis selvunderstøttende, bestemmer ledernes mindste tværsnit, som ikke må overstige en vis minimumsgrænse, og dette bestemmes af den mindste overbelastning, som skal kunne afbrydes.

Anvendelsen af et støtteorgan for lederne i hele deres 25 længde muliggør et betydeligt mindre ledertværsnit samt anvendelse af et meget større antal ledere, så at strømafbrydningsområdet nedefter er blevet betydeligt større.

Det er navnlig anvendelsen af et støtteorgan af kvartsglas, som har været til gunst for sikringsenheden 30 ifølge opfindelsen.

De nævnte fordele er i og for sig kendt fra den ovennævnte hollandske patentansøgning nr. 78 02 199. Ifølge denne ansøgning benyttes der imidlertid kun få parallelle ledere, der ikke er indrettet til afbrydelse af små 35 overbelastningsstrømme.

DK 163156B

4 o

Maksimumsopdelingen i parallelle ledere, som ved opfindelsen er gjort mulig ved anvendelse af et støtteorgan, betyder tillige, at gnistenergien ved smeltningen vil blive betydeligt mere ensartet fordelt over den pågældende 5 leders totale længde og følgelig over kølemediet, in casu sand, så at ledernes længde kan gøres mindre, men under opretholdelse af samme spænding. Benyttes der sølv til lederne, betyder dette en betydelig materialebesparelse, som virker prisnedsættende.

10 Ved anvendelse af en sikring ifølge opfindelsen, til en 12 kW-spænding, ligger hver af ledernes længde mellem 500 og 600 mm, medens den hidtil lå mellem 600 og 700 mm.

Ved en stærkstrømssikring ifølge opfindelsen er 15 lederantallet fortrinsvis i hvert fald fjorten. Ledernes indbyrdes afstand kan, afhængigt af deres bredde og antal og uden at påvirke sikringens afbrydningsvirkning, reduceres til den afstand, ved hvilken de ved de forskellige lederes smeltning opståede perler begynder at berøre 20 hinanden. Perlerne må dog ikke blive så store, at de forener sig, da dette ville genere varmeafgivelsen, der påvirker sikringens afbrydningsevne i uheldig retning. Smelte-perlernes dimension er selvfølgelig afhængig af lederens tykkelse, hvorfor også denne tykkelse er med til at be-25 stemme minimumsafstanden mellem lederne indbyrdes.

Forholdet mellem ledernes fulde bredde og de indsnævrede sektioners bredde er fortrinsvis 1:2,5, og de små sektioner bør helst ikke ligge over for hinanden. Ved den mest effektive udformning ligger sektionerne i naboledere 30 i maksimal indbyrdes afstand.

Lederne er ved begge ender af støtteorganet elektrisk forblindet ved hjælp af en ledende muffe, der er fastgjort til bæreorganet og overlapper dettes omkreds helt eller delvis. Denne udformning foretrækkes frem for 35 hver enkelt leders fastlodning eller dens fastklemning til bæreorganet ved hjælp af klemmer. Også selve sikrin-

O

5

DK 163156 B

gens fremstilling simplificeres i høj grad, og de uheldige følger ved lodning, f.eks. ældning, undgås.

Anbringelsen af lederne og mufferne sker fortrinsvis ved hjælp af silketryk. Dette giver mulighed for 5 anbringelse af et forud fastlagt mønsterpåtryk med meget små tolerancer på et bæreorgan. Man kan således nøjagtigt angive, hvilke dimensioner lederne skal have, deres snævre sektioner, deres form og beliggenhed samt afstanden mellem lederne indbyrdes. Hertil kommer, at fremstillingen er πιει 0 get let at reproducere. Ved hjælp af en galvanisk overføringsproces kan man derefter gøre lederne tykkere, så at ledernes elektriske strømme kan tilpasses en vis forud fastlagt elektrisk strøm.

Ledernes ønskede tykkelse kan derefter reguleres 15 helt og holdent ved kontinuerlig måling af strømvejens modstand. Kun på denne måde er det muligt på et bæreorgan at anbringe det teoretisk fastlagte optimale ledemateriale til en forud beregnet strømafbrydelse. Navnlig når der anvendes en glasrørbærer, er brugen af silketryk hensigts-20 mæssig. Lederne hæfter godt til glasrøret, og når der bruges kvartsglas, vil der ikke opstå for store mekaniske spændinger.

Ved sikringer med en kvartsglasenhed vil der heller ikke være problemer med den mekaniske ældning.

25 Desuden er kvartsglas meget modstandsdygtigt ved gnistdannelse.

Silketrykprocessen i forbindelse med sikringer er kendt f.eks. fra engelsk patentskrift nr. 1.184.056. Dette patentskrift omhandler imidlertid svagstrøm og/eller lave 30 spændinger. Her er tykkelsen og det trykte mønster uden betydning. Hidtil er silketryk aldrig blevet anvendt i forbindelse med højspændingsforhold.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere i forbindelse med tegningen, som viser en kvartsglasenhed i 35 perspektiv.

O

DK 163156 B

6

Enheden indbefatter et kvartsglasrør 1. Udvendigt på røret er der ved hjælp af silketryk anbragt smeltelige ledere 2, og ved hver af rørets ender en muffe 3. Efter trykning af mønsteret, som består af lederne 2 og .mufferne 5 3, fortykkes de elektrisk ledende lag ved hjælp af en gal vanisk påføringsproces til det ønskede tværsnit. En således udformet enhed kan anbringes i en sikring i form af et ikke vist hus med hætter i begge ender.

Betegnelsen 4 angiver ledernes indsnævrede sek-10 tioner. Det på tegningen viste antal er kun et illustrerende eksempel. De små sektioners bredde forholder sig til ledernes bredde fortrinsvis som 1:2,5. Ved dette forhold sker afbrydningen på ideel måde, idet alle smalle sektioner i et shuntkredsløb vil smelte på én gang, og kommu-15 tationsforløbet ved svage overbelastninger vil foregå på gunstigste måde. Tegningen viser tillige, at afstanden mellem de smalle sektioner i naboledere er maksimal, og dette medfører den bedst mulige varmeafgang.

Antallet af ledere 2 kan være større end det 20 viste. I så fald kan ledernes længde reduceres, og der spares materiale.

I stedet for et glasrør kan der i visse tilfælde med bedre resultat benyttes ét eller flere flade støtteemner. Der kan ligeledes anvendes flere enheder anbragt 25 koaksialt i én sikring, som angivet i ovennævnte hollandske ansøgning nr. 78 02 199.

30 35

Claims (7)

1. Sikringsenhed til en strømbegrænsende højspændingssikring, son indbefatter et fortrinsvis rørformet bæreorgan (1) af kvartsglas ned i parallelle baner over hele 5 deres længde til bæreorganet fastgjorte smeltelige ledere (2), kendetegnet ved, a) at ledernes (2) bredde ligger mellem et minimum på 0,5 mm og et maksimum på l mm, b) at tykkelsen af lederne (2) maksimalt er 50 /m, 10 c) at afstanden mellem banerne af lederne (2) er mindst to gange ledernes (2) bredde, og d) at lederne (2) er udformet med smalle sektioner (4), der i lederens længderetning ligger i regelmæssig indbyrdes afstand.

2. Sikringsenhed ifølge krav l, kendeteg net ved, at de smalle sektioners (4) bredde forholder sig til ledernes (2) bredde som 1:2,5, og at to nabolederes sektioner (4) ikke ligger over for hinanden.

3. Sikringsenhed ifølge krav l eller 2, kende-20 tegnet ved, at det mindste antal parallelle ledere (2) er fjorten.

4. Sikringsenhed ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at naboledernes (2) smalle sektioner (4) altid ligger i maksimal afstand fra hinanden.

5. Sikringsenhed ifølge krav 1-4, kendeteg net ved, at lederne (2) ved begge deres ender er forbundet med en muffe (3) anbragt på det rørformede bæreorgan (1) og strækkende sig langs en del af eller langs hele bæreorganets (1) omkreds.

6. Fremgangsmåde til fremstilling af en sikringsenhed til en strømbegrænsende højspændingssikring, som angivet i krav 1, kendetegnet ved, at der på et rørformet bæreorgan (1) af kvartsglas med silketryk påføres et antal langstrakte, smeltelige ledere (2) parallelt med hinanden, 35 hvilke ledere består af et første antal langstrakte sektioner med en første bredde og et andet antal, i regelmæssig indbyr- DK 163156 B des afstand adskilte, sektioner (4) med en bredde, der er mindre end den første bredde, der ligger mellem 0,5 og 1 mm, og således at de langstrakte, smeltelige ledere (2) har en indbyrdes afstand, der er mindst dobbelt så stor som 5 deres første bredde.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det rørformede bæreorgan (1) med de påtrykte smeltelige ledere (2) underkastes en sådan galvanisk påføringsproces, at hver af de langstrakte, smeltelige ledere 10 (2) får en forudbestemt tykkelse op op til 50 μιη.