высоковольтный токоограничивающий предохранитель

Формула изобретения

Высоковольтный токоограничивающий предохранитель, содержащий заполненный кварцевым песком изоляционный корпус, внутри которого размещена плавкая вставка, представляющая собой сердечник с намотанным на него по спирали по крайней мере одним плавким элементом, выполненным из круглой проволоки, отличающийся тем, что плавкий элемент выполнен в виде повторяющихся одинаковых участков, состоящих из двух переходящих одна в другую частей: первой, сечение которой плавно увеличивается в осевом направлении от минимального до максимального значения с последующим плавным уменьшением вновь до минимального, а отношение периметра плавкого элемента к его сечению в осевом направлении плавно изменяется от максимального значения в минимальном сечении до минимального в максимальном, и второй, сечение которой минимальное, при этом отношение максимального значения сечения к минимальному составляет 1,3

1,5, а отношение длины всего участка к длине его части с максимальным сечением 5 10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным токоограничивающим предохранителям с высокой отключающей способностью.

Известны высоковольтные токоограничивающие предохранители, содержащие заполненный кварцевым песком изоляционный корпус, внутри которого размещена плавкая вставка, представляющая собой сердечник с намотанным на него по спирали, по крайней мере, одним плавким элементом (ПЭ), выполненным из круглой проволоки.

Однако, в таких предохранителях большая длина намотанного на сердечник ПЭ увеличивает габариты предохранителя и снижает механическую прочность ПЭ. Кроме того, круглое сечение проволочных плавких элементов обуславливает минимальное отношение периметра ПЭ к его сечению, снижает плотность номинального тока и приводит к необходимости увеличения количества параллельно включенных ПЭ.

Технической задачей на решение которой направлено настоящее изобретение является повышение технологичности изготовления ПЭ, улучшение удельных параметров предохранителей.

Для ее решения в высоковольтном токоограничивающем предохранителе, содержащем заполненный кварцевым песком изоляционный корпус, внутри которого размещена плавкая вставка, представляющая собой сердечник с намотанным на него по спирали, по крайней мере, одним плавким элементом, выполненным из круглой проволоки, плавкий элемент выполнен в виде повторяющихся одинаковых участков, состоящих из двух переходящих одна в другую частей: первой, сечение которой плавно увеличивается в осевом направлении от минимального до максимального значения с последующим плавным уменьшением вновь до минимального, а отношение периметра плавкого элемента к его сечению в осевом направлении плавно изменяется от минимального значения в максимальном сечении до максимального - в минимальном, и второй, сечение которой минимальное: при этом отношение максимального значения сечения к минимальному составляет 1,3 - 1,5, а отношение длины всего участка к длине его части с минимальным сечением 5 - 10.

Известны проволочные ПЭ, выполненные в виде повторяющихся одинаковых участков. Однако, предохранители с такими плавкими элементами предназначены только для отключения токов перегрузки, т.к. при равенстве сечений круглых и сплющенных участков ПЭ, их расплавление и испарение при протекании токов короткого замыкания (КЗ) происходит одновременно, вызывая возникновение перенапряжений, превышающих допустимые значения, повторные зажигания дуги после перехода тока через нуль и, как следствие, невозможность отключения токов КЗ.

На фиг. 1 приведен высоковольтный токоограничивающий предохранитель, а на фиг. 2 - плавкий элемент по формуле изобретения и график изменения сечения по отношению к минимальному сечению.

Высоковольтный токоограничивающий предохранитель содержит заполненный кварцевым песком изоляционный корпус 1, закрытый по концам колпачками 2, внутри которого размещена плавкая вставка 3. Плавкая вставка 3 представляет собой сердечник 4, с намотанным на него по спирали, по крайней мере, одним плавким элементом 5, выполненным из круглой проволоки. Плавкий элемент 5 представляет собой повторяющиеся одинаковые участки 6, состоящие из двух переходящих одна в другую частей: первой 7, сечение которой плавно увеличивается в осевом направлении от минимального до максимального значения с последующим плавным уменьшением вновь до минимального, а отношение периметра плавкого элемента к его сечений в осевом направлении плавно изменяется от максимального значения в минимальном сечении до минимального - в максимальном, и второй 8, сечение которой минимальное; при этом отношение максимального значения сечения к минимальному составляет 1,3 - 1,5, а отношение длины всего участка 6 к длине его части 8 с минимальным сечением - 5 - 10 в зависимости от диаметра проволоки.

Работа предохранителя осуществляется следующим образом.

При возникновении короткого замыкания первыми одновременно расплавляются и испаряются участки 8 ПЭ 5 с минимальным сечением. При этом не происходит резкого обрыва тока, ток в течение некоторого времени продолжает нарастать до расплавления участков с максимальным сечением, а затем начинает плавно уменьшаться до нуля. Напряжение на дуге развивается плавно и не превышает допустимых значений.

При отключении токов перегрузки расплавление происходит в том месте, где температура имеет наибольшее значение, а именно в том, где минимальное сечение начинает переходить в максимальное, т.к. особенностью заявляемого ПЭ является тот факт, что отношение периметра плавкого элемента к его сечении в осевом направлении плавно изменяется от максимального значения в минимальном сечении до минимального - в максимальном, а плотность тока плавно изменяется от максимальной в минимальном сечении до минимальной - в максимальном. Возникшая затем дуга развивается в сторону минимального сечения, являющегося своего рода радиатором, напряжение на ней быстро растет, приводя к быстрому ее погасанию. При такой форме ПЭ, его часть с максимальным сечением, как правило, остается нерасплавленной.

При отключении токов большой кратности по отношению к номинальному, вплоть до токов КЗ, для надежного гашения дуги достаточно, чтобы отношение интеграла отключения ПЭ к его интегралу плавления находилось в пределах от 2 до 3. При этом оптимальное отношение максимального сечения к минимальному лежит в пределах 1,25 - 1,7. Указанные в формуле изобретения пределы отношений (1,3 - 1,5) были получены экспериментальным путем при прокате проволоки диаметром соответственно 0,15 - 0,6.

Выбор отношения длины всего участка к длине его части с минимальным сечением обусловлен технологией прокатки проволоки различного исходного диаметра в валках определенной конфигурации.

Использование данного высоковольтного токоограничивающего предохранителя позволяет повысить технологичность и уменьшить трудоемкость изготовления ПЭ, повысить их механическую прочность, уменьшить длину ПЭ и их количество в расчете на один и тот же номинальный ток и, тем самым, снизить габариты самих предохранителей, уменьшить кратность минимальных отключаемых токов по отношению к номинальному с 7 до 5-кратного при U_ном = 35 и 20 кВ и с 5 до 3-кратного при U_ном = 6 и 10 кВ. Кроме того, высоковольтный токоограничивающий предохранитель по заявляемому изобретению позволяет также отключать токи короткого замыкания не менее 40 кА при напряжении 6 кВ, и 16 кА при напряжении 35 кВ.