CZ101097A3 - Tavný vodič pro elektrické tavné pojistky - Google Patents

Description

Oblast techniky ' I |

Vynález se týká tavného vodiče tvaru pásku z elektrovodného kovu pro elektrické tavné pojistky, který na své délce obsahuje alespoň jednu příčnou řadu tavných můstků, tvořenou zúženými místy mezi řadou otvorů, zeslabujícími na příslušnou stanovenou velikost průřez tavného vodiče. Tavný vodič je oboustraně připojen k elektrovodným kontaktům a je uspořádán uvnitř v podélné dutině mechanicky pevného a tepelně odolného izolačního tělesa tavné pojistky, kde je obklopen vhodným hasivem.

Dosavadní stav techniky

U tavných pojistek jsou vnější rozměry jejich izolačních těles zpravidla normalizovány mezinárodními normami a člení se na množství typových velikostí. V jednotlivých typových velikostech roste vždy jmenovitý proud po stupních daných smluvenou řadou až do maximální hodnoty, pro níž je ještě možné zkouškami prokázat funkčnost výrobku. Větší jmenovité proudy pro danou typovou velikost tavné pojistky nelze obvyklými způsoby vyvinout z důvodu nebezpečného porušení izolačního, nejčastěji keramického tělesa tavné pojistky, které se poruší v důsledku kombinace tlakového a šokotepelného namáhání při vypínání zkratových proudů a nadproudů.

Tavné vodiče tavných pojistek určených pro přenášení větších výkonů, jsou obvykle tvořeny alespoň jedním, častěji však několika tavnými pásky, vyrobenými z elektrovodného kovu, u nichž je z důvodu předávání tepla volena co nejmenší tlouštka pásku při co jen možné největší šířce. Uvedený pásek je elektricky spojen s proudovodnými kontakty a dokonale uzavřen uvnitř izolačního tělesa tavné pojistky. Z důvodu dobrého odvodu tepla a zejména co nej lepšího vypínání elektrického oblouku, vzniklého na tavném vodiči při vypínání zkratů nebo nadproudů, je páskový tavný vodič obklopen hasivem.

V délce tavného vodiče je obvykle vytvořena alespoň jedna řada kruhových otvorů, vyděrovaných v pásku napříč k jeho podélné ose. Zbytky materiálu mezi jednotlivými otvory tvoří tavné můstky, jejichž součet definuje ve spojitosti se zvolenou šířkou a tloušťkou pásku tzv. celkový zkratový průřez tavného vodiče. Ten se stupňovitě zvětšuje od nejmenších hodnot u malých jmenovitých proudů až po největší dosažitelný u největších jmenovitých proudů v dané typové velikosti tavné pojistky. Uvedené řady otvorů, resp. tavných můstků jsou u tavných pojistek, určených pro vyšší napětí, uspořádávány na délce tavného vodiče také ve větším počtu v sérii. Mezi sousedními řadami tavných můstků zbývá v páskovém tavném vodiči úsek neporušeného elektrovodného kovu.

U tavných pojistek s tavnými vodiči s charakteristikou čas-proud, například typu pro jištění polovodičů nebo pro jištění motorů a podobně, jsou na základě dlouhodobých empirických zkušeností otvory v páskovém tavném vodiči kruhového tvaru. Průměry kruhových otvorů tvarujících pak tavné můstky, jsou voleny v rozmezí hodnot 0,5 až 3 mm se vzniklými tavnými můstky o nejmenší šířce 0,15 až 0,5 mm. Tavný vodič s uvedeným dimenzováním má při malé tloušťce ještě dost dobré mechanické vlastnosti potřebné pro jeho montáž do izolačního tělesa tavné pojistky, jakož elektrické vlastnosti, když při nízkých ztrátách vyniká zejména vysokou omezovači i vyhovující elektrických schopností při nízkém vypínacím přepětí

Působením elektrických oblouků, zapálených v místech tavných můstků tavného vodiče, dochází při vypínání nejnepříznivějších zkratových proudů k rozšiřování hoření oblouků směrem od tavných můstků do plných průřezů tavného vodiče mezi jednotlivými řadami otvorů v tavném vodiči. Izolační těleso tavné pojistky je při tom namáháno enormním přetlakem a tepelnými účinky od elektrických oblouků zapálených na tavném vodiči v místech tavných můstků a rozšiřujících se pak po délce tavného vodiče do jeho nezeslabených úseků. Absolutní velikost namáhání izolačního tělesa roste s objemem materiálu tavného vodiče, přeměněného elektrickým obloukem, zejména na páry kovu.

Při pevně daných vnějších rozměrech izolačního tělesa, zpravidla keramického, lze pro zvýšení jeho odolnosti proti účinkům elektrického oblouku zvýšit tlouštku stěny. Pro přenesení proudu a zachování elektrických vlastností tavné pojistky lze zvyšovat její jmenovité proudy u navržené řady pouze zvyšováním tlouštky páskového tavného vodiče, který svou šířkou už tak zaujímá bezezbytku maximální využitelný prostor dutiny izolačního tělesa vyplněné hasivem.

Při tomto zdánlivě logickém zvětšování tlouštky tavného vodiče, tedy při jeho rostoucím objemu, limituje další zvyšování jmenovitých proudů v dané typové velikosti tavné pojistky ta skutečnost, že při vypínání zkratových proudů a nadproudů izolační těleso nevydrží absolutní hodnoty namáhání od elektrických oblouků a poruší svou kompaktnost, nejčastěji prasklinou nebo lomem.

Tento jev je pro funkci tavné pojistky nepřijatelný a představuje hlavní nevýhodu známých řešení. Další nevýhodou se jeví stav, kdy zvětšovaná tlouštka tavného vodiče po překročení jisté hranice, neumožňuje u tavné pojistky dosažení požadovaných elektrických parametrů, zejména elektrických ztrát, omezovači schopnosti a hodnot propuštěné energie v optimálních mezích a zvyšuje významně materiálové náklady. Ty jsou zvyšovány neúměrně také nutností předimenzování izolačního tělesa a volbou velmi odolných, ale drahých materiálů pro jeho zhotovení, například speciálních keramických hmot na bázi prokorundů, slinutých korundů a podobně.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je dosažení zlepšených technických parametrů, zejména vyšší vypínací schopnosti nebo vyššího maximálního jmenovitého proudu u známých elektrických tavných pojistek s tavným vodičem, který na své délce obsahuje alespoň jednu příčnou řadu tavných můstků, tvořených zúženými místy mezi řečenými otvory, zeslabujícími průřez tavného vodiče uspořádáného uvnitř v podélné dutině mechanicky pevného a tepelně odolného izolačního tělesa tavné pojistky, kde je obklopen vhodným hasivem, přičemž tohoto cíle je dosaženo řešením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že otvory jsou eliptického tvaru s delší osou probíhající v podélném směru tavného vodiče, přičemž poměr delší osy ke kratší ose každého eliptického otvoru je v intervalu 1,2 až 2,2..

Tavný vodič umožňuje při dosažení obdobných parametrů, jako u tavného vodiče se známými kruhovými otvory, tvořícími tavné můstky, umístit napříč jeho podélné osy více tavných můstků požadovaných elektrických vlastností. Po zvýšení jejich počtu lze pro dosažení shodného jmenovitého proudu tavné pojistky použít menší tlouštky tavného pásku. Kromě snížení materiálových nákladů tavného vodiče je tak v dutině izolačního tělesa významně menší objem materiálu, který je při vypínání zkratových proudů a nadproudů pojistkou po zapálení elektrických oblouků v místech tavných můstků odpařen a vytvoří menší množství par kovu. Zatížení izolačního tělesa se při vypínání zkratových proudů nebo nadproudů významně sníží, takže lze použít izolační těleso vyrobené z levnějších materiálů nebo lze při použití již existujících kvalitnějších izolačních těles umístit do tavné pojistky zvolené typové velikosti jmenovité proudy i o několik stupňů vyšší, než jaké byly až dosud obvyké při použití známých páskových tavných vodičů.

Přehled obrázků na výkresech

Další výhody a účinky vynálezu jsou patrny z připojeného výkresu, kde značí obr. 1 nárysný pohled na tavný vodič s příčnými řadami eliptických otvorů, mezi nimiž jsou vytvořené tavné můstky, obr. 2 detail B z obr. 1, značící provedení jedné příčné řady eliptických otvorů s tavnými můstky mezi nimi.

Příklad provedeni vynálezu

Neznázorněná tavná pojistka je tvořena izolačním tělesem opatřeným proudovodnými kontakty, k nimž je galvanicky připevněn alespoň jeden tavný vodič 1 tvaru pásku z elektrovodného kovu zcela v dutině izolačního tělesa obklopený hasivem. V délce tavného vodiče 1 je vytvořena nejméně jedna řada tavných můstků 2 ohraničených eliptickými otvory 3, které jsou podle vynálezu s délkou hlavní osy 1 až 3 mm a délkou vedlejší osy 1,2 až 2,2 krát menší než délka hlavní osy, přičemž šířka každého tavného můstku 2 je v nejužším místě v rozmezí 0,1 až 0,5 mm a jejich počet v jedné řadě je minimálně dva.

Dosahované účinky řešení tavného vodiče 1 podle vynálezu nejlépe vyniknou následujícím srovnáním technických parametrů tavných vodičů 1 s tavnými můstky tvořenými řadami známých kruhových otvorů v porovnání s tavnými vodiči, kde jsou tavné můstky tvořeny řadami eliptických otvorů 3.·

Známý stav: Tavný vodič 1 je o šířce cca 5 mm s pěti řadami dvojic tavných můstků 2. velikosti 0,17 mm v nejužším místě mezi kruhovými otvory o průměru 2,3 mm a je umístěný v dutině keramického izolačního tělesa válcového tvaru s průměrem vnitřní dutiny 6 mm. Dále je opatřený kontaktními víky nalisovanými na konce řečeného izolačního tělesa z vysoce odolné keramické hmoty a je zcela obklopen hasivem na bázi křemičitého písku. Při dimenzování tloušťky tavného vodiče 1 dle následující tabulky, lze v tavné pojistce umístit například následující jmenovité proudy.

TAB. 1

Jmenovitý proud	25A	3 2A	40A	50A	63A
Tlouštka (mm)	0,05	0,07	0,09	0,14	0,18
Objem (mm3)	14,7	20,58	26,46	41,16	52,92
Elektrické ztráty (W)	10	11	12	16	18
Propuštěná energie (A2s)	110	340	710	1150	2600

Zkouškami tohoto známého řešení dle tabulky 1. bylo zjištěno, že u jmenovitých proudů 50 A a 63 A dochází při vypínání zkratových proudů k tepelnému přetížení keramického izolačního tělesa parami kovu, vzniklými při hoření oblouku na páskovém tavném vodiči a toto izolační těleso v důsledku tepelného šoku praskne. Tento výsledek zcela vyloučil oba navržené jmenovité proudy z výroby dodávané na trh.

Nový stav: Tavný vodič 1 podle vynálezu je opatřen eliptickými otvory 3, jak je zvláště patrné v detailu B na obr.2, které při zachování velikosti síře 0,17 mm jednotlivých tavných můstků 2 dovolují na páskový tavný vodič 1 šíře 5 mm umístit tři paralelní tavné můstky 2 v každé řadě eliptických otvorů 3. Eliptické otvory 3, ohraničující tavné můstky 2 na tavném vodiči 1, mají délku hlavní osy přibližně rovnu 2,3 mm a délku vedlejší osy 1,5 mm. Uvedené dimenze eliptických otvorů 3. poskytují shodné elektrické parametry výsledného tavného vodiče 1 co do velikosti elektrických ztrát, omezovači schopnosti, propuštěné energie a tavné charakteristiky tavné pojistky, která je vytvořena s použitím shodného keramického tělesa a kontaktních vík jako v případě popsaného známého stavu. Dosažené mechanické a elektrické parametry jsou uvedeny v následující tabulce 2.

TAB. 2

Jmenovitý proud	25A	3 2A	40A	50A	63A
Tlouštka (mm)	0,033	0,05	0,07	0,09	0,14
Obj em (mm3)	9,7	14,7	20,58	26,46	41,16
Elektrické ztráty (W)	9	10	11,5	15,8	17
Propuštěná energie (A2s)	100	250	600	950	2400

Zkouškami nového řešení, jak vyplývá z tabulky 2, bylo zjištěno, že u všech jmenovitých proudů byly dosaženy shodné elektrické parametry výrobku při nižším objemu použitého materiálu. U jmenovitých proudů 50 A a 63 A při vypínání zkratových proudů nedošlo k tepelnému přetížení keramického izolačního tělesa parami kovu, vzniklými při hoření oblouku, neboť objem tavného vodiče 1 je jednak účinně snížen a zvětšený počet tavných můstků 2 paralelně v každé řadě zkratových eliptických otvorů 2 zvyšuje jeho schopnost omezovat poruchový zkratový proud. Keramické izolační těleso po zkratu neprasklo. To umožňuje zařadit oba uvedené proudy do produkce tavných pojistek realizovaných na trhu a zvýšit tak v dané typové velikosti tavné pojistky dosud dosahované hodnoty maximálního jmenovitého proudu.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Páskový tavný vodič pro elektrické tavné pojistky, který obsahuje alespoň jednu příčnou řadu tavných můstků, tvořenou zúženými místy mezi řadou otvorů, zeslabujícími průřez páskového tavného vodiče, vyznačuj ící se tím, že otvory (3) jsou eliptického tvaru s delší osou probíháj ící v podélném směru tavného vodiče (1).

2. Páskový tavný vodič podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr delší osy ke kratší ose každého eliptického otvoru (3) je v intervalu 1,2 až 2,2.