DE2149938A1 - Strombegrenzer-Element - Google Patents

Description

^CATENTANWÄL.TE F.W. HEMiMERICH · GERD MÜLLER ■ D. GROSSE n^

- g.m.ke -

18.9.1971

-EI-

Tokyo Shibaura Electric Company Limited,

72 Horikawa-cho, Kawasaki-chi, Eanagawa-ken (Japan)

Strombegrenzer-Element

Diese Erfindung befaßt sich mit elektrischen Bauelementen, die den durch eine Anlage fließenden Strom begrenzen und dadurch diese Anlage vor zu hohen. Strömen und den sich daraus ergebenden Überlastungs zuständen schützen.

Weil eine Erhöhung der Leistung elektrischer Installationen sehr stark gefordert wird, desgleichen aber auch eine Ausweitung der elektrischen Anlagen, geht die Tendenz dahin, die Strombelastbarkeit oder die Auslegung von Steuerungszentralen für Elektromotoren zu erhöhen. Damit können aber auch die Kurzschluß-iPehlerströme, die in solchen Zentralsteuerungen und deren Starkstromkreisen fließen könnten, extrem hohe Stromwerte annehmen, beispielsweise 50 kA bis 100 kA. Wegen der notwendigen Abschaltleistung müssen dann auch die Schutzschalter, die gegen Eurzschluß-Fehlerströme dieser Größenordnung schützen sollen, in ihrer Leistung und in ihrer Abmessung immer größer ausgelegt werden.

.Andererseits aber ist zur Zeit die Forderung nach kleineren Abmessungen bei elektrischen Anlagen sehr stark, weswegen dann auch Vorrichtungen zur Strombegrenzung, beispielsweise Strombegrenzerdrosseln, verwendet wer-• den. Zusammen mit den anderen elektrischen Schaltvor-ο richtungen, beispielsweise den Trennschaltern, den uber-O₀ lastschaltern, die ohne Schmelzsicherung arbeiten, und ^* den thermischen Auslöserelais, ist die Strombegrenzer-'--Torrichtung in die Zentralsteuerung eingebaut, wobei

alle diese Schaltvorrichtungen mittels Verbindungs- ^ leitungen noch miteinander verbunden und verdrahtet werden Hiuys^r;,, O.e. Si

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im Schaltschrank natürlich Platz, so daß durch sie die Abmessungen der Sehaltschranke oder der Schaltwarten noch größer werden· Dies macht die Verdrahtung zwischen der Strombegrenzer-Vorrichtung und den anderen Schaltvorrichtungen -im Schaltschrank oder in der Schaltwarte kompliziert und erschwert darüber hinaus auch noch die Wartung und die ITberprüfung der S ehalt schranke und der Schaltwarten. Weil die Montage und die Verdrahtung der Schalt schranke viel Zeit beansprucht, sind zudem auch die Kosten hoch.

Zur Beseitigung dieser Nachteile wird gemäß der Erfindung ein Strombegrenzer-Element vorgeschlagen, das als ein elektrischer Leiter in Form eines Drahtes oder mehrerer Drähte aus einem-Metall mit hohem Widerstands-Temperatur ko effizient en ausgeführt ist, wobei der Draht oder die Drähte dieses elektrischen Leiters mit einer elektrisch isolierenden Schicht umgeben ist bzw. sind. Zweckmäßig ist zwischen dem Draht oder den Drähten einerseits und der elektrisch isolierenden Schicht andrerseits eine wärmeisolierende, hitzebeständige Schicht angeordnet. Das Metall für den Draht oder für die Drähte wird vorzugsweise aus einem Element der Gruppe 8, beispielsweise aus Eisen, Nickel oder Kobalt, oder aus einer Legierung eines Elementes der Gruppe 8 mit einem oder mehreren zusätzlichen Elementen hergestellt. Die Bestandteile des Drahtes sind so gewählt, daß die Konstruktion eine genügend große mechanische Festigkeit hat, daß sie Wärme oder Hitze aushalten kann und daß sie einen geeigneten elektrischen Widerstand aufweist _a

Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, daß ütrombegrenzer-Element zum Schütze elektrischer Schaltanlagen vor Überströmen in deren Schaltkreisen vorzusehen.

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Mit; Vorteil wird das Strqmbegrenzer-Element zwischen den die Stromversorgung bewirkenden Stromschienen elektrischer Schaltanlagen und nachgeordneten Schaltelementen sowie dem Verbraucher angeordnet. Gehört zu den erwähnten elektrischen Schaltanlagen ein Steuerschrank oder eine Schaltwarte, der bzw. die zur Aufnahme von Sehalteinheiten mit einer Anzahl von Fächern versehen und an dessen bzw. deren Rückseite Strom-schienen zur Verbindung zur Stromquelle geführt sind, dann empfiehlt es sich, daß mit einem Trenn- oder Überlastschalter, einem elektromagnetischen Schütz sowie gegebenenfalls einem thermischen Auslöserelais ausgestattete Schalteinheiten jeweils ein oder mehrere Strombegrenzer-Elemente aufweisen, das bzw. die starkstromseitig zwischen dem Trennschalter oder tlberlastschalter und den Klemmen zum Anschluß an die Stromschienen angeordnet ist bzw. sind.

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Die Erfindung wird nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 Eine zum Teil im Schnitt wiedergegebene perspektivische Darstellung eines Strombegrenzer-Elements, das in Form eines Widerstanddrahtes ausgeführt ist.

2 Charakteristische Kennlinien, die die Veränderung des spezifischen Widerstandes mit der Temperatur des Widerstan ds drahtes für drei verschiedene Metalle wiedergeben.

Fig. 3 Eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Strombegrenzer-Elementes. Auch hier eine teilweise Schnittwiedergabe.

Fig. 4- Die Vorderansicht eines Schaltschrankes oder einer Schaltwarte für elnei Elektromotor.

Fig. 5a Eine Seitenansicht von Fig. 4. Fig. 5b Eine Draufsicht von Fig. 4-.

Fig. 6 E-in Schaltbild für eine der Einheiten, die die Vorrichtung nach Fig. 4- bilden.

Der mit Fig. 1 dargestellte Strombegrenzer Λ besteht aus einem Einzeldrahtleiter 2 aus einem strombegrenzenden Widerstandsmaterial. Dieses Widerstandsmaterial ist entweder ausschließlich aus einem Element der Gruppe 8 hergestellt oder mit einem oder mehreren zusätzlichen anderen Elementen legiert. Vorzugsweise besteht das Widerstandselement aber aus Eisen, aus einer Eisen-Kobalt-Legierung oder aus Wolfram. Fig. 2 zeigt nun, wie sich der spezifische Widerstand für die drei Werkstoffe Eisen,

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' Eisen-Kobalt-Legierung and Wolfram dam: verändert, wenn sich die Temperatur von O⁰C bis auf 2.000⁰C erhöht. Zu erkennen ist, daß der spezifische Widerstand gegenüber dem Anfangswert um 10 mal bis 20 mal größer wird.

Um den Widerstandsdraht 2 wird nun eine hitzebeständige und wärmeisolierende Beschichtung 3 aus einem hitzebeständigen Material gelegt, beispielsweise aus Glasfasern oder aus Asbestfasern. Über die vorerwähnte hitzebeständige und wäremeisolierende Schicht 3 kommt dann noch eine elektrisch isolierende Schicht 4, und zwar aus einem Material, dessen Isolationswiderstand genügend groß ist, beispielsweise aus synthetischem Gummi oder aus Polytetrafluoräthylen, das in dieser Form vorzugsweise unter dem Markennamen "TEFLON" gehandelt wird.

Soll das Strombegrenzer-Element in eine elektrische Vorrichtung oder in eine Elektroanlage eingebaut werden, dann wird es in Übereinstimmung mit dem Abstand zwischen der anzuschließenden Vorrichtung und den Anschlußklemmen auf bestimmte Langen geschnitten und dann an. den Enden mit den Anschlußklemmen 5& und i?b versehen.

Nun ist leicht zu erkennen,daß dann, wenn ein Überlastungs zustand aufkommt, der durch den Widerstandsdraht 2 fließen de Strom in diesem Widerstandsdraht eine Temperaturerhöhung herbeiführt, woraufhin dann wiederum - wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist - der Widerstand drastisch ansteigt und den durch das Strombegrenzer-Element fließenden Strom derart begrenzt, daß die Anlage vor Überströmen geschützt wird.

Nach Fig. 3 ist das Strombegrenzer-Element 6 so ausgeführt, daß der Leiter 7 als Litzendraht besteht;, der durch das Verdrillen von mehreren Einzeldrähten herge-

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stellt wird, wobei jeder Draht aus einem dem Leiter 2 ähnlichen Material mit einem hohen Widerstands-Temperaturkoeffizienten besteht.

Um den als Litze ausgeführten Leiter 7 wird eine hitzebeständige und wärmeisolierende Schicht 8 gelegt, die ähnlich der hitzebeständigen und wärmeisolierenden Schicht 3 aus Fig. 1 ausgeführt ist. Über die vorerwähnte hitzebeständige Schicht 8 wird dann schließlich eine elektrisch isolierende Schicht 9 gelegt, die der elektrisch isolierenden Schicht 4 aus Fig. 1 ähnlich ist.

Die jeweils mit Fig. 1 und fig. 3 dargestellte hitzebeständige Schicht 3 oder 8 kann dadurch verstärkt werden, daß auf ihre Oberfläche jeweils Silikonlack aufgetragen wird.

Wie der Leiter 7 des Strombegrenzer-Elementes nach Fig. ausgeführt sein kann_t das kann der nachstehend erwähnten Tabelle entnommen werden:

Kern- oder Leiterform Querschnitt (mm )

5,5 8

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Unter Verweisung auf Fig. 4 bis Fig. 6 soll nachstehend nun eine Verwendungsmöglichkeit der Strombegrenzer-Elemente beschrieben werden.

Zu der mit Fig. 4 dargestellten Zentralsteuerung für Elektromotoren, d.h. zu der Zentralsteuerung 10, Gehören eine Reihe von oteuerschrankelementen mit mehreren Schaltvorrichtungen 11a, 11b, 11c ... . Die Vorderseite der Zentralsteuerung 10 ist in eine Reihe von Fächern

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1.0	0	X	7-fach	(Litzen)
1.2	0	X	7-fach	(Litzen)
1.6	0	X	7-fach	(Litzen)
2.0	0	X	7-fach	(Litzen)

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■unterteilt, die jeweils eine andere S ehalt Vorrichtung aufnehmen. Auf der Rückseite befinden, sich Stromschienen, die mit einer Stromquelle in Verbindung stehen. Eine jede der Schalteinheiten 11, in die elektrische Schaltgeräte eingebaut sind, beispielsweise Trennschalter und elektromagnetische Schütze, ist in einem der lächer untergebracht.

Eine der vorerwähnten Schalt einheit en 11 ist in I¹Ig. 5& und Fig. 5*> in einem größeren Maßstabe wiedergegeben. Zu dieser Schalteinheit 11 gehören: ein schmelzsicherungsfreier Trennschalter oder Überlastschalter 1J, ein elektromagnetisches Schütz 14 und ein thermisches Auelöserelais 15, die alle in bestimmten Abständen in einem Einheitsgehäuse 12 montiert sind. Wie aus Fig. und Fig. 6 zu erkennen ist, ist die vorerwähnte Schutzschaltung aus dem Trennschalter 13, dem Schütz 14 und dem thermischen Auslöserelais 15 über die Anschlüsse oder Kabel 17a mit der Stromschiene 18 in Reihenschaltung verbunden, desgleichen aber auch mit einem Verbraucher 19 über die Anschlüsse oder Leitungen 17_} wobei der Verbraucher als Elektromotor dargestellt ist. Die Stromschiene 18 steht mit einer elektrischen Stromquelle in Verbindung.

Die Anschlüsse oder Verbindungen zwischen der Stromschiene 18 und der Schalteinheit 11a sind als Längen des StrombegrenzesWiderstandsdrahtes nach Fig. 1 oder nach Fig. 3 ausgeführt. Die Anschlüsse oder Verbindungen 1?a, die mit der Starkstromseite des Trennschalters oder Überlastschalters 13 verbunden sind, sind durch eine Bohrung 16a in der Halterung 16 auf die Rückseite des Gehäuses geführt, wo sie mit den Kontakten 21 verbunden werden. Diese Kontakte 21, die auch mit der Stromschiene 18 verbunden werden können, sind durchleine Isolierabdeckung aus Kunststoff 20 verdeckt, die sich längs der Rückseite

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des Gehäuses 12 erstreckt. Nach Fig. 2 sind die als Anschlüsse oder .Verbindungen 17a verwendeten Strombegrenzer-Widerstandsleiter derart ausgelegt, daß sie normalerweise nur einen geringen Widerstand haben, damit aber auch nur sehr geringe Leistungsverluste, daß aber beim Fließen eines starken Stromes, beispielsweise bei Aufkommen eines Kurzschlusses, irfdiesen Strombegrenzer-Widerstandsleitern durch den Leitungsverlust ein Temperaturanstieg herbeigeführt wird, was dazu führt, daß ein hoher Widerstand vorhanden ist und den starken Strom wirksam begrenzt.

Die Strombegrenzer-Leiter 17a sollten vorzugsweise auf der Starkstromseite des Trennschalters oder Überlastschalters 13 angeschlossen werden, nicht aber auf der anderen Seite zwischen den elektrischen S ehalt gerät en. Kommt es innerhalb der Schaltvorrichtung zu einem Kurzschluß oder zu einem Kurzschlussfehler, oder aber im Verbraucher 19, der der Schaltvorrichtung zugeordnet ist, dann wird durch die Widerstandserhöhung der starke Strom wirksam begreift, so daß der Trennschalter oder Oberlastschalter für eine kleinere Abschaltleistung als sonst notwendig wäre ausgelegt werden kann. Wird nun beispielsweise der Strombegrenzungs-Widerstandsleiter, werden die Strombegrenzungs-Widerstandsleiter, auf einen Trennschalter oder .auf einen Überlastschalter geführt, dessen Abs ehalt leistung nur 5 k^. beträgt, so kann ein Stromkreis oder eine Schaltung mit einem Kurzschlußstrom von 50 kA geschützt werden. Dadurchjdaß die Strombegrenzungs-Leiter in die Starkstromseite der Anlage geschaltet werden, werden die Auswirkungen von Überströ- ' men in den Stromschienen und von Unfällen, die die Stromschienen betreffen, auf die S ehalt vorrichtungen 13, 14, 15 und auf die Last oder den Verbraucher 19 wirksam verringert .

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Ein weiterer Vorteil für das Anordnen der Strombegrenzungs-Leiter in der Starkstromseite der Schaltanlage liegt darin, daß diese Leiter wegen ihres geringen Leistungsverlustes und der damit verbundenen geringen Wärmeentwicklung die Arbeitsweise des thermischen Auslöserelais 15 nur wenig beeinflussen. Dieses thermische Auslöserelais 15 ist von den Leitern 17a. entfernt montiert oder von diesen Leitern 17a durch die Rückseite des Gehäuses 12 getrennt.

Es dürfte klar sein, daß zustäzliche und andere Strombegrenzungsvorrichtungen, beispielsweise Strombegrenzer-Drosseln, für die Begrenzung des zum Verbraucher 19 fließenden Stromes nicht mehr erforderlich sind, wobei die Strombegrenzer-Elemente dieser Erfindung lediglich den Platz von normalen Anschlußleitungen oder Verbindungsleitungen zwischen der Schaltanlage und den Stromschienen 18 einnehmen. Das Resultat ist dabei dann, daß die Schaltanlage schneller and wirtschaftlicher hergestellt werden kann. Darüber hinaus können aus den bereits zuvor erklärten Gründen auch die verschiedenen . Schaltvorrichtungen oder Schaltgeräte 13, 14, 15 läßiner ausgelegt werden, da auch die Maximalströme kleiner sind.

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Claims (8)

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   Tokyo Shibaura Electric Company Limited,

   Horikawa-cho, Kawasaki-chi, Kanagawa-ken (Japan)

   Patentansprüche:

   Strombegrenzer-Element,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß es als ein elektrischer Leiter (2, 7) in Form einer oder mehrerer Drähte aus einem Metall mit hohem Widerstands-Temperaturkoeffizienten ausgeführt ist, und daß der Draht oder die Drähte dieses elektrischen Leiters mit einer elektrisch isolierenden Schicht (4, 9) umgeben sind.

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   _ΛΑ 18.9.1971

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2. 2. Strombegrenzer-Element nach Anspruch 1, £. i dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Draht oder den Drähten und der elektrisch isolierenden Schicht (4, 9) eine wärmeisolierende, hitzebeständige Schicht (3, 8) angeordnet ist.
3. 3. Strombegrenzer-Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus einem Element der Gruppe 8 hergestellt ist.
4. 4. Strombegrenzer-Element nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus einer Legierung eines Elementes der Gruppe 8 mit mindestens einem anderen Element besteht-
5. 5. Strombegrenzer-Element nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus der Gruppe 8 Eisen ist.
6. 6. Strombegrenzer-Element nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung Eisen und Kobalt enthält.
7. 7. Strombegrenzer-Element nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Schütze elektrischer Schaltanlagen vor Überströmen in deren Schaltkreisen vorgesehen ist.
8. 8. Strombegrenzer-Element nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen den die Stromversorgung bewirkenden Stromschienen (18) elektrischer Schaltanlagen und nachgeordneten Schaltelementen (13» 14, 15) sowie dem Verbraucher (19) angeordnet ist.

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   A ~^A3'

   Strombegrenzer-Element in elektrischen Schaltanlagen nach Ansprüchen 7 oder 8 mit einem Steur erschrank oder einer Schaltwarte ,~Vclie zur Aufnahme von Schalteinheiten mit einer Anzahl von Fächern versehen und an raeren Rückseite Stromschienen zur Verbindung zur Stromquelle geführt sind,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß mit einem Trenn- oder Überlastschalter (13) einem elektromagnetischen Schütz (14) saie gegebenenfalls einem thermischen Auslöserrelais (15) ausgestattete Schalteinheiten (11) jeweils ein oder mehrere Strombegrenzer-Elemente (1) aufweisen, das bzw. die starkstromseitig zwischen dem Trennschalter oder Überlastschalter und den Klemmen zum Anschluß an die Stromschienen (18) angeordnet ist bzw. sind.

   - Ende -

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