Термобиметаллический элемент прямого нагрева Советский патент 1983 года по МПК H01H71/16 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроаппарато строению, и может быть использовано в тепловых расцепителях автоматичес ких выключателей. Известна конструкция хермобиметаллического элемента, которая находит применение в тепловых реле и реле защиты (расцепители) автоматических выключателей Cl}. Этот термобиметаллический элемен содержит П-образную биметаллическую пластину, концы которой эажаты в массивных токоподводах, имеющих благодаря высокой теплопроводности постоянную температуру. У такой биметгшлической пластины температура по всей ее длине при коротком замыкании не будет одинаковой. При больших токах короткого замыкания возможно выгорание металла по середине пластины в зоне колена. Наиболее близким по технической сущности является термобиметаллический элемент прямого нагрева, пре иму1дественно для автЬматических выключателей, содержащий U-образную биметаллическую пластину и U образный шунт, выполненный из материала с высокой электропроводностью расположенный параллельно U -образной биметаллической пластине и соединенный с ней у концов прямолинейных участков C2J, Недостатком указанного устрЬйства является низкая термическая усто чивость из-за неравномерности- распр деления тока по всему сечению U образной биметаллической пластины. Цель изобретения - повышение тер мической устойчивости. Поставленная цель достигается тем, что термобиметаллический элемент прямого нагрева, преимуществен для автоматических выключателей, со держащий и-образную биметаллическу пластину и и -образный шунт, выполненный из материала с высокой элект ропроводностью, расположенный парал лельно и -образной биметаллической пластине и соединенный с ней у концов прямолинейных участков, снабжен дополнительным шунтом, выполненным в виде накладки U-образной формы из материала с высокой электропроводностью с радиусом закругления, равным рёщиусу закругления U-образ ной биметаллической пластины, указанный дополнительный шунт размещен так, что внешние поверхности закруг ленной части дополнительного шунта и и-образной биметаллической пластины совмещены, ширина дополнительного шунта меньше ширины U-образно биметаллической пластины, а толщина дополнительного шунта определена из соотношения enp-f) , Ju./2a 1. , V4(.(.,).,.где a,b,c/2 - соответственно ширина, толщина и внутренний радиус изгиба О-образной биметаллической пластины; . Яи, Рб удельные сопротивления . дополнительного шунта и и -образной биметаллической плас.тины; - отнсхиение ширины дополнительного шунта к шир рине , и-образной биметаллической пластины. На фиг. 1 изобрсокен термобимёталлический элемент; на фиг.2 а, б, в эпюры распределения плотности тока в зоне скругления (колена) U-образной биметаллической пластины в режиме короткого замыкания; на фиг.З электрическая схема замещения участка биметаллической пластины в зоне , О-образного изгиба. Термобиметаллический элемент прямого нагрева содержит U -образную биметаллическую пластину 1, U -образный шунт 2 из материала с высокой электропроводностью и дополнительный шунт 3 в виде накладки U -образной форМы из материала с высокой электропроводностью. U -образный шунт 2 приваривается к U-образной биметаллической пластине в месте подключения то.коподводов. Наличие 1/-образного шунта 2 уменьшает нагрев (J -образной биметаллической пластины в номинальном режиме, но не предохраняет выгорание биметалла в зоне скругления в режиме короткого замыкания. Электрическое сопротивление внешней части скругления (колена) при. расположении дополнительного шунта 3 уменьшается, благодаря чему и уменьшается плотность тока на внутренней части колена и-образной биметаллической пластины 1. При коротком замыкании значительная часть тока идет по дополнительному шунту (фиг. 2в), защищая таким образом Uобразный биметаллический элемент от перегрева. Обычно автоматический выключатель отключает быстро, поэтому температура внешней части колена и-образной биметаллической пластины повысится незначительно (фиг.26). Расположение дополнительного шунта 3 на внешней части колена разгружает внутреннюю его часть, Если расположить дополнительный шунт на внутренней части и-образной бимеааллической пластиныf то это также приводит к уменьшению плотности тока в биметалле на этом участке, но при этом линии тока стягиваются к дополнительному шунту и возникает перегрев вблизи основания колена. Соотношение размеров и -образной биметаллической пластины и дополнительного шунта выбрано таким образом чтобы при коротком замыкаНии максимальная температура на внутрен нем изгибе биметаллической пластины не превышала температуру на линейно участке биметаллической пластины. Поскольку при коротксял замыкании процесс нагрева и-образного биметал лического элемента близок к адиабатическому и температура пропорциона на плотности тока, то соотнсмениё размеров может быть определено из равенства плотностей тока. ... где JQ - плотность тока на линейнс участке; j - максимальная плотность тока на внутреннем изгибе колена биметалла; /Э - ток на линейном участке. Участок и-образной биметаллической пластины в зоне колена может быть представлен в виде параллельно го соединения электрических проводи мостей (фиг.З) , где G , с; г Сц, проводимости соответственно участко на внутреннем изгибе колена пластин участка биметаллической пластины,ра положенного под дополнительным шунтом и проводимость дополнительного шунта. Эти проводимости определяются из соотношений . Vr5r«( ..( где fff Тп, удельные проводимости б металла и материала дополнительного шунта с - ширина и -образной биме таллической пластины в зоне колена; j - ширина дополнительного шунта. Максимальная плотность тока равн - 0) где Э - ток в и-образной биметаллической пластине вблизи внутреннего изгиба. Ток J равен . Подставляя (5) и (6) в формулу (1) имеем / 3 G- 2 . bcfn 1 + --V С+2с(; Подставляя (2) - (4) в выражение (7) находим толщину дополнительного |шунта Ъщ при выбранном соотношении :S ширины дополнительного шунта к ш.ч-, рине U-образной биметаллической- пла1СТИНЫ . Таким образом, при соотношении размеров, выбранном в сооть-етствии с (8), температура в зоне колена не превьлшает температуру на линейном участке U-образного биметаллического элемента.. Проводят - испытания автоматических выключателей типа А3710 () на пpe eльнyю коммутационную способность. Ё тепловых расцепителях этих выключателей на внешней части колена биметаллических элементов установлены медные шунты. В соответствии с техничеркими условиями испытания проводят при tjj p -40c. Тепловые расцепители.отключают ток короткого замыкания равный 400 1н. Произведенный после испытаний осмотр показывает, что выгораний металла в зоне колена биметаллической пластины нет, тепловые расцепители остаются годными для дальнейшей работы. Для сравнения проведены испытания выключателей типа А3710с 1на 1бА, но в обычном исполнении, т.е. без установок предлагаемых дополнительных шунтов. Макси лальньй ток короткого замыкания, который отключают выключатели этой партии, составляет 56 1н. Осмотром установлено, что в большинстве выключателей биметаллические пластины тепловых расцепителей привариваются друг к.другу в зоне внутренней части колена. А это значит, что на этом участке биметалл разогревается до температуры плавления металла. Таким образом, установка шунтов на внешней части -колена U -образного

биметаллического элемента позволяет по сравнению с известной конструкцией термобиметаллического элемента повысить термическую устойчивость аппарата до 7 pasi

Предлагаемое устройство по сравне- 5 нию с прототипом позволяет повысить надежность работы автоматических выключателей.

Термобиметаллические элементы, установленные в базовых расцепителях автоматических вык ючателях типов А3770, А3710 и 3720 дают возмож.ность ежегодно экономить по 30000 шт выключателей указанных типов.

Экономический эффект от внедрения изобретения составляет 7,74 млн руб.,

а 6 в фи.2

фмЗ