NO162136B - Hoeyspenningssikring. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en høyeffekt høyspenningssikring med en hovedsmelteleder og en fjærpåvirket slagstiftanordning ifølge kravenes innledning.

Hittil har slike sikringer i det vesentlige vært benyttet som delområdesikringer, noe som betyr at! det kun forlanges en utkopling ved overstrømmer over den kritiske strømsty J rke I min, mens mindre overstrømmer utkoples ved andre systemer. Det har ikke manglet på forsøk å gi disse delområdesikringer egenskaper som totalområdesikringer slik at også overstrømmer mellom I . , , og I . kan beherskes ved sam-nominell 3 mm

spill med lastbrytere. En høyeffekt høyspenningssikring med totalområdeegenskaper er eksempelvis beskrevet i DE 1 920 825. Ved denne sikringstype utnyttes oppvarmingen av sikringen på grunnlag av overstrømmer under I , som fører til utkop-c ^ =» min

ling av sikringen, for å frembringe en bryterfunksjon. På grunn av denne oppvarming løses nemlig en bløtloddeforbindelse som frigir en slagstift.

På den ene side er slike utkoplingssystemer for lave overstrømmer meget trege slik at det ikke foregår noen defi-nert utkopling, men kun en tidsmessig knapt forutserbiar utkopling, slik at det ikke kan oppstilles en I-t-kurvé. På den annen side avhenger utløsingen sterkt av omgivelsestempera-turen. Kapslede sikringer får en betydelig større oppvarming enn fritt anordnede sikringer slik at det av denne grunn foreligger en ytre påvirkning av den gitte overbelastnings-aktiveringstid. Også innbyggingens stilling påvirker utkoplingen da sikringene vanligvis er varmere ved deres øvre ende enn deres nedre ende. I tillegg foreligger kun få lodde-materialer til rådighet i bestemte temperaturområder slik at en avstemming av sikringen på bestemte belastningstilfeller er spesielt vanskelig. Videre har disse bløtloddematerialer en tendens til å flyte slik at det alltid foreligger fare for en for tidlig utløsing av slagstiften, selv om det ikke skulle foreligge noen grunn til utkopling på basis av den egentlige belastning.

Disse ulemper søker sikringen ifølge DE 1 463 655 å unngå. Istedenfor en termisk utløst slagstiftinnretning omtales i den sist nevnte publikasjon en holdetråd for slagstiften som smelter ved en overstrøm, idet holdetrådens I-t-kurve alltid ligger under I-t-kurven for et hovedsystem som består av en eller flere smelteledere. Imidlertid har heller ikke denne type totalområdesikring vist seg hensiktsmessig i praksis. Dette på grunn av at sikringen må følge holdetrådens dimensjonering i avhengighet av nominalstrømmen, dvs. at holdetråden må være meget tynn ved sikring med en liten I .. Holdetrådens mekaniske styrke avtar således med avtag-min J 3 ende sikringsnominalstrømmer. Dette fører til at kun svake utløserfjærer kan velges for slagstiftinnretningen, som eksempelvis ikke kan tilfredsstille kravene ifølge TEC 282-1. På ingen måte nås de fjærkrefter på 50-120 N som kreves for utløsing av lastbrytere, ved slike fjærer, slik at det i det minste ved sikringer med en liten nominalstrøm, ikke foreligger tilstrekkelig sikring for utløsing ved små over-strømmer .

Ifølge SE 112 311 står et stempel under fjærspenning og holdes i grunnstilling av en holdetråd omgitt av en pulver-ladning. Ved utløsing antenner en egen varmetråd pulverblandingen slik at holdetråden smelter. Derved frigjøres forspen-ningsfjæren slik at stemplet drives ut av sikringen, noe som igjen kan utnyttes for aktivering av en bryter. Ved ad-skillelsen av holdetråden og varmetråden kan holdetråden utføres relativt kraftig. Da holdetråden ikke må smeltes på grunn av en elektrisk energi, men pulveret tennes ved hjelp av varmetråden. Pulveret er innelukket i en glasskolbe for konservering i hvilken også holdetråden og varmetråden befinner seg. Dette medfører at pulverblandingen kan forandre seg og at især en korros jonsdannelse ikke kan utelukkes. Dersom eksempelvis varmetråden svekkes kan den brennes for hurtig slik at det ikke kommer til en antenning av pulveret. Forøvrig sørger gassutviklingen ved forbrenningen av pulveret til at glasskolben sprekker. Dersom bruddstykkene er relativt store kan de føre til at fjæren klemmes fast av rester fra glasskolben slik at koplingsstemplet ikke oppnår sin fulle bevegelseslengde og utkopling av bryteren for utkopling av anlegget ikke gjennomføres.

Ved sikringen ifølge SE 116 124 utløses koplingsef-fekten ved en drivladning av pulver som tennes av en mot-standstråd. En ulempe er også her tilstedeværelsen av en noe oppvarmet tenningstråd og pulveret som lett kan utsettes for forandringer ved korrosjon. På grunn av den åpnej trådtil-føring består forøvrig fare for vanndannelse noe |om igjen begunstiger korrosjon. Som et resultat er påliteligheten etter meget lange perioder uten utløsing ikke lenger sikret.

Det er således oppfinnelsens oppgave å frembringe en høyeffekt høyspenningssikring med egenskaper for totalom-rådet, hvor en sterk fjær er anordnet i slagstiftinnretningen, uavhengig av sikringens nominalstrøm og det således foreligger en sikker utløsing ved overstrømmer mindre enn I .. Dette

3 min

oppnås med sikringen ifølge oppfinnelsen med de i kravene beskrevne trekk.

Som materiale for holdetråden har det vist seg hensiktsmessig å benytte et krom-nikkelstål med betegningen X12CrNi 17/7 K+A og for hjelpesmeltelederen ren kopper. Holdetrådens tykkelse er 0,25 mm mens hjelpesmeltelederens tverr-snitt retter seg mot sikringens nominalstrøm, idet det for ren kopper eksempelvis benyttes en diameter på 0,18 mm og 0,20-0,25 mm for en hjelpesmelteleder av en kopper-nikkel-legering. På vanlig måte forløper hjelpesmeltelederen i et slukkemiddel hvor det eksempelvis benyttes sand, da også den av hjelpesmeltelederen og holdetråden dannede leder må ha selvstendig selvslukkende egenskaper.

Hovedsmeltelederne er i normal drift den eneste led-ende forbindelse mellom sikringenes to kapper, hhv. mellom de to tilførselsledninger til hjelpesmeltelederne, slik at en meget nøyaktig I-t-kurve kan fastlegges uten påvirkning av hjelpesmeltelederens karakteristikk. Herved oppnås en kvalitetsforbedring ved aktiveringen som hittil kun har kunnet oppnås ved økt produksjon. Selvfølgelig aktiveres også hjelpe-systemet med Z-diodene ved en overstrøm over I , men dette

mm

påvirker imidlertid overhodet ikke utkoplingen av hoved-systemet da det aktiveres innenfor hovedsmelteledersystemets slukningstid, slik at de på forhånd fastlagte verdier langs I-t-kurven også oppnås i virkeligheten.

Z-diodene som må utføres dobbelt i antiparallell kopling på grunn av den tilnærmet utelukkende sikrede veksel-strøm, kan være anordnet mellom hjelpesmeltelederen og holdetråden eller mellom hjelpesmeltelederen og den tilsvarende sikringskappe, hhv. sikringstilførselsledning. Istedenfor Z-dioder kan det også benyttes andre dioder, diaker, thyristorer, triaker og varistorer, hhv. VRD-motstander, brukt alene eller i kombinasjon med hverandre avstemt til sikringen. Den foretrukne anordning av Z-dioder eller de andre nevnte deler ligger imidlertid mellom den ene sikringskappe og hjelpesmeltelederen da sikringens kaldeste sted befinner seg her, noe som er fordelaktig for Z-diodenes koplingsnøyaktig.

Utløsingen av sikringen med diodene eller liknende, foregår ifølge en videreutvikling av oppfinnelsen så nøyaktig at, avhengig av brukerens ønsker, utløsingen kan foregå i hele området nær i nominal, til nedenfor I . før utkopling

mm

av hovedsmelteledersystemet. Dette er spesielt fordelaktig når korte forstyrrelser i overstrømsområdet eksempelvis ikke skal føre til utløsing av slagstiften eller dersom den etter-koplede anordning på ingen måte skal belastes høyere enn sikringens nominalstrøm.

Da sikringene i de færreste tilfeller består med deres virkelige normalstrøm, er det til og med muliq å dimen-sjonere diodene slik at en utløsing foregår allerede nedenfor sikringens nominalstrøm, ved en hvilken som helst av brukeren ønsket strømverdi. Dersom brukeren for sitt behov ønsker helst kalde sikringer med lite tap, foreligger her den mulig-het å benytte sikringer med tykkere smelteledere, og dermed større I . , da utløsinqen av slagstiften kan foregå ved

min' an

en hvilken som helst av brukeren ønsket strømverdi.

Uavhengig av den valgte konstruksjon strømmer en relativt sterk strøm gjennom hjelpesmeltelederen og fremfor alt gjennom holdetråden ved utløsing, slik at holdetråden helt sikkert smelter. Hjelpesmeltelederen kan således være utformet med liten motstand slik at den kun har en meget liten diameter og dermed også lett kan slukkes.

I det etterfølgende beskrives utførelser av oppfinnelsen som er vist på tegningen som viser et snitt gjennom en høyeffekt høyspenningssikring med totalområdeegenskaper, under påvirkning av en slagstiftinnretning ifølge oppfinnelsen .

Figuren viser en ende av en høyeffekt høyspenningssik-ring med totalområdeegenskaper i den utstrekning det er nød-vendig for belysning av oppfinnelsen. En metallkappe 12 er påsatt hver ende av et vanligvis som sikringslegeme tjenende kermaikkrør 1 og bærer en slagstiftinnretning. Denne består i det vesentlige av en innsats 5 som opptar en slagstift 6 som holdes av en skive 13, og en skruefjær 14. Skruefjæren 14 befinner seg i innspent tilstand ved hjelp av en holdetråd 16. Holdetrådens 16 ene ende er festet til en sokkel som er elektrisk forbundet med innsatsen 5, mens den andre ende er ført gjennom en isolert gjennomføring 15 til en hjelpe-smelteleders 20 tilkopling.

Det ytre utseendet av sikringen ifølge oppfinnelsen er meget lik de kjente totalområdesikringer da det benyttes samme deler, imidlertid med ulik dimensjonering og med ulike elektriske verdier. Figuren skal således tenkes utvidet med en eller flere hovedsmelteledere som er viklet på en kjerne. Sikringens indre er fylt med sand eller et annet slukkemiddel, noe som er antydet i hjelpesmeltelederens område.

Ved utløsing drives slagstiften fremover av slusen 13 som ligger an mot fjæren 14. Fjæren 14 holdes spent av holdetråden 16. Ved denne utførelse foreligger ingen elektrisk forbindelse mellom holdetråden 16 og slagstiftens ende.

I keramikkrøret 1 er et legeme 18 anordnet på hvilket en hovedsmelteleder 19 er oppviklet, hvis ender er elektrisk tilkoplet kappene 12. Gjennom legemets 18 indre forløper en hjelpesmelteleder 20 hvis ene ende er elektrisk forbundet med den nedre kappe 12 via Z-dioder 21 og hvis andre ende er elektrisk forbundet med holdetråden 16. Keramikkrøret 1 er forøvrig fylt med et slukkemiddel, eksempelvis sand.

Holdetråden 16 har eksempelvis en tykkelse på 0,26 og består av et krom-nikkelstål med betegnelsen X12CrNil7/7 K+A, mens hjelpesmeltelederen består av kopper eller sølv og har en diameter på 0,18 mm eller mindre. Z-diodene 21 kan belastes opp til eksempelvis 0,5.

Ved en overstrøm som tydelig er over nominalstrømmen, men imidlertid under I for sikringen, består et spenninqs-min 3 fa fall over hovedsmeltelederen 19 som gjør seg bemerket som potensial mellom den nedre kappe 12 og hjelpesmeltelederens 20 ende. Ved en gitt overstrøm som kan beregnes på forhånd eller bestemmes ved eksperimenter, koples Z-diodene både ved positiv og negativ amplitydestilling inn slik at det går en strøm gjennom hjelpesmeltelederen 20 og holdetråden 16. Denne er på grunn av hjelpesmeltelederens dimensjonering slik at holdetråden 16 smelter gjennom på mindre enn et ti-endedel sekund og slagstiften 6 dermed frigjøres eller drives fremover av fjæren 14. På grunn av den valgte gjennomslags-spenning for Z-diodene sikres således alltid holdetrådens 16 gjennomsmelting når det i det hele tatt går en strøm gjennom denne strømbane. Tvil i forbindelse med slukkingssikker-heten av denne strømbane er unødvendig på grunn av den meget tynne hjelpesmelteleder, i høyden er slukningsevnen kun inte-ressant for ekstreme overstrømmer som i seg selv fører til en avbrytning av hovedsmeltelederen 19. Herved vil diodene imidlertid elektrisk slå gjennom en med sannsynlighet som grenser til sikkerhet og en fare i forbindelse med slukningen er så godt som utelukket.

Claims (5)

1. Høyeffekt høyspenningssikring med en hovedsmelteleder og en fjærpåvirket slagstiftinnretning for aktivering av en lastbryter, som holdes under forspenning av en som smelteleder utformet holdetråd inntil utløsningen, idet holdetråden har en hjelpesmelteleder som tilførselsledning, KARAKTERISERT VED at ledningsbanen via holdetråden (16) og hjelpesmeltelederen (20) er avbrutt av to antiparallelt koplede Z-dioder (21), andre dioder, diaker, thyristorer, triaker, varistorer eller kombinasjoner av disse, og at Z-diodene (21) vil kople inn ved en overstrøm for sikringen under Im^n på grunn av spenningsfallet over hovedsmeltelederen (19) som vil smelte av strømmen gjennom holdetråden (16).

2. Sikring ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at holdetråden (9, 16) består av et krom-nikkelstål.

3. Sikring ifølge krav 1-2, KARAKTERISERT VED at hjelpesmeltelederen (20) består av kopper eller sølv.

4. Sikring ifølge krav 1-3, KARAKTERISERT VED at Z-diodene (21), de andre dioder, diakene, thyristorene, triakene, varistorene eller kombinasjonene av disse deler er anordnet mellom hjelpesmeltelederens (20) frie ende og den tilordnede sikringskappe (17), hhv. tilførselsledning.

5. Sikring ifølge krav 1-4, KARAKTERISERT VED at utløsertråden (9, 16) motstår en fjærkraft på 50 - 120 N.