DE2622085C2 - Niederspannungsschmelzleiter für elektrische Sicherungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Niederspannungsschmelz!-*iter für elektrische Sicherungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Niederspannungsschmelzleiter der ^:m Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Gattung ist bereits bekannt (CH-PS 4 12 073). Niedcrsoannungs-Hochleistungssicherungen, die mit dem bekannten Niederspannungsschmelzleiter ausgestattet sind, halten einem langer andauernden Überstrom ebenso wie einer kurzen größeren Überlast ohne Alterungserscheinungen stand. Bei Kurzschlüssen wird der Kurzschlußstrom mit diesem Niederspannungsschmelzleiter sehr rasch begrenzt und abgeschaltet Darüber hinaus weist der bekannte Niederspannungsschmelzleiter im Bereich geringer Überströme eine steile Schmelzzeitkennlinie auf. Der Niederspannungsschmeizleiter wird in Niederspannungs-Hochleistungssicherungen zum Schutz von Halbleiterelementen verwendet, die durch geringfügige langer fließende Überströme ebenso zerstört werden können wie durch kurzzeitig andauernde Kurzschlußströme. Niederspannungs-Hochleistungssicherungen, die den bekannten Niederspannungsschmelzleiter enthalten, ermöglichen eine hohe Ausnutzung der Halbleiterelemente und zugleich einen Schutz gegen Überlastung und Kurzschluß. Bei dem bekannten Niederspannungsschmelzleiter befinden sich die Schmeizsieiien fur die Uberiasiabsuiiaiiuiig iiiriiig zwischen Schmelzstellen für die Korzschlußabschaltung. Die Schmeizstellen für die Kurzschlußabschaltung befinden sich jeweils in der Nähe der Enden des Schmelzleiter. Sowohl die Schmelzstellen für die Kurzschlußabschaltung als auch die Schmelzstellen für die Überlastabschaitung gehen an ihren Enden gleichmäßig auf den vollen Schmelzleiterquerschnitt über.

Bekannt sind auch Schmelzleiter, die mehrere Querschnittsschwächungen aufweisen, von denen die mittlere Querschnittsschwächung am größten ist. Bei kleinen Überströmen ergibt sich in Längsrichtung dieser Schmelzleiter eine parabelformige Temperaturverteilung. Die größere Querschnittsschwächung in der Mitte bewirkt jedoch zusätzlich eine deutliche Temperaturerhöhung im Schmelzleiter im Vergleich zu den übrigen Stellen des Schmelzleiters. An der mittleren Engstelle, die zuerst die Schmelztemperatur erreicht, entsteht der Lichtbogen, der sich zu den Enden des Schmeizleiters hinausbreiten kann (Sonderdruck aus der Siemens-Zeitschrift 33. Jahrgang, Juni 1959, Heft 6. Seite 4).

Schließlich sind geschlossene Schmelzeinsätze mit Schmelzleitern bekannt, die sowohl längs als auch in Querrichtung mit einer Mehrzahl von Löchern versehen sind, wodurch sich eine siebartige Lochung des Schmelzleiters ergibt Um eine frühere Unterbrechung des jeweiligen Schmeizleiters bei starker Überlastung zu erreichen, ist an einer für die Unterbrechung bestimmten Stelle ein Überzug aus einem schlecht wärmeleitenden Isolierstoff vorgesehen, bei dem es sich z.B. um Gips handeln kann. Infolge der schlechten Wärmeabgabe wird der Schmelzleiter bei Überströmen an der vorbestimmten Stelle zuerst unterbrochen. Im Kurzschlußfalle werden alle Stellen des Schmeizleiters infolge der kurzen Zeiten und der Trägheit des Wärmeflusses gleichzeitig auf die Schmelztemperatur erhitzt (DE-Anmeldung P. A. 4 72 505 vom 06.08.1954).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niederspannungsschmeizleiter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Gattung dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Temperaturverteilungskennlinien, die sich einerseits bei dem größten, die Schmelzung noch nicht verursachenden Strom und andererseits bei dem die Schmelzung auslösenden Zustand ergeben, durch eine entsprechende Anordnung der Schmelzstellen derart beeinflußbar sind, daß die Stromnennwerte und die gewünschte Kennlinie der Schmelzzeit in Abhängigkeit vom Strom genauer bestimmt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst Da Niederspannungsschmeizleiter mit den im Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen genatjre Schmelzzeit' Strom-Kennlinien haben, ist es nicht mehr notwendig. Sicherungen so auszuwählen, daß ihre Nennwerte von den Nennwerten der zu schützenden Leitungen oder Stromverbraucher in größerem Maße nach unten abweichen, damit die Leitungen uZw. SiFöenVci ui «xüCiicF zuverlässig bei Überströmen vor Beschädigung oder Zerstörung geschützt werden. Es ist z. B. möglich, einen Niederspannungsschmeizleiter so auszulegen, daß er schon beim zweifachen Nennstrom in fünf Sekunden abschmilzt während bei der Belastung mit dem Nennstrom keine Veränderungen eintreten. Deshalb ist es nicht mehr notwendig, die Nennströme von über die jeweilige Sicherung mit Strom versorgten Halbleitern zwei- bis dreimal höher als den Nennstrom der Sicherung zu wählen. Damit läßt sich eine Schaltungsan-

17IUIIUiIg, 111 uti -jiuiiciuiigcii tun UCIi im niiapiuvn ι beschriebenen Schmelzeinsätzen verwendet werden, wirtschaftlicher herstellen.

Die Wärmeverteilung im Niederspannungsschmeizleiter kann noch dadurch weiterverbessert werden, daß an den Enden der Schmelzstelle für die Überlastabschaltung ein Metall öder Gläsperlen mit bestimmter Wärmekapazität angebracht sind.

Vorzugsweise ist die Schmelzstelle fürdie Überlastabschaltung im Vergleich zu jeder Schmelzstelie für die Kurzschlußabschaltung doppelt so lang und im Querschnitt halb so groß.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Zeichnung sind ein Niederspannungsschmelzleiter 13 für elektrische Sicherungen in Form eines Metallband« mit kurzen verjüngten Schmelzstellen 14 für die Kurzschlußabschaltung und mit einer längeren verjüngten Schmelzstelle 15 für die Oberlastabschaltung und die zugehörige Wärmeverteilungs-Kennlinie dargestellt. Die Schmelzstelle J5 hat einen höheren Widerstand als die Schmelzstellen 14. Der Querschnitt der Schmelzstelle 15 beträgt die Hälfte, die Länge hingegen das Doppelte wie bei den Schmelzstellen 14.

Der Widerstand der Schmelzsteile 15 ist also im kalten Zustand das Vierfache des Widerstands der Schmelzstellen 14. Im Zustand thermischen Git-.vi.gewichts, der beim größten — eine Schme'zung not-l- nicht bewirkenden — Strom besteht, ist der Widerstand infolge der an der Schmelzstelie 'Λ bestehenden absoluten Temperatur noch viel K'i.er. Die Erwärmungsverhältnissesind aus Kurv.· 36 ersichtlich. An den Schmelzstellen 14 ist eine geringe ~i cmperaturerhöhung meßbar, während das thermische Gleichgewicht der Schmelzstelle t5 nur bei grüßen Temperaturdifferenzen zustande kommen kann. Erfindungsgemäß wird die Schmelzstelle 15 in einem Endbereich des Schmelzleiters 13 angeordnet, an der ihre Erwärmungskurve 17 in einem niedrigen Betriebs-Temperaturbereich liegt. Sie muß aber vom Ende des Schmelzleiters 13 etwa 20 bis 25% der Gesamtlänge entfernt sein, damit die Außentemperatur keine Streuung verursachen kann. Das thermische Gleichgewicht des Schmelzleiters 15 entsteht in unmittelbarer Nähe eines instabilen Zustands; es reicht also eine verhältnismäßig geringe Betriebs-Temperaturerhöhung aus, um einen Zustand zu verursachen, in dem die Wärmeabführung bedeutend kleiner ist,als die Wärmeerzeugung. Dann entsteht eine Temperaturspitze gemäß Kurve 18 und die Sicherung

schmilzt abL

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht die beiden kritischen Größen, nämlich den größten — Schmelzung noch nicht bewirkenden — Strom und den kleinen — Abschmelzung in kurzer Zeit bewirkenden — Überstrom einander in solchem Maße anzunähern, daß dadurch sowohl die Anforderungen seitens der Elektrizitätswerke, als auch diejenigen der Verbraucher erfüüt werden können.

Große Kurzschlußströme bewirken die Beseitigung des thermischen Gleichgewichts sowohl bei den Schmelzstellen 14, als auch bei der Schmelzstelle 15 zu gleicher Zeit und bei allen Schmelzstellen entsteht ein Kurzschluß-Lichtbogen. Es ist ein Vorteil eines solchen mehrfachen Lichtbogens, daß zugleich an mehreren Stellen Kanäle aus geschmolzenem Quarz entstehen, die nicht nur strombegrenzend wirken, sondern auch den Schwellenwert der zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens notwendigen Spannung auf das Mehrfache erhöhen; die Intensität der Lichtbogenlöschung erhöht sich also auch. Es kann erreicht werden, daß das Abschaltvermögcn einer 500 V Sicherung auch bei einer Klemmspannung von 660 V ohne Ver? -Jerung der Dimensionen das gleiche bleibt.

Die Erwärmungscharakteristik der Schmelzstelle 15 und damit auch das Verhalten im Obergangsbereich kann innerhalb weiter Grenzen derart beeinflußt werden, daß ·η der Schmelzstelle 15, und zwar an den Punkten, an denen die Schmelzstelle sich an die größeren Kühlflächen anschließt, ein Metall — z. B. Silber — oder eine Metallegierung angebracht wird, die nebst über eine bestimmten Wärmekapazität auch über einen Schmelzpunkt, niedriger als den des Schmelzleiters, verfügt, eventuell kann auch eine Glasperle diesem Zwecke dienen. Die Erwärmung und Schmelzung dieser Medien verzögert die Erwärmung der Schmelzstelle 15 und auf diesem Wege kann also praktisch eine beliebige Schmelzcharakteristik erzielt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. 26 22 08*

   Patentansprüche:

   ι ι t

   ί. Niederspannungsschmelzleiter für elektrische Sicherungen in Form eines Metallbandes mit kurzen verjüngten Schmelzstellen für die Kurzschlußabschaltung und einer längeren verjüngten Schmelzstelle für die Überlastabschaitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzstelle (15) für die Überlastabschaitung einen geringeren Querschnitt aufweist als die Schmelzstellen (14) für die Kurzschlußabschaltung und daß sie in einem Endbereich des Schmeizleiters (13) liegt dessen Betriebstemperatur niedriger ist als die des Bereichs mit den Schmelzstellen (14) für die Kurzschlußabschaltung.
2. 2. Niederspannungsschmelzleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß an den Enden der Schmelzstelle (15) für die Überlastabschaltung ein Metall oder Glasperlen mit bestimmter Wärmekapazität angebracht sind.
3. 3. Niederspannungsschmelzleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzstelle (15) für die Überlastabschaltung im Vergleich zu jeder Schmelzstelle (14) für die Kurzschlußabschaltung doppelt so lang und im Querschnitt halb so groß ist