DE2427708A1

DE2427708A1 - Strombegrenzende schmelzsicherung

Info

Publication number: DE2427708A1
Application number: DE19742427708
Authority: DE
Inventors: Robert Edward Koch
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-06-11
Filing date: 1974-06-08
Publication date: 1975-01-02
Also published as: CA992593A; US3813627A; JPS5027940A; FR2232829A1; DK308874A; GB1466975A

Description

Strombegrenzende Schmelzsicherung

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Sicherungen und insbesondere auf verbesserte strombegrenzende Schmelzsicherungen.

Eine strombegrenzende Schmelzsicherung wird als ein Teil eines elektrischen Hochspannungs-Verteilungssystems verwendet, um den Stromfluß bei einem Fehlerzustand auf eine Größe zu begrenzen, der wesentlich kleiner als der Strom bei einem Kurzschlußzustand ist. Eine derartige Fähigkeit wird aufgrund der Konstruktion der strombegrenzenden Sicherung erreicht. Eine strombegrenzende Schmelz·

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sicherung umfaßt Üblicherwelse ein oder mehrere Hauptsicherungselemente, die Jeweils eine Vielzahl von Erweichungspunkten aufweisen, die auf der Länge des Sicherungselementes verteilt sind. Jedes Hauptsicherungselement 1st in Längsrichtung zwischen elektrischen Klemmen verbunden und auf einem Kern aus auch bei hohen Temperatur beständigem Keramikmaterial gehalten. Eine Masse aus inertem -granulärem Llchtbogenlöschungsmaterlal umgibt jedes Hauptsicherungselement und den Kern. Die Schmelzsicherung ist in einem Abschnitt des elektrischen Verteilungssystems In Reihe geschaltet, und der in diesem Abschnitt des Verteilungssystems fließende Strom wird durch die Hauptsicherungselemente geleitet. Wenn im Betrieb ein Fehler auftritt und der Strom ansteigt schmelzen die Erweichunspunkte, die Funkte eines größeren Widerstandes in dem Hauptsicherungselement sind, aufgrund der erhöhten Temperatur an den Erweichungspunkten. Die geschmolzenen Erweichungspunkte bilden eine Reihe von Funkenstrecken in dem Hauptsicherungselement, und die hohe Spannung des Verteilungssystems bewirkt, daß elektrische Lichtbögen diese Funkenstrecken überbrücken. Die Funkenstrecken liegen in dem Strompfad elektrisch in Reihe, und der Spannungsabfall oder das Potential an jeder der Funkenstrecken vermindert oder begrenzt die Größe des Fehlerstromes, der durch die strombegrenzende Sicherung geleitet wird, auf einen Wert, der wesentlich kleiner als der bei Kurzschlußzuständen bestehende Strom ist.

Die Aufgabe einer strombegrenzenden Schmelzsicherung besteht jedoch nicht nur darin, möglichst viele in Reihe liegende Funkenstrecken zu bilden, um anfänglich die Größe des Stromes zu begrenzen, der aufgrund eines Kurzschlusses in dem System fließt, sondern auch darin, die Lichtbögen so schnell wie möglich zu löschen, um eine weitere Stromleitung zu beenden. Ein inertes granuläres Lichtbogenlöschungsmaterial hilft dabei, dieses Ziel zu erreichen, indem es ein Mittel für die Metalldämpfe des schmelzenden Haüptsieherungseleinentes darstellt, von dem diese aufgenommen werden und auf dem diese kondensieren, wodurch dem Licht-

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bogen Energie entzogen wird. Die hohe Temperatur des Lichtbogens an den Funkenstrecken bewirkt jedoch, daß das inerte Lichtbögenlöschungsmaterial schmilzt und ein die Funkenstrecke umgebendes Material bildet, das als Fulgurite oder Verschorfung bezeichnet wird. Diese Versehorfung ist für Strom ein Halbleiter, wenn sie heiß ist, aber ein Isolator, wenn sie kalt ist. Somit muß die Verschorfung so schnell wie möglich abgekühlt werden, um den Stromfluß zu beenden und den Lichtbogen zu löschen. Eine schnelle Kühlung der Verschorfung während eines großen Fehlerstromflusses kann dadurch erreicht werden, daß die Größe der Lichtbogenergie an jeder Funkenstrecke verkleinert wird, indem eine große Anzahl in Reihe geschalteter Funkenstrecken gebildet wird.

Bei hohen Fehlerströmen ist die Wirkungsweise der strombegrenzenden Schmelzsicherung präzise und gleichbleibend. Der Fehlerstrom bewirkt, daß jeder der longitudinal versetzten Erweichungspunkte im wesentlichen augenblicklich schmilzt, wobei eine große Anzahl in Reihe geschalteter Funkenstrecken in dem Strompfad gebildet wird, um den Strom in der oben beschriebenen Weise zu begrenzen. Wenn jedoch ein überstrom kleiner Größe fließt, wie beispielsweise ein Strom, der etwas größer ist als der normale

. , „. .. „, _. , Maßnahmen . . . maximale Strom, müssen zusätzliche in der strombegrenzenden Schmelzsicherung vorgesehen sein, um ein zuverlässiges Unterbrechungsvermögen bei.kleinen Strömen sicherzustellen.

Eine übliche Maßnahme zur Verbesserung des Unterbrechungsvermögens bei kleinen Strömen in einer strombegrenzenden Schmelzsicherung besteht darin, daß ein Körper aus einer bei einer niedrigen Temperatur schmelzenden Legierung in einem innigen Kontakt mit jedem HauptSicherungselement In dessen Mittelabschnitt verwendet wird. Unter

dem Einfluß eines kleinen Überstromes und bevor die Erweichungspunkte schmelzen, schmilzt der Körper aus der bei einer niedrigen Temperatur schmelzenden Legierung und vermischt sich mit dem HauptSicherungselement. Diese Amalgamation ist ein Punkt mit einem großen Widerstand, der eine Anfangs-Funkenstrecke und eine dabei

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entstehende halbleitende Verschorfung bewirkt. Wenn das Haupt sieherungselement von der Anfangs-Funkenstrecke zurückzubrennen beginnt, hält die vorhandene Wärmeenergie die Verschorfung in einem leitenden Zustand, um den Lichtbogen zu unterhalten. Wenn der Lichtbogen und die Verschorfung nicht gekühlt werden, verlängern sich weiterhin der Lichtbogen und die halbleitende Verschorfung (Fulgurite) entlang der gesamten Länge des Hauptsieherungseleraentes, bis ein leitender Pfad aus Verschorfung zwischen den elektrischen Polen bzw. Klemmen besteht. Sollte dieser Zustand auftreten, wird die strombegrenzende Sicherung ein Leiter, der nicht das Vermögen besitzt, die gewünschte Funktion einer Schmelzsicherung auszuüben, die darin besteht, den Stromfluß zu beenden.

In der US-Patentschrift 3 2^3 55^ sind Mittel beschrieben, um dieses Problem zu vermeiden und das Vermögen der Strombegrenzungssicherung zu verbessern, zuverlässig zu funktionieren, wenn ein kleiner überstrom begrenzt und beendet werden muß. Diese bekannte Strombegrenzungssicherung verwendet Hilfsfunkenstrecken, um zusätzliche Reihen-Lichtbögen in dem HauptSicherungselement zu entwickeln, nach^-dem die Anfangs-Funkenstrecke am Körper au3 der eine niedrige Schmelztemperatur aufweisenden Legierung gebildet worden ist. Die zusätzlichen Funkenstrecken haben die Wirkung, die Rückbrenngeschwindigkeit des schmelzbaren Elementes zu vergrößern, wodurch eine schnellere Lichtbogenspannungsentwicklung entsteht und dadurch der Stromfluß zuverlässig beendet wird.

Die zusätzlichen, in Reihe geschalteten Funkenstrecken, die in der bekannten Anordnung vorgesehen sind_s sind üas Ergebnis von Hilfsfunkenstrecken, die von dem Haupts!cherungselement an Punkten zwischen dem Körper aus der Legierung mit der niedrigen Schmelztemperatur und den elektrischen Anschlußklemmen im Abstand angeordnet sind. Die Hilfsfunkenstreeken sind durch ein Hilfssisherungselement miteinander verbunden, dassen Schmelz-

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charakteristik mit der Schmelzcharakteristik des Hauptsicherungselementes koordiniert ist. Die durch das Hilfssicherungselement miteinander verbundenen Hilfsfunkenstrecken bilden einen elektrischen Kreis, der der Anfangs-Punkenstrecke elektrisch parallelgeschaltet ist, die durch den Körper der eine niedrige Schmelztemperatur aufweisenden Legierung "gebildet ist. Im Betrieb bewirkt ein Oberstrom kleiner Größe, daß der Körper aus der Legierung mit niedriger Schmelztemperatur schmilzt und eine Anfangs -Funkens trecke bildet. Das Hauptslcherungselement beginnt zurückzubrennen, und die Spanriung über der Anfangs-Funkenstrecke nimmt in der Größe zu und bewirkt, daß die Hilfsfunkenstrecken überschlagen. Die Lichtbögen an den Hilfsfunkenstrecken beginnen das HauptSicherungselement.in zwei zusätzlichen Positionen zu schmelzen. Die koordinierten Schmelzverhältnisse der Haupt- und HilfsSicherungselemente sollten sicherstellen, daß die Hilfsfunkenstrecken lange genug Strom leiten, um das HauptSicherungselement an den zwei zusätzlichen Punkten vollständig durchzuschmelzen, um dadurch zwei zusätzliche Funkenstrecken oder eine Gesamtzahl von drei Funkenstrecken zu bilden, die elektrisch In Reihe geschaltet sind. Nächstem die zwei zusätzlichen Funkenstrecken in dem Hauptsicherungselement gebildet worden sind, schmilzt das Hilfssicherungselement in einer Anzahl von Punkten, um den durch das Hilfssicherungselement fließenden Strom zu begrenzen. In diesem Zustand haben die Haupt- und Hilfssicherungselemente theoretisch beide eine ausreichende Anzahl in Reihe liegender Funkenstrecken, um die Lichtbögen an allen Funkenstrecken zu löschen und diese zu kühlen, um die Stromleitung zu beenden.

Es wurde festgestellt, daß die vorstehend beschriebene Anordnung mit den Hilfs funkenstrecken häufig versagt, das Haupt-Sicherungselement zu schmelzen und die zusätzlichen Relhenfunken-r strecken herbeizuführen. Dies ist ein Ergebnis der Erscheinung, daß das Hilfssicherungselement schmilzt und ein Unterbrechung herbeiführt, bevor die Hilfsfunkenstrecken lange genug Strom geleitet haben, um das Haupt Sicherungselement zu schmelzen und

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die.zusätzlichen Reihenfunkenstrecken zu bilden. Wenn die zusätzlichen Reihenfunkenstrecken nicht gebildet werden, nimmt die anfängliche Funkenstrecke, die durch den Xörper aus der eine niedrige Schmelztemperatur aufweisenden Legierung gebildet ist, die Lichtbogenführung wieder auf und schmilzt das Hauptsieherungselement, wobei der Lichtbogen durch die halbleitende Verschorfung oder Fulgurite unterhalten wird, bis die gesamte Länge des Hauptsicherungselementes geschmolzen worden ist, wodurch die vorstehend bereits beschriebenen nachteiligen Wirkungen entstehen.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine strombegrenzende Schmelzsicherung zu schaffen, die ein verbessertes Stromunterbrechungsvermögen bei kleinen überströmen aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine strombegrenzende Schmelzsicherung gelöst, die Mittel verwendet zur Ausbildung von Hilfsfunkenstrecken neben Erweichungspunkten von wenigstens einem oder einem primären HauptSicherungselement. Das primäre HauptSicherungselement wird auf einen? Kern aus Isoliermaterial in einem hohlen Isoliergehäuse gehalten und ist elektrisch in Längsrichtung zwischen elektrischen Anschlußklemmen verbunden, die an den Enden des Isoliergehäuses angebracht sind. Eine Vielzahl von Erweichungspunkten ist entlang der Länge des primären Hauptsicherungselementes verteilt, und ein Körper aus einer eine niedrige Schmelztemperatur aufweisenden Legierung befindet sich in einem innigen Kontakt mit dem primären Hauptsicherungselement an einem Punkt, der von den elektrischen Anschlußklemmen durch eine erste und eine zweite Gruppe von Erweichungspunkten getrennt ist« Die erste Gruppe umfaßt die Erweichungspunkte, die entlang dem primären Hauptsicherungselement zwischen der einen elektrischen Anschlußklemme und dem Körper aus" der Legierung mit niedriger Schmelztemperatur verteilt sind, und die zweite Gruppe umfaßt die Erweichungspunkte, die in Längsrichtung entlang dem Rest des primären Hauptsicherungselementes zwischen der anderen

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elektrischen Anschlußklemme und dem Körper aus der Legierung mit niedriger Schmelztemperatur verteilt sind. Mittel zur Bildung einer ersten Hilfsfunkenstrecke neben einem Erweichungspunkt der ersten Gruppe und Mittel zur Bildung einer zweiten Hilfsfunkenstrecke neben einem Erweichungspunkt der zweiten Gruppe sind durch ein Hilfssicherungselement elektrisch miteinander verbunden, Ein inertes granuläres Lichtbogenlöschungsmaterial umgibt alle Elemente innerhalb des hohlen Isoliergehäuses. Während der Unterbrechung eines kleinen Oberstromes stellt die Vorrichtung für die Bildung der Hilfsfunkenstrecken neben den Erweichungspunkten der ersten und zweiten Gruppen sicher, daß das primäre HauptSicherungselement vollständig durchschmilzt, um wenigstens zwei zusätzliche Reihenfunkenstrecken zwischen den elektrischen Anschlußklemmen zu bilden, nachdem der Körper aus der Legierung mit der niedrigen Schmelztemperatur die anfängliche Funkenstrecke erzeugt hat. Ein vollständiges und zuverlässiges Schmelzen des primären Haiiptslefoerungselementes wird erreicht aufgrund der genauen Anordnung and Einstellung der Mittel zur Ausbildung der eisten und zweiten Hllfsfunkenstrecken benachbart zu den Erweichungspunkten der ersten bzw. aweiten Gruppen des primären Hauptgicherungselementes„

Sine strombegreiizende S chme Ie si ehe rung gemäß der Erfindung vermeidet die bei bekannten Anordnungen bestehenden Probleme. Sie sorgt für ein zuverlässiges Stromunterbrechungsvermögen auch bei

"Strömen₉ Indem sichergestellt wird, daß die HilfsfunkenstreoEcen aus Haupt Sicherungselement schmelzen, um zuätzliche Rsihenfunkenstreeken auch bei einem nur relativ kleinen zu erseugen. Dieses verbesserte Stromunterbrechungs-

bel.kleinen Strömen wird dadurch erreicht, daß IiIfsfunkensfcreekess an Punkten benachbart zu Erweichungspunkten des

eherungselementes angeordnet und der Funkenstreckenabgesteuert xfiröj, raa eine kleine Überschlagsspannung sieherleric, Bi© verkleinerte Querschnittsfläche der Srweichungs- |iN-Äte und. die Anordnung und gesteuerte Funkenstreckenbeabstanöung der HIIfsfunkenstrecken neben diesen Punkten stellen sicher,

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daß das Hilfssieherungselement genügend lange Strom leitet, um das Hauptsicherungselement an den Hilfsfonkenstrecken vollständig zu schmelzen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht von einer Strombegrenzungssieherung gemäß einem AusfUhrungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht nach einem Schnitt entlang der Linie 2 - 2 in Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Längsansicht von einem Hauptsieherungselement.

Fig. ²Ia und 4b sind Ansichten von bevorzugten Ausführungsbeispielen von Lichtbogenklemmen des Ausführungsbeispieles . gemäß Fig. 1.

Fig. 5 ist eine Teilansicht und stellt die Lichtbogenklammer gemäß den Fig. 4a oder Hb dar.

Fig. 6a bis 6f sind schematische Darstellungen der Wirkungsweise der Strombegrenzungssicherung gemäß der Erfindung und stellen deren verbessertes Stromunterbrechungsvermögen bei überlastströmen kleiner Größe dar.

In Fig. i ist allgemein ein Ausführungsbeispiel einer Strombegrenzungssicherung gemäß der Erfindung dargestellt₃ die ein verbessertes Stromunterbrechungsvermögen bei kleinen strömen aufweist. Die Strombegrenzungssicherung umfaßt ein hohles Isoliergehäuse 10 mit zwei Enden, an denen elektrische Anschlußklemmen 12 und 1*1 angebracht sind, durch die Strom von dem elektrischen Verteilungssystem hindurchfließt. Das hohleksoliergaMuse 10

kann aus einem Keramikmaterial, wie beispielsweise Pyrexglas, oder aus einem Verbund aus Glasfasern hergestellt 3ein, die mit Epoxyharz gemischt sind. Das Isoliergehäuse 10 schließt die Elemente der Strombegrenzungssicherung in seinem Innenraum ein. Ein Kreuz oder Kern 16 erstreckt sich innerhalb des Gehäuses 10 in axialer Richtung zwischen den elektrischen Anschlußklemmen 12 und 14. Der Kern/aüi einem inerten Keramikmaterial wie Steatit aufgebaut sein, vorzugsweise besteht er jedoch aus einem elektrischen Isoliermaterial, das bei einem Lichtbogen Gas entwickeln kann. Hierfür 1st beispielsweise eine hitzehärtbare Zusammen-

Hydrat setzung geeignet, die einen Hl 11 stoff mit/wasser enthält, das bei einer Erhitzung des Kernes emittiert wird. Der Kern besitzt im allgemeinen einen kern- oder kreuzförmigen Querschnitt, wie er am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, und umfaßt zahlreiche longitudinal verlaufende und radial vorstehende Rippen 18. Jede der Rippen 18 weist Vertiefungen 20 zur Bildung einer Anzahl von Schultern 22 auf. Die Anordnung der Schultern bildet im allgmeinen eine Schraubenbahn zwischen den elektrischen Anschlußklemmen, und wenigstens ein oder ein primäres Hauptsicherungselernent 24 1st auf die Schultern 22 in einer im allgemeinen schraubenförmigen Bahn gewickelt oder auf diesen gehalten, um die Anschlußklemmen 12 und 14 elektrisch miteinander zu verbinden. Die Stromanforderungen der Strombegrenzungssicherungen können es erforderlich machen, daß mehr als ein Hauptsicherungselement verwendet wird, aber minimal muß immer das primäre Hauptsicherungselement 24 verwendet werden. Figur 1 stellt zwei Hauptsicherungselemente dar, nämlich· das primäre Hauptsicherungselement 24 und ein sekundäres HauptSicherungselement 26. Jedes sekundäre Hauptsicherungselement ist elektrisch dem primären Hauptsicherungselement 24 zwischen den elektrischen Anschlußklemmen 12 und 14 parallel geschaltet, und mechanisch ist es auch durch die Schultern 22 in einer im allgemeinen schraubenförmigen Bahn parallel zu der Schraubenbahn des primären Haupt-Sicherungselementes 24 gehalten. Ein inertes granuläres Lichtbogenlöschungsmaterial 28, beispielsweise Quarzsand, ist in das

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Gehäuse 10 gepackt und umgibt alle Elemente.

Das primäre Hauptsicherungselement 24 und jedes sekundäre Haupt-Sicherungselement 26 sind im wesentlichen gleich und beispielsweise aus Silber hergestellt. Ein derartiges Hauptsicherungselement ist in Fig. 3 in Längsrichtung gezeigt. Gemäß dieser Fig. weist jedes HauptSicherungselement eine Vielzahl von Erweichungspunkten 30 auf, die entlang der Länge des Sicherungselementes von einem Ende zum anderen verteilt sind. Die Erweichungspunkte sind Punkte verkleinerter Querschnittsfläche, die beispielsweise dadurch gebildet werden können, daß Löcher oder Offnungen in dem HauptSicherungselement hergestellt werden. Die verkleinerte Querschnittsfläche der Erweichungspunkte stellt einen höheren Widerstand für den Stromfluß dar als der volle Querschnitt des Hauptsicherungselementes. Ein großer Fehlerstrom bewirkt, daß das HauptSicherungselement an den Erweichungspunkten schmilzt und eine Reihe von Funkenstrecken gebildet wird. Die Spannungsabfälle über den Funkenstrecken sind der Spannung des elektrischen Verteilungssystems entgegengerichtet, um den durch die strombegrenzende Schmelzsicherung geleiteten Strom zu begrenzen. Das HauptSicherungselement enthält weiterhin einen Körper 32 aus einer bei einer niedrigen Temperatur schmelzenden Legierung , beispielsweise ein Blei-Zinnlötmittel, in Innigem Kontakt mit . dem Hauptslcherungselement an einem Punkt zwischen den Enden des Hauptsicherungselementes. Da das Hauptsicherungselement in Längsrichtung zwischen den elektrischen Anschlußklemmen elektrisch verbunden ist, ist der Körper 32 aus der bei einer niedrigen Temperatur schmelzenden Legierung von der einen Anschlußklemme durch eine erste Gruppe 3^ von Erweichungspunkten und von der anderen Anschlußklemme durch eine zweite Gruppe 36 von Erweichungspunkten getrennt. Die ersten und zweiten Gruppen 3^ bzw. 36 enthalten jeweils wenigstens einen Erweichungspunkt, wodurch sichergestellt ist, daß wenigstens ein Erweichungspunkt den Körper aus der bei einer niedrigen Temperatur schmelzenden Legierung von jeder elektrischen Anschlußklemme trennt. Bei einem

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kleinen Überstrom, der nicht ausreicht, die Erweichungspunkte zu schmelzen, schmilzt der Körper aus der Legierung mit der niedrigen Schmelztemperatur und bildet eine Amalgamation mit dem Hauptsicherungselement. Diese Amalgamation bzw. Vermischung weist einen viel höheren Widerstand als der Widerstand der Erweichungspunkte 30 auf und schmilzt das HauptSicherungselement an dem Punkt der Amalgamation, um eine erste Funkenstrecke hervorzurufen .

Es werden nun in Verbindung mit Figur 1 die Elemente beschrieben, die die Hilfsfunkenstrecken neben den Erweichungspunkten bilden, die das verbesserte Stromunterbrechungsvermögen bei kleinen überströmen erzielen. An dem Kern 16 sind an einer Stelle zwischen den axial verlaufenden und radial vorstehenden Rippen 18 Mittel 38's, die eine erste Hilfsfunkenstrecke neben einem Erweichungspunkt der ersten Gruppe 34 bilden, und Mittel 38·' angebracht, die eine zweite Hilfsfunkenstrecke neben einem Erweichungspunkt der zweiten Guppe 3β bilden. Die Mittel 38· und 38^fl sind an dem Kern durch Zement fest angebracht oder sie sind mechanisch befestigt. Ein Hilfsslcherungselement 40 verbindet die Mittel 38* und 38^SI elektrisch miteinander und ist in einer Schraubenbahn in den Vertiefungen 20 der Hippen 18 festteewickelt und auf diesen gehaltert. Die Schmelzcharakteristiken des Hilfssicherungselementes sind mit den Schmslzeiiarakteristiken des Hauptsieherungselementes koordiniert, und bei vielen Anwendungsfällen kann das Hllfseicnerungselement 40 zahlreiche Schmelzdrähte aufweisen., die swiseisen den Mitteln 3B^S und 38^fl elektrisch parallel gasehältst sind. Im allgemeinen wird das Verhältnis des ein-Sekunden dauernden Schmelz stromes des Haupt sicherungs-Male größer sein als der einhundert Sekunden des Hilfssicherungselementes.

&■■■$ SSifctel 38^s und 38'⁵ können beispielsweise eine LichtbogenlesiPe 33 M1ö©b_s wie sie in den Fig. 4a und 4b dargestellt ist. ©d© Liehtbogesiklemaie 38 ranfäSt einen Basisteil k2 für eine An-

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bringung der Lichtbogenklemme am Kern 16 und einen Elektrodenteil 44, der elektrisch mit dem Basisteil 42 verbunden ist. Der Basisteil kann Ansätze 42* aufweisen, wie sie in Fig. 4a gezeigt sind, um die Lichtbogenklemme in Vertiefungen zu zentrieren oder anzuordnen, die in dem Kern ausgebildet sind.

Der Elektrodenteil 44 kann Verlängerungen 44a und 44b7umfassen, die in Pig. 4b dargestellt sind und so gebogen und eingestellt sind, daß sie den Elektrodenteil in einer präzisen Lage ausrichten, um eine maximale Leistungsfähigkeit sicherzustellen. Wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, verläuft der Elektrodenteil 44 von dem Kern 16 ein Stück nach oben, das kleiner als erforderlich ist, um das Hauptsicherungselement 24 zu berühren. Der dabei entstehende Abstand zwischen dem Hauptsicherungselement und dem Elektrodenteil der Lichtbogenklemme 38 bildet die Hilfsfunkenstrecke, Dieser Abstand ist als die Länge 46 bezeichnet und er ist einstellbar aufgrund der biegbaren Konstruktion des Elektrodenteiles 44 und der Verlängerungen 44a und 44b.

Die in Figur-*5 gezeigten Verlängerungen 44a und 44b stellen ebenfalls sicher, daß der Elektrodenteil der Lichtbogenklemme leicht eingestellt werden kann, um die Hilfsfunkenstrecke an einem Punkt neben einem Erweichungspunkt in dem Hauptsicherungselement zu erzeugen. Somit sind die Elektrodenverlängerungen 44a und 44b der Iiichtbogenklemme 38 einfach justierbar sowohl in der Lage relativ zu den Erweichungspunkten als auch im Abstand von den Haupt sieherungselementen.

Wie bereits ausgeführt wurde, kann jede Zahl von Hauptsicherungselementen parallel geschaltet werden, was von den Stromerfordernissen einer bestimmten Strombegrenzungssicherung abhängt. Wenn jedoch mehr als ein Hauptsicherungselement verwendet ifird, so wurde gefunden, daß Hilfsfunkenstrecken neben den Erweichungspunkten in zwei parallel geschalteten Hauptsicherungselementen ausreichen, um ein verbessertes Unterbrechungsvermögen bei kleinen Strömen zu erzielen. Der Grund hierfür ist darin zu sehen,

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daß alle übrigen HauptSicherungselemente schneller schmelzen werden, nachdem die zwei Hauptsicherungselemente mit den benachbarten Hilfsfunkenstrecken geschmolzen sind, Beispielsweise sind in Fig. 5 ein primäres HauptSicherungselement 24 und drei sekundäre Hauptsicherungselemente 26 gezeigt, die Hilfsfunkenstrecken sind jedoch nur neben zwei HauptSicherungselementen vorgesehen. Die Verlängerungen Ma und 44b sind so justiert, daß sie mit den Hilfsfunkenstrecken neben den Erweichungspunkten in dem primären Sicherungselement 24 und dem äußersten sekundären HauptSicherungselement 26 fluchten. Die verbesserte Leistungsfähigkeit wird zwar bereits erreicht, wenn Hilfsfunkenstrecken neben den Erweichungspunkten von zwei Hauptsicherungselementen einer Vielzahl von HauptSicherungselementen parallel geschaltet sind, es ist jedoch auch denkbar, daß irgendeine Anzahl von Verlängerungen auf der Lichtbogenklemme verwendet werden könnte, um Hilfsfunkenstrecken neben den Erweichungspunkten irgendeiner Anzahl parallel geschalteter Hauptsicherungselemente zu bilden.

Die vorstehende Beschreibung ist vorwiegend bezogen auf den Aufbau und die physikalische Anordnung von Elementen in der strombegrenzenden Schmelzsicherung mit verbessertem ünüerbrechungs-r vermögen bei kleinen Strömen. Die folgende Beschreibung bezieht sich in Verbindung mit den Figuren 6a bis 6f auf die Wirkungsweise, mit der das verbesserte Unterbrechungsvermögen bei kleinen überlastströmen erzielt wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Figuren 6a bis 6f nur schemätische Darstellungen sind, die zur deutlichen Beschreibung der Funktion der beschriebenen Ausführungsßeispiele verwendet werden.

In Figur 6a ist eine Vorrichtung 38' zur Bildung einer ersten Hilfsfunkenstrecke 60 benachbart zu einem Erweichungspunkt 30' für die erste Gruppe 3^ gezeigt. In ähnlicher Weise ist eine Vorrichtung 38" zur Bildung einer zweiten HiIfsfunkenstrecke benachbart zu einem Erweichungspunkt 30'* der zweiten Gruppe 36

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dargestellt. Die Vorrichtungen 38' und 38" sind durch das Hilfssicherungselement 40 miteinander verbunden. Unter dem Einfluß eines kleinen überlaststromes schmilzt der Körper 32 aus einer bei niedriger Temperatur schmelzender Legierung, er amalgamiert und bewirkt, daß, das Hauptsicherungselement an dem Punkt der Amalgamation schmilzt, wodurch ein Lichtbogen an einer anfänglichen Lichtbogenstrecke 64 gebildet wird. Die Wärmeenergie an dem anfänglichen Lichtbogen vergrößert die Länge der Funkenstrecke 64, während sie gleichzeitig bewirkt, daß der inerte Körper aus dem granulären Lichtbogenlöschungsmaterial eine Verschorfung (Fulgurite) zu.bilden beginnt, wie es vorstehend beschrieben wurde. Die vergrößerte Länge der anfänglichen Funkenstrecke .64 hat die Folge, daß die Spannung über der Funkenstrecke auf eine ausreichende Größe zunimmt, damit die ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken 60 und 62 überschlagen, wie es in Figur 6b gezeigt ist. Dies tritt deshalb auf, weil die zur überbrückung der ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken erforderliche Spannung kleiner ist als diejenige Spannung, die zur überbrückung der ersten Funkenstrecke 64 notwendig ist. Durch ihren Überschlag löschen die ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken den Lichtbogen an den anfänglichen Funkenstrecken 64, und die die Funkenstrecke 64 umgebende Verschorfung beginnt sich abzukühlen. Die mit der Lichtbogenenergie an den ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken verbundene Hitze schmilzt das Hauptsicherungselement an den ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken, wie es in Figur 6c gezeigt ist, um zwei Funkenstrecken 66 und 68 in dem Hauptsicherungselement zusätzlich zu der anfänglichen Funkenstrecke 64 zu bilden. Da die ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken benachbart zu den Erweichungspunkten 3(U und 30^lf angeordnet sind, stellt diese benachbarte Ausrichtung sicher, daß das Hauptsicherungselement in zuverlässiger Weise schmilzt, um die zusätzlichen Funkenstrecken 66 und 68 zu erzeugen.

In Figur 6d leiten die Lichtbögen an den ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken 60 und 62 weiterhin Strom, bis dae Hilfssicherungs-

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element *»O in einer Anzahl von Punkten schmilzt, wobei einige dieser schmelzenden Punkte bei 70 dargestellt sind« In diesen schmelzenden Punkten werden Lichtbögen gebildet, und die Spannung über jedem dieser Lichtbogen begrenzt den Strorafluß durch die ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken und.das Hilfssicherungselement. Die Lichtbögen in dem Hilfssicherungselement verlängern sich weiterhin, bis sie einen Stromfluß nicht mehr aufrechterhalten können. Zu diesem Zeitpunkt wird der Stromfluß durch das Hilfssicherungselement beendet. Nun zünden die anfängliche Funkenstrecke 6H und die Funkenstrecke 66 und 68 wieder und übernehmen wieder eine Lichtbogenbildung. Die Lichtbogenbildung und der Rückbrand des Elementes tritt nun an drei Punk-. ten auf, wodurch eine Verlängerung der gesamten Funkenstrecke um das dreifache derjenigen Geschwindigkeit erzeugt wird, die bestand,als nur ein Lichtbogen an der Funkenstrecke 6k vorhanden war. Dieser Zustand ist in Fig. 6e dargestellt. Diese rasche Verlängerung der Lichtbogenlänge führt zu einer gesamten Lichtbogenspannung, die/groß ist, um den Lichtbogenstrom zu löschen, wie es in Fig. 6f gezeigt ist. Somit ist der Stromfluß durch die Strombegrenzungssicherung beendet„

Das verbesserte Unterbrechungsvermögen bei kleinen Strömen, das vorstehend beschrieben wurde, resultiert aus der Ausrichtung der Vorrichtungen 38' und 38" neben den Erweichungspunkten an dem üauptsicherungselement. Diese Ausrichtung und Funkenstreckenbeabstandung stellt sicher,, daß das Haupt Sicherungselement immer zuverlässig und schnell schmilzt, um die zusätzlichen Funkenstrecken 66 und 68 hervorzurufen.

die Vorrichtungen 38» und 38^lf nicht neben den Erweichungspunkten angeordnet sind, wie es bei bekannten Strombegrenzungsalch©rungen. d©2? Fall ist,- werden die zusätzlichen Funkenstrecken 66 Wkä 68. nicht lasser gebildet, da das Hilfssicherungselement kO scfeallst mad. den Stromfluß durch das Element beendet, bevor zul Funkenstrecken in dem Haupt Sicherungselement gebildet

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worden sind. Wenn die zusätzlichen Funkenstrecken nicht vollständig ausgebildet werden, kann die anfängliche Funkenstrecke 64 die Lichtbogenbildung wieder aufnehmen, während die die anfängliche Funkenstrecke 6H umgebende Verschorfung (Fulgurite) ein Halbleiter bleibt. Wenn dies auftritt, brennt das Hauptsicherungselement weiterhin an einem Punkt auf seiner Länge zurück, was zu einem Fehler der Stromunterbrechungssicherung bei der Unterbrechung des kleinen Fehlerstromes führen könnte. Durch die Anordnung der Hilfsfunkenstrecken neben Erweichungspunkten, wie es vorstehend beschrieben wurde, besitzt die Strombegrenzungssi ehe rung ein zuverlässiges und verbessertes Unterbrechungsvermögen bei kleinen Strömen, das die Gefahr einer Bestätigung des elektrischen Systems eliminiert.

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Claims

Ansprüche

l.ystrombegrenzungssicherung mit einem zwei Enden aufweisenden ^—hohlen Isoliergehäuse, elektrischen Anschlußklemmen, die an den Enden des Gehäuses angebracht sind, einem Kern aus Isolier material innerhalb des Gehäuses und axial durch dieses hindurchführend, weiterhin mit einem primären HauptSicherungselement, das auf dem Kern gehalten ist, elektrisch in Längsrichtung mit den elektrischen Anschlußklemmen verbunden ist und auf seiner Länge verteilte zahlreiche Erweichungs- bzw. Schmelzpunkte aufweist, und mit einem Körper aus einer bei einer niedrigen Temperatur schmelzenden Legierung in einem innigen Kontakt mit dem primären HauptSicherungselement, wobei der Körper von der .einen elektrischen Anschlußklemme durch eine erste Gruppe von Erweichungs- bzw. Schmelzpunkten und von der anderen elektrischen Anschlußklemme durch eine zweite Gruppe von Erweichungs- bzw. Schmelzpunkten getrennt ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (38) innerhalb des Gehäuses zur Bildung einer ersten Hilfsfunkenstrecke (6O) neben einem Erweichungs- bzw. Schmelzpunkt der ersten Gruppe (3¹O, eine Vorrichtung (38") innerhalb des Gehäuses zur Bildung einer zweiten Hilfsfunkenstrecke (62) neben einem Erweichungs- bzw. Schmelzpunkt der zweiten Gruppe (36), ein Hilfssicherungselement (40) innerhalb des Gehäuses, das elektrisch die Vorrichtungen (38', 38") zur Ausbildung der ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken (60, 62) miteinander verbindet, und ein inertes granuläres Lichtbogenlöschungsmaterial, das die Elemente in dem Gehäuse umgibt.
2. Strombegrenzungssicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtungen Οβ',^δ¹ zur Ausbildung der ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken (60, 62) jeweils eine Lichtbogenklemme (38) mit einem Basisabschnitt (42) zur Anbringung der Lichtbogenklemme (38) an ; dem Kern (16) und einem Elektrodenteil (44) aufweisen, der elektrisch mit dem Basisabschnitt (42) verbunden ist.

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3. Strombegrenzungssicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzei ch nie t, daß jeder Elektrodenteil (42) sowohl in der Lage relativ zum Erweiehungs- bzw. Schmelzpunkt neben jeder HiIfsfunkenstrecke als auch im Abstand von dem primären HauptSicherungselement (24) einstellbar ist.
4. Strombegrenzungssicherung nach Anspruch 1,' dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein sekundäres Hauptsicherungselement (26) vorgesehen ist, das dem primären HauptSicherungselement (24) elektrisch parallel geschaltet ist und im wesentlichen den gleichen Aufbau besitzt wie das primäre Haupt Sicherungselement, die Vorrichtung (.38*) zur Ausbildung einer ersten Hilfsfunkenstrecke (60) neben einem Erweiehungs- bzw. Schmelzpunkt der ersten Gruppe (34) des primären Hauptsicherungselementes (24) ferner eine erste Hilfs· funkenstrecke neben einem Erweiehungs- bzw. Schmelzpunkt Ser ersten Gruppe von wenigstens einem'sekundären Hauptsicherungselement bildet, und die Vorrichtung (38^lf) zur Ausbildung einer zweiten Hilfsfunkenstrecke (62) neben einem Erweichungsbzw. Schmelzpunkt der zweiten Gruppe (36) des primären Hauptsicherungselementes (26) ferner eine zweite Hilfsfunkenstrecke neben einem Erweichungspunkt der zweiten Gruppe von jedem sekundären Hauptsicherungselement bildet und auch eine erste Hilfsfunkenstrecke neben einem Erweiehungs- bzw. Schmelzpunkt seiner ersten Gruppe aufweist.
5. Strombegrenzungssicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtungen (38', 38") zur Ausbildung der ersten und zweiten Hilfsfunkenstrecken neben Erweiehungs- bzw. Schmelzpunkten der primären und sekundären Hauptsicherungselemente jeweils eine Lichtbogenklemme (38) mit einem Basisabschnitt (42) zur Anbringung der Lichtbogenklemme (38) an dem Kern (16) und einen Elektrodenteil (44) aufweisen, der mit dem Basisabschnitt elektrisch verbunden ist.

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6. Strombegrenzungssicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzei ehnet, daß die ersten und zweiten Hilfsfunkenstreckeri benachbart zu Erweichungs- bzw. Schmelzpunkten von eiriem sekundären Haupt Sicherungselement vorgesehen sind und der Elektrodenteil (44) von jeder Lichtbogenklemme (38) zwei Verlängerungen (44a, 44b) aufweist, von denen die eine Verlängerung sowohl in seiner Lage relativ zum Erweichungs- bzw. Schmelzpunkt des primären Hauptsicherungselementes als auch im Abstand von dem primären Hauptsicherungselement einstellbar ist, und die andere Verlängerung sowohl in seiner Lage relativ zum Erweichungs- bzw? Schmelzpunkt des sekundären HauptSicherungselementes als auch im Abstand von dem sekundären Hauptsicherungselement einstellbar ist.

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