NL8300581A - Samenstel voor een stroombegrenzende hoogspannings-smeltveiligheid. - Google Patents

Description

N.0. 31555 1

Samenstel voor een strocrribegrenzende bcxDgspannings-smeltveiligheid.

De uitvinding heeft betrekking op een samenstel voor een strocntoe-grenzende hoogspannings-smeltveiligheid, omvattende een uit kwartsglas 5 bestaand bij voorkeur buisvormig dragerlichaam en smeltgeleiders, die over hun gehele lengte aan het dragerlichaam zijn gehecht.

Een dergelijk samenstel is bekend uit de Nederlandse/ ter inzage gelegde octrooiaanvrage 7802199. Smeltveiligheden die met een of meer van de bovengenoemde samenstellen zijn vervaardigd/ bieden een aantal 10 voordelen, zoals eenvoudige en kcnpakte konstruktie, in het bijzonder bij toepassing van koncentrische buizen, het minder kwetsbaar zijn van de smeltgeleiders door hun ondersteuning door het dragerlichaam en een betere boogblussing als gevolg van de kleinere ruimte. Verder heeft kwartsglas het voordeel dat ook bij hoge temperaturen de isolatieweer-15 stand nauwelijks afneeirt, terwijl het een lage uitzettingskoèfficient bezit.

Met een dergelijk samenstel vervaardigde smeltveiligheden zijn echter niet geschikt cm te worden toegepast als strocrribegrenzende smelt-veiligheid in hoogspanningsnetten, in het bijzonder vanwege hun onvermo-20 gei lage overbelastingsstrcmen effektief te onderbreken. Onder lage overbelas tings stromen worden stromen verstaan die ongeveer tussen het tweevoudige en tienvoudige van de nominale stroom liggen. Vfenneer een lage overbelastingsstrocm niet effektief wordt onderbreken, dat wil zeggen wanneer de lage overbelastingsstrocm te lang door de smeltveilicflieid 25 kan blijven lopen, kan de vrijkomende boogenergie zodanig groot worden, dat de smeltveiligheid uiteindelijk explodeert.

De uitvinding beoogt thans een samenstel van de in de aarihef genoemde soort te verschaffen, waarin alle voerdelen behouden blijven, maar waardoor ook zonder de genoemde nadelen lage overbelastingsstrcmen 30 kunnen worden onderbreken.

Tevens stelt de uitvinding zich tot doel overbelastingsstrcmen in het gebied tussen de minimum smeltstrocm en genoemde lage overbelas-tingsstremen, effektief te kunnen onderbreken.

Dit doel wordt bereikt door althans een samenstel van de in de aan-35 hef genoemde soort, dat het kenmerk heeft, dat a) de smeltgeleiders een breedte bezitten van minimum 0,5 rrm en maxinon 1 nm? b) de dikte van de smeltgeleiders maximum 50 _jn bedraagt? c) de smeltgeleiders in parallelle banen zijn aangebracht en de afstand 40 tussen de banen tenminste twee keer zo groot is als de breedte van de 8300 58 1 5,¾ 2 smeltgeleidersy d) de smeltgeleiders in lengterichting zijn voorzien van qp regelmatige afstanden van elkaar aangébrachte vernauwingen.

Bij het samenstel volgens de uitvinding is de breedte, de dikte en 5 de onderlinge afstand van op meerdere plaatsen vernauwde smeltgeleiders zodanig gekozen, dat ook voor een lage overbelastingsstroon en een over-belastingsstrocm uit het daaronder liggende gebied, deze als gevolg van de op zichzelf bekende kartnutatiewerking voor elke smeltgeleider het effékt teweeg brengt van een kortsluitstroom.

10 Onder de kaïmutatiewerking wordt verstaan, dat zodra een van de smeltgeleiders doorsmelt, de strocm door de andere smeltgeleiders wordt overgencmen, hierin dus stijgt en aanleiding geeft tot het doorsmelten van een verdere smeltgeleider. Aldus kaïmuteert de strocm meerdere malen, tot in de laatste nog niet onderbroken smeltgeleider, die dan als 15 gevolg van de nu aanzienlijke strocm op meerdere plaatsen tegelijkertijd doorsmelt, waardoor meerdere boogjes in serie ontstaan en een snelle boogspanningsopbouw plaats vindt zodat de strocm wordt onderbroken. Hierna zal een van de voorgaande, op een plaats doorgesmolten smeltgeleiders herontstëken. Deze herontstoken smeltgeleider neemt dan de 20 strocmvoering over en zal op de zelfde wijze de strocm onderbreken. Dit karmutatieproces zal aldus verder voortgaan tot tenslotte alle smeltgeleiders zodanig zijn onderbroken en zodanig spanningsvast zijn geworden, dat er geen overslag meer kan optreden.

Bij het optreden van een hoge kortsluitstroom zullen vanzelf spre-25 kend alle smeltgeleiders gelijktijdig op de normale wijze doorsmelten.

Het basis-idee on lagere overbelastingsstrcmen te onderbreken door toepassing van meerdere parallelle smeltgeleiders is op zichzelf bekend uit het artikel "Straribegrenzende Etochspannungs-Hochleistungssicherungen mit sicherer Ausschaltung im Bereitih kleiner Uéberstrème" van R. Seysen, 30 verschenen in Conti Eléktro-Berichte, van januari/juni 1968. De in dit artikel gepubliceerde kennis wordt echter slechts gedeeltelijk toegepast, ondanks het nog steeds bestaan van het probleem, van het onderbreken van met name lage overbelastingsstrcmen. In het genoende artikel wordt voorgesteld het aantal smeltgeleiders tot zes te beperken, wat 35 voornamelijk wordt bepaald door de beschikbare ruimte binnen de patroon, de ncminaalstrocm en de produktietechnische mogelijkheden.

Een van de belangrijkste oorzaken waarom het op zichzelf bekende basis-idee, dat in essentie juist is, toch niet tot een adequate oplossing heeft geleid, is terug te voeren tot de wijze van ondersteunen van 40 meerdere parallelle smeltgeleiders. Dit geschiedde tot nu toe los in 8300581 * korrelvormig vulmateriaal, zie de Nederlandse octrooiaanvrage 8006084, of met behulp van stervormige dragers van isolerend materiaal. Dit heeft een aantal nadelen. In de smeltgeleiders treden voortdurend mechanische spanningen op door verschillen in uitzettingskoèfficient bij tempera-5 tuursveranderingen, waardoor de sterkte achteruit gaat. Deze sterkte, ook bepaald door het geheel of gedeeltelijk zelfdragend zijn van de afzonderlijke smeltgeleiders, heeft gevolgen voor de minimum doorsnede die een bepaalde minimum grens niet mag overschrijden en dit bepaalt weer de laagste te onderbreken overbelastingsstrocm. Pas de toepassing van een 10 dragerlichaam dat de smeltgeleiders over hun gehele lengte ondersteunt laat veel kleinere doorsneden van de smeltgeleiders ei een veel groter aantal smeltgeleiders toe, waardoor het trajekt van te onderbreken stromen aanzienlijk naar beneden wordt verbreed.

In het bijzonder een dragerlichaam van kwartsglas is voor de toe-15 passing in het samenstel volgens de onderhavige uitvinding van bijzonder voordeel gebleken. Op zichzelf zijn deze voordelen bekend uit de eerder genoemde Nederlandse octrooiaanvrage 7802199. Echter wordt hierin slechts een klein aantal parallelle smeltgeleiders toegepast, waarmee geen lage overbelastingsstrcmen kunnen worden onderbroken.

20 Het zover mogelijk qpdelen in parallelle smeltgeleiders volgens de onderhavige uitvinding, mogelijk door toepassing van een dragerlichaam, betékent verder, dat de boogenergie bij het doorsmelten beter over het totaal van de smeltgeleider en dus ook over het koelend medium, i.c. zand wordt verdeeld, waardoor de lengte van de smeltband bij gelijkblij-25 vende spanning kleiner kan worden. Dit betékent bij toepassing van zilver een aanzienlijke materiaalbesparing en dus ook kostenbesparing. Bij toepassing van het samenstel volgens de uitvinding in een smeltveilig-heid voor een spanning van 12 kV bedraagt de smeltbandlengte tussen 500 en 600 nm. De tot dusver toegepaste lengten lagen tussen 600 en 700 mn. 30 Bij voorkeur bedraagt het aantal parallelle smeltgeleiders in een samenstel volgens de uitvinding tenminste veertien. De onderlinge afstand van de smeltgeleiders, bepaald door hun breedte en hun aantal, kan zonder een nadelige beïnvloeding van het onderbrékingseffékt zo ver worden verkleind, tot de bij doorsmelten van de smeltgeleiders ontstane 35 smeltrupsen elkaar net raken. De smeltrupsen mogen niet aan elkaar groeien cndat dit de warmte-afvoer belemmert wat een ongunstige uitwerking heeft op het onderbrékingsvermogen van de smeltveiligheid. De afmetingen van de smeltrupsen worden natuurlijk ook bepaald door de dikte van de betreffende smeltgeleider, zodat ook hiervan de minimum afstand 40 tussen de smeltgeleiders afhankelijk is.

8300581 . » 4 * t

De breedte van de vernauwingen in de smeltgeleiders verhoudt zich bij voorkeur tot de breedte van de smeltgeleiders zelf als Is2,5. De vernauwingen van twee aangrenzende smeltgeleiders moeten bij voorkeur niet tegenover elkaar zijn gelegen. De meest gunstige werking treedt qp 5 als de vernauwingen in aan elkaar grenzende smeltgeleiders zich qp een maximum onderlinge afstand bevinden.

In beide uiteinden van een samenstel worden de smeltgeleiders bij voorkeur met elkaar verbonden door een eveneens aan het drager lichaam gehechte en zich over een deel van of over de gehele ontrek van het 10 drager lichaam uitstrékkende, elektrisch geleidende manchet. Dit verdient de voorkeur boven het afzonderlijk solderen van de smeltgeleiders of het gébruik van kleumen. Tevens wordt de prodüktie van een samenstel aanzienlijk vereenvoudigd en worden de nadelen van soldeerverbindingen, waaronder veroudering vermeden.

15 Voor het aanbrengen van de smeltgeleiders en de manchetten cp het dragerlichaam wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een zeefdruktech-niék. Dit biedt de mogelijkheid cm binnen zeer nauwe toleranties een van te voren bepaald patroon exact cp een dragerlichaam aan te brengen. Men heeft aldus géheel in de hand hoe smal men de smeltgeleiders wil maken, 20 welke vorm, plaats en afmeting men eventuele vernauwingen in de smeltgeleiders wil geven en hoe dicht men de smeltgeleiders naast elkaar wil plaatsen. Bovendien is dit proces zeer goed reproduceerbaar. Vervolgens kan men met béhulp van een galvanisch proces deze aangébrachte elektrisch geleidende banen voor een bepaalde ncminaalstroom geschikt maken 25 door de laag qp te dikken.

Door voortdurend de eléktrische weerstand van die banen te meten beheerst men ook volledig de gewenste dikte van de smeltgeleiders. Slechts op deze wijze is het mogelijk geworden het voor een gegeven situatie theoretisch bepaalde optimum nauwkeurig op een dragerlichaam 30 aan te brengen. Vooral bij het gébruik van een dragerbuis is de zeef-druktechniék uitermate gunstig gebleken. De smeltgeleiders hechten zeer goed aan het oppervlak van de draagbuis en bij het gébruik van kwarts-glas leiden de verschillen in uitzetting niet tot te hoge mechanische spanningen.

35 Bij smeltveiligheden met een samenstel volgens de uitvinding heeft men dan ook geen last van mechanische veroudering.

Verder is het kwartsglasdragermateriaal zeer goed boogbestendig.

De toepassing van de zeefdruktechniék bij smeltveiligheden is qp zichzelf békend, zie bijvoorbeeld het Britse octrooischrift 1.184.056. 40 Deze toepassing heeft echter betrekking qp zwakstroom en/of laagspan- 8300581 * 5 ningstoestanden. De dikte en het gedrukte patroon speelt hierbij geel rol. Tot nu toe heeft men deze zeefdruktechniëk bij hoogspanning nooit toegepast.

De tekening toont een aanzicht in perspektief van een samenstel 5 volgens de uitvinding.

Dit samenstel bestaat uit een buisvormig kwartsglasdragerlichaam 1. Cp het buitenoppervlak van dit dragerlichaam 1 zijn met behulp van een zeefdrukproces smeltgeleiders 2 en in beide uiteinden de manchetten 3 aangébracht. Na het zeefdrukken van het uit de smeltgeleiders 2 en de 10 manchetten 3 bestaande patroon worden met behulp van een galvanisch proces de geleidende lagen tot de gewenste doorsnede verdikt.

Een dergelijk samenstel kan dan worden ingébouwd in een smeltvei-ligheid met een huis en in de beide uiteinden aangebrachte eindkapkon-strukties. Deze zijn niet weergegeven.

15 Met het verwijzingscijfer 4 zijn de vernauwingen in de smeltgelei ders aangegeven. Het hier weergegeven aantal moet slechts als voorbeeld worden beschouwd. De breedte van de vernauwing tot de totale breedte van de smeltgeleider bedraagt bij voorkeur 1:2,5. Bij deze verhouding treedt een ideale onderbreking op, waarbij alle vernauwingen bij kortsluiting 20 gelijktijdig doorsmelten, terwijl voor lage overbelastingsstrcmen het kcmnutatie-effékt uitermate gunstig verloopt. De figuur toont ook de meest gunstige ligging van de vernauwingen in de verschillende smeltgeleiders en wel zodanig dat in aangrenzende smeltgeleiders de afstanden tussen de vernauwingen maximum zijn. Hierdoor wordt een zo gunstig moge-25 lijke warmte-afvoer verkregen.

Het aantal parallelle smeltgeleiders 2 kan ook groter zijn dan weergegeven. Bij een groter aantal kan de lengte worden gereduceerd, vat materiaalbesparing oplevert.

In plaats van een buisvormig dragerlichaam kunnen onder bepaalde 30 omstandigheden een of meer parallelle platte dragerlichamen gunstiger zijn. -

Vanzelfsprekend kunnen ook meerdere weergegeven samenstellen ko-axiaal in een smeltgeleider worden opgenomen, zoals beschreven wordt in de bovengenoemde Nederlandse octrooiaanvrage 7802199.

8300581

Claims (7)

1. Samenstel voor een strocdbegrenzende hoogspannings-smeltveilig-heid, onvattende een uit kwartsglas bestaand, bij voorkeur buisvormig dragerlichaam en smeltgeleiders, die over hun gehele lengte aan het 5 dragerlichaam zijn gehecht, met het kenmerk, dat a) de smeltgeleiders een breedte bezitten van minimum 0,5 mm en maximum 1 mm? b) de dikte van de smeltgeleiders maximum 50 _m bedraagt? c) de smeltgeleiders in parallelle banen zijn aangébracht en de afstand 10 tussen de banen tenminste twee keer zo groot is als de breedte van de smeltgeleiders ? d) de smeltgeleiders in lengterichting zijn voorzien van op regelmatige afstanden van elkaar aangebrachte vernauwingen.

2. Samenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de breedte 15 van de vernauwingen in de smeltgeleiders zich tot de breedte van de smeltgeleiders verhoudt als 1:2,5 en dat vernauwingen van twee aangrenzende smeltgeleiders niet tegenover elkaar zijn gelegen.

3. Samenstel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het aantal parallelle smeltgeleiders tenminste 14 bedraagt.

4. Samenstel volgens een van de voorgaande conclusies, met het ken merk, dat de smeltgeleiders zodanig ten opzichte van elkaar zijn geplaatst, dat de vernauwingen in de smeltgeleiders zich steeds cp een maximum afstand van elkaar bevinden.

5. Samenstel volgens een van de voorgaande conclusies, met het ken-25 merk, dat de smeltgeleiders aan beide uiteinden met elkaar zijn verbonden door een aan het dragerlichaam gehechte en zich over een deel van de ontrek van dat dragerlichaam uitstrékkende geleidende manchet.

6. Samenstel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het patroon van smeltgeleiders en de manchetten door middel 30 van zeefdrukken op het dragerlichaam zijn aangébracht en door een galvanisch proces op de gewenste dikte zijn gébracht.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een samenstel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het totale patroon van smeltgeleiders en manchetten met béhulp van zeefdrukken cp het dra- 35 gerlichaam wordt aangébracht en vervolgens door een galvanisch proces op de gewenste dikte wordt gébracht. ***** 8300581 Verbetering van errata in de beschrijving, behorende bij de Octrooiaanvrage No 8300581 voorgesteld door aanvraagster, onder datum 30.3.1983 .... , ^ V ·ν blz. 1 regel 38 " m” wijzigen in "ym" j 1% y ~ blz. 6 regel 8 "_m" wijzigen in "ym". j 30 [·'rj 8300581 30.3.1983