RU2074443C1 - High-voltage fuse - Google Patents

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: device has dielectric core which is covered with fusion element which has contact terminals. In addition device has outer electric insulation housing. Fusion element is made from heavy-melting alloy. Core and outer electric insulation housing are made from heat-proof mica plastic and are pressed to each other so that they cover fusion element. Device may be connected to high-voltage circuit of high-voltage electric heater and be mounted directly in its housing. EFFECT: possibility to operate under temperature up to 1000 C in temperature range of 20 - 100 C. 2 dwg

Description

Заявляемый высоковольтный плавкий предохранитель относится к электротехнике, а конкретно к предохранителю, который может быть включен последовательно в высоковольтную цепь высоковольтного электрического водонагревателя, размещен непосредственно в его корпусе и должен быть устойчивым к окружающей среде при температуре, равной +(900-1000)^oС, в условиях резких перепадов температуры указанной среды от комнатной до +1000^oC.The inventive high-voltage fuse relates to electrical engineering, and specifically to a fuse that can be connected in series to the high-voltage circuit of a high-voltage electric water heater, placed directly in its housing and must be resistant to the environment at a temperature equal to + (900-1000) ^o С, in the event of sudden changes in temperature of the specified environment from room temperature to +1000 ^o C.

Известен высоковольтный плавкий предохранитель ( авт.св. СССР N 868877, 5МКИ Н 01 Н 85/02), который содержит цилиндрический патрон с изолирующим покрытием на внутренней поверхности и с расположенным внутри него плавким элементом, окруженным другим изолирующим элементом, выполненным из пластика, с целью повышения надежности путем уменьшения напряжения, возникающего при отключения аварийного тока, указанный изолирующий элемент, выполненный из пластика, является слоем, нанесенным непосредственно на плавкий элемент, а изолирующее покрытие на внутренней поверхности патрона выполнено из поливинилхлоридного пластика. Known high-voltage fuse (ed. St. USSR N 868877, 5MKI N 01 N 85/02), which contains a cylindrical cartridge with an insulating coating on the inner surface and with a fusible element located inside it, surrounded by another insulating element made of plastic, with the purpose of increasing reliability by reducing the voltage that occurs when the emergency current is cut off, the specified insulating element made of plastic is a layer deposited directly on the fusible element, and the insulating coating on the inside enney surface of the holder is made of PVC plastic.

Основным недостатком известного высоковольтного плавкого предохранителя по авт. св. N 868877 является то, что он не может функционировать в среде, где рабочая температура поднимается до +(900-1000)^oС, например, в корпусе высоковольтного электрического водонагревателя, в то время как температура плавления поливинилхлоридного пластика, нанесенного на внутреннюю поверхность патрона значительно ниже и равна +(180-200)^oC.The main disadvantage of the known high-voltage fuse for ed. St. N 868877 is that it cannot function in an environment where the operating temperature rises to + (900-1000) ^o С, for example, in the casing of a high-voltage electric water heater, while the melting temperature of polyvinyl chloride plastic deposited on the inner surface of the cartridge is significantly lower and equal to + (180-200) ^o C.

Известен также высоковольтный плавкий предохранитель ( авт.св. СССР N 50363, МКИ Н 01 Н 85/08, НКИ 21 с 70, 1937 г.), принимаемый в качестве ближайшего аналога, который содержит трубчатую обойму, выполненную из изоляционного материала, и расположенный в ней стержень с плавким элементом, выполненным в виде фольги из тугоплавкого материала, намотанной на стержень. В качестве тугоплавкого электропроводящего материала использован вольфрам. Стержень, на который намотан плавкий элемент, вставлен в трубчатую обойму с малым зазором и изготовлен из изоляционной массы, имеющей низкую точку кипения и выделяющей газы при сгорании плавкого элемента. Also known is a high-voltage fuse (ed. St. USSR N 50363, MKI N 01 N 85/08, NKI 21 from 70, 1937), taken as the closest analogue, which contains a tubular ferrule made of insulating material, and located therein a rod with a fusible element made in the form of a foil of refractory material wound on a rod. Tungsten is used as a refractory electrically conductive material. The rod, on which the fusible element is wound, is inserted into the tubular sleeve with a small gap and is made of an insulating mass having a low boiling point and emitting gases when the fusible element is burned.

Высоковольтный плавкий предохранитель по авт.св. N 50363 предназначен для работы в среде с температурой, не превышающей нескольких десятков градусов из-за низкой точки кипения массы, из которой изготовлен центральный стержень. При коротком замыкании фольга мгновенно сгорает, т.е. превращается в непроводник, а образовавшиеся внутри малого зазора пары с большой скоростью вылетают наружу и этим деионизируют пространство. High Voltage Auto Fuse N 50363 is designed to operate in an environment with a temperature not exceeding several tens of degrees due to the low boiling point of the mass from which the central rod is made. In the event of a short circuit, the foil burns instantly, i.e. turns into a non-conductor, and the pairs formed inside the small gap fly out at a high speed and thereby deionize the space.

Основным недостатком высоковольтного предохранителя по авт.св. 50363 является его низкая теплостойкость, обусловленная низкой точкой кипения изоляционной массы, из которой выполнен центральный стержень, не позволяющая применять известный предохранитель в окружающей среде с температурой, равной +(900-1000)^oС, например, устанавливать в корпус высоковольтного водонагревателя.The main disadvantage of the high-voltage fuse for ed. 50363 is its low heat resistance, due to the low boiling point of the insulating mass, from which the central rod is made, which does not allow the use of a known fuse in the environment with a temperature equal to + (900-1000) ^o С, for example, to be installed in the casing of a high-voltage water heater.

Перед заявляемым изобретением ставится задача повысить теплостойкость диэлектрического сердечника и наружной изоляционной оболочки высоковольтного плавкого предохранителя, предназначенного для работы в окружающей среде с температурой, равной +(900-1000)^oС и в условиях резких перепадов температуры от +20^oС до +1000^oС указанной среды, что должно повысить работоспособность плавкого предохранителя в указанных условиях.The claimed invention aims to increase the heat resistance of the dielectric core and the outer insulation shell of a high-voltage fuse, designed to operate in an environment with a temperature equal to + (900-1000) ^o С and in conditions of sharp temperature drops from +20 ^o С to +1000 ^o From the specified environment, which should increase the performance of the fuse in the specified conditions.

В заявляемом высоковольтном плавком предохранителе, содержащем диэлектрический сердечник, плавкий элемент с контактными выводами, выполненный из тугоплавкого электропроводного материала и намотанный на диэлектрический сердечник, и наружную электроизоляционную оболочку, поставленная задача решается за счет того, что диэлектрический сердечник и наружная электроизоляционная оболочка выполнены из жаростойкого слюдопласта и взаимно спрессованы так, что плавкий элемент полностью изолирован. In the inventive high-voltage fuse containing a dielectric core, a fuse with contact leads made of a refractory conductive material and wound on a dielectric core, and an outer electrical insulating sheath, the problem is solved due to the fact that the dielectric core and the outer electrical insulating sheath are made of heat-resistant micaceous and are mutually pressed so that the fusible element is completely insulated.

Температура плавления слюдопласта равна +1100^oС, т.е. значительно выше температуры плавления массы, из которой изготовлен центральный стержень предохранителя по авт.св. N 50363. Кроме того слюдопласт устойчив к растрескиванию при резких больших перепадах температуры среды, в которой должен работать заявляемый предохранитель.The melting point of mica is +1100 ^o C, i.e. significantly higher than the melting temperature of the mass from which the central fuse rod is made in accordance with N 50363. In addition, mica is resistant to cracking under sharp large changes in temperature of the environment in which the inventive fuse should operate.

Все это способствует достижению технического результата, т.е. повышению теплостойкости диэлектрического сердечника наружной изоляционной оболочки и в целом высоковольтного плавкого предохранителя, работающего в среде с температурой до +1000^oС и в условиях резких перепадов температуры указанной среды от комнатной до +1000^oС, что позволяет заявляемый высоковольтный плавкий предохранитель размещать непосредственно в корпусе высоковольтного электроводонагревателя и тем самым упростить электрическую схему, повысить надежность предохранителя и безопасность электроагрегата.All this contributes to the achievement of a technical result, i.e. to increase the heat resistance of the dielectric core of the outer insulating shell and in general the high-voltage fuse operating in an environment with a temperature of up to +1000 ^o C and in conditions of sharp temperature drops of the specified environment from room temperature to +1000 ^o C, which allows the inventive high-voltage fuse to be placed directly in the housing high-voltage electric heater and thereby simplify the electrical circuit, increase the reliability of the fuse and the safety of the electrical unit.

Благодаря тому, что слюдопласт обладает высокой удельной теплопроводностью, достигается дополнительный технический результат, а именно в заявляемом плавком предохранителе повышается эффективность гашения электрической дуги, возникающей после расплавления части плавкого элемента и размыкания электрической цепи, что снижает взрывоопасность заявляемого высоковольтного плавкого предохранителя, размещаемого в корпусе высоковольтного электроводонагревателя. Теплопроводность слюдопласта равна (0,46-0,58)

.Due to the fact that mica plastic has a high thermal conductivity, an additional technical result is achieved, namely, in the inventive fuse, the efficiency of extinguishing the electric arc arising after the fusion of a part of the fusible element and opening of the electric circuit is increased, which reduces the explosion hazard of the inventive high-voltage fuse placed in the high-voltage housing electric water heater. The thermal conductivity of mica is (0.46-0.58)

.

На фиг. 1 чертежа приведен продольный разрез высоковольтного плавкого предохранителя. In FIG. Figure 1 shows a longitudinal section of a high voltage fuse.

На фиг.2 показан продольный разрез электрического высоковольтного водонагревателя, в корпусе которого установлен заявляемый высоковольтный плавкий предохранитель. Figure 2 shows a longitudinal section of an electric high-voltage water heater, in the housing of which is installed the inventive high-voltage fuse.

Высоковольтный плавкий предохранитель (фиг.1) состоит из сердечника 1, выполненного из слюдопласта, плавкого элемента 2, намотанного на сердечник 1 и снабженного контактными выводами 3, и наружной электроизоляционной оболочки 4, также выполненной из слюдопласта. Наружная электроизоляционная оболочка 4 из слюдопласта слоями намотана вплотную на сердечник 1 и плавкий элемент 2 и опрессована на них таким образом, что плавкий элемент 2 полностью изолирован между сердечником 1 и наружной электроизоляционной оболочкой 4. При этом плавкий элемент 2 выполнен из тугоплавкого электропроводящего материала с температурой плавления, равной +(1100-1500)^oС, например, нихрома в виде проволоки с участками 5 уменьшенного поперечного сечения и по крайней мере с одним участком 6 с минимальной допустимой площадью поперечного сечения.The high-voltage fuse (Fig. 1) consists of a core 1 made of mica, a fuse 2 wound around the core 1 and provided with contact leads 3, and an external electrical insulating sheath 4, also made of mica. The outer insulating sheath 4 of mica is wound in layers close to the core 1 and the fusible element 2 and pressed onto them so that the fusible element 2 is completely insulated between the core 1 and the outer insulating sheath 4. The fusible element 2 is made of a refractory electrically conductive material with a temperature melting equal to + (1100-1500) ^o C, for example in the form of nichrome wire portions 5 of reduced cross-section and at least with one section 6 with a minimum permissible transverse area th section.

Слюдопласт приготовлен на основе слюдяной бумаги и неорганического связующего, например, алюмохромфосфата и имеет температуру плавления, равную +1100^oC.Mica is prepared on the basis of mica paper and an inorganic binder, for example, alumochromophosphate and has a melting point equal to +1100 ^o C.

При превышении силы тока допустимого уровня расплавляется плавкий элемент 2 на участке 6, имеющем минимально допустимую площадь поперечного сечения. Между оставшимися нерасплавленными участками 5 плавкого элемента 2 возникает электрическая дуга, которая гаснет благодаря интенсивному отводу тепла слюдопластом из зоны дуги, за счет увеличивающегося коэффициента удельной теплопроводности, при возрастании температуры, и расхода тепловой энергии на расплавление внутренних слоев слюдопласта. В данном случае проявляется свойство слюдопласта увеличивать коэффициент теплопроводности при возрастании его температуры. When exceeding the current strength of the acceptable level, the fusible element 2 is melted in section 6, having a minimum permissible cross-sectional area. Between the remaining unmelted sections 5 of the fusible element 2, an electric arc arises, which is extinguished due to the intense heat removal by the mica layer from the arc zone, due to the increasing coefficient of thermal conductivity, with increasing temperature, and the consumption of thermal energy for melting the inner layers of the mica layer. In this case, the property of mica is to increase the coefficient of thermal conductivity with increasing temperature.

Были проведены испытания действующего образца заявляемого плавкого предохранителя, устанавливаемого в корпус высоковольтного электроводонагревателя (фиг.2). Высоковольтный электроводонагреватель, в который устанавливался при испытаниях высоковольтный плавкий предохранитель 7 (фиг.2), выполнен в виде металлической трубы 8, полость 9 которой герметично закрыта сплошной крышкой 10 с одного конца и крышкой 11, снабженной герметизируемыми отверстиями с изоляторами 12, с другого конца. В полости 9 трубы 8 на ее внутренней поверхности установлена электронагревательная спираль 13 с концевыми отводами 14, покрытая диэлектриком 15, а в электронагревательной спирали 13, по ее оси размещался заявляемый высоковольтный плавкий предохранитель 7, плавкий элемент 2 которого включался последовательно в электрическую цепь электронагревательной спирали 13. При этом один из контактных выводов 3 плавкого элемента 2 присоединялся к одному из концевых отводов 14 электронагревательной спирали 13, а другой контактный вывод 3 плавкого элемента 2 и второй концевой отвод 14 электронагревательной спирали 13 выводились за пределы крышки 11 через изоляторы 12 для подключения к высоковольтному источнику. Плавкий элемент 2 в виде проволоки из нихрома с участком 6, имеющим минимально допустимую площадь поперечного сечения с диаметром, равным 0,3 мм. При рабочем токе, равном 5-ти амперам высоковольтный электроводонагреватель, с установленным в его полости 9 заявляемым плавким предохранителем 7, помещенный в резервуар 16 с водой отопительной системы, в процессе испытаний периодически отключался оператором от электрической цепи, охлаждался до температуры помещения и вновь включался в электрическую цепь. При этом в рабочем режиме температура в полости 9 высоковольтного электроводонагревателя, где размещался высоковольтный плавкий предохранитель 7, поддерживалась на уровне, равном +(900-1000)^oС. Таким образом, снабженный заявляемым плавким предохранителем высоковольтный электроводонагреватель, функционировал продолжительное время без каких-либо сбоев.Tests were conducted on the current sample of the inventive fuse installed in the casing of a high voltage electric heater (figure 2). The high-voltage electric heater, in which the high-voltage fuse 7 was installed during testing (Fig. 2), is made in the form of a metal pipe 8, the cavity 9 of which is hermetically closed by a continuous cover 10 from one end and a cover 11 provided with sealed openings with insulators 12, from the other end . In the cavity 9 of the pipe 8, an electric heating coil 13 with end bends 14, coated with a dielectric 15, is installed on its inner surface, and in the electric heating coil 13, the claimed high-voltage fuse 7 is placed along its axis, a fuse element 2 of which is connected in series to the electric circuit of the electric heating spiral 13 . In this case, one of the contact terminals 3 of the fusible element 2 was connected to one of the end branches 14 of the electric heating coil 13, and the other contact terminal 3 of the fusible element 2 and the second end branch 14 of the electric heating coil 13 was led outside the cover 11 through insulators 12 for connection to a high-voltage source. The fusible element 2 is in the form of a nichrome wire with a section 6 having a minimum permissible cross-sectional area with a diameter of 0.3 mm. At a working current of 5 amperes, a high-voltage electric heater, with the declared fuse 7 installed in its cavity 9, placed in the tank 16 with water of the heating system, was periodically disconnected by the operator from the electrical circuit during the tests, cooled to room temperature and turned on again electrical circuit. Moreover, in the operating mode, the temperature in the cavity 9 of the high-voltage electric heater, where the high-voltage fuse 7 was located, was maintained at + (900-1000) ^o C. Thus, the high-voltage electric heater equipped with the claimed fuse was functioning for a long time without any failures.

После того, как сила тока в цепи электроводонагревателя была повышена до 30-ти ампер (аварийный ток), сработал плавкий предохранитель 7, и электроводонагреватель отключился без внешних механических повреждений. При аварийном токе, равном 30-ти амперам, время срабатывания заявляемого высоковольтного плавкого предохранителя равно 0,2 секунды. After the current strength in the electric heater circuit was increased to 30 amperes (emergency current), fuse 7 tripped and the electric heater was switched off without external mechanical damage. With an emergency current of 30 amperes, the response time of the inventive high-voltage fuse is 0.2 seconds.

Испытания показали, что после продолжительного функционирования (240 ч) высоковольтного плавкого предохранителя в среде с температурой до +1000^oС и в условиях резких перепадов температуры указанной среды от комнатной до +1000^oС сердечник 1 и наружная оболочка 4, выполненные из слюдопласта, не изменили своей структуры и плотности, т.е. повысилась теплостойкость диэлектрического сердечника 1, наружной изоляционной оболочки 4 и в целом высоковольтного плавкого предохранителя.Tests have shown that after prolonged operation (240 h) of a high-voltage fuse in an environment with temperatures up to +1000 ^o С and in conditions of sharp temperature drops of the indicated medium from room temperature to +1000 ^o С, core 1 and outer casing 4 made of mica plastic do not changed their structure and density, i.e. increased heat resistance of the dielectric core 1, the outer insulating shell 4 and the high-voltage fuse as a whole.

Вместе с тем повысилась эффективность гашения электрической дуги, возникающей после расплавления плавкого элемента, благодаря высокой теплопроводности слюдопласта. At the same time, the efficiency of extinction of the electric arc arising after the fusion of the fusible element increased due to the high thermal conductivity of the mica.

Дополнительным техническим результатом заявляемого высоковольтного плавкого предохранителя является его неприкасаемость со стороны эксплуатационников электроводонагревателей благодаря тому, что он устанавливается непосредственно в корпус нагревательного прибора, а конкретно в корпус высоковольтного электроводонагревателя, что исключает неконтролируемую его подмену. An additional technical result of the claimed high-voltage fuse is its integrity from the side of the operators of electric heaters due to the fact that it is installed directly in the housing of the heating device, and specifically in the housing of the high-voltage electric heater, which eliminates its uncontrolled substitution.

Claims (1)

Высоковольтный плавкий предохранитель, содержащий диэлектрический сердечник, плавкий элемент с контактными выводами, намотанный на диэлектрический сердечник, и наружную изоляционную оболочку, причем плавкий элемент выполнен из тугоплавкого электропроводящего материала, отличающийся тем, что сердечник и наружная изоляционная оболочка выполнены из жаростойкого слюдопласта и взаимно спрессованы так, что плавкий элемент полностью изолирован. A high voltage fuse comprising a dielectric core, a fuse with contact leads wound on a dielectric core, and an outer insulating sheath, the fusible member being made of a refractory electrically conductive material, characterized in that the core and the outer insulating sheath are made of heat-resistant micaceous and mutually pressed so that fuse is completely insulated.

Images