CZ300786B6 - Tavný vodic, zejména pro vložky tavných elektrických pojistek - Google Patents

Abstract

Tavný vodic (1), zejména pro vložky tavných elektrických pojistek nízkého napetí a vysokého výkonu, k použití pro nejvyšší jmenovité výkony typové velikosti vložky, je vytvorený jako pásek s prícnými radami vyderovaných otvoru (6) a se zkratovými úžinami (2) mezi nimi, podílejícími se na vypínání zkratových proudu. Tavný vodic (1) je umísten v dutine (3) telesa elektrické pojistky, nejcasteji keramického, a je spojen s kontaktními cástmi sloužícími k prívodu proudu a uzavírajícími dutinu (3) telesa pojistky, pricemž k snížení pretlaku plynu od elektrických oblouku, vzniklých v dutine (3) a zapálených v míste zkratových úžin (2) tavných vodicu (1), je konstrukce tavného vodice (1) upravena tak, že šírka (Š) každé úžiny (2) a celková tlouštka (T) tavného vodice (1) jsou velikostne v rozsahu vzájemného pomeru 1:1 až 1:4. Tavný vodic (1) muže být tvoren soustavou nejméne dvou paralelních pásku (7) o souctu jejich dílcích tlouštek (T1, T2.....Tn), rovnajícím se celkové požadované tlouštce (T) tavného vodice (1), a kteréžto paralelní pásky (7) jsou navzájem v tesném styku a jsou prinejmenším vystredené v místech otvoru (6) a zkratových úžin (2).

Description

Tavný vodič, zejména pro vložky tavných elektrických pojistek

Oblast techniky

Vynález se týká tavného vodiče, zejména pro viožky tavných elektrických pojistek nízkého napětí a vysokého výkonu, k použití pro nejvyšší jmenovité výkony typové velikosti vložky, vytvořeného jako pásek s příčnými řadami vyděrovaných otvorů a s úžinami mezi nimi, podílejícími se na vypínání zkratových proudů, přičemž tavný vodič je umístěn v dutině tělesa elektrické pojíst10 ky, nejčastěji keramického, a je spojen s kontaktními částmi sloužícími k přívodu proudu a uzavírajícími dutinu tělesa pojistky. Dutina tělesa tavné elektrické pojistky je obvykle vyplněna funkčním hasivem, nej častěji křemičitým pískem, eventuelně zpevněným zvláštním procesem do pevného útvaru, které účinně zháší elektrické oblouky vyvíjené při činnosti tavné elektrické pojistky.

Dosavadní stav techniky

Při konstrukci tavných elektrických pojistek, zejména těch, které jsou používány k jištění elektrických obvodů do 1000 V a.c. se používají konvenční, cenově snadno dostupné materiály, které umožňují bezpečnou funkci tavných pojistek do určitého mezního výkonu. Kromě trendu ekonomické dostupnosti použitých komponentů a snadné hromadné vyrobitelnosti tavné elektrické pojistky, působí také trend zvyšování jmenovitých výkonů, poměřovaných například maximální hodnotou jmenovitého proudu v normalizačně definované variantě rozměrů tavné pojistky, nazývané také typovou velikostí tavné vložky. Při dosahování co největších výkonů jednotlivých tavných vložek, například u nožových pojistek, se lze setkat při vývoji takových nových řešení s problémem, jak zvýšit maximální výkon tavné vložky a zachovat její schopnost bezpečně vypínat vysoké hodnoty zkratových proudů. Návrh takových funkčních řešení, opírající se o obvykle dosažitelnou materiálovou základnu komponentů klade zvýšené nároky na návrh tavného vodiče a jeho umístění v dutině tělesa pojistky. Při vypínání velkých zkratových proudů vzniká v dutině tělesa pojistky přetlak plynů, působících od elektrických oblouků hořícího tavného vodiče. Ten roste spolu s výkonem tavné vložky až dosáhne hranice, které obvykle těleso pojistky neodolá a poruší se v průběhu vypínání zkratového proudu velkého výkonu. Tato skutečnost je nejčastějším důvodem selhání funkce tavné elektrické pojistky, limitující další zvyšování jmenovitého proudu tavné elektrické pojistky zvolené typové velikosti.

Při řešení problému, zejména cestou snížení vzniklého přetlaku plynů působícího na vnitřní dutinu nej častěji používaného keramického tělesa tavné elektrické pojistky, byly ověřeny různé principy. Ukázalo se, že ani různé jiné umístění, tvarování a dimenzování tavných vodičů obvyklé konstrukce, zejména takové, která omezuje celkový objem použitého materiálu tavného vodiče, jenž se pak zcela nebo zčásti roztaví v dutině tělesa, nevede ke spolehlivé funkci vypínání vysokých výkonů zkratových proudů. Zesílení konstrukce tělesa tavné elektrické pojistky, zejména použitím silnějších stěn, je limitováno normalizovanými rozměry jednotlivých typových velikostí tavných vložek. Také zvýšení tloušťky stěn tělesa tavné elektrické pojistky cestou zmenšení dutiny pro zástavbu tavným vodičem, nebývá při zvyšování jmenovitého výkonu úspěšné, z důvodu vystavení stěn vnitřní dutiny tělesa tepelným šokům, působících pak od blízkého tavného vodiče a oblouků na něm hořících.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je návrh nové konstrukce tavného vodice, která zajistí nižší tlakové namáhání dutiny tělesa tavné elektrické pojistky od působících elektrických oblouků při vypínání vysokých výkonů zkratového proudu a při vyšším proudovém dimenzování tavné vložky, za použití jinak obvyklých konvenčních materiálů a obvyklých zástavbových rozměrů, přičemž uvedeného cíle je dosaženo řešením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tavný vodič, zejména pro vložky tavných elektrických pojistek nízkého napětí a vysokého výkonu, k použití pro nejvyšší jmenovité výkony typové velikosti vložky a vytvořený jako pásek s příčnými řadami otvorů a se zkratovými úžinami mezi nimi, podílejícími se na vypínání zkratových proudů vysokého výkonu, je uspořádán tak, že šířka každé zkratové úžiny a celková tloušťka tavného vodiče jsou velikostně v rozsahu vzájemného poměru 1:1 až 1:4.

Účinky vynálezu se zvláště projevují v tom, že síly vzniklé při zapálení elektrického oblouku io v místech zkratových úžin a působící kolmo na všechny obalové plochy povrchu každé zkratové úžiny, se navzájem alespoň z části ruší v důsledku zvýšeného antiparalelního působení těchto sil od sousedních zkratových úžin v příslušné příčné řadě otvorů, uspořádaných po délce pásku tavného vodiče. V důsledku navrženého vzájemného poměru, při náležitém zvětšení ploch zkratových úžin, dochází k významnému posílení tohoto příznivého silového efektu, který ve svém celkovém příspěvku k tlakové sile, působící jinak destruktivně na dutinu tělesa tavné elektrické pojistky, snižuje její hodnotu na úroveň, kterou je těleso tavné elektrické pojistky obvyklého provedení schopno udržet bez poškození a s pevnostní rezervou.

Další účinky jsou dále patrné z variability konstrukce tavného vodice, který podle vynálezu může být tvořen soustavou nejméně dvou paralelních pásků o součtu jejich dílčích tloušťek rovnajícím se celkové tloušťce tavného vodiče a tímto vyhovujícím zvolenému vzájemného poměru šířek zkratových úžin a tloušťky tavného vodiče. Tato konstrukce nevyžaduje, aby výrobce měl pro každou různě proudově dimenzovanou tavnou vložku pásek o různé tloušťce. Podle vynálezu pak jen postačuje, aby v soustavě nejméně dvou paralelních pásků byly paralelní pásky navzájem v těsném styku a přinejmenším vystředěné v místech otvorů a zkratových úžin, což v rozsahu použitelných technologií je v současnosti snadno dosažitelné.

Přehled obrázků na výkresu

Další výhody a účinky vynálezu jsou dále patrné z připojeného výkresu, kde značí obr. 1 celkový pohled na možné provedení tavného vodiče s příčnými řadami otvorů a zkratovými úžinami mezi nimi, obr. la příčný řez A-A tavným vodičem z obr. 1, s vyznačením rozdílů geometrických parametrů zkratových úžin a geometrického parametru tloušťky tavného vodiče, obr. 1 b příčný řez tavným vodičem s vyznačením možnosti vytvoření jeho celkové tloušťky pomocí více na sebe přiložených paralelních pásků s dílčími tloušťkami, obr. 2 detail zkratových úžin mezi jednou příčnou řadou otvorů v pásku tavného vodice, obr. 3 řez B-B detaily zkratových úžin z obr. 2 se znázorněním rozložení parciálních přetlakových sil působících na elementární části povrchu tavného vodiče ve zkratových úžinách a celková obálka rozložení a velikosti pretlako40 vých sil působících v dutině tělesa tavné elektrické pojistky, obr. 3a znázornění rozložení parciálních přetlakových sil působících na elementární části povrchu tavného vodiče ve zkratových úžinách a celková obálka rozložení a velikosti přetlakových sil působících v dutině tělesa tavné elektrické pojistky podle dosavadních známých konstrukcí tavného vodiče.

Příklad provedení vynálezu

Tavný vodič 1 (obr, 1), obvykle ve formě pásku z mědi nebo stříbra apod., má podél své podélné osy napříč rozmístěna zúžená místa ve formě zkratových úžin 2, která vzniknou mezi nejméně dvěma sousedními otvory 6, které jsou vytvořeny v pásku tavného vodiče I. Po délce tavného vodice I je rozmístěno několik řad takových zúžených míst, nejčastěji v počtu dvou až sedmi řad, například pro napětí až do 1000 V a.c. Na tavném vodiči I, podle přenášeného jmenovitého výkonu, lze použít v každé řadě jedno a více zúžených míst, resp. zkratových úžin 2, uspořádaných paralelně vedle sebe v kterékoliv z těchto řad, potažmo v příčných řadách otvorů 6. Ve spojení s neznázoměnými vnějšími kontakty tvoří tavný vodič X soustavu, obvykle zvanou tavná vložka, vkládanou do dutiny 3 tělesa tavné elektrické pojistky.

Podle vynálezu je navrženo takové dimenzování celkové tloušťky použitého pásku tavného vodiče X, že poměr šířky každé jednotlivé zkratové úžiny 2 je v poměru k celkové tloušťce pásku tavného vodiče X v rozsahu 1:1 až 1:4. To znamená, že celková tloušťka pásku tavného vodiče X v místě zkratové úžiny 2 je větší než její šířka a geometrický tvar, například podle řezu B-B (obr, 2), každého zúženého místa, tvoří čtverec až obdélník, kde šířka zkratové úžiny 2 je vždy kratší stranou (obr. 3).

io

Celková tloušťka T tavného vodiče X může být vytvořena jednotlivými paralelními pásky 7 těsně přiléhajícími k sobě navzájem a tvořícími pak jeden montážní a funkční celek, v němž jednotlivé tloušťky paralelních pásků 7 se vzájemně sčítají, až k dosažení vytčených geometrických parametrů. Těsné přiložení a spojení paralelních pásků 7 k sobě, je provedeno například slepením, elektrickým svařením, spájením nebo mechanickým podélným přehnutím paralelních pásků 7 shodné nebo různé dílčí tloušťky TI. T2. a otvory 6 v nich vytvořené, jsou provedeny prostřižením až v celkové sestavě spojených paralelních pásků 7 do konečného celku apod. Jednotlivé otvory 6 na paralelních páscích 7 jsou případně vytvořeny samostatně předem a po následném vystředění v místech otvorů 6 a zkratových úžin 2, jsou pak paralelní pásky 7 následně spojeny libovolnou ze zmíněných technologií apod.

V praxi se úspěšně podařilo ověřit konstrukci tavného vodiče X, která spolehlivě vypíná zkratové proudy vysokého výkonu a používá několik řad zkratových úžin 2, které byly seřazeny do šestí paralelních zúžení v pásku tavného vodiče X z mědi o tloušťce 2 x 0,24 mm = 0,48 mm. Jmenovi25 tá šíře každé zkratové úžiny 2 o velikosti 0,28 mm byla vytvořena v každé jednotlivé ze Šesti v paralelní řadě umístěné úžině mezi otvoiy 6 o průměru 2,2 mm. Doposud používaná řešení, která při vypínání zkratových proudů vysokého výkonu nebyla úspěšná, používala například zkratových úžin 2 o šíři 0,62 mm mezi otvory 6 shodného průměru 2,2 mm a pásku tavného vodiče X o tloušťce 0,25 mm.

Z uvedeného příkladu je zřejmé, že zatímco neúspěšné řešení mělo poměr šířky zkratové úžiny 2 k tloušťce pásku tavného vodiče X v poměru 2,48:1, pak řešení podle vynálezu mělo sledovaný vztah geometrie a velikosti zkratových úžin 2 a tloušťky pásku tavného vodice X v poměru 1:1,7. Současně se podařilo u konstrukce tavné vložky na bází řešení podle vynálezu, zvýšit jmenovitý proud o 60 %, tj. ze 100A na 160A, při zachování obvyklé hodnoty maximální vypínací schopnosti 120kA.

Vysvětlení funkce řešení tavné vložky podle vynálezu vychází ze zjištění, že při vypínání zkratových proudů vysokého výkonu došlo vždy k selhání tělesa tavné elektrické pojistky, které neudrželo přetlak plynů od elektrických oblouků vzniklých v dutině 3 a zapálených v místě zkratových úžin 2 tavných vodičů X. Pokud se připustí, že na celkovou hodnotu přetlakových sil 5 plynů v dutině 3 tavné elektrické pojistky přispívají dílčí složky přetlakových sil 5a od každého zúženého místa, resp. zkratové úžiny 2 samostatně, lze dospět po promítnutí popsané geometrické změny konstrukce tavného vodiče X k závěru, že přetlakové síly 5, působící jinak kolmo na všechny obalové plochy povrchu každé zkratové úžiny 2, se v případě řešení podle vynálezu navzájem alespoň z části potlačují v důsledku antiparalelního, resp. parciálního vzájemného působení jejich zmíněných dílčích složek přetlakových sil 5a mezi sousedními zkratovými úžinami 2, paralelně rozmístěnými v jednotlivých řadách v tavném vodiče X, jak je ostatně schematicky znázorněno na obr. 3, kde jsou také ve schematické obálce 4 zakresleny průběhy výslednic řečených sil a jejích velikost.

Zvětšením ploch a geometrie zkratových úžin 2 a v důsledku nárůstu a současně vzájemné eliminace dílčích složek přetlakových sil 5a mezi nimi, dochází ke zlepšení tohoto příznivého silového efektu, který ve svém celkovém příspěvku k celkové přetlakové síle, působící na dutinu

-3CZ 300786 B6 tělesa tavné elektrické pojistky, snížil její celkovou silovou hodnotu na úroveň, kterou je těleso tavné elektrické pojistky obvyklého provedení schopno udržet s dostatečnou pevnostní rezervou.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY io 1. Tavný vodič, zejména pro vložky tavných elektrických pojistek nízkého napětí a vysokého výkonu, k použití pro nejvyšší jmenovité výkony typové velikosti vložky, vytvořený jako pásek s příčnými řadami otvorů a s úžinami mezi nimi, podílejícími se na vypínání zkratových proudů vysokého výkonu, vyznačující se tím, že šířka (Š) každé zkratové úžiny (2) a celková tloušťka (T) tavného vodiče (1) jsou velikostně v rozsahu vzájemného poměru 1:1 až 1:4,
2. 2. Tavný vodič podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořen soustavou nej méně dvou paralelních pásků (7) o součtu jejich dílčích tlouštěk (TI, T2...Tn), rovnajícím se celkové požadované tloušťce (T) tavného vodiče (1).

   20 3. Tavný vodič podle nároku 2, vyznačující se tím, že v soustavě nejméně dvou paralelních pásků (7) tavného vodiče (1) jsou paralelní pásky (7) navzájem v těsném styku ajsou vystředěné v místech otvorů (6) a zkratových úžin (2).