The use of shape memory alloys in fuses for the protection of electrical installations
Problem. The degree of damage to electrical installations during short circuits depends on the response time of the protection. An effective way to enhance the current-limiting effect in electrical fuses (reducing their response time) may be the use of shape memory alloy (SMA) elements. However, thi...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська Українська |
| Опубліковано: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/352716 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Репозитарії
Electrical Engineering & Electromechanics| _version_ | 1859471848031387648 |
|---|---|
| author | Kozyrskyi, V. V. Nurek, T. Sloma, J. Bunko, V. Ya. Goncharuk, M. V. |
| author_facet | Kozyrskyi, V. V. Nurek, T. Sloma, J. Bunko, V. Ya. Goncharuk, M. V. |
| author_sort | Kozyrskyi, V. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-03-01T22:04:33Z |
| description | Problem. The degree of damage to electrical installations during short circuits depends on the response time of the protection. An effective way to enhance the current-limiting effect in electrical fuses (reducing their response time) may be the use of shape memory alloy (SMA) elements. However, this requires careful study and research. The goal of the work is to establish the patterns of strengthening the current-limiting effect of a fuse (reducing the response time) when using thermosensitive elements made of shape memory alloys. The achievement of this goal is based on the analysis of experimental studies conducted by the authors and mathematical models of the characteristics of a fuse containing an SMA element. Methodology. The article presents mathematical modelling of the parameters and characteristics of fuses with thermomechanical destruction of the fuse element, as well as a thermophysical model of a fuse with a thermosensitive SMA element. The article presents the results of experimental studies of a traditional fuse and a fuse equipped with a thermosensitive SMA element. For each current, the response time of the modified fuse was shorter than that of the traditional fuse. The use of a thermosensitive element reduced the response time by more than 20 times for a current of 10 A and approximately 10 times (from 0.257 s to 0.0244 s) for a current of 20 A. For the highest tested current (90 A), the fuse response time was half that of a traditional fuse. The article also presents the results of calculations of fuse characteristics using a mathematical model and a comparison with the results of experimental studies. Scientific novelty. The developed mathematical models of the characteristics of electrical fuses containing SMA elements made it possible for the first time to substantiate the interrelationships between the parameters (geometric dimensions and characteristics of SMA elements, fuse links) with current loads of electrical installations. The practical value of the work lies in the proposed use of thermosensitive elements made of functional materials to increase the current-limiting effect of electrical fuses for protecting electrical installations during short circuits. References 19, tables 2, figures 7. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:49:03Z |
| format | Article |
| id | eiekhpieduua-article-352716 |
| institution | Electrical Engineering & Electromechanics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:49:03Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | eiekhpieduua-article-3527162026-03-01T22:04:33Z The use of shape memory alloys in fuses for the protection of electrical installations Використання сплавів з пам’яттю форми у запобіжниках для захисту електричних установок Kozyrskyi, V. V. Nurek, T. Sloma, J. Bunko, V. Ya. Goncharuk, M. V. функціональні матеріали запобіжник сплав з пам’яттю форми термочутливий елемент functional materials fuse shape memory alloy thermosensitive element Problem. The degree of damage to electrical installations during short circuits depends on the response time of the protection. An effective way to enhance the current-limiting effect in electrical fuses (reducing their response time) may be the use of shape memory alloy (SMA) elements. However, this requires careful study and research. The goal of the work is to establish the patterns of strengthening the current-limiting effect of a fuse (reducing the response time) when using thermosensitive elements made of shape memory alloys. The achievement of this goal is based on the analysis of experimental studies conducted by the authors and mathematical models of the characteristics of a fuse containing an SMA element. Methodology. The article presents mathematical modelling of the parameters and characteristics of fuses with thermomechanical destruction of the fuse element, as well as a thermophysical model of a fuse with a thermosensitive SMA element. The article presents the results of experimental studies of a traditional fuse and a fuse equipped with a thermosensitive SMA element. For each current, the response time of the modified fuse was shorter than that of the traditional fuse. The use of a thermosensitive element reduced the response time by more than 20 times for a current of 10 A and approximately 10 times (from 0.257 s to 0.0244 s) for a current of 20 A. For the highest tested current (90 A), the fuse response time was half that of a traditional fuse. The article also presents the results of calculations of fuse characteristics using a mathematical model and a comparison with the results of experimental studies. Scientific novelty. The developed mathematical models of the characteristics of electrical fuses containing SMA elements made it possible for the first time to substantiate the interrelationships between the parameters (geometric dimensions and characteristics of SMA elements, fuse links) with current loads of electrical installations. The practical value of the work lies in the proposed use of thermosensitive elements made of functional materials to increase the current-limiting effect of electrical fuses for protecting electrical installations during short circuits. References 19, tables 2, figures 7. Проблема. Ступінь пошкодження електроустановок при коротких замиканнях залежить від часу спрацювання захисту. Ефективним способом покращення струмообмежуючого ефекту в електричних запобіжниках (зменшення часу їх спрацювання) може бути застосування елементів із сплавів з ефектом пам’яті форми. Проте, це потребує ретельного вивчення та дослідження. Метою роботи є встановлення закономірностей покращення струмообмежувального ефекту запобіжника (зменшення часу спрацьовування) при застосуванні термочутливих елементів із сплаву з пам’яттю форми (SMA – shape memory alloy). Досягнення мети базується на аналізі проведених авторами експериментальних досліджень і побудованих математичних моделях характеристик запобіжника, що містить елемент SMA. Методика. У статті представлено математичне моделювання параметрів і характеристик запобіжників з термомеханічним руйнуванням запобіжного елемента, а також теплофізичну модель запобіжника з термочутливим елементом SMA. У статті представлені результати експериментальних досліджень традиційного запобіжника та запобіжника, оснащеного термочутливим елементом SMA. Для кожного струму час спрацьовування модифікованого запобіжника був коротшим, ніж у традиційного запобіжника. Використання термочутливого елемента скоротило час спрацьовування більш ніж у 20 разів для струму 10 А і приблизно в 10 разів (з 0,257 с до 0,0244 с) для струму 20 А. Для найбільшого випробуваного струму (90 А) час спрацьовування запобіжника був удвічі меншим, ніж у традиційного запобіжника. Наведено результати розрахунків характеристик запобіжника за допомогою математичної моделі та порівняння з результатами експериментальних досліджень. Наукова новизна. Розроблені математичні моделі характеристик запобіжників, що містять елементи SMA, дозволили вперше обґрунтувати взаємозв’язки параметрів (геометричних розмірів і характеристик елементів SMA, плавких вставок запобіжників) зі струмовими навантаженнями електроустановок. Практична значимість роботи полягає у пропонованому використанні термочутливих елементів з функціональних матеріалів для підвищення струмообмежувальної дії запобіжників для захисту електроустановок при коротких замиканнях. Бібл. 19, табл. 2, рис. 7. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2026-03-02 Article Article application/pdf application/pdf https://eie.khpi.edu.ua/article/view/352716 10.20998/2074-272X.2026.2.01 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 2 (2026); 3-9 Электротехника и Электромеханика; № 2 (2026); 3-9 Електротехніка і Електромеханіка; № 2 (2026); 3-9 2309-3404 2074-272X en uk https://eie.khpi.edu.ua/article/view/352716/339392 https://eie.khpi.edu.ua/article/view/352716/339393 Copyright (c) 2026 V. V. Kozyrskyi, T. Nurek, J. Sloma, V. Ya. Bunko, M. V. Goncharuk http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | functional materials fuse shape memory alloy thermosensitive element Kozyrskyi, V. V. Nurek, T. Sloma, J. Bunko, V. Ya. Goncharuk, M. V. The use of shape memory alloys in fuses for the protection of electrical installations |
| title | The use of shape memory alloys in fuses for the protection of electrical installations |
| title_alt | Використання сплавів з пам’яттю форми у запобіжниках для захисту електричних установок |
| title_full | The use of shape memory alloys in fuses for the protection of electrical installations |
| title_fullStr | The use of shape memory alloys in fuses for the protection of electrical installations |
| title_full_unstemmed | The use of shape memory alloys in fuses for the protection of electrical installations |
| title_short | The use of shape memory alloys in fuses for the protection of electrical installations |
| title_sort | use of shape memory alloys in fuses for the protection of electrical installations |
| topic | functional materials fuse shape memory alloy thermosensitive element |
| topic_facet | функціональні матеріали запобіжник сплав з пам’яттю форми термочутливий елемент functional materials fuse shape memory alloy thermosensitive element |
| url | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/352716 |
| work_keys_str_mv | AT kozyrskyivv theuseofshapememoryalloysinfusesfortheprotectionofelectricalinstallations AT nurekt theuseofshapememoryalloysinfusesfortheprotectionofelectricalinstallations AT slomaj theuseofshapememoryalloysinfusesfortheprotectionofelectricalinstallations AT bunkovya theuseofshapememoryalloysinfusesfortheprotectionofelectricalinstallations AT goncharukmv theuseofshapememoryalloysinfusesfortheprotectionofelectricalinstallations AT kozyrskyivv vikoristannâsplavívzpamâttûformiuzapobížnikahdlâzahistuelektričnihustanovok AT nurekt vikoristannâsplavívzpamâttûformiuzapobížnikahdlâzahistuelektričnihustanovok AT slomaj vikoristannâsplavívzpamâttûformiuzapobížnikahdlâzahistuelektričnihustanovok AT bunkovya vikoristannâsplavívzpamâttûformiuzapobížnikahdlâzahistuelektričnihustanovok AT goncharukmv vikoristannâsplavívzpamâttûformiuzapobížnikahdlâzahistuelektričnihustanovok AT kozyrskyivv useofshapememoryalloysinfusesfortheprotectionofelectricalinstallations AT nurekt useofshapememoryalloysinfusesfortheprotectionofelectricalinstallations AT slomaj useofshapememoryalloysinfusesfortheprotectionofelectricalinstallations AT bunkovya useofshapememoryalloysinfusesfortheprotectionofelectricalinstallations AT goncharukmv useofshapememoryalloysinfusesfortheprotectionofelectricalinstallations |