Плавкий элемет предохранителя

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИЛЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 5718 44

I

4 // (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 290376 (21) 2339085/07 (51) М. Кл.а

Н 01 Н 85/06 с присоединением заявки №

ГаЦдаратаааамб ааяатат ааа|та Ыааастраа ОИР аа )(алаи ааабратаааб а аткрытаб (23) Приоритет(53) УДК 621. 316. 923 (088. 8) (43) Опубликовано 050977.Бюллетень № 33 (45) Дата опубликования описания 10.1077 (72) Авторы изобретения

К.К.Намитоков и A.A.Õàðèñîâ (71) Заявитель (54) ПЛАВКИЙ ЭЛЕМЕНТ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ

Ю

Изобретение относится к области электроаппаратостроения, в частности к плавким элементам предохранителей.

Известны плавкие элементы предохранителей, выполненные из различных 5 однородных металлов (1) .

Выбирая в качестве материала плавкого элемента металл с теми или ины" ми электрофиэическими свойствами (с той или иной электро- и теплопровод- 10 постыл, температурои плавления и т.д.), в предохранителях получают и соответствующие им эксплуатационные характеристики.

Однако получив широчайшее примене- )5 ние н различных типах предохранителей, плавкие элементы из однородных металлов имеют довольно ограниченные возможности и в целом ряде случаев практики разработки электротехничес- 20 кого оборудования не могут удовлетворить современных требований, предъявляюалх к предохранителям и их эксплуатационным характеристикам.

Наиболее близким по технической 25 сущности и достигаемому результату к изобретению является плавкий элемент, выполненныи из металлов на основе меди, серебра, алюминия, цинка или их различных композиций (2). з0

Известные плавкие элементы на основе указанных материалов по сравнению с другими подобными плавкими элементами имеют наиболее высокую электро- и теплопроводность и ввиду сравнительно малого отношения объема металла к токовой нагрузке позволяют обеспечить в предохранителях наиболее высокую коммутационную способность. В то же время сравнительно высокая reMпература плавления таких плавких элементов (420 С и выше) не позволяет их использовать в предохранителях, от которых требуется очень малый перегрев и потеря мощности. Не решает зту нро лему полностью и использование н планких элементах предохранителей различных известных композиции из выше указанных материалов, поскольку все оНН включают в себя металлы, образующие между собой интерметаллические соединения, или металлы, обладающие очень хорошей взаимной растворимостью, что обычно вызывает в процессе эксплуатации плавких элементов их значительное старение (изменение физических свойств с течением времени), неизбежно приводящее к существенному изменению эксплуатационных характеристик, в частности, к увеличению нагрева и потерь

571844 мощности при номинальных токах, уменьшению пограничного тока и изменению всех защитных характеристик в целом.

Цель изобретения — улучшение эксплуатационных характеристик плавких элементов предохранителей.

Достигается поставленная цель тем, что введенные в плавкий элемент ингредиенты состоят из металлов, не об- 30 разующих с металлом основы интерметаллических соединений, растворимость которых в твердом металле основы при

400 С находится в пределах 0,001О

10,0 мас.Ъ. Для обеспечения надежного соединения металла основы плавкого элемента с введенными ингредиентами плавкий элемент на участках, в которые введены вышеуказанные ингредиенты, может представлять собой сплав или металлокерамическую композицию метал20 ла основы плавкого элемента с введенными ингредиентами. С тои же целью введенные в металл основы плавкого элемента ингредиенты могут состоять из металлов, образующих с металлом ос- 25 новы плавкого элемента интерметаллические соединения или неограниченные твердые растворы или ограниченные твердые растворы с пределом растворимости в металле основы плавкого элемента, Зр лежащем в пределах 10,0-85,0 мас.Ъ, причем количество таких ингредиентов в сплаве или металлокерамической композиции может составлять 0,01-50,0масЪ от общей массы введенных ингредиентов. 35

При таком исполнении плавкого элемента введенные в плавкий элемент легкоплавкие ингредиенты очень мало изменяют физические свойства входящих в его композицию металлов, но доста- 40 точно прочно соединяются с ними.

Благодаря такой особенности композиции и удается получить плавкий элемент, обладающии необходимои прочностью, высокой электро- и теплопроводно-48 стью, малым старением и низкой температурой срабатывания. В свою очередь, эти свойсва предлагаемого плавкого элемента позволяют ему, по сравнению с другими подобными известными кон- 50 струкциями, одновременно улучшить целый ряд эксплуатационных характеристик: увеличить коммутационную и токоограничивающую способности при токах короткого замыкания, снизить нагрев и потери мощности при номинальных токах и токах ниже пограничного, повысить стабильность характеристик и надежность работы в целом во всех указанных режимах.

Па фиг. 1-6 даны различные вариан- 60 ты исполнения плавких элементову на фиг. 7-10 - структуры плавкого элемента на участках с введенными легкоплавкими ингредиентами в момент разрушения.

На фиг. 1 изображен общий вид и микроструктура продольного сечения плавкого элемента, выполненного в виде проводника из материала на основе ме- . ди, серебра, алюминия или цинка, в который по всей длине введены металлы или сплавы, или металлокерамические смеси с температурой плавления ниже

400оС, не образующие с металлом основы плавкого элемента интерметалдических соединений и растворимость которых в твердом металле основы плавкого элемента при температуре 400 С находится в пределах 0,001-10,0 мас.Ъ.

Для медной основы плавкого элемента в качестве таких металлов могут быть введены, например свинец, таллий, висмут„литий и их сплавы. Для серебряной основы плавкого элемента - свинец, висмут, натрий и их сплавы. Для алюминиевой основы плавкого элемента — свинец, таллий, кадмий, висмут, олово, индий, натрий и их сплавы. Для цинковой осно-, вы плавкого элемента — свинец, таллий, кадмий, висмут, олово и их сплавы.

Для обеспечения надежного соединения металла основы плавкого элемента с введенными мало растворимыми и не образующими интерметаллических соединений ингредиентами плавкий элемент может быть выполнен в виде сплава или металлокерамической композиции металла основы плавкого элемента с введенными ингредиентами.

С той же целью введенные в металл. основы плавкого элемента ингредиенты могут содержать часть ингредиентов, образующих с металлом основы плавкого злемепта интерметаллические соединения или неограниченные твердые растворы или ограниченные твердые растворы с пределом растворимости в металле основы плавкого элемента лежащем в пределах 10,0-85,0 мас. Ъ, причем количество последних в сплаве или металлокерамической композиции может составлять 0,01-50,0 мас.Ъ от общей, массы введенных ингредиентов.

В качестве таких хорошо растворимых или образующих интерметаллические соединения ингредиентов могут быть использованы, например, при медной основе — магний, никель, сурьма, цинк, кадмий, олово, индий и их сплавы; при серебряной основе — магний, сурьма, цинк, кадмий, таллий, олово, калий, литий, индий и их сплавы; при цинко« вой основе — медь, сереброо, алюминий, магний, калий, натрий.

При таком исполнении плавкого эле-. мента его объем представляет композицию, состоящую из относительно тугоплавкой составляющей 1, образованной металлом основы плавкого элемента, и более легкоплавкой составляющей 2, образованной введенными ингредиентами., 571844 а частности, в рассматриваемом варианте исполнения, нерастворившаяся часть введенных в -основной металл плавкого элемента ингредиентов в виде составляющей 2 выделяется.(или располага-5 ется) в межкристаллитном пространстве, кристаллитов металла составляющей 1 основы плавкого элемента. Соотношение между ооъемами тугоплавкой составляющей 1 и легкоплавкой составляющей 2 10 в композиционном материале плавкого элемента выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к характеристикам плавкого элемента и может изменяться в широких пределах. Напри- 15 мер, если для плавкого элемента наиболее важной характеристикой является высокая электро- и теплопроводность, то объем легкоплавкой составляющей 2 должен быть меньшим, чем объем тугоплавкой составляющей 1.

Ясли же для плавкого элемента очень важно иметь как можно более низкую температуру срабатывания, то объем легкоплавкой составляющей 2 в материале может быть больше объема тугоплавкой составляющей 1.

На фиг. 2-5 даны общий вид и структура разреза различных вариантов исполнения плавкого элемента, выполнен-. ного в виде проводника из материала 80 на основе меди или серебра, или алюминия, или цинка, в материал основы которого введены легкоплавкие ингредиенты составляющей 2 не по всему плавкому элементу, а только на неко- .35 тором его участке или участках 3.

У такого типа плавких элементов возможны четыре основных варианта исполнения участков 3: участок выполнен из сплава или металлокерамической сме- 40 си металла основы плавкого элемента в виде составляющей 1 и легкоплавких ингредиентов в виде составляющей 2 (фиг. 2); участок выполнен только из легкоплавких ингредиентов в виде составляющей 2 (фиг. 3); участок выполнен в виде двухслойной композиции, из которой один слой состоит только из металла основы плавкого элемента 1, а второй слой — из сплава или металло- 50 керамической смеси металла составляющей 1 и легкоплавкой составляющей 2 (фиг. 4); участок выполнен в виде двухслоиной композиции, из которых один слой состоит только из металла основы плавкого. элемента составляющей 1, а второй слой только из легкоплавкой составляющей 2 (фиг. 5).

На фиг. б даны общий вид и структура разреза одного из наиболее сложных вариантов исполнения плавкого элемен- @) та. Основное отличие этого варианта исполнения плавкого элемента от выше рассмотренных состоит в том, что сама тугоплавкая основа в виде составляющей

1 плавкого элемента представляет собойбб композицию в виде цепочки последовательно соединенных пластин, выполненнь(х из различных металлов — меди 4, серебра 5, цинка б, алюминия 7, в один из которых (или в каждый из которых) введены более легкоплавкие ингредиенты составляющей 2.

Предлагаемый плавкий элемент рабо-, тает следующим образом.

При номинальных токах .и токах ниже пограничного плавкий элемент работает как обычный электропроводник.

При пограничных токах и токах выше пограничного плавкий элемент, нагреваясь до температуры плавления легкоплавких ингредиентов 2, начинает быстро разрушаться (фиг. 7 - фиг. 10) сначала ограничивая, а затем и полностью прерывая электрический ток. Следовательно, при пограничных токах и токах выше пограничного температура разрушения, а следовательно, и темпе ратура срабатывания плавкого элемента в целом определяется температурой плав; ления легкоплавкой составляющей 2 плавкого элемента.

Так например, плавкий элемент на основе меди, в который введены в качестве легкоплавких ингредиентов сплав, состоящий из 80 мас.Ъ РБ и 20 мас.Ъ

Cd, имеет температуру срабатывания при пограничном токЕ л 260оС (средняя температура плавкого элемента при, этом при длине 80 мм достигает 125оС). . Обладая достаточно высокой электро- н теплопроводностью при относительно малом объеме металла на токовую нагрузку, малым нагревом при номинальных токах и низкой температурой срабатывания при пограничных токах и токах, выше пограничного, а также очень ма" лым старением в процессе эксплуатации, предлагаемые плавкие элементы позволяют в предохранителях обеспечить достаточно высокую токоограничивающую и отключающую способность, уменьшить нагрев элементов конструкции и потери мощности, улучшить защитные.характеристики при токах, близких к пограничным, и добиться высокой стабильности всех указанных эксплуатационных характеристик в течение всего срока службы предохранителей.

Предлагаемые плавкие элементы могут найти широкое применение в инерционных и быстродействующих предохранителях, Формула изобретения

1. Плавкий элемент предохранителя, выполненный из металла, а именно; иэ металла на основе меди или серебра, или алюминия, или цинка и их сплавов или композиций, в который введены металлы или сплавы или металлокерамйческие. композиции с температурой плав571844 г

Фиг. 2

4-4

Уиг. 4 ления ниже 400 С, о т л и ч а юо шийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик введенные в плавкий элемент ингредиенты состоят из металлов, не образующих с металлом основы интерметаллических соединений и растворимость которых в твердом металле основы при

400оС находится в пределах 0,00110,0 мас.%.

2. Элемент по п. l, о т л и ч а ю шийся тем, что металл основы и ингредиенты представляют собой сплав.

3. Элемент по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ .и и с я тем, что в плавкий элемент дополнительно введены ингредиенты, которые с металлом основы образуют интерметаллические. соединения или неограниченные твердые раство.ры, или огоаниченные твердые растворы с пределом растворимости в металле основы, лежащим в интервале 10,085,0 мас.В, причем количество таких ингредиентов в сплаве или металлокерамической композиции составляет 0,0150,0 мас.Ъ от общей массы введенных

10 ингредиентов.

Источники информации, принятые во, внимание, при экспертизе:

1. Родатейн Л. A. Электрические аппараты низкого напряжения, Энергия, 1971, стр. 244..

2. Кузнецов Р. С. Аппараты распределения электрической энергии на напряжение до 1000 в, Энергия, 1970, стр. 336-337.

571844

A-Д

Я-A

9 иг. б

9 иг. Х

9иг, 8 иг ?

9Ы 10

Уиг. Я

Составитель С.Гордон

Редактор н.Фельдман техред А.демьянова корректор е.папп

Заказ 3040/36 Тираж 976 Подписное

ЦИНИПИ Государственного комитета Совета Министров 3..:i .<.р по делам изобретени и .и крытии

313033ш МООКНа К-33 РаКШП ак ttai:.„Д. Я/3

Филиал пПп патент „г. Ужгор 3и, ул. Проектная, 4

)3

3(3(3