Плавкий элемет предохранителя

(11) 571844 Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл.э Н 01 Н 85/06 с присоединением заявкиГацАаратааыамЯ ыаяытатЯаата Ыыыыстраа ОИРыа Ялаю ыаабратаыыЯы аткрытыЯ(45) Дата опубликования описания 10.1077(54) ПЛАВКИЙ ЭЛЕМЕНТ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ Изобретение относится к области электроаппаратостроения, в частности к плавким элементам предохранителет.Известны плавкие элементы предохранителей, выполненные из различных 5 однородных металлов 111 .Выбирая в качестве материала плавкого элемента металл с теми или ины" ми электрофиэическими свойствами (с той или иной электро- и теплопровод ностью, температурои плавления и т,д.), в предохранителях получают и соответствующие им эксплуатационные характеристики.Однако получив широчайшее примене ние н различных типах предохранителей, плавкие элементы из однородных ме" таллов имеют довольно ограниченные возможности и в целом ряде случаев практики разработки электротехничес кого оборудования не могут удовлетворить современных требований, предъявляемых к предохранителям и их эксплуатационным характеристикам.Наиболее близким по технической 25 сущности и достигаемому результату к изобретению является плавкий элемент, выполненныи иэ металлов на основе меди, серебра, алюминия, цинка или их различных композиций 12).з 0 Известные плавкие элементы на основе указанных материалов по сравнению с другими подобными плавкими элементами имеют наиболеевысокую электро- и теплопроводность и ввиду сравнительно малого отношения объема металла к токовой нагрузке позволяют обеспечить в предохранителях наиболее высокую коммутационную способность. В то же время сравнительно высокая температура плавления таких плавких элементов (420 С и выше) не позволяет их использовать в предохранителях, от которых требуется очень малый перегрев и потерямощности. Не решает зту проблему полностью и использование н планких элементах предохранителей различных известных композиции из выше указанных материалов, поскольку все они включают в себя металлы, образующие между собой интерметаллические соединения, или металлы, обладающие очень хорошей взаимной растворимостью, что обычно вызывает в процессе эксплуатации плавких элементов их значительное старение (изменение физических свойств с течением времени), неизбежно приводящее к существенному изменению эксплуатационных характеристик, в частности, к увеличению нагрева и потерьмощности при номинальных токах, уменьшению пограничного тока и изменению всех защитных характеристик в целом.Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик плавких элементов предохранителей. Достигается поставленная цель тем,что введенные в плавкий элемент ингредиенты состоят из металлов, не образующих с металлом основы интерметаллических соединений, растворимостькоторых в твердом металле основы при400 С находится в пределах 0,001- 10,0 мас.Ъ, Для обеспечения надежногосоединения металла основы плавкогоэлемента с введенными ингредиентамиплавкий элемент на участках, в которые введены вышеуказанные ингредиенты, может представлять собой сплав илиметаллокерамическую композицию метал 20ла основы плавкого элемента с введенными ингредиентами. С той же цельювведенные в металл основы плавкогоэлемента ингредиенты могут состоятьиз металлов, образующих с металлом основы плавкого элемента интерметаллические соединения или неограниченныетвердые растворы или ограниченные твер.дые растворы с пределом растворимостив металле основы плавкого элемента, ЗОлежащем в пределах 10,0-85,0 мас.Ъ,причем количество таких ингредиентовв сплаве или металлокерамической композиции может составлять 0,01-50,0 масЪот общей массы введенных ингредиентов. 35При таком исполнении плавкого элемента введенные в плавкий элемент легкоплавкие ингредиенты очень мало изменяют физические свойства входящих в его композицию металлов, но доста точно прочно соединяются с ними.Благодаря такой особенности композиции и удается получить плавкий элемент, обладающии необходимои прочностью, высокой электро- и теплопроводностью, малым старением и низкой температурой срабатывания. В свою очередь, эти свойсва предлагаемого плавкого элемента позволяют ему, по сравнению с другими подобными известными конструкциями, одновременно улучшить целый ряд эксплуатационных характеристик: увеличить коммутационную и токоограничивающую способности при токах коРоткого замыкания, снизить нагРев и потери мощности при номинальных токах и токах ниже пограничного, повысить стабильность характеристик и надежность работы в целом во всех указанных режимах.Иа фиг. 1-6 даны различные вариан ты исполнения плавких элементов; на фиг. 7-10 - структуры плавкого элемента на участках с введенными легкоплавкими ингредиентами в момент разрушения.65 На фиг. 1 изображен общий вид и микроструктура продольного сечения плавкого элемента, выполненного в виде проводника из материала на основе меди, серебра, алюминия или цинка, в который по всей длине введены металлы или сплавы, или металлокерамические смеси с температурой плавления ниже 400 оС, не образующие с металлом основы плавкого элемента интерметалдических соединений и растворимость которых в твердом металле основы плавкого элемента при температуре 400 С находится в пределах 0,001-10,0 мас.Ъ,Для медной основы плавкого элемента в качестве таких металлов могут быть введены, например свинец, таллий, висмутлитий и их сплавы. Для серебряной основы плавкого элемента - свинец, висмут, натрий и их сплавы. Для алюминиевой основы плавкого элемента - свинец, таллий, кадмий, висмут, олово, индий, натрий и их сплавы. Для цинковой осно-, вы плавкого элемента - свинец, таллий, кадмий, висмут, олово и их сплавы,Для обеспечения надежного соединения металла основы плавкого элемента с введенными мало растворимыми и не образующими интерметаллических соединений ингредиентами плавкий элемент может быть выполнен в виде сплава или металлокерамической композиции металла основы плавкого элемента с введенными ингредиентами.С той же целью введенные в металл. основы плавкого элемента ингредиенты могут содержать часть ингредиентов, образующих с металлом основы плавкого злемепта интерметаллические соединения или неограниченные твердые растворы или ограниченные твердые растворы с пределом растворимости в металле основы плавкого элемента лежащем в пределах 10,0-85,0 мас, Ъ, причем количество последних в сплаве или металлокерамической композиции может составлять 0,01-50,0 мас.Ъ от общей, массы введенных ингредиентов.В качестве таких хорошо растворимых или образующих интерметаллические соединения ингредиентов могут быть использованы, например, при медной основе - магний, никель, сурьма, цинк, кадмий, олово, индий и их сплавы; при серебряной основе - магний, сурьма, цинк, кадмий, таллий, олово, калий, литий, индий и их сплавы; при цинко вой основе - медь, сереброо, алюминий, магний, калий, натрий.При таком исполнении плавкого элемента его объем представляет композицию, состоящую из относительно туго- плавкой составляющей 1, образованной металлом основы плавкого элемента, и более легкоплавкой составляющей 2, образованной введенными ингредиентами., 571844в частности, в рассматриваемом варианте исполнения, нерастворившаяся часть введенных в основной металл плавкого элемента ингредиентов в виде составляющей 2 выделяется.(или располагается) в межкристаллитном пространстве, кристаллитов металла составляющей 1 основы плавкого элемента. Соотношение между ооъемами тугоплавкой составляющей 1 и легкоплавкой составляющей 2 10 в композиционном материале плавкого элемента выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к характеристикам плавкого элемента и может изменяться в широких пределах, Напри мер, если для плавкого элемента наиболее важной характеристикой является высокая электро- и теплопроводность, то объем легкоплавкой составляющей 2 должен быть меньшим, чем объем туго- плавкой составляющей 1.Ясли же для плавкого элемента очень важно иметь как можно более низкую температуру срабатывания, то объем легкоплавкой составляющей 2 в материале может быть больше объема тугоплавкой составляющей 1.На фиг. 2-5 даны общий вид и стрУктура разреза различных вариантов исполнения плавкого элемента, выполнен- . ного в виде проводника из материала 80 на основе меди или серебра, или алюминия, или цинка, в материал основы которого введены легкоплавкие ингредиенты составляющей 2 не по всему плавкому элементу, а только на неко тором его участке или участках 3.У такого типа плавких элементов возможны четыре основных варианта ис" полнения участков 3: участок выполнен из сплава или металлокерамической сме си металла основы плавкого элемента в виде составляющей 1 и легкоплавких ингредиентов в виде составляющей 2 (фиг. 2); участок выполнен только из легкоплавких ингредиентов в виде составляющей 2 (фиг. 3)," участок выполнен в виде двухслойной композиции, из которой один слой состоит только из металла основы плавкого элемента 1, а второй слой - из сплава или металло керамической смеси металла составляющей 1 илегкоплавкой составляющей 2 (фиг. 4); участок выполнен в виде двухслоиной композиции, из которых один слой состоит только из металла основы плавкого элемента составляющей 1, а второй слой только из легкоплавкой составляющей 2 (фиг. 5).На фиг. б даны общий вид и структура разреза одного из наиболее сложных вариантов исполнения плавкого элемен та. Основное отличие этого варианта исполнения плавкого элемента от выше рассмотренных состоит в том, что сама тугоплавкая основа в виде составляющей 1 плавкого элемента представляет собойбб композицию в виде цепочки последовательно соединенных пластин, выполненнь 1 х из различных металлов - меди 4,серебра 5, цинка б, алюминия 7, в одиниз которых (или в каждый из которых) введены более легкоплавкие ингредиенты составляющей 2.Предлагаемый плавкий элемент рабо-, тает следующим образом.При номинальных токах и токах ниже пограничного плавкий элемент работает как обычный электропроводник.При пограничных токах и токах выше пограничного плавкий элемент, нагреваясь до температуры плавления легкоплавких ингредиентов 2, начинаетбыстро разрушаться (фиг. 7 - фиг. 10)сначала ограничивая, а затем и полностью прерывая электрический ток. Следовательно, при пограничных токах итоках выше пограничного температураразрушения, а следовательно, и темпе,ратура срабатывания плавкого элементав целом определяется температурой плав;ления легкоплавкой составляющей 2 плав"кого элемента.Так например, плавкий элемент наоснове меди, в который введены в качестве легкоплавких ингредиентов сплав,состоящий из 80 мад.Ъ Р 6 и 20 мас.ЪСЯ , имеет температуру срабатыванияпри пограничном токЕ а 260 оС (средняя температура плавкого элемента при,этом при длине 80 мм достигает 125 оС),. Обладая достаточно высокой электро-н теплопроводностью при относительномалом объеме металла на токовую нагрузку, малым нагревом при номинальных токах и низкой температурой срабатывания при пограничных токах и токах,выше пограничного, а также очень ма"лым старением в процессе эксплуатации,предлагаемые плавкие элементы позволяют в предохранителях обеспечить достаточно высокую токоограничивающуюи отключающую способность, уменьшитьнагрев элементов конструкции и потеримощности, улучшить защитные.характеристики при токах, близких к пограничным, и добиться высокой стабильности всех указанных эксплуатационныххарактеристик в течение всего срокаслужбы предохранителей.Предлагаемые плавкие элементы могут найти широкое применение в инерционных и быстродействующих предохранителях,формула изобретения1, Плавкий элемент предохранителя, выполненный из металла, а именно; иэ металла на основе меди или серебра, или алюминия, или цинка и их сплавов или композиций, в который введены металлы или сплавы или металлокерамйческие. композиции с температурой плав571844 44 ления ниже 400 С, о т л и ч а юощ и й с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик введенные в плавкий элемент ингредиенты состоят из металлов, не образующих с металлом основы интерметаллических соединений и растворимость которых в твердом металле основы при 400 оС находится в пределах 0,001- 10,0 мас.%. 2. Элемент по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что металл основы и ингредиенты представляют собой сплав,3. Элемент по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ .и й с я тем, что в плавкий элемент дополнительно введены ингредиенты, которые с металлом основы образуют интерметаллические соединения или неограниченные твердые растно.ры, или огоаниченные твердые растворыс пределом растворимости в металлеосновы, лежащим в интервале 10,085,0 мас.%, причем количество такихингредиентов в сплаве или металлокерамической композиции составляет 0,0150,0 мас,% от общей массы введенных 10 ингредиентов.Источники информации, принятые во, внимание, при экспертизе:1, Родщтейн Л. А. Электрические аппараты низкого напряжения, Энергияф1971, стр, 2442. Кузнецов Р. С. йппараты распределения электрической энергии на напряжение до 1000 в, Энергияф, 1970,стр. 336-337.)3 кав 3040/Зб ЦИНИПИ Государст по д 113033 л МоекТираж 976 енного комитета лам изобретений а 1 И-З 5 Раушсл Подписное Сонета Министров н ;3 ткрытий