плавкий предохранитель

Формула изобретения

1. ПЛАВКИЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ, содержащий трубчатый корпус, выполненный из электроизоляционного материала, два металлических контактных вывода, закрепленные на торцах корпуса, дугогасящее вещество и по меньшей мере одну ленточную, металлическую, плавку вставку с несколькими перешейками уменьшенного поперечного сечения, концы которой соединены с контактными выводами, и элементы охлаждения, отличающийся тем, что в него введены тепловые шунты, выполненные из материала вставки, одни концы которых соединены со вставкой между перешейками, а другие контактируют с внутренней поверхностью корпуса.

2. Предохранитель по п.1, отличающийся тем, что элементы охлаждения выполнены заодно с внешней поверхностью корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим сильноточным, плавким предохранителям, предназначенным для защиты электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания, в частности от перегрузок и коротких замыканий мощных полупроводниковых преобразователей.

Известен плавкий предохранитель [1] содержащий корпус, выполненный из электроизоляционного материала, плавкую вставку, ножевые контактные выводы и зернистый дугогасящий наполнитель. Плавкие вставки выполнены из металлической фольги в виде ленты, их концы соединены с контактными выводами.

Известен плавкий предохранитель [2] который принят за прототип и содержит корпус, выполненный из электроизоляционного материала, два металлических контактных вывода, закрепленных на торцах корпуса, дугогасящее вещество, по меньшей мере одну ленточную, металлическую, плавкую вставку с несколькими перешейками уменьшенного поперечного сечения, концы которой соединены с контактными выводами, и элементы охлаждения, закрепленные в корпусе.

Недостатком аналога и прототипа является недостаточно интенсивный отвод тепла от плавкой вставки в установившемся режиме из-за большого теплового сопротивления вставка наполнитель стенка корпуса.

Техническим результатом изобретения является увеличенное быстродействие предохранителя за счет увеличения теплоотвода в установившемся режиме от плавкой вставки с уменьшенным объемом металла в перешейках плавкой вставки.

Этот результат достигается за счет того, что плавкий предохранитель содержит трубчатый корпус, выполненный из электроизоляционного материала, два металлических контактных вывода, закрепленных на торцах корпуса, дугогасящий наполнитель, по меньшей мере одну ленточную, металлическую, плавкую вставку с несколькими перешейками уменьшенного поперечного сечения, концы которой соединены с контактными выводами, тепловые шунты и элементы охлаждения корпуса. Тепловые шунты выполнены из материала плавкой вставки, одни их концы соединены с вставкой между перешейками, а другие контактируют с внутренней поверхностью корпуса. Элементы охлаждения корпуса выполнены заодно с корпусом.

Отличительными признаками изобретения являются тепловые шунты, место их соединения с плавкой вставкой и расположение в корпусе, а также выполнение элементов охлаждения заодно с корпусом.

У аналога и прототипа составляющая теплового потока Q1 в осевом направлении уходит в окружающую среду по пути металл плавкой вставки токопроводящие контактные выводы внешняя ошиновка, играющая роль радиатора, окружающий воздух. Вторая составляющая теплового потока радиальная Q2 проходит по пути плавкая вставка наполнитель корпус предохранителя окружающий воздух.

Продольная составляющая теплового потока Q1 составляет 0,8 0,9 суммарного теплового потока (Q_сумм) предохранителя, в то время как радиальная составляющая потока Q2 равна (0,1-0,2) Q_сумм. Поэтому относительное тепловое сопротивление по радиусу R_p и по оси R_о соотносится как

R_p/R_o=4-9 раз.

R_o определяется коэффициентом теплопроводности металла плавкой вставки, ее длины и усредненного поперечного сечения контактного вывода и ошиновки.

R_p определяется коэффициентом теплопроводности наполнителя, а также материалом и геометрией корпуса, в первую очередь площадью внешней поверхности и конструкцией плавкой вставки, температурой окружающего предохранитель воздуха и скоростью его движения.

R_p является суммой сопротивлений наполнителя (R_н), корпуса (R_к) и перехода корпус воздух (R_в). Известно, что у аналога и прототипа R_н=(0,3-0,5)R_р; R_к=(0,05-0,1)R_р и R_в=(0,4-0,6)R_р.

Энергия, выделяемая номинальным током в плавкой вставке в установившемся режиме, выделяется в окружающую среду суммарным тепловым потоком Q_сумм, но большая ее часть уносится осевым потоком Q1.

Время плавления перешейков плавкой вставки в режиме короткого замыкания пропорционально плотности тока. Поэтому чем меньше объем металла перешейков, тем быстрее они расплавляются. Следовательно, для увеличения быстродействия предохранителя надо уменьшить объем перешейков или в ленточных плавких вставках уменьшить их ширину. Уменьшение поперечного сечения перешейков вставки увеличивает их сопротивление, а значит, увеличивает в них выделение тепла, что может привести к расплавлению плавкой вставки номинальным током, что недопустимо. Для сохранения требуемого значения номинального тока и увеличения быстродействия при токах короткого замыкания необходимо увеличить теплоотвод от плавкой вставки, что и делают тепловые шунты, соединенные одними концами с плавкой вставкой, а другими контактирующие с внутренней поверхностью корпуса.

Применение тепловых шунтов выравнивает температуру плавких вставок с внутренней поверхностью корпуса, тем самым практически исключает тепловое сопротивление наполнителя R_н, которое составляет почти половину сопротивления суммарному тепловому потоку Q_сумм у аналога и прототипа.

Внешняя поверхностью корпуса выполняется ребристой для увеличения теплоотвода в окружающий воздух.

Интенсивный теплоотвод от плавкой вставки позволяет уменьшить объем материала перешейков и увеличить быстродействие предохранителя по сравнению с аналогом и прототипом при одинаковых с ними номинальных токах и токах короткого замыкания.

Как показал эксперимент, предложенный предохранитель при равных с аналогом и прототипом номинальных токах и токах короткого замыкания срабатывает быстрее в 1,5-2 раза.

На фиг. 1 представлен предохранитель, плоскость шунтов которого параллельна плоскости торцов корпуса; на фиг. 2 предохранитель, плоскость шунтов которого параллельна оси предохранителя, где 1 корпус предохранителя; 2 контактные выводы, 3 дугогасящий наполнитель, 4 плавкая вставка, 5 перешейки на плавкой вставке, 6 тепловые шунты.

Корпус 1 предохранителя выполняется из электроизоляционного материала, например из фарфора. Контактные выводы 2 выполняются из металла, например из меди. В качестве наполнителя 3 может быть использован кварцевый песок. Плавкая вставка 4 может быть выполнена из металлической ленты, например сеpебpяной, медной или алюминиевой фольги. Перешейки 5 на плавкой вставке выполняются в виде утончения ее ширины. Тепловые шунты 6 выполняются из фольги того же материала, что и плавкой вставки. Ширина шунтов равна ширине плавкой вставки в случае, когда плоскость шунтов параллельна плоскости торца корпуса (фиг. 1), или меньше расстояния между перешейками (фиг. 2), когда плоскость шунтов параллельна оси предохранителя. Длина шунтов больше расстояния от плавкой вставки до стенки корпуса. Шунты контактируют с внутренней поверхностью корпуса плоскостью, отогнутыми площадками. Шунты могут быть выполнены заодно с плавкими вставками или приварены к ним.

Плавкий предохранитель содержит трубчатый корпус 1, на торцах которого закреплены контактные выводы 2. Корпус заполнен дугогасящим наполнителем 3. Плавкая вставка 4 размещена в корпусе 1, а ее концы электрически соединены с выводами 2. Перешейки 5 выполнены в виде уменьшенной ширины ленты плавкой вставки 4. Шунты размещены в корпусе, одними концами они приварены к плавкой вставке, а другими, отогнутыми, контактируют с внутренней поверхностью корпуса, внешняя поверхность которого выполнена ребристой.

Предохранитель работает следующим образом.

При включении предохранителя в электрическую цепь с номинальным током его плавкая вставка нагревается проходящим по ней током, но она не расплавляется, так как конструкция предохранителя обеспечивает требуемый отвод тепла от плавкой вставки. При токах выше значения номинального тока предохранитель срабатывает быстрее, чем прототип, так как перешейки его плавкой вставки имеют меньший объем металла, а следовательно, быстрее расплавляются одинаковым с прототипом током.