183117. lajstromszámú szabadalom • Mikrodetonátoros biztosító
1 183 117 ebben a közegben ágyazhatjuk, illetve azon átvezethetjük. A mikrodetonátor alakja és az elrendezés módja is sokféle lehet. Képezhetünk szilárd pasztillát, melyet az áramvezetőre vagy — annak környezetében — az áramvezetőt tartó szigetelőtestre ráragasztunk, illetve ahhoz büinccsel stb. erősítjük. Por alakban tartószervbe (zacskó stb.) tölthetjük és a tartószervet erősíthetjük hasonló módon fel. Beiktathatjuk az áramvezető keresztmetszetébe. Készíthetjük az áramvezető megszakító elemet képező részét cső alakú vezetőanyagból és e csövön belül rendezhetjük el a detonátort, amivel maximálisan megközelítjük a detonator gyulladását előidéző hőmérséklet és a figyelendő áramvezető hőmérsékletének azonosságát. A fémcsőben pl. kialakíthatunk két keresztmetszetszűkület által közrefogott fészket és abban rendezhetjük el a közeget, akár poralakban, akár amorf kötőanyagszerkezetbe ágyazva, akár pasztillaként stb. A találmány részletesebb ismertetéséhez az ilyen mechanizmussal működő biztosító rendszereket pDR típusú biztosítóknak nevezzük. A korszerű berendezésekben alkalmazott nagyáramú félvezető eszközök felhasználási területe napról napra szélesedik. Ezen eszközök illetve berendezések védelme olyan speciális követelményeket állít a védelem készülékei elé, amelyeket sokszor nem könnyű teljesíteni. A félvezető diódák, tirisztorok tönkremenetelét leginkább a terhelőkörben különféle okok miatt létrejövő, nagyáramú, rövid vagy tartósabb idejű zárlati impulzusok okozzák. Az azokkal szembeni védelem fontos, egyrészt az üzembiztonság szempontjából, másrészt a védendő készülék viszonylag magas kereskedelmi ára miatt. Védelmükre legelterjedtebb, legolcsóbb az olvadóbiztosítók alkalmazása. (Más eszközöket is használnak, pl. gyorskapcsolót stb. ezek azonban lényegesen bonyolultabbak és költségesebbek.) Ezen az alkalmazási területen igen gyors működésű biztosítókra van szükség, amelyek előállítása eléggé nehéz feladat. A problémák nem csupán technológiai jellegűek. Az olvadóbiztosítók működésénél alkalmazott elv lényegi korlátokat szab egyes jellemzőknek. Érdemes néhány alapvető dolgot felidézni a biztosítók elméleti leírásából, hogy megállapítható legyen, mit is várhatunk, és milyen lehetőségeink vannak egy adott konstrukciónál. Az olvadóbiztosító alapelve eléggé egyszerű: Egy vezetőben folyó áram hőhatása a vezetőt kellő áram esetén rohamosan hevíti, hogy az elolvad, majd a keletkező villamos ív elégeti, elpárologtatja a vezetőt, ill. annak biztosítóként használt részét. így a biztosító működési ideje (a zárlat kezdetétől a kör teljes megszakításig eltelt idő): ^működési = tolvadási“*”hvelési‘ Matematikailag az összeg mindkét tagja elég jól közelíthető. A gyakorlatban az olvadási időt csökkentik úgy, hogy az olvad ószál egy szakaszát könnyen olvadó fémmel helyettesítik. A működési időnek egy adott zárlat esetén a kialakuló zárlati áram csúcsértékének meghatározásában van szerepe. Ugyanis az olvadóbiztosítók általában hamarabb megszakítják a korban folyó áramot, mint hogy az a terhelőkor induktivitásán maximális értékére tudna fejlődni. A működési idő alatt a körben haladó villamos töltésmennyiség által keltett Joule-hő fejti ki egyrészt romboló hatását, ami a biztosítóra jellemző ún. hatásintegrállal arányos, lm Oh = \ i2(t)dt, Ö másrészt a körben folyó áram elektrodinamikus hatása veszélyes a független zárlati áram nagy értéke miatt (több 10 kA!). Mivel a gyakorlatban jóformán mindig induktív kört szoktunk megszakítani, az áramváltozás az induktivitáson feszültséget kelt, ami fogyasztói túlfeszültségként jelenik meg: 2 ha az áram felfutását első közelítésben egyenesnek tételezzük fel. A ÄI nem más, mint az áramfüggvény csúcséi téke 0-hoz képest, At pedig a csúcsértékhez tartozó idő és a teljes megszakítás idejének különbsége. (Tehát gyakorlatban At=tíveiési-) Határesetben 0 megszakítási idő végtelen nagy feszültséget hozna létre. Lényeges következtetés >onható le a fentiekből. Ha a biztosítón keltett túlfeszültséget elfogadható értéken akarjuk tartam, rövidebb idő alatt csak kisebb á amot szakíthatunk meg. Például ha tízedrészére tudjuk csökkenteni a megszakítási időt (ívelési idő), az induló á am is csak hozzávetőlegesen tizedrésznyi lehet. Ennek az induló áramnak az értékét az olvadási idő határozza meg, azaz az ívelés kezdetéig növekvő áram nagysága. Ebből következik, hogy az olvadási idő nagyságát is lényegesen csökkenteni kellene, azonban ennek határt szab a biztosító kialakításából adódó termikus időállandók értéke. Látható lesz azonban, hogy a fenti követelmények kielégíthetők egy új rendszerű biztosító eszközzel, a pDR-rendszerű biztosítóval. A juDR-rendszerű biztosító működési elve rendkívül egyszerű (lásd a 9. ábrát): A 91 fémfólia (alumínium) közepén van elhelyezve a fonalszerű 92 mikrodetonátor (az áramot soros 93 ellenállás korlátozza). A 91 fémfólián áthaladó áram felrrelegíti a 91 fémfóliát, amely a p-detonátort gyulladáspontig hevíti. Ekkor az mikrodetonációt létesít, így elmetszi környezetében a fóliát, megszakítja az áramlóit. Gyakorlatilag a leglényegesebb a mikrodetonátor s élszerű vegyi összetételének a megáiLapítasa. Olyan anyag legyen, amely igen kis mennyiségben, de erősen 1 okalizálva képes erős (mikro)explóziót létesíteni (néhány mm környezetben). Olyan anyag legyen tehát, amelynek szabad térben is igen nagy a robbanási sebessége, hőterhelés esetén elegendően stabil, továbbá jól meghatározott a gyulladási hőmérséklete. A 91 fémfólia a mikrodetonátor (továbbiakban; pDR) gyulladásáig (pl. 200 °C-ig) melegszik, ami közel megegyezik a gyors biztosítók olvadási hőfokával. így melegedést' időtartamuk is megegyezne, ha megegyeznének az időállandók. A pDR termikus időállandója azonban jóval kisebb (lásd az alábbiakat): A melegedési időfüggvény: _L J_ T X c G T(t) = Vk+Táii(l-e )+r0 e , aholT = —Jr“- és Qí.tj 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
