высоковольтный плавкий предохранитель

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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) .

На фиг. 1 чертежа приведен продольный разрез высоковольтного плавкого предохранителя.

На фиг.2 показан продольный разрез электрического высоковольтного водонагревателя, в корпусе которого установлен заявляемый высоковольтный плавкий предохранитель.

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.

Слюдопласт приготовлен на основе слюдяной бумаги и неорганического связующего, например, алюмохромфосфата и имеет температуру плавления, равную +1100^oC.

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.

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.

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.

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.

Вместе с тем повысилась эффективность гашения электрической дуги, возникающей после расплавления плавкого элемента, благодаря высокой теплопроводности слюдопласта.

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.