PL205659B1 - Wkładka bezpiecznikowa - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wkładka bezpiecznikowa, znajdująca zastosowanie jako wkładka bezpiecznikowa średniego napięcia prądu zmiennego o częstotliwości 50 Hz, służąca do zabezpieczania od skutków zwarć: transformatorów, baterii kondensatorów odgałęzień kabli, linii napowietrznych i innych urządzeń energetycznych.

Wkładki bezpiecznikowe średniego napięcia, produkowane przez firmę ABB i oznaczone jako typ CEF i CMF zbudowane są z topików nawiniętych śrubowo na ceramiczny wspornik, który umieszczony jest wewnątrz porcelanowej rury. Wnętrze rury wypełnione jest piaskiem o odpowiedniej ziarnistości, który chłodzi topiki podczas pracy w normalnych warunkach roboczych oraz gasi łuk elektryczny w warunkach zakłóceniowych. Rura porcelanowa jest szczelnie zamknięta z obu stron posrebrzanymi okuciami. Dodatkowo w osi wkładki, w jedno z okuć stykowych wbudowany jest wybijak sprężynowy, który wyzwala się w momencie przepalenia się topików wkładki, umożliwiając tym samym włączenie układów sygnalizacyjnych i pomocniczych, dotyczących zadziałania wkładki. Duża energia zmagazynowana w sprężynie wybijaka umożliwia także uruchomienie mechanizmu wyłączającego rozłącznik, współpracujący z wkładką bezpiecznikową. Sprężyna wybijaka umieszczona jest w tulei zewnętrznej wybijaka i utrzymywana jest w stanie napięcia za pomocą drutu zaciśniętego w tulei zamocowanej w uchwycie w postaci izolatora ceramicznego, zamocowanego na jednym końcu do tulei zewnętrznej wybijaka. Obwód elektryczny wybijaka składa się z drutu zewnętrznego, drutu wewnętrznego o mniejszej średnicy oraz z tulei zewnętrznej. Po przepaleniu przez prąd zwarciowy topików wkładki bezpiecznikowej, prąd płynąc obwodem elektrycznym wybijaka, powoduje przepalenie drutu wewnętrznego i uwolnienie napiętej sprężyny, a tym samym powoduje zadziałanie wybijaka, polegające na wypchnięciu z tulei zewnętrznej ruchomego końca sprężyny, który w stanie spoczynku dociśnięty jest do podkładki zamykającej z jednej strony tuleję wewnętrzną. Izolator ceramiczny pełni podwójną role. Jedną z nich jest odizolowanie drutu zewnętrznego od tulei zewnętrznej wybijaka, a drugą utrzymywanie sprężyny wybijaka w stanie napiętym.

Wkładki bezpiecznikowe typu CEF i CMF nie mają żadnych elementów czujnikowych ani mechanizmów, które inicjowałyby zadziałanie wybijaka w sytuacji, gdy temperatura wkładki przekracza dopuszczalny poziom, co może nastąpić wskutek przeciążenia bezpiecznika bądź w następstwie wystąpienia niedopuszczalnych przyrostów temperatury w otoczeniu wkładki, spowodowanych przyczynami zewnętrznymi. Brak czujnika temperaturowego w niektórych zastosowaniach wkładki bezpiecznikowej jest jej niedogodnością.

Niedogodności tej nie ma rozwiązanie przedstawione w opisie patentowym US nr 6831546. Z opisu tego znany jest udarowy układ sygnalizacyjny, który stosowany jest w bezpieczniku wysokonapięciowym i zawiera urządzenie ochronne, w postaci wybijaka, w którego obudowie umieszczona jest sprężyna w stanie napięcia, mająca ruchomy koniec, współpracujący poprzez materiał aktywatora z elementem uruchamiającym. Element uruchamiający usytuowany jest w obudowie urządzenia ochronnego, a w przypadku uwolnienia napiętej sprężyny poza tą obudowa. Urządzenie ochronne zawiera drut oporowy o dużej rezystancji, który połączony jest równolegle z drutem łatwotopliwym oraz zawiera uchwyt, który pochłania wstępne naprężenie sprężyny. Uchwyt zawiera sekcję drutu oporowego o dużej rezystancji, która ma postać uzwojenia i przechodzi przynajmniej raz dookoła ruchomego końca sprężyny w celu utworzenia wstępnego naprężenia sprężyny, oraz która przynajmniej częściowo styka się w sposób przewodzący ciepło z materiałem aktywatora. Powyżej temperatury granicznej materiał aktywatora, na skutek zniszczenia części uzwojenia przechodzącego przez ruchomy koniec sprężyny lub całkowitego stopienia materiału aktywatora, poprzez zmniejszenie obciążenia działającego na sprężynę, uwalnia sprężynę i aktywuje udarowy układ sygnalizacyjny.

Z europejskiego zgł oszenia patentowego nr EP 0762455 znany jest bezpiecznik z termicznym wyłącznikiem, który stanowi zintegrowane kompaktowe urządzenie, które chroni jednocześnie obwód elektryczny przed przegrzaniem i przeciążeniem prądowym. W metalowej obudowie umieszczony jest czujnik temperaturowy, dwie sprężyny dociskające, element przewodzący obwodu elektrycznego, który wraz z obudową i elektrycznymi przewodami doprowadzającymi i odprowadzającymi prąd do bezpiecznika stanowi obwód zabezpieczający bezpiecznika. Czujnik temperaturowy ma postać granulki wykonanej z materiału termoplastycznego, która topi się w określonej temperaturze. Czujnik ten dociska z jednej strony pierwszą sprężynę dociskającą do elementu przewodzącego, na który z drugiej strony wywiera nacisk druga sprężyna dociskająca o większej sile nacisku niż pierwsza, usytuowana po stronie czujnika temperaturowego. W momencie wystąpienia określonej temperatury

PL 205 659 B1 we wnętrzu bezpiecznika, czujnik topi się częściowo lub całkowicie, powodując tym samym zmniejszenie siły docisku sprężyny, która ulega przesunięciu na miejsce stopionego materiału za pomocą drugiej sprężyny o większej sile docisku, powodując tym samym przerwanie obwodu elektrycznego w miejscu styku elementu przewodzącego z elektrycznym przewodem odprowadzającym.

Istotą wkładki bezpiecznikowej zawierającej wybijak ze sprężyną, która umieszczona jest w metalowej obudowie wybijaka, a której ruchomy koniec współpracuje z elementem uruchamiającym, a sprężyna utrzymywana jest w stanie napięcia przy wykorzystaniu uchwytu, bę dącego czujnikiem termicznym, który powyżej określonej temperatury ulega częściowemu lub całkowitemu zniszczeniu, jest to, że uchwyt wykonany jest z materiału termoplastycznego i ma postać izolacyjnej zatyczki, zamykającej osiowy otwór metalowej obudowy wybijaka, który usytuowany jest po przeciwnej stronie ruchomego końca sprężyny, przy czym izolacyjna zatyczka wyposażona jest w przelotowy otwór, służący do umieszczenia w nim tulejki utrzymującej w napięciu drut wewnętrzny, stanowiący część obwodu elektrycznego wybijaka.

Korzystnie izolacyjna zatyczka wykonana jest w postaci cylindrycznego korka.

Korzystnie izolacyjna zatyczka wykonana jest w postaci korka o kształcie stożkowym.

Korzystnie izolacyjna zatyczka ma postać częściowo cylindryczną a częściowo stożkową.

Korzystnie izolacyjna zatyczka wykonana jest z materiału o temperaturze topnienia z przedziału 110^oC - 140^oC.

Korzystnie izolacyjna zatyczka wykonana jest z materiału o temperaturze topnienia 125^oC.

Korzystnie izolacyjna zatyczka wykonana jest z polietylenu.

Zaletą wkładki bezpiecznikowej według wynalazku jest prosta konstrukcja, umożliwiająca znaczną poprawę jej działania, poprzez jej wyposażenie w czujnik temperaturowy. Skonstruowanie prostego czujnika temperaturowego w postaci zatyczki izolacyjnej, która zastępuje tradycyjny izolator ceramiczny zwiększa użyteczność i możliwości zastosowania różnych typów wkładek bezpiecznikowych średniego napięcia.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia wkładkę bezpiecznikową typu CEF w półprzekroju - półwidoku, fig. 2 - kompletny wybijak sprężynowy przed zadziałaniem czujnika temperaturowego, w przekroju wzdłużnym, a fig. 3 - wybijak sprężynowy po zadziałaniu czujnika temperaturowego, w przekroju wzdłużnym.

Wkładka bezpiecznikowa zawiera umieszczony w porcelanowej cylindrycznej obudowie 1, izolacyjny wspornik 2, na który nawinięte są śrubowo topiki 3, połączone z przewodzącymi prąd okuciami wspornika 4. Okucia 4 są zamocowane na wsporniku w jego osi za pomocą korków 5. Obudowa 1 wypełniona jest chłodziwem 6 i zamknięta z obu stron zewnętrznymi okuciami 7. W osiowym otworze obudowy 1 i jednego z korków 5, wewnątrz zewnętrznego okucia 7 umieszczony jest wybijak sprężynowy 8.

Wybijak sprężynowy 8 składa się z obudowy w postaci tulei zewnętrznej 9, usytuowanej w niej współosiowo tulei wewnętrznej 10, zamkniętej z jednej strony denkiem w postaci podkładki 11, w których umieszczona jest będąca w stanie napięcia sprężyna dociskowa 12. Sprężyna dociskowa 12 utrzymywana jest w stanie napięcia za pomocą drutu wewnętrznego 13, którego jeden koniec jest zaciśnięty w tulejce 14 i połączony z drutem zewnętrznym 15, a drugi koniec zaczepiony jest do jednego ze zwojów sprężyny 12 i zaciśnięty przez podkładkę 11. Tulejka 14 unieruchomiona jest w osi tulei zewnętrznej 9 po stronie nieruchomego końca sprężyny 12 za pomocą uchwytu w formie izolacyjnej zatyczki 16. Izolacyjna zatyczka 16 ma kształt cylindrycznego korka, wykonanego z materiału termoplastycznego i stanowi czujnik termiczny, który pod wpływem określonej temperatury mięknie lub topi się całkowicie. Izolacyjna zatyczka wyposażona jest w przelotowy otwór, służący do umieszczenia w nim drutu wewnętrznego 13. Izolacyjna zatyczka może być wykonana w postaci korka o stożkowym kształcie lub w postaci korka częściowo cylindrycznego a częściowo stożkowego, co nie jest uwidocznione na rysunku. Obwód elektryczny wybijaka 8 utworzony jest z drutu zewnętrznego 15, drutu wewnętrznego 13 o mniejszej średnicy i o większej rezystancji i tulei zewnętrznej 9.

Działanie wybijaka polega na tym, że w momencie przepalanie się topików 3 wkładki bezpiecznikowej, prąd zwarciowy płynąc obwodem elektrycznym wybijaka 8 powoduje przepalenie drutu wewnętrznego 13, lub że na skutek wysokiej temperatury w środowisku pracy bezpiecznika, lub wysokiej temperatury powstałej podczas przepływu prądów przeciążeniowych bezpiecznika, izolacyjna zatyczka 16 mięknie lub topi się całkowicie, co w obu przypadkach powoduje uwolnienie napiętej sprężyny 12 i wyrzut tulei wewnętrznej 10 na zewnątrz tulei zewnętrznej 9. Tuleja wewnętrzna 10 współpracuje z nieuwidocznionym na rysunku rozłącznikiem a duża siła jej gwałtownego przesunięcia powoduje

PL 205 659 B1 mechaniczne rozłączenie obwodu elektrycznego rozłącznika. Izolacyjna zatyczka 16 wykonana jest z materiał u o temperaturze topnienia z zakresu 110^oC - 140^oC, a korzystnie z materiał u o temperaturze topnienia 125^oC. Dla wkładek bezpiecznikowych typu CEF i CMF tj. dla wkładek średniego napięcia i wielkiej mocy wyłączalnej materiałem, z którego wykonuje się izolacyjną zatyczkę 16, jest polietylen.

Claims (7)

1. Wkładka bezpiecznikowa zawierająca wybijak ze sprężyną, która umieszczona jest w metalowej obudowie wybijaka, a której ruchomy koniec współpracuje z elementem uruchamiającym, a sprężyna utrzymywana jest w stanie napięcia przy wykorzystaniu uchwytu, bę dącego czujnikiem termicznym, który powyżej określonej temperatury ulega częściowemu lub całkowitemu zniszczeniu, znamienna tym, że uchwyt wykonany jest z materiału termoplastycznego i ma postać izolacyjnej zatyczki (16), zamykającej osiowy otwór metalowej obudowy (9) wybijaka (8), który jest usytuowany po przeciwnej stronie ruchomego końca sprężyny (12), przy czym izolacyjna zatyczka (16) wyposażona jest w przelotowy otwór, służący do umieszczenia w nim tulejki (14), utrzymującej w napięciu drut wewnętrzny (13), stanowiący część obwodu elektrycznego wybijaka (8).

2. Wkładka bezpiecznikowa według zastrz. 1, znamienna tym, że izolacyjna zatyczka (16) wykonana jest w postaci cylindrycznego korka.

3. Wkładka bezpiecznikowa według zastrz. 1, znamienna tym, że izolacyjna zatyczka (16) wykonana jest w postaci korka o kształcie stożkowym.

4. Wkładka bezpiecznikowa według zastrz. 1, znamienna tym, że izolacyjna zatyczka (16) ma postać częściowo cylindryczną a częściowo stożkową.

5. Wkładka bezpiecznikowa według zastrz. 1, znamienna tym, że izolacyjna zatyczka (16) wykonana jest z materiału o temperaturze topnienia z przedziału 110^oC - 140^oC.

6. Wkładka bezpiecznikowa według zastrz. 5, znamienna tym, że izolacyjna zatyczka (16) wykonana jest z materiału o temperaturze topnienia 125^oC.

7. Wkładka bezpiecznikowa według zastrz. 1, znamienna tym, że izolacyjna zatyczka (16) wy-