Плавкий предохранитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ш 4 Н 01 Н 85/02 ИЗОБРЕТЕН И ПИС ичесергии на нап,30633 1984.(57) Изобретениеротехнике, а имендля защиты от аваувеличении тока,является повышениевания и уменьшениранителя. Плавкийдержит корпус 1,ХРАНИТ тносит окус ий при елью и я к электройствам чрезмерномобретениясти срабатын екн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Кузнецов Р,С. Аппараты распделения электрической энряжение до 1000 В, М,: Энергия,с. 359-362, 365-368.Намитоков К.К Хмельницкий Ри Аникеева К.Н. Плавкие предохратели. М.: Энергия, 1979, с, 1-10102-103.Патент США У 44кл, Н 01 Н 85/10,габаритов предохпредохранитель соторцовых стенках 3 которого жестко закреплены выводы4, электрически соединенные с плоским плавким элементом (ПЭ) 5, охваченным с двух сторон теплопроводнымиэлементами (ТЭ) 6, снабженными выступами 7 в торцовых частях и прижатымик ПЭ 5 пружинами 8, размещенными частично в выемках 9, выполненных навнешних частях ТЭ 6, и частично ввыемках 10, выполненных на внутренней части боковых стенок 2 корпуса 1предохранителя, Между выступами 7ТЭ 6 на участках выводов 4, расположенных между торцовыми стенками 3 иместами соединения выводов 4 с ПЭ 5жестко укреплены У-образные пластины11, выполненные из материала, обладающего обратимой памятью формы, Череззаданное время после начала протекания опасного тока перегрузки У-образные пластины 11 под действием тепла,выделяющегося в ПЭ 5, разогреваютсядо температуры формоизменения и изгибаются, раздвигая ТЭ 6. В результате резкого ухудшения условий теплоотдачи ПЭ 5 перегорает, Описаны другиеварианты выполнения плавкого предохранителя. 4 з.п, ф-лы, 12 ил,Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам длязащиты от аварий при чрезмерном увеличении тока, конкретно к плавкимпредохранителям,Пелью изобретения является повышение надежности срабатывания и уменьшение габаритов предохранителя.На фиг. 1 показан один из вариан- Отов выполнения плавкого предохранителя, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1,"на фиг. 3 - плавкий предохранительпри протекании тока перегрузки, нафиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на 16фиг. 5 - плавкий предохранитель (выемки выполнены в виде кольцевых поперечных пазов, а пружины в виде концентрических полуколец); на фиг, 6разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - 20разрез Б-Б на фиг, 5; на фиг. 8 - пружина; на фиг. 9 - предохранитель срасположением выемок; на фиг, 10разрез Д-Д на фиг. 9; на фиг. 11вариант выполнения Ч-образной пластины; на фиг. 12 - Ч-образная пластинас отгибами.Плавкий предохранитель (фиг. 1-3)содержит корпус 1, состоящий из боковых стенок 2 и торцовых стенок 3. 30В торцовых стенках 3 жестко закреплены выводы 4, электрически соединенные с плоским плавким элементом 5,охваченным с двух сторон теплопроводными элементами 6 из неорганическогоэлектроизоляционного материала, снабженными выступами 7 в торцовых частях и прижатыми к плавкому элементу5 пружинами 8, размещенными частичнов выемках 9, выполненных на внешних 40частях теплопроводных элементов 6и частично в выемках 10, выполненныхна внутренней части боковых стенок 2корпуса 1 предохранителя. Между выступами 7 теплопроводных элементов 6н участках выводов 4, расположенныхмежду торцовыми стенками 3 корпуса 1и местами соединения вьводов 4 с плавким элементом 5, жестко укрепленыЧ-образные пластины 11, выполненныеиз материала, обладающего обратимойпамятью Формы, например из сплава75 Г 25 Д или из никелида титана.При этомребра двугранных углов, образованныхконцами пластин 11,лежат в плоскости,проходящей через центральную ось предохранителя и перпендикулярной плоскости плавного элемента 5.Концы Ч-образных и:абутин 11 отделены от выступов 7 теплопроводных элементов 6 воздушным зазором 12, а теплопроводные элементы 6 также отделены от корпуса 1 тейлоиэолирующей прослойкой в виде воздушного зазора 13.В плавкам предохранителе, изображенном на фиг. 4-7, на внешних центральных частях теплопроводных элементов 6 и на внутренних центральных частях боковых стенок 2 выполнены кольцевые лоперечные пазы 9 и 10 прямоугольного сечения,а каждая пружина 8 (фиг, 7) выполнена в виде внешнего 14и внутреннего 15 концентрических металлических полуколец, края которых жестко соединены, а в средней части внутреннего полукольца 15 выполнен поперечный разрыв 16, Внешние полукольца 14 пружин 8 размещены в кольцевом поперечном пазу 10 на внутренней части корпуса 1 предохранителя,а внутренние полукольца 15 размещены в поперечных пазах 9 на внешних частях теплопроводных элементов 6. В плавкам предохранителе, изобра женном на фиг. 8 и 9, на внешних частях выступов 7 теплопроводных элементов 6 выполнены поперечные пазы 9прямоугольного сечения, а на внутренних частях боковых стенок 2 корпуса 3 выполнены кольцевые поперечные пазы 10, расположенные у торцовых стенок 3 корпуса 1 напротив пазов 9, выполненных на выступах 7 теплопроводных элементов 6, При этом каждая пружина 8 (фиг, 7) выполнена в видевнешнего 14 и внутреннего 15 концентрических металлических полуколец, края которых жестко соединены, а в средней части внутреннего полукольца 15 выполнен поперечный разрьв 16. Внешние полукольца 14 пружин 8 размещены в кольцевых поперечных пазах 10 на внутренних частях боковых стенок 2 корпуса 1, а внутренние полукольца 15 размещены в поперечных пазах 9, расположенных на выступах 7 теплопроводных элементов 6, Между выступами 7 теплопроводных элементов 6 на участках выводов 4, расположенных между торцовыми стенками 3 корпуса 1 и местами соединения вьводов 4 с плавким элементом 5, жестко укреплены Ч-образные пластины 11, выполненные из материала, обладающего обратимой памятью формы, например из никелида титана иэ сплава 75 Г 25 Д.На фиг, 10 представлена Ч-образнаяпластина, центральная часть которойвыполнена в виде плоской крепежнойплощадки 17. На фиг. 11 представленаЧ-образная пластина имеющая отгибы18 в сторону выводов 4,Плавкий предохранитель работаетследующим образом.При протекании через предохранитель номинальногр тока, тепло, выделяющееся в плавком элементе 5, отводится в прилегающие к нему частипредохранителя: теплопроводные элементы 6 и выводы 4 с пластинами 11.Часть тепла из теплопроводных элементов 6 рассеивается в воздушном зазоре 13, а часть передается к боковымстенками 2 корпуса 1 через пружины8. В месте соприкосновения пружин 8с боковыми стенками 2, температуракорпуса 1 имеет наибольшее значение,Однако благодаря тому что большаячасть поверхности теплопроводныхэлементов 6 отделена от внутреннейповерхности корпуса 1 теплоизолирующим воздушным зазором 13, температура корпуса 1 при работе предохранителя не достигает высоких значений. Если величина протекающего поплавкому элементу 5 тока не изменяется, то через некоторое время вседетали предохранителя разогреваютсядо установившейся температуры и наступает тепловое равновесие: все тепло, выделившееся в предохранителе,рассеивается в окружающем пространстве. При этом температура любой детали предохранителя не превьппаетдопустимой. В таком режиме предохранитель может работать как угоднодолго.При протекании через предохранитель тока перегрузки, в плавком элементе 5 вьщеляется дополнительноеколичество тепла. Если условия теплоотдачи в окружающее пространствоне изменились, это тепло не успеваетрассеиваться и поэтому оно идет наповьппение температуры деталей предохранителя, Когда Ч-образные пластины11 разогреваются до температуры изменения формы материала, иэ которогоони изготовлены, их концы Ч-образноизгибаются по направлению от выводов4 к выступам 7 теплопроводных элементов Ь. При этом концы пластин 11,преодолев воздушные зазоры 12, упираются в выступы 7 и, продолжая из 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гибаться, раздвигают теплопроводные элементы 6, преодоле:-.ая при этом силу сопротивления пружин 8, расположенных в выемках 9 и 10. После раэдвигания теплопронодкых элементов 6 резко ухудшается те. чоотдача от плавкого элемента 5. Тепло, отводившееся ранее в теплопроводные элементы 6, теперь идет на нагрев ппавкого элемента 5. Если перегрузка была кратковременной и величина тока снизилась до номинальной, то после охлаждения пластин 11 и обратного изменения их формы, теплопроводные элементы 6 снова плотно прижимаются к плавкому элементу 5 и прежние условия теплоотдачи восстанавливаются, в результате чего температура плавкого элемента 5 постепенно возвращается к исходной. Если перегрузка не исчезла, то плавкий элемент 5 быстро разогревается до температуры плавления материала, иэ которого он изготовлен, и перегорает, разрывая электрическую цепь.При протекании через предохранитель тока короткого замыкания происходит быстрый разогрев плавкого элемента 5 и он перегорает. Выделяющееся тепло не успевает передаваться к пластинам 11 и теплопроводные элементы 6 остаются плотно прижатыми к плавкому элементу 5. При перегорании плавкого элемента 5 возникает электрическая дуга, которая горит в узкой щели между двумя теплопроводными элементами 6, что способствует ее быстрому гашению.При работе предохранителя, изображенного на фиг. 4-7, раэдвигание теплопроводных элементов 6 при опасном токе перегрузки происходит следующимобразом. Под действием усилия, создаваемого изменяющими свою форму Ч-образными пластинами 11, теплопроводные элементы 6 перемещаются от плавкого элемента 5 в направлениях, перпендикулярных плоскости плавкого элемента 5. Теплопроводные элементы 6воздействуют на пружины 8, при этомчасти внутреннего полукольца 15 каждой пружины 8 изгибаются, приближаясь к внешнему полукольцу 14, а величина разрыва 16 увеличивается. Части внутреннего полукольца 15 действуют в этом случае как пластины, консольно закрепленные в местах соединения с внешним полукольцом 14. Таккак сила сопротивления любой консоль- но закрепленной упругой пластины имеет наименьшее значение на ее свободном конце и наибольшее значение на закрепленном конце, то и величина 5 сопротивления пружины 8 усилию, прикладываемому в радиальном направлении, является наименьшей на свобОдных концах частей внутреннего полукольца 15 и наибольшей на закрепленных кон цах. Таким образом, данная конструкция пружин 8 обеспечивает наименьшее сопротивление перемещению теплопроводных элементов 6 в направлениях, перпендикулярных плоскости плавкого 15 элемента 5 и наибольшее сопротивление - перемещению в направлениях, параллельных плоскости плавкого элемента 5. Это позволяет исключить непредвиденные смещения теплопроводных эле ментов 6 в процессе работы предохранителя и, тем самым, повысить его надежность.При работе плавкого предохранителя, изображенного на фиг. 8 и 9, теп лопередача от плавкого элемента 5 к корпусу 1 происходит следующим образом. Тепло от наиболее нагретой средней части плавкого элемента 5 передается непосредственно к его край 30 ним частям и к прилегающим частям теплопроводных элементов 6, Далее по крайним частям плавкого элемента 5 тепло передается к выводамЧ-образным пластинам и торцовым стенкам 3, а в теплопроводных элементах 6 - от центра к крайним частям. Из теплопроводных элементов 6 тепло передается в пружины 8 и боковые стенки 2 корпуса 1.В соответствии с такой картиной распространения тепла, наиболее нагретыми частями теплопроводных элементов 6 являются те их части, которые ближе всего расположены к центру плавкого элемента 5, а наименее нагретыми - те части, которые более всего удалены от центра плавкого элемента 5, т.е. выступы 7. Поэтому в том случае, когда теплопроводные элемен 50 ты 6 связаны с корпусом 1 посредством йружин 8, внешние полукольца 14 которых размещены в кольцевых поперечных пазах 10 на внутренних частях боковых стенок 2 корпуса 1 у его торцовых стенок 3, а внутренние полукольца 15 размещены в поперечных пазах 9, расположенных на выступах 7, тепловая нагрузка на корпус 1 оказываетсяменьшей по сравнению с тем случаем,когда пружины 8 расположены в средней части предохранителя, Уменьшениетепловой нагрузки на корпус позволяет повысить его прочность и долговечность, что повышает надежность предохранителя.На основании опытных данных, полученных при испытании на нагрев Ч-образных пластин с различными начальными углами между концами, установлено,что достаточный уровень теплоизоляции достигается уже тогда, когда уголмежду концами пластин равен 170. Поскольку большая величина угла нецелесообразна с точки зрения технологииизготовления пластин 11, то даннаявеличина угла принята как наибольшееего значение. Наименьший угол междуконцами пластин 11 в исходном состоянии определяется при выборе геометрических размеров деталей предохранителя. При этом необходимо учесть,что с уменьшением этого угла уменьшается величина возможного полезногоперемещения концов пластин 11 при формоизменении, а также увеличиваютсягабаритные размеры предохранителя,Учитывая эти факты, а также опыт, полученный при изготовлении экспериментальных образцов предлагаемого предохранителя, установлено, что наименьшая величина угла между концамипластин 11 может составлять 150 .Следует отметить, что указанные величины углов во всем диапазоне могут бытьлегко получены при обработке пластин11 на оправках, имеющих соответствующие углы,Наличие плоской крепежной площадки 17 (фиг. 10) предотвращает деформацию изогнутой части Ч-образных пластин 11 при скреплении с выводами 4,улучшает тепловой контакт пластин 11с выводами 4 и облегчает фиксирование в требуемом положении пластин 11при скреплении их с выводами 4. Наличие крепежных площадок позволяетотдалить от места крепления те участки пластин 11, на которых при достижении заданной температуры происходитнаибольшее формоизменение, что уменьшает вероятность повреждения этихучастков при скреплении пластин 11и выводов 4.Выполнение на концах пластин 11отгибов 18 (фиг. 11) в сторону вы 7 1370680 8водов 4, уменьшает силу трения указанных концов о выступы 7 теплопроводных элементов 6. уменьшение силы трения позволяет уменьшить размеры Ч-образных пластин 11, так как н об щем случае усилие, развиваемое пластиной зависит от ее сечения.Следует отметить, что в предлагаемом предохранителе за счет сокращения габаритных размеров раздвигаю - 0 щих элементов, можно увеличить толщину выступов 7 теплопроводных элементов 6. Это снижает механические напряжения в выступах 7, следовательно, уменьшается вероятность их облома и повышается надежность предохранителя.Теплопроводные элементы 6 могут быть изготовлены из любого неорганического материала с хорошей теплопро водностью, например из материала ГБГ или УФ. Для этих же целей можно применять материал, приготовленный на основе песчаного наполнителя с добавлением растворимого стекла в качестве связующего.формула изобретения1. Плавкий предохранитель, содер- З 0 жащий плоский плавкий элемент, соединенный с выводами, закрепленными в торцовых стенках корпуса, два тепло- проводных элемента из электроизоляционного материала, каждый из которых 35 имеет выступы в его торцовых частях и выемки на сторонах, обращенных к боковой поверхности корпуса, и раздвигающие элементы, укрепленные между выступами теплопроводных элементов на 40 выводах, причем указанные теплопроводные элементы охватывают плоский плавкий элемент и прижаты к нему с помощью пружин, расположенных в выемках теплойроводных элементов и в вы емках боковой поверхности корпуса, кроме того, теплопроводные элементы расположены относительно корпуса с зазором, а раздвигающие элементы - с зазором относи-.елька вы.-.тулов еп ьпроводных элементов, с г л 1:з ющ и й с я тзм, что; це.-ь, псььоле.- ния надежности ч у.л с:, .и я гябаГнтов, каждый из разд;1,1 л 1 х элемент,в выполнен в виде дву:; -об;ззных пластин жестко соециненнык свончи центральными частя.и с вывоз;ии, а концы Ч-образных пластин обрашены н сторону выступов теплопровсдн;.х элементов, при этом Ч-образные пластины в.: - полнены из материала с обратимой памятью формы,2. Предохранитель пс и. 1, .1 т - л и ч аю щ и й с я тем, что указан ные выемки выполнены г виЧ кольцевых поперечных пазов прям,угольного сечения и расположены в центре предохранителя, а пружины выполнены в виде металлических концентрически расположенных полуколец, края которы. жестко соединены, а в средней части внутреннего металлического голуксльца имеется поперечный разрыв.3. Предохранитель по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что выемки теплопроводных элементов расположены на их выступах и выполнены в виде поперечных пазов прямоугольного сечения, а выемки на боковой поверхности корпуса - в виде кольцевых попере ных пазов и расположены у торцовых стенок корпуса напротив поперечных пазов теплопроводных элементов, указанные пружины выполнены н виде металлических концентрически расположенных полуколец, края которых жестко соединены, а в средней части внутреннего полукольца имеется поперечный разрыв.4. Предохранитель по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что центральные части Ч-образных пластин выполнены в виде плоской крепежной площадки.5. Предохранитель по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что на концах Ч-образных пластин выполнены отгибы, направленные в сторону выводов.1370680 г. Ч Составитель С Техред М Хода Гордонч рректор И.Эрдейи Редактор Ю;Середа Подписн акаэ 423/5 комитета ССС/5 роиэводственно-полиграфическое предприятие, г.Ухгород, ул.Проект Тирах ВНИИПИ Государственно по делам иэобретен 113035, Москва, Ж, и открытийаушская наб,