БЛОК ПЛАВКИХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ Российский патент 2013 года по МПК H01H85/00 

Настоящее изобретение относится к плавким предохранителям и, в частности, к плавким предохранителям для быстрого размыкания цепи.

Настоящее изобретение предлагает блок плавких предохранителей, содержащий множество, в основном, параллельных электрически непроводящих распределительных плат, проходящих, в основном, вдоль продольной оси блока плавких предохранителей, состоящих, по меньшей мере, из одного токопроводящего плавкого элемента, и средство для генерирования магнитного поля, которое, в основном, перпендикулярно току, текущему, по меньшей мере, через один токопроводящий плавкий элемент и, в основном, параллельно продольной оси блока плавких предохранителей.

Блок плавких предохранителей предпочтительно разработан для прохождения через предохранители высокого номинального тока и является очень устойчивым к воздействию внешних факторов, таких как механический удар и внешняя температура. Блок плавких предохранителей обеспечивает быстрое размыкание цепи для неприемлемо высоких токов, например токов порядка трехкратного номинального тока, хотя следует иметь в виду, что любой предполагаемый ток повреждения практически может быть намного больше этого значения.

Блок плавких предохранителей может использоваться как часть цепи переменного или постоянного тока. Иными словами, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент может быть разработан для передачи переменного или постоянного тока в зависимости от предполагаемого использования блока плавких предохранителей.

Блок плавких предохранителей компактен и имеет малые потери мощности.

Чтобы обеспечить такой компактный блок плавких предохранителей, предпочтительно, чтобы распределительные платы и, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент были бы погружены в жидкий диэлектрик, такой как соответствующее трансформаторное масло, например, типа MIDEL 7131. Жидкий диэлектрик улучшает охлаждение и гасит возникающую дугу, как описано ниже более подробно.

Предполагается, что блок плавких предохранителей может быть полностью интегрирован с электрическими машинами и преобразователями энергии, и обеспечивает следующие технические преимущества:

(i) ограничение тока повреждения и вращающего момента переходного процесса при низком полном сопротивлении электрических машин, в которых используются высокотемпературные сверхпроводящие обмотки (HTS) или другие виды возбуждения вместе с электромагнитными экранами или другими демпфирующими узлами с низким полным сопротивлением;

(ii) снижение размагничивания постоянных магнитов в высокоскоростных мощных генераторах с высокой плотностью магнитного поля постоянных магнитов или в другом постоянном магните электрической машины, которые обычно работают близко к пределам рабочих характеристик их магнитов;

(iii) улучшение характеристик электрических машин, в которых используется "активный" статор (то есть электронная схема и коллектор, используя статическую силовую электронику, которая предоставляет проектировщику большую гибкость для увеличения производительности, и где силовая электроника является модульной и полностью интегрированной в электрическую машину, вместе с использованием системы охлаждения, вспомогательных систем, конструкции и корпуса, чтобы достичь высокой плотности мощности), и другие силовые преобразователи.

Такие технические преимущества могут быть обеспечены блоком плавких предохранителей, который занимает лишь малую часть пространства, занимаемого обычными плавкими предохранителями, при низкой стоимости предлагаемых предохранителей.

По меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент может быть физически поддержан распределительными платами. Более подробно, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент может быть размещен в гнезде, сформированном в каждой из распределительных плат.

Блок плавких предохранителей обычно будет иметь множество плавких токопроводящих элементов. В этом случае, плавкие токопроводящие элементы предпочтительно установлены параллельно и расположены на определенном расстоянии друг от друга. Каждый токопроводящий плавкий элемент может быть вставлен в соответствующее гнездо, сформированное в каждой из распределительных плат. Каждый токопроводящий плавкий элемент может иметь одну и ту же общую форму и конфигурацию. Число и тип плавких токопроводящих элементов будут зависеть от желательных рабочих характеристик блока плавких предохранителей. Например, непрерывная ограниченная по тепловыделению величина тока блока плавких предохранителей будет приблизительно пропорциональна числу плавких токопроводящих элементов конкретного типа. Кроме того, поперечное сечение или другие геометрические характеристики плавких токопроводящих элементов могут быть выбраны с учетом скорости размыкания цепи, и это может наложить требование выбора числа плавких токопроводящих элементов, которые будут нести непрерывную нагрузку по току, не превышая предела ограничения по тепловыделению.

По меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент может включать одну или несколько областей локализованного нагрева, как это известно в обычной практике использования плавких предохранителей, однако охлаждение, обеспечиваемое в соответствии с настоящим изобретением, позволяет более выгодно расширить эту практику. Эти области (которые можно также считать областями, снижающими охлаждение) могут быть осуществлены несколькими различными способами. Например, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент может иметь одну или несколько "шеек" уменьшенной ширины. Такая шейка может иметь вид отверстия, выреза или паза, по меньшей мере, в одном токопроводящем плавком элементе. Пониженное охлаждение может также быть выполнено в одном или несколько местах, по меньшей мере, вдоль одного токопроводящего плавкого элемента, применяя керамические шарики на его внешней поверхности, или помещая, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент в соответствующее гнездо, сформированном в каждой из распределительных плат.

Каждая область, содействующая распространению локализованного нагрева будет иметь лишь незначительный эффект, когда, по меньшей мере, через один токопроводящий плавкий элемент течет номинальный ток. Практически ожидается, что при нормальной работе каждая область, содействующая локализованному нагреву будет иметь, в основном, ту же самую температуру, что и остальная часть, по меньшей мере, одного токопроводящего плавкого элемента. Однако одна или каждая область помогает определить, где произошло оплавление шейки, по меньшей мере, в одном токопроводящем плавком элементе, когда чрезмерно большой ток протекает, по меньшей мере, через один токопроводящий плавкий элемент, как описано ниже более подробно. В частности, ожидается, что расплавленная шейка будет в целом соответствовать области создания локализованного нагрева. Один или каждый токопроводящий плавкий элемент может быть выполнен подобным образом и использоваться в обычных плавких предохранителях. В целом элемент фольги будет более предпочтителен, чем круглый проволочный элемент, потому что фольга обеспечивает улучшенное охлаждение в результате ее высокого отношения площади поверхности к объему. Это означает, что для той же самой силы номинального тока элемент из фольги может иметь меньшее поперечное сечение, чем круглый проволочный элемент, обеспечивая более быстрому времени размыкания цепи, когда через блок плавких предохранителей протекает неприемлемо высокий ток.

Как описано ниже более подробно, распределительные платы разделяют дугу, которая возникает во время активизации блока плавких предохранителей, на несколько частичных дуг. Таким образом, распределительные платы создают первичный эффект увеличения длины дуги и, следовательно, увеличение сопротивления дуги и напряжения. Распределительные платы также имеют побочный эффект охлаждения и подавления дуги, но это может оказаться незначительным по сравнению с охлаждающим эффектом жидкого диэлектрика. Распределительные платы могут быть сформированы из изолированных металлических пластин или из изоляционного материала типа слюды, эпоксидной смолы, материала NOMEX или подходящей керамики. Число распределительных плат будет зависеть от желательных рабочих характеристик блока плавких предохранителей. Геометрические параметры, по меньшей мере, одного токопроводящего плавкого элемента могут быть выбраны так, чтобы инициировать частичные дуги в середине расстояния между распределительными платами, и, таким образом, число частичных дуги и распределительных плат непосредственно связано друг с другом. Как правило, сумма напряжений частичных дуг увеличивается пропорционально числу частичных дуги и распределительных плат; поэтому число распределительных плат, выбирается на основе внешнего напряжения, при котором протекает предполагаемый ток повреждения. До некоторой степени, число распределительных плат и полная длина, по меньшей мере, одного токопроводящего плавкого элемента также выбираются на основе напряжения, которое будет повторно приложено к блоку плавких предохранителей во время и после размыкания тока повреждения, что необходимо, чтобы избежать повторного удара тока. Разнесение распределительных плат влияет на общую длину, по меньшей мере, одного токопроводящего плавкого элемента, которая требуется для удовлетворительной суммы напряжений частичных дуг. В целом, уменьшение зазора между распределительными платами увеличивает отношение полного напряжения дуги в плавком токопроводящем элементе к минимальному соответствующему зазору, где возникает риск отказа создания частичных дуг, которые должны быть отклонены в пространство между распределительными платами. Отклонение частичных дуг в области между распределительными платами - результат взаимодействия между магнитным полем и током, который течет в частичных дугах. Требования по номинальному току блока плавких предохранителей являются определяющими при выборе числа плавких токопроводящих элементов, которые будут использоваться параллельно.

Средства для генерирования магнитного поля могут включать пару шин, которые предпочтительно устанавливаются параллельно друг другу, но соединяются последовательно, по меньшей мере, с одним плавким токопроводящим элементом. Шины используются, чтобы соединить блок плавких предохранителей с внешним устройством или компонентом, который должен быть защищен от токов короткого замыкания.

Магнитное поле, генерируемое парой шин и расположенное между шинами, проходит, в основном, перпендикулярно продольной оси шин и оси тока в токопроводящих плавких элементах. Взаимодействие между током, протекающим, по меньшей мере, через один токопроводящий плавкий элемент при нормальной работе блока плавких предохранителей и магнитным полем, производит равнодействующую силу, действующую, по меньшей мере, на один токопроводящий плавкий элемент, которая стремится переместить, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент к распределительным платам. При этом равнодействующая сила помогает удерживать, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент в пределах гнезда, сформированного в каждой из распределительных плат.

Когда блок плавких предохранителей активизирован, аналогичное взаимодействие между током дуги и магнитным полем произведет равнодействующую силу, которая помещает дугу (вместе с любым расплавленным материалом и остатком дуги) в распределительные платы.

Шины могут быть, в основном, параллельными или установлены под углом друг к другу, чтобы улучшить отклонение дуги в распределительные платы.

Пара катушек (например, искрогасительных катушек) также может быть последовательно соединена с одним элементом или включенной параллельно матрицей плавких токопроводящих элементов и предпочтительно расположена с обеих сторон блока плавких предохранителей, чтобы дополнить магнитное поле, генерированное током в шинах.

Блок плавких предохранителей может включать, по меньшей мере, один вспомогательный токопроводящий плавкий элемент параллельно, по меньшей мере, одному плавкому токопроводящему элементу. Блок плавких предохранителей обычно имеет множество вспомогательных плавких токопроводящих элементов. В этом случае, плавкие токопроводящие элементы предпочтительно установлены параллельно и разнесены друг от друга. Каждый вспомогательный токопроводящий плавкий элемент может быть соединен с основным плавким токопроводящим элементом и может быть вставлен в то же самое соответствующее гнездо, сформированное на торце каждой из распределительных плат, как и соединенный с ним основной токопроводящий плавкий элемент. Каждый вспомогательный токопроводящий плавкий элемент может иметь одну и ту же общую форму и конфигурацию. Число вспомогательных плавких токопроводящих элементов будет зависеть от желательных рабочих характеристик блока плавких предохранителей.

По меньшей мере, один вспомогательный токопроводящий плавкий элемент будет обычно иметь меньшее поперечное сечение чем, по меньшей мере, один основной токопроводящий плавкий элемент и может удобно использовать круглое поперечное сечение. Относительно небольшое поперечное сечение, по меньшей мере, одного вспомогательного токопроводящего плавкого элемента позволяет формировать его с большей физической длиной, чем длина одного основного токопроводящего плавкого элемента. Поэтому, по меньшей мере, один вспомогательный токопроводящий плавкий элемент может следовать по дугообразному пути, проходящему между распределительными платами.

По меньшей мере, один вспомогательный токопроводящий плавкий элемент будет иметь более низкую плотность тока чем, по меньшей мере, один основной токопроводящий плавкий элемент в результате его дугообразной формы и соответственно увеличивает электрическое сопротивление по сравнению со вспомогательным плавким токопроводящим элементом, который следует по прямому пути, по меньшей мере, одного основного токопроводящего плавкого элемента. Это означает, что, когда блок плавких предохранителей активизирован неприемлемо высоким током, по меньшей мере, один вспомогательный плавкий элемент начинает плавиться в то время как плавление, по меньшей мере, одного основного токопроводящего плавкого элемента идет полным ходом. Добавление, по меньшей мере, одного вспомогательного токопроводящего плавкого элемента используется для ограничения тока, текущего, по меньшей мере, одном токопроводящем плавком элементе и напряжения дуги во время дугообразования. Поэтому, по меньшей мере, один вспомогательный токопроводящий плавкий элемент направляет дугу в распределительные платы, что увеличивает магнитное отклонение и повышает величину скорости, с которой увеличивается эффективная длина дуги. По меньшей мере, один вспомогательный токопроводящий плавкий элемент также повышает предел скорости увеличения напряжения дуги и полное пиковое напряжение дуги, которое возникает во время активизации блока плавких предохранителей.

По меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент предпочтительно проходит между клеммами или контактными пластинами. В случае, когда блок плавких предохранителей включает две шины для генерирования магнитного поля, каждая шина предпочтительно установлена на соответствующей контактной пластине.

Если блок плавких предохранителей погружен в жидкий диэлектрик, то предпочтительно, чтобы жидкий диэлектрик протекал, по меньшей мере, через один токопроводящий плавкий элемент и распределительных платы, чтобы обеспечить хорошее охлаждение.

Например, распределительные платы могут быть закреплены в корпусе, а блок плавких предохранителей может быть размещен в камере, которая, по меньшей мере, частично заполнена жидким диэлектриком и которая включает средство (например, насос с постоянным расходом жидкости) для того, чтобы распределить жидкий диэлектрик таким образом, чтобы он протекал через наружный корпус.

Корпус также может являться частью канала для охлаждающего контура (как правило, замкнутого тира), через который протекает жидкий диэлектрик. Например, охлаждающий контур также может использоваться для охлаждения части внешней электрической машины или преобразователя мощности. Канал может ориентирован так, чтобы обеспечить вертикальный поток жидкого диэлектрика путем естественной конвекции или жидкий диэлектрик может быть прокачиваться через канал насосом. Может использоваться комбинация обоих способов.

Направление потока жидкого диэлектрика предпочтительно будет, в основном, параллельно продольной оси блока плавких предохранителей с тем, чтобы жидкий диэлектрик протекал, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент и затем через пространство между распределительными платами. Иными словами, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент расположен вверх по потоку, и распределительные платы расположены вниз по потоку жидкого диэлектрика.

Текущий жидкий диэлектрик обеспечивает хорошее охлаждение, по меньшей мере, одного токопроводящего плавкого элемента, что приводит к более короткой дуге и короткому времени размыкания цепи. Текущий жидкий диэлектрик также помогает в гашении дуги, которая возникает во время активизации блока плавких предохранителей в распределительных плат - но это может оказаться незначительным по сравнению с эффектом упомянутого выше магнитного отклонения, и транспортирует любые возникающие разряды и твердые частицы (например, частицы меди или углерода) в сторону от места дуги. В замкнутом контуре охлаждения эти частицы должны быть отделены своеобразным фильтрованием или путем отложения осадка прежде, чем жидкий диэлектрик будет возвращен на блок плавких предохранителей, чтобы устранить риск повторного удара.

Могут быть предусмотрены средства, например, в виде трубопроводных клапанов, гарантирующих, что любые пузырьки газа высокого давления, созданные во время активизации блока плавких предохранителей, будут направлены в распределительные платы.

Активизация блока плавких предохранителей также создает волну давления, которая должна быть направлена таким образом, чтобы обеспечить удерживание жидкого диэлектрика в пределах камеры или трубопровода.

Блок плавких предохранителей также может быть погружен в неподвижный жидкий диэлектрик.

В случае предполагаемого развития тока повреждения увеличение тока, протекающего, по меньшей мере, через один токопроводящий плавкий элемент, вызовет резкое увеличение температуры, по меньшей мере, одного токопроводящего плавкого элемента, в котором начинается плавление металла. Блок плавких предохранителей затем подвергнется четырем отдельным стадиям воздействия, которые называются здесь как "предобразование дуги", "раннее образование дуги", "возникновение и транспортировка полной дуги" и "постобразование дуги".

Стадия предобразования дуги

По меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент имеет одну или несколько расплавляемых шеек, которые могут быть созданы заранее, обеспечивая, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент с одной или несколькими шейками или другие области локализованного нагрева. Плавление будет первоначально сконцентрировано в этих областях и распространится согласно обычному процессу филаментации.

Как только, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент начинается плавиться, он начинает входить в пространство между распределительными платами в результате магнитного отклонения и, в предпочтительном примере осуществления, в результате действия текущего жидкого диэлектрика.

Раннее образование дуги

Процесс филаментации продолжается до тех пор, пока, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент не превратится в ряд расплавленных шариков. Ток повреждения больше не проходит, по меньшей мере, через один токопроводящий плавкий элемент, и расправленные шариками формируют столбик.

В предпочтительном примере осуществления текущий жидкий диэлектрик в области, по меньшей мере, одного токопроводящего плавкого элемента испаряется и распадается на пузырьки газа высокого давления, который в случае материала MIDEL 7131 состоит из водорода, ацетилена, метана и других газов. Предполагается, что пузырьки газа создают высокий перепад напряжения дуги

Расплавленные шарики представляют собой столбик электрической дуги, и любые побочные продукты дуги выносятся в пространство между распределительными платами в результате магнитного отклонения и действия текущего жидкого диэлектрика.

Стадия установления и транспортировки полной дуги

Отдельные столбики дуг между расплавленными шариками быстро объединяются и формируют единую дугу, которая полностью втягивается в пространство между распределительными платами, что увеличивает длину дуги и охлаждает ее. При этом напряжение дуги увеличивается до величины, которое значительно выше напряжения, вызвавшее развитие тока повреждения. Напряжение дуги выбрано с расчетом резко ограничить пиковый ток повреждения и сделать его значительно ниже предполагаемого максимума, прежде чем этот ток сможет повредить внешнее устройство или цепь, защищаемую разработанным блоком плавких предохранителей.

Дуга входит в пространство между распределительными платами в результате магнитного отклонения и действия текущего жидкого диэлектрика. При этом пузырьки газа также может помочь в транспортировке дуги, и могут быть предусмотрены средства, чтобы направить пузырьки газа в распределительные платы. Движение пузырьков газа через жидкий диэлектрик создает волну давления, которая должна быть направлена так, чтобы гарантировать удерживание жидкого диэлектрика.

Дуга может оставить литые шарики позади (т.е. они будут за пределами дуги), поскольку дуга перемещается в распределительные платы с высокой скоростью.

Стадия постобразования дуги

Быстрое увеличение напряжения дуги приводит к прекращению тока повреждения, который образует дугу с изменением напряжения в переходном режиме. Поэтому может оказаться необходимым, чтобы использовать блок плавких предохранителей в комбинации с подходящим демпфирующим устройством или другим защитным устройством.

Пузырьки газа в результате дугообразования от побочных продуктов (главным образом, водорода и ацетилена) продолжают проходить через пространство между распределительными платами. Поскольку отсутствует ток дуги, движение пузырьков газа является только результатом действия потока жидкого диэлектрика.

Если блок плавких предохранителей расположен в контуре замкнутого охлаждения, то побочные продукты дугообразования и другие остатки химических веществ, таких как частицы меди и углерода, по меньшей мере, от одного из токопроводящих плавких элементов должны быть удалены из жидкого диэлектрика, чтобы избежать риска повторного пробоя.

На прилагаемых чертежах изображены:

Фигура 1 - перспективное детализированное изображение, иллюстрирующее составляющие части блока плавких предохранителей согласно настоящему изобретению;

Фигура 2 - вид с торца на блок плавких предохранителей в собранном состоянии;

Фигура 3 - подробное представление, иллюстрирующее устройство распределительных плат с основными и

вспомогательными токопроводящими плавкими элементами блока плавких предохранителей; и

Фигура 4 - вид автономного блока плавких предохранителей согласно настоящему изобретению.

Блок плавких предохранителей, рассчитанный на номинальную величину тока порядка 1000 А описывается ниже со ссылками на фигуры 1-3.

Блок плавких предохранителей включает пару контактных пластин 2, 4. Между контактными пластинами 2, 4 расположены элементы из медной фольги 6, через которые проходит номинальный ток, передаваемый на внешнее устройству или компонент (не показан), который защищается указанным блоком плавких предохранителей. Хотя на фигурах 1 и 2 показаны шесть элементов из фольги, понятно, что число таких элементов будет зависеть от желательной номинальной нагрузки блока плавких предохранителей. Каждый элемент из фольги имеет ширину 5 мм, толщину 0,25 мм и длину 50 мм, но форма и размеры могут быть различными, если это необходимо.

Ряд разделенных распределительных плат 8 расположен параллельно, и эти платы имеют первый торец 10a и второй торец 10b. Распределительные платы 8 выполнены из листового изоляционного материала, такого как эпоксидная смола, слюда или керамика. Хотя на фигурах 1 и 2 показаны десять распределительных плат, специалистам понятно, что число распределительных плат будет зависеть от желательного времени размыкания цепи блоком плавких предохранителей. Каждая распределительная плата имеет толщину 1 мм и ширину 50 мм, но форма, и размер могут быть различными в зависимости от требований.

Элементы из фольги 6 вставляются в гнезда, предусмотренные в первых торцах 10а каждой из распределительных плат 8. Более точно, каждая распределительная плата 8 имеет шесть гнезд, предусмотренных в ее первом торце 10а для того, чтобы в гнездо мог быть вставлен один из элементов из фольги 6 так, чтобы они были бы расположены на некотором расстоянии друг от друга. Поэтому элементы из фольги 6 физически поддерживаются распределительными платами 8. В альтернативном примере осуществления изобретения, который не показан на чертеже, элементы из фольги могут быть расположены помимо распределительных плат с тем, чтобы дуга могла быть вытянута расходящимися шинами, прежде чем она разбивается на многие частичные дуги распределительными платами.

Шины 12, 14 установлены на контактах 2, 4 так, чтобы они могли быть соединены последовательно с элементами из фольги 6. Шины 12, 14 соединяются с внешним устройством или компонентом (не показаны) и крепятся с контактами 2, 4 болтами (не показано), которые проходят через соответствующие отверстия, показанные на фигурах 1 и 2.

Шины 12, 14 генерируют магнитное поле В, которое перпендикулярно току, протекающему через элементы из фольги 6. Магнитное поле В взаимодействует с током, протекающим через элементы из фольги 6, чтобы произвести равнодействующую силу, которая удерживает элементы из фольги в гнездах, выполненных в первые торцах 10а распределительных плат 8. Хотя шины 12, 14 параллельны, они могут произвольно иметь другую форму или конфигурацию под углом друг к другу, чтобы втягивать дугу в распределительные платы 8, когда блок плавких предохранителей активизирован предполагаемым током повреждения.

Распределительные платы 8 закреплены во внешнем корпусе 16 из эпоксидной смолы или слюды, чтобы поддержать их разнесение.

Хотя это не показано на чертеже, внешний корпус может быть частью канала схемы охлаждения с замкнутым контуром. Иными словами, канал может проходить вправо от блока плавких предохранителей, как показано на фигуре 1 между шинами 12 и 14. Контакты 2, 4 будут проходить через канал, а шины 12, 14 будут установлены на контакты вне канала. Жидкий диэлектрик, например, MIDEL 7131 прокачивается через канал справа налево, как показано на фигуре 1. Иными словами, первые торцы 10а распределительных плат 8 расположены вверх по потоку, а вторые торцы 10b распределительных плат расположены вниз по потоку с тем, чтобы жидкий диэлектрик протекал через элементы из фольги 6, которые таким образом охлаждаются, и вдоль пространства между распределительными платами.

Система охлаждения с замкнутым контуром может включить насос для прокачки жидкого диэлектрика, фильтр для удаления любых твердых частиц из жидкого диэлектрика и вспомогательную систему сброса давления, которая гасит волну давления, возникающую при активизации блока плавких предохранителей.

На фигуре 3 показан блок плавких предохранителей с опционными вспомогательными проволочными элементами 18 круглой формы с меньшей площадью поперечного сечения, чем основные элементы из фольги 6. Вспомогательные элементы 18 следуют по змееобразному или дугообразному пути. Более конкретно, вспомогательные элементы 18 входят в гнезда, сформированные в первых торцах 10а распределительных плат 8, и проходят на небольшое расстояние вдоль распределительных плат. Легко понять, что вспомогательные элементы 18 длиннее элементов из фольги 6, которые проходят непосредственно между контактными пластинами 2 и 4. Вспомогательные элементы 18 имеют более низкую плотность тока, чем элементы из фольги 6 и при наличии тока повреждения, они только начинают плавиться, тогда как плавление элементов из фольги идет полным ходом.

Вспомогательные элементы 18 обеспечивают следующие технические преимущества:

(i) ограничивают ток, протекающий через элементы из фольги 6 на стадии предобразования дуги;

(ii) ограничивают напряжение дуги между рядами расплавленных капель на стадии раннего образования дуги;

(iii) вызывают движение дуги в распределительные платы 8 на стадии возникновение и транспортировка полной дуги, таким образом, увеличивая магнитное отклонение и скорость роста эффективной длины дуги; и

(iv) увеличивает скорость повышения напряжения дуги и общее пиковое напряжение дуги, которое возникает на стадии возникновение и транспортировка полной дуги.

На фигуре 4 показан автономный блок плавких предохранителей, в котором элементы из фольги 6, распределительные платы 8 и внешний корпус 16 расположены в камере 20, заполненной жидким диэлектриком типа MIDEL 7131. Шины 12, 14 установлены на контактных пластинах 2, 4 и проходят через корпус 22 для подключения к внешнему устройству или компоненту (не показан). На противоположной стороне элементов из фольги 6 расположена конусообразная часть 24 часть внешнего корпуса 16, и все три части этого компонента снабжены изоляцией, непроницаемой для жидкости (не показана). Насос 26 прокачивает жидкий диэлектрик через внешний корпус 16 как показано стрелками. Более конкретно, насос 26 забирает жидкий диэлектрик снаружи внешнего корпуса 16 и закачивает его в конусообразную часть 24 корпуса. Жидкий диэлектрик затем проходит через элементы из фольги 6, которые, таким образом, охлаждаются, и затем через пространство между распределительными платами.

Диафрагма 28 определяет заполненную воздухом камеру 30, при этом воздух может быть сжат, чтобы обеспечить управление иным образом нерегулируемым давлением в результате активации блока плавких предохранителей, чтобы гарантировать удерживание жидкого диэлектрика.

Конусообразная часть 24 корпуса используется для направления пузырьков газа высокого давления, который создается разложением жидкого диэлектрика к распределительным платам 8, когда блок плавких предохранителей активизирован.

В случае появления тока повреждения температура элементов фольги 6 быстро повышается до точки плавления. Если при изготовлении элементов из фольги 6 в них были предусмотрены шейки, в указанной точке начнется их плавление вдоль элементов фольги. Альтернативно, плавление шеек может развиться в элементах из фольги 6 в точках, где элементы из фольги вставлены в гнезда, сформированные в первых торцах 10а распределительных плат 8, и где развивается локализованный нагрев.

Плавление распространяется по обычному процессу филаментации.

Когда элементы из фольги 6 начинают плавиться, они вводятся в пространство между распределительными платами 8 в результате магнитного отклонения, обеспечиваемого взаимодействием между магнитным полем, наведенным током, текущем через шины 12,14, и током в элементах из фольги 6, и действием текущего жидкого диэлектрика.

Процесс филаментации продолжается до тех пор, пока элементы из фольги 6 не станут рядом расплавленных шариков. Ток повреждения больше не может протекать через элементы из фольги 6, и между расплавленными шариками формируются столбики дуг. Жидкий диэлектрик испаряется, столбики дуги превращаются в пузырьки газа высокого давления.

Отдельные столбики дуг между расплавленными шариками быстро объединяются и формируют единственную дугу, которая полностью вводится в пространство между распределительными платами 8 магнитным отклонением и действием протекающего жидкого диэлектрика. Пузырьки газа также могу способствовать выталкиванию дуги, и предпочтительно используется средство типа конусообразного корпуса 24, чтобы направить пузырьки газа к распределительным платам 8. Вталкивание дуги в распределительные платы 8 создает эффект увеличения напряжения дуги до величины, которая гораздо выше напряжения, при котором развивается предполагаемый ток повреждения. Следовательно, блок плавких предохранителей обеспечивает быстрое прерывание предполагаемого тока повреждения перед внешним устройством или компонентом (не показан), предотвращая его повреждение.

Блок плавких предохранителей включает множество распределительных плат (8). Множество элементов из фольги (6) проходит между парой контактных пластин (2, 4) и физически поддерживается распределительными платами (8). Пара параллельных шин (12, 14) включена последовательно с элементами фольги (6) и генерирует магнитное поле (В), которое, в основном, перпендикулярно току, текущему через элементы из фольги (6). При наличии предполагаемого тока повреждения элементы из фольги (6) плавятся и при образовании дуги создают электромагнитную силу, которая в результате взаимодействия с магнитным полем (В) и током дуги, вталкивает расплавленные элементы из фольги (6) в распределительные платы (8). Это увеличивает длину дуги и, следовательно, напряжение дуги. По меньшей мере, элементы из фольги (6) и распределительные платы (8) предпочтительно расположены в текущем жидком диэлектрике, например, MIDEL 7131. Поток жидкого диэлектрика может помочь вталкивать расплавленные элементы из фольги (6) в распределительные платы (8) и удалить твердые частицы от места дуги. Технический результат - создание блока предохранителей с высокой устойчивостью к воздействию внешних факторов, таких как механический удар и внешняя температура, обеспечивающего прохождение высокого номинального тока и быстрое размыкание цепи при прохождении тока повреждения. 21 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Блок плавких предохранителей, содержащий:
множество параллельно расположенных электрически непроводящих распределительных плат, проходящих вдоль продольной оси блока плавких предохранителей;
по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент; и
средство для генерирования магнитного поля, которое перпендикулярно току, проходящему, по меньшей мере, через один токопроводящий плавкий элемент, и параллельно продольной оси блока плавких предохранителей.

2. Блок плавких предохранителей по п.1, в котором, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент поддерживается распределительными платами.

3. Блок плавких предохранителей по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент вставлен в гнездо, сформированное в торце каждой из распределительных плат.

4. Блок плавких предохранителей по п.1, содержащий множество токопроводящих плавких элементов.

5. Блок плавких предохранителей по п.4, в котором каждый токопроводящий плавкий элемент вставлен в соответствующее гнездо, сформированное в торце каждой из распределительных плат.

6. Блок плавких предохранителей по п.1, в котором, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент включает одну или несколько областей для увеличения локализованного нагрева.

7. Блок плавких предохранителей по п.6, в котором каждая область для увеличения локализованного нагрева формируется шейкой уменьшенной ширины, по меньшей мере, в одном токопроводящем плавком элементе.

8. Блок плавких предохранителей по п.1, в котором, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент представляет собой элемент из фольги.

9. Блок плавких предохранителей по п.1, в котором распределительные платы представляют собой изолированные или не изолированные металлические пластины.

10. Блок плавких предохранителей по п.1, в котором распределительные платы сформированы из изоляционного материала.

11. Блок плавких предохранителей по п.1, в котором средство для генерирования магнитного поля включает пару шин, которые соединены последовательно, по меньшей мере, с одним плавким токопроводящим элементом.

12. Блок плавких предохранителей по п.11, в котором шины указанной пары шин параллельны друг другу.

13. Блок плавких предохранителей по п.11, в котором шины пары шин расходятся друг от друга.

14. Блок плавких предохранителей по п.1, в котором средство для генерирования магнитного поля включает пару катушек, соединенных последовательно, по меньшей мере, с одним плавким токопроводящим элементом.

15. Блок плавких предохранителей по п.1, дополнительно содержащий, по меньшей мере, один вспомогательный токопроводящий плавкий элемент, расположенный параллельно, по меньшей мере, одному основному плавкому токопроводящему элементу.

16. Блок плавких предохранителей по п.15, в котором, по меньшей мере, один вспомогательный плавкий элемент имеет поперечное сечение, которое меньше поперечного сечения, по меньшей мере, одного основного токопроводящего плавкого элемента.

17. Блок плавких предохранителей по любому из пп.11-13, в котором, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент проходит между монтажными пластинами.

18. Блок плавких предохранителей по п.17, в котором каждая шина установлена на соответствующей монтажной пластине.

19. Блок плавких предохранителей по п.1, в котором распределительные платы и, по меньшей мере, один токопроводящий плавкий элемент погружены в жидкий диэлектрик.

20. Блок плавких предохранителей по п.1, в котором распределительные платы расположены во внешнем корпусе, через который протекает жидкий диэлектрик.

21. Блок плавких предохранителей по п.20, в котором внешний корпус представляет собой часть канала системы охлаждения схемы.

22. Блок плавких предохранителей по п.19 или 20, дополнительно содержащий средство для направления пузырька газа высокого давления, созданного во время активизации блока плавких предохранителей, в распределительные платы.