DE2605179C2 - Schmelzleiter für eine elektrische Sicherung in Form eines Metallbandes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzleiter für eine elektrische Sicherung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der GB-PS 17 625(1923),insbesondere Fig. 5,6bekannten Art.

Die Überbrückung des verjüngten Teils des Metallbandes hat bei dem bekannten Schmelzleiter den Sinn, einerseits durch nicht überbrückte Teile des Metallbandes den Schmelzleiter bei Kurzschlüssen schnell und bei

Schmelzleiter ein Aufreißen des Nebenschlusses nicht immer sichergestellt, weil selbst das geschmolzene Metall des Nebenschlußleiters noch den verjüngten Teil des Metallbandes überbrücken kann, so daß der Schmelzleiter verspätet oder unter sehr ungünstigen Umständen überhaupt nicht anspricht, obwohl der Nebenschlußleiter bestimmungsgemäß bereits geschmolzen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den ίο Schmelzleiter so auszubilden, daß er auch bei Einbettung in Sand oder Pulver, um ihn vor äußeren Temperatureinflüssen zu schützen, sicher und unverzögert anspricht.

Diese Aufgabe wird mit den gekennzeichneten Mitteln des Anspruchs 1 gelöst.

Da bei dem erfindungsgemäßen Schmelzleiter bei Erreichen des Schmelzpunktes der Nebenschlußleiter einerseits mit Sicherheit vom Metallband abhebt und andererseits nicht zerstört wird, so daß das geschmolzene Metall den verjüngten Teil überbrücken könnte, ist sichergestellt, daß die überbrückte Strecke auch bei Einbettung in Sand und dergleichen ansprechen kann. Dabei läßt sich der erfindungsgemäße Nebenschlußleiter leichter herstellen und am Metallband anbringen als der aus der GB-PS 2 17 625 bekannte.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schmelzleiters sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Schmelzleiters 1 gezeigt. Den genauen Wert des Nennstroms bestimmen die Maße von Verjüngungen 2 und 3. Eine Verjüngung 4 führt zu einem Querschnitt, der kleiner ist als der Querschnitt der Verjüngungen 2 und 3, so daß an dieser Stelle das Abschmelzen auch bei Strömen unter dem Nennwert kurzzeitig erfolgt.

Dieser kleine Querschnitt wird durch einen Nebenschlußleiter 5 überbrückt (s. F i g. 2). Dieser besteht aus

über längere Zeit fließenden Überströmen erst nach ₄o gut leitendem Metall und ist am breiten Teil mit einer einer gewissen Zeitverzögerung ansprechen zu lassen. Einprägung 6 versehen, z. B. in einer Tiefdruckpresse.

Vom Rand der Einprägung 6 an hat der Nebenschlußleiter 5 die Form eines Bogens 7, dem ein gerader Teil 9

Hierzu hat der vom Nebenschlußleiter überbrückte verjüngte Teil des Metallbandes einen kleineren

Querschnitt als die nicht überbrückten verjüngten Teile folgt.

des Metallbandes. Der Nebenschlußleiter besteht bei _{45 F} j _g. 3 _zej_gt, in welcher Weise der Nebenschlußleiter

dem bekannten Schmelzleiter aus einem linsenförmigen, 5 _mi_t dem Schmelzleiter 1 verbunden wird. Der Bogen 7

mit inertem Gas gefüllten Körper aus einem Metall, ~" '

dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der des Metallbandes.

des Nebenschlußleiters 5 überbrückt die Verjüngung 4 und ist am Rand 8 der Einprägung 6 und am geraden Teil . 9 des Nebenschlußleiters 5 am Schmelzleiter 1

Bei einem aus der US-PS 26 67 551 bekannten 50 angelötet. Es wird ein Lötmaterial mit entsprechendem gattungsähnlichen Schmelzleiter ist der metallische Schmelzpunkt benutzt. Die Abmessungen des Randes 8 Nebenschlußleiter als Feder ausgebildet, deren eines und der geraden Strecke 9 des Nebenschlußleiters 5 sind Ende mittels Lot mit einem verhältnismäßig niedrigen so gewählt, daß - unter Beachtung der Diffusionseigen-Schmelzpunkt an das Metallband angelötet ist, so daß schäften des Lötstoffes - der Übergangswiderstand der Nebenschlußleiter beim Ansprechen des Schmelz- 55 der gelöteten Flächen wesentlich niedriger ist als der leiters vom Metallband abhebt und der zuvor über- Widerstand des Bogens 7 des Nebenschlußleiters 5.
brückte Teil des Metallbandes durchschmelzen kann. Bevor der Nebenschlußleiter 5 am Schmelzleiter 1

Bei dem aus der GB-PS 2 17 625 bekannten befestigt wird, wird in der Einprägung 6 der in flüssigem Schmelzleiter dient das im Nebenschlußleiter enthalte- oder festem Zustand befindliche Starter-Stoff 10 (z. B. ne inerte Gas dazu, d,e dasselbe umgebende, bei ₆o Jod oder Zink + Schwefel) untergebracht. Der Starterlängerem Anstehen von Überströmen erweichende Stoff geht bei einer vorbestimmten Temperatur - und Metall zu sprengen und - bei pulver- oder sandgefüll- _zwar innerhalb eines sehr engen Temperaturbereichs ten Sicherungen einen Hohlraum zum Aufnahme des vom festen oder flüssigen Zustand in den Dampfzustand schmelzenden Metalls bereitzustellen. Eine solche oder den Gaszustand über und erzeugt infolge der so Verwendung würde sich bei dem aus der US-PS ₆5 entstehenden beträchtlichen Raumerweiterung in der 26 67 551 bekannten Schmelzleiter deshalb verbieten, Einprägung 6 einen großen Druck,
weil die Feder nicht mehr beweglich wäre. Trotzdem ist Das zur Verbindung von Schmelzleiter t und

aber auch bei dem aus der US-PS 26 67 551 bekannten Nebenschlußleiter 5 benutzte Lötmaterial muß so

gewählt werden, daß sein Schmelzpunkt höher liegt als die Temperatur, bei der der Starter-Stoff 10 verdampft bzw. den Gaszustand annimmt. Unter Beachtung der Festigkeitseigenschaften der Randfläche der Einprägung 6 und des Lötmaterials kann gewähr'eistet werden, daß bei der plötzlichen Druckveränderung, die vom Starter-Stoff 10 verursacht wird, weder der Schmelzleiter 1, noch der Nebenschlußleiter 5 Formveränderungen erleidet, sondern sich statt dessen der Nebenschlußleiter 5 vom Schmelzleiter 1 ablöst.

Die Abmessungen des Nebenschlußleit.ers 5, insbesondere beim Bogen 7, werden durch die Anforderung bestimmt, daß bis zum 1,2- bis l,3fachen Wert des Nennstroms die Temperatur, die den Starter-Stoff 10 umgibt, niedriger ist, als diejenige, bei der die Zustandsveränderung des Starter-Stoffes erfolgt.

In Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Betriebstemperatur bei Nennstrom und der Temperatur, bei der sich der Aggregatzustand des Starter-Stoffes verändert, kann das Verhältnis (der Quotient) vom kleinsten Schmelzstrom und Nennstrom in einem weiten Bereich verändert werden.

In F i g. 4 ist die Zeit-Strom-Kennlinie für Schmelzleiter gemäß F i g. 1 bis 3 dargestellt. Die Kurve 11 bezieht sich auf den Verlauf im Querschnitt der Verjüngung 4 des Schmelzleiters 1, wie er in Fi" 1 gezeigt ist. Die Kurve 12 hingegen zeigt den Vorlauf in den Querschnitten der Verjüngungen 2 und 3. Letzteres Verhalten entspricht dem der konventionellen, für Nennstrom /„ ausgelegten, z. B. schnellen Sicherungen. Kurve 13 zeigt die Gesamtzeit, die - in Abhängigkeit vom Laststrom — notwendig ist, um sowohi die Veränderung des Aggregatzustands des Starter-Stoffes als auch die darauffolgende Ablösung des Nebenschlußleiters 5 zu vollenden. Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß die Schmelzzeit für das Zweifache des Nennstroms bei konventionellen schnellen Sicherungen in der Größenordnung 100 s beträgt. Bei derselben Strombelastung ist die Be'.ätigungszeit des Starter-Stoffes kleiner als 1 s. und diese Zeit wird nur unwesentlich erhöht durch die Schmelzzeit gemäß Kurve 11, innerhalb welcher die Verjüngung — nach Ablösung des Nebenschlußleiters 5 — durchschmilzt.

Die resultierende Zeit-Strom Kennlinie des mit einem Nebenschlußleiter 5 kombinierten Schmelzleiters 1 schmiegt sich — annähernd — an die Kennlinie des Starter-Stoffes an, und zwar solange, bis die kritische Strombelastung h gemäß Punkt 14 (F i g. 4) erreicht ist. Überschreitet :ier Laststrom den kritischen Wert /*, dann wird diese Kennlinie der Kurve 12 gleich, denn dann beträgt die Schmelzzeit in den Verjüngungen 2 und 3 weniger als die für die Funktion des Starler-Stoffes notwendige Zeit.

Bei gewissen Verteilungen der Bogenspannung kann es notwendig sein, zwei oder mehr Verjüngungen durch einen Nebenschlußleiter zu überbrücken.

Der Starter-Stoff kann auch aus zwei oder mehr Komponenten bestehen.

Fig. 5 zeigt das Schmelzverhalten eines Schmelzleiters, bei dem der Starter-Stoff beispielsweise aus zwei Komponenten besteht Eine Komponente ist bei normalen Betriebsströmen (also der Betriebstemperatur des Schmelzleiters) im festen Zustand. Die Differenz

ίο zwischen dem Schmelzpunkt diese" Komponente und der normalen Betriebstemperatur und auch die Menge dieser Komponente ist so gewählt, daß zur Erwärmung und zur völligen Einschmelzung dieser Komponente eine Wärmemenge notwendig ist, welche bei A-fachem (k = 1, 2, 3,...) Nennstrom I_n nach der vorgeschriebenen, erwünschten Verzögerungszeit angesammelt wird. Wenn die Temperatur dieser Komponente den Schmelzpunkt erreicht hat, verändert sie sich solange nicht, bis die Gesamtmenge dieser Komponente geschmolzen ist. In diesem Temperatur(bzw. Strom-)bereich hat der in Kurve 16 der Fig. 5 gezeigte Schmelzverlauf einen trägen Charakter.

Die andere Komponente des Zweikomponenten-Starter-Stoffes ist so gewählt, daß der Siedepunkt oder Zündwärmepunkt etwas höher als der Schmelzpunkt der ersten Komponente, die Verdampfungswärme aber möglichst klein ist. Nachdem die erste Komponente geschmolzen ist, erhöht sich wieder die Temperatur des Starter-Stoffes; wenn sie den Siedepunkt oder den

<o Zündwärmepunkt der zweiten Komponente erreicht, wird diese Komponente schnell verdunsten oder entflammen und der Nebenschlußleiter löst sich vom Schmelzleiter ab. In diesem Temperatur(bzw. Strom-)bereich hat der Schmelzverlauf der Sicherung gemäß Kurve 16 einen schnellen Charakter.

Kurve 15 in Fig. 5 zeigt den Schmelzverlauf des Schmelzleiters ohne Nebenschlußleiter.

Die Kennlinie 16 schmiegt sich ideal an die Kennlinie der Unterbrecher an, darum können diese Sicherungen optimal an Unterbrecher angepaßt werden.

Fig.6 zeigt das Joule-Integral in Abhängigkeit vom unbeeinflußten Kurzschlußstrom für einen Leitungs-Schutzschalter mit 1500 A Schaltvermögen (Kurve 17); für eine konventionelle träge-schnelle Sicherung mit 50 A Nennwert (Kurve 18), für einen 50-A-Schmelzleiter, der mit einem Zweikomponenten-Starter-Stoff versehen ist (Kurve 19) und einen 160-A-Schmelzleiter, der gleichfalls mit einem Zweikomponenten-Starter-Stoff versehen ist. Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß die Belastung des Netzes ein Mehrfaches der z. Zt. üblichen Belastung betragen kann, wenn mit dem Leitungs-Schutzschalter eine Sicherung koordiniert ist, die mit einem Schmelzleiter mit Zweikomponenten-Starter-Stoff bestückt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuncen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schmelzleiter für eine elektrische Sicherung in Form eines Metallbandes, dessen Querschnitt längs einer oder mehrerer Strecken verjüngt ist, wobei mindestens ein verjüngter Teil des Metallbandes durch einen metallischen Nebenschlußleiter überbrückt ist, der eine bei seinem Schmelzvorgang unter Gasdruck stehende Kammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußleiter (5) an einem Ende eine Einprägung (6) aufweist, die beim Verbinden, z. B. Verlöten, mit dem Schmelzleiter (1) die abgeschlossene Kammer bildet, und daß das Innere der Kammer mit einem Starter-Stoff (10) gefüllt ist, dessen Siedepunkt niedriger liegt als der Schmelzpunkt des sie abschließenden Bindemittels bzw. Lötmaterials.

2. Schmelzleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung der Kammer (6) außerdem einen weiteren Stoff (z. B. Zink) enthält, dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der Siedepunkt des Starter-Stoffes (10).

3. Schmelzleiter nach Anspruch 1 oder 2, mit mehreren verjüngten Strecken im Schmelzleiter, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Nebenschlußleiter (5) diejenige verjüngte Strecke überbrückt ist, die dem Ende des Schmelzleiters (1) zunächst liegt.