ПЛАВКАЯ ВСТАВКА ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ С ИЗМЕНЯЕМЫМ ТОКОВЫМ НОМИНАЛОМ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК H01H85/38 G01R19/15 

Изобретение «Плавкая вставка предохранителя с изменяемым токовым номиналом» относится к низковольтным электрическим аппаратам, вообще, и, в частности, к сменяемой части предохранителей электрических цепей - к плавким вставкам предохранителей в защитном корпусе с ножевыми контактами, соответствующим российскому и международным стандартам [1].

Известны предохранители [2, 3], в конструкции которых используется эффект магнитного гашения дуги, возникающей при расплавлении плавких элементов и разрыве цепи.

Известна также плавкая вставка многократного использования [4], которая может считаться прототипом данного изобретения, так как в ней возможно сменять их разрушающуюся часть, т.н. плавкие элементы, при полном восстановлении первоначальных характеристик плавкой вставки. Смена токового номинала в [4] не предусмотрена ни в отношении его увеличения, что приведет к нарушению достаточно жесткого теплового режима, ни к уменьшению, так как при этом может не сработать ферромагнитный плавкий элемент и полного разрыва защищаемой цепи не произойдет.

Практика использования плавких вставок общепромышленного назначения, характеризующихся по [1], категорией «g», т.е. пригодной для всего диапазона значений, показывает необходимость дробного изменения номинала плавкого элемента как в сторону увеличения в пределах допустимых значений сечения проводов сети, так и в сторону его уменьшения, чтобы не случилась парадоксальная ситуация, когда «дом сгорел, а предохранитель остался цел». Возможность изменения токового номинала плавкой вставки в пределах одного габарита, в принципе, предусмотрена действующими стандартами [1] (таблица).

ТаблицаГабарит«0»«1»«2»Номинал тока, А10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100125, 160, 200, 250315, 400

Сущность предлагаемого изобретения заключается в реализации возможности в пределах одного габарита, заменяя плавкие элементы и не нарушая тепловых режимов, установленных ГОСТом, получить плавкую вставку предохранителя с изменяемым в достаточно широком диапазоне токовым номиналом.

Указанная цель достигается:

- размещением внутри корпуса плавкой вставки ферромагнитных стальных экранов, которые благодаря хорошей теплопроводности и теплоемкости равномерно распределяют тепло, выделяемое как при испытании на номинальную перегрузку, так и при срабатывании на номинальную отключающую способность;

- образованием из вышеупомянутых экранов в средней части корпуса П-образной магнитной системы, охватывающей плавкие элементы, ток в которых будет образовывать в ней неоднородное магнитное поле, деформирующее и разрывающее электрическую дугу;

- образованием из экранов вокруг частей контактных пластин, на которых размещается крепление с плавкими элементами, замкнутых магнитопроводов, служащих заодно механическим креплением контактных и концевых пластин, и механическими «тисками», осуществляющими холодную сварку контактных пластин и плавких элементов. Эти магнитопроводы используются в качестве сердечников трансформаторов, питающих сигнальную систему срабатывания и перегрузки.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими чертежами.

Фиг.1. Плавкая вставка предохранителя с изменяемым токовым номиналом, увеличенным по сравнению с номиналом, соответствующим габариту. Разрез вдоль плоскости, параллельной плоскости контактных пластин и плавких элементов из проволоки.

Фиг.2. Разрез через середину корпуса и П-образный магнитопровод перпендикулярно направлению тока.

Фиг.3. Разрез через контактную сборку и трансформаторный магнитопровод по плоскости, перпендикулярной направлению тока.

Фиг.4. Разрез, аналогичный разрезу на фиг.1, при токовом номинале, уменьшенном по сравнению с номиналом, соответствующим номиналу габарита.

На чертежах внесены следующие обозначения:

1 - контактная пластина, 2 - концевая пластина, 3 - корпус, состоящий из двух полукорпусов, 4 - поверхность соединения полукорпусов, 5 - монтажные винты, 6 - отверстие доступа, 7 - несъемный экран П-образного магнитопровода, 8 - магнитный выступ, 9 - съемный экран П-образного магнитопровода, 10 - несъемный экран трансформаторного магнитопровода, 11 - съемный экран трансформаторного магнитопровода, 12 - вторичная обмотка трансформатора, 13 - прижимной винт с конической головкой, 14 - плавкий элемент из алюминиевой проволоки, 15 - светодиод - сигнальный элемент срабатывания, 16 - светодиод - сигнальный элемент перегрузки цепи, 17 - магнитные пластины, 18 - магнитная перемычка, J - ток в плавких элементах, - направление индукции магнитного поля, - пондеромоторная сила магнитного поля, действующая на ток плавкого элемента и электрическую дугу, возникающую при разрыве плавких элементов, D - область начального зарождения электрической дуги на плавких элементах.

Плавкая вставка предохранителя с изменяемым токовым номиналом (фиг.1 и 4) состоит из двух контактных пластин из алюминиевого сплава 1, подсоединенных в разрыв электрической цепи и прикрепленных при помощи концевых пластин 2 к корпусу 3, состоящему из двух полукорпусов из изоляционного материала, например пластмассы или керамики, которые соединены друг с другом по фигурным поверхностям 4 и прикреплены к концевым пластинам 2 при помощи монтажных винтов 5 (Фиг.2 и 3). В одном из полукорпусов корпуса 3 выполнены сквозные отверстия доступа 6. В средней части корпуса 3 плавкой вставки размещен П-образный магнитопровод, состоящий из несъемного экрана 7, магнитного выступа на нем 8 и съемного экрана 9 (Фиг.1 и 2), причем экран 7 при помощи винтов 5 прикреплен к полукорпусу 3, закрепленному постоянно к концевым пластинам 2, а экран 9 таким же образом прикреплен к съемному полукорпусу корпуса 3. Вокруг частей контактных пластин 1, размещенных внутри корпуса 3, располагается трансформаторный магнитопровод, состоящий из несъемного 10 и съемного 11 экранов (Фиг.1 и 3). Вокруг съемного экрана 11 размещена вторичная обмотка трансформатора 12. Прижимные винты с конической головкой 13 привинчены к несъемному экрану 10 и зажимают плавкие элементы из алюминиевой проволоки 14, уложенные под винтами 13 в кольцевой паз контактных пластин 1 (Фиг.1, 3, 4). В корпусе 3 (Фиг.1) размещены светодиод 15 - сигнальный элемент срабатывания, подключенный к контактным пластинам 1, и светодиод 16 - сигнальный элемент перегрузки цепи, подключенный к вторичной обмотке трансформатора 12. Первичной обмоткой трансформатора являются плавкие элементы 14 (Фиг.3). Магнитная системы плавкой вставки может быть выполнен следующим образом (Фиг.4). П-образный магнитопровод (Фиг.1, 2 поз.7, 8, 9) удаляется, а его роль играют магнитные пластины 17, прикрепленные к концевым пластинам 2, служащие для крепления прижимных винтов 13 с конической головкой, но не имеющие замкнутого по стали магнитного контура. Магнитная перемычка 18 между пластинами 17 образует в плавкой вставке четыре П-образных магнитных цепи вокруг проволок 14, размещенных друг относительно друга крест на крест в центральной области D корпуса 3 плавкой вставки.

Плавкая вставка функционирует следующим образом.

В разрыв электрической цепи вмонтирован держатель предохранителя общепромышленного назначения, например типа ПН2, с закрытым корпусом 3 и контактными пластинами 1. Исходя из сечения проводов в цепи или других соображений, определяется номинал тока в цепи j_n, тогда согласно [1], срабатывание плавкой вставки должно произойти при токе плавления J_f=1.6·J_n в течение 2,5 часов, а несрабатывание - при токе J_nf=1.2·J_n.

Если стандартный номинал тока - 100, 250 и 400 А оказывается ниже, чем номинал защищаемой цепи, то выбирается конструкция плавкой вставки, описанная на фиг.1, 2 и 3, то есть с разомкнутым магнитопроводом 7-8-9 и параллельными алюминиевыми проводами 14 в качестве плавкого элемента, а если выше, чем номинал защищаемой цепи, то выбираем конструкцию, изображенную на фиг.4.

Выбор диаметра d провода из алюминия для изготовления плавкого элемента может быть произведен по предлагаемой формуле

.

При срабатывании плавкой вставки происходит проплавление, разрыв и образование дуги на одной из проволок, в средней их части. В варианте фиг.1 проплавление и разрыв начинается с проволоки 14, отстоящей дальше от магнитной перемычки 8, дуга и проволока деформируется в сторону перемычки 8. Дуга разделяется на две дуги, последовательно включенные и замкнутые на экраны 7 или 9. Интенсивная отдача тепла плазмой дуг металлу экранов 7 и 9 приводит к гашению дуги этой проволоки. После этого ток по второй проволоке 14, расположенной ближе к перемычке 8, возрастает в два раза, и данный процесс повторяется со значительно большей скоростью.

В варианте конструкции, изображенной на фиг.4, т.е. для номинальных токов меньше стандартных, дуга и разрыв проводов 14 происходит в области D их перекрещивания, а электромагнитное гашение дуги происходит за счет влияния поля непроплавленной проволоки и тянущих сил взаимодействия токов и магнитных экранов 17 и перемычки 18, в данном варианте расположенных в контактной области, то есть около контактной пластины 1.

На фиг.3 изображен трансформаторный магнитопровод, состоящий из стальных экранов 10, 11, причем экран 10 прикреплен постоянно, т.е. без разборки в процессе эксплуатации, к одному из полукорпусов корпуса 3, концевой пластине 2 и контактной пластине 1, а экран 11 - также постоянно к другому полукорпусу корпуса 3, а к концевой пластине 2 временно, т.е. освобождается при смене плавких элементов 14. На экране 11 предусмотрена возможность размещения обмотки 12 из температуростойкого провода, являющейся вторичной обмоткой трансформатора, напряжение на которой можно использовать для питания сигнала опасной перегрузки 16 или измерения тока в цепи, эта информация будет дополнительной к известной схеме [2], [3] питания светодиода - сигнального элемента срабатывания 15 (Фиг.1). В экране 11 и полукорпусе корпуса 3 (Фиг.3) предусмотрены сквозные отверстия 6, через которые возможно восстанавливать электрический контакт проводов 14 с контактной пластиной 1, который может быть нарушен из-за температурных колебаний. Однако, если винты 13 и экран 10 выполнены из малоуглеродистой отечественной стали, а контактная пластина 1 из технически чистого алюминия или его сплава с малым составом примесей, то данная процедура требоваться не будет, и отверстия 6 могут не выполняться.

Технические преимущества конструкции:

- срабатывание плавкой вставки не означает ее полную замену, заменяются только плавкий элемент 14 - два отрезка алюминиевой проволоки из технически чистого алюминия, широко используемого для электрических сетей;

- возможность при абсолютном удовлетворении требованиям ГОСТа широкой вариации номинального тока срабатывания путем выбора варианта конструкции и диаметра проводов;

- снижение мощности рассеиваемой плавкой вставкой;

- возможность полной информации о состоянии данной фазы электрической цепи: факт срабатывания, состояние перегрузки, измерение тока в цепи переносным вольтметром без ее отключения;

- снижение себестоимости конструкции.

Источники информации

1. ГОСТ Р50339.2-92 «Низковольтные плавкие предохранители», с.14, Черт. 1(1), (МЭК-269-2-2-87).

2. А.с. 411541, кл.2 Н01H 85/02, Намитоков К.К., Харисов А.А. «Быстродействующий плавкий предохранитель».

3. Свидетельство на полезную модель РФ №11924. Кл.3 Н01H 85/06, Кирко И.М. «Плавкая вставка».

4. Свидетельство на полезную модель РФ №18324. Кл.3 Н01H 85/06, Кирко И.М., Кирко Г.Е. Плавкая вставка многократного использования».

Изобретения могут быть использованы в предохранителях для разрыва низковольтных электрических цепей при достижении значений токов выше номинальных и обеспечивают расширение диапазона номинального тока срабатывания, снижение себестоимости конструкции и многократность использования предохранителя. В варианте плавкой вставки для токового номинала выше номинала, соответствующего заданному габариту, в промежутке между контактными пластинами в корпусе плавкой вставки размещается ферритовый или стальной разъемный магнитопровод, охватывающий токи, текущие по плавким элементам, имеющий в плоскости сечения, перпендикулярного к направлению тока, форму буквы П, а вокруг частей контактных пластин, на которых размещается крепление с плавкими элементами, размещены разъемные экраны с виде замкнутых магнитопроводов, служащих также в качестве сердечников трансформаторов, питающих сигнальную систему срабатывания и перегрузки. В варианте плавкой вставки для токового номинала ниже соответствующего задаваемому габариту в средней части корпуса плавкой вставки магнитопровод не устанавливается, но разъемные экраны вокруг контактных пластин имеют форму двух разомкнутых магнитных систем с магнитной перемычкой в средней части, а плавкие элементы размещены относительно друг друга крестообразно. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Плавкая вставка предохранителя с изменяемым токовым номиналом многократного использования, содержащая две контактные пластины из алюминиевого сплава, включенные в разрыв электрической цепи и соединенные друг с другом плавкими элементами из алюминиевой проволоки или ленты при помощи скользящего винтового прижима методом холодной сварки Патона с возможностью замены плавких элементов без применения приспособлений для сварки и пайки, защищенные разъемным корпусом, при этом созданы условия для дугогашения и частичной тепловой защиты корпуса, отличающаяся тем, что для токового номинала выше номинала, соответствующего заданному габариту, вокруг частей контактных пластин, на которых размещается крепление с плавкими элементами, размещены разъемные экраны в виде замкнутых магнитопроводов, служащие также в качестве сердечников трансформаторов, питающих сигнальную систему срабатывания и перегрузки, а в промежутке между контактными пластинами в корпусе размещается ферритовый или стальной разъемный магнитопровод, охватывающий токи, текущие по плавким элементам, имеющий в плоскости сечения, перпендикулярного к направлению тока, форму буквы «П».2. Плавкая вставка предохранителя с изменяемым токовым номиналом многократного использования, содержащая две контактные пластины из алюминиевого сплава, включенные в разрыв электрической цепи и соединенные друг с другом плавкими элементами из алюминиевой проволоки или ленты при помощи скользящего винтового прижима методом холодной сварки Патона с возможностью замены плавких элементов без применения приспособлений для сварки и пайки, защищенные разъемным корпусом, при этом созданы условия для дугогашения и частичной тепловой защиты корпуса, отличающаяся тем, что для токового номинала ниже номинала, соответствующего заданному габариту, вокруг контактных пластин размещены разъемные экраны, имеющие форму двух разомкнутых магнитных систем с магнитной перемычкой в средней части, а плавкие элементы размещены относительно друг друга крестообразно.