NO823332L - Elektriske sikringer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår elektriske sikringer og spesielt sikringer som benyttes under marginale betingelser både når det gjelder stabil arbeidsstrøm og stabil arbeids-spenning, og spesielt sikringer med en overordentlig hurtig bryteevne og strømbegrensende virkning. Slike arbeidsbetingelser er i alminnelighet knyttet til sikringer som benyttes til beskyttelse av halvlederanordninger.

Hensikten med oppfinnelsen er å gi anvisning på en ut-førelse som gjør det mulig å utvide disse marginale betingelser innenfor gitte grenser når det gjelder størrelse og uten å øke det krafttap man står overfor.

Oppfinnelsen er i sin alminnelighet begrenset til

lukkede sikringer med sikringsledere innlagt i et porøst fyllstoff, og der sikringslederen består av på hverandre følg-ende deler av forskjellige metaller sett i strømningsret-ningen. Slike flermetallsikringer er kjent for fagfolk og benyttes fordi de byr på økonomiske fordeler uten at dette er knyttet til noen mindreverdige egenskaper. Det er imidler-

tid også en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en betydelig forbedret egenskap under marginale arbeidsbetingelser uten å ofre de økonomiske fordeler som er kjent fra teknikkens stand.

Teknikkens stand innbefatter sikringer der strømmen

etter tur flyter gjennom en del av sikringslederen av kobber, deretter en del som er laget av sølv og til slutt gjennom en del av kobber, der delene er slik anbrakt at sikringselementet, nemlig den del som er beregnet på å smelte og bryte kretsen i sin helhet, befinner seg i sølvdelen mens de deler

som i første rekke tjener til å lede elektrisiten og den

varme som frembringes i sikringselementet er laget av det mindre kostbare metallet som kobber er. Dette resulterer i en sikring som i det store og hele opptrer som en sikring der hele sikringslederen er laget av sølv.

Et typisk eksempel på teknikkens stand og et eksempel

som også er nærmest foreliggende oppfinnelse som en forløper

for denne, er det som er beskrevet i US patent nr. 2.781.4 34.

Med et kjennskap til foreliggende oppfinnelse vil det som er beskrevet under teknikkens stand likne på foreliggende oppfinnelse, men et nærmere studium vil vise at dette ikke er tilfellet.

F.eks. sier patentet (spalte 1, linje 24 og videre)

"... and which are nevertheless capable of limiting major fault currents at least to the same extent as comparable fuses håving links consisting entirely of silver".

Her vil uttrykket "i det minste" (at least) kunne synes

å foregripe foreliggende oppfinnelse, men det blir klart av resten av beskrivelsen at uttrykket "i det minste" (at least) skal oppfattes som "opp til" (up to) fordi det ikke noen sted i beskrivelsen er den minste antydning om en full forbed-

ring av egenskapene. Bare økonomiske fordeler er omhandlet og krevet.

Det er imidlertid forsiktig sagt at selv om lysbuen

skulle brenne inn i kobberdelen vil dette ikke innvirke uheldig på.egenskapene. F.eks. sies det (spalte 3, linje 42

og videre) "The silver strip 2 does not need to be as long as the required back-burning distance of the link ...." og

(linje 47 og videre) "For reasons of economy the length of

the silver strip 2 ought to be less..."

Når man leser krav 7 i den ovennevnte publikasjon i forbindelse med det motholdte materiale i denne, er konklu-sjonen at kravet er føyet til for å være sikker på å omfa"tte den mest økonomiske utførelse og ikke med noen tanke på en overlagt fortrinnsrett for denne versjon som er nevnt helt til slutt,ved at den kunne innbefatte noen spesiell fordel når det gjelder egenskapene. Dette forteller at den virkning som oppnås med en sikring i henhold til oppfinnelsen i virkeligheten er en uventet virkning som hittil har forblitt ubemerket og derfor heller ikke er beskrevet eller krevet i noe som tilhører teknikkens stand.

I motsetning til dette er det beskrevet og påstått at

ved å følge foreliggende oppfinnelse vil man oppnå omfat-

tende fordeler.

Med en utførelse som bringer lysbuen til å brenne hovedsakelig mellom kobberelektroder i stedet for mellom sølvelektroder får man en overlegen virkning.

Det faktum at de betingelser som foretrekkes i henhold til oppfinnelsen faller sammen med den maksimale besparelse av kostbart sølv er en tilfeldig, men høyst velkommen ytterligere fordel.

De fysiske fakta som får oppfinnelsen til å virke er knyttet til ønsket om den høyest mulige lysbuespenning straks den brytende bue er etablert. Nøyaktige undersøkelser der det benyttes to sett med sikringer som er identiske bortsett fra når det gjelder metallet som anvendes i sikringslederen, har vist at i eksempler der metallet er kobber, vil lysbuespenningen nå en høyere verdi og nå denne høyere verdi tidligere og bibeholde den lenger enn tilfellet vil være når metallet i sikringslederen er sølv.

Den nærliggende løsning ved bare å bruke kobber i stedet for sølv er imidlertid bare mulig i de tilfelle da sikringens eneste oppgave er å bryte høye verdier av overstrøm. Hvis det også kreves at sikringen skal føre strøm av en verdi i nærheten av dens maksimale strømførende evne over en lang tid, vil temperaturen på sikringselementet bli så høy at dette vil bli utsatt for en hurtig forringelse på grunn av fremskridende oksydasjon som får en uønsket virkning av sikringen.

Ved oppfinnelsen har man gjennomgått teknikkens stand

i lys av denne hittil ubemerkede fordel med kobber ved å anbringe det sterkt termisk påkjente sikringselement i den del som er laget av sølv, samtidig med at man anbringer den del som er laget av kobber så nær sikringselementet som det er mulig med hensyn til ledningen for å unngå tilbøyelig-heten til å bli utsatt for fremskridende oksydasjon.

Under slike forhold vil lysbuen hurtig brenne tilbake gjennom sølvet og komme til kobberdelen, hvorved man oppnår den ønskede høye og varige lysbuespenning.

Det er klart at den fulle fordel ved oppfinnelsen bare oppnås når det er behov for det, nemlig når det gjelder de marginale verdier av systemets spenning da det er avgjørende for en heldig virkning at lysbuespenningen både er høy og blir opprettholdt. Det er imidlertid disse marginale tilfelle som bestemmer hvor høy merkestrøm og hvor høy merkespenning det er mulig å gi en sikring, og det er tydelig vist at en sikring i henhold til oppfinnelsen kan gis:betydelig høyere merkeverdier en sikringer med samme dimensjoner, men der det anvendes vanlige sikringsledere av sølv.

For en videre forståelse av oppfinnelsen skal det vises til de vedlagte tegninger der: Fig. 1 viser en sikringsleder i ett metall,sett fra siden,og tilhørende teknikkens stand. Fig. 2 viser, sett fra siden, en sikringsleder i to. metaller for å vise forskjellen mellom teknikkens stand og oppfinnelsen. Fig. 3 viser, sett fra siden, en sikringsleder for anvendelse ved en høyere spenningsverdi. Fig. 4 viser, sett fra siden, en sikringsleder i henhold til oppfinnelsen, men beregnet for andre arbeidsbetingelser.

Fig. 5 viser en detalj av fig. 4.

Sikringslederen på fig. 1 består av en tynn plate av sølv som er beregnet på å føre strøm i den retning som faller sammen med platens største dimensjon. På tvers av strøm-retningen er det dannet sikringselementer ved utstansing av åpninger i lederen. På fig. 1 har man et antall hull i en rekke, nemlig fire hull slik at det fremkommer fem partier med redusert tverrsnitt, der det dannes fem sikringselementer i de områder som er angitt med (1), og dette mønster av sikringselementer blir gjentatt fem ganger over lengden av sikringen, slik at siktingen kan tilpasses en merkespenning som er fem ganger merkespenningen for et enkelt sikringselement.

Det hører også til teknikkens stand å la rekkene av åpninger på tvers av sikringslederen begynne med "halve" åpninger. Det vil si med sentrene av åpningene liggende stort sett på omrisset av kanten. Hvis man bare har 2\ åpninger vil elementet svare til en sikringsleder med hakk. Åpningene kan ha en hvilken som helst egnet form i tillegg til den enkle sirkulære form som er vist, og i stedet for er det også kjent å bruke reduksjon av tykkelsen av lederne som sikringselement eller .å anvende en hvilken som helst annen praktisk måte for å få til redusert tverrsnitt.

Sikringslederen på fig. 2 kan man på en enkel måte

få til innenfor teknikkens stand som beskrevet i US patent nr. 2.781.434, men avhengig av de dimensjoner som er valgt kan sikringslederen også være i henhold til oppfinnelsen. For enkelthets skyld viser figurene bare sikringselementene (1) formet ved stansing av sirkulære åpninger (2) il den del av sølv (3) som ligger mellom de to ytre deler av sikringslederen og som er laget av kobber (4), men spesiell oppmerk-somhet skal vies plasseringen av overgangene (5) mellom sølv og kobber.

Den kritiske dimensjon som angir oppfinnelsen er av-standen mellom sentrum av sikringselementene (1) og overgangene (5) fordi denne avstand skal være tilstrekkelig lang til at temperaturen i en hvilken som helst del av kobber ikke overskrider den temperaturverdi som fører til skadelig fremskridende oksydasjon, mens på den annen side mengden av sølv som ligger mellom må brenne bort før lysbuen kan dannes mellom fotpunktene for kobberet.

Oppfinnelsen samler seg om de midler som er tilgjenge-lige for oppnåelse av den ønskelige, men hittil ubemerkede virkning som skyldes en tidlig overgang av lysbuen fra sølv til kobber.

Da den elektriske strøm og strømmen av varme i et metall i stor utstrekning faller sammen, må hensikten med formgivningen være. å oppnå reduksjonen av tverrsnittet over et så kort stykke som det er praktisk mulig. En viktig for-anstaltning for dette formål er å øke antallet av åpninger over en gitt bredde av lederen, det vil si å ha mange små åpninger i stedet for få store,og å anbringe sikringselementene omtrent midtveis mellom overgangslinjene (5). Ytterligere forbedringer kan oppnås ved de riktige avvikelser fra den enkle sirkulære form på forskjellige måter som i sin alminnelighet er kjent for fagmannen.

Den grad hvorved denne kritiske avstand kan reduseres avhenger også av arbeidstemperaturen på sikringselementet. Det uheldigste tilfellet er at temperaturen på sikringselementet ligger nesten på smeltepunktet for sølv.

Imidlertid er drift så nær opptil smeltepunktet ikke en normalt tilrådelig praksis, og derfor er det mer vanlig å gi sikringen en bestemt strømverdi, merkestrøm, som er en begrensende verdi som produsenten av sikringen kan garantere som grense for riktig virkning, idet slike begrensninger tillater en trygg senkning av lengden av strømbanen i sølvet og dermedøker fordelen ved oppfinnelsen.

Sikringslederen som er vist på fig. 3rer utført i henhold til oppfinnelsen. Den viser anvendelse av et større antall åpninger med mellomliggende sikringselementer på tvers av sikringslederen og også bruk av flere bånd av sikringselementer over lederens lengde, hvorved det blir mulig å utføre sikringen for en hvilket som helst ønsket spenningsverdi.

Strømlederen på fig. 4 svarer til den som er vist på fig. 3 bortsett fra at lengden av sølv er vist mindre enn diameteren av åpningene. En detalj er vist forstørret på

f ig. 5 .

Det skal nevnes at den viste anvendelse av to eller flere metaller i sikringslederen ikke er knyttet til ut-nyttelse av den såkalte M-effekt, der ett metall ved en bestemt temperatur danner en legering med et annet metall og dermed endrer de elektriske og/eller fysiske egenskaper ved sikringslederen. Det er imidlertid ingen grunn til hvor-for denne M-effekt ikke kan være forenlig med og anvendes i kombinasjon med en sikringsleder i henhold til oppfinnelsen. Hittil har oppfinnelsen vært forklart bare på bakgrunn av teknikkens stand, nemlig anvendelse av sammensatte sikringsledere med metallene sølv og kobber, men tilsvarende fordeler kan oppnås med andre kombinasjoner av forskjellige metaller.

Av slike andre metaller skal det spesielt nevnes aluminium. I motsetning til kobber vil aluminium ikke bli. utsatt for skadelig fremskridende oksydasjon fordi den første oksydasjonsfilm som dannes vil være mekanisk sterk og ugjennomtrengelig for oksygen, og den vil derfor beskytte mot ytterligere oksydasjon. Dette medfører at i det tilfellet da aluminium benyttes i stedet for sølv og sammen med kobber, som forklart, kan sikringselementet anta en temperatur som til og med ligger over smeltepunktet for aluminium, idet det smeltede aluminium blir holdt inne i oksydasjonsfilmen inntil denne brister. På grunn av den lavere temperatur kan det imidlertid benyttes med mindre avstand til kobberet, og fordi aluminium ved lysbuetemperatur reagerer med kvarts, som er en ofte anvendt bestanddel i sikringens porøse fyllstoff, vil tilbakebrenningshastigheten for aluminium være høyere enn for sølv. Begge disse egenskaper leder til en hurtigere overføring av lysbuens fotpunkter til kobberet for oppnåelse av virkningen i henhold til oppfinnelsen.

Det er også forutsett at for /spesielle anvendelser kan det være fordelaktig å benytte kombinasjonen av sølv med aluminium i stedet for kobber fordi den hurtigere tilbake-brenning av aluminium vil få en hurtigere vekst i lysbuespenningen på grunn av dennes forlengelse, mens den mer presise virkning av sølv ved brytning av små overbelast-ninger rettferdigjør bruk av sølv til dannelse av sikringselementene .

Stort sett åpner oppfinnelsen for muligheter til å utnytte mange flere kombinasjoner av forskjellige metaller, hver med sine bestemte fordeler i de to deler av den to-metalliske sikringsleder. Slike andre kombinasjoner vil gi seg selv for fagmannen når deønskede spesielle egenskaper ved sikringen og dens arbeidsbetingelser blir spesi-fisert.

Claims (7)

1. I en lukket sikring med et porøst fyllstoff, kombinasjonen av et par kontakter som er isolert fra hverandre unntatt ved en eller flere sikringsledere av metall, omfattende -.to slag metall slik innrettet at strømmen fra en kontakt til den annen vil passere i rekkefølge og avvekslende mellom de to slag metaller med begynnelse og slutt i det første metallslag, mens det annet metall har frem-tredende reduksjoner i tverrsnittet for å danne ett eller flere sikringselementer, hvilket annet metall er spesielt egnet for i lang tid å tåle en temperatur på et sikringselement nær smeltepunktet uten særlig forringelse, mens det første metall er valgt for å gi fordelaktige betingelser for strømbrytning med lysbuebrenneren mellom fotpunkter på deler av det førstnevnte metall.

2. I en lukket sikring med et porøst fyllstoff, kombinasjonen av et par kontakter som er isolert fra hverandre unntatt ved en eller flere sikringsledere av metall, omfattende to slag metall slik innrettet at strømmen fra en kontakt til den annen vil passere i rekkefølge og avvekslende mellom de to slag metaller med begynnelse og slutt i det første metallslag, mens det annet metall har frem-tredende reduksjoner i tverrsnittet for å danne ett eller flere sikringselementer, hvilket annet metall er spesielt egnet for i lang tid å tåle en temperatur på et sikringselement nær smeltepunktet uten særlig forringelse, mens det første metall er valgt for å gi fordelaktige betingelser for strømbrytning med lysbuebrenneren mellom fotpunkter av det førstnevnte metall, med overgangene mellom det første og annet metall så tett i strø mretningen inntil sikringselementene som det er forenlig med ingen forringelse av det først nevnte metall.

3. I en lukket sikring med et porøst fyllstoff, kombinasjonen av et par kontakter som er isolert fra hverandre unntatt ved en eller flere sikringsledere av metall, omfattende to slag metall slik innrettet at strømmen fra en kontakt til den annen vil passere i rekkefølge og avvekslende mellom de to slag metaller med begynnelse og slutt i det første metallslag, mens det annet metall har frem- tredende, reduksjoner i tverrsnittet for å danne ett eller flere sikringselementer, hvilket annet metall er spesielt egnet for i lang tid å tåle en temperatur på et sikringselement nær smeltepunktet uten særlig forringelse, mens det første metall er valgt for å gi fordelaktige betingelser for strømbrytning med lysbuebrenneren mellom fotpunktet av det førstnevnte metall, med overgangen mellom det første og annet metall så tett i strømretningen inntil sikringselementene som det er forenlig med ingen forringelse av det først nevnte metall når sikringen arbeider i lang tid ved eller under sin merkestrøm.

4. I en lukket sikring med et porøst fyllstoff, kombinasjonen av et par kontakter som er isolert fra hverandre bortsett fra ved en eller flere sikringsledere av metall, omfattende deler av kobber og sølv slik anordnet at strøm fra en kontakt til den annen vil flyte suksessivt og avvekslende gjennom kobber og sølv med begynnelse og slutt i kobber, der sølvet har tydelige reduksjoner i tverrsnitt for dannelse av ett eller flere sikringselementer og med overgangene mellom kobber og sølv, sett i strø mmens retning, så nær sikringselementene som det er forenlig med så godt som ingen forringelse av kobberet selv når sikringselementene arbeider i en lang tid ved en temperatur nær smeltepunktet for sølv.

5. I en lukket sikring med et porøst fyllstoff, kombinasjonen av et par kontakter som er isolert fra hverandre bortsett fra ved en eller flere sikringsledere av metall, omfattende deler av kobber og sølv slik anordnet at strøm fra en kontakt til den annen vil flyte suksessivt og avvekslende gjennom kobber og sølv med begynnelse og slutt i kobber, der sølvet har tydelige reduksjoner i tverrsnitt til dannelse av ett eller flere sikringselementer, og med overgangene mellom kobber og sølv, sett i strø mmens retning, så tett inntil sikringselementene at en betydelig del av lysbuetiden vil ha lysbuebrenneren fra kobber til kobber når sikringen arbeider under de vanskeligste betingelser som er angitt med dens merking og allikevel tilstrekkelig langt fra hverandre til å være forenlig med omtrent ingen forringelse av kobberet når sikringen arbeider i en lang tid ved eller under sin merkestrøm.

6. I en lukket sikring med porøst fyllstoff, kombinasjonen av et par kontakter som er isolert fra hverandre bortsett fra en eller flere sikringslederevav /metall, omfattende deler av kobber og aluminium slik anordnet at strømmen fra en kontakt til en annen vil passere suksessivt og avvekslende gjennom kobber og aluminium med begynnelse og slutt i kobber, der aluminiumet har tydelige reduksjoner i tverrsnitt for dannelse av ett eller flere sikringselementer, og med overgangene mellom kobber og aluminium sett i strømmens retning så nær inntil sikringselementene som det er forenlig med hovedsakelig ingen forringelse av kobberet selv når sikringselementet arbeider i en lang tid ved en temperatur rundt smeltepunktet for aluminium.

7. I en lukket sikring med porøst fyllstoff, kombinasjonen av et par kontakter som er isolert fra hverandre bortsett fra ved en eller flere sikringsledere av metall, omfattende deler av kobber og aluminium slik anordnet at strøm fra en kontakt til den annen vil passere suksessivt og alternativt gjennom kobber og aluminium med begynnelse og slutt i kobber, der aluminiumet har tydelige reduksjoner i tverrsnittet til dannelse av ett eller flere sikringselementer, og med overgangene mellom kobber og aluminium i strømmens retning så tett inntil sikringselementene at mengden av aluminium i sikringen blir et minimum som er forenlig med hovedsakelig ingen forringelse av kobberet når sikringen arbeider i én lang tid ved eller under sin merke-strøm.