Плавкий предохранитель Советский патент 1985 года по МПК H01H85/08 

Изобретение относится к эпектроап паратостроению в частности к плавким предохранителям. Известны плавкие прадохраиителив у которых участки уменьшенного сечекия (перешейки) имеют постоянное сечение (ширину) в направлении проте кания тока, а переход перешейков в область полного сечения осуществляет ся плавно через промежуточные зоны в результате вырубки отверстий в элементе в форме трапеции или многоугольника Р1, Известны таюте плавкие -предохранители, в которых перешейки и отверс тия имеют прямоугольную форму 2J. Однако использование перешейков постоянного (по длине) сеченияаимеющих обычную прямоугольную форму, обуславливает концентрацию механических напряжений и напряженности электрического поля в точкахj лежащи в углах граничной ломаной линии. Мех нические напряжения, возникшие в плавком элементе при его изготовлении заметно снижают стойкость предохранителя к воздействию циклически изменяющихся как механических (действующих при засыпке наполнителя, транспортировании,эксплуатации итл. т.ак и электрических (особенно характерных для предохранителей, работающих в преобразовательных агрегатах) нагрузок. Прямоугольная форма перешейков не обеспечивает достаточной механической прочности перешейка на разрыв, а концентрация напряженности электрического поля в углах ломаной линии, разграничивающей зоны полного и уменьшенного сечения перешейков, может достигать десятикратного значе ния от номинальной величиныs приводит к резко неравномерному нагреву элемента, вызывает преждевременное срабатывание предогсранителя, Известны предохранители с плавким элементами, в которых перешейки имею так называемую нулевую длину в связи с расположением перешейков между вер шинами ромбов или прямоугольников, в форме которых выполнены перфорирован ные отверстия Dl К этому же типу относятся и перешейки, полученные с помощью клиновидных вырезов . Хорошая тепловая связь перешейков с шй рокими частями хшавкого элемента в таких предохранителя обеспечивает надежную работу в стационарном тепловом режиме и относительно неплохие условия для перешейков придействии циклической нагрузки. Однако в коммутационном режиме использование элементов такой формы существенно ухудшает условия для быстрого формирования дуги и значит для быстрого роста напряжения на дуге. Следствием этого являются плохое токоограничение, большие Джоулевы интегралы и большая энергия дуги .а значит необходимость в больших габаритах предохранителей). Особенно плохо такие предохранители работают при коммутации малых TOKCiB, Известны предохранители, в которых плавкие элементы содержат перешейки, полученные с помощью перфорации круглых отверстий диаметром 4,5-5,0 мм;, при этом ширина перешейка составляет 0,75-1,0 мм 15, Недостаток такой конструкции плавкого элемента заключается в невозможности обеспечения высокой плотности номинального тока, необходимой в быстродействующих предрхранителях, соответствующих параметров стационарного и циклического тепловых режимов, что обусловлено большими абсолютными размерами перешейков и особенностями их формы. Наиболее близким по технической сущности к данному является плавкий предохранитель, содержащий корпус,заполненный, дугогасящим наполнителем, контактные выводы н соединенный с контактными выводами по меньшей мере один ленточный плавкий элемент с местами уменьшенного сечения - перешейками, В указанном плавком предохранителе перешейки имеют ширину 0,25 мм и получены посредством, перфорации отверстий диаметром 4,56 мм 6. Недостаток указанного плавкого предохранителя заключается, в том,что быстрое изменение сечения (ширины) перешейка вдоль его длины, обусловленное формой и размерами перфораций, приводит к формированию наиболее нагретого участка перешейка малой длины, что благоприятно с точки зрения теплового режима, однако не удовлетворяет требованиям режима коммутации ввиду образования короткой дуги, и значит низкого напряжения на дуге. Это существенно осложняет отключение малых токов перегрузки и ухудшает защитные характеристики пре3дохранителя. Кроме того, сравнительно большое суммарное сечение перешей ков, обусловленное формой, размерами перфораций и количеством параллельно соединенных , в одном элементе перешейков, не позволяет получить достаточно высокую плотность номинального тока, и значит высокое быст родействие. В указанном плавком предохранителе форма и размеры перешейков и перфораций не связаны с параметрами широкой части плавкого эле мента, хотя такая связь в действительности суп5ествует. Отмеченные недостатки не позволяют одновременно обеспечить достаточно высокие показатели стационарного и циклического тепловых режимов, с одной стороны, и хорошие защитные характеристики в ре жиме коммутации, с другой стороны, ;г.е. не позволяют создать оптимальную конструкцию плавкого элемента, допускающую компромисс между обычно диаметрально противоположными требованиями теплового и коммутационного режимов. Цель изобретения - обеспечение Ма дежной работы предохранителя в тепло вом и коммутационном режимах. Поставленная цель достигается тем что в пла.вком предохранителе, содержащем корпус, заполненный дугогасящи наполнителем, контактные выводы и соединенный с контактными выводами по меньшей мере один ленточный плавкий элемент с местами уменьшенного сечения - перешейками, перешейки име ют в плоскости плавкого элемента фор му, образованную двумя прямыми, являющимися границами областей полного сечения плавкого элемента, и двумя выпуклыми кривыми, плавно переходящими в указанные прямые в точках их соединения, причем указанные кривые могут быть частью окружности, полуволны синусоиды, эллипса, а отношения размеров перешейков и плавкого элемента являются следующими: «0,06-0,3; Y 7-32; I 0,6-l,6j 0,7-1,3| .0,1-0,4, где с - основание перешейка; d - ширина плавкого элемента; f минимальная ширина перешейка i - минимальное расстояние между двумя перешейками; а - длина перешейка; 85 Ъ - длина области полного сечения плавкого элемента между смежными рядами перешейков. На фиг,1 показан общий вид плавкого предохранителя; на фиг,2 - плавкий элемент предохранителя. Плавкий предохранитель фиг, 1) содержит корпус 1, контактные выводы 2, плавкие элементы 3, помещенные в наполнитель 4, Наиболее целесообразным является расположение плавких элементов по периметру корпуса предохранителя параллельно его продольной оси, но не исключается и другое расположение элементов, обусловленное спецификой характеристик предоранителя. Плавкий элемент 3 предохранителя (фиг.2) содержит область полного сечения 5 плавкого элемента, которая подсоединяется сваркой к контактным выводам 2, область полного сечения 6, находящзпося между областями уменьшенного сечения, содержащими перешейки 7, полученные путем перфорации отверстий 8, Проведенные исследования позволяют выделить следующие основные параметры плавкого элемента: а - эффективная длина пepeшeйкai Ь- длина области полного сечения элемента межДУ двумя последовательно соединенными рядами перешейков, о - основание перешейка, d - ширина плавкого элемента, а - минимальное расстояние между двумя параллельно соединенными перешейками, f -ширина перешейка в его центральной части (минимальная ширина перешейка). Важными представляются следующие отношения параметров: - с с - . а I I Ъ,. С точки зрения требований теплового режима абсолютную параметра С желательно иметь максимальной, Однако это препятствует надежной работе в режиме коммутации чрезмерно сильной тепловой связи и предполагает значительное увеличение габаритов предохранителя. Аналогичную характеристику можно дать и параметру di . При весьма малой величине с форма перешейка приближается к прямоугольной с образованием перешейка постоянного сечения, В пределах .e-3,2 мм и d I i-30 мм обеспечивается наиболее рациональная геометрия плавкого элемента, позволяющая, воi первых, достичь хорошего отвода тепла |от наиболее нагретых участков плавкого элемента-перешейков - к эффективно отводящей тепло широкой части элемеи та} -во-вторых, получить достаточно благоприятные условия ,для расплавления перевейков во время протекания аварийных токов и формирования дуги с требуегФгм напряжением на ней; втретьих, иметь оптимальные габариты элемента. Очевидно, что уменьшение или увеличение одаого из этих параметров в одних случаях позволяет, а в других случаях требует соответствующего изменения другого параметра. Отношения указанных параметров, рав М « 0,16.5 ,06; Ь 3.2 0,29; ,10 и предельное отно шение 0,06 0,30, кроме того, оказы ваются благоприятными и с точки зрения снижения температурных механичес ких напряжений благодаря более равно мерному распределению тока по сечению. Параметр с довольно тесно связан и с другим важным конструктивным параметром f . Например, если увеличивать величину f без учета ее взаимосвязи с параметром с , то можно внов прийти к почти прямоугольному перешейку со всеми его недостатками вбли зи зоны, когда f 5; с; к тому же при этом плотность тока в перешейке буде снижаться, что ухудшит быстродействие . Если же чрезмерно уменьшить i , то, во-первых, центральное сечение перешейка окажется перегретым, что jHe позволит получить требуемого Иоминальногр тока пpeдoxpaиитёлk, а, во-вторых, при срабатывании образуется короткая дуга с низким напряжением, что ухудшает зашдтные характеристики и затруднит коммутацию малых токов перегрузки. Кроме того, при этом возрастут остаточные механические напряжения, образующиеся при штампо зке плавких элементов, и уменьшится механическая прочность tia разрыв перешейков. При абсолютных значениях f « 0,1-0,25 отношения па18 18 раметров равные - 18, -7 |;f-32;lt|5 13, и предел нее отношение 7-32 обеспечивают оп тимальное сочетание требуемых защитнык и тепловых характеристик предохранителя. Предложенная форма перешейка и указанные отношения параметров также обеспечивают среднеинтегральную плотность тока по сечению перешейка в пределах 400-1300 А/мм% требуемую в быстродействующих предохранителях. Отнощеиие параметров характеризует интенсивность расположения параллельно соединенных перешейков, а значит и интенсивность их нагрева. от воздействия протекающего через них тока и взаимного нагрева, а также интеисивиость выгорания широкой части элемеита. При большой величине на заданной ширине d можно расположить небольшое число параллельных перешейков, что не позволит по требуемые значения иоминального тока и плотности номинального тока. Кроме того, при большой величине Ч- широкая часть элемента будет выгорать медленно, что вызовет низкую скорость роста напряжения на дуге и малую величину этого напряжения и как следствие ухудшение защитных характеристик предохранителя. При чрезмерно малой величине а велико Тепловое влияние друг на друга смежных перешейков, приводящее к невозможности обеспечения необходимого стационарного и циклического тепловых режимов. Оптимальные значения d 2-3 мм определяют отношения - , равные J 0,9; -i 0,6; 1,6; 0,9; 1,07, и предельное отношение 3 0,6-1,6,. Параметр of в связи с параметром с в общем случае определяет отношение интегральных величин длины и ширины перешейка. Увеличение параметра м относительно параметра с озиачает фактическое удлинение перешейка, в связи с чем его нагрев усиливается, интенсифицируется неоднородность нагрева плавкого элемента, приводящая к росту температурных напряжений, ослаблению механической прочности перешейка как под влиянием ослабления прочностных свойств материала элемента при высокой температуре. Так и из-за действия остаточных механических напряжений. Все это резко ухудшает условия температурного режима. С другой стороны, уменьшение параметра а осложняет работу предохранителя в режиме коммутации токов к.з. и токов перегрузки. В то же время изменение параметра а в связи с параметром с например, определенное увеличение о при одновременном увеличении с) в установленных пределах обеспечивает достаточный компромисс в удовлетворении противоречивых требований теплового и коммутационного режимов. При абсолютных, значениях с 1,7-2,5 мм отношение - l,06 1.8 п 7. Ill , о 3,2 , у 0.7 l,8j jbj 1 ,3 и пре дельное отношение 0,7 - 1,3. Выход за указанные пределы нарушает условия .компромисса и не приводит к достижению цели. Параметр b в связи с параметром а определяющий отношение длины широкой части элемента и длины уменьшенного сечения, т.е. перешейка, в значительной степени определяет характер дугогашения в предохранителе. Если расплавление перешейкой при протекании аварийного тока приводит к формированию передного фронта напряженин на дуге, то выгорание широкой части элемента под воздействием образовавшейся дуги определяет особенности изменений напряжения на дуге практически в течение всего процесса горения дуги. А поскольку именно оттого, как изменяется напряжение на дуге, эависят все основные защитные характеристики предохранителя, выбор параметров а и Ь играет важную роль. При этом имеет значение и абсолютные величины Of и Ъ и их отношение. При малой величине а и достаточно большо величине b начальный скачок напряжения на дуге будет малым и даже наличие большой длины широкой части не обеспечит требуемого среднеинтеграшьного значения напряжения на дуге, что ухудшит защитные характеристики.Большая величина о при малой величинеЬ нецелесообразна ввиду опасности перенапряжений и ухудшения теплового режима. Исследованиями установлены оптимальные величины b 7-17 мм и отношения , равные - 0,25; 1д| 0,10s 0,36; . 0,15, .и предельное отношение 0,10-0,40,, Таким образом, представлены соотношения, определяющие профиль плавких перешейков вдоль их длины, т. е. форму и размеры перешейков в связи с размерами широкой части элемента, они тесно взаимосвязаны и только при учете этого фактора можно обеспечить надежную работу предохранителя. Следует также заметить, что при проведенном здесь анализе для простоты рассматриваем лишь случай идентичности всех параметров в рамках одного гошвкого элемента. Б пределах изобретения предполагается также использование и различных параметров, например могут быть различными основания одного и того же перешейка т.е. величины С и с расстояние между двумя параллельно соединенными перешейками (величины t, и L 5 и т. п. Работа плавкого предохранителя отличается от известных устройств следующими особенностями. Во-первых, благодаря указанной конструкции плавкого элемента остаточные механические напряжения после изготовления оказываются значительно (35-45%) меньше по сравнению с прототипом; во-вторых, температурные напряжения в связи с более равномерным распределением тока (и значит температурыJ, особенно в зоне перешейков и вблизи нее, снижаются на 10-20%; в-третьих, механическая прочность перешейков на разрыв повьш1ается на 15-20%. Эти особенности позволяют существенно повысить надежность работы предохранителя в стационарном и циклическом тепловых режимах. Кроме того, выбор соответствующей геометрии плавкого элемента дает возможность практически не только не ухудшить, но даже заметно улучшить защитные характеристики предохранителя на этапе гашения дуги. .. .

ПЛАВКИЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ,содержащий корпус, заполненный дуго-гасяйдам наполнителем, контактные выводы и соединенный с контактными выводами по мейыпей мере один ленточный плавкий элемент с местами уменьшенного сечения - перешейками,о т личающийся тем, что, с целью обеспечения надежной работы в тепловом и коммутационном режимах, перешейки имеют в плоскости плавкого элемента форму, образованную двумя прямыми, являющимися границами-областей полного сечения плавкого элемента, и двумя выпуклыми кривыми, плавно переходящими в указанные прямые в точках их соединения, причем указанные кривые могут, быть частью окружности, полуволны синусоиды, эллипса, а отношение размеров перешейков и плавкого элемента являются следующими: 1 0,06-0,3; |- 7-32} | - 0,6(Л -1,6; 1 0,7-1,3; J- 0.1-0,4, где с - основание перешейка; d - ширина плавкого элемента; f - минимальная ширина перешейка; 1. - минимальное расстояние между двумя перешейками; а - длина перешейка; ел Ъ - длина области полного сечесо о 00 СП ния плавкого элемента между смежными рядами перещейков.