EP0170171A2 - Electrical protective device - Google Patents

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Publication number
EP0170171A2
EP0170171A2 EP85109067A EP85109067A EP0170171A2 EP 0170171 A2 EP0170171 A2 EP 0170171A2 EP 85109067 A EP85109067 A EP 85109067A EP 85109067 A EP85109067 A EP 85109067A EP 0170171 A2 EP0170171 A2 EP 0170171A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tensioning
wire
safety device
tension
protective device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP85109067A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0170171A3 (en
Inventor
Ludwig Dr. Schultz
Ludwig Pohl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jean Mueller Elektrotechnische Fabrik GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Jean Mueller Elektrotechnische Fabrik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Jean Mueller Elektrotechnische Fabrik GmbH filed Critical Siemens AG
Publication of EP0170171A2 publication Critical patent/EP0170171A2/en
Publication of EP0170171A3 publication Critical patent/EP0170171A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/30—Means for indicating condition of fuse structurally associated with the fuse
    • H01H85/303—Movable indicating elements

Definitions

  • the invention relates to an electrical safety device, in particular for high-voltage and / or high-current devices, which contains at least one fusible conductor, which is wound on a carrier body and at least partially surrounds a device which indicates the response of the safety device and which has a movable bolt. which is provided for tensioning a spring element with a predetermined tensioning force via a tensioning wire connected to it and tearing under the tensioning force when the securing device responds, and with which, if necessary, an associated switching device can be actuated.
  • a fuse device is indicated in the Siemens catalog HG 12 (1979): "High-voltage switchgear up to 36 kV; switch disconnectors, HV fuses", part 2.
  • High-voltage high-performance (HH) fuses are used as short-circuit protection in high-voltage switchgear for frequency ranges between 50 and 60 Hz. Used in front of transformers, capacitors and cable branches, they protect devices and system parts from the dynamic and thermal effects of high short-circuit currents by switching them off as they arise.
  • fuse devices of this type are not suitable as overload protection, since they can only switch off with certainty from a predetermined minimum breaking current. This smallest breaking current is generally 2.5 to 3 times the nominal current.
  • a current in the range between the nominal current and the breaking current is therefore not switched off with this type of fuse device.
  • the safety device and the component to be protected are consequently exposed to thermal overload. For this reason, additional protective measures are often provided for this current range.
  • the high-voltage fuse device which can be gathered from the publication mentioned at the beginning contains one or more, in parallel, strip fuse elements with constriction areas which are wound on a ceramic tube with a star-shaped cross section.
  • a tubular striking device which is open on one side and has a movable striking pin or bolt.
  • This striking pin is drawn into the striking device up to its plate-shaped head part by means of a tension wire, whereby it compresses a compression spring with a predetermined tensioning force.
  • This tension wire lies in a parallel current path to the fuse element. Since it has a much higher resistance than the fuse element, only a very small current flows through it during operation.
  • the striker can be a special one Actuate the switching state transmitter of the fuse device or a triggering device of a switch disconnector assigned to the fuse device.
  • the object of the present invention is now to design the known fuse device such that it responds not only when the fuse element melts, but also in the event of thermal overload below the triggering current leading to the fuse element melting through when a predetermined temperature is exceeded and thus, if appropriate, by means of a series placed switching device interrupts a circuit.
  • the tension wire consists at least partially of an amorphous material that at least largely crystallizes at a predetermined temperature due to a corresponding heating power of the fuse element when it is overloaded and therefore tears under the tension of the spring element.
  • the amorphous metal Due to the use of an appropriate tension wire, thermal overload protection for the area between the nominal current and the tripping current of the safety device can consequently also be achieved.
  • the amorphous metal has a high tensile strength in the amorphous state, but tears after crystallization under the applied tension. If a current flows through the fuse device, ie through its fuse element, which is greater than the nominal current but less than the triggering current at which the fuse element melts, the fuse element heats up accordingly. Due to the associated heating effect of the fuse element, this will be amorphous metal is heated by heat conduction or convection to the point where its crystallization temperature is reached.
  • the amorphous metal becomes brittle, tears under tensile stress and releases the bolt, which in turn can actuate an upstream triggering device of a switching device. Since this heating effect occurs below the tripping current by means of the fusible conductor, the device according to the invention advantageously also detects an overload of the safety device.
  • the known function of the tension wire namely to indicate a blown fuse element, is still fulfilled. If an arc arises in the fuse device when the fuse element melts, a current flows through the tension wire due to the arc voltage, which heats the amorphous metal above the crystallization temperature and triggers the display mechanism due to the resulting tear in the tension wire.
  • Such a function of the tension wire made of an amorphous material is known per se (cf. DE-OS 27 42 966).
  • the securing device contains a tubular support body 3, for example arranged in a porcelain tube not shown in the figure, which e.g. consists of ceramic material, has an approximately star-shaped cross section and is provided with ribs 6.
  • a band-shaped fuse element 4 is wound onto this carrier body 3 and is provided with constriction regions 5 in a known manner. If necessary, several such fusible conductors connected in parallel can also be provided.
  • the fusible link (s) 4 are generally enclosed on all sides in a fine-grained extinguishing agent such as Quartz sand embedded.
  • a special mechanical device 7 is arranged within the tubular support body 3 with the fuse element 4, with which the response of the safety device can be displayed.
  • this device which is also referred to as a striking device, the trigger mechanism of an associated switching device, such as e.g. of a load break switch.
  • the display or impact device 7 has a cladding tube 8 which is open on one side and which is provided on the opposite side with a fixed base part 9.
  • a spring element 10 for example a steel spring, is introduced into the cladding tube from the open side and is to be pressed together by means of a longitudinally T-shaped striking pin 11, which is also referred to as a striking pin.
  • This serves a special tensioning wire 12, which is connected to the foot part 13 of the firing pin 11 and is guided through bores 14 in the fixed bottom part 9.
  • this tensioning wire By means of this tensioning wire, the spring element 10 can be compressed over the head part 15 of the firing pin 11 and fixed in this position by means of crimp sleeves 16 to be attached outside the cladding tube 8.
  • This tension wire 12 which according to the invention is to consist of a special amorphous metal, is generally connected in parallel to the fusible conductor 4.
  • the tension wire can also have other shapes, such as a band shape. Due to the choice of material for the tensioning wire according to the invention, not only is a blow triggered in the direction of action of the firing pin 11 indicated by an arrow 18 when the fuse element 4 melts and the melting of the tension wire 12 associated therewith, but the striking device 7 also speaks in the event of thermal overload, that is to say when Exceeding a previously definable temperature in a range in particular between 100'C and 600 * C.
  • the thermal overload protection is in fact given that the amorphous metal has a high tensile strength in the amorphous state, but tears after crystallization under the applied tension due to the tension force or the pressure force K of the spring element 10. If a current now flows through the fuse device that is greater than the nominal current specified for the fusible conductor 4, the amorphous metal is heated by thermal conduction or convection to such an extent that its crystallization temperature is at least largely reached. The amorphous metal becomes brittle, tears under the compressive stress K of the spring element 10 and thus releases the firing pin 11, which in turn can actuate an upstream switch.
  • the previous one Known embodiments exercised function of the tension wire, namely the display of a blown fuse is still fulfilled. If an arc arises due to the fuse element 4 burning out, a current also flows through the tension wire due to the arc voltage, which heats the amorphous metal above the crystallization temperature and thus triggers the display mechanism.
  • the trigger temperature is determined by the crystallization temperature, which depends on the composition of the amorphous metal. It is not a sharply defined value, but depends on the temperature-time curve. The faster the heating takes place, the higher the temperatures, the more crystallization takes place; but also faster.
  • the crystallization temperature for a specific heating rate is generally given as a guideline. It lies e.g. at 20'C / sec.
  • amorphous metals When choosing the amorphous metal, its relaxation behavior must be taken into account. As is well known, amorphous metals are metastable and, even below the so-called glass temperature, are not in equilibrium with regard to their glass-like state. This can lead to structural relaxation and thereby flow of the material, it being possible for the predetermined tensile stress generated in the present exemplary embodiment by the compression spring 10 to be reduced. However, if the amorphous material relaxes too much before embrittlement, the tensile stress can be reduced to such an extent that it is no longer sufficient for subsequent tearing. For this reason, an amorphous material is advantageously used which has undergone a previous relaxation annealing in the unloaded state because the subsequent stress relaxation can be greatly reduced.
  • the entire system (specified tension, spring constant, relaxation behavior of the amorphous metal, length of the tension wire) can be adjusted so that even with a slow heating rate, the relaxation-related expansion of the tension wire does not allow the specified tension to drop below the tension ultimately required for tearing.
  • various amorphous tapes of different composition were loaded with 2.5 kp tensile stress and slowly heated as tension wire.
  • the table below shows the release temperatures of the different belts:
  • all metallic strips or wires that can be created in amorphous form are suitable for the application.
  • the generally known amorphous metals of the transition metal-transition metal type are also suitable. It is advisable to select a corrosion-resistant material, such as one containing Cr Metal-metalloid alloys. In order to achieve lower release temperatures, Co-containing alloys of the same type can advantageously also be provided.
  • the pretreatment of the strips or wires is also important, especially with regard to the relaxation behavior. Both the manufacturing parameters and the relaxation annealing are important.
  • the specific design of the striking device 1 can remain essentially unchanged from previously known embodiments. However, since it is known that amorphous metals have a very high tensile strength and a relatively high electrical resistance, instead of the tension wire, which is generally designed as a multiple pulley block in the known embodiments, a single or double pulley block can possibly be used.
  • thermal overload protection in electrical safety devices of the type mentioned at the outset by using an impact device with amorphous metal is of course not restricted to use in high-voltage, high-performance fuses. In general, this principle can be used wherever a thermal overload of fusible conductors is indicated below a switch-off current sufficient to melt them and / or a switching device is to be actuated mechanically in the event of this thermal overload.

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Abstract

The electrical protective device, especially for high-voltage and/or high-current units, contains a fusible conductor, which is wound on a former, and at least partially surrounds a device for indicating operation of the protective device, which has a moving bolt that is provided for tensioning a spring element with a predetermined tensioning force via a tensioning wire, connected to the bolt, which breaks under the tensioning force on operation of the protective device. This protective device is also intended to detect an overload below the disconnection current which leads to melting of the fusible conductor. To this end, it is provided according to the invention that the tensioning wire (12) consists at least partially of an amorphous material which crystallises at a predetermined temperature on the basis of a corresponding heating power of the fusible conductor (4) when it is overloaded, and therefore breaks under the tensioning force (K) of the spring element (10). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Sicherungseinrichtung, insbesondere für Hochspannungs- und/ oder Hochstrom-Geräte, welche mindestens einen Schmelzleiter enthält, der auf einem Trägerkörper aufgewickelt ist und zumindest teilweise eine das Ansprechen der Sicherungseinrichtung anzeigende Vorrichtung umgibt, die einen beweglichen Bolzen aufweist, der zum Spannen eines Federelementes mit vorbestimmter Spannkraft über einen mit ihm verbundenen, beim Ansprechen der Sicherungseinrichtung unter der Spannkraft zerreißenden Spanndraht vorgesehen und mit dem gegebenenfalls eine zugeordnete Schalteinrichtung zu betätigen ist. Eine derartige Sicherungseinrichtung ist in dem Siemens-Katalog HG 12 (1979): "Hochspannungsschaltgeräte bis 36 kV; Lasttrennschalter, HH-Sicherungen", Teil 2 angedeutet.The invention relates to an electrical safety device, in particular for high-voltage and / or high-current devices, which contains at least one fusible conductor, which is wound on a carrier body and at least partially surrounds a device which indicates the response of the safety device and which has a movable bolt. which is provided for tensioning a spring element with a predetermined tensioning force via a tensioning wire connected to it and tearing under the tensioning force when the securing device responds, and with which, if necessary, an associated switching device can be actuated. Such a fuse device is indicated in the Siemens catalog HG 12 (1979): "High-voltage switchgear up to 36 kV; switch disconnectors, HV fuses", part 2.

Hochspannungs-Hochleistungs-(HH)-Sicherungen werden als Kurzschlußschutz in Hochspannungschaltanlagen für Frequenzbereiche zwischen 50 und 60 Hz verwendet. Vor Transformatoren, Kondensatoren und Kabelabzweigen eingesetzt, schützen sie Geräte und Anlagenteile vor der dynamischen und thermischen Wirkung hoher Kurzschlußströme, indem sie diese bereits im Entstehen ausschalten. Derartige Sicherungseinrichtungen eignen sich jedoch nicht als Überlastungsschutz, da sie erst ab einem vorbestimmten kleinsten Ausschaltstrom mit Sicherheit ausschalten können. Dieser kleinste Ausschaltstrom liegt im allgemeinen bei dem 2,5- bis 3fachen Nennstrom.High-voltage high-performance (HH) fuses are used as short-circuit protection in high-voltage switchgear for frequency ranges between 50 and 60 Hz. Used in front of transformers, capacitors and cable branches, they protect devices and system parts from the dynamic and thermal effects of high short-circuit currents by switching them off as they arise. However, fuse devices of this type are not suitable as overload protection, since they can only switch off with certainty from a predetermined minimum breaking current. This smallest breaking current is generally 2.5 to 3 times the nominal current.

Ein Strom im Bereich zwischen dem Nennstrom und dem Ausschaltstrom wird also mit dieser Art von Sicherungseinrichtungen nicht abgeschaltet. In diesem Strombereich sind folglich die Sicherungseinrichtung als auch das von ihr zu schützende Bauteil einer thermischen Überlastung ausgesetzt. Aus diesem Grunde werden vielfach für diesen Strombereich zusätzliche Schutzmaßnahmen vorgesehen.A current in the range between the nominal current and the breaking current is therefore not switched off with this type of fuse device. In this current range, the safety device and the component to be protected are consequently exposed to thermal overload. For this reason, additional protective measures are often provided for this current range.

Die aus der eingangs genannten Veröffentlichung zu entnehmende Hochspannungs-Sicherungseinrichtung enthält einen oder mehrere, parallel geschaltete Bandschmelzleiter mit Engstellenbereichen, die auf einem keramischen Rohr mit sternförmigem Querschnitt aufgewickelt sind. Im Innenraum dieses Rohres ist eine ebenfalls rohrförmige, einseitig offene Schlagvorrichtung angeordnet, die einen beweglichen Schlagstift oder -bolzen aufweist. Dieser Schlagstift ist bis zu seinem tellerförmigen Kopfteil mittels eines Spanndrahtes in die Schlagvorrichtung eingezogen, wobei er eine Druckfeder mit vorbestimmter Spannkraft zusammenpreßt. Dieser Spanndraht liegt dabei in einem parallelen Strompfad zu dem Schmelzleiter. Da er einen wesentlich höheren Widerstand als der Schmelzleiter aufweist, ist er im Betriebsfall nur von einem sehr kleinen Strom durchflossen. Entsteht jedoch im Kurzschlußfall ein Lichtbogen an einer der dann durchgeschmolzenen Engstellen des Schmelzleiters, so fließt aufgrund der Lichtbogenspannung ein für ein Schmelzen oder Verdampfen des Spanndrahtes ausreichender Strom durch diesen Draht. Die Druckfeder kann sich so entspannen, wobei sie den Schlagstift aus der entsprechenden Stirnseite der Sicherungseinrichtung herausstößt. Dadurch wird das Ansprechen der Sicherungseinrichtung angezeigt. Außerdem kann der Schlagstift einen besonderen Schaltzustandsgeber der Sicherungseinrichtung oder eine Auslösevorrichtung eines der Sicherungseinrichtung zugeordneten Lasttrennschalters betätigen.The high-voltage fuse device which can be gathered from the publication mentioned at the beginning contains one or more, in parallel, strip fuse elements with constriction areas which are wound on a ceramic tube with a star-shaped cross section. In the interior of this tube there is also a tubular striking device which is open on one side and has a movable striking pin or bolt. This striking pin is drawn into the striking device up to its plate-shaped head part by means of a tension wire, whereby it compresses a compression spring with a predetermined tensioning force. This tension wire lies in a parallel current path to the fuse element. Since it has a much higher resistance than the fuse element, only a very small current flows through it during operation. However, in the event of a short circuit, if an arc arises at one of the then melted narrow points of the fusible conductor, a sufficient current flows through this wire due to the arcing voltage for the tension wire to melt or evaporate. The compression spring can relax in this way, pushing the striker out of the corresponding end face of the securing device. This indicates that the safety device has responded. In addition, the striker can be a special one Actuate the switching state transmitter of the fuse device or a triggering device of a switch disconnector assigned to the fuse device.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die bekannte Sicherungseinrichtung derart auszugestalten, daß sie nicht nur beim Durchschmelzen des Schmelzleiters, sondern auch bei thermischer Überlastung unterhalb des zum Durchschmelzen des Schmelzleiters führenden Auslösestromes bei Überschreiten einer zuvor festgelegten Temperatur anspricht und somit gegebenenfalls mittels einer in Reihe gelegten Schalteinrichtung einen Stromkreis unterbricht.The object of the present invention is now to design the known fuse device such that it responds not only when the fuse element melts, but also in the event of thermal overload below the triggering current leading to the fuse element melting through when a predetermined temperature is exceeded and thus, if appropriate, by means of a series placed switching device interrupts a circuit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spanndraht zumindest teilweise aus einem amorphen Material besteht, das bei einer vorbestimmten Temperatur aufgrund einer entsprechenden Heizleistung des Schmelzleiters bei dessen Überlastung zumindest weitgehend kristallisiert und deshalb unter der Spannkraft des Federelementes zerreißt.This object is achieved in that the tension wire consists at least partially of an amorphous material that at least largely crystallizes at a predetermined temperature due to a corresponding heating power of the fuse element when it is overloaded and therefore tears under the tension of the spring element.

Aufgrund der Verwendung eines entsprechenden Spanndrahtes läßt sich folglich auch ein thermischer Überlastungsschutz für den Bereich zwischen dem Nennstrom und dem Auslösestrom der Sicherungseinrichtung erreichen. Das amorphe Metall besitzt nämlich im amorphen Zustand eine große Zugfestigkeit, zerreißt jedoch nach einer Kristallisation unter dem angelegten Zug. Fließt nun durch die Sicherungseinrichtung, d.h. durch ihren Schmelzleiter, ein Strom, der größer als der Nennstrom, aber kleiner als der Auslösestrom, bei dem ein Durchschmelzen des Schmelzleiters erfolgt, ist, erwärmt sich der Schmelzleiter dementsprechend. Aufgrund der damit verbundenen Heizwirkung des Schmelzleiters wird das amorphe Metall durch Wärmeleitung oder Konvektion soweit erwärmt, daß seine Kristallisationstemperatur erreicht wird. Das amorphe Metall versprödet, zerreißt unter der Zugspannung und gibt den Bolzen frei, der seinerseits eine vorgelagerte Auslösevorrichtung einer Schalteinrichtung betätigen kann. Da diese Heizwirkung mittels des Schmelzleiters unterhalb des Auslösestroms geschieht, wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft auch eine Überlastung der Sicherungseinrichtung erfaßt. Dabei wird auch die bekannte Funktion des Spanndrahtes, nämlich einen durchgebrannten Schmelzleiter anzuzeigen, nach wie vor erfüllt. Entsteht nämlich bei einem Durchschmelzen des Schmelzleiters ein Lichtbogen in der Sicherungseinrichtung, so fließt wegen der Lichtbogenspannung ein Strom durch den Spanndraht, der das amorphe Metall über die Kristallisationstemperatur erwärmt und aufgrund des damit verbundenen Zerreißens des Spanndrahtes den Anzeigemechanismus auslöst. Eine derartige Funktion des Spanndrahtes aus einem amorphen Material ist an sich bekannt (vgl. DE-OS 27 42 966).Due to the use of an appropriate tension wire, thermal overload protection for the area between the nominal current and the tripping current of the safety device can consequently also be achieved. The amorphous metal has a high tensile strength in the amorphous state, but tears after crystallization under the applied tension. If a current flows through the fuse device, ie through its fuse element, which is greater than the nominal current but less than the triggering current at which the fuse element melts, the fuse element heats up accordingly. Due to the associated heating effect of the fuse element, this will be amorphous metal is heated by heat conduction or convection to the point where its crystallization temperature is reached. The amorphous metal becomes brittle, tears under tensile stress and releases the bolt, which in turn can actuate an upstream triggering device of a switching device. Since this heating effect occurs below the tripping current by means of the fusible conductor, the device according to the invention advantageously also detects an overload of the safety device. The known function of the tension wire, namely to indicate a blown fuse element, is still fulfilled. If an arc arises in the fuse device when the fuse element melts, a current flows through the tension wire due to the arc voltage, which heats the amorphous metal above the crystallization temperature and triggers the display mechanism due to the resulting tear in the tension wire. Such a function of the tension wire made of an amorphous material is known per se (cf. DE-OS 27 42 966).

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous refinements of the safety device according to the invention emerge from the subclaims.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnung noch weiter erläutert.The safety device according to the invention is explained in more detail below with reference to the figure of the drawing.

Bei der in der Figur als Längsschnitt und teilweise Seitenansicht schematisch nur zu einem Teil veranschaulichten Sicherungseinrichtung wird von bekannten Ausführungsformen ausgegangen, die neben mindestens einem Schmelzleiter eine besondere Schlagvorrichtung zum Anzeigen des Ansprechens der Sicherungseinrichtung sowie zu einer eventuellen mechanischen Auslösung einer Schalteinrichtung aufweisen (vgl. z.B. die in dem eingangs genannten Prospekt aufgeführten Sicherungen).In the case of the securing device illustrated schematically only in part in the figure as a longitudinal section and partial side view, known embodiments are assumed which, in addition to at least one fuse element, have a special impact device to indicate the response of the safety device and a possible mechanical triggering of a switching device (see, for example, the fuses listed in the brochure mentioned at the beginning).

Die allgemein mit 2 bezeichnete Sicherungseinrichtung enthält einen beispielsweise in einem in der Figur nicht ausgeführten Porzellanrohr angeordneten rohrförmigen Trägerkörper 3, der z.B. aus keramischen Material besteht, einen etwa sternförmigen Querschnitt aufweist und mit Rippen 6 versehen ist. Auf diesen Trägerkörper 3 ist ein bandförmiger Schmelzleiter 4 aufgewickelt, der in bekannter Weise mit Engstellenbereichen 5 versehen ist. Gegebenenfalls können auch mehrere derartige parallel geschaltete Schmelzleiter vorgesehen sein. Der oder die Schmelzleiter 4 sind dabei im allgemeinen allseitig in ein feinkörniges Löschmittel wie z.B. Quarzsand eingebettet. Innerhalb des rohrförmigen Trägerkörpers 3 mit dem Schmelzleiter 4 ist eine besondere mechanische Vorrichtung 7 angeordnet, mit der das Ansprechen der Sicherungseinrichtung zur Anzeige gebracht werden kann. Mittels dieser Vorrichtung, die auch als Schlagvorrichtung bezeichnet wird, kann gegebenenfalls auch der Auslösemechanismus einer zugeordneten Schalteinrichtung wie z.B. eines Lasttrennschalters betätigt werden.The securing device, generally designated 2, contains a tubular support body 3, for example arranged in a porcelain tube not shown in the figure, which e.g. consists of ceramic material, has an approximately star-shaped cross section and is provided with ribs 6. A band-shaped fuse element 4 is wound onto this carrier body 3 and is provided with constriction regions 5 in a known manner. If necessary, several such fusible conductors connected in parallel can also be provided. The fusible link (s) 4 are generally enclosed on all sides in a fine-grained extinguishing agent such as Quartz sand embedded. A special mechanical device 7 is arranged within the tubular support body 3 with the fuse element 4, with which the response of the safety device can be displayed. By means of this device, which is also referred to as a striking device, the trigger mechanism of an associated switching device, such as e.g. of a load break switch.

Die Anzeige- bzw. Schlagvorrichtung 7 weist ein auf einer Seite offenes Hüllrohr 8 auf, das auf der gegenüberliegenden Seite mit einem festen Bodenteil 9 versehen ist. In das Hüllrohr ist von der offenen Seite her ein Federelement 10, beispielsweise eine Stahlfeder, eingebracht, die mittels eines im Längsschnitt T-förmigen Schlagstiftes 11, der auch als Schlagbolzen bezeichnet wird, zusammenzudrücken ist. Hierzu dient ein besonderer Spanndraht 12, der mit dem Fußteil 13 des Schlagbolzens 11 verbunden und durch Bohrungen 14 in dem festen Bodenteil 9 hindurchgeführt ist. Mittels dieses Spanndrahtes läßt sich das Federelement 10 über den Kopfteil 15 des Schlagbolzens 11 zusammendrücken und in dieser Position mittels außerhalb des Hüllrohres 8 anzubringender Quetschhülsen 16 fixieren. Dieser Spanndraht 12, der erfindungsgemäß aus einem besonderen amorphen Metall bestehen soll, ist dabei im allgemeinen parallel zu dem Schmelzleiter 4 geschaltet. Neben der angenommenen Drahtform kann der Spanndraht ebensogut auch andere Formen wie z.B. eine Bandform aufweisen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Materialwahl für den Spanndraht wird nicht nur eine Schlagauslösung in der durch einen Pfeil 18 angedeuteten Wirkungsrichtung des Schlagbolzens 11 beim Durchschmelzen des Schmelzleiters 4 und dem damit verbundenen Durchschmelzen des Spanndrahtes 12 erreicht, sondern die Schlagvorrichtung 7 spricht auch bei thermischer Überlastung, d.h. beim Überschreiten einer zuvor festlegbaren Temperatur in einem Bereich insbesondere zwischen 100'C und 600*C an. Der thermische Überlastungsschutz ist nämlich dadurch gegeben, daß das amorphe Metall zwar im amorphen Zustand eine große Zugfestigkeit besitzt, nach der Kristallisation aber unter dem angelegten Zug aufgrund der Spannkraft bzw. der Druckkraft K des Federelementes 10 zerreißt. Fließt nun durch die Sicherungseinrichtung ein Strom, der größer als der für den Schmelzleiter 4 festgelegten Nennstrom ist, so wird das amorphe Metall durch Wärmeleitung bzw. Konvektion soweit erwärmt, daß seine Kristallisationstemperatur zumindest weitgehend erreicht wird. Das amorphe Metall versprödet, zerreißt unter der Druckspannung K des Federelementes 10 und gibt so den Schlagbolzen 11 frei, der seinerseits einen vorgelagerten Schalter betätigen kann. Die bei bisher bekannten Ausführungsformen ausgeübte Funktion des Spanndrahtes, nämlich die Anzeige einer durchgebrannten Sicherungseinrichtung, wird dabei nach wie vor erfüllt. Entsteht nämlich ein Lichtbogen aufgrund eines Durchbrennens des Schmelzleiters 4, so fließt wegen der Lichtbogenspannung ein Strom auch durch den Spanndraht, der das amorphe Metall über die Kristallisationstemperatur erwärmt und somit den Anzeigemechanismus auslöst.The display or impact device 7 has a cladding tube 8 which is open on one side and which is provided on the opposite side with a fixed base part 9. A spring element 10, for example a steel spring, is introduced into the cladding tube from the open side and is to be pressed together by means of a longitudinally T-shaped striking pin 11, which is also referred to as a striking pin. This serves a special tensioning wire 12, which is connected to the foot part 13 of the firing pin 11 and is guided through bores 14 in the fixed bottom part 9. By means of this tensioning wire, the spring element 10 can be compressed over the head part 15 of the firing pin 11 and fixed in this position by means of crimp sleeves 16 to be attached outside the cladding tube 8. This tension wire 12, which according to the invention is to consist of a special amorphous metal, is generally connected in parallel to the fusible conductor 4. In addition to the assumed wire shape, the tension wire can also have other shapes, such as a band shape. Due to the choice of material for the tensioning wire according to the invention, not only is a blow triggered in the direction of action of the firing pin 11 indicated by an arrow 18 when the fuse element 4 melts and the melting of the tension wire 12 associated therewith, but the striking device 7 also speaks in the event of thermal overload, that is to say when Exceeding a previously definable temperature in a range in particular between 100'C and 600 * C. The thermal overload protection is in fact given that the amorphous metal has a high tensile strength in the amorphous state, but tears after crystallization under the applied tension due to the tension force or the pressure force K of the spring element 10. If a current now flows through the fuse device that is greater than the nominal current specified for the fusible conductor 4, the amorphous metal is heated by thermal conduction or convection to such an extent that its crystallization temperature is at least largely reached. The amorphous metal becomes brittle, tears under the compressive stress K of the spring element 10 and thus releases the firing pin 11, which in turn can actuate an upstream switch. The previous one Known embodiments exercised function of the tension wire, namely the display of a blown fuse, is still fulfilled. If an arc arises due to the fuse element 4 burning out, a current also flows through the tension wire due to the arc voltage, which heats the amorphous metal above the crystallization temperature and thus triggers the display mechanism.

Wie erwähnt, wird die Auslösetemperatur durch die Kristallisationstemperatur bestimmt, die von der Zusammensetzung des amorphen Metalls abhängt. Sie ist kein scharf definierter Wert, sondern hängt vom Temperatur-Zeit-Verlauf ab. Je schneller die Aufheizung verläuft, bei umso höheren Temperaturen erfolgt auch die Kristallisation; dafür aber auch umso schneller. Als Richtwert wird allgemein die Kristallisationstemperatur für eine bestimmte Aufheizrate angegeben. Sie liegt z.B. bei 20'C/sec.As mentioned, the trigger temperature is determined by the crystallization temperature, which depends on the composition of the amorphous metal. It is not a sharply defined value, but depends on the temperature-time curve. The faster the heating takes place, the higher the temperatures, the more crystallization takes place; but also faster. The crystallization temperature for a specific heating rate is generally given as a guideline. It lies e.g. at 20'C / sec.

Bei der Auswahl des amorphen Metalls ist sein Relaxationsverhalten zu berücksichtigen. Amorphe Metalle sind bekanntlich metastabil und auch unterhalb der sogenannten Glastemperatur bezüglich ihres glasartigen Zustandes nicht im Gleichgewicht. Es kann so zu struktureller Relaxation und dabei zum Fließen des Materials kommen, wobei die vorgegebene, im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Druckfeder 10 erzeugte Zugspannung abgebaut werden kann. Relaxiert jedoch das amorphe Material zu stark vor der Versprödung, so kann die Zugspannung soweit abgebaut werden, daß sie zum späteren Zerreißen nicht mehr ausreicht. Aus diesem Grunde wird vorteilhaft ein amorphes Material eingesetzt, das einer vorhergehenden Relaxationsglühung im unbelasteten Zustand unterzogen wurde, da hierdurch die spätere Spannungsrelaxation stark verringert werden kann. Insgesamt läßt sich jedoch das ganze System (vorgegebene Spannung, Federkonstante, Relaxationsverhalten des amorphen Metalls, Länge des Spanndrahtes) so abstimmen, daß auch bei langsamer Aufheizrate die relaxationsbedingte Dehnung des Spanndrahtes die vorgegebene Zugspannung nicht unter die letztlich zum Zerreißen benötigte Spannung abfallen läßt.When choosing the amorphous metal, its relaxation behavior must be taken into account. As is well known, amorphous metals are metastable and, even below the so-called glass temperature, are not in equilibrium with regard to their glass-like state. This can lead to structural relaxation and thereby flow of the material, it being possible for the predetermined tensile stress generated in the present exemplary embodiment by the compression spring 10 to be reduced. However, if the amorphous material relaxes too much before embrittlement, the tensile stress can be reduced to such an extent that it is no longer sufficient for subsequent tearing. For this reason, an amorphous material is advantageously used which has undergone a previous relaxation annealing in the unloaded state because the subsequent stress relaxation can be greatly reduced. Overall, however, the entire system (specified tension, spring constant, relaxation behavior of the amorphous metal, length of the tension wire) can be adjusted so that even with a slow heating rate, the relaxation-related expansion of the tension wire does not allow the specified tension to drop below the tension ultimately required for tearing.

Gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung wurden als Spanndraht verschiedene amorphe Bänder unterschiedlicher Zusammensetzung mit 2,5 kp Zugspannung belastet und langsam erwärmt. Die nachfolgende Tabelle gibt die Auslösetemperaturen der verschiedenen Bänder an:

Figure imgb0001
According to a specific embodiment of a safety device according to the invention, various amorphous tapes of different composition were loaded with 2.5 kp tensile stress and slowly heated as tension wire. The table below shows the release temperatures of the different belts:
Figure imgb0001

Generell kommen für die Anwendung alle metallischen Bänder oder Drähte in Frage, die sich in amorpher Form erstellen lassen. So kommen insbesondere außer den obengenannten als Beispiele angegebenen Metall-Metalloid-Legierungen auch die allgemein bekannten amorphen Metalle des Typs Übergangsmetall-Übergangsmetall in Betracht. Dabei ist es zweckmäßig, ein korrosionsbeständiges Material auszuwählen, etwa aus Cr-haltigen Metall-Metalloid-Legierungen. Um niedrigere Auslösetemperaturen zu erzielen, können vorteilhaft auch Co-haltige Legierungen des gleichen Typs vorgesehen werden. Neben der Zusammensetzung der Legierungen ist aber auch, vor allem im Hinblick auf das Relaxationsverhalten, die Vorbehandlung der Bänder oder Drähte von Bedeutung. Dabei sind sowohl die Herstellungsparameter als auch die Relaxationsglühung wichtig.In general, all metallic strips or wires that can be created in amorphous form are suitable for the application. In addition to the metal-metalloid alloys mentioned as examples above, the generally known amorphous metals of the transition metal-transition metal type are also suitable. It is advisable to select a corrosion-resistant material, such as one containing Cr Metal-metalloid alloys. In order to achieve lower release temperatures, Co-containing alloys of the same type can advantageously also be provided. In addition to the composition of the alloys, the pretreatment of the strips or wires is also important, especially with regard to the relaxation behavior. Both the manufacturing parameters and the relaxation annealing are important.

Die konkrete Ausgestaltung der Schlagvorrlchtung 1 kann im wesentlichen unverändert gegenüber bisher bekannten Ausführungsformen bleiben. Da jedoch bekanntlich amorphe Metalle eine sehr hohe Zugfestigkeit und einen relativ großen elektrischen Widerstand haben, läßt sich statt des bei den bekannten Ausführungsformen im allgemeinen als vielfachen Flaschenzug ausgebildeten Spanndrahtes gegebenenfalls sogar ein einfacher oder ein zweifacher Flaschenzug verwenden.The specific design of the striking device 1 can remain essentially unchanged from previously known embodiments. However, since it is known that amorphous metals have a very high tensile strength and a relatively high electrical resistance, instead of the tension wire, which is generally designed as a multiple pulley block in the known embodiments, a single or double pulley block can possibly be used.

Das Prinzip eines thermischen Überlastungsschutzes bei elektrischen Sicherungseinrichtungen der eingangs genannten Art durch Verwendung einer Schlagvorrichtung mit amorphem Metall ist natürlich nicht nur auf eine Anwendung bei Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen beschränkt. Generell ist dieses Prinzip überall dort anwendbar, wo eine thermische Überlastung von Schmelzleitern unterhalb eines zu ihrem Durchschmelzen ausreichenden Ausschaltstromes angezeigt und/oder bei dieser thermischen Überlastung eine Schalteinrichtung mechanisch betätigt werden soll.The principle of thermal overload protection in electrical safety devices of the type mentioned at the outset by using an impact device with amorphous metal is of course not restricted to use in high-voltage, high-performance fuses. In general, this principle can be used wherever a thermal overload of fusible conductors is indicated below a switch-off current sufficient to melt them and / or a switching device is to be actuated mechanically in the event of this thermal overload.

Claims (4)

1. Elektrische Sicherungseinrichtung, insbesondere für Hochspannungs- und/oder Hochstrom-Geräte, welche mindestens einen Schmelzleiter enthält, der auf einem Trägerkörper aufgewickelt ist und zumindest teilweise eine das Ansprechen der Sicherungseinrichtung anzeigende Vorrichtung umgibt, die einen beweglichen Bolzen aufweist, der zum Spannen eines Federelementes mit vorbestimmter Spannkraft über einen mit ihm verbundenen, beim Ansprechen der Sicherungseinrichtung unter der Spannkraft zerreißenden Spanndraht vorgesehen und mit dem gegebenenfalls eine zugeordnete Schalteinrichtung zu betätigen ist, dadurch gekenn-zeichnet , daß der Spanndraht (12) zumindest teilweise aus einem amorphen Material besteht, das bei einer vorbestimmten Temperatur aufgrund einer entsprechenden Heizleistung des Schmelzleiters (4) bei dessen Überlastung zumindest weitgehend kristallisiert und deshalb unter der Spannkraft (K) des Federelementes (10) zerreißt.1. Electrical safety device, in particular for high-voltage and / or high-current devices, which contains at least one fusible conductor, which is wound on a carrier body and at least partially surrounds a device indicating the response of the safety device, which has a movable bolt which is used to tension a Spring element with a predetermined tensioning force is provided via a tensioning wire connected to it and tearing under the tensioning force when the securing device responds, and with which an associated switching device can be actuated, characterized in that the tensioning wire (12) consists at least partially of an amorphous material, which at least largely crystallizes at a predetermined temperature due to a corresponding heating power of the fusible conductor (4) when it is overloaded and therefore tears under the tensioning force (K) of the spring element (10). 2. Elektrische Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spanndraht (12) aus einer amorphen Metall-Metalloid-Legierung besteht.2. Electrical safety device according to claim 1, characterized in that the tension wire (12) consists of an amorphous metal-metalloid alloy. 3. Elektrische Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spanndraht (12) aus einem amorphen Metall des Typs Übergangsmetall-Übergangsmetall besteht.3. Electrical safety device according to claim 1, characterized in that the tension wire (12) consists of an amorphous metal of the transition metal-transition metal type. 4. Elektrische Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn-zeichnet , daß ein Spanndraht (12) vorgesehen ist, der einer vorhergehenden Relaxationsglühung im unbelasteten Zustand unterzogen wurde.4. Electrical safety device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a tension wire (12) is provided which has been subjected to a previous relaxation annealing in the unloaded state.
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