EP3580772A1 - Schmelzsicherung für niederspannungsanwendungen - Google Patents

Schmelzsicherung für niederspannungsanwendungen

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EP3580772A1
EP3580772A1 EP18702984.8A EP18702984A EP3580772A1 EP 3580772 A1 EP3580772 A1 EP 3580772A1 EP 18702984 A EP18702984 A EP 18702984A EP 3580772 A1 EP3580772 A1 EP 3580772A1
Authority
EP
European Patent Office
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fuse
short
fuse according
switching device
activator
Prior art date
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Granted
Application number
EP18702984.8A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3580772B1 (de
Inventor
Arnd Ehrhardt
Torsten Schwandner
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Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Dehn and Soehne GmbH and Co KG filed Critical Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Priority to SI201830335T priority Critical patent/SI3580772T1/sl
Publication of EP3580772A1 publication Critical patent/EP3580772A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3580772B1 publication Critical patent/EP3580772B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/0039—Means for influencing the rupture process of the fusible element
    • H01H85/0047—Heating means
    • H01H85/0065—Heat reflective or insulating layer on the fusible element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/006—Opening by severing a conductor
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/0039—Means for influencing the rupture process of the fusible element
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    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/0039—Means for influencing the rupture process of the fusible element
    • H01H85/0047—Heating means
    • H01H85/0056—Heat conducting or heat absorbing means associated with the fusible member, e.g. for providing time delay
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/055—Fusible members
    • H01H85/12—Two or more separate fusible members in parallel

Definitions

  • the invention is based on a fuse for low-voltage applications for the protection of devices that can be connected to a supply network, in particular of overvoltage protection devices, such as
  • Spark gaps or varistors consisting of at least one, located between two contacts, arranged in a fuse housing fuse element and a KurzrösRoyce with internal separation distance to the fuse element according to claim 1.
  • Conventional fuses are used in large quantities and in many applications to overcurrent or
  • fuses are used as backup protection for overvoltage arresters in the so-called shunt branch.
  • shunt branch must be one
  • Overvoltage protection device in case of failure in a defined impedance to. This can be seen analogously to a short-circuiting device which is connected in parallel with the overvoltage protection.
  • the fuse may react with the short-circuit current of the network be charged and only if this is sufficiently large, done by the fuse a defined shutdown.
  • the fuse In the case of a low-resistance short circuit, the fuse is loaded with the available maximum short-circuit current. In the case of an impedance-related short circuit, the current load of the fuse drops, which makes switching off at low currents questionable. The arc or arc erosion to the fusible conductor is impedance-like, limiting the current. This possibly results in a delayed shutdown or only a further local damage to the fuse conductor, causing very long arc times or destruction of the fuse through the
  • circuit breakers with tripping characteristics is an alternative, but these switches are much more expensive than fuses and therefore not suitable for all applications for cost reasons.
  • Sever separation device. DE 42 11 079 AI shows such a solution in which a pyrotechnic charge is ignited when the current flowing through the fuse and of a
  • Current detection device detected current has a strength that is greater than a predetermined threshold.
  • the control can be carried out depending on the fault current from a separate control.
  • DE 10 2014 215 279 AI discloses a fuse for a device to be protected, which is connected in series with the fuse.
  • DE 10 2014 215 279 A1 refers to the melt integral I 2 t. Accordingly, the melting of a fusible conductor is determined by its material and geometry properties, so that depending on the material and / or geometry of the fusible conductor a respective amount of heat Q for evaporation of the
  • Fuse to be protected device is an overvoltage protection device, because this should allow high currents to happen at short notice, without causing the fuse, but at the same time with low residual currents, such as damage to the
  • This device is based on two electrical, in particular plate-shaped connection parts, which a different
  • connection parts Between the connection parts, an insulation gap is formed.
  • the short circuit is over one, at least partially
  • connection parts are closely adjacent according to the previously known solution and arranged to include the insulation gap.
  • Insulation path is formed as an insulating film or film-like coating. Furthermore, in the immediate vicinity of the
  • connection parts Potential separation between the connection parts is canceled and the desired short circuit occurs.
  • a device with an internal short-circuiting function according to DE 10 2013 005 783 AI requires a tuned separate, external overcurrent protection device to interrupt the short circuit.
  • Fuse consists of between two contacts
  • Auxiliary connection or auxiliary contact have the possibility of triggering a short-circuit current. It should be dispensed with external, so gleichtragsente switch.
  • the object of the invention is achieved by a fuse according to the combination of features according to claim 1, wherein the
  • the fuse according to the invention is intended in particular for use in the shunt arm in combination with surge protection devices.
  • the insulation element used in particular the insulation film, meets the necessary electrical requirements for an insulation distance for use in the shunt branch, so that no additional external
  • both a metallic, low-resistance short circuit between the one or more fuse links and the auxiliary contact, but also a short circuit with impedance and sparking can be realized.
  • the insulation element is protected against thermal damage during pulse loads due to heating of the melt or the fuse. So that the short-circuit path of the fuse does not respond to normal functions, the requirements of the invention
  • the fuse according to the invention may comprise one or more parallel fuse elements.
  • the fuse elements can be surrounded by a quenching medium within the fuse housing.
  • the fuse element (s) may have conventional bottlenecks. Alternatively or additionally, there is the possibility that
  • a triggering device for controlled separation of the fusible conductor is activated in case of malfunction or overload conditions of the respectively connected device.
  • a section of the fusible conductor in the fuse housing are exposed, wherein a mechanical separator in the extinguishing agent-free area can be introduced via an access in the housing, depending on the trigger device to destroy the at least one fuse independently of its melting integral mechanically.
  • Such a separating element can be formed as a blade or cutting edge. It is also possible, the separator of a
  • the at least one fusible conductor may have a plurality of electrical bottlenecks known per se, as already mentioned above, which are designed for the rated load of the respective fuse. Further, additional geometric bottlenecks can be provided, which are claimed to train separated depending on the trigger unit by rupture.
  • the switching device has a separating line forming the
  • Isolation element which undergoes a state change by an exothermic activator and the activator with at least one
  • Control terminal is connected.
  • the insulating element can be formed as an insulating film.
  • the exothermic activator can also be realized as a film, here as a reaction film, wherein the reaction film is in communication with an ignition device.
  • the exothermic activator may have a bridge igniter, which directly or indirectly destroys the insulation element.
  • the bridge igniter can further drive a conductive element to overcome the separation distance, whereby the desired short circuit is triggered.
  • the ignition device preferably has an ignition element which heats up when current flows, the ignition element being connected to the at least one control connection.
  • a plurality of fusible leads can be formed parallel to each other, wherein the plurality of fusible leads are guided by a disk located on the fuse housing and located in the housing.
  • the switching device can then be on or on the disc.
  • the one or more fusible links have sections of reduced area and / or reduced cross-section over their respective longitudinal extent. However, the switching device according to the invention is located outside of these reduced area and / or cross-section side reduced sections.
  • a cylindrical fuse housing preferably cap-shaped contacts are used, the short-circuit auxiliary contact is guided over one of the cap-shaped contacts. In this regard, an isolated, severed area may be formed in the respective cap forming the auxiliary contact.
  • Figure 1 is a plan view of a fuse element for a capsule fuse with bottlenecks.
  • Fig. 2 is a sectional view through a fuse
  • cap-shaped contacts and integrated switching device
  • FIG. 4b shows exemplary embodiments of the ignition device with an ignition element A heated when the current flows; FIG. B;
  • Fig. 5 shows a further embodiment of the fuse according to the invention in a schematic representation and in longitudinal section with two substantially parallel fused conductors, the a disc are guided, wherein the switching device is located on the disc;
  • FIG. 6a; 6b shows a further embodiment of the invention
  • Bridge igniter is used as an activator, which destroys the insulating element and via a movable part, which is conductive, produces the short-circuit state, wherein Fig. 6a, the normal state of the switching device before closing and the
  • Fig. 6b illustrates the state of the switching device after closing, that is, the short circuit case.
  • Overvoltage protection elements spark gaps or varistors
  • Overvoltage protection elements or overload due to high or too long lasting overvoltages or overcurrents may cause gradual aging or destruction of the corresponding
  • the thermal separation devices can within their dimensions
  • varistors often indicate the maximum nominal current value of back-up fuses for adequate protection.
  • Conventional fuses generally respond well below their theoretical adiabatic melting integral value at nominal current load.
  • the load limit of the varistors is already well above the theoretical values of the fuses and thus far above the practical maximum values.
  • pulse values which the varistors divert several times without any problems can lead to the destruction of the backup fuse even with a single load. For this reason, manufacturers of varistors often recommend larger,
  • the proposed solution is based on one or more parallel fuse fusible conductors, preferably arranged in an extinguishing medium.
  • the fusible links have bottlenecks in series, the number of which corresponds to the usual design for the corresponding nominal voltage of the fuse.
  • the fuses according to the invention have a third,
  • Short-circuit current carrying connection which is guided radially or axially outwards. Inside the fuse is the
  • Switching device which is actively but possibly also passively actuated. This switching device meets the requirements regarding the
  • Dielectric strength for application in shunt branch At least the dielectric strength corresponds to the protection level of the surge arrester to be protected during normal operation.
  • the switching device is designed so that a preferred
  • the switch is designed for a short reaction time as a short-circuiter on the basis of an exothermically reacting film or on the basis of using a bridge igniter.
  • an internal shorting bridge can be used with a single switch.
  • the short-circuiting bridge can be low-resistance but also impedance-affected.
  • Pulse current carrying capacity of the fuse or melt, in which no separation of the fuse is to be effected in the fusible conductor is to be effected in the fusible conductor.
  • the dimensioning of the fuse elements determines the time / current characteristic.
  • the auxiliary contact of the fuse and thus also the entire short circuit path has a current carrying capacity, which satisfies this characteristic at least in the range of the expected short-circuit currents.
  • the pulse current loads on varistor-based heaters are lower than those based on spark gaps.
  • lightning arresters reach a maximum load of 100 kA 10/350 ps.
  • Fuse of a fuse should satisfy the above-mentioned requirement in the described application.
  • the fuse in a standard 230/400 V power supply for a voltage of 400 V is suitable.
  • Fuse is the reduction of the rated current of the fuse or the design of a flat time / current characteristic. This allows one
  • the arc erosion between the fusible conductor and the auxiliary contact can be used in order to achieve a sufficient separation distance more quickly, especially at low currents.
  • Fig. 1 shows a conventional fusible link for a fuse, designed as a band-shaped fusible conductor 1 with bottlenecks 2, which lead to an area or cross-sectional reduction in the corresponding area.
  • the bottlenecks 2 shown in principle in FIG. 1 are already made longer in comparison to known bottlenecks in the longitudinal direction of the fusible conductor 1. This results in an advantageous lowering of
  • FIG. 2 now shows a longitudinal section through a fuse with fuse housing 6 and cap-shaped terminal contacts 9. Within the fuse housing 6, the inventive externally activatable switching device is located.
  • the illustrated fusible conductor 1 has the already explained bottlenecks 2 in a partial section of its longitudinal extent. In the section of the fusible conductor 1 not occupied by constrictions, a short-circuiting auxiliary contact 3 is located below the fusible conductor and a further short-circuiting auxiliary contact 3 is located above the fusible conductor 1.
  • a sandwich arrangement of an insulating film 4 and an exothermic reaction film 5 is located within the housing 6 of the fuse.
  • the exothermic reaction film 5 is connected to an ignition device 7 in
  • Connection standing which can be controlled via one or more control lines 8.
  • control lines 8 connection standing, which can be controlled via one or more control lines 8.
  • Ignition element which is overloaded at a low current and forms an arc (see Fig. 4b).
  • the ignition can also be carried out with a flashover by a spark gap, a transformer or the like or by means of a thermal heating circuit.
  • the externally accessible part of the short-circuiting auxiliary contact 3 is located in a wall section of the housing 6, but can also be led out in the region of one of the connecting caps 9, as shown in FIGS. 6 a and 6 b.
  • the switching device according to FIG. 2 above the fusible conductor 1 starts from a reaction foil 5 which is almost in direct contact with the fusible conductor 1. In this arrangement, it is ensured that the reaction foil 5 is not accidentally triggered or not damaged when the fusible conductor 1 is heated during impulse loading. If this is impossible or only possible to a limited extent due to loads or the given construction, it can be provided with an electrically conductive layer below the fusible conductor 1 by means of an exemplary arrangement
  • the insulation film 4 is dimensioned so that the operating voltage of the network and also the usual function of the overvoltage protection do not cause a breakdown by breakdown.
  • Temperature stress for example, impulse loads, does not lead to thermal damage to the insulation film and thus not to
  • the film 4 can be applied in the region of the undiminished cross-section of the fusible conductor (as shown).
  • the fusible conductor may also have additional cooling surfaces, for example in the form of spacers.
  • a further material can be arranged between the fusible conductor and the insulating film, which forms a thermal barrier.
  • FIG. 4a illustrates a side view of a fusible conductor 1 with a switching device according to the invention, omitting the fuse housing and the connection caps.
  • the switching device As shown in FIG. 4a, the switching device as
  • reaction film 5 is above the reaction film 5
  • Insulation film 4 and is suitably connected by means of ignition device 7, which is controlled via terminals 8. Due to the arrangement of the element 10 between the fuse element 1 and insulating film 4 latter is against thermal overload
  • a minimal gap region 12 between the fusible conductor 1 and the insulating film 4 or the part 10 can be provided.
  • the design of this gap region can be made so that upon actuation of the switch, the gap region 12 is overturned passively.
  • FIG. 4a also allows in principle a
  • 4b shows in various views design variants for an ignition device with an ignition element A or B.
  • the ignition element A can be realized, for example, as a printed fusible conductor on a printed circuit board.
  • the ignition element B is arranged in a cutout of a printed circuit board as a wire, which is subjected to a heating with a corresponding current flow, so that the exothermic reaction of the reaction foil can be triggered.
  • the fusible conductors 1 are guided through a common plate 13 of material with good electrical conductivity or impedance.
  • the disc 13 is supported on the inner wall of the fuse housing 6.
  • the switching device according to the invention is located on or on the disc 13th
  • the disc 13 may be made of metal, but also of conductive ceramic or of graphite.
  • the metallic part 16 bridges the distance to the auxiliary contact 3 or through an insulating film between the aforementioned parts.
  • FIGS. 6 a and 6 b show a foil insulation 14 in this regard.
  • the introduction of the auxiliary contact 3 and the control lines 8 can take place axially through one of the connection caps 9.
  • the auxiliary contact 3 is electrically isolated, for example, with an insulating part 15 of the cap 9.
  • Within the fuse is located near the disc 13, a region without extinguishing agent filling. In this area, the insulating film 14 is attached, which by the
  • Auxiliary contact 3 is isolated from the disc 13. In the area of the auxiliary contact 3, the mentioned movable part 16 is integrated, in which the bridge igniter is located as an actuator 17.
  • the part 16 is moved in the activated case in the direction of film 14 and disc 13. In this case, the insulating film 14 is destroyed.
  • the part 13, that is, the disc, but also the conductive part 16 may be provided with a notching device in order to quickly and safely sever the insulation film 14.
  • the movement of the part 16 is stopped at the disc 13.
  • the disk 13 is electrically conductively connected to the auxiliary terminal 3 via the metallic part 16. This connection can be supported positively. A further improvement of the connection is possible if a targeted deformation of the metallic part 16 takes place or
  • the current-carrying capacity of this embodiment is with the desired time / current characteristic and the fuse in short-circuit currents in
  • Fig. 6a shows the normal state of the switching device
  • Shape memory alloy or bridge igniter or reaction film is activated, this can be done via a proportionate stream.
  • This stream can be from the adjacent grid or a separate

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  • Fuses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere von Überspannungsschutzgeräten, wie Funkenstrecken oder Varistoren, bestehend aus mindestens einem, zwischen zwei Kontakten befindlichen, in einem Sicherungsgehäuse angeordneten Schmelzleiter sowie einem Kurzschluss-Hilfskontakt mit interner Trennstrecke zum Schmelzleiter. Erfindungsgemäß ist innerhalb des Sicherungsgehäuses eine extern aktivierbare Schalteinrichtung zur Überwindung der Trennstrecke ausgebildet, um einen niederohmigen oder impedanzbehafteten Kurzschluss auszulösen, wobei die Schalteinrichtung e in, die Trennstrecke bildendes Isolationselement aufweist, welches durch einen exothermen Aktivator eine Zustandsänderung erfährt und der Aktivator mit mindestens einem Steueranschluss in Verbindung steht.

Description

Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen
Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einer Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere von Überspannungsschutzgeräten, wie
Funkenstrecken oder Varistoren, bestehend aus mindestens einem, zwischen zwei Kontakten befindlichen, in einem Sicherungsgehäuse angeordneten Schmelzleiter sowie einem Kurzschlusshilfskontakt mit interner Trennstrecke zum Schmelzleiter gemäß Anspruch 1. Konventionelle Schmelzsicherungen werden in großen Stückzahlen und bei vielen Anwendungsfällen eingesetzt, um einen Überstrom- oder
Kurzschlussschutz für Kabel und Leitungen aber auch für angeschlossene Betriebsmittel sicherzustellen.
Darüber hinaus werden Sicherungen als Backup-Schutz für Überspannungs- ableiter im sogenannten Querzweig eingesetzt. Hier muss eine
entsprechende Sicherung den Schutz im Kurzschlussfall gewährleisten.
Durch den zunehmenden Einsatz und die Integration regenerativer
Energiequellen in Versorgungsnetzen treten zunehmend volatile
Kurzschlusswerte an den Installationsorten der Betriebsmittel je nach Einspeisesituation auf. Dies kann die Konsequenz nach sich ziehen, dass die erforderlichen Schmelz- bzw. Ausschaltintegrale die Sicherungen über einen weiten Bereich variiert werden müssen. Unter Umständen kann die gewählte Sicherung nicht mehr den Schutz unter allen denkbaren
Einspeisebedingungen sicherstellen. Die Anwendung der Methode„Kurzschluss" kann sehr begrenzt das
Problem der erwähnten volatilen Kurzschlusswerte lösen. Vielmehr wandelt die Methode„Kurzschluss" eine Undefinierte Impedanz des
Überspannungsschutzgerätes im Fehlerfall in eine definierte Impedanz um. Dies ist analog zu einem Kurzschließer zu sehen, welcher parallel zum Überspannungsschutz geschalten ist. Bei einer niederohmigen metallischen Verbindung kann die Sicherung mit dem Kurzschlussstrom des Netzes belastet werden und nur wenn dieser ausreichend groß ist, erfolgt durch die Sicherung eine definierte Abschaltung. In Netzen mit volatilen
Kurzschlussströmen ist dies nicht in jedem Fall gegeben.
Bei niederohmigem Kurzschluss wird die Sicherung mit dem verfügbaren maximalen Kurzschlussstrom belastet. Bei impedanzbehaftetem Kurzschluss sinkt die Strombelastung der Sicherung, wodurch die Abschaltung bei kleinen Strömen fraglich ist. Der Lichtbogen oder die Lichtbogenerosion zum Schmelzleiter wirkt impedanzähnlich, wodurch der Strom begrenzt wird. Hieraus resultiert gegebenenfalls eine verzögerte Abschaltung oder nur eine weitere lokale Schädigung des Schmelzleiters, wodurch sehr lange Lichtbogenzeiten bzw. eine Zerstörung der Sicherung durch die
Lichtbogenverlängerung eintreten mit der Folge höherer Restrisiken.
Grundsätzlich ist hier der Einsatz von Leistungsschaltern mit Auslösecharakteristik eine Alternative, jedoch sind diese Schalter wesentlich teurer als Sicherungen und insofern bereits aus Kostengründen nicht für alle Anwendungen geeignet.
Die speziellen Eigenschaften einer Schmelzsicherung ermöglichen
grundsätzlich nur sehr geringe Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich einer Variation oder einer Einstellung des Schutzbereiches der Sicherung. Um den Einsatzbereich von Sicherungen anpassen und erweitern zu können, wurde bereits vorgeschlagen, den Stromleiter eines elektrischen Sicherungselementes mit Hilfe einer pyrotechnisch betriebenen
Trennvorrichtung zu durchtrennen. Die DE 42 11 079 AI zeigt eine derartige Lösung, bei der eine pyrotechnische Ladung gezündet wird, wenn der den Stromleiter der Sicherung durchfließende und von einer
Stromdetektionsvorrichtung erfasste Strom eine Stärke aufweist, die größer ist als ein vorgebbarer Schwellenwert.
Die DE 10 2008 047 256 AI offenbart eine Hochspannungssicherung mit einem ansteuerbaren Antrieb für eine Scherstange, welche mehrere
Engstellen zerstört. Die Ansteuerung kann dabei fehlerstromabhängig aus einer separaten Steuerung erfolgen. Die DE 10 2014 215 279 AI offenbart eine Schmelzsicherung für eine zu schützende Einrichtung, welche mit der Schmelzsicherung in Reihe geschalten ist.
Bezogen auf die Dimensionierung von Schmelzsicherungen verweist die DE 10 2014 215 279 AI auf das Schmelzintegral I2t. Demnach ist das Aufschmelzen eines Schmelzleiters durch seine Material- und Geometrieeigenschaften bestimmt, so dass je nach Material und/oder Geometrie des Schmelzleiters eine jeweilige Wärmemenge Q zur Verdampfung des
Schmelzleiters notwendig ist. Besondere Anforderungen gelten für den Fall, in dem das von der
Sicherung zu schützende Gerät eine Überspannungsschutzeinrichtung ist, denn diese soll kurzfristig hohe Ströme passieren lassen, ohne dass die Schmelzsicherung auslöst, zugleich aber auch bei gering andauernden Fehlerströmen, wie sie zum Beispiel bei einer Schädigung der
Überspannungsschutzeinrichtung oder als Netzfolgestrom auftreten können, frühzeitig abschalten. Die erste der genannten Anforderungen führt häufig zu hohen Bemessungsstromwerten der Sicherung. Die zweite der genannten Anforderungen ist nur mit geringen Nennstromwerten sinnvoll zu realisieren. Unter Beachtung dieser Problematik verweist die DE 10 2014 215 279 AI auf eine Weiterbildung einer Schmelzsicherung dergestalt, dass zusätzliche Kontakte vorgesehen sind, wobei einer der Zusatzkontakte einen Triggerkontakt darstellt, um den Schmelzleiter mittelbar oder unmittelbar zum Schmelzen zu veranlassen. Darüber hinaus kann der Schmelzleiter im Bereich eines der weiteren Kontakte eine Sollbruchstelle aufweisen. Der Schmelzleiter ist bei einer Ausführungsform mit einem Löschmedium, insbesondere mit Sand, zumindest abschnittsweise umgeben.
Zwischen dem Zusatzkontakt und dem Schmelzleiter wird ein Lichtbogen gezündet, wodurch ein Stromfluss in einem Hilfspfad parallel zur zu schützenden Einrichtung entsteht. Durch diesen Parallelpfad wird die zu schützende Einrichtung entlastet und die Strombelastung des
Schmelzleiters erhöht. Diese kann dann zu einer schnelleren
Stromabschaltung durch die Sicherung führen. Die Wirkung ist hier ähnlich derjenigen bekannter separater Kurzschließer. Im Unterschied zu einem Kurzschließer ist die Impedanz des Pfades unter anderem durch den relativ langen Lichtbogen, welcher die Trennstrecke zwischen Hilfskontakt und Schmelzleiter überbrückt, jedoch erhöht, so dass die Wirksamkeit der Stromerhöhung begrenzt bleibt. Eine Abschaltung der Sicherung kann damit nicht unter allen Bedingungen gewährleistet werden.
Die DE 10 2013 005 783 AI zeigt eine Einrichtung zum betriebsspannungsunabhängigen Erzeugen eines sicheren, niederohmigen elektrischen
Kurzschlusses. Diese Einrichtung geht von zwei elektrischen, insbesondere plattenförmigen Anschlussteilen aus, welche ein unterschiedliches
Potential führen. Zwischen den Anschlussteilen ist eine Isolationsstrecke ausgebildet. Der Kurzschluss ist über eine, mindestens teilweise
Durchdringung oder ein Zerstören der Isolationsstrecke realisierbar.
Die Anschlussteile sind gemäß der vorbekannten Lösung eng benachbart und unter Einschluss der Isolationsstrecke angeordnet. Die
Isolationsstrecke ist als Isolationsfolie oder folienartige Beschichtung ausgebildet. Weiterhin befindet sich in unmittelbarer Nähe der
Isolationsstrecke eine exotherme Masse, welche bei
Energiebeaufschlagung ihre exotherme Energie freisetzt und zum
Schmelzen oder Deformieren der Isolationsstrecke führt, so dass die
Potentialtrennung zwischen den Anschlussteilen aufgehoben ist und der gewünschte Kurzschlussfall entsteht.
Eine Einrichtung mit einer internen Kurzschließerfunktion entsprechend DE 10 2013 005 783 AI benötigt zur Unterbrechung des Kurzschlusses eine abgestimmte separate, externe Überstromschutzeinrichtung.
Aus dem Vorbenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine
weiterentwickelte Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere Überspannungsschutzgeräten, anzugeben. Die
Schmelzsicherung besteht hierbei aus zwischen zwei Kontakten
befindlichen, in einem Sicherungsgehäuse angeordneten, mindestens einen Schmelzleiter sowie einem Kurzschlusshilfskontakt mit interner
Trennstrecke zum Schmelzleiter. Die anzugebende Schmelzsicherung soll platzsparend und kostengünstig realisiert werden und über den
Hilfsanschluss oder Hilfskontakt die Möglichkeit des Auslösens eines Kurzschlussstromes besitzen. Dabei soll auf externe, kurzschlusstragfähige Schalter verzichtet werden. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Schmelzsicherung gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die
Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und
Weiterbildungen umfassen.
Die erfindungsgemäße Sicherung ist insbesondere für den Einsatz im Querzweig in Kombination mit Überspannungsschutzgeräten vorgesehen. Die Möglichkeit der aktiven Ansteuerung des Kurzschluss-Hilfspfades erfolgt über eine Zerstörung eines Isolationselementes, insbesondere ausgebildet als Isolationsfolie, und zwar unter Rückgriff auf eine
exotherme Reaktion. Das eingesetzte Isolationselement, insbesondere die Isolationsfolie, erfüllt die notwendigen elektrischen Anforderungen an eine Isolationsstrecke für den Einsatz im Querzweig, so dass keine zusätzlichen externen
Schalteinrichtungen notwendig werden.
Erfindungsgemäß kann sowohl ein metallischer, niederohmiger Kurzschluss zwischen dem oder den Schmelzleitern und dem Hilfskontakt aber auch ein Kurzschluss mit Impedanz und Funkenbildung realisiert werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist das Isolationselement vor einer thermischen Schädigung bei Impulsbelastungen aufgrund Erwärmung des oder der Schmelzleiter geschützt. Damit der Kurzschlusspfad der Schmelzsicherung bei Normalfunktionen nicht anspricht, werden erfindungsgemäß die Anforderungen an die
Trennstrecke erfüllt, ohne dass externe kurzschlusstragfähige Schalter eingesetzt werden müssen. Die erfindungsgemäße Schmelzsicherung kann einen oder mehrere parallele Schmelzleiter aufweisen. Die Schmelzleiter können innerhalb des Sicherungsgehäuses von einem Löschmedium umgeben sein.
Der oder die Schmelzleiter können über konventionelle Engstellen verfügen. Alternativ oder ergänzend besteht die Möglichkeit, die
Engstellen zu modifizieren, das heißt die die Länge der Engstellen des Schmelzleiters bei gleichem Querschnitt zu erhöhen, so dass kurze
Schmelzzeiten bei kleinen Überströmen erreichbar sind, was zu einer vorteilhaften Absenkung der Nennstromstärke der Sicherung bei gleicher Impulsstromtragfähigkeit führt.
Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, die erfindungsgemäße
Schmelzsicherung ergänzend als triggerbare Schmelzsicherung
auszuführen, wobei eine Triggereinrichtung zum gesteuerten Auftrennen des Schmelzleiters bei Fehlfunktionen oder Überlastzuständen der jeweils angeschlossenen Einrichtung aktiviert wird. Diesbezüglich kann
beispielsweise ein Abschnitt des Schmelzleiters im Sicherungsgehäuse freiliegend ausgebildet werden, wobei über einen Zugang im Gehäuse ein mechanisches Trennelement in den löschmittelfreien Bereich einbringbar ist, um in Abhängigkeit von der Triggereinrichtung den mindestens einen Schmelzleiter unabhängig von seinem Schmelzintegral mechanisch zu zerstören.
Ein solches Trennelement kann als Klinge oder Schneide ausgebildet werden. Ebenso ist es möglich, das Trennelement von einem
Brückenzünder in Richtung Schmelzleiter anzutreiben. Diesbezüglich kann der mindestens eine Schmelzleiter eine Vielzahl an sich bekannter elektrischer Engstellen aufweisen, wie oben bereits erwähnt, welche auf die Nennbelastung der jeweiligen Sicherung ausgelegt sind. Weitere, zusätzliche geometrische Engstellen können vorgesehen werden, welche auf Zug beansprucht in Abhängigkeit von der Triggereinheit durch Zerreißen auftrennbar sind.
An dieser Stelle kurz zusammenfassend ist bei der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung innerhalb des Sicherungsgehäuses mindestens eine extern aktivierbare Schalteinrichtung zur Überwindung der Trennstrecke ausgebildet, um einen niederohmigen oder impedanzbehafteten
Kurzschluss auszulösen.
Die Schalteinrichtung weist ein die Trennstrecke bildendes
Isolationselement auf, welches durch einen exothermen Aktivator eine Zustandsänderung erfährt und der Aktivator mit mindestens einem
Steueranschluss in Verbindung steht.
Das Isolationselement kann als Isolationsfolie ausgebildet werden.
Der exotherme Aktivator kann ebenfalls als Folie, hier als Reaktionsfolie, realisiert werden, wobei die Reaktionsfolie mit einer Zündeinrichtung in Verbindung steht.
Der exotherme Aktivator kann einen Brückenzünder aufweisen, welcher unmittelbar oder mittelbar das Isolationselement zerstört.
Der Brückenzünder kann weiterhin ein leitfähiges Element zur Überwindung der Trennstrecke antreiben, wodurch der gewünschte Kurzschluss auslösbar ist.
Die Zündeinrichtung weist bevorzugt ein bei Stromfluss sich erhitzendes Zündelement auf, wobei das Zündelement mit dem mindestens einen Steueranschluss in Verbindung steht. Im Sicherungsgehäuse können mehrere Schmelzleiter parallel zueinander ausgebildet werden, wobei die mehreren Schmelzleiter durch eine sich am Sicherungsgehäuse abstützende, im Gehäuse befindliche Scheibe geführt sind. Die Schalteinrichtung kann sich dann an oder auf der Scheibe befinden. Der oder die Schmelzleiter weisen über ihre jeweilige Längenausdehnung Abschnitte mit reduzierter Fläche und/oder reduziertem Querschnitt auf. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ist jedoch außerhalb dieser flächen- und/oder querschnittsseitig reduzierten Abschnitte befindlich. Bei einem zylindrischen Sicherungsgehäuse kommen bevorzugt stirnseitig kappenförmige Kontakte zum Einsatz, wobei der Kurzschlusshilfskontakt über einen der kappenförmigen Kontakte geführt ist. Diesbezüglich kann ein isolierter, abgetrennter Bereich in der jeweiligen Kappe ausgebildet werden, der den Hilfskontakt bildet. Ergänzend besteht die Möglichkeit, den mindestens einen Steueranschluss ebenfalls über einen der
kappenförmigen Kontakte zu führen. Dies kann entweder über einen ebenfalls isolierten Kontaktabschnitt erfolgen oder es kann eine
Durchführung zur Aufnahme eines Steuerleitungsanschlusskabels
vorhanden sein.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Schmelzleiter für eine Kapselsicherung mit Engstellen;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch eine Schmelzsicherung mit
kappenförmigen Kontakten und integrierter Schalteinrichtung;
Fig. 3 einen weitergebildeten Schmelzleiter für eine Kapselsicherung mit
Engstellen und zusätzlicher Fläche zur Positionierung der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung;
Fig. 4a eine Detaildarstellung der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung in
Stapelanordnung unter Weglassung des Sicherungsgehäuses nebst Anschlusskappen zur leichteren Erkennbarkeit;
Fig. 4b beispielhafte Ausführungsformen der Zündeinrichtung mit einem bei Stromfluss sich erhitzenden Zündelement A; B;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung in prinzipieller Darstellung und im Längsschnitt mit zwei im Wesentlichen parallel verlaufenden Schmelzleitern, die von einer Scheibe geführt sind, wobei die Schalteinrichtung sich auf der Scheibe befindet;
Fig. 6a; 6b eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schmelzsicherung mit Sicherungsgehäuse und kappenförmigen Anschlusskontakten in einer Ausbildung mit zwei Schmelzleitern nebst Scheibe zur Führung der Schmelzleiter, wobei ein
Brückenzünder als Aktivator Verwendung findet, welcher das Isolationselement zerstört und über ein bewegliches Teil, welches leitfähig ist, den Kurzschlusszustand herstellt, wobei Fig. 6a den Normalzustand der Schalteinrichtung vor dem Schließen und die
Fig. 6b den Zustand der Schalteinrichtung nach dem Schließen, das heißt dem Kurzschlussfall, illustriert.
Es ist bekannt, dass Überspannungsschutzgeräte oder
Überspannungsschutzelemente Funkenstrecken oder Varistoren,
Suppressordioden, Gasabieiter, Kapazitäten und nicht-lineare Widerstände sowie deren Kombinationen einsetzen. Die vorbekannten Elemente besitzen im Allgemeinen ein nicht-lineares Ansprechverhalten bzw. eine nichtlineare Kennlinie. Bei häufigem Ansprechen der
Überspannungsschutzelemente bzw. bei Überlast infolge zu hoher bzw. zu lange andauernder Überspannungen oder Überströmen kann es zur allmählichen Alterung bzw. zur Zerstörung der entsprechenden
Überspannungsschutzgeräte kommen.
Die Ursachen für eine solche Überlastung sind vielfältiger Art und häufig spezifisch für den jeweiligen Schutzgerätetyp. Beim Einsatz von Varistoren als Überspannungsschutzelemente besteht die Gefahr, dass diese bei allmählicher Alterung durch sehr kleine Leckströme über einen längeren Zeitraum zerstört werden. Als Schutz gegen solche Belastungen werden bekannte thermische Abtrennvorrichtungen
eingesetzt. Die thermischen Abtrennvorrichtungen können innerhalb ihres
Schaltvermögens bei kleinen Leckströmen im Bereich von Milliampere bis einigen Ampere und im Nennspannungsbereich des Varistors einen ausreichenden Schutz realisieren. Wird der Varistor mit Impulsströmen oberhalb seines Leistungsvermögens bzw. mit extrem hohen Strom- und Spannungssteilheiten belastet, kann der Varistor durchschlagen oder überschlagen werden. Bei der Belastung mit lang andauernden transienten bzw. netzfrequenten Überspannungen, kann es zum thermischen
Durchlegieren oder zum Durchschlagen des Varistors nach einer Zeit von einigen 10 ms kommen. Derartige Fehlerzustände können durch die üblichen thermischen Abtrennvorrichtungen nicht beherrscht werden, da deren Ansprechzeit mehrere Sekunden beträgt. Aus diesem Grunde ist es bekannt, Varistoren in Reihenschaltung mit einer konventionellen elektrischen Schmelzsicherung oder Schaltgeräten zu betreiben.
Die Hersteller von Varistoren geben für einen ausreichenden Schutz häufig den maximalen Nennstromwert von Vorsicherungen an. Übliche Schmelz- Sicherungen sprechen bei Nennstrombelastung im Allgemeinen bereits deutlich unterhalb ihres theoretischen adiabatischen Schmelzintegralwertes an. Bei kurzen aber hohen Impulsströmen, mit denen die Varistoren belastet werden, liegt jedoch die Belastungsgrenze der Varistoren bereits deutlich über den theoretischen Werten der Sicherungen und somit weit über den praktischen Maximalwerten. Das heißt, Impulswerte, welche die Varistoren problemlos mehrfach ableiten, können bereits bei einmaliger Belastung zur Zerstörung der Vorsicherung führen. Aus diesem Grunde wird von Herstellern von Varistoren häufig empfohlen, größere,
leistungsstärkere Sicherungen einzusetzen. Dies kann jedoch im Fehlerfall aufgrund der höheren I2t-Belastung, welche infolge der zu späten
Auslösung auftritt, zu erheblichen Geräteschäden führen.
Aufgrund des Einsatzes der Sicherungen im Querzweig, das heißt ohne Dauerstrombelastung, ist es möglich, Sicherungen oder
Abtrenneinrichtungen so zu gestalten, dass trotz gleicher
Impulsstromtragfähigkeit die Nennstromstärke der Sicherung stark reduziert werden kann, wodurch sich der Schutzbereich bereits deutlich erweitert. Sicherungen mit Nennstromstärken im Bereich kleiner 100 A bei passiven Verhalten sind nicht in der Lage, einen vollständigen Schutz für
Überspannungsschutzgeräte zu realisieren. Bei Berücksichtigung einer Brand- bzw. Lichtbogengefahr müssen Ströme von einigen Milliampere bis hin zu maximalen Kurzschlussströmen sicher und schnell unterbrochen bzw. kurzgeschlossen werden. Die treibende Netzspannung kann hierbei sogar oberhalb der Netzspannung liegen. Die vorstehend genannte
Problematik wird häufig durch eine Kombination verschiedener
Schutzeinrichtungen umgangen bzw. gelöst. Die Kombination von mehreren Schutzeinrichtungen bedarf jedoch einer funktionalen Abstimmung und erfordert zusätzlichen Platzbedarf. Mit dem Wirksamwerden einer
Schutzeinrichtung außerhalb ihres Schaltvermögens oder auch dem zeitgleichen Ansprechen von zwei verschiedenen Schutzreinrichtungen kann eine Gefährdung der Umgebung häufig nicht sicher ausgeschlossen werden.
Aus diesem Grunde wurde bereits vorgeschlagen, triggerbare Sicherungen einzusetzen. Damit Sicherungen nach der Abschaltung eine möglichst hohe Spannungsfestigkeit besitzen, ist die Lichtbogenbildung an mehreren Engstellen, wie sie im Allgemeinen bei Kurzschlussstromabschaltungen auftreten, erforderlich. In Geräten mit entsprechender Kurzschlussleitung kann dies durch bekannte Sicherungen mit Hilfsanschluss zum
Kurzschließen der zu schützenden Einrichtung bewerkstelligt werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel beruht die vorgeschlagene Lösung auf einem oder mehreren parallelen Sicherungsschmelzleitern, bevorzugt angeordnet in einem Löschmedium. Die Schmelzleiter besitzen Engstellen in Reihe, deren Anzahl der üblichen Auslegung für die entsprechende Nennspannung der Sicherung entspricht.
Die erfindungsgemäßen Sicherungen besitzen einen dritten,
kurzschlussstromtragfähigen Anschluss, welcher radial oder axial nach außen geführt ist. Innerhalb der Sicherung befindet sich die
erfindungsgemäße Schalteinrichtung, welche aktiv aber gegebenenfalls auch passiv betätigbar ist. Diese Schalteinrichtung erfüllt die Anforderungen bezüglich der
Spannungsfestigkeit für die Anwendung im Querzweig. Mindestens entspricht die Spannungsfestigkeit dem Schutzpegel des zu schützenden Abieiters bei Normalfunktion. Die Schalteinrichtung ist dabei so ausgeführt, dass ein bevorzugt
metallischer Kurzschluss zwischen dem Hilfsanschluss und dem
Hauptschmelzleiter realisiert wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird der Schalter für eine geringe Reaktionszeit als Kurzschließer auf der Basis einer exotherm reagierenden Folie oder aber auf der Basis unter Nutzung eines Brückenzünders ausgeführt. Diese Lösungsansätze begrenzen den Aufwand für die
Aktivierung und den Energiebedarf auf ein Mindestmaß.
Bei dem Einsatz von parallelen Schmelzleitern kann durch eine interne Kurzschlussbrücke mit einem einzigen Schalter gearbeitet werden. Die Kurzschlussbrücke kann niederohmig aber auch impedanzbehaftet ausgeführt sein.
Die höchsten Anforderungen an die Kurzschlussstromtragfähigkeit des Kurzschlusshilfskontaktes bei der Anwendung mit
Überspannungsschutzgeräten sind gebunden an die erforderliche
Impulsstromtragfähigkeit des oder der Schmelzleiter, bei welcher keine Auftrennung der Sicherung im Schmelzleiter bewirkt werden soll.
Die Dimensionierung der Schmelzleiter bestimmt unter anderem auch die Zeit/Strom-Kennlinie. Der Hilfskontakt der Sicherung und somit auch der gesamte Kurzschlusspfad besitzt eine Stromtragfähigkeit, welche dieser Kennlinie zumindest im Bereich der zu erwartenden Kurzschlussströme genügt.
Die Impulsstrombelastungen bei Abieitern auf Varistorbasis sind gegenüber einem Abieiter auf der Basis von Funkenstrecken geringer. Im Allgemeinen wird bei Blitzableitern eine maximale Belastung von 100 kA 10/350 ps erreicht. Bei üblichen Wechselspannungsnetzen bedeutet dies für die einzelne Funkenstrecke eine Belastung von 25 kA 10/350 ps. Der Schmelzleiter einer Sicherung soll bei der beschriebenen Anwendung der vorstehend erwähnten Anforderung genügen.
Bei einer üblichen NH-Sicherung entspricht diese Anforderung ca. einer Sicherung mit einer Nennstromstärke von 315 A. Bezüglich der
Nennspannung der Sicherung wird eine Spannung im Bereich der
verketteten Spannung des Netzes, in denen die Abieiter eingesetzt werden, gewählt. Damit ist die Sicherung in einem üblichen 230/400 V Netz für eine Spannung von 400 V geeignet.
Vorteilhaft bei Erzeugung des Kurzschlusses zur Abschaltung einer
Sicherung ist die Reduzierung der Nennstromstärke der Sicherung bzw. die Gestaltung einer flachen Zeit/Strom-Kennlinie. Dies erlaubt eine
Verbesserung der Selektivität zu vorgeordneten
Überstromschutzeinrichtungen, insbesondere bei begrenzten
Kurzschlussströmen. Zusätzlich kann die Lichtbogenerosion zwischen Schmelzleiter und Hilfskontakt genutzt werden, um insbesondere bei kleinen Strömen schneller eine hinreichende Trennstrecke zu erreichen.
Die Fig. 1 zeigt einen üblichen Schmelzleiter für eine Schmelzsicherung, ausgeführt als bandförmiger Schmelzleiter 1 mit Engstellen 2, die zu einer Flächen- bzw. Querschnittsreduzierung im entsprechenden Bereich führen. Die prinzipiell dargestellten Engstellen 2 gemäß Fig. 1 sind bereits im Vergleich zu bekannten Engstellen in Längsrichtung des Schmelzleiters 1 länger ausgeführt. Dies ergibt eine vorteilhafte Absenkung der
Nennstromstärke der Sicherung bei gleicher Impulsstromtragfähigkeit.
Die Fig. 2 zeigt nun einen Längsschnitt durch eine Schmelzsicherung mit Sicherungsgehäuse 6 und kappenförmigen Anschlusskontakten 9. Innerhalb des Sicherungsgehäuses 6 ist die erfindungsgemäße, extern aktivierbare Schalteinrichtung befindlich.
Der gezeigte Schmelzleiter 1 weist die bereits erläuterten Engstellen 2 in einem Teilabschnitt seiner Längsausdehnung auf. In dem von Engstellen nicht besetzten Abschnitt des Schmelzleiters 1 ist ein Kurzschlusshilfskontakt 3 unterhalb des Schmelzleiters und ein weiterer Kurzschlusshilfskontakt 3 oberhalb des Schmelzleiters 1 befindlich.
Weiterhin ist eine Sandwichanordnung aus einer Isolationsfolie 4 und einer exothermen Reaktionsfolie 5 innerhalb des Gehäuses 6 der Sicherung befindlich.
Die exotherme Reaktionsfolie 5 ist mit einer Zündeinrichtung 7 in
Verbindung stehend, welche über ein oder mehrere Steuerleitungen 8 ansteuerbar ist. Zusätzlich können nicht gezeigte passive
Zündmöglichkeiten vorgesehen sein.
Im dargestellten Fall nach Fig. 2 erfolgt die Zündung mit einem
Zündelement, welches bei einer kleinen Stromstärke überlastet wird und einen Lichtbogen bildet (siehe Fig. 4b). Die Zündung kann auch mit einem Überschlag durch eine Funkenstrecke, einen Übertrager oder dergleichen bzw. mittels eines thermischen Heizkreises erfolgen.
Der von außen zugängliche Teil des Kurzschlusshilfskontaktes 3 befindet sich in einem Wandabschnitt des Gehäuses 6, kann aber auch wie in den Fig. 6a und 6b gezeigt, isoliert im Bereich einer der Anschlusskappen 9 herausgeführt werden. Die Schalteinrichtung gemäß Fig. 2 oberhalb des Schmelzleiters 1 geht von einer Reaktionsfolie 5 aus, die nahezu in direktem Kontakt mit dem Schmelzleiter 1 steht. Bei dieser Anordnung wird sichergestellt, dass die Reaktionsfolie 5 bei Erwärmung des Schmelzleiters 1 bei Impulsbelastung nicht ungewollt ausgelöst wird bzw. nicht geschädigt ist. Ist dies aufgrund von Belastungen oder der gegebenen Konstruktion nicht oder nur eingeschränkt möglich, kann durch eine beispielhafte Anordnung unterhalb des Schmelzleiters 1 mit einem elektrisch leitfähigen
gegebenenfalls auch impedanzbehafteten Teil 10 eine Vermeidung einer zu starken Temperaturbelastung erfolgen. Die Isolationsfolie 4 ist so bemessen, dass die Betriebsspannung des Netzes und auch die übliche Funktion des Überspannungsschutzes keinen Überschlag durch Durchschlag bedingen. Eine kurzzeitige
Temperaturbelastung, beispielsweise bei Impulsbelastungen, führt nicht zu einer thermischen Schädigung der Isolationsfolie und damit nicht zur
Auslösung einer exothermen Reaktion. Bei höheren Belastungen und somit stärkeren oder längeren Temperaturerhöhungen ist eine Zündung jedoch durchaus gewünscht. Hierfür kann die Stapelanordnung„Isolationsfolie - Reaktionsfolie" getauscht werden. Um die thermische Belastung der Isolationsfolie 4 bei einer Anordnung entsprechend Fig. 2 oberhalb des Schmelzleiters 1 zu reduzieren, kann die Folie 4 im Bereich des unverminderten Querschnittes des Schmelzleiters angebracht werden (wie dargestellt). Der Schmelzleiter kann aber auch über zusätzliche Kühlflächen, beispielsweise in Form von Verbreiterungen, verfügen.
Zusätzlich kann zwischen Schmelzleiter und Isolationsfolie ein weiteres Material angeordnet werden, welches eine Wärmebarriere bildet.
Die Fig. 3 zeigt analog zur Darstellung nach Fig. 1 einen bandförmigen Schmelzleiter 1 mit Engstellen 2. Der weitergebildete Schmelzleiter 1 weist eine Flächenvergrößerung 11 auf. Dadurch besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße
Schalteinrichtung in diesem Bereich 11 am Schmelzleiter zu fixieren.
Die Fig. 4a illustriert eine Seitenansicht eines Schmelzleiters 1 mit erfindungsgemäßer Schalteinrichtung unter Weglassung des Sicherungs- gehäuses und der Anschlusskappen.
Gemäß der Darstellung nach Fig. 4a ist die Schalteinrichtung als
Stapelanordnung ausgebildet.
Diesbezüglich befindet sich die Reaktionsfolie 5 oberhalb der
Isolationsfolie 4 und wird in geeigneter Weise mittels Zündeinrichtung 7, welche über Anschlüsse 8 angesteuert wird, verbunden. Durch die Anordnung des Elementes 10 zwischen Schmelzleiter 1 und Isolationsfolie 4 wird letztere vor einer thermischen Überlastung
geschützt.
Zusätzlich kann ein minimaler Spaltbereich 12 zwischen Schmelzleiter 1 und Isolationsfolie 4 bzw. dem Teil 10 vorgesehen werden. Die Auslegung dieses Spaltbereiches kann dabei so erfolgen, dass bei Betätigung des Schalters der Spaltbereich 12 passiv überschlagen wird.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 4a ermöglicht prinzipiell auch eine
Anordnung der Schalteinrichtung unmittelbar in der Nähe einer der
Engstellen 2.
Die Fig. 4b zeigt in verschiedenen Ansichten Gestaltungsvarianten für eine Zündeinrichtung mit einem Zündelement A bzw. B.
Das Zündelement A kann zum Beispiel als gedruckter Schmelzleiter auf einer Leiterplatte realisiert werden. Bei der in Fig. 4b unteren Darstellung ist das Zündelement B in einer Ausfräsung einer Leiterplatte als Draht angeordnet, welcher bei entsprechendem Stromfluss einer Erwärmung unterliegt, so dass die exotherme Reaktion der Reaktionsfolie ausgelöst werden kann.
Die gezeigten Varianten gemäß Fig. 4b mit Anordnung und Aufbau einer Zündeinrichtung 7 auf Leiterplatten erlaubt eine sehr einfache Integration in dem bevorzugten Sandwichaufbau der erfindungsgemäßen
Schalteinrichtung.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 5 wird von einer Schmelzsicherung mit Gehäuse 6 und kappenförmigen Kontakten 9 ausgegangen, wobei zwei parallel verlaufende Schmelzleiter 1 vorhanden sind.
Die Schmelzleiter 1 werden durch eine gemeinsame Scheibe 13 aus elektrisch gut leitendem bzw. impedanzbehafteten Material geführt. Die Scheibe 13 stützt sich an der Innenwandung des Sicherungsgehäuses 6 ab. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung befindet sich auf bzw. an der Scheibe 13.
Beim Schließen der Schalteinrichtung fließt ein Strom zum Hilfskontakt 3 über beide Schmelzleiter 1. Bei einem impedanzbehafteten Material kann es zusätzlich zu einem Lichtbogen im Durchführungsbereich zwischen der Scheibe 13 und den Schmelzleitern 1 kommen, wodurch insbesondere bei der Anbringung im Engstellenbereich zu eine stärkere Schädigung des Schmelzleiters bewirkbar ist. Die Scheibe 13 kann aus Metall, aber auch aus leitfähiger Keramik bzw. aus Graphit bestehen.
Neben einer Schalteinrichtung mit exothermer Reaktionsfolie in Sandwichanordnung sind auch Schalteinrichtungen unter Nutzung eines
Brückenzünders möglich, wie dies anhand der Figuren 6a und 6b illustriert ist. Bei Anwendung und Nutzung eines Brückenzünders 17 wird die
Ausdehnung der Gase infolge der Erwärmung bei Zündung genutzt, um ein metallisches Teil 16 in Kontakt mit dem Schmelzleiter 1 bzw. mit der Scheibe 13 zu bringen.
Hierbei überbrückt das metallische Teil 16 die Distanz zum Hilfskontakt 3 bzw. durch eine Isolationsfolie zwischen den vorgenannten Teilen.
Die Fig. 6a und 6b zeigen diesbezüglich eine Folienisolation 14.
In der gezeigten Sicherung gemäß den Fig. 6a und 6b kann die Einführung des Hilfskontaktes 3 und der Ansteuerleitungen 8 axial durch eine der Anschlusskappen 9 erfolgen. Der Hilfskontakt 3 ist beispielsweise mit einem Isolationsteil 15 von der Kappe 9 elektrisch getrennt. Innerhalb der Sicherung befindet sich in der Nähe der Scheibe 13 ein Bereich ohne Löschmittelfüllung. In diesem Bereich ist die Isolationsfolie 14 angebracht, welche durch den
Hilfskontakt 3 von der Scheibe 13 isoliert wird. Im Bereich des Hilfskontaktes 3 ist das erwähnte bewegliche Teil 16 integriert, in welchem sich der Brückenzünder als Aktor 17 befindet.
Das Teil 16 wird im aktivierten Fall in Richtung Folie 14 und Scheibe 13 bewegt. Hierbei wird die Isolationsfolie 14 zerstört. Insofern kann das Teil 13, das heißt die Scheibe, aber auch das leitfähige Teil 16 mit einer Kerbeinrichtung versehen sein, um die Isolationsfolie 14 schnell und sicher zu zertrennen.
Die Bewegung des Teiles 16 wird an der Scheibe 13 gestoppt. Die Scheibe 13 ist über das metallische Teil 16 mit dem Hilfsanschluss 3 elektrisch leitfähig verbunden. Diese Verbindung kann formschlüssig unterstützt werden. Eine weitere Verbesserung der Verbindung ist dann möglich, wenn gezielt eine Deformation des metallischen Teiles 16 erfolgt bzw.
unterstützt wird.
Die Stromtragfähigkeit dieser Ausführungsform ist mit der gewünschten Zeit/Strom-Kennlinie und der Sicherung bei Kurzschlussströmen in
Übereinstimmung gebracht.
Die Fig. 6a zeigt den Normalzustand der Schalteinrichtung und der
Sicherung vor dem Kurzschluss und die Fig. 6b den Zustand des Schalters bzw. der Schalteinrichtung im Kurzschlussfall. Zur Betätigung der Schalteinrichtung können aber auch Formgedächtnislegierungen oder andere form-, geometrie- oder volumenändernde
Materialien zur Aktivierung genutzt werden.
Wenn die Sicherung bezogen auf den Kurzschlussfall mittels
Formgedächtnislegierung oder Brückenzünder oder aber Reaktionsfolie aktiviert wird, kann dies über einen anteiligen Strom erfolgen. Dieser Strom kann aus dem anliegenden Netz oder einem separaten
Energiespeicher gewonnen werden. Bei Brückenzündern kann die
notwendige Energie aber auch galvanisch getrennt durch einen Übertrager bereitgestellt werden.

Claims

Ansprüche
1. Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere von Überspannungsschutzgeräten, wie Funkenstrecken oder Varistoren, bestehend aus mindestens einem, zwischen zwei Kontakten befindlichen, in einem Sicherungsgehäuse angeordneten Schmelzleiter sowie einem Kurzschlusshilfskontakt mit interner Trennstrecke zum Schmelzleiter, dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des Sicherungsgehäuses eine extern aktivierbare Schalteinrichtung zur Überwindung der Trennstrecke ausgebildet ist, um einen niederohmigen oder impedanzbehafteten Kurzschluss auszulösen, wobei die Schalteinrichtung ein, die Trennstrecke bildendes Isolationselement aufweist, welches durch einen externen Aktivator eine Zustandsänderung erfährt und der Aktivator mit mindestens einem Steueranschluss in Verbindung steht.
2. Schmelzsicherung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Isolationselement als eine Isolationsfolie ausgeführt ist.
3. Schmelzsicherung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der exotherme Aktivator als Reaktionsfolie ausgebildet ist, welche mit einer Zündeinrichtung in Verbindung steht.
4. Schmelzsicherung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der exotherme Aktivator einen Brückenzünder aufweist, welcher unmittelbar oder mittelbar das Isolationselement zerstört.
5. Schmelzsicherung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Brückenzünder ein leitfähiges Element zur Überwindung der
Trennstrecke antreibt.
6. Schmelzsicherung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung ein bei Stromfluss sich erhitzendes Zündelement (A; B) aufweist, wobei das Zündelement (A; B) mit dem Steueranschluss (8) in Verbindung steht.
7. Schmelzsicherung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
im Sicherungsgehäuse (6) mehrere Schmelzleiter (1) parallel zueinander ausgebildet sind, wobei die mehreren Schmelzleiter (1) durch eine sich im Sicherungsgehäuse (6) abstützende Scheibe (13) geführt sind und die Schalteinrichtung an oder auf der Scheibe (13) angeordnet ist.
8. Schmelzsicherung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die oder der Schmelzleiter (1) über seine jeweilige Längenausdehnung Abschnitte mit reduzierter Fläche und/oder reduziertem Querschnitt aufweist, wobei sich die Schalteinrichtung in einem flächen- und/oder querschnittsseitig nicht reduzierten Abschnitt befindet.
9. Schmelzsicherung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch deren Anordnung im Querzweig in Verbindung mit einem Überspannungsschutzgerät.
10. Schmelzsicherung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
bei einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse (6) mit stirnseitig kappenförmigen Kontakten (9) der Kurzschlusshilfskontakt (3) über einen der kappenförmigen Kontakte (9) geführt ist.
11. Schmelzsicherung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der mindestens eine Steueranschluss (8) über einen der kappenförmigen Kontakte (9) geführt ist.
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