SI24871A

SI24871A - Električna varovalka

Info

Publication number: SI24871A
Application number: SI201400387A
Authority: SI
Inventors: Brane Lebar; Darko Kos
Original assignee: Razvojni Center Enem Novi Materiali D.O.O.
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2016-04-29
Also published as: PT3210231T; WO2016064352A1; PL3210231T3; EP3210231B1; EP3210231A1; SI24871B; ES2819289T3

Abstract

Pri električni varovalki, ki je še zlasti predvidena za zaščito enosmernih (DC) električnih tokokrogov, je vsaj v vsakem izmed končnih območij (31, 32) talilnega elementa (3) v notranjosti okrova (1), namreč med vsakokrat pripadajočim nožastim kontaktom (210, 220) in vsakokrat slednjemu najbližjo oslabitvijo (30, 30', 30"), na vsaki izmed vsaksebi obrnjenih dominantnih površin (33, 34) talilnega elementa (3) nanešena vsaj po ena prepreka (51, 51', 51"; 52, 52', 52") za preprečevanje napredovanja električnega obloka, ki je usmerjena v prečni smeri talilnega elementa (3) vzdolž vsake izmed omenjenih dominantnih površin (33, 34) in poteka po celotni širini traku talilnega elementa (3), sestoji pa iz gibkega in vsaj kratkotrajno temperaturno obstojnega gradiva.

Description

Električna varovalka

Izum se nanaša na električno varovalko z nožastima kontaktoma. Izumi te vrste spadajo na področje elektrotehnike, namreč k osnovnim električnim komponentam, in sicer k varovalkam, pri katerih tok teče skozi del taljivega materiala, ki se pri tokovni preobremenitvi prekine oz. premesti, namreč k varovalkam z nožastima kontaktoma, obenem pa se nanaša tudi na samo zasnovo talilnega elementa.

Pri tem je izum osnovan na problemu, kako električno varovalko z nožastima kontaktoma učinkovito zaščititi proti formiranju obloka v območju med omenjenima kontaktoma, ne da bi bilo v ta namen potrebno povečati dolžino talilnega elementa in okrova varovalke.

Električna varovalka z nožastima kontaktoma je med drugim opisana v EP 1 403 894 Al in v DE 197 23 540 Al. V obeh primerih gre za varovalko, ki sestoji iz cevasto zasnovanega okrova iz električno neprevodnega materiala, še zlasti iz keramike, ki je na obeh koncih zaprto s togima pokrovoma. V izmed omenjenih pokrovov obsega po en takoimenovan nožast kontakt iz električno prevodnega materiala, ki je vstavljiv v primemo viličasto zasnovano ležišče iz električno prevodnega materiala, s katerim je opremljen vsakokrat razpoložljiv električni tokokrog, za katerega zaščito proti električnim preobremenitvam je varovalka predvidena. Med omenjenima vsaksebi štrlečima nožastima kontaktoma je v notranjosti omenjenega okrova vgrajen talilni element, ki je električno povezan z vsakim izmed omenjenih kontaktov in obdan s sipkim negorljivim sredstvom, v praksi običajno kar s kremenčevim peskom. Talilni element je zasnovan kot razmeroma tanek trak iz električno prevodnega kovinskega materiala vnaprej določene električne upornosti, ki je razen tega opremljen z med seboj enakomerno po njegovi dolžini razporejenimi skoznjimi odprtinami, s pomočjo katerih so na omenjenem traku oblikovane oslabitve zaradi formiranja vnaprej znanega prečnega prereza talilnega elementa, ki skupaj z omenjenim materialom vnaprej določene električne upornosti definira nazivno moč varovalke oz. pogoje, pri katerih v primeru preobremenitve električnega tokokroga pride do pregrevanja in taljenja materiala talilnega elementa ter s tem do prekinitve slednjega in posledično tudi električnega tokokroga. Varovalke po stanju tehnike običajno obsegajo tudi indikator, s pomočjo katerega je možno tudi od zunaj vizualno ugotoviti, da je talilni element prekinjen.

Varovalka prej opisane vrste v praksi zelo dobro služi svojemu namenu pri zaščiti izmeničnih električnih tokokrogov. V primeru uporabe pri električnih tokokrogih z enosmerno napetostjo pa velik problem predstavlja formiranje obloka, ki je v notranjosti okrova varovalke prisoten navkljub prekinitvi talilnega elementa. Tovrstni električni tokokrogi so med drugim znani na področju fotovoltaike in so v sodobni elektrotehniki zelo pogosti. Kadar se namreč električni oblok prebije izven okrova, še zlasti v območju stika med keramičnim okrovom in eno izmed togih plošč z nožastima kontaktoma, vselej obstoji velika nevarnost, da bi varovalka zanetila požar. V primerih, kadar gre za večje nazivne vrednosti enosmerne napetosti, je zatorej potrebno izbrati varovalko z večjo dolžino talilnega elementa in okrova, kar pa ni le dražje, temveč pogosto vodi do problemov v zvezi z možnostjo vgradnje varovalk na obstoječe in tipizirane lokacije, ki so v stroki v ta namen predvidene.

Izum se nanaša na električno varovalko, ki v splošnem sestoji iz cevasto zasnovanega okrova iz električno izolativnega materiala, ki je na konceh zaprt s togima pokrovoma, od katerih vsak obsega z njim togo povezan nožast kontakt iz električno prevodnega materiala, medtem ko je v notranjosti omenjenega okrova vgrajen kot ploščat trak iz električno prevodnega materiala vnaprej določene električne upornosti zasnovan talilni element vnaprej določene dolžine in debeline, ki je po eni strani v svojih končnih območjih električno povezan z omenjenima nožastima kontaktoma in po drugi strani opremljen z množico vzdolž traku med seboj enakomerno razporejenih in glede na trak v prečni smeri potekajočih oslabitev v obliki perforacij omenjenega traku med obema dominantnima površinama le-tega. Pri tem je vsakokratna oslabitev na voljo kot množica med seboj v prečni smeri traku enakomerno razporejenih skoznjih lukenj, tako da je prečni presek talilnega elementa v vsaki izmed omenjenih oslabitev vnaprej določen in manjši od preseka talilnega elementa v preostalih območjih le-tega, obenem pa je notranjost t.j. svetlina omenjenega okrova zapolnjena s sipkim negorljivim sredstvom, še zlasti s kremenčevim peskom, s katerim je obdan omenjen talilni element.

Po izumu je predvideno, da je vsaj v vsakem izmed končnih območij omenjenega talilnega elementa, namreč med vsakokrat pripadajočim nožastim kontaktom in vsakokrat slednjemu najbližjo oslabitvijo, na vsaki izmed vsaksebi obrnjenih dominantnih površin talilnega elementa nanešena vsaj po ena prepreka za preprečevanje napredovanja električnega obloka, ki je usmerjena v prečni smeri talilnega elementa vzdolž vsake izmed omenjenih dominantnih površin in poteka po celotni širini traku talilnega elementa, sestoji pa iz gibkega in vsaj kratkotrajno temperaturno obstojnega gradiva.

Pri prednostni izvedbi izuma je vsaj ena nadaljnja prepreka iz gibkega in temperaturno obstojnega gradiva na voljo na obeh vsaksebi obrnjenih dominantnih površinah talilnega elementa med vsaj še dvema nadaljnjima oslabitvama le-tega.

Pri tem sta vsakokratni končni prepreki od pripadajočih nožastih kontaktov oddaljeni za vnaprej določeno razdaljo, ki znaša vsaj približno 15% dolžine talilnega elementa. Se zlasti je prednostno, če je poleg omenjenih končnih preprek vsaj po ena prepreka na voljo med vsako izmed dvojic vsakokrat sosednjih oslabitev talilnega elementa. Nadalje je pri prednostni izvedbi izuma predvideno, daje vsaka izmed preprek v profilu vsaj približno polkrožno zasnovana, pri čemer premer vsakokratne prepreke znaša 2-6 mm, še zlasti 3-4 mm, kot tudi, da vsakokratna prepreka sestoji iz silikona, ki je vsaj kratkotrajno odporen proti temperaturi najmanj 2000°C.

Izum bo v nadaljevanju obrazložen s primerom izvedbe, ki je prikazan na priloženi skici, kjer

Sl. 1 kaže shematično in v prerezu v eni diametralni ravnini ponazorjeno varovalko po izumu,

Sl. 2 pa prav tako shematično in v prerezu v preostali in glede na predhodno ravnino pravokotni diametralni ravnini ponazorjeno varovalko po Sl. 1.

Električna varovalka, ki je prikazana na Sl. 1 in 2, sestoji iz cevasto zasnovanega okrova 1 iz električno izolativnega materiala, ki je v prikazanem primeru keramika. Okrov 1 je na konceh 11,12 zaprt s togima pokrovoma 21, 22, ki sta v prikazanem primeru izvedena kot razmeroma debeli kovinski plošči. Vsak izmed omenjenih pokrovov 21, 22 obsega z njim togo povezan nožast kontakt 210, 220 iz električno prevodnega materiala, pri čemer sta omenjena nožasta kontakta 210, 220 razporejena vzdolž osrednje geometrijske osi okrova 1 varovalke in štrlita vsaksebi.

V notranjosti omenjenega okrova 1 je vgrajen kot ploščat trak iz električno prevodnega materiala vnaprej določene električne upornosti zasnovan talilni element 3 vnaprej določene dolžine L (Sl. 1) in debeline, ki je po eni strani v svojih končnih območjih 31, 32 električno povezan z omenjenima nožastima kontaktoma 210, 220 in po drugi strani opremljen z množico vzdolž traku med seboj enakomerno razporejenih in glede na trak v prečni smeri potekajočih oslabitev 30, 30', 30. Debelina omenjenega traku običajno znaša med 0,04 in 0,24 mm. Omenjene oslabitve 30, 30', 30 so tako kot pri doslej znanih varovalkah tudi v tem primeru izvedene v obliki perforacij omenjenega traku med obema dominantnima površinama 33, 34 le-tega, pri čemer je vsakokratna oslabitev 30, 30', 30 na voljo kot množica med seboj v prečni smeri traku enakomerno razporejenih skoznjih lukenj 300. Temu ustrezno je prečni presek talilnega elementa 3 v območju vsake izmed omenjenih oslabitev 30, 30', 30 vnaprej določen in manjši od preseka talilnega elementa 3 v preostalih območjih le-tega.

Nadalje je notranjost t.j. svetlina omenjenega okrova 1 zapolnjena s sipkim negorljivim sredstvom 4, še zlasti s kremenčevim peskom, s katerim je obdan omenjen talilni element 3.

Kot je nadalje razvidno na Sl. 1 in 2, je vsaj v vsakem izmed končnih območij 31, 32 omenjenega talilnega elementa 3, namreč med vsakokrat pripadajočim nožastim kontaktom 210, 220 in vsakokrat slednjemu najbližjo oslabitvijo 30, 30', 30, na vsaki izmed vsaksebi obrnjenih dominantnih površin 33, 34 talilnega elementa 3 nanesena vsaj po ena prepreka 51, 51', 51; 52, 52', 52 za preprečevanje napredovanja električnega obloka, ki je usmerjena v prečni smeri talilnega elementa 3 vzdolž vsake izmed omenjenih dominantnih površin 33, 34 in poteka po celotni širini traku talilnega elementa 3, sestoji pa iz gibkega in vsaj kratkotrajno temperaturno obstojnega gradiva.

Po izumu je nadalje prednostno, če je je vsaj še ena nadaljnja prepreka 51, 5Γ, 51; 52, 52', 52 iz gibkega in temperaturno obstojnega gradiva na voljo na obeh vsaksebi obrnjenih dominantnih površinah 33, 34 talilnega elementa 3 med vsaj še dvema nadaljnjima oslabitvama 30, 30', 30 le-tega.

Pri tem je vsaka izmed končnih, namreč najbližje nožastima kontaktoma 210, 220 razporejenih preprek 51, 5 Γ, 51; 52, 52', 52 od pripadajočega nožastega kontakta 210, 220 oddaljena za vnaprej določeno razdaljo T, ki znaša vsaj približno 15% dolžine L talilnega elementa 3.

Možna je tudi izvedba varovalke, pri kateri je poleg omenjenih končnih preprek 51, 51', 51; 52, 52', 52 vsaj po ena prepreka na voljo med vsako izmed dvojic vsakokrat sosednjih oslabitev 30, 30', 30 talilnega elementa 3.

Po izumu je nadalje predvideno, daje vsaka izmed preprek 51, 51', 51; 52, 52', 52 v profilu vsaj približno polkrožno zasnovana, pri čemer pa premer D vsakokratne prepreke 51, 51', 51; 52, 52', 52 znaša 2 - 6 mm, prednostno pa 3 - 4 mm. Vsakokratna prepreka 51, 5Γ, 51; 52, 52', 52 sestoji iz silikona, kije vsaj kratkotrajno odporen proti temperaturi najmanj 2000°C. Material za izvedbo prepreke 51, 5 Γ, 51; 52, 52', 52 je tačas komercialno dostopen pod komercialnim imenom »3M Fire Barrier 2000+« ali »FIRESTOP«, gre pa za silikon z dodanim aluminijevim trihidratom A1(OH)₃ in/ali borovim nitridom BN.

Claims

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Električna varovalka, sestoječa iz cevasto zasnovanega okrova (1) iz električno izolativnega materiala, ki je na konceh (11, 12) zaprt s togima pokrovoma (21, 22), od katerih vsak obsega z njim togo povezan nožast kontakt (210, 220) iz električno prevodnega materiala, medtem ko je v notranjosti omenjenega okrova (1) vgrajen kot ploščat trak iz električno prevodnega materiala vnaprej določene električne upornosti zasnovan talilni element (3) vnaprej določene dolžine (L) in debeline, kije po eni strani v svojih končnih območjih (31, 32) električno povezan z omenjenima nožastima kontaktoma (210, 220) in po drugi strani opremljen z množico vzdolž traku med seboj enakomerno razporejenih in glede na trak v prečni smeri potekajočih oslabitev (30, 30', 30) v obliki perforacij omenjenega traku med obema dominantnima površinama (33, 34) le-tega, pri čemer je vsakokratna oslabitev (30, 30', 30) na voljo kot množica med seboj v prečni smeri traku enakomerno razporejenih skoznjih lukenj (300), tako da je prečni presek talilnega elementa (3) v vsaki izmed omenjenih oslabitev (30, 30', 30) vnaprej določen in manjši od preseka talilnega elementa (3) v preostalih območjih le-tega, obenem pa je notranjost t.j. svetlina omenjenega okrova (1) zapolnjena s sipkim negorljivim sredstvom (4), še zlasti s kremenčevim peskom, s katerim je obdan omenjen talilni element (3), označena s tem, daje vsaj v vsakem izmed končnih območij (31, 32) omenjenega talilnega elementa (3), namreč med vsakokrat pripadajočim nožastim kontaktom (210, 220) in vsakokrat slednjemu najbližjo oslabitvijo (30, 30', 30), na vsaki izmed vsaksebi obrnjenih dominantnih površin (33, 34) talilnega elementa (3) nanešena vsaj po ena prepreka (51, 5 T, 51; 52, 52', 52) za preprečevanje napredovanja električnega obloka, ki je usmerjena v prečni smeri talilnega elementa (3) vzdolž vsake izmed omenjenih dominantnih površin (33, 34) in poteka po celotni širini traku talilnega elementa (3), sestoji pa iz gibkega in vsaj kratkotrajno temperaturno obstojnega gradiva.

s
2. Električna varovalka po zahtevku 1, označena s tem, da je vsaj ena nadaljnja prepreka (51, 51', 51; 52, 52', 52) iz gibkega in temperaturno obstojnega gradiva na voljo na obeh vsaksebi obrnjenih dominantnih površinah (33, 34) talilnega elementa (3) med vsaj še dvema nadaljnjima oslabitvama (30, 30', 30) le-tega.
3. Električna varovalka po zahtevku 1 ali 2, označena s tem, da je vsaka izmed končnih, namreč najbližje nožastima kontaktoma (210, 220) razporejenih preprek (51, 5Γ, 51; 52, 52', 52) od pripadajočega nožastega kontakta (210, 220) oddaljena za vnaprej določeno razdaljo (T), ki znaša vsaj približno 15% dolžine (L) talilnega elementa (3).
4. Električna varovalka po enem od zahtevkov 1 - 3, označena s tem, da je poleg omenjenih končnih preprek (51, 5 Γ, 51; 52, 52', 52) vsaj po ena prepreka na voljo med vsako izmed dvojic vsakokrat sosednjih oslabitev (30, 30', 30) talilnega elementa (3).
5. Električna varovalka po kateremkoli od zahtevkov 1 - 4, označena s tem, da je vsaka izmed preprek (51, 5Γ, 51; 52, 52', 52) v profilu vsaj približno polkrožno zasnovana.
6. Električna varovalka po zahtevku 5, označena s tem, da premer (D) vsakokratne prepreke (51, 51', 51; 52, 52', 52) znaša 2-6 mm.
7. Električna varovalka po zahtevku 6, označena s tem, da premer (D) vsakokratne prepreke (51, 51', 51; 52, 52', 52) znaša 3 - 4 mm.
8. Električna varovalka po kateremkoli od zahtevkov 1 - 7, označena s tem, da vsakokratna prepreka (51, 5Γ, 51; 52, 52', 52) sestoji iz silikona, ki je vsaj kratkotrajno odporen proti temperaturi najmanj 2000°C.