Высоковольтный быстродействующий предохранитель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты высоковольтных конденсаторов в мощных емкостных накопителях энергии. Целью изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции высоковольтного быстродействующего предохранителя. Предохранитель содержит укрепленный бандажом 3 изоляционный цилиндрический патрон 1 и расположенный внутри него плавкий элемент 2. Указанный бандаж 3 выполнен в виде сплошного равнопрочного защитного чехла из высокомолекулярного полимерного материала, не теряющего эластичности при ударном нагружении, например из полиэтилена. Защитный чехол может быть выполнен в виде слоя, нанесенного непосредственно на наружную поверхность цилиндрического патрона. Бандаж 3 предотвращает разлет осколков и уменьшает скорость падения давления в продуктах взрыва плавкого элемента в случае разрушений цилиндрического патрона при аварийном срабатывании предохранителя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным быстродействующим предохранителям, используемым для защиты высоковольтных конденсаторов в мощных емкостных накопителях энергии. Целью изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции предохранителя. На чертеже представлен высоковольтный быстродействующий предохранитель в разрезе. Внутри изоляционного цилиндрического патрона 1 размещен плавкий элемент 2. На поверхности патрона расположен сплошной равнопрочный защитный чехол 3 из эластичного высокомолекулярного полимерного материала, например полиэтилена, который может быть выполнен в виде слоя, нанесенного непосредственно на наружную поверхность цилиндрического патрона. При необходимости для повышения быстродействия емкостного накопителя на наружной поверхности защитного чехла 3 может быть размещен металлический коаксиальный обратный токопровод. Предохранитель работает следующим образом. При протекании аварийного тока происходит взрыв плавкого элемента 2, сопровождающийся образованием ударных волн и паузы тока. Отражение ударной волны от внутренней стенки цилиндрического изоляционного патрона 1 приводит к повышению давления в полости патрона и препятствует снижению его до величины, при которой возможен вторичный электрический пробой, в результате чего возникшая пауза тока становится бесконечной. Для выполнения этого условия время t₀ движения продуктов взрыва плавкого элемента до внутренней стенки цилиндрического патрона и обратно должно быть меньше времени существования паузы тока τ (t₀= D/U <τ где D внутренний диаметр изоляционного патрона; U средняя скорость разлета продуктов взрыва плавкого элемента). Момент возникновения паузы тока сопровождается переходными процессами в электрической цепи, для которых характерны высокие значения напряжения. Поэтому надежность срабатывания предохранителя определяется внутренним диаметром, цилиндрического патрона и величиной давления в продуктах взрыва плавкого элемента. Это существенно повышает требования к механической прочности цилиндрического патрона к ударным нагрузкам. При разрушении патрона в продуктах взрыва плавкого элемента создаются условия для развития вторичного пробоя, в котором происходит дополнительное выделение энергии, приводящее к дальнейшему разрушению патрона, разлету его осколков и отказу предохранителя. Сплошной равнопрочный защитный чехол 3 высокомолекулярного полимерного материала, не теряющего эластичности при ударном нагружении, расположенный на внешней поверхности цилиндрического патрона 1, предотвращает разлет осколков патрона в случае его разрушения и значительно уменьшает скорость падения давления в продуктах взрыва плавкого элемента 2. Это значительно повышает вероятность надежного отключения аварийного тока, даже при разрушении цилиндрического патрона. Кроме этого, эластичный защитный чехол предотвращает разлет осколков патрона при его разрушении и защищает от повреждения расположенное рядом оборудование. Испытания показали, что только прочностных характеристик (например, ударной вязкости) недостаточно для выбора полимерного материала, успешно работающего при ударном нагружении. Наряду с ними необходимо учитывать характеристики материала, описывающие его внутреннюю структуру и скорость структурных изменений в материале после прохождения ударной волны. В качестве этих характеристик могут быть использованы релаксационные характеристики полимеров: модуль скорости высокоэластической деформации, модуль высокоэластичности и начальная релаксационная вязкость. Чем выше две первые величины и ниже третья, тем лучше, при прочих равных условиях, должны быть механические свойства полимера при ударном нагружении. Наряду с ударной вязкостью релаксационные свойства высокомолекулярных полимеров могут служит критериями при выборе материала, работающего при ударном нагружении. В качестве базовых данных для определения пригодности материала могут быть выбраны релаксационные характеристики полиэтилена высокой плотности, обладающего, как показали эксперименты, необходимым комплексом механических и релаксационных свойств при ударном нагружении. На основании исследований можно предположить, что в качестве материала изолирующего защитного чехла для высоковольтного быстродействующего предохранителя кроме полиэтилена можно рекомендовать материал на основе полипропилена, полиамида, лавсана и фторопреновых каучуков. В настоящее время не существует изоляционных материалов, обладающих одновременно высокой прочностью ( σ_в >200 МПа) и эластичностью при ударном нагружении, поэтому оптимальным вариантом корпуса для высоковольтного быстродействующего предохранителя следует признать сочетание высокопрочного изоляционного патрона из стеклопластика и расположенного на его наружной поверхности высокоэластичного защитного слоя из высокомолекулярного материала.

Формула изобретения

1. Высоковольтный быстродействующий предохранитель, содержащий укрепленный бандажом изоляционный цилиндрический патрон и расположенный внутри него плавкий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения конструкции, бандаж выполнен в виде сплошного равнопрочного защитного чехла из высокомолекулярного полимерного материала, не теряющего эластичности при ударном нагружении. 2. Предохранитель по п. 1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из полиэтилена. 3. Предохранитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен в виде слоя, нанесенного непосредственно на наружную поверхность цилиндрического патрона.

РИСУНКИ

Рисунок 1