RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS OCHRONNY WZORU UŻYTKOWEGO (21) Numer zgłoszenia: 117149 (22) Data zgłoszenia: 10.12.2007 (19) PL (11) 64793 (13) Y1 (51) Int.Cl. H01H 85/05 (2006.01) H01H 37/76 (2006.01) (54) Wkładka bezpiecznikowa (73) Uprawniony z prawa ochronnego: ABB Sp. z o.o., Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 22.06.2009 BUP 13/09 (45) O udzieleniu prawa ochronnego ogłoszono: 26.02.2010 WUP 02/10 (72) Twórca(y) wzoru użytkowego: Jan Ulatowski, Przasnysz, PL Jarosław Seliga, Lnisno, PL Mariusz Wilniewczyc, Warszawa, PL Joanna Grysztar, Piotrków Trybunalski, PL PL 64793 Y1
2 PL 64 793 Y1 Opis wzoru Przedmiotem wzoru użytkowego 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 znaczone jako typ CEF i CMF zbudowane są z topików nawiniętych spiralnie na ceramiczny wspornik, który umieszczony jest wewnątrz porcelanowej rury. Wnętrze rury wypełnione jest gasiwem o odpowiednim składzie chemicznym, i 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 przetopienia topików wkładki, umożliwiając tym samym wyzwolenie rozłącznika bezpiecznikowego współpracującego z bezpiecznikiem lub włączenie układów sygnalizacyjnych i pomocniczych, informujących o zadziałaniu wkładki. 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 tulei zewnętrznej. Po przetopieniu przez prąd zwarciowy topików wkładki bezpiecznikowej, prąd płynąc obwodem elektrycznym wybijaka, powoduje stopienie 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 rolę. Jedną z nich jest odizolowanie drutu zewnętrznego od tulei zewnętrznej wybijaka, a drugą utrzymywanie sprężyny wybijaka w stanie napiętym. Standardowo wkładki bezpiecznikowe typu CEF i CMF nie są wyposażone w czujnik temperatury, który inicjowałby zadziałanie wybijaka w sytuacji, gdy temperatura wkładki przekroczy 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 obudową. 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 zgłoszenia 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 we wnętrzu bezpiecznika, czujnik topi się częściowo lub całkowicie, powodując tym samym zmniejszenie
PL 64 793 Y1 3 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. Z polskiego zgłoszenia patentowego P379 065 znana jest wkładka bezpiecznikowa zawierająca wybijak ze sprężyną która umieszczona jest w metalowej obudowie wybijaka. Ruchomy koniec sprężyny współpracuje z elementem uruchamiającym. Sprężyna utrzymywana jest w stanie napięcia przy wykorzystaniu uchwytu, będącego czujnikiem termicznym, który powyżej określonej temperatury ulega częściowemu lub całkowitemu zniszczeniu. 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. Izolacyjna zatyczka wyposażona jest w przelotowy otwór, służący do umieszczenia w nim tulejki utrzymującej w napięciu drut wewnętrzny, stanowiący część obwodu elektrycznego wybijaka. Istotą wkładki bezpiecznikowej z wybijakiem sprężynowym i czujnikiem termoplastycznym według wzoru użytkowego, w którym wybijak zawiera obudowę w postaci tulei zewnętrznej z uchwytem izolacyjnym umieszczonym na jednym końcu tulei, do którego zamocowana jest jednym końcem sprężyna naciskowa utrzymywana w stanie napięcia za pomocą drutu wewnętrznego, której drugi koniec umieszczony jest w cylindrycznej nasadce, przy czym nasadka umieszczona jest przesuwnie wewnątrz obudowy wybijaka, a jej dno zaopatrzone jest w przelotowy otwór jest to, że czujnik termiczny wybijaka stanowi podkładka termoplastyczna, która w stanie napięcia sprężyny naciskowej zespolona jest z pętlą drutu wewnętrznego i umieszczona jest w cylindrycznej nasadce pomiędzy dnem nasadki a podkładką pomocniczą. Podkładka pomocnicza stanowi oparcie dla umieszczonego w cylindrycznej nasadce końca sprężyny naciskowej i wyposażona jest w przelotowy otwór. Korzystnie podkładka termoplastyczna ma kształt płaskiego cylindrycznego krążka z łukowatymi bocznymi wybraniami, które usytuowane są na bocznej powierzchni krążka, równoległe do osi wzdłużnej krążka i rozmieszczone są symetrycznie względem siebie. Korzystnie podkładka termoplastyczna ma kształt spłaszczonej kuli z łukowatymi bocznymi wybraniami, które usytuowane są na bocznej powierzchni spłaszczonej kuli, równolegle do osi wzdłużnej spłaszczonej kuli i rozmieszczone są symetrycznie względem siebie. Korzystnie przelotowy otwór podkładki pomocniczej ma kształt centrycznie usytuowanej szczeliny. Zaletą wkładki bezpiecznikowej według wzoru użytkowego jest zwiększona funkcjonalność wkładki zrealizowana poprzez wyposażenie jej w prosty czujnik temperaturowy w postaci podkładki termoplastycznej umieszczonej wewnątrz wybijaka uruchamianego za pomocą sprężyny naciskowej. Zastosowanie czujnika temperaturowego zwiększa użyteczność i możliwości stosowania opisywanej wkładki bezpiecznikowej średniego napięcia. Przedmiot wzoru użytkowego przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wkładkę bezpiecznikową typu CEF i CMF w półprzekroju-półwidoku, fig. 2 - kompletny wybijak sprężynowy przed zadziałaniem czujnika temperaturowego, w przekroju wzdłużnym, fig. 3 - końcowy fragment wybijaka sprężynowego wraz z podkładką termoplastyczną w przekroju poprzecznym, fig. 4 - wybijak sprężynowy po zadziałaniu czujnika temperaturowego, w przekroju wzdłużnym, fig. 5 - pierwszy wariant wykonania podkładki termoplastycznej w rzucie aksonometrycznym, fig. 6 - drugi wariant wykonania podkładki termoplastycznej w rzucie aksonometrycznym, a fig. 7 - podkładkę pomocniczą w rzucie aksonometrycznym. 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 gasiwem 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 cylindrycznej nasadki 10, w postaci wewnętrznej tulei, nałożonej na sprężynę naciskową 11. Cylindryczna nasadka 10 zamknięta jest jednostronnie dnem 12 zaopatrzonym w przelotowy otwór 13 o średnicy mniejszej od wewnętrznej średnicy nasadki 10. Wewnątrz nasadki 10, na jej dnie umieszczona jest podkładka termoplastyczna 14, stanowiąca czujnik termiczny wybijaka sprężynowego. Sprężyna naciskowa 11 utrzymywana jest w stanie napięcia za pomocą drutu wewnętrznego 15, którego jeden koniec jest zaciśnięty w tulejce zaciskowej 16 i połączony z drutem zewnętrznym 17,
4 PL 64 793 Y1 a drugi koniec tworzy pętlę 18, która przewleczona jest przez przelotowy otwór podkładki pomocniczej 19, stykającej się z ruchomym końcem sprężyny naciskowej 11. Pętla 18 obejmuje podkładkę termoplastyczną 14. Podkładka termoplastyczna 14 umieszczona jest wewnątrz nasadki 10 i z jednej strony styka się z podkładką pomocniczą 19, wyposażoną w przelotowy otwór, a z drugiej opiera się o dno nasadki 10. Tulejka zaciskowa 16 unieruchomiona jest w osi tulei zewnętrznej 9 po stronie nieruchomego końca sprężyny 11 za pomocą uchwytu w formie izolacyjnej zatyczki 20. Izolacyjna zatyczka 20 wyposażona jest w przelotowy otwór, służący do umieszczenia w nim drutu wewnętrznego 15. Obwód elektryczny wybijaka 8 utworzony jest z drutu zewnętrznego 17, drutu wewnętrznego 15 o mniejszej średnicy i o większej rezystancji w porównaniu z drutem zewnętrznym 17 oraz z tulei zewnętrznej 9. Podkładka termoplastyczna 14 w pierwszym wykonaniu ukształtowana jest w formie płaskiego krążka 14a, zaś w drugim wykonaniu w formie spłaszczonej kuli 14b. W obu wykonaniach na bocznych powierzchniach podkładki termoplastycznej wykonane są łukowate wybrania, które usytuowane są równolegle do osi wzdłużnej podkładki termoplastycznej i rozmieszczone są symetrycznie względem siebie. Odległość pomiędzy bocznymi wybraniami w podkładce termoplastycznej 14 dostosowana jest do szerokości rozstawu pętli 18 drutu wewnętrznego 15. Przelotowy otwór wykonany w podkładce pomocniczej 19 ma kształt centrycznie usytuowanej szczeliny, której dłuższy wymiar odpowiada szerokości rozstawu pętli 18. Klasyczne działanie wybijaka polega na tym, że w momencie przetopienia topików 3 wkładki bezpiecznikowej, prąd zwarciowy płynąc obwodem elektrycznym wybijaka 8 powoduje przetopienie drutu wewnętrznego 15. We wkładce bezpiecznikowej według wynalazku wybijak posiada dodatkową możliwość zadziałania polegającą na tym, że na skutek wysokiej temperatury w środowisku pracy wkładki, lub wysokiej temperatury wkładki powstałej w wyniku przepływu prądów przeciążeniowych, czujnik termiczny w postaci podkładki termoplastycznej 14 mięknie lub topi się całkowicie, co w obu przypadkach powoduje uwolnienie napiętej sprężyny 11 i wyrzut nasadki 10 na zewnątrz tulei zewnętrznej 9. Nasadka 10 współpracuje z nieuwidocznionym na rysunku rozłącznikiem a energia wyzwolona w czasie ruchu nasadki 10 powoduje mechaniczne rozłączenie obwodu elektrycznego rozłącznika. Podkładka termoplastyczna 14 wykonana jest z materiału o temperaturze topnienia z zakresu 110-140 C, a korzystnie z materiału o temperaturze topnienia 125 C. Dla wkładek bezpiecznikowych typu CEF i CMF tj. dla wkładek średniego napięcia i wielkiej mocy wyłączalnej materiałem, z którego wykonuje się podkładkę termoplastyczną 14 jest poliwęglan. Zastrzeżenia ochronne 1. Wkładka bezpiecznikowa z wybijakiem sprężynowym i czujnikiem termoplastycznym, w której wybijak zawiera obudowę w postaci tulei zewnętrznej z uchwytem izolacyjnym, umieszczonym na jednym końcu tulei, do którego zamocowana jest jednym końcem sprężyna naciskowa, której ruchomy koniec umieszczony jest w cylindrycznej nasadce, przy czym nasadka umieszczona jest przesuwnie wewnątrz obudowy wybijaka, a jej dno zaopatrzone jest w przelotowy otwór, znamienna tym, że czujnik termiczny wybijaka sprężynowego (8) stanowi podkładka termoplastyczna (14), która w stanie napięcia sprężyny naciskowej (11) zespolona jest z pętlą (18) drutu wewnętrznego (15) i umieszczona jest w cylindrycznej nasadce (10) pomiędzy jej dnem (12) a podkładką pomocniczą (19), przy czym podkładka pomocnicza (19) stanowi oparcie dla umieszczonego w cylindrycznej nasadce (10) końca sprężyny naciskowej (11) i wyposażona jest w przelotowy otwór. 2. Wkładka bezpiecznikowa według zastrz. 1, znamienna tym, że podkładka termoplastyczna (14) ma kształt płaskiego cylindrycznego krążka (14a) z bocznymi łukowatymi wybraniami, które usytuowane są na bocznej powierzchni krążka, równolegle do osi wzdłużnej krążka i rozmieszczone są symetrycznie względem siebie. 3. Wkładka bezpiecznikowa według zastrz. 1, znamienna tym, że podkładka termoplastyczna (14) ma kształt spłaszczonej kuli (14b) z bocznymi łukowatymi wybraniami, które usytuowane są na bocznej powierzchni spłaszczonej kuli, równolegle do osi wzdłużnej spłaszczonej kuli i rozmieszczone są symetrycznie względem siebie. 4. Wkładka bezpiecznikowa według zastrz. 1, znamienna tym, że przelotowy otwór podkładki pomocniczej (19) ma kształt centrycznie usytuowanej szczeliny.
PL 64 793 Y1 5 Rysunki
6 PL 64 793 Y1
PL 64 793 Y1 7
8 PL 64 793 Y1
PL 64 793 Y1 9
10 PL 64 793 Y1 Departament Wydawnictw UP RP