EP1150319A1 - Schmelzsicherung - Google Patents

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Publication number
EP1150319A1
EP1150319A1 EP01108676A EP01108676A EP1150319A1 EP 1150319 A1 EP1150319 A1 EP 1150319A1 EP 01108676 A EP01108676 A EP 01108676A EP 01108676 A EP01108676 A EP 01108676A EP 1150319 A1 EP1150319 A1 EP 1150319A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuse
winding
winding body
windings
sections
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Withdrawn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
EP01108676A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Klemme
Martin Hesse
Klaus-Dieter Gessner
Jürgen Fischbach
Herbert Dr.-Ing. Bessei
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.)
EFEN GmbH
Original Assignee
EFEN Elektrotechnische Fabrik GmbH
EFEN 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 EFEN Elektrotechnische Fabrik GmbH, EFEN GmbH filed Critical EFEN Elektrotechnische Fabrik GmbH
Publication of EP1150319A1 publication Critical patent/EP1150319A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/055—Fusible members
    • H01H85/08—Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member
    • 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
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/041—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/042—General constructions or structure of high voltage fuses, i.e. above 1000 V

Definitions

  • the present invention relates to a fuse with two contacts and one at least two partial windings connecting conductor, the two connection contacts connects and is at least partially designed as a fuse element.
  • An electrical fuse is an element for overload protection or overcurrent protection at high or Low voltage networks, household connections and electrical equipment, in particular in the event of a short circuit, the circuit is interrupted immediately.
  • fuses are which mainly serve to protect people, primarily used to protect the electrical lines from excessive current and the associated heating (fire hazard) to protect.
  • fuses that consist of a piece of resistance wire exist, which is dimensioned so that with a certain current flow in the resistor generated heat can no longer be dissipated in sufficient form and therefore the wire melted away.
  • the fuse element or resistance wire is generally in a protective housing made of glass or porcelain, mostly with fine quartz sand is filled in order to prevent arcing in the blown fuse.
  • the resistance wire or fusible conductor can, depending on the application, especially at high Operating voltages are of considerable length. Because the fuse from cost and Due to lack of space, the fuse wire is specially designed in the Fuse for high operating voltages is generally arranged wound. To this It is possible, in this way, also to fuse a fuse element of greater length into a relatively small dimension Introduce fuse.
  • the fusible conductors become helical around a cylindrical one Support body wrapped, always the same winding sense even with several parallel partial fusible conductors is observed.
  • the high inductance is particularly noticeable in high-frequency operation, by hindering the transmission of high frequency signal currents. That kind of fuses is therefore not or only with restrictions for the protection of radio frequency equipment in Suitable for high voltage networks.
  • Branches in high-voltage distribution networks are usually made by high-voltage high-performance fuses protected against overcurrents. This ensures that at a faulty branch the main line remains undisturbed and still available for operation is.
  • energy branches which usually consist of transformers, which the Convert voltage to consumption voltage (usually below 1,000 V)
  • low-energy branches for measuring and monitoring devices or for transmission used by signals. Very small flows typically flow through these branches Currents with a strength of a few mA to a few A.
  • High-voltage high-performance fuses due to their design-related inductance cause unwanted signal damping, on the other hand reduces the inductance of high-voltage fuses also the coupling and decoupling of high-frequency measurement and signal currents.
  • the inductance of high-voltage fuses is constructive due to the length and the helical shape Arrangement of the fuse element in the fuse body is determined. Its size is a few ⁇ H negligible at mains frequency operating currents of 50 Hz. With high-frequency signal currents from e.g. 5 mHz, on the other hand, the inductive resistance rises to 100,000 times and leads thus a noticeable damping of the signal or measured variable.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a fuse to provide, which is low in inductance and inexpensive to manufacture, so that it can also be used for transmission high-frequency currents in high-voltage networks without significant attenuation of the signal size can be used.
  • this object is achieved in that the at least two partial windings are arranged that the magnetic fields from the two sub-windings in a changing Current flow through the fuse are induced, at least partially extinguish.
  • Tests have shown that the inductance of high voltage fuses by the inventive measures can be reduced by at least a factor of 2 to 3.
  • At least one (partial) winding prefferably has a winding direction that is at least another (partial) winding is essentially opposite.
  • a winding does not necessarily have to be circular. Much more it is also possible, for example, to have oval windings or with one or more corners to provide. Furthermore, a winding must be projected onto a plane perpendicular to the winding axis do not necessarily form a closed curve. It is therefore also possible that In the case of helical windings the diameter from winding to winding or even within a winding changes, in addition, a winding in the invention is also under a partial winding Understood meaning.
  • the connecting conductor has at least two (partial) windings with opposite Sense of winding ensures that the inductance of the fuse is reduced is. It essentially depends on the fact that the magnetic fields are caused by changes form the current flow within the connecting conductor, overlay such that they at least partly cancel each other out. To get the lowest possible inductance, are therefore preferably in about half of the windings with one opposite to the other half Provide sense of winding.
  • the part of the connecting conductor that is not designed as a fuse element can also be used for the Windings are used.
  • a particularly preferred embodiment provides that the fuse element is essentially helical is arranged, the sense of winding of the helical arrangement at least reverses once.
  • a particularly preferred fusible conductor is applied to a winding body.
  • the fuse for example clockwise wrapped around a winding body.
  • the direction of rotation or the direction of winding changed, so that the second Half of the windings are wound counterclockwise.
  • a Another way of realizing this embodiment is two helical wound fuse element with opposite winding sense in series along a common Align the (winding) axis.
  • a helical fuse element can also be used can be connected in series with an opposite coil. The induced ones are deleted Magnetic fields of the fuse element and the coil largely out. It is not necessary to use the coil also to be designed as a fuse element.
  • the fuse element essentially is arranged in a meandering shape.
  • the fuse element essentially consists of a large number of partial windings chained to each other, each differing in the winding direction. This type of winding is used in conjunction with the description of the preferred embodiments become even clearer.
  • the fuse element at least has two sections with helical windings, the windings at least one first section an opposite to the windings of at least a second section Have winding sense and the two sections are arranged substantially coaxially to each other are.
  • the overall height of the entire fuse can be reduced, which is cost-saving to manufacture.
  • a fuse it is possible to use a fuse to be designed such that they have two winding bodies, an outer winding body designed as a hollow body and an inner winding body arranged inside the hollow body, wherein the windings which are applied to the outer winding body have a winding sense, the opposite of the winding sense of the windings applied to the inner hollow body is.
  • a particularly preferred embodiment provides that the diameter of the two helical Sections are essentially the same, so that the two sections at least touch a point with electrical contact between the two sections on the Point of contact arises.
  • the two fusible conductor sections with windings opposite winding sense for example on the outside of the same winding body applied, the windings with one winding sense directly on or directly below the Windings run with the other winding direction.
  • This arrangement is particularly inexpensive to manufacture.
  • the electrical contact between the two windings with different Sense of winding is generally not a disadvantage.
  • there is less medium turn spacing which somewhat reduces the high-voltage breaking capacity becomes. This will also become clearer using an example below.
  • an embodiment can also be provided in which both an outer winding body as well as an inner winding body is present, with the one helical section the outer winding body is arranged and the other helical section with windings opposite winding sense is attached to the inner winding body. Both sections are isolated from each other in this case, so that the high-voltage breaking capacity the embodiment described above is improved.
  • Another expedient embodiment provides that the two helical sections have a different diameter, the one section on the outside of a formed as a hollow body winding body and the other section on the inside of the designed as a hollow body winding body.
  • This arrangement has the advantage that only one winding body is required for both spiral sections , while still ensuring that there is no contact between the different sections he follows.
  • the two spiral sections can of course be connected in parallel become.
  • the fuse element does not necessarily have to consist of a separate wire, So it is advantageous for some applications if the fuse element is on a substrate applied conduit is formed.
  • the fuse element can be simple on the substrate can be applied by the known coating processes. It is particularly preferred an embodiment in which the winding body itself is the substrate for the coating, so that the fuse element on both the inside and outside of the as a hollow body trained winding body can be attached.
  • the fuse has a possibility to change its inductance.
  • the fuse not only be as low as possible Assumes self-inductance, but it can be advantageous for some applications if the Inductance can be set as precisely as possible to a certain value.
  • the inductance of a fuse, for short-circuit protection of a capacitor is used for a measuring or transmission device in high-voltage systems, so adapt that series resonance occurs at currents of a certain frequency. This results in a particularly good transmission behavior for currents with the resonance frequency, during currents other frequencies are strongly attenuated. So z. B.
  • a resonance frequency of 1 MHz to 100 MHz is set to a capacitor to be protected become. This allows the transmission of high frequency signals through the capacitor, while mains frequency currents of 50 or 60 Hz are blocked. Such an arrangement is suitable especially for measuring, monitoring and transmitting high frequency overlays of the 50th or 60 Hz operating voltage.
  • the adjustment of the fuse inductance can e.g. B. by the number of turns of the partial windings, by different diameters and / or lengths of the partial windings and / or by skillful spatial arrangement of the partial windings with opposite winding direction to each other.
  • the inductance can then of the fusible conductor can be changed in that, for example, the ferrite core further in the than Hollow body formed winding body is pushed in or out.
  • an inner winding body and an outer winding body can alternatively also be provided be that the outer winding body and / or the inner winding body at least partially can be pushed over the ferrite core, so that the inductance of the fuse can be changed.
  • the present invention allows the fuse to be used in a high voltage circuit. Under high voltage, a voltage above 1,000 V, preferably between 10 kV and about 50 kV, understood.
  • the fuse element preferably has an effective length of at least 50cm. The effective length is the length that the fuse element would have, if you unwound it and stretched it out. In other words, one understands the effective length is the distance that the current travels through the fuse element.
  • the present invention makes it possible to use fuses with fixed predetermined inductances to manufacture. This allows the fuse itself to be used as an inductive component, preferably used in conjunction with a capacitor in a circuit. Thereby one component can be saved, which saves space as well as costs.
  • one possible application could be the use of the fuse together with a capacitive component in a suction circuit.
  • This makes it possible, for example, filtering out certain frequencies from a high-voltage power line ("to suck"), all other frequencies are not filtered.
  • the invention Fusible link with its input end with a high-voltage high-voltage line be connected, while the output end with the capacitive Component is connected, which in turn is grounded.
  • the combination of inductive fuse and capacitive component enables certain interference frequencies from the high voltage circuit to take out. Because the combination of fuse and capacitive Component blocks for all other frequencies, it is guaranteed that all other frequencies not be disturbed by the suction circuit element.
  • FIG. 1 A first embodiment of the fuse 1 according to the invention is shown in FIG. This consists of an insulator hollow body 3 with two connection contacts 2, the insulator hollow body 3 has a cavity 4 filled with quartz sand.
  • a winding body 6 is arranged in the cavity 4, on the surface of which the fuse element is applied.
  • the fuse element connects the upper connection contact 2 with the lower connection contact 2.
  • the Fusible conductor 5 has a turning point 10 approximately in the middle. At this turning point 10 changes the fuse element changes its sense of winding. This turn around is an easy way to realize a fuse according to the invention. During the manufacturing process Winding the fuse element on the winding body 6 only in the meantime the winding direction be changed.
  • FIG. 2 A second embodiment of the winding is shown in Figure 2.
  • the winding body 6 is not rotationally symmetrical, but consists of a long narrow cuboid, as from the cross-sectional view of the winding body can be seen below in Figure 2.
  • the Fusible conductor 5 applied meandering.
  • the meandering shape can occur as an alternating sequence of Half-windings, each with the opposite sense of direction.
  • An example is one Half winding has been identified by area 13.
  • the arrows indicate the direction of winding on.
  • the partial windings with different winding directions are at the turning points 10 connected together.
  • FIG. runs the Fusible conductor initially helical over the entire length of the winding body with the same winding sense.
  • At one end of the winding body there is an inflection point at which the sense of winding of the fuse element changes, so that the fuse element with opposite Winding direction then again runs helically over the entire length of the winding body.
  • connection between points 9 and 9 " can be made in terms of circuitry understood as parallel connection of two partial windings with opposite winding sense become. If the fuse is triggered, the fuse element is at one of the contact points 9, 9 ', 9 ", since this is where the greatest heat development takes place of the windings make sure that the contact points 9 and 9 'are on the same side the winding body are arranged, have a sufficiently large distance so that, for example the free end separated at the contact point 9 does not coincide with the still intact contact point 9 'in Can come into contact and thus make the fuse that has already tripped conductive again.
  • the fusible conductor 5 is not necessarily made of a wound Wire must exist. It is e.g. also possible that the wire on the winding body using a the known coating method is applied. In this case there is the winding body from a substrate. Another possibility is a metal foil on the winding body to be arranged, which has diamond-shaped punchings, as exemplified by those with the reference number 14 diamond has been indicated.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • the windings both outside and inside a winding body 6.
  • Those inside the winding body 6 guided windings are shown in Figure 4 with a solid line, while the Windings outside the winding body 6 are shown with broken lines.
  • ⁇ stands for a direction leading into the paper plane and ⁇ for a direction leading out of the paper plane.
  • fuse the fuse element 5 by means of suitable coating methods apply directly to the winding body 6 designed as a substrate, so that along the The outer and the inner surface of the winding body designed as a hollow body form 6 conductor tracks, that differ in their sense of winding.
  • FIG. 1 Within of the insulating hollow body 3 there are both an inner winding body 7 and an outer winding body 8.
  • the windings on the outer winding body 8 have one to the windings the inner winding body 7 opposite winding sense.
  • here is to recognize a ferrite core 11.
  • the inner winding body can 7 are moved along the longitudinal axis 12 so that it is pushed over the ferrite core 11 like a sleeve can be.
  • the inductance of the fuse 1 can easily at a low level can be set. This opens up a wide field of application for the fuses according to the invention, since this makes it possible for the first time, the fuses according to the invention can also be used as an inductive component.

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Abstract

Die hier gezeigte Schmelzsicherung (1) hat zwei Anschlußkontakte (2) und einen zwei Teilwicklungen aufweisenden Verbindungsleiter (5), der die beiden Anschlußkontakte (2) verbindet und teilweise als Schmelzleiter (5) ausgebildet ist. Um eine solche Schmelzsicherung induktivitätsarm und kostengünstig herstellen zu können, so daß sie auch zur Übertragung hochfrequenter Ströme in Hochspannungsnetzen ohne wesentliche Dämpfung der Signalgröße eingesetzt werden kann, sieht die Erfindung vor, daß die zwei Teilwicklungen derart angeordnet sind, daß die Magnetfelder, die von den beiden Teilwicklungen bei einem sich ändernden Stromfluß durch die Schmelzsicherung induziert werden, sich zumindest teilweise auslöschen. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung mit zwei Anschlußkontakten und einem mindestens zwei Teilwicklungen aufweisenden Verbindungsleiter, der die beiden Anschlußkontakte verbindet und mindestens teilweise als Schmelzleiter ausgebildet ist.
Eine elektrische Sicherung ist ein Element zum Überlastschutz bzw. Überstromschutz bei Hoch-oder Niederspannungsnetzen, Haushaltsanschlüssen und elektrischen Geräten, das insbesondere im Kurzschlußfall den Stromkreis sofort unterbricht. Sicherungen werden, im Gegensatz zu Fehlerstromschutzschaltungen, die hauptsächlich dem Personenschutz dienen, in erster Linie eingesetzt, um die elektrischen Leitungen vor zu hohem Strom und damit verbundener Erwärmung (Brandgefahr) zu schützen.
Die einfachste Form von Sicherungen sind Schmelzsicherungen, die aus einem Widerstandsdrahtstück bestehen, das so dimensioniert ist, daß bei einem bestimmten Stromfluß die im Widerstand erzeugte Wärme nicht mehr in ausreichender Form abgeleitet werden kann und der Draht deshalb durchschmilzt. Dabei ist der Schmelzleiter bzw. Widerstandsdraht im allgemeinen in einem Schutzgehäuse aus Glas oder Porzellan untergebracht, das meist zusätzlich noch mit feinem Quarzsand gefüllt ist, um eine Lichtbogenausbildung in der durchgeschmolzenen Sicherung zu unterbinden.
Der Widerstandsdraht bzw. Schmelzleiter kann je nach Anwendungsfall, insbesondere bei hohen Betriebsspannungen eine beträchtliche Länge aufweisen. Da die Schmelzsicherung aus Kostenund Platzgründen nicht beliebig groß gestaltet werden kann, wird der Schmelzdraht speziell in der Schmelzsicherung für hohe Betriebsspannungen im allgemeinen gewickelt angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, auch einen Schmelzleiter größerer Länge in eine relativ klein dimensionierte Schmelzsicherung einzubringen.
Die Schmelzleiter werden aus fertigungstechnischen Gründen wendelförmig um einen zylindrischen Tragkörper gewickelt, wobei auch bei mehreren parallelen Teilschmelzleitern stets derselbe Wickelsinn eingehalten wird.
Die erhöhte magnetische Induktivität solcher wendelförmig gewickelter Schmelzleiter gegenüber einem gestreckten Draht gleicher Länge ist in der Regel beim Betrieb mit 50 Hz Wechselspannung vernachlässigbar.
Die hohe Induktivität macht sich jedoch insbesondere beim Hochfrequenzbetrieb negativ bemerkbar, indem sie die Übertragung von hochfrequenten Signalströmen behindert. Diese Art von Sicherungen ist daher nicht oder nur mit Einschränkungen für die Absicherung von Hochfrequenzeinrichtungen in Hochspannungsnetzen geeignet.
Abzweigungen in Hochspannungsverteilnetzen werden üblicherweise durch Hochspannungs-Hochleistungssicherungen gegen Überströme geschützt. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei einem fehlerhaften Abzweig die Hauptleitung ungestört bleibt und weiterhin für den Betrieb verfügbar ist. Neben den Energieabzweigungen, die in der Regel aus Transformatoren bestehen, welche die Spannung auf die Verbrauchsspannung umformen (in der Regel unter 1.000 V), gibt es eine Reihe von energieschwachen Abzweigen, die für Meß- und Überwachungseinrichtungen oder die Übertragung von Signalen benutzt werden. Über diese Abzweigungen fließen typischerweise sehr kleine Ströme mit einer Stärke von wenigen mA bis einigen A.
Da die Nutzung des Hochspannungsenergieverteilungsnetzes zur Übertragung von hochfrequenten Signalströmen immer stärkeren Raum gewinnt, können einerseits die in den Hauptabzweigen vorhandenen Hochspannungs-Hochleistungssicherungen durch ihre konstruktionsbedingte Induktivität eine unerwünschte Signaldämpfung herbeiführen, andererseits reduziert die Induktivität von Hochspannungssicherungen auch die Ein- und Auskoppelung hochfrequenter Meß- und Signalströme.
Die Induktivität von Hochspannungssicherungen ist konstruktiv durch die Länge und die wendelförmige Anordnung des Schmelzleiters im Sicherungskörper bestimmt. Ihre Größe von einigen µH ist bei netzfrequenten Betriebsströmen von 50 Hz vernachlässigbar. Bei hochfrequenten Signalströmen von z.B. 5 mHz steigt der induktive Widerstand demgegenüber auf das 100.000-fache an und führt damit zu einer merklichen Dämpfung der Signal- oder Meßgröße.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schmelzsicherung zur Verfügung zu stellen, die induktivitätsarm und kostengünstig herstellbar ist, so daß sie auch zur Übertragung hochfrequenter Ströme in Hochspannungsnetzen ohne wesentliche Dämpfung derSignalgröße eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die mindestens zwei Teilwicklungen derart angeordnet sind, daß die Magnetfelder, die von den beiden Teilwicklungen bei einem sich änderndem Stromfluß durch die Schmelzsicherung induziert werden, sich zumindest teilweise auslöschen. Versuche haben ergeben, daß die Induktivität von Hochspannungssicherungen durch die erfinderischen Maßnahmen mindestens um Faktor 2 bis 3 vermindert werden kann.
Besonders bevorzugt weist mindestens eine (Teil-)Wicklung einen Wicklungssinn auf, der zu mindestens einer anderen (Teil-)Wicklung im wesentlichen entgegengesetzt ist.
Es versteht sich, daß eine Wicklung nicht notwendigerweise kreisförmig ausgebildet sein muß. Vielmehr ist es beispielsweise auch möglich, Wicklungen oval oder auch mit einer oder mehreren Ecken vorzusehen. Überdies muß eine Wicklung in der Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Wicklungsachse nicht unbedingt eine geschlossene Kurve bilden. Es ist daher auch möglich, daß sich im Falle von wendelförmigen Wicklungen der Durchmesser von Wicklung zu Wicklung oder auch innerhalb einer Wicklung ändert, zudem wird auch unter einer Teilwicklung eine Wicklung im erfindungsgemäßen Sinn verstanden.
Dadurch, daß der Verbindungsleiter mindestens zwei (Teil-)Wicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn aufweist, ist gewährleistet, daß die Induktivität der Schmelzsicherung herabgesetzt ist. Dabei kommt es im wesentlichen darauf an, daß die Magnetfelder, die sich durch Änderungen des Stromflußes innerhalb des Verbindungsleiters bilden, derart überlagern, daß sie sich zumindest zum Teil gegenseitig aufheben bzw. auslöschen. Um eine möglichst geringe Induktivität zu erhalten, werden daher vorzugsweise in etwa die Hälfte der Wicklungen mit einem zu der anderen Hälfte entgegengesetzten Wicklungssinn versehen.
Dabei kann auch der Teil des Verbindungsleiters, der nicht als Schmelzleiter ausgebildet ist, für die Wicklungen verwendet werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß der Schmelzleiter im wesentlichen wendelförmig angeordnet ist, wobei sich der Wicklungssinn der wendelförmigen Anordnung mindestens einmal umkehrt.
Dabei ist ein besonders bevorzugter Schmelzleiter auf einen Wickelkörper aufgebracht. Bei der Herstellung der Schmelzsicherung wird dann der Schmelzleiter zunächst beispielsweise im Uhrzeigersinn um einen Wickelkörper gewickelt. Nach etwa der Hälfte der beabsichtigten Wicklungen wird während des Wickelvorganges der Drehsinn bzw. der Wicklungssinn geändert, so daß die zweite Hälfte der Wicklungen entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gewickelt wird. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den Wicklungssinn mehrmals während des Wicklungsvorgangs zu ändern. Eine weitere Möglichkeit zur Verwirklichung dieser Ausführungsform besteht darin, zwei wendelförmig gewickelte Schmelzleiter mit entgegengesetztem Wicklungssinn in Reihe entlang einer gemeinsamen (Wicklungs-) Achse auszurichten. Alternativ dazu kann auch ein wendelförmiger Schmelzleiter mit einer entgegengesetzten Spule in Reihe geschaltet werden. Dabei löschen sich die induzierten Magnetfelder des Schmelzleiters und der Spule weitgehend aus. Es ist nicht notwendig, die Spule ebenfalls als Schmelzleiter auszubilden.
Eine andere besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß der Schmelzleiter im wesentlichen mäanderförmig angeordnet ist. Hier besteht der Schmelzleiter im wesentlichen aus einer Vielzahl von aneinander geketteten Teilwicklungen, die sich jeweils im Wicklungssinn unterscheiden. Diese Art der Wicklung wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen noch deutlicher werden.
Eine weitere besonders zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, daß der Schmelzleiter mindestens zwei Abschnitte mit wendelförmigen Wicklungen aufweist, wobei die Wicklungen mindestens eines ersten Abschnitts einen zu den Wicklungen mindestens eines zweiten Abschnitts entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen und die beiden Abschnitte im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung kann die Bauhöhe der gesamten Schmelzsicherung reduziert werden, was kostensparend in der Herstellung ist. So ist es beispielsweise möglich, eine Schmelzsicherung derart auszubilden, daß sie zwei Wickelkörper, einen äußeren als Hohlkörper ausgebildeten Wickelkörper und einen innerhalb des Hohlkörpers angeordneten inneren Wickelkörper, aufweist, wobei die Wicklungen, die auf dem äußeren Wickelkörper aufgebracht sind, einen Wicklungssinn aufweisen, der dem Wicklungssinn der auf den inneren Hohlkörper aufgebrachten Wicklungen entgegengesetzt ist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Durchmesser der beiden wendelförmigen Abschnitte im wesentlichen gleich sind, so daß sich die beiden Abschnitte an mindestens einem Punkt berühren, wobei ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Abschnitten an dem Berührungspunkt entsteht. Mit anderen Worten werden die beiden Schmelzleiterabschnitte mit Wicklungen entgegengesetzten Wickelsinns beispielsweise auf die Außenseite desselben Wickelkörpers aufgebracht, wobei die Wicklungen mit dem einen Wicklungssinns direkt auf bzw. direkt unter den Wicklungen mit dem anderen Wicklungssinn verlaufen. Diese Anordnung ist besonders kostengünstig herzustellen. Der elektrische Kontakt zwischen den beiden Wicklungen mit unterschiedlichem Wicklungssinn ist grundsätzlich nicht von Nachteil. Hier werden schaltungstechnisch lediglich zwei Spulen (bzw. Teilwicklungen) mit entgegengesetztem Wicklungssinn, die koaxial zueinander verlaufen, parallel geschaltet. Auch durch diese Maßnahme wird die Induktivität der Schmelzsicherung stark herabgesetzt. Infolge der Kreuzungspunkte beider Wicklungen ergibt sich jedoch ein geringerer mittlerer Windungsabstand, wodurch das Hochspannungsausschaltvermögen etwas vermindert wird. Auch dies wird weiter unten anhand eines Beispiels noch deutlicher werden.
Alternativ dazu kann auch eine Ausführungsform vorgesehen sein, bei der sowohl ein Außenwickelkörper als auch ein Innenwickelkörper vorhanden ist, wobei der eine wendelförmige Abschnitt an dem Außenwickelkörper angeordnet ist und der andere wendelförmige Abschnitt mit Wicklungen entgegengesetzten Wicklungssinns auf dem Innenwickelkörper angebracht ist. Beide Abschnitte sind in diesem Falle gegeneinander isoliert, so daß das Hochspannungsausschaltvermögen gegenüber der oben beschriebenen Ausführung verbessert ist.
Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, daß die beiden wendelförmigen Abschnitte einen unterschiedlichen Durchmesser besitzen, wobei der eine Abschnitt an der Außenseite eines als Hohlkörper ausgebildeten Wickelkörpers verläuft und der andere Abschnitt an der Innenseite des als Hohlkörper ausgebildeten Wickelkörpers verläuft.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß lediglich ein Wickelkörper für beide Wendelabschnitte benötigt wird, wobei dennoch sichergestellt ist, daß keine Berührung zwischen den unterschiedlichen Abschnitten erfolgt. Auch hier können selbstverständlich die beiden Wendelabschnitte parallel geschaltet werden.
Es versteht sich, daß der Schmelzleiter nicht unbedingt aus einem separaten Draht bestehen muß, so ist es für manche Anwendungsfälle von Vorteil, wenn der Schmelzleiter von einer auf einem Substrat aufgebrachten Leitungsbahn gebildet wird. Der Schmelzleiter kann auf dem Substrat einfach durch die bekannten Beschichtungsverfahren aufgebracht werden. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der der Wickelkörper selbst das Substrat für die Beschichtung darstellt, so daß der Schmelzleiter sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite des als Hohlkörper ausgebildeten Wickelkörpers angebracht werden kann.
Für besonders spezielle Anwendungsfälle, z. B. in Verbindung mit einem Kondensator, kann es von Vorteil sein, daß die Schmelzsicherung eine Möglichkeit zur Veränderung ihrer Induktivität aufweist. So ist es in manchen Fällen gewünscht, daß die Schmelzsicherung nicht nur eine möglichst geringe Eigeninduktivität annimmt, sondern es kann für manche Anwendungsfälle von Vorteil sein, wenn die Induktivität möglichst genau auf einen bestimmten Wert eingestellt werden kann. So kann es z.B. vorteilhaft sein, die Induktivität einer Schmelzsicherung, die zum Kurzschlußschutz eines Kondensators für eine Meß- oder Übertragungseinrichtung in Hochspannungsanlagen eingesetzt ist, so anzupassen, daß bei Strömen einer bestimmten Frequenz Serienresonanz eintritt. Hierdurch ergibt sich ein besonders gutes Übertragungsverhalten für Ströme mit der Resonanzfrequenz, während Ströme anderer Frequenzen stark gedämpft werden. So kann z. B. durch Anpassung der Sicherungsinduktivität an einen zu schützenden Kondensator eine Resonanzfrequenz von 1 MHz bis 100 MHz eingestellt werden. Dies erlaubt die Übertragung von hochfrequenten Signalen über den Kondensator, während netzfrequente Ströme von 50 oder 60 Hz gesperrt werden. Eine solche Anordnung eignet sich besonders zum Messen, Überwachen und Übertragen hochfrequenter Überlagerungen der 50 oder 60 Hz Betriebsspannung.
Die Anpassung der Sicherungsinduktivität kann z. B. durch die Zahl der Windungen der Teilwicklungen, durch verschiedene Durchmesser und/oder Längen der Teilwicklungen und/oder durch geschickte räumliche Anordnung der Teilwicklungen mit gegenläufigem Wickelsinn zueinander erfolgen.
Besonders vorteilhaft kann dies beispielsweise auch mit Hilfe eines Ferritkerns geschehen, der zumindest teilweise in den Wickelkörper hineinragt. Je nach Ausführungsform kann dann die Induktivität des Schmelzleiters dadurch verändert werden, daß beispielsweise der Ferritkern weiter in den als Hohlkörper ausgebildeten Wickelkörper hinein- bzw. herausgeschoben wird. Bei der Ausführungsform mit einem Innenwickelkörper und einem Außenwickelkörper kann alternativ dazu auch vorgesehen werden, daß der Außenwickelkörper und/oder der Innenwickelkörper zumindest teilweise über den Ferritkern geschoben werden können, so daß die Induktivität der Schmelzsicherung dadurch verändert werden kann.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es, die Schmelzsicherung in einem Hochspannungskreis einzusetzen. Unter Hochspannung wird eine Spannung über 1.000 V, vorzugsweise zwischen 10 kV und etwa 50 kV, verstanden. Dabei hat der Schmelzleiter vorzugsweise eine effektive Länge von mindestens 50cm. Unter der effektiven Länge wird die Länge verstanden, die der Schmelzleiter hätte, wenn man ihn abwickeln und ausgestreckt hinlegen würde. Mit anderen Worten versteht man unter der effektiven Länge die Strecke, die der Strom durch den Schmelzleiter zurücklegt.
Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, Schmelzsicherungen mit festen vorbestimmten Induktivitäten herzustellen. Dies erlaubt es, die Schmelzsicherung selbst als induktives Bauelement, vorzugsweise in Verbindung mit einem Kondensator, in einem Schaltkreis einzusetzen. Dadurch kann ein Bauelement eingespart werden, was neben Kosten auch Platz spart.
Eine mögliche Anwendung könnte beispielsweise die Verwendung der Schmelzsicherung zusammen mit einem kapazitiven Bauelement in einem Saugkreis sein. Damit ist es beispielsweise möglich, aus einer Hochspannungsstarkstromleitung bestimmte Frequenzen herauszufiltern ("zu saugen"), wobei alle anderen Frequenzen nicht gefiltert werden. Zu diesem Zweck könnte die erfindungsgemäße Schmelzsicherung mit ihrem eingangsseitigen Ende mit einer Starkstrom-Hochspannungsleitung verbunden sein, während das abgangsseitige Ende mit dem kapazitiven Bauelement verbunden ist, welches wiederum geerdet ist. Die Kombination aus induktiver Schmelzsicherung und kapazitivem Bauelement ermöglicht es, bestimmte Störfrequenzen aus dem Hochspannungskreis herauszunehmen. Da die Kombination aus Schmelzsicherung und kapazitivem Bauelement für alle anderen Frequenzen sperrt, ist gewährleistet, daß alle anderen Frequenzen durch das Saugkreiselement nicht gestört werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen sowie der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
Figur 1
eine Schnittzeichnung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 2
eine schematische Darstellung einer mäanderförmigen Wicklung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Figur 3
eine Schnittzeichnung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 4
eine Schnittzeichnung einer Schmelzsicherung gemäß einer vierten Ausführungsform und
Figur 5
eine Schnittzeichnung einer Schmelzsicherung gemäß einer fünften Ausführungsform.
In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung 1 gezeigt. Diese besteht aus einem Isolatorhohlkörper 3 mit zwei Anschlußkontakten 2, wobei der Isolatorhohlkörper 3 einen quarzsandgefüllten Hohlraum 4 aufweist. In dem Hohlraum 4 ist ein Wickelkörper 6 angeordnet, auf dessen Oberfläche der Schmelzleiter aufgebracht ist. Der Schmelzleiter verbindet den oberen Anschlußkontakt 2 mit dem unteren Anschlußkontakt 2. Deutlich zu erkennen ist, daß der Schmelzleiter 5 in etwa in der Mitte einen Wendepunkt 10 aufweist. An diesem Wendepunkt 10 ändert der Schmelzleiter seinen Wicklungssinn. Diese Wendewicklung ist eine einfache Möglichkeit, eine erfindungsgemäße Schmelzsicherung zu verwirklichen. Während der Herstellung muß beim Wickeln des Schmelzleiters auf den Wickelkörper 6 lediglich zwischenzeitlich die Wickelrichtung geändert werden. Es versteht sich, daß es auch möglich ist, die Wickelrichtung mehrmals zu ändern, so daß eine Mehrzahl von Wendepunkten 10 entsteht. Erfindungsgemäß ist dabei darauf zu achten, daß die Induktivität der Schmelzsicherung möglichst gering wird. Dies wird dadurch erreicht, daß in etwa die gleiche Anzahl von Wicklungen einen zu der anderen Hälfte von Wicklungen entgegengesetzten Drehsinn hat. Selbstverständlich ist es aber ebenfalls erfindungsgemäß auch möglich, das Verhältnis der Anzahl der Wicklungen mit einem Wicklungssinn zu der Anzahl der Wicklungen mit dem anderen Wicklungssinn nicht 1 : 1 zu wählen, um eine definierte Induktivität der Schmelzsicherung zu erzielen.
Eine zweite Ausführungsform der Wicklung ist in Figur 2 gezeigt. Hier ist der Wickelkörper 6 nicht rotationssymmetrisch, sondern besteht aus einem langen schmalen Quader, wie aus der Querschnittsansicht des Wickelkörpers unten in Figur 2 ersichtlich ist. Auf diesen Wickelkörper 6 ist der Schmelzleiter 5 mäanderförmig aufgebracht. Die Mäanderform kann als alternierende Folge von Halbwicklungen mit jeweils umgekehrtem Richtungssinn aufgefaßt werden. Beispielhaft ist eine Halbwicklung durch den Bereich 13 gekennzeichnet worden. Die Pfeile deuten jeweils die Wicklungsrichtung an. Die Teilwicklungen mit unterschiedlichem Wickelsinn sind an den Wendepunkten 10 miteinander verbunden.
In Figur 3 ist eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Hier verläuft der Schmelzleiter zunächst wendelförmig über die ganze Länge des Wickelkörpers mit gleichem Wicklungssinn. An einem Ende des Wickelkörpers (nicht gezeigt) befindet sich ein Wendepunkt, an dem sich der Wicklungssinn des Schmelzleiters ändert, so daß der Schmelzleiter mit entgegengesetztem Wicklungssinn dann erneut über die ganze Länge des Wickelkörpers wendelförmig verläuft. Dadurch ergeben sich zwangsläufig Berührungspunkte 9 zwischen Wicklungen mit dem einen Wicklungssinn und Wicklungen mit dem anderen Wicklungssinn. Zwar ist es möglich, den Schmelzleiter zu isolieren, so daß an den Berührpunkten 9 kein elektrischer Kontakt entsteht, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. In diesem Fall kann die Verbindung zwischen den Punkten 9 und 9" schaltungstechnisch als Parallelschaltung zweier Teilwicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn aufgefaßt werden. Wird die Schmelzsicherung ausgelöst, so wird der Schmelzleiter an einem der Berührpunkte 9, 9', 9" aufgetrennt, da hier die größte Wärmeentwicklung stattfindet. Daher ist bei der Anordnung der Wicklungen darauf zu achten, daß die Berührpunkte 9 und 9', die auf derselben Seite des Wickelkörpers angeordnet sind, einen genügend großen Abstand aufweisen, damit das beispielsweise im Berührpunkt 9 aufgetrennte freie Ende nicht mit dem noch intakten Berührpunkt 9' in Berührung kommen kann und somit die bereits ausgelöste Sicherung wieder leitfähig machen kann.
An diesem Beispiel wird deutlich, daß der Schmelzleiter 5 nicht unbedingt aus einem gewickelten Draht bestehen muß. Es ist z.B. auch möglich, daß der Draht auf den Wickelkörper mit Hilfe eines der bekannten Beschichtungsverfahren aufgebracht wird. In diesem Fall besteht der Wickelkörper aus einem Substrat. Eine andere Möglichkeit besteht darin, auf dem Wickelkörper eine Metallfolie anzuordnen, die rautenförmige Ausstanzungen aufweist, wie beispielhaft durch die mit der Bezugszahl 14 versehene Raute angedeutet wurde.
In Figur 4 ist eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu sehen. Hier befinden sich die Wicklungen sowohl außerhalb als auch innerhalb eines Wickelkörpers 6. Die innerhalb des Wikkelkörpers 6 geführten Wicklungen sind in Figur 4 mit durchgezogener Linie dargestellt, während die Wicklungen außerhalb des Wickelkörpers 6 mit unterbrochenen Linien dargestellt sind. Dabei haben die Wicklungen, die sich außerhalb des Wickelkörpers 6 befinden, einen zu den Wicklungen, die sich innerhalb des Wickelkörpers 6 befinden, entgegengesetzten Wicklungssinn. Dies wird durch die Zeichen ⊕ und ⊙ verdeutlicht. Dabei steht ⊕ für eine in die Papierebene hinein führende Richtung und ⊙ für eine aus der Papierebene heraus führende Richtung.
Auch hier ist es beispielsweise möglich, den Schmelzleiter 5 durch geeignete Beschichtungsverfahren direkt auf den als Substrat ausgebildeten Wickelkörper 6 aufzubringen, so daß sich entlang der Außen- und der Innenfläche des als Hohlkörper ausgebildeten Wickelkörpers 6 Leiterbahnen bilden, die sich in ihrem Wicklungssinn unterscheiden.
Schließlich ist in Figur 5 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Innerhalb des Isolierhohlkörpers 3 befinden sich sowohl ein innerer Wickelkörper 7 als auch ein äußerer Wikkelkörper 8. Die Wicklungen auf dem äußeren Wickelkörper 8 haben einen zu den Wicklungen auf dem inneren Wickelkörper 7 entgegengesetzten Wicklungssinn. Mit anderen Worten ist auf dem äußeren Wickelkörper 8 eine wendelförmige Wicklung mit einem festen Durchmesser und einer Orientierung angebracht, während auf dem inneren Wickelkörper 7 eine wendelförmige Wicklung mit kleinerem Durchmesser und entgegengesetztem Wicklungssinn angeordnet ist. Zusätzlich ist hier ein Ferritkern 11 zu erkennen. In der hier gezeigten Ausführungsform kann der innere Wickelkörper 7 entlang der Längsachse 12 bewegt werden, so daß er hülsenartig über den Ferritkern 11 geschoben werden kann. Durch das teilweise Eintauchen des Ferritkerns in den inneren Wickelkörper 7 findet eine teilweise Verstärkung des vorher reduzierten induktiven Effekts der Wicklungen statt. Durch diese Maßnahme kann die Induktivität der Schmelzsicherung 1 auf niedrigem Niveau leicht eingestellt werden. Dies eröffnet den erfindungsgemäßen Schmelzsicherungen ein weites Anwendungsgebiet, da es hierdurch erstmals möglich ist, die erfindungsgemäßen Schmelzsicherungen auch als induktives Bauteil einzusetzen.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es auf einfache kostengünstige Weise möglich, auch Hochspannungskreise mit Hilfe von Schmelzsicherungen gegenüber zu hoher Last abzusichern.
Bezugszeichenliste
1
Schmelzsicherung
2
Anschlußkontakte
3
Isolatorhohlkörper
4
quarzsandgefüllter Hohlraum
5
Verbindungsleiter, Schmelzleiter
6
Wickelkörper
7
innerer Wickelkörper
8
äußerer Wickelkörper
9, 9', 9"
Berührungspunkt
10
Wendepunkt
11
Ferritkern
12
Längsachse
13
Halbwicklung
14
Ausstanzung

Claims (16)

  1. Schmelzsicherung (1) mit zwei Anschlußkontakten (2) und einem mindestens zwei Teilwicklungen aufweisenden Verbindungsleiter (5), der die beiden Anschlußkontakte (2) verbindet und mindestens teilweise als Schmelzleiter (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Teilwicklungen derart angeordnet sind, daß die Magnetfelder, die von den beiden Teilwicklungen bei einem sich ändernden Stromfluß durch die Schmelzsicherung induziert werden, sich zumindest teilweise auslöschen.
  2. Schmelzsicherung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Teilwicklung einen Wicklungssinn aufweist, der zu mindestens einer anderen Teilwicklung im wesentlichen entgegengesetzt ist.
  3. Schmelzsicherung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Verbindungsleiters (5) im wesentlichen wendelförmig angeordnet ist, wobei sich der Wicklungssinn der wendelförmigen Anordnung mindestens einmal umkehrt.
  4. Schmelzsicherung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsleiter (5) zumindest teilweise auf einen Wickelkörper (6, 7, 8) aufgebracht ist.
  5. Schmelzsicherung (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Schmelzleiters (5) im wesentlichen mäanderförmig angeordnet ist.
  6. Schmelzsicherung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsleiter (5) in einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt im wesentlichen wendelförmig angeordnet ist, wobei die Wicklungen der beiden Abschnitte einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen und die beiden Abschnitte im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind.
  7. Schmelzsicherung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der beiden wendelförmigen Abschnitte im wesentlichen gleich sind, so daß sich die beiden Abschnitte an mindestens einem Punkt (9, 9', 9") berühren, wobei ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Abschnitten an dem Berührungspunkt (9, 9', 9") entsteht.
  8. Schmelzsicherung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden wendelförmigen Abschnitte einen unterschiedlichen Durchmesser haben, wobei der eine Abschnitt an der Außenseite eines als Hohlkörper ausgebildeten Wickelkörpers (6) verläuft und der andere Abschnitt an der Innenseite des Als Hohlkörper ausgebildeten Wickelkörper s (6) verläuft.
  9. Schmelzsicherung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden wendelförmigen Abschnitte einen unterschiedlichen Durchmesser besitzen, wobei der eine Abschnitt auf der Außenseite eines inneren Wickelkörpers (7) verläuft und der andere Abschnitt an der Außenseite eines äußeren Wickelkörpers (8) verläuft.
  10. Schmelzsicherung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Schmelzleiters (5) von einer Leitungsbahn auf einem Substrat gebildet ist.
  11. Schmelzsicherung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Veränderung der Induktivität der Schmelzsicherung (1) vorgesehen ist.
  12. Schmelzsicherung (1) nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ferritkern (11) vorgesehen ist, über den der innere Wickelkörper (7) und/oder der äußere Wickelkörper (8) zumindest teilweise, den Ferritkern (11) umgebend, geschoben werden, so daß die Induktivität der Schmelzsicherung (1) verändert werden kann.
  13. Schmelzsicherung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (5) eine effektive Länge von mindestens 30 cm, vorzugsweise zwischen 0,5 m und 2 m, aufweist.
  14. Verwendung einer Schmelzsicherung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem Hochspannungskreis, wobei die Spannung vorzugsweise über 1.000 V, besonders bevorzugt zwischen 6 kV und etwa 50 kV, beträgt.
  15. Verwendung einer Schmelzsicherung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als induktives Bauelement.
  16. Verwendung einer Schmelzsicherung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherung zusammen mit einem kapazitiven Bauelement einen Saugkreis bildet.
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