CZ305440B6

CZ305440B6 - Celorozsahová vysokonapěťová pojistka omezující proud

Info

Publication number: CZ305440B6
Application number: CZ2002-519A
Authority: CZ
Inventors: Harold John Handcock; Mark Paul Judson
Original assignee: Cooper (U. K.) Limited
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2002-02-11
Publication date: 2015-09-23
Also published as: DE10205905A1; HUP0200508A2; NL1019896A1; DE10205905B4; GB2373109B; GB0103541D0; NO320539B1; FR2820879A1; HU0200508D0; NO20020705D0; CZ2002519A3; CN1371114A; CN1219310C; ES2193868A1; FR2820879B1; SK2122002A3; HUP0200508A3; NL1019896C2; GB2373109A; SK287317B6

Abstract

Sestava pojistkových prvků pro celorozsahovou pojistku (10) zahrnuje izolující kostru (20) mající první konec a druhý konec protilehlý k prvnímu konci a zahrnující elektricky vodivé konektory spojené s příslušnými konci izolující kostry (20). Množina pojistkových prvků probíhajících mezi prvním konektorem (28) a druhým konektorem (30) izolující kostry (20) a každý z pojistkových prvků zahrnuje nízký proud-přerušující část vybíhající z prvního konektoru (28) a vysoký proud-omezující část vybíhající z druhého konektoru (30). Izolující objímka (38) obklopuje každou z nízký proud-přerušujících částí a každá izolující objímka (38) má konec přilehlý k příslušné jedné z vysoký proud-omezujících částí. Každá z nízký proud-přerušujících částí zahrnuje zeslabenou část nalézající se blíže k druhému konci příslušné jedné z izolujících objímek (38).

Description

Celorozsahová vysokonapěťové pojistka omezující proud

Oblast techniky

Vynález se týká prvku pojistky nebo spojovací sestavy pojistky a zejména sestavy prvků pro univerzální nebo celorozsahové pojistky.

Dosavadní stav techniky

Pojistky mají široké použití jako zařízení pro ochranu před nadproudy, které by jinak způsobily závažné škody na elektrických obvodech. Vývody pojistky typicky tvoří elektrické spojení mezi elektrickým napájecím zdrojem a elektrickým prvkem nebo kombinací prvků uspořádaných do elektrického obvodu. Mezi tyto vývody pojistky je zapojeno jedno nebo více tavitelných spojení nebo prvků, nebo sestava tavitelných prvků, takže, kdy elektrický proud protékající skrze pojistku překročí předem stanovenou mezní hodnotu, tavitelné prvky pojistky se roztaví, čímž rozpojí jeden nebo více obvodů připojených k pojistce pro zamezení poškození elektrických prvků zapojených v těchto obvodech.

Univerzální nebo celorozsahové vysokonapěťové, proud-omezující pojistky jsou schopné bezpečně přerušit elektrický obvod v případě jak relativně vysokého poruchového proudu tak i relativně nízkého poruchového proudu, a to se stejnou účinností. Alespoň jeden typ univerzálních nebo celorozsahových pojistek používá sestavu prvků mající dvě rozdílné části. První z těchto částí je konfigurována pro rozpojení elektrického obvodu v případě relativně nízkého poruchového proudu a druhá část je konfigurována pro rozpojení elektrického obvodu v případě relativně vysokého poruchového proudu. První část zahrnuje množinu pojistkových prvků umístěných v příslušných izolačních objímkách a obsahujících slabé místo nebo/a místo z nízkotavitelné slitiny lokalizované přibližně ve středu každého pojistkového prvku. Druhá část zahrnuje množinu pojistkových prvků vyrobených z kovu s vysokou vodivostí a zapojených paralelně jeden vůči druhému. První a druhá část s pojistkovými prvky jsou sériově zapojeny a ovinuty kolem izolační kostiy a zapouzdřeny do materiálu pro zhasnutí oblouku uvnitř těla pojistky. Celorozsahové pojistky tohoto typu jsou popsány např. v dokumentech GB 2 184 301 A a DE 198 09 186 Al. Oba tyto dokumenty řeší vícerozsahové pojistky s prvky zajišťujícími dokonalejší rozpojení v případě přítomnosti poruchového proudu.

V případě přítomnosti vysokého poruchového proudu se druhá část se sestavou pojistkových prvků částečně odpaří, přičemž materiál pro zhasnutí oblouku absorbuje energii a dosáhne vysokého elektrického odporu k bezpečnému a účinnému přerušení proudu protékajícího pojistkou. V případě přítomnosti nízkého poruchového proudu první část se sestavou pojistkových prvků přeruší proud roztavením pojistkových prvků uvnitř jedné nebo více izolačních objímek. Výsledný oblouk uvnitř objímek generuje ionizovaný plyn, který se vypuzuje z otevřených konců objímek.

Avšak při aplikacích se zvýšeným napětím a proudem, jakou je např. ochrana stále více používaných transformátorů se jmenovitým napětím 12 kV a jmenovitým výkonem 100 kVA, se tyto celorozsahové pojistky ukázaly nedostatečnými. Poněvadž jmenovitý proud a jmenovité napětí celorozsahových pojistek se zvyšuje, pojistka má sklon k nežádoucímu vnitřnímu a vnějšímu poškození způsobenému výslednou zvýšenou energií silného proudu ionizovaného plynu generovaného při provozu pojistky. Zatímco zesílení izolačních objímek první části pojistky se sestavou pojistkových prvků nachází použití ve výrobě celorozsahových objímek s vyšším jmenovitým proudem a jmenovitým napětím, toto zesílení objímek vede ke složité sestavě pojistkových prvků a zvýšeným výrobním nákladům pojistek, aniž by překonalo problém s nadměrně silným proudem ionizovaného plynu a výsledným poškozením v průběhu provozu pojistky.

Kromě toho, zatímco jmenovitý proud a jmenovité napětí celorozsahové pojistky se mohou zvýšit použitím pojistkových prvků a pojistkových konstrukcí o větším průřezu a kapacitě, je zřejmé, že toto zvýšení způsobí zvětšení fyzických rozměrů celorozsahové pojistky. Zejména v případě aplikace zahrnující velké množství pojistek, je uvedené zvýšení velikosti pojistek problematické.

Podstata vynálezu

V příkladném provedení vynálezu sestava pojistkových prvků pro celorozsahovou pojistku zahrnuje izolační kostru mající první konec a druhý konec. S prvním koncem izolační kostry je spojen první elektricky vodivý konektor a s druhým koncem izolační kostry je spojen druhý elektricky vodivý konektor. Mezi prvním konektorem a druhým konektorem kolem izolační kostry probíhá alespoň jeden pojistkový prvek. Tento pojistkový prvek zahrnuje prvkovou část přerušující nízký proud, vybíhající z prvního konektoru, a prvkovou část omezující vysoký proud, vybíhající z druhého konektoru, přičemž prvková část přerušující nízký proud a prvková část omezující vysoký proud jsou spojeny jedna k druhé mezi prvním a druhým konektorem. Prvková část přerušující nízký proud je obklopena izolační objímkou, přičemž každá izolační objímka má první konec přilehlý k prvnímu konektoru a druhý konec přilehlý k prvkové části omezující vysoký proud. Prvková část přerušující nízký proud zahrnuje zeslabenou oblast umístěnou přilehle k druhému konci příslušné jedné z izolačních objímek, avšak uvnitř vzhledem druhému konci příslušné jedné z izolačních objímek. Alternativně zeslabující část se nalézá v rozmezí od 0 do 25 % délky izolační objímky měřeném od druhého konce izolační objímky.

Tím, že zeslabená oblast prvkové části přerušující nízký proud je umístěna při konci izolační objímky opačné ke konektoru, ze kterého vybíhá prvková část přerušující nízký proud, je silný proud ionizovaného plynu generovaný při působení pojistky veden převážně směrem ke středu pojistky a ne ke koncům pojistky v blízkosti koncových patic. Tudíž účinnějším vyvedením ionizovaného plynu z izolační objímky sestava pojistkových prvků zamezí poškození pojistkového těla a koncových patic, ke kterému jinak dochází u konvenčních pojistek, umožní použít vyšší jmenovité proudy a napětí bez zvýšení rozměrů pojistkových komponent. V důsledku toho vynález ve srovnání se známými celorozsahovými pojistkami poskytuje účinněji působící celorozsahovou pojistku v kompaktní, prostor šetřící konstrukci.

Objasnění výkresů

Za účelem lepšího pochopení vynálezu je v následující části této přihlášky vynálezu uveden popis příkladů provedení vynálezu, ve kterém jsou činěny odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje průřez prvního provedení celorozsahové pojistky, a obr. 2 zobrazuje průřez druhého provedení celorozsahové pojistky.

Příklady uskutečnění vynálezu

Obr. 1 zobrazuje celorozsahovou pojistku J_0, která zahrnuje izolační pojistkové tělo 12, sestavu j4 pojistkových prvků, umístěnou uvnitř izolačního pojistkového těla 12, elektricky vodivé koncové patice 16, spojené s izolačním pojistkovým tělem 12, uzavírající izolační pojistkové tělo 12 a elektricky spojené se sestavou Γ4 pojistkových prvků, a oblouk-zhášející materiál J_8, obklopující sestavu 14 pojistkových prvků uvnitř izolačního pojistkového těla 12. Když se koncové patice J6 spojí s elektrickým obvodem (není zobrazen) napájeným napájecím zdrojem, elektrický obvod se uzavře Doiistkou 10 Drostřednictvím sestaw 14 Doiistkovvch Drvků. Kdvž se Droud.

CZ 305440 Β6 sestavy ]4 pojistkových prvků a tudíž jmenovitém proudu pojistky J_0 sestava J_4 pojistkových prvků se alespoň částečně uvede do činnosti, roztaví, vypaří nebo jiným způsobem rozpojí, jak je to popsáno v níže uvedeném textu, k omezení proudového toku a přerušení poruchového proudového toku skrze pojistku JO. V důsledku toho se část elektrického obvodu na straně napájecího vedení elektricky izoluje od části elektrického obvodu na straně zatížené poruchovým proudem, čímž se zamezí nákladnému poškození obou částí elektrického obvodu.

V prvním příkladu provedení je izolační pojistkové tělo 12, vyrobeno ze známého, tj. nevodivého, materiálu, jakým je např. keramický materiál, probíhá mezi koncovými paticemi 16 a má v podstatě tvar válce. Je však nutné upozornit na to, že vynález může být realizován za použití jiných vhodných tvarů pojistkových těl a jiných vhodných materiálů, aniž by to mělo vliv na účinky vynálezu. Kromě toho, v tomto příkladu provedení oblouk-zhášející materiál 18 je tvořen čistým granulovaným křemičitým pískem nebo práškovým křemenem, který úplně obklopuje sestavu 14 pojistkových prvků a v podstatě vylučuje přítomnost vzduchových mezer kolem sestavy 14 pojistkových prvků uvnitř izolačního pojistkového těla 12. Avšak je nutné upozornit na to, že v alternativních příkladech provedení pojistky jO se mohou použít jiné známé oblouk-zhášecí materiály nebo média na místo čistého křemičitého písku nebo práškového křemene.

Sestava 14 pojistkových prvků zahrnuje izolační kostru 20, která má první kostrovou část 22 a druhou kostrovou část 24, která má větší relativní průřez než první kostrová část 22. To konkrétně znamená, že v příkladu provedení izolační kostra 20 má celistvou formu a tvar v podstatě válce s místem 26 stupňovitě zvětšeného průřezu, které tuto kostru rozděluje na relativně užší první kostrovou část 22 a relativně širší druhou kostrovou část 24. Avšak je nutné upozornit na to, že v alternativních příkladech provedení první kostrová část 22 a druhá kostrová část 24 jsou připevněny jedna k druhé při výrobě izolační kostry. Kromě toho, je nutné si uvědomit, že vynález může být realizován za použití alternativních tvarů, tj. neválcovitých tvarů, jakými mohou být např. tvary s průřezem elipsy, mnohoúhelníku, nebo hvězdy, aniž by to vedlo ke snížení účinku vynálezu. Mimoto, je z níže uvedeného textu zřejmé, že se vynález může použít na kostře 22, která má v podstatě konstantní průřez, ačkoliv je nutné si uvědomit, že to může vést k v podstatě nestejné vůli mezi sestavou 14 pojistkových prvků a izolačním pojistkovým tělem 12, pokud pojistkové izolační tělo 12 není podle toho přizpůsobeno.

Pojistka 10 dále zahrnuje elektricky vodivý první konektor 28 a elektricky vodivý druhý konektor 30, které jsou připojeny k izolační kostře 20 na obou koncích izolační kostry 20, tj. první konektor 28 je připojen na konci první kostrové části 22 odlehlé od místa 26 stupňovitě zvětšeného průřezu a druhý konektor 30 je připojen na konci druhé kostrové části 24 odlehlé od místa 26 stupňovitě zvětšeného průřezu. Jak první konektor 28 tak i druhý konektor 30 mohou být opatřeny výběžkem 31, který vytváří elektrický kontakt s příslušnou koncovou paticí 16. Tudíž, elektrický obvod může být spojen skrze pojistkové prvky, které jsou popsány v níže uvedeném textu, jsou navinuty kolem izolační kostry 20 a jsou elektricky spojeny s prvním konektorem 28 a druhým konektorem 30.

Kolem první kostrové části 22 je navinuta množina prvkových částí 32 přerušujících nízký proud, které šroubovicově probíhají podél první kostrové části 22 od prvního konektoru 28 k místu 26 stupňovitě zvětšeného průřezu. Každá prvková část 32 přerušující nízký proud je vyrobena ze slitiny s nízkým bodem tavení nebo z kovu s nízkým bodem tavením, jakým je např. cín, nebo je tvořena prvkem ze stříbra nebo mědi majícím překrývající vrstvu 34 s M-efektem (místem ze slitiny s nízkým bodem tavení) nebo místo s M-efektem, a umístěné mezi konektorem 28 a místem 26 stupňovitě zvětšeného průřezu.

Konkrétně to znamená, že v příkladném provedení každá prvková část 32 přerušující nízký proud je alespoň částečně pokryta překrývající vrstvou 34 z vodivého materiálu, který je odlišný od složení prvkové části 32. Tak např. v jednom zobrazeném provedení prvkové části 32 přerušující

CZ 305440 Β6 vadž cín má teplotu tavení nižší než měď a stříbro, překrývající vrstva 34 se zahřeje na teplotu tavení při přítomnosti nadproudu dříve, než měděná prvková část 32 přerušující nízký proud. Překrývající vrstva 34 potom reaguje s měděnou nebo stříbrnou prvkovou částí 32 a vytvoří slitinu cín/měď, která má teplotu tavení nižší než oba samotné kovy. Provozní teplota prvkové části 32 přerušující nízký proud se za přítomnosti nadproudu sníží a zamezí, aby každá prvková část 32 přerušující nízký proud dosáhla vyšší teploty tavení stříbra nebo mědi. Tudíž se využije vodivost a další výhodné vlastnosti mědi a stříbra, zatímco se zamezí dosažení nežádoucích provozních teplot. V alternativních příkladech provedení se pro výrobu prvkových částí 32 přerušujících nízký proud i překrývající vrstvy 34 mohou použít další vodivé materiály, jakým jsou např. slitiny mědi a stříbra resp. cínové slitiny, k dosažení podobných účinků. V dalším příkladu provedení je překrývající vrstva 34 vyrobena z antimonu nebo india.

Překrývající vrstva 34 se přiloží k příslušné prvkové části 32 přerušující nízký proud za použití známých technik, jakými jsou např. svařovací techniky na bázi plynového plamene a pájecí techniky. Alternativně se mohou použít jiné techniky, jakými jsou např. elektrolytické pokovování, nanášení tenkého filmu a pokovováním srážením kovových par. Použitím těchto technik se překrývající vrstva 34 o různém provedení přiloží k některé z prvkových částí 32 přerušujících nízký proud nebo ke všem prvkovým částem 32 přerušujících nízký proud. Tak např., vjednom provedení je pouze středová část prvkové části 32 přerušující nízký proud pokryta překrývající vrstvou 34, zatímco v jiném provedení je překrývající vrstvou 34 pokryt celý povrch prvkové části 32 přerušující nízký proud. V dalším provedení je překrývající vrstva 34 přiložena pouze k jedné straně prvkové části 32 přerušující nízký proud, zatímco v jiném provedení zahrnují překrývající vrstvu 34 obě strany prvkové části 32 přerušující nízký proud.

Každá prvková část 32 přerušující nízký proud dále zahrnuje první zúženou nebo zeslabenou oblast 36, tj. oblast se zmenšeným průřezem, která je určena k roztavení, a tudíž k přerušení elektrického spojení uvnitř pojistky K). Kvůli skutečnosti, že první zeslabená oblast 36 má průřez menší než zbytek prvkové části 32 přerušující nízký proud, první zeslabená oblast 36 se za přítomnosti proudu protékajícího prvkovou částí 32 zahřeje na vyšší teplotu než zbytek prvkové části 32 a tudíž dosáhne bodu tavení prvkové části 32 dříve než zbytek prvkové části 32. Tudíž se předpokládá, že prvková část 32 přerušující nízký proud se přeruší v první zeslabené oblasti 36 dříve než ve zbytku prvkové části 32. Odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že první zeslabená oblast 36 se může vytvořit rovněž i odlišnými známými technikami, jakou je místo zúžených oblastí např. vytvoření otvorů v prvkové části 32.

Každá prvková část 32 přerušující nízký proud je dále zapouzdřena v pružné tepelně izolační objímce 38 o rozměrech nepatrně větších, než je šířka každé prvkové části 32. Izolační objímky 38 jsou vyrobeny z materiálů schopných odolat vysokým teplotám při provozu pojistky 10 a rovněž majících elektrický odpor dostatečný pro izolační účely. V příkladném provedení objímky 38 jsou vyrobeny ze silikonového kaučuku. V alternativních provedeních pro výrobu izolačních objímek 38 se místo silikonového kaučuku používají jiné známé materiály. V dalších provedeních v příslušných otevřených koncích izolačních objímek 38 přilehlých k prvnímu konektoru 28 a místu 26 stupňovitě zvětšeného průřezu jsou umístěny vložky (nejsou zobrazeny), např. ze silikonového tuku, k zamezení vniknutí oblouk-zhášejícího materiálu 18 dovnitř izolačních objímek 38 a k současnému umožnění vyvedení ionizovaného plynu z izolačních objímek 38 při působení pojistky J_0.

Je nutné si uvědomit, že na rozdíl od konvenčních celorozsahových pojistek, první zeslabená oblast 36 každé prvkové části 32 přerušující nízký proud je bližší k místu 26 stupňovitě zvětšeného průřezu izolační kostry j4 nebo ke středu pojistky 10. Jinými slovy, v jednom provedení se první zeslabené oblasti 36 prvkové části 32 přerušující nízký proud nacházejí pokud možno co nejdál od prvního konektoru 18 a koncové patice 16 a současně tak daleko jak je to praktické, avšak tak daleko, aby se zeslabené oblasti nacházely uvnitř příslušných izolačních objímek 38.

CZ 305440 Β6 generuje přes první přerušení zeslabené oblasti 36 uvnitř objímek 38. Výsledný silný proud ionizovaného plynu se odvede z izolační objímky 38 převážně koncem objímky 38, který je odlehlý od prvního konektoru 28 a přilehlý ke středu pojistky 10, tj. který je bližší k místu 26 stupňovitě zvětšeného průřezu v zobrazeném provedení. Tudíž pouze malá část ionizovaného plynu se z izolačních objímek 38 odvede konci přilehlými k prvnímu konektoru 28 a nadměrný tlak ionizovaného plynu se rozptýlí v oblouk-zhášejícím materiálu J_8, obklopujícím sestavu M pojistkových prvků, v oblasti odlehlé od prvního konektoru 28 a koncové patice 16, nebo přilehlé k místu 26 stupňovitě zvětšeného průřezu v zobrazeném provedení. Pouze malé částí hodnot tlaků ionizovaného plynu se vedou podélně izolační objímkou 38 a vyvedou přes konce izolačních objímek 38 přilehlých k prvnímu konektoru 28 a ke koncové patici. Tudíž na rozdíl od známých celorozsahových pojistek, zvýšená energie silných proudů ionizovaného plynu vyvedených prvkových částí 32 přerušujících nízký proud, působících při vyšších proudech, tj. proudech až 100A, a při vyšších napětí, tj. napětích od 12 kV až 38 kV, může být bezpečně a účinně rozptýlena, aniž by došlo k přetržení izolačního pojistkového těla 12 v blízkosti koncové patice 16 přilehlé k prvnímu konektoru 28 a k poškození nebo odstranění koncové patice 16.

Předpokládá se, že žádoucích účinků vynálezu může být dosaženo v alternativních provedeních umístěním první zeslabené části 36 každé prvkové části 32 přerušující nízký proud do rozsahu poloh od středové oblasti příslušné prvkové části 32 přerušující nízký proud k jejímu konci přivrácenému ke středu pojistky 10. To konkrétně znamená, že některé nebo všechny výše uvedené výhody vyplývají z prvkové části 32, která má první zeslabenou oblast 36 umístěnou ve vzdálenosti od konce objímky odvráceného od prvního konektoru 28, tj. od konce izolační objímky 38 nalézající se nejblíže ke středu pojistky jO, která tvoří až asi 25 % celkové délky izolační objímky 38.

V zobrazeném provedení izolační objímky 38 překrývá zesilující médium 40 k zamezení poškozeni izolačních objímek 38 tlakem ionizovaného plynu generovaného v izolačních objímkách 38, když pojistka W působí. V jednom provedení zesilující médium je tvořeno páskem se skleněnými vlákny, ačkoliv v alternativních provedeních se použijí jiná zesilující média známá ze stavu techniky k dosažení stejných účinků. Avšak je nutné si uvědomit, že umístění zeslabujících oblastí 36 každé prvkové části 32 přerušující nízký proud dále od prvního konektoru 38 a blíže ke středu pojistky 10 může vyloučit potřebu zesilujícího média 40 pro jisté jmenovité hodnoty pojistky účinnějším rozptýlením tlaku ionizovaného plynu, generovaného v izolačních objímkách 38, v oblasti odlehlé od prvního konektoru 28 a koncové patice 16, tj. v oblasti, ve které pojistka 10 má menší sklon k poškození. V důsledku takového opatření se zjednoduší výroba pojistky 10 a sníží výrobní náklady.

Pojistka 10 dále zahrnuje množinu prvkových částí 44 omezujících vysoký proud, které jsou navinuty kolem druhé kostrové části 24 a elektricky spojeny s druhým konektorem 30 uspořádaným na konci izolační kostry 20 protilehlém k prvnímu konektoru 28. Každá prvková část 44 omezující vysoký proud je vyrobena z materiálu s relativně vysokým bodem tavení, jakým je např. stříbro nebo měď, a šroubovicové probíhají od druhého konektoru 30 směrem k místu 26 stupňového zvětšení průřezu izolační kostry 20. Každá prvková část 44 omezující vysoký proud je paralelně spojena s druhým konektorem 30 a zahrnuje množinu druhých zúžených nebo zeslabených částí 46 nebo oblastí se zmenšeným průřezem, které se nalézají v odstupech mezi druhým konektorem 30 a prvkovými částmi 32 přerušujícími nízký proud. Pro odborníka v daném oboru je zřejmé, že druhé zeslabené části mohou být alternativně vytvořeny jinými známými technikami, jako je např. vytvoření otvorů v prvkové části 44 namísto zúžených oblastí.

Každá prvková část 44 omezující vysoký proud je spojena zde nezobrazeným spojovacím členem s příslušnou prvkovou částí 32 přerušující nízký proud pro vytvoření množiny spojitě probíhajících pojistkových prvků, které jsou částečně tvořeny prvkovými částmi 44 omezujícími vysoký proud a částečně prvkovými částmi 32 přerušujícími nízký proud. Spojitě probíhající pojistkové prvky jsou šroubovicově navinuty kolem izolační kostry 20 a jsou paralelně spojeny jeden s druhým mezi prvním konektorem 28 a druhým konektorem 30.

V alternativním provedení prvkové části 32 přerušující nízký proud a prvkové části 44 omezující vysoký proud jsou připojeny k mezilehlému konektorovému prvku (není zobrazen) uspořádanému mezi prvkovými částmi 32 přerušujícími nízký proud a prvkovými částmi 24 omezujícími vysoký proud v blízkosti místa 26 stupňovitě zvětšeného průřezu izolační kostry 20. Ke změně jmenovitého napětí a jmenovitého proudu pojistky JO se může použít množina prvkových částí 32 přerušující nízký proud rozdílná od počtu prvkových částí 44 omezujících vysoký proud. Pro odborníka v daném oboru je zřejmé, že jmenovité napětí a jmenovitý proud pojistky JO může být nastaven změnou rozměrů prvkových částí 32 přerušujících nízký proud a prvkových částí 44 omezujících vysoký proud.

Pojistka JO pracuje následujícím způsobem. Při přítomnosti nízkých nadproudů, jakým je např. proud nižší než šestinásobek jmenovitého proudu sestavy J4 pojistkových prvků, pojistkové prvky 44 omezující vysoký proud se chladí oblouk-zhášejícím materiálem J8 a pojistkové prvky 32 přerušující nízký proud se přeruší v překrývajících vrstvách 34 uvnitř izolačních objímek 38. Ionizovaný plyn o nízkém tlaku z rezultujiciho oblouku se vyvede z izolačních objímek 38 skrze oba konce těchto objímek, aniž by došlo k poškození izolačního pojistkového těla J2 nebo koncové patice J6 přilehlé k prvnímu konektoru 28.

V přítomností vyššího proudu těsně pod bodem, ve kterém prvkové části 44 omezující vysoký proud převezmou funkci poruchové přerušení, pojistkové prvkové části 32 přerušující nízký proud se přeruší v zeslabených oblastech 36 uvnitř izolačních objímek 38 v důsledku teplotního efektu od tepelně izolačních objímek 38 před tím, než překrývající vrstvy 34 získají dostatečně dlouhou dobu pro působení, a tím přeruší proud protékající skrze pojistkové prvkové části 32 přerušující nízký proud. Výsledný oblouk generovaný při přerušení zeslabených oblastí 36 se zhasne v izolačních objímkách 38 výše popsanými vypuzovacím procesy ionizovaného plynu v izolačních objímkách 38. Poněvadž se předpokládá, že se plyn bezpečně rozptýlí v obloukzhášejícím materiálu J8 v oblasti, přilehlé ke středu pojistky JO a odlehlé od prvního konektoru a koncové patice 16, zabrání se poškození pojistky v blízkosti prvního konektoru 28 v důsledku vysokého tlaku vypuzeného plynu. Při správném dimenzování zeslabených Částí se může zajistit, že k působení prvkových částí 32 přerušujících nízký proud dochází v zeslabených oblastech 36 před přerušením prvkových částí 32 v blízkosti překrývajících povrchů 38 při předem stanovených proudových hodnotách, které jsou blízké proudovým hodnotám dostatečným pro působení prvkových částí 44 omezujících vysoký proud.

Při dokonce vyšších hodnotách proudového přetížení dochází k přerušení prvkových částí 32 přerušujících nízký proud v prvních zeslabených oblastech 36 a přerušení prvkových částí 44 omezujících vysoký proud v druhých zeslabených oblastech 46 v podstatě současně. Následkem toho se energie oblouku rozptýlí v každém jediné první zeslabené oblasti 36 prvkových částí 32. Avšak při tak vysokém proudu uvnitř izolačních objímek 38 může být generován ještě silnější proud plynu. Vzhledem k této skutečnosti umístění prvních zeslabených oblastí 36 prvkových částí 32 blíže ke středu pojistky a v blízkosti místa 26 stupňovitě zvětšeného průřezu izolační kostry 20 nabývá mnohem větší důležitosti v odvedení poškozujícího silného proudu plynu pryč od prvního konektoru 28 při konci pojistky JO.

Tudíž je poskytnuta pojistka JO, která reguluje silné proudy ionizovaného vzduchu v izolačních objímkách 38 v celém rozsahu poruchových proudů, včetně takových proudových hodnot, při kterých proud-přerušující funkce se převede z prvkových částí 32 přerušujících nízký proud na pojistkové prvky 44 omezující vysoký proud. To znamená, že pojistka JO je schopná působit při vyšších jmenovitých proudech a jmenovitých napětích než známé celorozsahové pojistky. Kvůli zlepšené regulaci silných proudů ionizovaného plynu v izolačních objímkách 38 má pojistka JO a jmenovitý proud 100 A se může použít k ochraně transformátoru s výkonem 1000 kVA nebo vyšším. Rovněž se může vyrobit celorozsahová pojistka JO s jmenovitým napětím 38 kV.

Kromě toho, umístěním zeslabených míst 36 prvkových částí 32 při koncích izolačních objímek 38 odvrácených od prvního konektoru 28 a tudíž nasměrováním silných proudů ionizovaného plynu směrem ke středu pojistky JO spíše než ke koncům pojistky 10, pojistka JO je schopná dosáhnout vysokého jmenovitého napětí a jmenovitého proudu bez zvýšení rozměrů pojistkových komponent. Tudíž ve srovnání se známými celorozsahovými pojistkami je poskytnuta kvalitně pracující celorozsahová pojistka JO s kompaktní, prostor-šetřící konstrukcí.

Obr. 2 zobrazuje průřez druhým provedením celorozsahové pojistky 60, přičemž prvky této pojistky, které jsou stejné jako prvky zahrnuté v pojistce JO zobrazené na obr. 1, jsou označeny vztahovými značkami shodnými se vztahovými značkami označující příslušné prvky pojistky 10. Při porovnání pojistky JO a pojistky 60 je zřejmé, že pojistka 60 zahrnuje překrývající vrstvu 62 s nízkým bodem tavení, umístěnou blíže k zeslabené části 36 každého nízký proud-přerušujícího pojistkového prvku 32, na rozdíl od překrývající vrstvy 34 s nízkým bodem tavení (zobrazené na obr. 1), umístěné ve středové části každého prvkové části 32. Tudíž kromě výše uvedených výhodných znaků, když se pojistkový prvek 32 přerušující nízký proud přeruší v zeslabené části 36, ionizovaný plyn, generovaný při působení prvkové části 32 v překrývající vrstvě 34, se rovněž bezpečně rozptýlí do oblouk-zhášejícího materiálu skrze izolační objímky 38 směrem ke středu pojistky 60. Pojistka 60 jinak působí v podstatě stejně jako pojistka 10, přičemž výše popsané účinky pojistky JO jsou rovněž dosaženy pojistkou 60. Umístění překrývající vrstvy bud ve středu příslušné izolační objímky 38, jak je to zobrazeno na obr. 1, nebo v blízkosti zeslabující oblasti 36, jak je to zobrazeno na obr. 2, se řídí tepelnými parametry specifických materiálů pojistkových prvků.

Je nutné si uvědomit, že účinků vynálezu může být dosaženo při nižších jmenovitých hodnotách pojistky použitím jediného prvkové části 32 přerušujícího nízký proud a jediného pojistkového prvku 44 omezujícího vysoký proud. Kromě toho v alternativních provedeních prvkové části 32 přerušující nízký proud mohou používat více než jednu zeslabující část 36 uspořádanou blíže ke středu pojistky JO a dále od středu prvkové částí 32 přerušujícího nízký proud. Mimoto, v alternativních provedeních pojistky jsou elektricky spojeny s koncovými paticemi 16, aniž by byly šroubovicovitě navinuty kolem izolační kostry 20. Takové pojistky např. používají v podstatě pojistkové prvky probíhající lineárně mezi koncovými paticemi J6 a nepoužívají izolační kostru 20.

Odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že do rozsahu ochrany vynálezu vymezeného přiloženými nároky, spadají nejen výše popsaná specifická provedení, nýbrž i další jejich modifikace.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Sestava (14) pojistkových prvků pro celorozsahovou pojistku (10) zahrnující izolační kostru (20) opatřenou prvním koncem a druhým koncem, kde druhý konec je protilehlý k prvnímu konci;

první elektricky vodivý konektor (28) spojený s uvedeným prvním koncem izolační kostry (20); druhý elektricky vodivý konektor (30) spojený s uvedeným druhým koncem izolační kostry (20) a alespoň jeden pojistkový prvek probíhající mezi uvedeným prvním konektorem (28) a uvedeným druhým konektorem (30) kolem uvedené izolační kostry (20), přičemž tento alesDofi ieden pojistkový prvek zahrnuje prvkovou část (32) přerušující nízký proud, která vybíhá z uvedeného prvního konektoru (28), a prvkovou část (44) omezující vysoký proud, vybíhající z uvedeného druhého konektoru (30), přičemž prvková Část (32) přerušující nízký proud a prvková část (44) omezující vysoký proud jsou mezi prvním konektorem (28) a druhým konektorem (30) vzájemně spojeny;

vyznačující se tím, že prvkovou část (32) přerušující nízký proud obklopuje izolační objímka (38), která má první konec přilehlý k uvedenému prvnímu konektoru (28) a druhý konec přilehlý k prvkové části (44) omezující vysoký proud, přičemž prvková část (32) přerušující nízký proud zahrnuje první zúženou nebo zeslabenou oblast (36) uspořádanou u druhého konce izolační objímky (38).
2. Sestava pojistkových prvků podle nároku 1, vyznačená tím, že izolační kostra (20) zahrnuje první kostrovou část (22) mající první průřez a druhou kostrovou část (24) mající druhý průřez, přičemž druhý průřez je větší než první průřez.
3. Sestava pojistkových prvků podle nároku 2, vyznačená t í m, že mezi první kostrovou částí (22) a druhou kostrovou částí zahrnuje izolační kostra (20) dále místo (26) stupňovitě zvětšeného průřezu.
4. Sestava pojistkových prvků podle nároku 3, vyznačená tím, že alespoň jedna z prvkových částí (32,44) je uspořádána šroubovicové kolem izolační kostry (20).
5. Sestava pojistkových prvků podle nároku 1, vyznačená tím, že zahrnuje množinu prvkových částí (32, 44), přičemž prvkové části (32,44) z této množiny jsou zapojeny paralelně.
6. Sestava pojistkových prvků podle nároku 1, vyznačená tím, že prvková část (32) přerušující nízký proud dále zahrnuje překrývající vrstvu (34) s M-efektem.
7. Sestava pojistkových prvků podle nároku 6, vyznačená tím, že překrývající vrstva (34) s M-efektem je přilehlá k první zeslabené oblasti (36) každé prvkové části (32) přerušující nízký proud.
8. Sestava pojistkových prvků pro celorozsahovou pojistku zahrnující izolační kostru (20) s prvním koncem a druhým koncem, kde druhý konec je protilehlý k prvnímu konci;

první elektricky vodivý konektor (28) spojený s uvedeným prvním koncem izolační kostry (20); druhý elektricky vodivý konektor (30) spojený s uvedeným druhým koncem izolační kostry (20), vyznačující se tím, že dále zahrnuje množinu prvkových částí (32) přerušujících nízký proud vybíhající z prvního konektoru (28) směrem k druhému konektoru (30), přičemž každá prvková část (32) přerušující nízký proud z této množiny zahrnuje první zúženou nebo zeslabenou oblast (36), a množinu prvkových částí (44) omezujících vysoký proud vybíhající z druhého konektoru (30) směrem k prvnímu konektoru (28), přičemž každá prvková část (44) omezující vysoký proud z této množiny zahrnuje množinu druhých zeslabených oblastí (46), přičemž tyto prvkové části (32) přerušující nízký proud i prvkové části (44) omezující vysoký proud jsou vzájemně spojeny uprostřed mezi prvním konektorem (28) a druhým konektorem (30); a množinu izolačních objímek (38), z nichž každá obklopuje jednu z uvedených prvkových Částí (32) přerušujících nízký proud a má první konec přiléhající k prvnímu konektoru (28) a druhý konec protilehlý k tomuto prvnímu konci, přičemž druhý konec každé izolační objímky (38) se nachází blíže k příslušné první zúžené nebo zeslabené oblasti (36) příslušné prvkové části (32) přerušující nízký proud.

CZ 305440 Β6
9. Sestava pojistkových prvků podle nároku 8, vyznačená tím, že každá z prvkových částí (32) přerušujících nízký proud je zapojena paralelně.
10. Sestava pojistkových prvků podle nároku 9, vyznačená tím, že každá z prvkových částí (32) přerušujících nízký proud probíhá šroubovicové kolem izolační kostry (20).
11. Sestava pojistkových prvků podle nároku 8, vyznačená tím, že izolační kostra (20) zahrnuje první kostrovou část (22), druhou kostrovou část (24) a místo (26) stupňovitě zvětšeného průřezu, které je uspořádáno mezi první kostrovou částí (22) a druhou kostrovou částí (24), přičemž druhý konec izolační objímky (38) je uspořádán u místa (26) stupňovitě zvětšeného průřezu.
12. Sestava pojistkových prvků podle nároku 8, vyznačená tím, že každá z prvkových částí (32) přerušujících nízký proud zahrnuje překrývající vrstvu (34) s M-efektem.
13. Sestava pojistkových prvků podle nároku 12, vyznačená tím, že překrývající vrstva (34) s M-efektem je uspořádána u první zúžené nebo zeslabené oblasti (36) každé prvkové části (32) přerušující nízký proud.
14. Celorozsahová pojistka zahrnující tělo (12) s prvním koncem a druhým koncem, kde druhý konec je protilehlý k prvnímu konci; první koncovou patici (16) spojenou s uvedeným prvním koncem těla (12); druhou koncovou patici (16) spojenou s uvedeným druhým koncem těla (12) a sestavu pojistkových prvků probíhajících mezi první a druhou koncovou patici (16), vyznačující se tím, že sestava pojistkových prvků obsahuje izolační kostru (20) s prvním koncem a druhým koncem, množinu prvkových částí (32) přerušujících nízký proud vybíhajících z prvního konce izolační kostry (20) směrem ke druhému konci izolační kostry (20) a množinu prvkových částí (44) omezujících vysoký proud vybíhajících z prvkových částí (32) přerušujících nízký proud k druhému konci izolační kostry (20), přičemž každá z prvkových částí (32) přerušujících nízký proud zahrnuje první zúženou nebo zeslabenou oblast (36), kteráje uspořádána u prvkových částí (44) omezujících vysoký proud.
15. Pojistka podle nároku 14, vyznačená tím, že sestava pojistkových prvků dále zahrnuje množinu izolačních objímek (38), z nichž každá obklopuje jednu z množiny prvkových částí (32) přerušujících nízký proud, každá z množiny izolačních objímek (38) má svůj první konec a svůj druhý konec, který je protilehlý k prvnímu konci, přičemž jeden z těchto konců se nachází blíže k první zúžené nebo zeslabené oblasti (36) příslušné prvkové části (32) přerušující nízký proud.
16. Pojistka podle nároku 15, vyznačená tím, že uvedená izolační kostra zahrnuje první kostrovou část (22), druhou kostrovou část (24) a místo (26) stupňovitě zvětšeného průřezu, které je uspořádáno mezi první kostrovou částí (22) a druhou kostrovou částí (24), přičemž první zúžená nebo zeslabená oblast (36) každé prvkové části (32) přerušující nízký proud je uspořádána u místa (26) stupňovitě zvětšeného průřezu.
17. Pojistka podle nároku 14, vyznačená tím, že prvkové části (32) přerušující nízký proud jsou navinuty kolem izolační kostry (20).
18. Pojistka podle nároku 14, vyznačená tím, že prvkové části (32) přerušující nízký proud jsou zapojeny paralelně.
19. Pojistka podle nároku 14, vyznačená tím, že dále zahrnuje oblouk-zhášející médium obklopující sestavu prvkových částí (32, 44) uvnitř těla (12).
20. Celorozsahová pojistka zahrnující tělo (12) s prvním koncem a druhým koncem, kde druhý konec je protilehlý k prvnímu konci; první koncovou patici (16) spojenou s prvním koncem těla; druhou koncovou patici (16) spojenou s druhým koncem těla (12); množinu prvkových částí (32) přerušujících nízký proud spojených s jednou z koncových patic (16) a vybíhajících směrem k druhé z nich, přičemž prvkové části (32) přerušující nízký proud jsou zapojeny paralelně jedna k druhé, přičemž každá z prvkových částí (32) přerušujících nízký proud zahrnuje zúženou nebo zeslabenou oblast (36); množinu izolačních objímek (38), z nichž každá obsahuje jednu prvkovou část (32) přerušující nízký proud a má první konec a druhý konec, přičemž zúžená nebo zeslabená oblast (36) každé prvkové části (32) přerušující nízký proud je uspořádána u jednoho z konců izolační objímky (38) pro rozptýlení ionizovaného plynu pryč od uvedených koncových patic (16).