Самовосстанавливающийся предохранитель

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроустановках, где требуется быстродействующая защита с высоким уровнем ограничения токов и перенапряжений. Целью изобретения является повышение качества защиты путем уменьшения перенапряжений при срабатывании самовосстанавливающегося предохранителя. Предохранитель содержит корпус, подводящие электроды и расположенную между ними изоляционную вставку с параллельными ее оси каналами одинакового диаметра, заполненными жидким металлом. Каналы расположены асимметрично относительно оси вставки, причем центр сечения одного из каналов размещен на расстоянии R от края торца вставки в центре окружности радиуса R, центр сечения другого канала -на расстоянии R от края торца в центре окружности радиуса R, расположенной за пределами окружности радиуса R. Такое расположение каналов приводит к неодновременному испарению металла в каналах и уменьшает амплитудные перенапряжения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 01 Н 87/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4237056/24-07 (22) 23.03.87 (46) 15.05.89. Бюл. № 18 (71) Московский энергетический институт (72) Г.Г.Нестеров и И.А.Хатанова (53) 621.316.923(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 960996, кл. H 01 H 87/00, 1981.

Патент Японии ¹ 59-22334, кл. Н 01 Н 87/00, 1984, (54) САМОВОССТАНАВЛИВА10ЩИЙСЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ (57) Изобретение QTHocHTcH к области электротехники и может быть использовано в электроустановках, где требуется быстродействующая защита с. высоким уровнем ограничения токов и перенапряжений. Целью изобретения является повышение качества защиты пуÄÄSUÄÄ1479972 А1 тем уменьшения перенапряжений при срабатывании самовосстанавливающегося предохранителя. Предохранитель содержит корпус 1, подводящие электроды и расположенную между ними изоляционную вставку 2 с параллельными ее оси каналами 3, 4 одинакового диаметра, заполненными жидким металлом. Каналы расположены асимметрично относительно оси вставки, причем центр сечения одного из каналов размещен на расстоянии R от края торца вставки в центре окружности радиуса R центр сечения другого канала — на расстоянии г от края торца в центре окружности радиуса r, расположенной sa (0 пределами окружности радиуса R. Такое расположение каналов приводит к неодновременному испарению металла в каналах и уменьшает амплитудные перенапряжения. 4 ил.

1479972

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроустановках, где требуется быстродействующая защита с высоким уровнем ограничения .токов и перенапряжений, например, полупроводниковых вентилей и преобразователей.

Цель изобретения — повьппение качества защиты путем ограничения пере" 1ð напряжений при срабатывании самовосстанавливающегося предохранителя.

На фиг. 1 показан самовосстанавливающийся предохранитель, разрез; на фиг. 2 — осциллограммы изменения во времени напряжения и тока предлагаемого самовосстанавливающегося предохранителя; на фиг. 3 — осциллограммы напряжения и тока известного самовосстанавливающегося предохра- 20 нителя, выполненного без ограничения перенапряжений, на фиг. 4 — разрез А-А на фиг. 1.

В металлический корпус 1 самовосстанавливающегося предохранителя запрессована цилиндрическая изоляционная вставка 2 с параллельными оси вставки каналами 3 и 4 одинакового диаметра а и длины 1. Ось одного ка-. нала 3 расположена на расстоянии R от края вставки в центре окружности радиуса R. Ось другого канала 4 расположена на расстоянии r от края вставки в центре окружности радиуса

r расположенной за пределами окруж9

35 ности радиуса R, r определяют из соотношения г = (1,3-1,4)d, (1) где d — - диаметр канала, что соответствует минимально допустимому соотношению внутреннего и внешнего диаметров изоляционной вставки из условия ее механической прочности.

Так как радиус R не может быть

45 числом отрицательным, то длину 1 вставки выбирают не более (5-7)d, что достаточно для самовосстанавливающегося предохранителя, так как при большой длине обеспечение самовосстановления предохранителя затрудни1 тельно. Для подведения электрического тока в корпус 1 запрессован с электрод 5 с изоляционной втулкой 6.

Предлагаемый самовосстанавливающийся предохранитель работает следующим образом.

При протекании аварийного тока от подводящего электрода 5 по жидкому металлу в каналах 3 и 4 сначала испаряется металл в канале 3 за счет того, что в области торцов вставка имеет. повьппенную плотность тока, обусловленную стягиванием силовых линий тока. При этом время г з до испарения металла в канале 3 меньше, чем время t< до испарения металла в канале 4, в и раз: с =аз и (2) n = 0,85 — 0,9 . (3)

Выбор соотношения времени выше

0,9 нецелесообразен из-эа практически неощутимого эффекта снижения перенапряжений, а ниже 0,85 - из-за самовосстановления жидкого металла и нежелательного снижения быстродействия предохранителя, что определяет соответствующие пределы соотношения (3).

Подставим в (2) время до испарения металла в каналах t » t <, определяемое по формуле здесь

Сэ 1МТк Ч

1п() 2

1+ т„z R

С1 (1Мтк, 1+a(Tu Р

Ч

) (4)

Ф

1 теплофизические постоянные металла начальная температура кипения металла; где С, г, о

THó тк — — -+2 (1-1 41 — ) =(у — — + 1 4 Р d г 1 4

7td 2 4 - 9 д2 (6) V — объем канала диаметром d длина 1;

I — ток;

В.з, R — сопротивления жидкометаллического проводника в каналах 3 и 4.

Так как каналы 3 и 4 диаметром d и длиной 1 имеют одинаковый объем и заполнены одним металлом, то после преобразований (4) получаем

R4 R3 1 ° (5)

Сопротивление жидкометаллических проводников в каналах 3 и 4 определяется по известной формуле с учетом сопротивления стягивания, определяемого по формуле Фока. Подставив зна- чения сопротивлений в (5), получаем

1479972 где d и 1 — диаметр и длина жидкометаллического проводника в каналах 3 и 4; у — удельное сопротивление

5 металла;

r — радиус окружности, в центре которой расположен канал 4, определяемый из соотношения (1) .

R — радиус окружности, в центре которой расположен канал .3 °

Подставляя в (б) значение радиуса

r из (1), после преобразований получаем значение

1 41» nd к — A7rd(2n-1) +41(n-1) (7) Подставляя в (7) значения и из 20 (3), после преобразований получаем

3 774 3 99d

2 ° 2d 0 «62 215d 0 «4 1 где d и 1 — диаметр и длина канала, 25

R — радиус окружности, в центре которой расположен канал 3, при этом время до испарения металла в канале 3 меньше, чем время до ис- 3р парения металла в канале 4, согласно соотношению (3) в 0,85-0,9 раз. Неодновременное испарение металла в каналах при.-их укаэанном расположении увеличивает время ограничения (Ьс) тока в защищаемой цепи и уменьшает отключаемый ток (л 1) за счет сопротивления первоначально сработавшего канала 3, что снижает скорость изменения тока (д1/ с) в за- 40 щищаемой цепи, следовательно, уменьшаются, амплитудные перенапряжения (Б„„„„ фиг. 2) при срабатывании предохранителя. На фиг. 3 представлены ,осциллограммы напряжения и тока при

45 срабатывании известных самовосстанавливающихся предохранителей без ограничения перенапряжений, По сравнению с перенапряжениями известных са« мовосстанавливающихся предохранителей (Б„„„с, фиг. 3) амплитудные (максимальные) перенапряжения в предлагаемом самовасстанавливающемся предохранителе (U ... фиг. 2) значительно ниже, причем зто ограничение перенапряжений получено без каких-либо схемных дополнений, а только за счет изменения расположения каналов в изоляционной вставке.

Так как преддуговое время до испарения жидкого металла в каналах токоограничителя увеличивается не более чем в 1,1-1, 15 раза, а время дуги, зависящее от размеров каналов, такое же, как и в известных самовос" станавливающихся предохранителях с каналами таких же размеров, то общее время срабатывания предлагаемого предохранителя практически не изменяется, т.е. сохраняется его быстродействие по сравнению с известными конструкциями с такими же каналами.

Так как уровень токоограничения самовосстанавливающихся предохранителей определяется применяемым жидким металлом и размерами каналов, то уровень токоограничения предлагаемой .конструкции не снижается по сравнению с известными с теми же параметрами.

Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый самовосстанавливающийся предохранитель обеспечивает снижение перенапряжений при сохранении уровня ограничения токов, быстродействия и простоты изготовления конструкции. формулаиэобретения

Самовосстанавливающийся предохранитель, содержащий корпус, подводящие электроды и расположенную между ними изоляционную вставку с выполненными в ней параллельными ее оси каналами одинакового диаметра, заполненными жидким металлом, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества защиты путем уменьшения перенапряжений при срабатывании предохранителя, каналы расположены асимметрично относительно оси вставки, причем ось одного из каналов расположена на расстоянии R от края вставки в центре окружности радиуса R ось другого канала — на расстоянии r от края вставки в центре окружности радиуса r, расположенной за пределами окружности радиуса

R, где R u r определяются из соотношений:

3 77d 3 99d2

2,2d-0,6 Р 2,54-0,43

r = (1,3-1,4)d, где d — диаметр канала;

1 — длина канала.

4 фИР 2

Фоо4.

Составитель С.Гордон

Техред М.Ходанич Корректор М.Максимишинец

Редактор А.Огар

Заказ 2547/48 Тираж 696 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул . Гагарина, 101