Плавкий элемент предохранителя

 

Оп ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАГЕН в У

Союз Советских

Социалистических

Республик

{11) 574175

{61) Дополнительное к патенту (22) Заявлено . 10.02.76 {21) 2322329/07 (23) Приоритет — (32) 10.02.75 (51) М. Кл. Н 01 Н 85/08

Государственный комитет

CDBBT& Министров СССР но делам иэобрвтвний н открытий (3 I ) Ч1 — 1027

{33) вНР (43) Опубликовано 25,09.77 Бюллетень № 35 (45) Дата опубликования описания 05.08.77 (53) УД((621.316.923 (088.8) Иностранцы

Тибор Чизи, Арпад Карпат, Янош Мелиш и Золтан Семерей (ВНР) (72) Авторы изобретения

Иностранное предприятие

"Вилламош Берендеэеш еш Кесюлек Мювек" (ВНР) (71) Заявитель (54) ПЛАВКИЙ ЭЛЕМЕНТ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ

Изобретение относится к плавким элементам предохранителей, используемых s электрических схемах.

У известных предохранителей легкоплавким проводником является проволока или металличес,кая полоса, а номинальный ток и требуемую характеристику плавления получают за счет создания в металлической полосе участков с уменыпенным поперечным сечением (11.

Инерционная (с вйдержкой врементг) быстро. действующая характеристика плавления достигает ся тем, что один участок полосы покрывается металлом или металлическим сплавом с низкой точкой плавления, который при максимальном токе (сверхтоке) расплавляется и в расплавленном 1б состоянии диффундирует в металлическую полосу, повышая ее сопротивление, что1вызывает локальньй нагрев и зависимое от времени расплавление.

Недостаток этого метода состоит в I oM, что при многократной перегрузке изменяется характерис- 20 тика расплавления, вследствие постеценной диффузии, следовательно свойства легкоплавкого-пров одиика. ухудшаются во. время зкллуатации .;Это при.иводит к тому, что Йэменяетсй сопротивление и другие параметры легкоплавкого проводника,который после определенного промежутка времени уже расплавляется при номинальной нагрузке.

Наиболее близким к предложенному изобретению является нлавкий элемент предохранителя, содержащий легкоплавкий проводник, выполненный в виде сплошной металлической полосы с участками уменьшенного поперечного сечения (21, Однако предохранители с подобным плавким элементом имеют ряд недостатков, а именно: эти предохранители можно рассматривать в качестве быстродействующих лишь тогда, когда нагрузочный ток достигает4 — 7-кратнойвеличины номинального тока; если нагрузочный ток составляет лишь 2-кратную величину номинального тока, тогда продолжительность расплавления увеличивается.

Для защиты полуйроводников желательно защитную характеристику быстродействующего предохранителя выполнять так, чтобы продолжительность расплавления (перегорания) при 2-кратйой величине номинального тока была бы Ilo меньшей мере на две размерности меньше, чем, например, у промышленных предохранителей, и необходимо обеспечить условие: при 1,2 — 1,3- кратной величине номинального тока не должно быть расплавления

574)75, 10 (пере! Оранил) или по крайней мере TostbK0 после л>лительного протекания тока.

Кроме ого, легкоплавкие прово,",ники лля пре. дохраш телей изготавливаются из серебра, так как нз всех хорошо проводящих ток металлов серебро обладает самой низкой температурой плавления и эеплотой испарения. Однако этот металл дорогой и его необходимо заменить более дешевой медью.

У инерционно. быстродействующих предохранителей величина интеграла Джоуля настолько велика, что разрывная мощность (при коротком замы канин) прерывателей позволяет осуществлять согласование только с помощью предохранителей, вели нина номинального тока для которых намного меньше., чем величина допускаемого в сети номинального тока. Следовательно, нужно или увеличить емкость сети, на что необходимы в масштабе страны большие финансовые расходьг,или же нужно разработать такой плавкий предохранитель, интеграл Джоуля которого намного ниже, чем у имеющегося промышле«шого плавкого предохранителя.

Для уменьшения времени срабатывания в предложенном элементе предохранителя по крайней мере один из участков уменьшенного поперечного сечения пгунтирован металлическим элементом, а соединение сплошной металлической полосы и указанного элемента выполнено так, что их размыкание осуществляется теплом, создаваемым током предварительно заданной величины, протекающим в легкоплавком проводнике.

Металлический элеме«п может иметь изогнутый участок, размещенный над сплошной металлической полосой,:. соединенный с ней при помощи пайки так, что образует камеру, внутренняя часть которой заполнена веществом с точкой кипения ниже точки плавления припоя.

Камера может содержать другое вещество, точка плавленпя которого ниже указанной точки кипения, а точка кипения ниже точки плавления припоя, Кроме того, в плевком элементе предохранителя участок уменыленного поперечного сечения, шунтированный металлическим элементом, может быть размещен у края сплошной металлической полосы.

На фиг. 1 изображен плавкий элемент предохранителя; на фиг. 2 — металлический шунт; на фиг. 3— соединение шунта и плавкого элемента; на фиг.4— кривые защитной характеристики для данного плавкого элеме«гга; на фиг. 5 — кривые защитной

"арактеристики устройства, в котором камера содержит два компонента; на фиг. 6 — кривые интеграла Джоуля в зависимости от тока короткого замыкания.

Плавкий элемент содержит легкоплавкий водник 1, выполненный в виде сплошной металлической полосы с участками "а"."6","в" уменьшенного поперечного сечения.

Размеры участков "а","б определяют точную величину номинального тока, а поперечное сечение участка "в" должно быть меньше поперечного сече15

55 ния участков "а", б, и на этом участке кратковременно осуществляет ся расплавление (перегорание) также при токах ниже номинальной величины.

Участок в шунтируется металлическим элементом — шунтом 2 (см. фиг. 2) .

Шунт 2 состоит из хорошо проводящего ток металла н в широкой части снабжен расширением (колпаком) 3, например в прессе глубокого давления, От края колпака шунт деформирован соответственно дуге 4, а за другой следует прямой участок "г".

На фиг. 3 показано соединение шунта 2 с легкоплавким проводником 1. Дуга 4 шунта перекрывает участок "в" и на краях "д" колпака 3 и на прямом участке "г" шунта 2 припаяна к легкоплавкому проводнику 1. Применяется паяльный материал с соответствующей точкой плавления. Размеры края в шунте 2 и прямого участка "г" выбраны так, что с учетом свойств диффузии паяльного материала переходное сопротивление запаянных поверхностей значительно ниже, чем сопротивление дуги 4 шунта 2.

Прежде чем шунт 2 будет присоединен к легкоплавкому проводнику 1, в колпаке 3 размещается находящееся в жидком или твердом состоянии вещество, например йод или цинк + сера (это вещество в дальнейшем «ет называться стартером). В качестве стартера 5 применяется такое вещество, которое при предварительно заданной температуре (в пределах очень узкого диапазона температур) превращается из твердого или жидкого состояния в парообразное или газообразное.

Вследствие возникающего значительного обьемного расширения вещества в колпаке 3 образуется большое давление. Используемый для соединения легкоплавкого проводника 1 и шунта 2 паяльный материал необходимо выбирать так, чтобы его точка плавления была выше, чем температур>а, пои которой стартер испаряется или пр«п,имает газообразное состояние. С учетом прочностных свойств поверхности краев колпака 3 и паяльного материала можно обеспечить такое состояние, чтобы при резком изменении давления, вызываемого стартером, ни легкоплавкий проводник, ни шунт не испытывали деформаций, а вместо этого происходило бы отделение шунта от легкоплавкого проводника. Размеры шунта 2, в частности дуги 4, определяются требованием, состоящим ь том, чтобы вплоть до 1,2 — 1,3- кратной величины номинального тока температура вокруг стартера была ниже температуры, при которой происходит изменение состояния стартера. В зависимости от разности между рабочей температурой при номинальном токе и температурой, при которой изме«иется агрегатное состояние стартера, можно в широком диапазоне изменять соотношение (частное) наименьшего тока плавления и номинального тока.

На фиг, 4 дань| кривые защитной характеристики плавкого элемента предохранителя, де кривая

"е" — защитная характеристика участка "в", кривая 7 ) 175 ж" зяшитняя характеристика участков я, б

Крт(вяя ж соответствует,tt;tttptt tep,.".яряктеристике обьнптых ряссчитяшптх на номинальный ток бьтстродействутотцих предохранителей. Кривая "з"

"о кяз ьв яет общее в ре мя, которое требует ся (в зависимости от нагрузо птого тока) для осушествления изменения агрегатного состояния стартера и последующего отделения шунт я. П родо лжнтельность расплавления (перегоряния) для 2- кратной величины номинального тока у обычных быстродействуюших предохранителей составляет около 100 с. При такой токовой нагрузке продол кительность приведения в действие стартера составляет менее 1 с, и этот промежуток времени лишь незначи. тельно увеличивается временем расплавления согласно кривой "е, в течение которого участок "в" после отделения шунта 2 расплавляется. Следовательно, полу:яютцееся время расплавления (перегорания) сокращается на две размерности (по сравнению с обычным).

Получающаяся защитная характеристика (т.е. кривая,. время-ток) комбинированного с шунтом легкоплавкого проводника 1 (см. фиг, 4) приближается к зятцитной характеристике "ж" участков

"а","b, пока не будет достигнута критическая токовая нагрузка I . Затем кривая "и совпадает с кривой "ж", так как продолжительность расплавления на участках "а","б" меньше необходимого для стартера времени.

Может возникнуть необходимость шунтировать два или более участков уменьшенного поперечного сечения. На фиг. 5: оказаны кривые защитной характеристики легкоплавкого проводника, у которого камера состоит из двух компонентов. Первый компоненг при нормальных рабочих токах и, следовательно, рабочей температуре легкоплавкого проводника находится в твердом состоянии. Разность между точкой плавления этого компонента и нормальной рабочей температурой, а также количество этого компонента выбирается так, что для нагрева и для полного расплавления этого компо нента требуется такое количество тепла, которое накапливается при К-кратной (K = 1,2,3...) величине номинального тока 1„после задайного времени замедления.

Если температура этого компонента достигнет точки . расплавления, то она не изменяется.до тех пор, пока не расплавится все количество этого компонента. В этом температурном (или токовом) диапазоне показанная кривой "к" (см. фиг. 5) характеристика расплавления носит инерционный характер.

Второй компонент двухкомпонентн(го стартера выбирается так, чтобы точка кипения или точка теплового инициирования была бы выше точки плавления первого компонента, однако теплота испарения оставалась бы возможно наименьшей. После того как первьп(компонент расплавится, снова повышается температура стартера. Если она достигнет точки кипения или точки теплового инициирования второго компонента, то этот компонент (1(tcòðî исltt!prT(т tt л tlt тт(сттлямсняется. и н(у 1

nT!rttrtttcT crt от лс Гко11/(я(1 к(л о rtp(ltd(irrrtttê(t.

В:1том темттсрятурттом (или токовом) диана tt не харяктерттстнка пляв.terttttt предохранителя с(11ласно кривой "и" (см. фиг. 5) имеет быстттодеттствуюший характер. Этя кривая тредстявляет собой зашитнуr(t характеристику легкоплавкого проводника без шунтя.

Показанная кривой "к защитная характерис.

19 гт(кя идсяльтто приближается к зжпитной характерисптке прерывателей, поэтому эти предохрянители

Формула изобретения

1. Плявкий элемент предохранителя, содержа щти легкоплавкий проводник, выполненный в виде сплошной металлической полосы с участками уменьшетптого поперечного сечения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени срабатывания, по крайней мере один из участков уменьшенного поперечного сечения шунтирован металлическим элементом, а соединение сплошной металлической полосы и указанного элемента выполнено так, что их размыкание осуществляется теплом, создаваемым током предварительно заданной величины, протекающим в легкоплавком проводнике.

2. Эле мент по п. 1, отличающийся тем, что металлический элемент имеет изогнутьй участок, размещенньй няд сплошной металлической

@ полосой и соединенный с ней при помощи пайки так, что образует камеру, внутренняя часть которой заполнена веществом с точкой кипения ниже точки плавлетп(я припоя, 3. Элемент по п.2, отличающийся тем, что камера содержи: другое вещество, точка плавления которого ттиже указанной точки кипения, а точка кипения тэтж. гочки плавления прчпоя.

4, Элемент по пп.1-3, отличающийся тем, что участок уменьшенного rroltt.pe:птого сече5S можно оптимально подогнать к прерывателям.

На фиг. 6 показаны кривые интеграла Джоуля в зависимости от тока короткого замыкания для авто15 матического выключателя (с предохранителями) для защиты распределительных сетей с раэрывнои мощностью 1500 А (кривая "м"), для обычного инерционно-быстродействующего предохранителя с номинальной величиной 50 А (кривая "н"), для

20 легкоплавкого проводника на 50 А, снабженного двухкомпонентным стартером (кривая "о ), и для легкоплавкого проводника на 160 А (кривая "и"), который также снабжен двухкомпонентным стартером. Нагрузка сети может составлять многократную величину обычной нагрузки, если с автоматическим выключателем для защиты распределительных сетей скоордиттирован предохранитель, оснащенный легкоплавким проводником с двухкомтонентным стартером.

574175

Фиа. g

Йст., ID

10 н н к я

Rn. 4

ЙНИИПИ Заказ 2422/47

Тираж 976 Подписное

Ф. а

7 ния, шунтированный металлическим элементом, раэьещен у края сплошнои металлической полосы.

Источники информации, принятые во вниманю при экспертизе:

1. Кузнецов Р.С. Аппараты распределительных

8 устройств низкого напряжения, "Госэнергоиздат", 1962, с. 335-341.

2. Кузнецов P.Ñ. Аппараты распределительных устройств низкого напряжения, Тосэнергоиздат", Ь 1962, с.295-296, с. 321-331.

Филиал ППП "Патент, „ г. Ужгород, ул. Проектная, 4