Высоковольтный предохранитель Советский патент 1992 года по МПК H01H85/06 

фиг.З

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защите электрических устройств, и может быть использовано в высоковольтных слаботочных цепях переменного и постоянного тока для защиты вы- соковольтных источников питания от перегрузок и коротких замыканий в нагрузке и для защиты электровакуумных приборов от повреждения при протекании через них тока перегрузки.

Известен высоковольтный предохранитель, содержаний плавкий элемент, выполненный в виде токопроводящей пленки, нанесенной на диэлектрическое основание и помещенной в корпус; токопроводящая пленка выполнена из чередующихся последовательно соединенных участков из метал- лов с резко отличными удельными сопротивлениями.

Недостаток предохранителя - низкий уровень отключаемых напряжений и мощностей, вызванный тем, что участки с резко отличными удельными сопротивлениями, а которых происходит перегорание предохранителя, распределены по длине токопроводящей пленки. Это приводит к тому, что максимальные отключаемые напряжение и ток определяют участки с резко отлич- ными удельными сопротивлениями, расположенные наиболее близко к контактному выводу. Низкий уровень отключаемых напряжений, а значит и мощностей вызван также тем, что Для охлаждения дуги и осаждения паров металла проводящей пленки используется только часть поверхности корпуса предохранителя, обращенная к той стороне диэлектрического основания, на которую нанесена проводящая пленка. При этом высокая концентрация осажденного металла уменьшает электрическую прочность корпуса и, как следствие, максимальное отключаемое напряжение, а малая площадь охлаждения дуги облегчает ее горение и уменьшает максимальное отключаемое напряжение и мощность.

Наиболее близким к предлагаемому является высоковольтный предохранитель содержащий корпус, контактные выводы, плавкий элемент, выполненный в виде токопроводящей пленки переменного сечения, нанесенной на диэлектрическое основание, второй, включенный параллельное первым, плавкий элемент, выполненный в виде токопроводящей планки, нанесенной на второе диэлектрическое основание, соединенное с первыми поверхностями, свободными от токопроводящей пленки, или на вторую поверхность первого основания. У каждого контактного вывода первого и второго плавкого элемента установлена защитная диэлектрическая пластина, жестко соединенная с токопроводящей пленкой, а на контактные выводы нанесено изоляционное покрытие,

Недостаток прототипа - высокое активное сопротивление высоковольтного предохранителя. Это объясняется тем. что мощность, вызывающая расплавление плавкого элемента, определяется по формуле

Р- At-K-S,

где Р - мощность, выделяемая в местах сужений плавкого элемента;

At - температура перегрева; К - удельный коэффициент теплоотдачи;

S - площадь, через которую происходит

перенос тепла.

Вел ичина этой мощности зависит от площади S охлаждения узкого участка плавкого элемента. Поскольку длина узкого участка выбирается, в основном, исходя из

требуемых временных характеристик предохранителя, то площадь охлаждения S определяет ширина I пленки узкого участка плавкого элемента, которое технологически нельзя сделать меньше 0,1-0,2 мм, хотя расчетное значение для токов 100-200 мА должно быть меньше. Вследствие этого возрастает мощность, требуемая для перегорания предохранителя. Так при двух параллельных соединенных плавких

элементах ширина узкого участка каждого из них не может быть менее 0,1-0,2 мм, Значит, суммарная мощность необходимая для перегорания такого предохранителя удваивается, а поскольку Р I R. где I - ток перегорания предохранителя, R - активное сопротивление, то при неизменном токе сопротивление предохранителя с двумя параллельно соединенными плавкими элементами в два раза выше, чем у предохранителя с одним плавким элементом, рассчитанного на тот же ток. Кроме того, высоковольтный предохранитель имеет низкую вибростойкость из-за сложности осуществления жесткого крепления плавкого элемента в корпусе.

Цель изобретения - уменьшение активного сопротивления высоковольтного предохранителя при одновременном увеличении разрываемой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в высоковольтный предохранитель, содержащий корпус, контактные выводы, плавкий элемент, выполненный в виде токопроводящей пленки, нанесенной на диэлектрическое основание, дополнительно введены несколько токопроводящих пленок, нанесенных на диэлектрическое основание, соединенных параллельно с плавким элементом, имеющих в центральной части раз- рез минимальной ширины. Между плавким элементом и каждой проводящей пленкой дополнительно установлены изолирующие перегородки из диэлектрического материала, одной стороной плотно прижатые к диэ- лектрическому основанию и не доходящие до стенки корпуса на 1-2 мм другой стороной. Размер разреза проводящих пленок определяется технологией изготовления и может составлять 0,1-0,2 мм.

На фиг. 1, показан предложенный предохранитель; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Высоковольтный предохранитель состоит из герметизированного корпуса 1, контактных выводов 2. диэлектрического основания 3. плавкого элемента 4, выполненного в виде сплошной проводящей пленки, имеющей сужение в центре, нескольких проводящих пленок 5, имеющих в центре размер минимальной ширины. Между плавкими элементами 4 и проводящими пленками 5 установлены изолирующие перегородки б из диэлектрического материала, которые одной стороной плотно прижаты к диэлектрическому основанию 3 и имеют зазор между другой стороной и корпусом 1,

В предлагаемом предохранителе рабочий ток течет по одному плавкому элементу 4, имеющему сужение минимальной определяемой технологией ширины. Площадь охлаждения участка сужения плавкого элемента А в два раза меньше, чем у прототипа, а значит, в два раза меньше мощность, тре- буемая для перегорания плавкого элемента, и во столько же раз меньше активное сопротивление высоковольтного предохранителя. При возникновении тока перегрузки плавкий элемент 4 перегорает, образуется удлиняющая по мере сгорания плавкого элемента 4 дуга. При этом на плавком элементе 4 возникает падение напряжения, увеличивающееся по мере удлинения дуги. Это напряжение прикладывается к разре- зам проводящих пленок 5, соединенных параллельно с плавким элементом 4. Ионизированные газы и пары металлов, образующиеся при горении дуги, выбрасываются через зазор изолирующими перегородками 6 и корпусом 1 из области горения дуги, облегчая ее гашение повышая падение напряжения на ней, попадают в область разрезов проводящих пленок 5, снижая пробойное напряжение этого промежутка.

При достижении на растягивающейся дуге напряжения 100-300 В начинлптсч прпПоП разрезов проводящих пленок Ь, шзроходя- щий в дуговые разряды. Образовавшиеся дуги шунтируют дугу, горящую на плавком элементе 4, и ток, текущий через высоковольтный предохранитель, распределяется по всем горящим дугам , тем самым уменьшается мощность каждой дуги, что облегчает ее гашение, а значит, позволяет увеличить максимальную разрывную мощность. Плотно прижатые к диэлектрическому основанию 3 изолирующие перегородки б исключают возможность объединения горящих дуг в одну большой мощности. Дуги горяг в узких щелях, образованных поверхностями диэлектрических изолирующих пластин 6, что также облегчает их гашение и позволяет увеличить максимальную разрывную мощность. Поверхность корпуса 1 и изолирующих перегородок 6. используемая для охлаждения дуг и осаждения паров металлов, образующихся при их горении, значительно больше цилиндрической поверхности корпуса аналога и прототипа, что увеличивает максимальную разрываемую мощность и увеличивает электрическую прочность высоковольтного предохранителя.

Были изготовлены опытные образцы высоковольтных предохранителей, испытание которых показало, что предлагаемый предохранитель на рабочий ток 100 мА при отключаемом напряжении 8 кВ уверенно разрывает мощность более 32 кВт Активное сопротивление предохранителя составляет 40 Ом. Масса не более 15 г. Плавкий элемент 4 и проводящие пленки 5 выполнены по тонкопленочной технологии из алюминия с удельным сопротивлением (PS) 0,5-1 Ом/а- с подслоем нихрома с р & 15-20 Ом/о, нанесенным на ситалловую подложку. Узкий участок плавкого элемента выполнен из нихрома с р$ 15-20 Ом/д Длина плавкого элемента 48 мм Корпус 1 и диэлектрические изолирующие перегородки 6 выдерживают значительные ударные механические и тепловые нагрузки, возникающие при горении дуги. В предлагаемом высоковольтном предохранителе они выполнены из стеклотекстолита

Были испытаны предохранители аналогичные аналогу и прототипу,на рабочий ток 100 мА. Аналог отключает напряжение не более 3,5-5,5 кВ и разрывает мощность не более 2-2,5 кВт. Его активное сопротивление составляет 40-50 Ом Прототип при отключаемом напряжении 8 кВ ртзрь воет

мощность не более 14 кВт и имеет активное сопротивление 80-100 Ом.

Таким образом, предлагаемый высоковольтный предохранитель имеет активное сопротивление в 2-2,5 раза меньше, чем у прототипа, и разрываемую мощность в 2,5- 16 раз большую, чем у аналога и прототипа. Формула изобретения Высоковольтный предохранитель, содержащий изоляционный корпус, внутри которого расположен плавкий элемент, выполненный в видетокопроводящей пленки, нанесенной на диэлектрическое основание, соединенный с контактными выводами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения активного сопротивления и

0

5

увеличения разрываемой мощности, он снабжен двумя дополнительными токопро- водящими пленками, имеющими в центре разрез минимальной ширины, нанесенными на диэлектрическое основание, и изолирующими перегородками из диэлектрического материала, указанные дополнительные токопроводящие пленки соединены параллельно с плавким элементом, а изолирующие перегородки установлены между каждой дополнительной токопроводящей пленкой и плавким элементом так, что они плотно прижаты одной стороной к диэлектрическому основанию и имеют зазор между другой стороной изолирующей перегородки и корпусом.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защите электрических устройств, и может быть использовано в высоковольтных предохранителях. Целью изобретения является уменьшение активного сопротивления и увеличение разрывной мощности высоковольтного предохранителя. Высоковольтный предохранитель состоит из герметизированного корпуса, внутри которого расположено диэлектрическое основание 3 (ДО). На ДО расположен плоский элемент в виде сплошной проводящей пленхов Инист в ью ноой тетотри оский енки и двух проводящих пленок 5. имеющих в центре разрез минимальной ширины. Между токопроводящими пленками расположены изолирующие перегородки (ИП) 6 из диэлектрического материала. После .начала горения дуги плавкого элемента ионизированные газы и пары металлов, образующиеся при горении дуги, выбрасываются по каналам через зазор между ИП и корпусом предохранителя из области горения дуги, облегчая ее гашение и повышая падение напряжения на ней, попадают в область разрезов проводящих пленок, снижая про- бойное напряжение этого промежутка. Загораются дуги, параллельные основной Тем самым снижается интенсивность основной дуги и облегчается гашение дуги Изолирующие перегородки, плотно прижатые к диэлектрическому основанию, исключают возможность объединения горящих дуг в одну большой мощности. Параллельные проводящие пленки на одном ДО уменьшают требуемую мощность для перегорания плавкого элемента. 3 ил. 6-6 (Л с XI ел 00 ч о о

/

/

5

С

5

Ч

А-А

5

J

ZJ

f

Фиг.1