CZ2999U1 - Tavná pojistka se spojitou charakteristikou funkce čas-proud - Google Patents

Description

Oblast techniky ¹—- / co /

Technické řešení se týká tavné pojistky se spojitou cba^ rakteristikou íunkce čas-proud, tvořené na izolačním pouzdru uspořádanými proudovodnými kontakty, vzájemmně uvnitř pouzdra spojenými alespoň jedním tavným vodičem, u níž je vnitřní prostor izolačního pouzdra obklopující tavný vodič nejméně jednovrstvé vyplněn elektrický oblouk hasícím zásypem, zejména na bázi křemičitého písku, zpevněného pojivém do podoby kompaktního útvaru zčásti nebo zcela vyplňujícího vnitřní prostor izolačního pouzdra a úplně obklopujícího tavný vodič tvaru alespoň jednoho elektricky vodivého pásku, opatřeného ve své délce tavnými můstky, tvořenými zbylými průřezy mezi vzájemně sousedícími otvory rozmístěnými v řadách příčně k podélné ose tavného vodiče a která je provedením tavného vodiče a vybavením vnitřního prostoru izolačního pouzdra zvláště uzpůsobena pro neomezenou íunkci vypínání všech nadproudů a zkratových proudů.

Dosavadní stav techniky

Dosud známá řešení tavných pojistek, používajících jako prostředek k hašení elektrického oblouku hasící zásyp zpevněný konečným postupem do podoby mechanicky kompaktního pevného monolitického útvaru, vyplňujícího z větší části nebo zcela pojistky.,, vykazují Čas-proud ve svých vnitřní prostor izolačního pouzdra tavné ve svých charakteristikách podle íunkce ucelených homogenních řadách u části nebo u všech jmenovitých proudů jistou nespojitost řečené íunkce čas-proud, zvláště pak u tavných pojistek určených pro jištění polovodičů.

Tato nespojitost se projevuje v určité vyhrazené oblasti na charakteristice íunkce čas-proud tavné pojistky, v níž není přípustné tavnou pojistku přetěžovat proudem a v čase nad meze stanovené výrobcem a udávaný pro ni platnou přetěžovací charakteristikou podle íunkce čas-proud. V případech, kdy je v praxi taková tavná pojistka zatížena proudem spadajícím svou velikostí do uvedené oblasti nespojitosti íunkce čas-proud po delší dobu než je dovoleno, dochází téměř vždy

k selhání tavné pojistky, které se projevuje obvykle porušením jejího izolačního pouzdra, nejčastěji keramického, v důsledku jeho tepelného a mechanického přetížení. Se ztrátou kompaktnosti izolačního pouzdra ztrácí tavná pojistka svou schopnost vypínat následné zkratové proudy a stává se tak nefunkční a nebezpečnou pro jí j:* ť-.é elektrické obvody, přičemž tato porucha je mnohdy jen obtížně zjistitelná i pro školenou obsluhu.

Uvedená vlastnost je charakteristická pro techniku tavných pojistek zvláště určených' pro jištění polovodičů a pojistek, které pro svou íunkci využívají zpevněné hasivo. Tyto tavné pojistky, které při své íunkci působí s popsaným efektem jsou zařazeny v praxi podle charakteristiky průběhu své funkce čas-proud do třídy ochrany typu a, např. aS u pojistek určených pro jištění polovodičů.

Požadovaným stavem, vycházejícím z dlouhodobých praktických zkušeností je, aby zejména tavné pojistky uvedeného u:— čení nevykazovaly na charakteristice funkce čas-proud žádnou vymezenou oblast nespojitosti této funkce a to pro všechny jmenovité proudy u té které velikostní řady tavných pojistek nebo alespoň u její co největší části. Tavné pojistky splňující uvedený požadavek, lze pak v praxi zařadit podle své charakteristiky funkce čas-proud do vyšší ochranné třídy, resp. užití typu 5, například gS u tavných pojistek určených pro jištění polovodičů.

Podstata technického řešeni

Cílem technického řešení je odstranit zcela nebo alespoň z podstatné části uvedené nevýhody dosud známých tavných pojistek se zpevněným hasícím zásypem, zejména aby na své charakteristice funkce čas-proud nevykazovaly oblast nespojitosti a byly zvláště uzpůsobeny pro neomezenou íunkci vypínání všech nadproudů a zkratových proudů, čehož je dosaženo předloženým technickým řešením, jehož podstata spočívá v tom, že v délce tavného vodiče je uspořádán alespoň jeden podkritický tavný můstek s průřezem dostatečným k převedení jmenovitého proudu tavnou pojistkou, zatím co další tavné můstky.

A-⁷ rozmístěné v délce tavného vodiče, vykazují průřezy zvýšené na hodnotu potřebnou k zapálení elektrických oblouků při vypínání zkratového proudu b minimálním časovým zpožděním za podkritickým tavným můstkem nejmenšího průřezu/ přičemž podíl průřezu každého z tavných můstků vzhledem k průřezu podkritického tavného můstku je v poměru 1,15 až 1,8.

Zvláště výhodné se podle technického řešení jeví kombinace tavného vodiče s podkritickým tavným můstkem s tepelně dilatačními vložkami umístěnými v dutině izolačního pouzdra, kde pokrývají z 10 až 100 % plochu vnitřních stěn a které slouží k další účinné ochraně izolačního pouzdra před účinky tepla vyvinutého v tavném vodiči, projevujícími se jinak jako mechanické pnutí přenášené hasícím zásypem na vnitřní stěnu izolačního pouzdra, zejména při nadproudech a zkratech.

Jeví se dále výhodné z praktického hlediska, užití dilatačních vložek, jež sestávají podle vynálezu z vrstvy vzájemně spojených 10 - 90 % skelných vláken o minimální stlačitelnosti její tloušťky k jmenovitému rozměru její tloušťky v poměru 0,4 až 0,9 Sí.

Pro zvlášť výkonově dimenzované tavné pojistky je podle technického řešení dále výhodné, je-li tavný vodič s axiálním odstupem alespoň od jednoho z proudovodných kontaktů upraven do íormy záhybu proudovodné dráhy, prostřednictvím na něm vytvořených pravoúhlých ohybů, čímž se dosahuje toho, že po zkratu vypínaný elektrický oblouk dohasíná v okolním zpěvněném hasícím zásypu, takže jeho' jinak destruktivní elektrodynamické účinky na izolační pouzdro tavné pojistky jsou tím potlačeny.

Přehled obrázků na výkresech

Další účinky a výhody technického řešení jsou dále pati— ny z připojených výkresů, kde značí obr.l schematický vertikální řez tavnou pojistkou s naznačeným uspořádáním dilatačních vložek a provedení tavného vodiče s vyznačením na něm uspořádaného podkritického tavného můstku a kaskádních tavných můstků, obr.2 značí řez A-A tavnou pojistkou podle

obr. i s jednoduchým uspořádáním dilatačních vložek, obr.3 řez A-ft tavnou pojistkou podle obr.l s alternativním uspořádáním dilatačních vložek, obr.4 diagram tavné ampérsekundové charakteristiky tavné pojistky s vyznačením oblasti nespoj itosti charakteristiky této íunkce u známých tavných pojistek, obr. 5 variantní provedení tavné pojistky s uspořádáním záhybů proudovodné dráhy tavného vodiče k eliminaci elektrodynamických sil při zhášení elektrického oblouku vzniklého vypínáním zkratového proudu.

Příklady provedení technického řešení

Příklad i;

Tavná pojistka se spojitou charakteristikou íunkce čas-proud (obr.l), je tvořená na známém izolačním pouzdru X uspořádanými proudovodnými kontakty 2, vzájemmně uvnitř izolačního pouzdra 1 spojenými alespoň jedním tavným vodičem J2, u níž je vnitřní prostor izolačního pouzdra X, obklopující tavný vodič 3, nejméně jednovrstvé vyplněn elektrický oblouk hasícím zásypem XX, zpevněným do podoby pevného kompaktního útvaru zčásti nebo zcela vyplňujícího řečený vnitřní prostor izolačního pouzdra X a úplně obklopující tavný vodič 3. Tavný vodič 3 ϊθ nejčastěji tvaru pásku z elektricky vodivého materiálu, například z mědi nebo stříbra nebo ze slitin těchto nebo obdobných kovů.

Tavný vodič 3 (obr.l) je uzpůsoben pro íunkci tavné pojistky a to vypínat všechny nadproudy a zkratové proudy bez omezení, až do hodnoty maximální vypínací schopnosti. 2a tím účelem jsou na tavném vodiči 3 uspořádány tavné můstky X a- to například vytvořením otvorů 5 a okrajových zářezů 6, uspořádaných do vícero jednotlivých řad kolmo na podélnou osu tavného vodiče 3, přičemž otvory 5 a zářezy £ jsou tvarů například kruhových, půlkruhových, eliptických, kosočtverečných, čtvercových, obdélníkových a podobně. Zbylé elektricky vodivé průřezy mezi vzájemně sousedícími otvory 5 a okrajovými zářezy 6 v jednotlivých jejich řadách, tvoří řečené tavné můstky 4.

V soustavě tavných můstků 4 (obr.l) je na tavném vodiči

3, nejlépe centrálně, uspořádán alespoň jeden podkritický tavný můstek 40 s celkovým průřezem 41 dostačujícím k převedení jmenovitého proudu ne však nadproudu tavnou pojistkou. Ostatní zmíněné tavné můstky 4, rozmístěné zpravidla na tavném vodiči 3 od centrálně uspořádaného podkritického tavného můstku 40 směrem k proudovodným kontaktům 3, mají své průřezy 42 v porovnání s průřezem 41 podkritického tavného můstku 40 zvětšené natolik, aby v dostatečné míře odváděly teplo ze zúženého průřezu 41'podkritického tavného můstku 40 do proudovodných kontaktů 3, avšak zvětšené jen natolik, aby se v případě vypínání zkratového proudu účastnily vypínacího procesu, zapálením elektrického' oblouku při vypínání vzniklého jen s určitým nepatrným časovým zpožděním po přetavení podkritického tavného můstku 40, čemuž je vyhověno například tím, že podíl' každého z průřezů 42 jednotlivých tavných můstků 4 na průřezu 41 podkritického tavného můstku 40 je v poměru 1,15 až 1,8.

Tavný vodič 3 s popsaným uspořádáním a dimenzováním tavných můstků 4 vzhledem k podkritickému tavnému můstku 40 (obr.l), svou schopností zvýšeného odvodu tepla do proudovodných kontaktů 2, odlehčuje vnitřní konstrukci tavné pojistky natolik, že při proudovém zatížení tavné pojistky o hodnotě spadající do oblasti' 8 nespojitosti v charakteristice 9 íunkce Čas-proud tavné pojistky (obr.4), nedochází k porušení kompaktnosti jejího izolačního pouzdra i mechanickým namáháním v důsledku vlivu teplem se rozpínajícího zpevněného hasícího zásypu 11. a to rozhodně ne dříve, než se přetaví podkritický tavný můstek 40 nejmenšího průřezu, pokud nadproud dosahuje nepřekročítelných stanovených hodnot, nebo když event. následuje zkratový proud. Tímto mechanismem působení lze zabezpečit. Že tavná pojistka nevykazuje na své charakteristice 9 íunkce čas-proud (obr.4) žádnou oblast 8 nespojitosti s průběhem 10, v níž by byla omezena její íunkce bezpečně následně vypnout jištěný elektrický obvod, zejména v případě následného zkratu v jištěném elektrickém obvodu a to zejména po předchozím delším působení ještě dovoleného nadproudu na tavnou pojistku, neboť charakteristika 9 íunkce tavné pojistky je kontinuální jak na obr.4 vyznačeno

čárkovaně.

Příklad 2:

Tavná pojistka, opatřená pro svou íunkci výše popeaným tavným vodičem 3, je dále opatřená pro zvýšení odolnosti izo- , lačního pouzdra X uvnitř izolačního pouzdra A. uspořádanými dilatačními vložkami 7 (obr.l). Tyto dilatační vložky Z slouží k další účinné ochraně před účinky tepla vyvinutého v tavném vodiči 3, projevujícími se jinak jako mechanické pnutí přenášené hasícím zásypem 11 na vnitřní stěnu izolačního pouzdra 1. Uvedené dilatační vložky Z jsou uspořádány na vnitřní stěně izolačního, tělesa 1 a rozmístěny tak, že ji pokrývají zčásti (obr.2) nebo téměř zcela (obr.3).

Uvedené dilatační vložky Z (obr.l) mají tvar tenkých de* U sek nebo potahu zhotovených z poddajného, snadno ohebného materiálu, který vykazuje vysokou tepelnou odolnost a stlačitelnost a mechanickou a chemickou trvanlivost. Příkladem uvedené dilatační vložky 7 může být plošný útvar z velmi krátkých staplových vláken, případně z nekonečných skelných vláken, zpracovaných pomocí vhodných pojiv do íormy tenkého skelného papíru nebo rouna výše uvedených vlastností, například ve složení 10 až 90% skelných vláken, spojených známými tepelně odolnými organickými nebo anorganickými pojivý, přičemž by mělo být dosaženo stlačitelnosti· jejich tloušťky v poměru k jmenovité hodnotě jejich tloušťky v hodnotách 0,4 až 0,9. Tepelná odolnost tohoto papíru nebo rouna, zpravidla do 1200^eC, dostačuje k použití v uvedené aplikaci. Uvedené dilatační vložky Z z© skelného papíru nebo rouna lze vlepit na vnitřní stěnu izolačního pouzdra X tak, aby se dokonale vytvarovaly podle jejího zakřivení, tudíž mohou zaujímat dle svého provedení a podle zakřivení vnitřní stěny izolačního pouzdra X alespoií 10 až 100 % její celkové plochy.

Příklad 3:

V kombinaci s uspořádáním tavného vodiče .3 tavné pojistky podle příkladu las vybavením izolačního pouzdra X tavné pojistky dilatačními vložkami Z podle příkladu 2, lze u tavné pojistky podle technického řešení dále významně zlepšit a moTXf·'

diíikovat její íunkci pro extrémní situace, pokud jde o vypínání zkratových proudů spojených s vypínáním elektrických oblouků s významnými elektřodynamickými silami, způsobujícími ve svém důsledku obvykle destrukci izolačního pouzdra i, není-li u tavných pojistek užito zvlášt pevného a masivního izolačního pouzdra i. Vyřešení takového problému je podle technického řešení dosaženo tím, že tavný vodič .3 (obr. 5),· v naznačeném případě uspořádaný do paralelní dvojice tavných vodičů 3, je s- axiálním odstupem alespoft od jednoho z proudovodných kontaktů' 2 upraven do íbrmv záhvbu 12 proudovodné ^; dráhy, přičemž záhyb 12 proudovodné dráhy může být vytvořen uspořádáním pravoúhlých ohybů na tavném vodiči<3, například do tvaru písmene S, anebo může být na eventuální znázorněné dvojici tavných vodičů 3 vytvořen zrcadlovým uspořádáním naznačených pravoúhlých ohybů do tvaru hranatého písmene U, jejichž alespoň vzájemné podélné probíhající protilehlá ramena jsou ve vzájemném dotyku. Účinky tohoto uspořádání pak pozůstávají zvlášté v tom, že uvedené záhyby 12 proudovodné dráhy tavných vodičů 3 jsou schopny rozložit elektrodynamické síly zkratových proudů působící na tavné vodiče 2 a přilehlé proudovodné kontakty 2 čl usměrnit hoření při tom vzniklých elektrických oblouků do takových směrů, že tyto pak snadno uhasínají ve zpevněném okolním hasícím zásypu . 11 vyplňujícím zcela nebo zčásti vnitřní prostor, izolačního pouzdra b. Celkové tepelné účinky' a účinky elektrodynamických sil působících na izolační pouzdro 1 a na přiléhající proudovodné kontakty 2 Při vypínání zkratu jsou tak výrazně sníženy, že vzroste spolehlivost tavné pojistky při vypínání zkratových proudů již při použití obvyklého izolačního pouzdra natolik, že není nutné pro tavné pojistky těchto typů používat masivní izolační tělesa, např. keramická tělesa zvláště vysoce mechanicky pevná a odolná proti krátkodobému přehřátí, čímž se dosáhne snížení celkových rozměrů a hmotnosti tavné pojistky.

Claims (6)

1. Ο C Η R ΑΝ U ?·; (

   1. Tavná pojistka se spojitou charakteristikou funkce Čas-proud, tvořená na izolačním pouzdru uspořádanými proudovodnými kontakty, vzájemmně uvnitř izolačního pouzdra spojenými tavným vodičem, u níž je vnitřní prostor izolačního pouzdra obklopující tavný vodič nejméně, jednovrstvé vyplněn elektrický oblouk hasícím zásypem, zpevněným do podoby kompaktního útvaru zčásti nebo zcela vyplňujícího vnitřní, prostor izolačního pouzdra a úplně obklopujícího tavný vodič tvaru alespoň jednoho elektricky vodivého pásku opatřeného ve své délce tavnými můstky tvořenými zbylými průřezy mezi vzájemně sousedícími otvory rozmístěnými v řadách .příčně k podélné ose tavného.Vodiče, vyznačující se tím, že v délce tavného vodiče (3) je uspořádán alespoň jeden podkritický tavný můstek (40) s průřezem (41) dostatečným k převedení jmenovitého proudu tavnou pojistkou, zatím co další tavné můstky (4), rozmístěné v délce tavného vodiče (3), vykazují průřezy (42) zvýšené na hodnotu potřebnou k zapálení elektrických oblouků' při vypínání zkratového proudu s minimálním časovým zpožděním za podkritickým tavným můstkem (40) nejmenšího průřezu (41) ,
2. 2. Tavná pojistka podle nároku 1, vyznačující se tím, že podíl průřezu (41) každého z tavných- můstků (4) vzhledem k průřezu (42) podkri tického tavného můstku (40) je v poměru 1,15 až 1,8.
3. 3. Tavná pojistka podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že vnitřní stěna izolačního pouzdra (1) je opatřena k ní přiléhajícími dilatačními vložkami (7).
4. 4. Tavná pojistka podle nároku 3, vyznačující se tím, Že dilatační vložky (7) tvarem korespondují se zakřivením vnitřních stěn izolačního pouzdra (1) a zaujímají v něm 10 - 100 % plochy jeho vnitřních stěn.

   -9 -.

   '
5. 5, Tavná pojistka podle nároku 4, vyznačující se tím, že dilatační vložky (7.) obsahují do vrstvy vzájemně spojených 10 - 90 % skelných vláken, přičemž minimální stlačitelnost tloušťky, vrstvy k jmenovitému rozměru «její tloušťky je v poměru 0,4 až 0,9 %.
6. 6. Tavná pojistka podle nároku 1, vyznačující se tím, že -tavný vodič (3) - je s axiálním odstupem alespoň od jednoho z proudovodných kontaktů (2) upraven do íormy záhybu (12) 'proudovodné dráhy, prostřednictvím na‘něm vytvořených pravoúhlých ohybů.