RU2112298C1

RU2112298C1 - Changeable component

Info

Publication number: RU2112298C1
Application number: RU96112359A
Authority: RU
Inventors: И.У. Никоненко; Б.Н. Каракаев; Э.Н. Якунин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Великолукский завод высоковольтной аппаратуры"
Priority date: 1996-06-17
Filing date: 1996-06-17
Publication date: 1998-05-27

Abstract

FIELD: high-voltage expulsion fuses. SUBSTANCE: changeable component has top and bottom contact holders 2 and 3, respectively, accommodating fusible and tensioning members 4 and 5, respectively. For fuse using disconnecting spring where changeable component should be rated at low currents including below 1A, tensioning member is built up of series-connected conducting section 7 and insulating section and fusible member 5 is parallel to tensioning member, its length being greater than that of the latter. EFFECT: enlarged functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к выходным предохранителям высокого напряжения, предназначенным для защиты силового оборудования электрических сетей от аварийных и перегрузочных токов. The invention relates to electrical engineering, in particular to high-voltage output fuses designed to protect power equipment of electrical networks from emergency and overload currents.

Выходной предохранитель обычно состоит из опорной изоляции, верхней и нижней контактных систем и патрона. В патроне располагается отключающая пружина и так называемый заменяемый элемент (Fuse Links), обычно состоящий из контактных держателей, между которыми при помощи пайки и запрессовки закрепляются натяжной и плавкий элементы, и гибкого проводника, закрепляемого в нижнем контактном держателе патрона. The output fuse usually consists of supporting insulation, upper and lower contact systems and a cartridge. The cartridge contains a breaking spring and a so-called replaceable element (Fuse Links), usually consisting of contact holders, between which tension and fusible elements are fixed by soldering and pressing in, and a flexible conductor fixed in the lower contact holder of the cartridge.

Основной характеристикой заменяемого элемента является зависимость времени плавления от величины тока (времятоковая характеристика). Стабильность времятоковой характеристики (ВТХ) определяется прежде всего целостностью плавкого элемента, постоянством величины переходного сопротивления в местах пайки (запрессовки) и неизменностью поперечного сечения плавкого элемента. Для обеспечения этого и служит натяжной элемент, выполняемый обычно из прочного и высокорезистивного материала, например из нихрома. Это достигается тем, что натяжной элемент имеет меньшую длину, чем плавкий, и поэтому сила отключающей пружины патрона приложена к натяжному элементу, и тем самым исключается механическое повреждение плавкого элемента. The main characteristic of the replaced element is the dependence of the melting time on the current value (time-current characteristic). The stability of the time-current characteristic (VTX) is determined primarily by the integrity of the fusible element, the constancy of the transient resistance in the soldering (press-fit) and the invariability of the cross section of the fusible element. To ensure this, a tensioning element is used, usually made of a durable and highly resistive material, for example, nichrome. This is achieved by the fact that the tension element has a shorter length than the fusible element, and therefore, the force of the opening spring of the cartridge is applied to the tension element, thereby eliminating mechanical damage to the fusible element.

Натяжной элемент должен быть определенного сечения, чтобы гарантированно в течении срока эксплуатации выдерживать усилие отключающей пружины, величина которого бывает значительной и может достигать 100 - 200 Н. Т.к. для расплавления натяжного элемента требуется определенная величина тока, что его сечение является препятствием на пути получения предохранителей на малые номинальные токи (меньше 1 - 5 А), которые используются для защиты, например, маломощных высоковольтных трансформаторов напряжения. The tension element must be of a certain section in order to withstand the force of the breaking spring, which can be significant and can reach 100 - 200 N. during the service life. To melt the tension element, a certain amount of current is required, so that its cross section is an obstacle to obtaining fuses for low rated currents (less than 1 - 5 A), which are used to protect, for example, low-power high-voltage voltage transformers.

Для уменьшения усилия, прикладываемого к натяжному элементу, обычно используются редуцирующие устройства. Известно устройство [1], состоящее из трех рычагов и токочувствительного элемента. Reducing devices are commonly used to reduce the force exerted on the tensioner. A device [1] is known, consisting of three levers and a current-sensitive element.

Механизм ослабления натяжения натяжного элемента работает следующим образом. Когда плавкий элемент 160 плавится, зацепляющий элемент 326 освобождается для вращения по направлению часовой стрелки вокруг оси 336, при этом рычажный элемент 324, обычно удерживающийся элементом 326, получает возможность вращения против часовой стрелки вокруг оси 334. Защелкивающий элемент 322 освобождается при движении рычага 324 и вращается по часовой стрелке вокруг оси 332, тем самым размыкая вставку 302 и проводящий стрежень 83. Данный механизм 300 ослабляет приблизительно в 50 раз усилие, прикладываемое к токочувствительному элементу 160, по сравнению с усилием пружины 76, под натяжением которой находится проводящий стержень 83, и применяющийся для заменяемых элементов с номинальным током от 1 до 7А. Это устройство довольно сложное по конструкции и имеет значительные габариты, что исключает его применение в малогабаритных патронах. Кроме того, ВТХ зависит от времени срабатывания механизма, что снижает быстродействие работы всего предохранителя. The mechanism of weakening the tension of the tension element operates as follows. When the fusible member 160 melts, the engaging member 326 is released to rotate in a clockwise direction about the axis 336, while the lever member 324, typically held by the member 326, is able to rotate counterclockwise around the axis 334. The latch member 322 is released when the lever 324 is moved and rotates clockwise around the axis 332, thereby opening the insert 302 and the conductive rod 83. This mechanism 300 attenuates approximately 50 times the force exerted on the current-sensing element 160, compared th with spring force 76, under a tension which is a conductive rod 83 and is used for replacement of elements with a rated current of 1 to 7A. This device is quite complex in design and has significant dimensions, which excludes its use in small cartridges. In addition, VTX depends on the response time of the mechanism, which reduces the performance of the entire fuse.

Известен предохранитель [2], содержащий патрон, выполненный из твердого газогенерирующего изоляционного материала, подпружиненные контактные держатели, высокоомную державку (натяжной элемент), выполненную из изоляционного материала в виде цилиндра, рассеченного по продольной оси на две независимые части, одна из указанных частей с внутренней стороны снабжена выступом, имеющим форму равнобедренного треугольника, а другая часть имеет соответствующую впадину, причем каждая из указанных частей закреплена в контактных держателях, а плавкий элемент выполнен в виде спирали и намотан на натяжной элемент таким образом, что указанные рассеченные части плотно прилегают друг к другу. Known fuse [2], containing a cartridge made of solid gas-generating insulating material, spring-loaded contact holders, a high-resistance holder (tension element) made of insulating material in the form of a cylinder, cut along the longitudinal axis into two independent parts, one of these parts with an inner the side is provided with a protrusion having the shape of an isosceles triangle, and the other part has a corresponding cavity, each of these parts is fixed in contact holders, and the melting The th element is made in the form of a spiral and wound on a tension element so that these dissected parts fit snugly against each other.

Эта конструкция заменяемого элемента позволяет снизить усилие, прикладываемое к плавкому элементу за счет дробления усилия по виткам. Чем больше витков, тем меньше усилие прикладывается к плавкому элементу. This design of the replaceable element allows to reduce the force exerted on the fusible element due to crushing of the force along the turns. The more turns, the less force is applied to the fusible element.

Т.к. к плавкому элементу прикладывается усилие, даже если и незначительное, то существует ограничение по величине поперечного сечения, а значит, и по величине номинального тока. Because A force is applied to the fusible element, even if insignificant, then there is a restriction on the size of the cross section, and therefore on the value of the rated current.

Известно, что ВТХ в перегрузочном режиме (время плавления более 1с) определяется длиной плавкого элемента, поэтому варьирование количеством витков вряд ли возможно при заданной ВТХ. Другими словами говоря, известное решение имеет ограничение по снижению номинального тока и получению требуемой ВТХ. It is known that VTX in the overload mode (melting time more than 1 s) is determined by the length of the fusible element, therefore, varying the number of turns is hardly possible at a given VTX. In other words, the known solution has the limitation of reducing the rated current and obtaining the desired VTX.

Задачей настоящего изобретения является создание заменяемого элемента, имеющего широкий диапазон номинальных токов, включая и токи меньше 1А, и широкий спектр ВТХ, причем получение указанных характеристик заменяемых элементов не связано с их взаимной зависимостью. The present invention is the creation of a replaceable element having a wide range of rated currents, including currents less than 1A, and a wide range of VTX, and the receipt of these characteristics of the replaced elements is not associated with their mutual dependence.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном заменяемом элементе, содержащем плавкий и натяжной элементы, закрепленные в контактных держателях, причем натяжной элемент имеет изоляционную часть, указанный натяжной элемент снабжен токопроводящей частью, при этом изоляционная и токопроводящая части соединены между собой последовательно, плавкий элемент расположен параллельно натяжному элементу и выполнен большей длины, чем натяжной элемент. The solution to this problem is achieved by the fact that in the known replaceable element containing fusible and tensioning elements fixed in contact holders, the tensioning element having an insulating part, said tensioning element is provided with a conductive part, while the insulating and conductive parts are connected in series, a fusible element located parallel to the tension element and is made longer than the tension element.

Выполнение натяжного элемента из двух частей - токопроводящей и изоляционной исключает его плавление (ток не проходит) и поэтому независимо от величины номинального тока поперечное сечение токопроводящей части можно применять любой величины, требуемой для удержания отключающей пружины во взведенном положении. Что же касается получения разрыва между контактными держателями после расплавления плавкого элемента, то он образуется за счет расплавления (пережигания) токопроводящей части электрической дугой, возникающей вследствие разрыва цепи, благодаря наличию изоляционной части. Так как дуга (плазма) обладает сравнительно высокой температурой, то даже энергии перегрузочного тока становится достаточно для расплавления на малом участке, например, провода, из которого может быть выполнена токопроводящая часть, что влечет за собой расхождение контактных держателей под действием усилия отключающей пружины. The implementation of the tensioning element in two parts - conductive and insulating eliminates its melting (current does not pass) and therefore, regardless of the value of the rated current, the cross section of the conductive part can be applied to any value required to hold the breaking spring in the cocked position. As for the gap between the contact holders after the fusion element is melted, it is formed due to the melting (burning out) of the conductive part by an electric arc arising from a circuit break due to the presence of the insulating part. Since the arc (plasma) has a relatively high temperature, even the energy of the overload current becomes enough to melt in a small area, for example, a wire from which the conductive part can be made, which entails the divergence of the contact holders under the action of the breaking spring.

Аналогичный процесс происходит при электродуговой сварке, где определенной величиной тока можно пережечь толстый металлический стержень, в то же время при пропускании этого тока по этому стержню расплавления не происходит. A similar process occurs in electric arc welding, where a certain amount of current can burn a thick metal rod, while at the same time passing this current through this rod does not melt.

Для токопроводящей части целесообразно использовать провод с высоким пределом прочности на разрыв, что позволяет применить провод с минимальным поперечным сечением и тем самым получить надежное его пережигание электрической дугой. For the conductive part, it is advisable to use a wire with a high tensile strength, which makes it possible to use a wire with a minimum cross section and thereby obtain reliable burning by an electric arc.

Длина изоляционной части зависит от номинального напряжения предохранителя и длины плавкого элемента. К примеру, если исходить из номинального напряжения 10 кВ и выше, то для надежного электрического пробоя достаточно иметь изоляционную часть длиной не более 5 мм. Незначительная величина изоляционной части по сравнению с длиной плавкого элемента исключает перенапряжение в момент возникновения дуги, что является положительной стороной при использовании в сети с пониженным уровнем изоляции. Для изоляционной части целесообразно использовать керамику, т.е. она обладает высокой прочностью и термостойкостью. The length of the insulating part depends on the rated voltage of the fuse and the length of the fuse element. For example, if we start from a rated voltage of 10 kV and higher, then for reliable electrical breakdown it is enough to have an insulating part no more than 5 mm long. The insignificant value of the insulating part compared with the length of the fusible element eliminates overvoltage at the time of arc occurrence, which is a positive side when used in a network with a low insulation level. For the insulating part, it is advisable to use ceramics, i.e. It has high strength and heat resistance.

Очевидно, что конструктивно изоляционную часть натяжного элемента целесообразно выполнить в средней его части, выполнив соединение при помощи, например, двух петель, противоположные концы которых будут закреплены вместе с концами плавкого элемента в контактных держателях. В этом случае напряженность электрического поля между петлями возрастает за счет его неравномерности (провод петли тонкий), что способствует более низкой величине напряжения пробоя и возникновениям электрической дуги. Конечно, не исключается и случай конструктивного исполнения, когда изоляционная часть будет закреплена в одном из контактных держателей, а соединение будет выполнено при помощи одной петли. Последнее исполнение предпочтительно для соединения предохранителя, обладающего определенной безопасностью при срабатывании. Дело в том, что срабатывание предохранителя сопровождается выхлопом ионизированных высокотемпературных продуктов горения дуги, а вместе с ними будет вылетать несгораемая керамическая часть, что при определенном расположении патрона предохранителя в пространстве может оказаться небезопасно. При закреплении изоляционной части, например, на верхнем неподвижном контактном держателе этого происходить не будет. Obviously, it is advisable to constructively insulate the tension element in the middle part by making a connection using, for example, two loops, the opposite ends of which will be fixed together with the ends of the fusible element in the contact holders. In this case, the electric field between the loops increases due to its non-uniformity (the loop wire is thin), which contributes to a lower breakdown voltage and the occurrence of an electric arc. Of course, the case of the design is not excluded, when the insulating part will be fixed in one of the contact holders, and the connection will be made using one loop. The latter version is preferable for connecting a fuse having a certain safety during operation. The fact is that the fuse is triggered by the exhaust of ionized high-temperature products of arc burning, and with them the non-combustible ceramic part will fly out, which may be unsafe with a certain location of the fuse holder in space. When fixing the insulating part, for example, on the upper fixed contact holder, this will not happen.

Указанного преимущества можно добиться путем выполнения верхнего отрезка токопроводящей части из толстой проволоки, которая не будет пережигаться электрической дугой. This advantage can be achieved by performing the upper section of the conductive part of a thick wire, which will not be burned by an electric arc.

Разделение функций натяжного и плавкого элементов за счет различной их длины и параллельного расположения позволяет полностью исключить механическую нагрузку на плавкий элемент и тем самым получить любой малый номинальный ток за счет малой величины поперечного сечения. При этом плавкий элемент можно выполнять любой требуемой для ВТХ длины, соответственно изменяя лишь длину токопроводящей части натяжного элемента. Разницы в длине натяжного и плавкого элементов может быть любая, но не меньше 1 - 2 мм. Достаточной разницей будет то положение, когда плавкий элемент при действии усилия отключающей пружины будет находиться в свободном состоянии, т.е. без натяжения. The separation of the functions of the tension and fusible elements due to their different lengths and parallel arrangement allows to completely eliminate the mechanical load on the fusible element and thereby to obtain any small rated current due to the small cross-sectional value. In this case, the fusible element can be any length required for VTX, respectively changing only the length of the conductive part of the tension element. Differences in the length of the tension and fusible elements can be any, but not less than 1 - 2 mm. A sufficient difference will be the situation when the fusible element under the action of the force of the breaking spring will be in a free state, i.e. without tension.

На чертеже изображен один из примеров выполнения заменяемого элемента с частичным разрезом. Заменяемый элемент содержит контактную головку 1, верхний 2 и нижний 3 контактные держатели, в отверстиях которых запрессованы натяжной 4 и плавкий 5 элементы, гибкий проводник 6, запрессованный в нижнем контактном держателе 3. The drawing shows one example of a replaceable element with a partial section. The replaceable element comprises a contact head 1, upper 2 and lower 3 contact holders, in the openings of which are tensioned 4 and fusible 5 elements, a flexible conductor 6, pressed into the lower contact holder 3.

Натяжной элемент 4 состоит из двух отрезков провода 7, составляющих вместе токопроводящую часть, и изоляционной части 8. Изоляционная часть 8 выполнена в виде пластинки, имеющей по краям отверстия 9, через которые проходят петли 10 отрезков провода 7. The tensioning element 4 consists of two pieces of wire 7, which together make up the conductive part, and the insulating part 8. The insulating part 8 is made in the form of a plate having holes at the edges 9 through which loops 10 of the wire pieces 7 pass.

При протекании тока короткого замыкания или тока перегрузки плавкий элемент 5 плавится, после чего между верхней и нижней петлями 10 натяжного элемента возникает электрическая дуга 11. Дуга 11 пережигает тело провода и тем самым позволяет контактному держателю 3 двигаться под действием силы F отключающей пружины (не показана), чем обеспечивается удлинение дуги и ее гашение в дугогасительном канале патрона (не показан). When a short circuit current or overload current flows, the fusible element 5 melts, after which an electric arc 11 arises between the upper and lower loops 10 of the tension element 11. The arc 11 burns the body of the wire and thereby allows the contact holder 3 to move under the action of the force F of the disconnecting spring (not shown ), which ensures the extension of the arc and its extinction in the arcing channel of the cartridge (not shown).

Предлагаемое решение было опробовано на заменяемом элементе, в котором токопроводящая часть 7 была выполнена из нихромовой проволоки диаметром 0,4 мм, а изоляционная часть 8 - из керамики. Расстояние между петлями 10 (длина изоляционной части) было 4 мм. При напряжении 10 кВ, токе 0,3 А и силе F, равной 2 кг, было зафиксировано надежное пережигание петель 10. The proposed solution was tested on a replaceable element in which the conductive part 7 was made of nichrome wire with a diameter of 0.4 mm, and the insulating part 8 was made of ceramic. The distance between the loops 10 (length of the insulating part) was 4 mm. At a voltage of 10 kV, a current of 0.3 A and a force F of 2 kg, a reliable burning of loops 10 was recorded.

Предлагаемое решение применимо практически для любого малого номинального тока, может быть использовано в предохранителях различной конструкции, в том числе и малогабаритных, обладает простой нетрудоемкой конструкцией, что обеспечит широкое использование его при производстве высоковольтных предохранителей на малые номинальные токи. The proposed solution is applicable for almost any small rated current, can be used in fuses of various designs, including small ones, it has a simple, non-laborious design, which will ensure its widespread use in the production of high voltage fuses for low rated currents.

Claims

A replaceable element containing fusible and tension elements fixed in contact holders, the tension element having an insulating part, characterized in that the tension element is provided with a conductive part, while the insulating and conductive parts are connected in series, the fuse element is parallel to the tension element and made longer than the tension element.