Плавкий предохранитель

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к устройствам для защиты от аварий при чрезмерном увеличении тока. Целью изобретения являеа-ся повьшение надежности срабатывания и уменьшение габаритов предохранителя . Плавкий предохранитель содержит корпус 1, в торцовых стенках 3 которого жестко закреплены выводы 4, электрически соединенные с плоским плавким элементом (ПЭ) 5, охваченным с двух сторон теплопроводными элементами (ТЭ) 6, снабженными выступами 7 в торцовых частях и прижатыми к ПЗ 5 пружинами 8, размещенными частично в выемках 9, выполненных на внешних частях ТЭ 6, и частично в выемках 10, выполненных на внутренней части боковых стенок 2 корпуса 1 предохранителя. Между выступами 7 ТЭ 6 на участках вьшодов 4, расположенных между торцовыми стенками 3 и местами соединения выводов 4 с ПЭ 5 жестко укреплены V-образные пластины 11, вьшолненные из материала, обладающего обратимой памятью формы. Через заданное время после начала протекания опасного тока перегрузки V-образные пластины 11 под действием тепла, выделяющегося в ПЭ 5, разогреваются до температуры формоизменения и изгибаются , раздвигая ТЭ 6. В результате резкого ухудшения условий теплоотдачи ПЭ 5 перегорает. Описаны другие варианты выполнения плавкого предохранителя . 4 з.п. ф-лы, 12 ил. (Л 00 о 9) 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ug Н 01 Н 85/02

I Г г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

eve.r

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПQ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4096923/24-07 (22) 18.05.86 (46) 30.01.88. Бюп. Р 4 (71) Коммунарский горно-металлургический институт (72) А.В.Верхола, Ю.С.Ткаченко, А.И.Комиссаренко и В.Н,Мельничук (53) 621 ° 316.923(088.8) (56) Кузнецов P.Ñ. Аппараты распределения электрической энергии на напряжение до 1000 В. М.: Энергия, 1970, с. 359-362, 365-368.

Намитоков К.К., Хмельницкий P.Ñ. и Аникеева К.Н. Плавкие предохранители. М.: Энергия, 1979, с. 7-10, 102-103.

Патент США У 4430633, кл. Н 01 Н 85/10, 1984. (54) ПЛАВКИЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для защиты от аварий при черезмерном увеличении тока. Целью изобретения является повышение надежности срабатывания и уменьшение габаритов предохранителя. Плавкий предохранитель содержит корпус 1, в торцовых стенках

3 которого жестко закреплены выводы

4, электрически соединенные с плоским плавким элементом (ПЭ) 5, охваченным с двух сторон теплопроводными элементами (ТЭ) 6, снабженными выступами 7 в торцовых частях и прижатыми к ПЭ 5 пружинами 8, размещенными частично в выемках 9, выполненных на внешних частях ТЭ 6, и частично в выемках 10, выполненных на внутренней части боковых стенок 2 корпуса 1 предохранителя. Между выступами 7

ТЭ 6 на участках выводов 4, расположенных между торцовыми стенками 3 и местами соединения выводов 4 с ПЭ 5 жестко укреплены V-образные пластины

11, выполненные из материала, обладаЖ ющего обретемой оемятью фарии. Через (/) заданное время после начала протекания опасного тока перегрузки У-образ- С ные пластины 11 под действием тепла, выделяющегося в ПЭ 5, разогреваются до температуры формоизменения и изгибаются, раздвигая ТЭ 6. В результате резкого ухудшения условий теплоотдачи ПЭ 5 перегорает. Описаны другие варианты выполнения плавкого предохранителя. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1370680,2

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для защиты от аварий при черезмерном увеличении тока, конкретно к плавким предохранителям.

Целью. изобретения является повышение надежности срабатывания и уменьшение габаритов предохранителя.

На фиг. 1 показан один из вариан- ip тов выполнения плавкого предохранителя, на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — плавкий предохранитель при протекании тока перегрузки, на фиг. 4 — разрез Б-Б на фиг. 3; íà 16 фиг. 5 — плавкий предохранитель (выемки выполнены в виде кольцевых поперечных пазов, а пружины в виде концентрических полуколец); на фиг. 6 разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 7 — 20 разрез Б-Б на фиг, 5; на фиг. 8 — пружина; на фиг. 9 — предохранитель с расположением выемок; на фиг. 10 разрез Д-Д на фиг. 9; на фиг. 11 вариант выполнения V-образной пластины; на фиг. 12 — V-образная пластина с отгибами.

Плавкий предохранитель (фиг. 1-3) содержит корпус 1, состоящий из боковых стенок 2 и торцовых стенок 3. 30

В торцовых стенках 3 жестко закреплены выводы 4, электрически соединенные с плоским плавким элементом 5, охваченным с двух сторон теплопроводными элементами 6 из неорганического электроизоляционного материала, снабженными выступами 7 в торцовых частях и прижатыми к плавкому элементу

5 пружинами 8, размещенными частично в выемках 9, выполненных на внешних 40 частях теплопроводных элементов 6 и частично в выемках 10, выполненных на внутренней части боковых стенок 2 корпуса 1 предохранителя. Между выступами 7 теплопроводных элементов 6 н» участках выводов 4, расположенных между торцовыми стенками 3 корпуса 1 и местами соединения выводов 4 с плавким элементом 5, жестко укреплены

V-образные пластины 11, выполненные из материала, обладающего обратимой памятью Формы, например из сплава

75Г25Д или из никелида титана.При этом ребра двугранных углов, образованных концами пластин 11,лежат в плоскости, проходящей через центральную ось предохранителя и перпендикулярной плоскости ttланкого элемента 5.Концы V-o6разных и: агтин 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 14 и 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 9 прямоугольного 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 виде внешнего 14 и 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 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 сбединения выводов 4 с плавким элементом 5, жестко укреплены Ч-образные пластины 11, выполненные из материала, обладающего обратимой памятью формы, например из никелида титана иэ сплава 75Г25Д.

1370680

На фиг. 10 представлена Ч-образная пластина, центральная часть которой выполнена в виде плоской крепежной площадки 17. На фиг. 11 представлена

V-образная пластина имеющая отгибы

18 в сторону выводов 4.

Плавкий предохранитель работает следующим образом.

При протекании через предохранитель номинального тока, тепло, выделяющееся в плавком элементе 5, отводится в прилегающие к нему части предохранителя: теплопроводные элементы 6 и выводы 4 с пластинами 11.

Часть тепла из теплопроводных элементов 6 рассеивается в воздушном зазоре 13, а часть передается к боковым стенками 2 корпуса 1 через пружины

8. В месте соприкосновения пружин 8 с боковыми стенками 2, температура корпуса 1 имеет наибольшее значение.

Однако благодаря тому что большая часть поверхности теплопроводных элементов 6 отделена от внутренней поверхности корпуса 1 теплоизолирующим воздушным зазором 13, темпера-. тура корпуса 1 при работе предохранителя не достигает высоких значений. Если величина протекающего по плавкому элементу 5 тока не изменяется, то через некоторое время все детали предохранителя разогреваются до установившейся температуры и наступает тепловое равновесие: все тепло, выделившееся в предохранителе, рассеивается в окружающем пространстве. При этом температура любой детали предохранителя не превышает допустимой. В таком режиме предохранитель может работать как угодно долго.

При протекании через предохранитель тока перегрузки, в плавком элементе 5 выделяется дополнительное количество тепла. Если условия теплоотдачи в окружающее пространство не изменились, это тепло не успевает рассеиваться и поэтому оно идет на повышение температуры деталей предохранителя. Когда Ч-образные пластины

11 разогреваются до температуры изменения формы материала, иэ которого они изготовлены, их концы Ч-образно изгибаются по направлению от выводов

4 к выступам 7 теплопроводных элементов 6. При этом концы пластин 11, преодолев воздушные зазоры 12, упираются в выступы 7 и, продолжая из5

55 гибаться, раздвигают теплопроводные элементы 6, преодоле:-:ая при этом силу сопротивления пружин 8, расположенных в выемках 9 и 10. После раэдвигания теплопроводкьгя 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 6bL а 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 следующим образом. Под действием усилия, создаваемого изменяющими свою форму V-образными пластинами 11, теплопроводные элементы 6 перемещаются от плавкого элемента 5 в направлениях, перпендикулярных плоскости плавкого элемента 5. Теплопроводные элементы 6 воздействуют на пружины 8, при этом части 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. Так

1370680 как сила сопротивления любой консольно 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 концах. 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- 20 ментов 6 в процессе работы предохранителя и, тем самым, повысить его надежность.

При работе плавкого предохранителя, изображенного на фиг. 8 и 9, теп- 25 лопередача от плавкого элемента 5 к корпусу 1 происходит следующим образом. Тепло от наиболее нагретой средней части плавкого элемента 5 передается непосредственно к его край30 ним частям и к прилегающим частям теплопроводных элементов 6. Далее по крайним частям плавкого элемента 5 тепло передается к выводам,,V oáðàçным 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 элемен50 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 оказывается меньшей по сравнению с тем случаем, когда пружины 8 расположены в средней части предохранителя. Уменьшение тепловой нагрузки на корпус позволяет повысить его прочность и долговечность, что повышает надежность предохранителя.

На основании опытных данных, полученных при испытании на нагрев V-образных пластин с различными начальными углами между концами, установлено, что достаточный уровень теплоизоляции достигается уже тогда, когда угол между концами пластин равен 170 . Поскольку большая величина угла нецелесообразна с точки зрения технологии изготовления пластин 11, то данная величина угла принята как наибольшее

его значение. Наименьший угол между концами пластин 11 в исходном состоянии определяется при выборе геометрических размеров деталей предохранителя. При этом необходимо учесть, что с уменьшением этого угла уменьшается величина возможного полезного перемещения концов пластин 11 при формоизменении, а также увеличиваются габаритные размеры предохранителя.

Учитывая эти факты, а также опыт, полученный при изготовлении экспериментальных образцов предлагаемого предохранителя, установлено, что наименьшая величина угла между концами пластин 11 может составлять 150 .Следует отметить, что указанные величины углов во всем диапазоне могут быть легко получены при обработке пластин

11 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 11 с выводами 4 и облегчает фиксирование в требуемом положении пластин 11 при скреплении их с выводами 4. Наличие крепежных площадок позволяет отдалить от места крепления те участки пластин 11, на которых при достижении заданной температуры происходит наибольшее формоизменение, что уменьшает вероятность повреждения этих участков при скреплении пластин 11 и выводов 4.

Выполнение на концах пластин 11 отгибов 18 (фиг. 11) в сторону вы7 1370680 Я водов 4, уменьшает силу трения указанных концов о выступы 7 теплопроводных элементов 6. Уменьшение силы трения позволяет уменьшить размеры

V-образных пластин 11, так как н общем случае усилие, развиваемое пластиной зависит от ее сечения.

Следует отметить, что в предлагаемом предохранителе за счет сокращения габаритных размеров раздвигаю— 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- 2О водностью, например из материала ГБГ или УФ-46. Для этих же целей можно применять материал, приготовленный на основе песчаного наполнителя с добавлением растворимого стекла в качестве связующего.

Формула изобретения

1. Плавкий предохранитель, содержащий 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 теплопроводных элементов и в вы- 45 емках боковой поверхности корпуса, кроме того, теплопроводные элементы расположены относительно корпуса с зазором, а раздвигающие элементы - с зазором относи-. елька вы.-тун в еп ь проводных элементов, i г л .: з кшийся тзм, ч то це -ь:.. псььоле-ния надежности ч у. . .-. .ц я г багнтов, каждый из разде, .t, .нх элемент в выполнен в виде дву.; — об:ззных пластин„ жестко соециненнык свои tH I. eHTpasrammv частя и с вывоз;.ми, а концы 7-образных пластин обращены н сторону выступов тенлопровсдн;.tõ элементов, при этом V-образные пластины вь:— полнены из материал". с обрат.имой памятью формы.

2. Предохранитель пс и. 1, .1 т— л и ч аю шийся тем, что указан ные выемки выполнены г ви 1" кольцевых поперечных пазов нря .,угольного сечения и расположены в центре предохранителя, а пружины выполнены в виде металлических концентрически расположенных нолуколец, края которы . жестко соединены, а в средней части внутреннего металлического голуксльца имеется поперечный разрыв.

3. Предохранитель го п. 1, о т л и ч а ю шийся 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. l-3, о т л и ч а ю шийся тем, что центральные части V-образных пластин выполнены в виде плоской крепежной площадки.

5. Предохранитель по нп. 1-4, о т л и ч а ю шийся тем, что на концах V-образных пластин выполнены отгибы, направленные в сторону выводов.

А-А

13 1

f1 б. 42

Фиг 3

8 Б G

Фиг. 2

44

1370630

-- 11

Фиг, 8

7

8 8

1f

z 6 g

1370680

Фиг. 10

1 370680

Составитель С. Гордон

Техред М. Ходанич

Редактор Ю; Середа

Корректор И.Эрдейи

Заказ 423/50

Тирах 746

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óèãoðîä, ул.Проектная, 4