NO129486B - - Google Patents

Description

Elektrisk motstand..

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedret elektrisk motstand. Nærmere bestemt gjelder den elektriske motstander for hoy effekt og som omfatter et motstandselement innleiret i et legeme av isolerende material, og som kan anvendes sammen med eller bygges inn i effektbrytere eller andre elektriske innretninger.

Visse elektriske innretninger, bl.a. elektriske effektbrytere, anvender hoyeffektsmotstander som utforer en bestemt elektrisk funksjon og derved utsettes for en rask og intens oppyarmning når strom flyter gjennom vedkommende motstand. Effektbrytere med slukningsfluid (f.eks. luft) anvender f.eks. sådanne motstander i kretser, med adskillbare elektriske kontakter, for å oppnå ; spenningsgradering, dempning eller andre formål. I sådanne brytere er f.eks. hvert par av adskillbare kontakter innesluttet i et gasstett,. isolerende hylster, som vanligvis er utfort i keramikk, mens den tilordnede motstand er montert nær hylsteret som en separat komponent. Tidligere kjente motstander av denne type utfores typisk i f orm ..av. en kompakt tråd eller strimmel som er viklet i spiral på et kompakt eller-hult sylindrisk keramikk-legeme, eller en stabel av blokker av motstandsmaterial, som f.eks. karbon, anordnet i et rorformet isolert hylster. Skjont sådanne tidligere kjente motstander vanligvis er! tilfredsstillende for sitt formål, er de likevel tilleggskomponenter som er store, opptar stor plass og er dyre og således er i behov av forbedring.

Det vil derfor være fordelaktig i effektbrytere og visse andre apparater å innfore den nodvendige motstand i form av en innebygd eller spesielt utformet innretning som utnytter de eksisterende strukturelle trekk ved vedkommende apparat. Videre villa det være fordelaktig å fremstille en sådan motstand i form av et motstandselement som faktisk er innleiret (enten helt eller delvis) i et legeme av elektrisk isolerende material. Tidligere forsok på å nedsette eller innkapsle motstandselementer i elektrisk isolerende material har imidlertid ikke vært særskilt vellykket. Termisk utvidelse av konvensjonelle motstandselementer har f.eks. en tendens til å bevirke brudd i elementet, adskillelse av dette fra det tilordnete isolerende legemo eller sprekkdannelse i nevnte legeme.

Sådanne sprekkdannelser kan naturligvis motvirkes ved hensiktsmessig forsterkning av det isolerende legeme, slik det f.eks.

er angitt i US- patentskrift nr. 3.285.825, men dette- vil virke fordyrende og på ingen måte bidra til å forhindre brudd i eller forskyvning av motstandselementet.

Det er således et formål for= foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en forbedret elektrisk motstand, . særskilt i det tilfelle et motstandselement må kunne tilpasses, fra et termisk ekspansjons-og kontraksjonsstandpunkt, med et legeme av isolerende material som understøtter eller utgjor montasjefundament for motstandselementet, idet jievnte ulemper ved kjente motstands innretninger overvinnes på tilfredsstillende og praktisk måte.

Andre formål for oppfinnelsen er å fremskaffe en forbedret elektrisk motstand, hvori:

(a) elektriske komponenter i en krets med et motstandselement

er anordnet i et legeme av isolerende material, f.eks. ved direkte innleiring når det gjelder faststoffkomponenter, eller ved å innesluttes i et hulrom i nevnte legeme av isolerende material,"

(b) motstandselementer av båndtype er helt eller delvis

anordnet i et kompakt eller hult isolasjonslegeme'

(c) vedkommende motstand er vel egnet for anvendelse i elektriske apparater som elektriske effektbrytere, spesielt med et fluidum, f .eks. luft, som utslukningsmiddel," (d) et motstandselement er fysisk montert på eller utfort i et stykke med et isolasjonslegeme som tjener andre funksjoner i apparatet ved siden av å understotte motstandselementer," (e) et motstandselement er helt eller delvis innleiret i et rorformet isolerende hylster for en effektbryter med fluid-utslukning, idet nevnte hylster omslutter adskillbare elektriske kontakter," (f) hovedsaklig flate motstandselementer er innleiret i isolerende legemer for å frembringe motstandsmoduler, således at nevnte moduler kan anvendes som separate motstander eller stablet sammen for å danne storre motstander.

Disse formål oppnås ved hjelp av en elektrisk motstand som omfatter et motstandselement, og hvis særtrekk i henhold til oppfinnelsen består i at motstandsmaterialet i nevnte element utgjores av en i og for seg.kjent, enhetlig struktur av porost metall, metallfibre.eller syampmetall og med innvendige hulrom, som er frie for isolerende.material.

Motstandsmaterialet med nevnte innvendige hulrom utgjores fortrinnsvis av porost metall, fibermetall, skummetall eller andre lignende metallformer, mens vedkommende legeme fortrinnsvis er utfort av et temmelig stivt elektrisk isolerende material som ikke utvides, sammenpresses eller forbrennes, slik som f.eks. keramikk, PYROCERAM, RE-EX e.l. Oppvarming av et sådant motstandselement ved elektrisk strømgjennomgang resulterer ikke i en forandring av de ytre dimensjoner av sådanne deler av motstandselementet som er festet, fastlåst eller plassert under trykk av det isolerende material, fordi vedkommende motstandsmaterial undergår en ekspansjon innover i materialets tomrom.

Denne ekspansjon innover resulterer i redusert fysisk og mekanisk påkjenning på det omgivende legeme av isolerende material.

Motstandselementet kan anta en hvilken som helst form, som f.eks.

en langstrakt leder, et bånd eller et flatt stykke, og kan anordnes i vedkommende isolasjonslegeme på en hvilken som helst måte, som f.eks. i form av en tråd som passerer rett gjennom legemet, eller en tråd som er spiralviklet innvendig i dette,

idet vedkommende spiral kan være helisk, sylindrisk eller utgjore et innsatt flatt stykke. Det legemet av isolerende material som er tilordnet vedkommende motstandselement, kan være et kompakt stykke hvori elektriske komponenter, som f.eks. faststoffkomponenter eller elektrostatiske innretninger i samme krets som motstandselementet, kan være fast innlagt. Eller legemet kan også være et hult stykke hvori komponenter, som f.eks. bevegelige bryterkontakter, kan være innkapslet....

En motstand i henhold til foreliggende.oppfinnelse kan være

utfort i form av en uavhengig enhet eller en enhet som er utformet i et stykke med isolerende legeme som også tjener andre funksjoner i elektriske apparater. Videre kan oppfinnelsens motstand foreligge i form av modulenheter, som kan anvendes enkeltvis som motstander, eller kombineres til oppbygning av motstander av hoyere verdi.

Det er foretrekke i visse anvendelser at motstandselementet

og isolasjonslegemet har tilnærmet innbyrdes tilpassede termiske ekspansjonsegenskaper. Det er også å foretrekke for visse anvendelser at de motstandsmaterialer hvorav motstandselementet er utfort, har hoyest mulig motstand, for således å oppnå best mulig plass- og materialutnyttelse, forbedrede termiske egenskaper eller redusert induktiv virkning.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av flere foretrukkede utforelseseksempler under henvisning til vedfoyde skjematiske tegninger, hvori: Fig. 1 viser et snitt gjennom en utforelse i henhold til oppfinnelsen, og som omfatter et porost motstandselement helt innlagt i veggen av et hult isolasjonslegeme, som f.eks. et hylster for en elektrisk effektbryter, som omfatter adskillbare bryterkontakter inne i isolasjonslegemet; Fig. 2 viser et tverrsnitt langs linjen II-II i fig. 1," Fig. 3 viser et snitt gjennom en annen utforelse i henhold til oppfinnelsen, og som omfatter et motstandselement parallellkoblet med en annen elektrisk komponent som også er fullstendig innleiret i et kompakt isolerende legeme," Fig. 4 viser et snitt langs linjen IV-IV i fig. 3," Fig. 5 viser et snitt gjennom en del av en utforelse i henhold til oppfinnelsen, og som kan anvendes i forbindelse med de utforelser som er vist i fig. 1 og 3, idet det er vist et motstandselement delvis innleiret i et isolerende legeme," Fig. 6 viser et snitt gjennom en ytterligere utforelse i henhold til oppfinnelsen, og som omfatter flere modulenheter som er stablet sammen, idet hver modulenhet omfatter et isolasjonslegeme hvori et motstandselement er innleiret," og Fig. 7 viser et tverrsnitt langs linjen VII-VII i fig. 6, for fremvisning av motstandselementets utformning.

I fig. 1 og 2 på tegningen angir henvisningstallet 10 en del

av et elektrisk apparat, som f.eks. en elektrisk effektbryter med slukningsmiddel (gass eller luft), og hvori foreliggende oppfinnelse med fordel kan finne anvendelse.

Delen 10 som faktisk i kombinasjon utgjor både motstand og kontakthylster, omfatter et hylster 12 hvori det er anordnet elektriske innretninger, vist som par av adskilte stasjonære brytekontakter 14 og 16, som kan sammenkobles ved hjelp av en bevegelig brokontakt 18.

I henhold til oppfinnelsen er et motstandselement 20 innlagt i hylsteret 12 således at den er parallellkoblet med kontaktene 14 og 16. Når under drift kontaktene 14 og 16 er sammenkoblet ved hjelp av brokontakten 18 således at strommen flyter gjennom denne, vil adskillelse av kontaktene 14 og 18 ved forskyvning av den sistnevnte til hoyre, bevirke at hele strommen flyter gjennom motstandselementet 20 for oppnåelse av en onsket elektrisk virkning, således at motstandselementet 20 derved oppvarmes. I en typisk effektbryterinstallasjon kan motstandselementet 20 oppnåo temperaturer av storrelsesorden 400 til 500°C, idet temperaturokningen til dette temperaturnivå fra omgivelses-temperaturen skjer på omkring 40 msek.

Hylsteret 12 utgjores av et legeme av temmelig uelastisk, uforbrennbart, elektrisk isolerende material, som f.eks.

keramikk, glass eller PYROCERAM, og antar formen av en hul sylinder med åpne ender og utstyrt med utvendige ribber og spor 24. Hylsteret 12 beskytter, understotter og isolerer kontaktene 14, 16 og 18 samt omslutter den isolerende og lysbueslukkende gass som også bevirker kontaktbevegeIsene. De stasjonære kontakter 14 og 16 er hule, sylindriske elektrisk ledende deler med endeflenser 26 og 28, som stenger hver sin ende av hylsteret 12. Kontakten 16 er videre utstyrt med en sylinder 3.0 som samarbeider med en stempellignende ende 32 av brokontakten 18.

Kontakten 18 er anordnet for bevegelse frem og tilbake mot hoyre eller venstre under påvirkning av trykkforandringer til henholdsvis sluttet og åpen kontaktsti11ing, men de nærmere detaljer av kontaktkonstruksjonen og bryterens virkning utgjor ingen del av foreliggende oppfinnelse. Motstandselementet 20 foreligger i form av en langstrakt leder eller strimmel som er oppviklet i spiral og fullstendig innleiret i veggen for hylsteret 12, f.eks. ved innstopning, idet det er elektrisk forbundet ved sine ytterender med kontaktene 14 og 16 ved hjelp av passende forbindelser, henholdsvis 34 og 36. Motstandselementet 20 er, som vist i fig. 2, utfort med buktninger for å oke dets effektive lengde uten at det opptar utilborlig stor plass.

I henhold til oppfinnelsen omfatter motstandselementet 20 et motstandsmaterial med mange indre tomrom, slik som f.eks. porost metall, fibermetall eller skummetall. Metallutfdreiser av denne type er kommersielt tilgjengelig fra mange kilder. Et eksempel på sådant kommersielt tilgjengelig fibermetall er kjent som FELTMETAL og omfatter fibre av rustfritt stål med forskjellig innhold pr. volumenhet, hvilket vil si 20, 45 eller 62 volumprosent.

Normalt vil oppvarming av et motstandselement tilvirket av kompakt metall eller annet motstandsmaterial ved strømgjennom-gang bevirke utvidelse og en okning av elementets ytterdimensjoner. Tomrommene i det motstandsmaterialet som anvendes i henhold til foreliggende oppfinnelse, er imidlertid ikke fylt med isolerende material, og tillater derfor utvidelse innover i de deler i motstandselementet som er fastklemt, innlagt, fastlåst eller plassert under trykk av vedkommende omgivende isolasjonsmaterial. Som et resultat av dette vil de fysiske og mekaniske påkjenninger som det omtålige omliggende isolasjonsmaterialet ellers ville bli utsatt for, bli redusert i vesentlig grad, således at også sannsynligheten for sprekkdannelse og brudd i isolasjonsmaterialet også nedsettes i tilsvarende grad.

Hvis så onskes kan disse påkjenninger ytterligere reduseres i henhold til oppfinnelsen ved sådant valg av motstandsmaterial at dette har en termisk utvidelseskoeffisient som er nær tilpasset

tilsvarende koeffisient for det isolasjonsmaterial som velges...

Et metall som er kjent som Kovar (omkring 42% nikkel og 58%

jern) har en termisk utvidelseskoeffisient som er tilnærmet, lik-elektrisk keramikk av standard type.

Det kreves imidlertid ikke eksakt overensstemmelse mellom de

termiske utvidelseskoeffisienter for henholdsvis motstandsmaterialet og isolasjonsmaterialet. Fordi det foreligger intim innbyrdes kontakt mellom overflatene for motstandsmaterialet og isolasjonsmaterialet, er varmeoverforingen mellom materialene utmerket. Dette forhold kan også forbedres ved en hoy verdi av forholdet mellom overflate og tverrsnitt for det porose motstandselement. Det kan derfor dras fordel av isolasj onsmaterialets spesifikke varme eller dets evne til å absorbere energi.

I den utforelse som er vist i fig. 1 og 2, er det onskelig at . motstandsmaterialet skal ha hoy elektrisk motstand, hoy egenvekt og hoy spesifikk varme, eller i det minste at produktet av disse faktorer er så hoyt som mulig, for å gi kortest mulig leder-

strekning for besparelse av plass og nedsetting av induktive virkninger. En god innbyrdes overflatekontakt mellom materialene oker faktisk indirekte produktet av spesifikk motstand, egenvekt og spesifikk varme for motstandsmaterialet, på grunn av den foreliggende tilsynelatende okning av dette materialets spesifikke varme eller evne til å absorbere varme når det ligger i kontakt med et material med hoyere spesifikk varme, slik som. keramikk.

I henhold til foreliggende oppfinnelse ligger et porost motstandsmaterial i intim kontakt med et isolerende material. Siden porene ikke er fylt, kan motstandselementet ekspandere innover under innflytelse av varme, mens det samtidig opprettholder sin varmeavledende kontakt med keramikk. En sådan konstruksjon er derfor hensiktsmessig ved transiente termiske forlop.

Den modifikasjon som er vist i fig. 5 kan anvendes i forbindelse

med den utforelse som er vist i fig. 1 og 2. I fig. 5 er et motstandselement 40 identisk med motstandselementet 20, som

tidligere er beskrevet under henvisning til fig. 1 og 2, vist delvis innlagt i et legeme av isolerende material 41. Fordelen ved denne konstruksjon er at en del av motstandselementet 40 er åpent mot atmosfæren og avgir varme raskere enn et element som er fullstendig tildekket. Idet elementet 40 således delvis ligger åpent, er det imidlertid mindre hensiktsmessig for anvendelser der beroringsfarve eller elektrisk klaring er faktorer av betydning.

Det vil være klart at den utforelse som er vist i fig. 1 og 2,

med eller uten modifikasjonen i fig. 5, passer godt for besparelse av plass og materialer i elektriske apparater som f.eks. effektbrytere med luftslukning, som ellers ville kreve en separat motstand. Anordningen passer imidlertid også for andre anvendelser, og andre elektriske innretninger kan i stedet for bryterkontakter være anordnet inne i hulrommet i hylsteret 12, og andre elektriske forbindelser enn den viste parallellkobling kan anvendes.

I fig. 3 og 4 angir referansenummeret 42 en motstand som kan anvendes uavhengig av andre komponenter og som omfatter et legeme 44 av isolerende material i form av en kompakt sylinder med elektrisk Jsdende endehetter 45 og 46 for mekanisk stotte og elektrisk forbindelse. Et mdtstandselement 48, identisk med motstandselementet 20 i fig. 1 og 2, er helt innleiret i legemet 40 og har sine ender forbundet med endehettene 45 og 46. Hvis så onskes kan motstandselementet 48 være bare delvis innleiret, slik som vist ved fig. 5, hvis denne utforelse kan forenes med den tiltenkte anvendelse. Videre kan hvis så onskes en elektrisk innretning eller komponent 50, f.eks. en elektrostatisk komponent eller faststoffinnretning, hvilket vil si en kondensator, diode eller lignende, være innstopt i legemet 44 og innkoblet i samme krets som motstandselementet 48, slik som antydet ved ledningene eller trådene 52 og 54 som er tilsluttet henholdsvis innretningen og endehettene 45 og 46. I fig. 6 angir henvisningstallet 56

en annen motstand som kan anvendes uavhengig av andre komponenter, og som omfatter flere modulenheter 58 som er stablet ende mot ende og fysisk sammenfoyet ved hjelp av passende midler, vist som

klebemiddel 60 mellom nærliggende enheter. Hver modulenhet 58 omfatter et kompakt legeme 62 av isolerende material, sylindrisk i form og med plane endeflater, hvori det er innlagt et motstandselement 64 med hovedsakelig plan, bolgelignende utformning for å oke lengden av motstandens utstrekning. Hvert element 64 omfatter ledningsender 66 og 68 på hver endeflate,

og som stikker ut sideveis fra legemet 62, således at elektrisk forbindelse med elementet muliggjores.

Som vist i fig. 6 er nærliggende ledningsender 66 for motstanden

.56 elektrisk sammenfoyet ved hjelp av mellomkoblinger 70.

Det vil være klart at hvert element 64 er utfort av motstandsmaterial av samme type som det er anvendt i motstandselementet 20 i fig. 1 og 2, som er beskrevet ovenfor. Hvis så onskes kan hvert element 64 tilvirkes ved stansning eller utpresning fra plastmaterialet, hvoretter hvert element utstyres med fastsittende orer eller tagger 72 som stikker ut fra minst en endeflate av elementet og tjener som stotte og posisjonsbestemmende middel, hvorved elementet holdes på plass i en passende stopeform,

mens isolerende material tilfores rundt elementet under tilvirkningen av hver modulenhet.

Hver endemodul i motstanden 56 har en av sine lederender 66 og

68 elektrisk forbundet med endehettene 74 eller 76, som er fast forbundet med hver sin ende av modulstablen og utgjor monteringsbasis og elektrisk forbindelse for motstanden 56. Motstanden 56 kan omfatte så mange modulenheter 58 som det er nodvendig for å blande en hensiktsmessig motstand for en hvilken som helst gitt anvendelse. Alternativt kan en enkelt modulenhet 58 anvendes som en fullstendig motstand.

Claims (12)

1. Elektrisk motstand som omfatter et motstandselement (20,40,48,64) innleiret i et legeme av elektrisk isolerende material (12,44,62), karakterisert ved at motstandsmaterialet i nevnte element (20,40,48,64) utgjores av en i og for seg kjent, enhetlig struktur av porost metall, metall-fibre eller svampmetall og med innvendige hulrom, som er frie for isolerende material.

2. Elektrisk motstand som angitt i krav 1, karakterisert ved at motstandselementet foreligger i form av en langstrakt leder.

3. Elektrisk motstand som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at motstandselementet foreligger i form av et flatt bånd.

4. Elektrisk motstand som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at motstandselementet er anordnet som en spiral (20,48).

5. Elektrisk motstand som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte spiral (20,48) er sylindrisk.

6. Elektrisk motstand som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at motstandselementet er fullstendig innleiret i legemet, således at isolerende material fullstendig omgir motstandselementet.

7. Elektrisk motstand som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at motstandselementet (40, fig. 5) er bare delvis innleiret i legemet, således at elementet på en side er i kontakt med atmosfæren.

8>. Elektrisk motstand som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at motstandselementet (20, fig. 2) er anordnet i bolgeform.

9. Elektrisk motstand som angitt i krav 1-8, karakteriser'- ved at motstandselementet er innleiret i et kompakt lege? e (44, fig. 3).

10. Elektrisk motstand som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at motstandselementet er innleiret i et legeme (12, fig0 1) som omslutter et hulrom.

11. Elektrisk motstand som angitt i krav 1 , karakterisert ved at motstandselementet (64, fig. 6) er utstyrt med minst to utstikkende lederender (66,68), samt utstikkere (72) på minst en ytterflate av elementet for understøttelse av elementet i forut bestemt stilling i en stopeform ved innstopning av elementet i det isolerende material (62).

12. Elektrisk motstand som angitt i krav 11, karakterisert ved at motstandselementet foreligger i form av et plant ledende stykke (64, fig. 7) fullstendig innleiret i nevnte legeme og med lederender (66,68) som stikker ut fra legemet, således at nevnte legeme og nevnte plane stykke til sammen utgjor en motstandsmodulenhet (58).