CZ302392B6 - Tavná pojistka nízkého napetí - Google Patents

Abstract

Vynález se týká tavné pojistky nízkého napetí sestávající z pouzdra (2), které je alespon na 5 procentech svého povrchu pruhledné a je zaplnené zhášecím prostredím (3) v podobe kapaliny s merným teplem blízkým hodnote H.sub.2.n.O. V pouzdru (2) je umísten tavný vodic (1) z elektricky vodivého materiálu opatreného alespon jedním zkratovým mustkem, obklopený zhášecím prostredím. Tavný vodic (1) je proveden v podobe svinovací pružiny, která je zhotovena na principu bimetalu a vývody (5) pojistky jsou zataveny do skla, pricemž pouzdro (2) je opatreno prostorem s vakuem pro absorpci plynu vzniklých v procesu zhášení oblouku.

Description

Tavná pojistka nízkého napětí

Oblast techniky

Vynález se týká tavné pojistky nízkého napětí (NN) sestávající z pouzdra a tavného vodiče umístěného v zhášectm prostředí.

io Dosavadní stav techniky

K ochraně elektrických zařízení a jejich komponentů před přetížením, nebo zničením jsou potřeba jistící a ochranné prvky. Stávající známá řešení využívají převážně pojistek s pevným a plynným hasivem.

Hlavní funkcí pojistky je přerušení proudu v obvodu, v němž došlo k nárůstu proudu nad stanovenou mez. Pojistky musí zůstat neporušené po dobu řadu minut až hodin, pokud se proud pohybuje v rozmezí 1 až 3x I_n. Nadproudy 10 až 10⁴ In přerušuje v čase 10^_1 až 10~² s. Pojistka je charakterizovaná tavnou charakteristikou, to jest závislostí doby tavení na Ip, dále jmenovitým a mezním proudem. Kvalita jištění vyžaduje, aby součin i²t byl co nejmenší.

Tavný vodič je zpravidla obdélníkového průřezu z materiálu Ag, nebo Cu, případně dalších. Tavný vodič má zpravidla větší počet zkratových můstků, Čímž se dosahuje velkého obloukového napětí. Hustota proudu v můstku dosahuje několik set A/mm². Pro rychlé uhašení oblouku je žádoucí oblouk co nejvíce natáhnout a ochladit jej. Přetavení tavného vodiče probíhá v křemičitém písku nebo v plynném prostředí.

Rozšířením polovodičů vznikly specifické nároky na vlastnosti pojistek, především na velmi rychlé vypínání a silné omezení velikosti Jouleova integrálu.

Hlavní úlohu při přerušení obvodu s nadproudem má tavný vodič. Princip přerušení obvodu je založen na styku dvou koulí, kdy dochází k rychlému odvodu tepla.Po přetavení je důležitá velikost U_o. Jestliže je malé, v porovnání s napětím zdroje, pak je větší I„_m a je větší také I²dt. Proto se oblouk roztahuje a případně rozděluje několik oblouků do série.

Nevýhodami stávajících pojistek jsou především malá vypínací schopnost a velká pořizovací cena. Nevýhodou jsou rovněž velké geometrické rozměry, přičemž je možné je využít pouze při aplikaci klasických technologií.

Dosavadní řešení pojistek tedy omezuje možnost zvýšit vypínací schopnosti, přičemž jsou potřeba velké náklady na zhotovení pojistek při potřebě velkých geometrických rozměrů.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny tavnou pojistkou nízkého napětí sestávající z pouzdra, které je alespoň na 5 procentech svého povrchu průhledné a je zaplněné zhášecím prostředím v podobě kapaliny s měmým teplem blízkým hodnotě H₂O, a v pouzdru je umístěn tavný vodič z elektricky vodivého materiálu opatřeného alespoň jedním zkratovým můstkem, obklopený zhášecím prostředím, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že tavný vodič je proveden v podobě svinovací pružiny, která je zhotovena na principu bimetalu a vývody pojistky jsou zataveny do skla. Pouzdro je opatřeno prostorem s vakuem pro absorpci plynů vzniklých v procesu zhášení oblouku.

- 1 CZ 302392 B6

Kapalinou je ve výhodném provedení voda H₂O, která je dopována látkou zlepšující zhášení oblouku a/nebo látkou eliminující zamrzání a/nebo látkou eliminující korozi materiálů a/nebo látkou působící proti biologické hnilobě a/nebo látkou s barevným efektem.

Tavná poj i stká je s výhodou provedena jako sektorová, kdy pouzdro je umístěno v dalším pouzdru. Další pouzdro může být opatřeno náplní z jiné látky jako je plyn, látka s barevným efektem, pevná látka.

Tavný vodič je s výhodou vyroben z elektricky vodivého materiálu jako je například měď Cu nebo stříbro Ag. Místo styku, kritické místo může být s výhodou pokryto vrstvou jiného materiálu, například cínu.

Pokud je pouzdro zhotoveno celé ze skla, je možné pozorovat tavný vodič v podstatě z jakéhokoli pohledu. Pokud je pouzdro zhotoveno z pevného materiálu jako je kov, různé plasty a podobně, vykazuje vyšší pevnostní hodnoty, aleje náročnější na výrobu při zhotovování průzoru. Pouzdro může být zhotoveno nejen zpěvného materiálu, ale i z ohebného materiálu, jako jsou například některé druhy gumy. Kapalina v pouzdru zvyšuje vypínací schopnost pojistky, protože po vzniku oblouku je oblouk intenzívně chlazen, voda odvádí energii oblouku, dochází k hoření oblouku v oblaku vodních par a tavný vodič je dále intenzívně ochlazován. Zvýšení tlaku v důsledku vzniklé vzduchové bubliny je eliminováno její expanzí do prázdného prostoru v pouzdru. V důsledku toho dochází k intenzivnějšímu chlazení oblouku. Voda je snadno dostupná látka, kterou lze jednoduše dopovat dalšími látkami dle provozních požadavků.

Pokud je tavný vodič vyroben z elektricky vodivého materiálu jako je měď nebo stříbro, jsou využity všechny vhodné a známé vlastnosti těchto materiálů a zkratovými můstky se dosahuje velkého obloukového napětí. Prostor s vakuem v pouzdru umožňuje absorpci plynů vzniklých v procesu zhášení oblouku. Vývody pojistky mohou být zataveny do skla, přičemž se využívá analogie s výrobou elektronek. Samotná tavná pojistka může být provedena s kontaktními můstky a do obvodu se poté zapojuje pomocí šroubového spoje, popřípadě je možné tavnou pojistku provést tak, že do vnějšího obvodu bude zapojena lankovým vodičem zataveným ve skle.

V případě, že je tavný vodič proveden v podobě svinovací pružiny, která je zhotovena na principu bimetalu, je v tavném vodiči před umístěním v pouzdru uměle vytvořeno předpětí, které vyvolá po přetavení vodiče rychlé zvětšení vzdálenosti mezi konci tavného vodiče. Předpětí je rovněž možné dosáhnout působením polí ohřevem tavného vodiče.

Pokud je pojistka provedena jako sektorová, je zvýšena její bezpečnost a v dalším pouzdru je možné umístit další materiály dle provozních požadavků.

Mezi podstatné výhody tavné pojistky podle tohoto řešení tedy zejména patří nižší výrobní náklady, vizualizace funkčního stavu pojistky, minimalizace geometrických rozměrů pojistky a tím i možnost jejího zabudování do desek plošných spojů.

Z dosavadní praxe je zřejmé, že nejvíce ohroženými prvky jsou dioda a tyristor. Tranzistor tolik nikoliv. Elektronická ochrana, která je zpravidla součástí měniče je zpravidla 5 až lOx dražší. Podstatnou výhodou pojistek je to, že mohou zachránit zařízení, pokud nepoteče zkratový proud po dobu: - u diody lOps, u tyristoru 1lOps a u tranzistoru 5ps, případně Ips.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude popsáno na příkladu konkrétního provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno schématicky v nárysu jedno provedení pojistky a na obr. 2 je znázorněna pojistka s dalším pouzdrem. Na obr. 3 je znázorněna pojistka s vakuovým prostorem a na obr. 4 a 5 je znázorněno provedení tavného vodiče.

-2 CZ 302392 B6

Příklady provedení vynálezu

Tavná pojistka nízkého napětí sestává z pouzdra 2 ve kterém je umístěn tavný vodič 1 obklopený zhášecím prostředím 3. Tavný vodič 1 je umístěn ve skleněném průhledném pouzdru 2 zaplněném zhášecím prostředím 3 v podobě vody H₂O, dopované látkami zlepšujícímu zhášení oblouku, eliminujícími korozi materiálů a majícími barevný efekt. Tavný vodič i je vyroben z měděného drátu obdélníkového průřezu, opatřeného zkratovými můstky. Tavný vodič 1 je proveden v podobě svinovací pružiny, která je zhotovena na principu bimetalu. V pouzdru 2 je prostor s vakuem pro absorpci plynů vzniklých v procesu zhášení oblouku. Vývody 5 pojistky jsou zataveny do skla analogicky jako při výrobě elektronek. Místo styku, kritické místo, je pokryto například vrstvou cínu.

V dalším příkladu provedení je tavná pojistka provedena jako sektorová, skládající se ze dvou částí - pouzdra 2, které je umístěno v dalším pouzdře 4. Mezi pouzdrem 2 a dalším pouzdrem 4 je umístěna náplň 6 v podobě látky s barevným efektem - signalizační látka. Tavný vodič I je proveden v podobě několika paralelních elementů které jsou transponovány.

Tavná pojistka může být provedena v „tabletovém“ provedení pro montáž na desky plošných spojů.

Pouzdro 2 je zhotoveno celé ze skla, proto je možné pozorovat tavný vodič 1 v podstatě zjakéhokoli pohledu. Kapalina v pouzdru 2 zvyšuje vypínací schopnosti pojistky, protože po vzniku oblouku je oblouk intenzívně chlazen, voda odvádí energii oblouku, dochází k hoření oblouku v oblaku vodních par a dále je tavný vodič I intenzívně ochlazován. Zvýšení tlaku v důsledku vzniklé vzduchové bubliny je eliminováno její expanzí do prázdného prostoru s vakuem v pouzdru 2. V důsledku toho dochází k intenzivnějšímu chlazení oblouku.

Průmyslová využitelnost

Tavná pojistka nízkého napětí podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění zejména při ochraně elektrických zařízení a polovodičových součástek.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Tavná pojistka nízkého napětí sestávající z pouzdra (2), které je alespoň na 5 procentech svého povrchu průhledné a je zaplněné zhášecím prostředím (3) v podobě kapaliny s měrným teplem blízkým hodnotě H₂O, a v pouzdru (2) je umístěn tavný vodič (l) z elektricky vodivého materiálu opatřeného alespoň jedním zkratovým můstkem, obklopený zhášecím prostředím, vyznačující se tím, že tavný vodič (1) je proveden v podobě svinovací pružiny, která je zhotovena na principu bimetalu a vývody (5) pojistky jsou zataveny do skla, přičemž pouzdro (2) je opatřeno prostorem s vakuem pro absorpci plynů vzniklých v procesu zhášení oblouku.
2. 2. Tavná pojistka podle nároku 1, vyznačující se tím, že kapalinou je voda H₂O, která je dopována látkou zlepšující zhášení oblouku a/nebo látkou eliminující zamrzání a/nebo látkou eliminující korozi materiálů a/nebo látkou působící proti biologické hnilobě a/nebo látkou s barevným efektem.
3. 3. Tavná pojistka podle kteréhokoli z uvedených nároků, vyznačující se tím, že je provedena jako sektorová, kdy pouzdro (2) je umístěno v dalším pouzdru (4).

   - j CZ 302392 B6
4. 4. Tavná pojistka podle nároku 3, vyznačující se tím, že další pouzdro (4) je opat řeno náplní (6) z jiné látky jako je plyn, látka s barevným efektem, pevná látka.