ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике, к элементам защиты электрических сетей от перенапряжений.
Широко известны применяемые в электротехнике предохранители, выполненные в виде плавких элементов, например плавкий элемент предохранителя по а.с. №720563, выполненный из металла, обладающего окисной пленкой, а также слоя материала, обладающего антикоррозионными свойствами, температура плавления которого не выше температуры плавления плавкого элемента. Общими существенными признаками с предлагаемым техническим решением являются, предохранитель содержит металлический токопроводящий элемент.
Известный плавкий элемент позволяет предохранителю стабильно срабатывать, однако в связи с общей для данных элементов предохранителей конструкцией - наличием плавкого элемента, время разрушения (срабатывания) которого весьма значительно, быстродействие данного предохранителя недостаточно и нередко защищаемые элементы сети выходят из строя.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача повышения быстродействия предохранителя.
Для достижения указанного технического результата предохранитель содержит первый токопроводящий металлический элемент, а также сопряженный с ним по поверхности и электрически изолированный от него второй токопроводящий элемент, выполненный из материала, температура объемного расширения которого меньше температуры объемного расширения первого элемента. При этом одним из наилучших вариантов выполнения второго токопроводящего элемента может быть слой, в котором для усиления эффективности срабатывания могут быть выполнены концентраторы напряжений. Для обеспечения возможности восстановления работоспособности предохранителя второй токопроводящий элемент может быть выполнен с возможностью восстановления его электропроводности после разрыва.
При этом первый токопроводящий металлический элемент и второй токопроводящий элемент (выполненный, например, в виде слоя или проволоки) могут быть включены между собой и сетью как последовательно, так и параллельно.
Отличительными признаками предлагаемого предохранителя являются следующие - наличие сопряженного с первым металлическим элементом по поверхности и электрически изолированного от него второго токопроводящего элемента, выполненного из материала, температура объемного расширения которого меньше температуры объемного расширения первого элемента, а также второй токопроводящий элемент
может быть выполнен в виде слоя и его выполнение с возможностью восстановления электропроводности после разрыва.
Благодаря наличию данных отличительных признаков, в совокупности с известными, указанными в ограничительной части формулы, достигается следующий технический результат - повышается быстродействие предохранителя, а также появляется возможность его самопроизвольного восстановления. Технический результат достигается тем, что благодаря контакту между собой (плотной навивки проволоки или прилегания слоя пленки) при увеличении объема (размера) первого элемента при его нагреве (а не при расплавлении, как в прототипе) второй элемент нарушает целостность и соответственно электропроводность. При этом, чем выше разница коэффициентов объемного расширения материала элементов при нагреве, тем выше быстродействие системы.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемый предохранитель, не была обнаружена. Таким образом, предлагаемая полезная модель соответствует критерию охраноспособности "новое".
Предложенное техническое решение может найти применение в любых электрических системах для предохранения их от превышения нагрузок, как по току, так и по напряжению, а, следовательно, данное решение соответствует критерию «промышленно применимо».
Полезная модель поясняется электрическими схемами фиг.1-3.
На фиг.1 и 2 изображена схема защиты цепи по току и напряжению без гальванической развязки (фиг.1 - последовательное, фиг.2 - параллельное).
На фиг.3 изображена схема защиты по напряжению с гальванической развязкой.
Изображенная на схеме фиг.1 цепь содержит встроенный в одну из фаз (можно во все) предохранитель, состоящий из последовательно соединенных первого токопроводящего металлического элемента 2, выполненного, например, в виде медного стержня, имеющего припаянные к нему выводы, а также сопряженного с ним по поверхности второго токопроводящий элемента 3, выполненного в данном случае в виде навитой на первый элемент 1 проволоки из вольфрама или константана, к которой также приварены выводы. При этом электроизоляция 4 между элементами может быть достигнута, например, за счет окисной пленки на медном стержне или за счет нанесенного на медный стержень электроизоляционного напыления 2, а сам элемент заключен, например, в стеклянную колбу. Лавинный диод 5 включен в этой схеме между общим выводом двух элементов предохранителя и нагрузкой 6.
Изображенная на схеме фиг.2 цепь содержит предохранитель 1, состоящий из параллельно соединенных первого токопроводящего металлического элемента 2, выполненного в виде медного стержня, к которому припаяны выводы, а также сопряженного с ним по поверхности второго токопроводящего элемента 3, выполненного в данном случае в виде напыленной на окисную пленку 4 стержня 1 пленку из вольфрама или
константана, которая также имеет приваренные к ней выводы. При этом для улучшения срабатывания пленка слоя элемента 3 имеет расположенные диаметрально по отношению к элементу 2 концентраторы напряжений 7, выполненные в виде утоньшений слоя. Весь предоханитель 1 может быть заключен в стеклянную колбу, из которой выведены контакты элементов 2 и 3. При этом в данной схеме, предохранитель с параллельным включением элементов 2 и 3 защищает нагрузку 6 лишь от превышения напряжения.
На фиг.3 изображен предохранитель 1, в котором элемент 2 - медный стержень, элемент 3 - напыленный слой константана, изоляционная пленка 4 - окисный слой. Предохранитель 1, включающий в себя элементы 2-4, подключен с гальванической развязкой первого 2 и второго 3 элементов через трансформатор 8. Лавинный диод 5 соединен с первым элементом 2 последовательно.
Во всех случаях работа предохранителя сводится к тому, что, нагреваясь, медный элемент 2 расширяется и разрывает элемент 3 с малым температурным расширением, только на схеме фиг.1 это проволочный элемент, а на фиг.2, 3 это пленка, в которой разрыв происходит в заданном месте - концентраторе напряжений (месте утоньшения пленки).
В схеме с понижающим трансформатором 8 - фиг.3, свойства предохранителя 1 проявляются сильнее за счет того, что в случае превышения сетевого напряжения порога пробоя лавинного диода 5, к первому элементу 2 предохранителя 1 прикладывается большее напряжение, которое быстрее нагревает элемент 2, а, следовательно, и уменьшается
задержка размыкания цепи питания низковольтового потребителя 6. При этом, если второй токопроводящий элемент 3 выполнить с возможностью восстановления его электропроводности после разрыва (выполнить упругим, как, например, выполняются металлофольговые тензорезисторы), то после возвращения напряжения (или тока) в норму и остывания элемента 2 (в схеме на фиг.3 восстановления пробоя диода 5), элемент 3 восстановит свою электропроводность и т.о. работоспособность всей системы, т.е. по сути предохранитель 1 будет работать в автоматическом режиме. В целом отличительным свойством такого предохранителя 1 является первичное размыкание низковольтной сети (или сети нагрузки), а затем уже питающей сети. Благодаря этому свойству, энергия, запасенная в трансформаторе 8, проходит в момент размыкания не в нагрузку 6, а в сеть, т.е. происходит послеимпульс (или задний фронт импульса перенапряжения), вызванный э.д.с. самоиндукции в проводах или трансформаторе 8, в нагрузку не проходит.