183117. lajstromszámú szabadalom • Mikrodetonátoros biztosító
1 183 117 2 A találmány tárgya biztosító, közelebbről olyan biztosító betét, mely újszerű működési mechanizmusánál fogva az ismert megoldásokhoz képest jobban tudja kielégíteni a biztosítókkal szemben támasztott mind növekvő követelményeket, amilyen pl. a szupergyors működés, a túlfeszültség korlátozása oly módon, hogy az ne jelentsen járulékos korlátozást a zárlati áram tekintetében, a megbízható és biztonságos működés. A találmány fontos alkalmazási területe a nagyáramú félvezető eszközök védelme, ezért találmányunkat az e területen való alkalmazás kapcsán ismertetjük részletesen, főelektródával és segédelektródával kialakított kivitellel kapcsolatban. A találmány azonban nem szorítkozik erre az alkalmazási területre. Olyan újszerű megszakítási mechanizmusra vonatkozik, mely előnyös lehet különféle védelmi feladatok ellátásánál, különböző terhelési feltételek között, függetlenül attól, milyen módon biztosítjuk a járulékos feltételeket, pl. a túlfeszültségvédelmet, az ívoltást stb. A találmány alapja az a felismerés, hogy az ismert olvadóbetétes biztosítók alapvető működési jellemzője (hőmérsékleti határ túllépése esetén az áramvezető meghatározott szakaszában az anyag kiolvadása idézi elő a megszakítást) helyett, vagy mellett a főenergiaáram megszakítását az áramvezető mechanikai szétszakításával kell megoldani, mely mechanikai szétszakítást alkalmasan megválasztott mértékű robbanási energia idézi elő; a biztosító betétben tehát a (fő)elektródánál a megszakítást úgy idézzük elő, hogy az elektródá(ba)n elrendezett robbanóközeg (ún. mikrodetonátor) felrobban, amikor az áramvezető hőmérséklete a mikrodetonátor környezetében túllépi a biztosító névleges reakcióhőmérsékletét (azt a hőmérsékletet, melynek elérésekor a megszakításnak be kell következnie). Míg tehát az ismert olvadóbetétes biztosítóknál az áramvezető folytonosságának megszakítását hő hatására bekövetkező halmazállapotváltozás okozza, a találmány szerint az áramvezető (legalábbis a főenergiaáramot hordozó áramvezető) folytonosságának megszakítását robbanással idézzük elő, melyet ugyancsak a reakcióhőmérséklet elérése indít, de mely, mint rendkívül gyorsan lefolyó exoterm kémiai reakció, sokkal gyorsabb működésű. Ez különösen áll a robbanás azon különleges esetére, melyet a szakirodalom detonációnak nevez, mikoris a robbanás nem az égés terjedése, hanem az explóziós nyomáshullám révén terjed. Ismeretes, hogy a nyomáshullám terjedése sokkal gyorsabb folyamat, mint a hővezetés, a detonációban sokkal rövidebb idő alatt szabadul fel a reakcióhő, mint a közönséges robbanásban, ezért a romboló hatása nagyobb is, de koncentráltabb is lehet és így még jobban lokalizálható az energiakeltés és -irányítás, valamint az energiamennyiség alkalmas megválasztásával. A detonáció feltételeinek megteremtésére önmagában a technika állása már sok lehetőséget biztosít és a robbanóanyag alkalmas megválasztása is sokrétű lehet. A találmány szerinti detonáció előidézésére különösen alkalmas pl. a robbanóanyagok közül jól ismert ólomdiazid (vagy azt tartalmazó keverék) vagy a kevésbé elterjedten alkalmazott ezüst-kárbid (vagy azt tartalmazó keverék), mely utóbbinál a szén hármaskötésének felbomlása biztosítja az energiát. A mondottakból következik, hogy a találmány szerinti megszakítási mechanizmus kedvező működési sebességét alapvetően meghatározhatjuk már akkor is, ha a főenergiaáramot hordozó áramvezető megszakításához alkalmazzuk a detonációs mechanikai roncsolást; az esetleg alkalmazott segédelektródánál a megszakítási mechanizmus továbbra is lehet hagyományos, kiolvadásos. Ennek megfelelően a találmány szerinti biztosító rendelkezik zárt házon átvezetett áramvezető(k)nek a zárt házon belüli szakaszá(i)t képező egy vagy több megszakító elemmel, pl. főáramköri és segédáramköri megszakító elemmel, s a találmány abban van, hogy a megszakító elem(b)en, vagy több megszakító elem esetén legalább egy — célszerűen a főáramköri — megszakító elem(b)en robbanóközeg (mikrodetonátor) van elrendezve, melynek robbanási energiája (Er) Emin ^ Er < n.Emax, ahol Emjn a megszakító elem teljes szétszakítását legalább egy keresztmetszetben biztosító legkisebb energiamennyiség, Emax a zárt ház megrongálására alkalmas legkisebb energiamennyiség és n biztonsági tényező (pl. 0,1). Célszerűen a mikrodetonátort alkotó közeg névleges gyulladási hőmérséklete megegyezik a biztosító névleges reakcióhőmérsékletével. Ugyanakkor előnyösen alkalmazható olyan kiviteli alak is, melynél a mikrodetoná*ort alkotó közeg névleges gyulladási hőmérséklete meghaladja a biztosító névleges reakcióhőmérsékletét és a mikrodetonátoron vagy annak mentén önmagában ismert gyújtóelem van elrendezve, melynek gyulladási hőmérséklete meghaladja a biztosító névleges reakcióhőmérsékletét és a mikrodetonátoron vagy annak mentén önmagában ismert gyújtóelem van elrendezve, melynek gyulladási hőmérséklete megegyezik a biztosító névleges reakcióhőmérsékletével. Ilyen gyújtóelem lehet pl. valamely szikraképző gyújtóelem. Ennek a kiviteli alaknak egyik előnye, hogy a robbanóközeg különböző sajátosságainak optimális egyeztetéséhez szélesebb a variációs tartomány, mert a közeg megválasztásánál nem vagyunk a két vonatkozási hőmérséklet egyezéséhez kötve. Másik előnye, hogy maga a robbanóközeg, melynél a kémiai folyamat indítása maga után vonja a teljes energia gyors felszabadítását, az üzemi feltételek közötti hőmérsékleti tartományban — annak határhőmérséklete környezetét is beleértve — közvetlenül nem indíthatja a robbanást, így a robbanóközeg sajátosságainál is elkerülhetetlen tűrésmezőnek nincs kihatása a mechanizmusra, csak a gyújtóelem megszólalási hőmérsékletét kell megbízhatóan kézben tartani, ami adott esetben könnyebb lehet, hiszen ennél a elemnél ez az egyetlen kényes kritérium, míg a detonátornál több sajátosság kézben tartása kényes. Ennél a kivitelnél tehát a jellemzők nagyfokú stabilitása és a környezettel szembeni nagyobb mértékű hőérzéketlenség biztosítható. A mikrodetonátorral kialakított megszakító elem ugyancsak sokféleképpen valósítható meg. Az áramvezető lehet fémfólia, szigetelő tartóra felvitt vezetőréteg, pl. szén-vagy fémréteg, fémhuzal stb. Az áramvezető ezen kivitelek bármelyikénél lehet tartók között kifeszítve (ami a roncsolhatóságot növeli), de lehet szigetelőtartóra rátekercselve is, ami az egyéb — anyagi geometriai — jellemzők tekintetében ad nagyobb szabadságfokot. A zárt házat vagy annak részét kitölthetjük ívoltó közeggel, pl. kvarchomokkal, s a megszakító elemet 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
