CS209454B2 - Meltable conductor for the fuses in electric circuits - Google Patents

Description

Vynález se týká tavného vodiče pro pojistky v elektrických obvodech ve formě kovového pásku, jehož průřez je alespoň na jednom úseku zúžen.

Pojistky pro elektrické obvody se skládají z jednoho nebo několika tavných vodičů vkládaných mezi dva elektricky spojované díly.

U známých pojistek je tavným vodičem drát nebo kovový pásek. Má-li tavný vodič tvar kovového pásku, nastavuje se jmenovitý proud a tavení tavného vodiče známým způsobem tak, že se průřez kovového pásku na jednom či několika úsecích zúží.

Pomalého či rychlého tavení lze docílit tím, že se určitý úsek pásku potáhne kovem nebo slitinou o nízkém bodu tavení, která se při nadproudu taví a v roztaveném stavu difunduje do kovového pásku, jehož odpor zvyšují, což má za následek místní ohřev a časově závislé tavení. Nevýhoda těchto metod pozůstává v tom, že při několikerém přetížení se charakteristika tavení tavného vodiče mění následkem pozvolné difúze a vlastnosti tavného vodiče se tedy během provozu zhoršují.

. Tyto vlastnosti tavných pojistek, vyvinutých к ochraně elektrických obvodů, se všeobecně udávaií třemi charakteristikami.

Charakteristika časové závislosti na proudu udává závislost doby tavení (reakční doby) na zatěžovacím proudu; tavné pojistky lze podle toho rozdělit na tři hlavní typy a sice na pomalé, rychlé a velmi rychlé. Pojistky s pomalou charakteristikou se obvykle používají tam, kde se v provozu vyskytují krátkodobé vysoké proudové nárazy, při nichž se pojistka nesmí přetavit, zatímco od určité proudové intenzity, zejména při zkratech, je nutná rychlá reakce. Aby bylo možno těmto protichůdným požadavkům co nejlépe vyhovět, byly vyvinuty takzvané tavné vodiče s pomalou a rychlou charakteristikou. Tento typ by měl být použitelný též v kombinaci s přerušovacími spínači, například s jističi vedení. V současné době se však charakteristiky těchto typů ještě příliš odlišují od charakteristik přerušovačů, takže přerušovače lze kombinovat jen s pojistkami pro· mnohem nižší jmenovité proudy, než jaké by byly přípustné podle jmenovitých hodnot sítě.

Rychle působící pojistky se obecně používají к ochraně sítě. Při tomto použití je význam pojistky z hlediska ochrany proti nebezpečnému dotyku velmi důležitý, jak známo, existuje ustanovení normy, podle kterého musí v sítích s nulovým vodičem oChrana zareagovat do 5 sekund. Tento požadavek lze v současné době splnit jen pokud jsou použity pojistky, jejichž jmeňovitá proudová hodnota leží · daleko pod přípustným jmenovitým proudem sítě.

Velmi rychlé pojistky byly vyvinuty převším k ochraně polovodičů, ale také tento typ lze považovat za velmi rychle působící teprve při 3 · až 4násobné hodnotě jmenovitého· proudu.

Další důležitou vlastnost tavných pojistek vyjadřuje charakteristika I²t, funkce mezi Jouelovým integrálem a neovlivněným proudem; informuje o tepelném namáhání chráněného obvodu při zkratu a umožňuje volbu odpovídajících pojistek pro chráněný systém při plánování obvodu. Z této charakteristiky je také patrna též možná koordinace s jističi vedení, to znamená, že lze zjistit na jaký jmenovitý proud musí být tavné pojistky, které mají být přizpůsobeny jističi vedení s ' danou jmenovitou zkratovou spínací schopností.

Třetí důležitá vlastnost tavných pojistek je zřejmá z charakteristiky omezení proudu, která .představuje velikost přerušovaného proudu v závislosti na neovlivněném zkratovém proudu. Z této charakteristiky lze vyčíst důležité informace, jak o ' tepelných, tak o· dynamických zatíženích chráněného· obvodu.

Z dosud uvedených vlastností připadá zvláštní význam průběhu počátečního úseku (malé proudové hodnoty] charakteristiky časové závislosti na proudu. Aby se odstranila v tomto úseku velmi rušivá nejistota reagování, vyvinula se praxe — a dnes je to i ustanovení normy — že pro daný jmenovitý proud se určená pojistka nesmí ještě přetavit při 1,2 až l,3násobku · hodnoty jmenovitého proudu.

Kromě toho musí být uvážen ještě jeden velmi důležitý faktor. Tavné vodiče pro· pojistky s velmi rychlou charakteristikou se v celém světě vyrábějí ze stříbra poněvadž právě stříbro· .má ze všech dobře vodivých kovů nejnižší teplotu tavení a nejnižší výparné · teplo.

Zhodnotíme-li nyní v předcházejícím uvedené . hlavní vlastnosti tavných pojistek pro praktické požadavky, je nutno· vzít v úvahu především toto:

1. Charakteristika časové závislosti na proude, u pojistky pro rychlé roztavení ukazuje, že za rychlou, ji lze považovat pouze tehdy, když zatěžovací proud dosáhne 4 až 7násobku jmenovitého proudu; dosahuje-li proud pouze dvojnásobku jmenovitého proudu, prodlužuje se doba roztavení řádově již na jednu .minutu. Zvláště pro ochranu polovodičů by bylo žádoucí upravit . charakteristiku rychlé pojistky tak, aby doba roztavení při dvojnásobku jmenovitého proudu byla nejméně o dva řády kratší než tomu je v současné době u běžných pojistek a aby přesto· bylin zajištěno, aby přetavení při 1,2 až 1,3-násobku jmenovitého proudu nenastalo bud vůbec, nebo nejvýše po dlouhodobém takovém zatížení.

⁴

2. V současné době se musí pro · · rychlé pojistky používat stříbro, avšak · · · bylo by.žádoucí nahradit je mnohem levnější mědí.

3. Difúzeschopné slitiny, kterých se používá k nastavení charakteristiky pomalé a rychlé, dávají tavnému vodiči tu nepříznivou vlastnost, že po delším používání · — následkem nezbytné difúze —· · · še odpor a jiné vlastnosti tavného vodiče · mění a · po určitém čase se vodič již při jmenovitém zatížení přetaví. Bylo by účelné docílit · · pomalého a rychlého průběhu bez využití difú- ze.

4. Průzkumy stran koordinovatelnosti přerušovačů a tavných pojistek ukázaly, že mezi jejich charakteristikami existují značné odchylky, takže v současné · době· nelze · docílit ideální koordinace · těchto^ přístrojů; kromě toho je u pojistek s pomalou a rychlou charakteristikou hodnota Jouelova integrálu tak vysoká, · že · jmenovitá · zkratová spínací schopnost přerušovače umožňuje koordinaci jenom s takovými pojistkami, jejichž jmenovitá proudová hodnota leží mnohem níž, než je jinak přípustný jmenovitý proud sítě. Buď tedy musí být zvýšena jmenovitě · kapacita sítě, což by ale v celostátním měřítku značilo neobyčejně vysoké finanční zatížení (miliardy příslušné měnové jednotky), anebo musí být vyvinuta taková tavná pojistka, jejíž Jouleův integrál při zkratu leží mnohem níže než lze v současné době docílit.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny u tavného· vodiče podle vynálezu, jehož podstatou je, že alespoň jeden zúžený úsek je přemostěn kovovým · bočníkem a spojení mezi tavným vodičem a bočníkem je uvolnitelné teplem v tavném vodiči odpovídajícím předem stanovené intenzitě proudu.

Spojení mezi tavným vodičem a bočníkem lze podle vynálezu s výhodou vytvořit přes komůrku na okrajích uzavřenou pojivém, s výhodou spájením tavného· vodiče s bočníkem a vnitřek komůrky lze naplnit látkou, jejíž bod varu je nižší než bod tavení pojivá.

Podle vynálezu může látka obsahovat také složku, jejíž bod tavení je nižší než bod varu látky.

Bočníkem může být podle vynálezu přemostěn zúžený úsek, který je nejblíž ke konci tavného vodiče.

Pomocí taveného vodiče s bočníkem podle vynálezu mohou být zhotoveny jak velmi rychlé, tak také pomalé pojistky, a to závisí jen od bodů tavení, popřípadě bodů varu použitých pájek a látek působících jako startér. Poměr proudu patřícího k době roztavení 5 sekund a jmenovitého proudu · je menší než u dosud známých pojistek a to má velký význam, co se týče· ochrany proti dotyku. Způsob oddělení bočníku, v protikladu k dosud známým řešením, umožňuje použití v hasicím prostředku s křemenným pískem. Materiál velmi rychlého tav209454 ného vodiče může být místo - - dosud používaného - stříbra - obyčejná měď. Ztráta kombinace - bočník—tavný - - vodič je - při jmenovitém proudu značně menší než u známých velmi rychlých pojistek.

Příklad - - provedení tavného - vodiče podle vynálezu je zobrazen na výkresu, - - na němž na obr. 1 - je znázorněn tavný vodič podle vynálezu bez bočníku, na - obr. 2 je znázorněn - bočník podle -vynálezu, na obr. 3 je znázorněn tavný vodič s připájeným bočníkem, na obr. - 4 je charakteristika závislosti proudu na čase u - pojistky podle vynálezu, na obr. 5 je znázorněn průběh roztavení tavného vodiče s dvousložkovou látkou jako· startérem a na obr. 6 je Jouleův integrál tavných vodičů různých provedení.

Přesnou hodnotou jmenovitého proudu tavného vodiče 1 určují rozměry prvního zúžení 2 a druhého zúžení 3. Zúžený - úsek 4 má průřez, který je menší než průřez prvního zúžení 2 a druhého· zúžení - 3, takže na tomto mís-tě nastane brzo přetavení i při proudech pod jmenovitou - hodnotou.

Tento malý průřez je však přemostěn bočníkem 5. Ten sestává z dobře vodivého kovu a je na širokém konci opatřen komůrkou 6, zhotovenou například pomocí lisu. Od okraje komůrky 6 je bočník 5 vytvořen jako oblouk 7 a za obloukem 7 následuje přímá část 9.

Oblouk 7 bočníku - 5 přemosťuje zúžený úsek 4 a je připájen na tavný vodič 1 na okraji 8 komůrky 6 a na přímé části 9 bočníku 5. Je použito pájecího -materiálu s odpovídajícím bodem tavení. Rozměry okraje 8 bočníku 5 a přímé části 9 jsou voleny tak, že — s ohledem na difúzní vlastnosti pájecího materiálu — přechodový -odpor pájených ploch je podstatně nižší než odpor oblouku 7 bočníku 5.

Dříve než se bočník 5 namontuje na tavný vodič 1, umístí se do komůrky 6 látka 10 v tekutém nebo pevném stavu (například jód nebo zinek a síra). Tato - látka 10 slouží jako startér. Použije se materiálu, který při určité předem dané teplotě — a sice ve velmi úzkém teplotním rozsahu — přejde z pevného nebo kapalného stavu do -stavu páry nebo do stavu plynného- a následkem takto vzniklého podstatného vzrůstu objemu vznikne v komůrce 6 vysoký tlak.

Pájecí materiál, použitý ke spojení tavného vodiče 1 a bočníku 5, musí být volen -tak, aby jeho bod tavení byl vyšší než teplota, při níž se látka 10 -odpaří či přejde do plynného stavu. Volbou pevnostních vlastností okraje 8 komůrky 6 a pájecího materiálu lze docílit, že při náhlé změně tlaku způsobené látkou 10 nenastane žádná deformace tavného vodiče 1 ani bočníku 5, ale namísto toho se uvolní bočník 5 od tavného- vodiče 1.

Rozměry bočníku 5, zejména v místě oblouku 7, jsou určeny požadavkem, aby až do 1,2 až l,9násobku jmenovitého proudu byla teplota okolí látky 10 nižší než teplota, při které nastává - změna stavu startéru.

V -závislosti na - rozdílu mezi provozní -teplotou při jmenovitém proudu a teplotou, při níž- se mění skupenství - látky 10, lze měnit poměr (podíl) nejmenšího tavícího proudu a jmenovitého- proudu v širokém rozsahu.

Na obr. 4 - - je znázorněna charakteristika časové závislosti na proudu pro tavný vodič 1, který byl popsán podle obr. 1 až 3. První křivka 11 - se vztahuje na průběh v průřezu zúženého úseku 4 tavného vodiče 1, jak je znázorněn v obr. 1. Druhá křivka 12 . ukazuje naopak průběh v průřezech prvního zúžení 2 a druhého zúžení 3. Toto chování odpovídá obvyklé, například rychlé pojistce pro jmenovitý proud I_n. Třetí křivka 13 ukazuje celkový čas — v závislosti na zatěžovacím proudu, kterého je třeba, aby proběhla jak -změna skupenství látky 10, tak následující oddělení bočníku 5. Z obrázku je patrné, že bod tavení u obyčejné rychlé pojistky činí pro dvojnásobek jmenovitého proudu řádově 100 sekund. Při stejném proudovém zatížení je doba reakce látky 10 menší než 1 -sekunda a tato doba se jen nepodstatně zvyšuje -o· dobu tavení podlé první křivky 11. V této době se přetaví zúžený úsek 4 po uvolnění bočníku 5. Výsledná doba tavení je tudíž proti obvyklému času zkrácena o- dva řády.

Výsledná charakteristika časové závislosti na proudu tavného vodiče 1 kombinovaného s bočníkem 5 se přimyká — přibližně — k charakteristice látky 10 a sice tak dlouho, dokud není dosaženo kritického proudového zatížení I_k v bodu 14 na obr. 4. Překročí-li zatěžovací proud kritickou hodnotu Ik, ztotožní se charatkeristika s druhou křivkou 12, neboť pak je doba tavení v prvním zúžení 2 a druhém zúžení 3 nižší než by odpovídalo potřebnému času pro- funkci látky 10 jako startéru.

Při určitých rozloženích obloukového- napětí může být nutné překlenout bočníkem 5 dvě nebo více zúžených úseků 4.

Látka 10 může sestávat také ze - dvou nebo více složek.

Obr. 5 ukazuje průběh tavení tavného- vodiče 1, u - něhož látka 10 je například složena ze dvou složek. Jedna složka je při normálních provozních proudech (tedy při provozní teplotě tavného vodiče 1) v pevném stavu. Rozdíl mezi bodem tavení této složky a - mezi normální provozní teplotou a také množství této složky je voleno tak, že k oteplení a k úplnému roztavení této složky je třeba takového množství tepla, které se nahromadí při k-násobku jmenovitého proudu In (k = 1, 2, 3··.) po předepsané požadované době zpoždění. Když teplota této složky dosáhla bodu tavení, nemění se tato tak dlouho, pokud se celé množství složky neroztavilo. V této- oblasti teploty (popřípadě proudu) má průběh tavení znázorněný pátou křivkou 16 na obr. 5 pomalý charakter.

Druhá složka dvousložkové látky 10 je volena tak, aby bod varu nebo teplota bodu zápalné teploty byla poněkud vyšší než bod tavení první složky, výparné teplo však bylo co nejmenší. Po roztavení první složky zvyšuje se opět teplota látky 10; když dosáhne bodu varu nebo teplotu bodu zápalné teploty druhé složky, odpaří se tato složka rychle nebo vzplane a bočník 5 se oddělí od tavného vodiče 1. V této teplotní (popřípadě proudové) oblasti má průběh tavení pojistky podle páté křivky 16 rychlý charakter.

Čtvrtá křivka 15 na obr. 5 ukazuje průběh tavení tavného vodiče 1 bez bočníku 5.

Pátá křivka 16 se přimyká ideálně к charakteristice přerušovače, takže tyto pojistky lze optimálně přizpůsobit přerušovači.

Obr. 6 ukazuje Jouleův integrál v závislosti na neovlivněném zkratovém proudu pro jistič vedení se spínací schopností 1500 A (šestá křivka 17) pro obyčejnou pojistku s pomalou a rychlou charakteristikou) o jmenovité hodnotě 50 A (sedmá křivka 18); pro tavný vodič 1, opatřený dvousložkovou látkou 10 (osmá křivka 19), a 160 A tavný vodič 1 (devátá křivka), který je rovněž opatřen dvousložkovou látkou· 10. Z vyobrazení je patrno, že zatížení sítě může obnášet mnohonásobek toho času obvyklého zatížení, je-li s jističem vedení koordinována pojistka, osazená tavným vodičem 1 s látkou 10 o dvou složkách.

Claims (4)

1. Tavný vodič pro pojistky v elektrických obvodech ve formě kovového pásku, jehož průřez je alespoň na jednom úseku zúžený, vyznačující se tím, že alespoň jeden zúžený úsek (4) je přemostěn kovovým bočníkem (5) a spojení mezi tavným vodičem (1) a bočníkem (5) je uvolnitelné teplem v tavném vodiči (1) odpovídajícím předem stanovené intenzitě proudu.

2. Tavný vodič podle bodu 1, vyznačující se tím, že spojení mezi tavným vodičem (1) a bočníkem (5) je vytvořeno· přes komůrku (6) na okrajích uzavřenou pojivém, s výho-

VYNALEZU dou spájením tavného vodiče (1) s bočníkem (5) á vnitřek komůrky (6) je naplněn látkou (10), jejíž bod varu je nižší než bod tavení pojivá.

3. Tavný vodič podle bodu 2, vyznačující se tím, že látka (10) obsahuje také složku, jejíž bod tavení je nižší než bod varu látky (10).

4. Tavný vodič podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že bočníkem (5) je přemostěn zúžený úsek (4), který je nejblíž ke konci tavného vodiče (1).