Плавкий предохранитель

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к плавким предохранителям, и может быть использовано для защиты электронных приборов и устройств.
Известен плавкий предохранитель (патент SU 1267508, опубл. 13.09.1986, Бюл. №40), выбранный в качестве прототипа. Плавкий предохранитель содержит корпус, заполненный дугогасящим наполнителем из кварцевого песка, пропитанного раствором содового жидкого стекла с добавкой борного ангидрида, причем содержание его составляет 3-9% от содержания кварцевого песка, контактные вводы и, по меньшей мере, один ленточный перфорированный плавкий элемент, соединенный с контактными вводами и имеющий изгибы, расположенные вдоль плавкого элемента по разные стороны от каждого из участков уменьшенного сечения.
Недостатком известной конструкции является то, что при работе в номинальном режиме теплота, выделяемая ленточным перфорированным плавким элементом, успевает передаться окружающей среде и срабатывание плавкого предохранителя не происходит. В аварийном режиме (перегрузке, коротком замыкании) теплота не успевает полностью передаться окружающей среде, и плавкий элемент перегорает, обеспечивая защиту электронных приборов и устройств. Часть теплоты, выделяемая в окружающую среду при аварийном режиме, увеличивает время до расплавления плавкого элемента и тем самым снижает быстродействие предохранителя в связи с его высокой теплопроводностью, что является следствием большой величины зерна материала элемента плавкого предохранителя.
Недостатком элемента плавкого предохранителя является применение компактного перфорированного материала для его изготовления, снижающего циклическую стойкость от изменения температуры, повышающую возможность возникновения растягивающих и сжимающих напряжений в местах изгиба плавкого элемента, который в процессе эксплуатации подвергается нагреву и охлаждению. Крупнозернистая структура имеет более высокий коэффициент теплопередачи и низкую изгибающую прочность, что ограничивает долговечность и надежность плавкого элемента.
Задачей технического решения является, снижение трудоемкости изготовления, повышение надежности и уменьшение времени срабатывания плавкого предохранителя за счет уменьшения толщины ленточного перфорированного плавкого элемента благодаря замены наноструктурным порошковым медным плавким элементом, полученным равно-канальным угловым прессованием.
Сущность технического решения: плавкий предохранитель содержит корпус, заполненный дугогасящим наполнителем из кварцевого песка, пропитанного раствором содового жидкого стекла с добавкой борного ангидрида, причем содержание его составляет 3-9% от содержания кварцевого песка, контактные вводы и, по меньшей мере, один ленточный плавкий элемент, соединенный с контактными вводами и имеющий изгибы, расположенные вдоль плавкого элемента по разные стороны от каждого из участков уменьшенного сечения, изготовленный из наноструктурного порошкового медного материала толщиной 0,1-0,25 мм, полученного равноканальным угловым прессованием. Применение элемента плавкого предохранителя из наноструктурного порошкового медного материала толщиной 0,1-0,25 мм уменьшает время срабатывания плавкого предохранителя при уменьшении удельного электросопротивления и уменьшении тока короткого замыкания, и увеличивает время срабатывания при росте площади поперечного сечения. Трудоемкость изготовления элемента плавкого предохранителя из наноструктурного порошкового медного материала меньше, чем при получении перфорированного элемента.
Использование ленточного плавкого элемента из наноструктурного порошкового медного материала позволяет устранить операцию перфорирования при изготовлении элемента предохранителя, обеспечить снижение времени срабатывания и увеличение надежности плавких предохранителей за счет уменьшения теплоотдачи в окружающую среду в аварийном режиме.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
На фиг. 2 представлен график зависимости времени срабатывания плавкого предохранителя с ростом удельного электросопротивления.
На фиг. 3 представлен график зависимости тока короткого замыкания при разных значениях удельного электросопротивления.
На фиг. 4 представлен график зависимости времени срабатывания плавкого предохранителя с ростом поперечного сечения при разных значениях удельного сопротивления.
Плавкий предохранитель (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный из электроизоляционного материала, например из ультрафарфора. К корпусу 1 с обеих сторон прилегают вводы 2, выполненные, например, из меди или алюминия. К указанным вводам 2 припаиваются плавкие элементы, содержащие изогнутую часть полного сечения и плоский участок 3 уменьшенного сечения. Корпус заполнен сыпучим наполнителем 4 и пропитан неорганическим связующим веществом 5. Изогнутые участки 6 полного сечения и плоские участки 3 уменьшенного сечения охвачены со всех сторон плотной структурой твердого наполнителя, образованной путем пропитки связующим веществом 5 сыпучего наполнителя 4 и их последующей сушки.
В случае использования для плавкого элемента изогнутой порошковой наноструктурной медной пластины, полученной равноканальным угловым прессованием, появляется возможность устранения операции перфорирования пластины, снижения времени срабатывания в 3 раза и увеличения надежности плавких предохранителей за счет уменьшения теплоотдачи в окружающую среду в аварийном режиме в 5 раз. Это объясняется тем, что равноканальное угловое прессование медного порошка создает наноструктуру с размером зерна 80 нанометров, что увеличивает количество границ зерен, являющихся препятствием для теплоотдачи.
-8
-8
-8
Проведенные экспериментальные исследования плавкого предохранителя, содержащего изогнутый плавкий элемент из наноструктурной порошковой меди, полученной равноканальным угловым прессованием, показали, что время срабатывания плавкого предохранителя уменьшается с ростом удельного электросопротивления (фиг. 2) и тока короткого замыкания при разных значениях удельного электросопротивления (фиг. 3); увеличивается с ростом поперечного сечения при разных значениях удельного сопротивления (фиг 4); (1 - литая медь, ρ=1,7⋅10 Ом⋅м; 2 - порошковая наноструктурная медь, продольное сечение ρ=8,9⋅10 Ом⋅м; 3 - порошковая наноструктурная медь, поперечное сечение ρ=17,5⋅10 Ом⋅м).
Использование наноструктурного порошкового медного материала, имеющего большое количество границ зерен, полученного равноканальным угловым прессованием, позволяет устранить операцию перфорации при изготовлении элемента плавкого предохранителя, увеличить вероятность отключающей способности и надежность плавких предохранителей за счет уменьшения теплоотдачи в окружающую среду в аварийном режиме и уменьшении времени срабатывания.