Электрические характеристики самовосстанавливающихся предохранителей

Домкин К.И., Каминская Т.П., Миронова Н.Д. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИХСЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

Любой сложный электронный прибор не может обойтись без такой простейшей детали, как плавкий предохранитель, который является одним из распространенных устройств защиты от перегрузки по току. Его основным недостатком является то, что после перегорания он должен быть заменен, что приводит к необходимости разборки устройства или размещения предохранителя в доступном месте. Чтобы этого избежать , производители электрооборудования используют для защиты электрических цепей биметаллические предохранители, либо керамические резисторы с положительным коэффициентом сопротивления (ТКС) - по-зисторы. В биметаллических предохранителях периодическое размыкание электрических контактов приводит к быстрому их разрушению из-за возникающего искрового разряда, который к тому же создает значительные электромагнитные помехи. Позисторы же сами по себе обладают значительным активным сопротивлением, потребляя большую мощность от источника питания.

Последнее время все большее внимание разработчиков электронной аппаратуры привлекают самовосста-навливающиеся предохранители на основе проводящих полимерных материалов, изготавливаемых из полимерной композиции (полиолефины и сополимеры) и наполнителя из углеродных наночастиц, размерами порядка 3 0 нм. Перколяционная проводимость такой системы определяется проводящими цепочками углерода, расположенными в аморфной области полимера между кристаллитами. При разогреве (при превышении порогового тока) до 12 0-1250С происходит фазовый переход в полимере, что приводит к разрыву проводящих цепей и резкому увеличению сопротивления до 6 порядков - размыканию цепи. Затем, охлаждаясь, предохранитель переключается в исходное состояние - самовосстанавливается.

Технологический процесс изготовления самовосстанавливающихся предохранителей приведен в работах [1,2] .

В работе изучались температурные зависимости сопротивления и зависимости времени срабатывания (^ от тока перегрузки (I) самовосстанавливающихся предохранителей, изготовленных на ФГУП «НИИЭМП». Основу полимерно-углеродной композиции составляли полиэтилен марок ПЭНД-МА-1 и П-234-2 и технический углерод.

Температурные зависимости сопротивления изготовленных образцов исследовались на различных стадиях изготовления на установке контроля температурной зависимости сопротивления СВП, внешний вид которой приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Установка контроля температурной зависимости СВП

Измерения сопротивления проводилось адаптивным омметром ОА 3226 в диапазоне от 10 мОм до 10 МОм при температуре окружающего воздуха до 150 С. Управление омметром осуществлялось программой, работающей на ПК с ОС Microsoft Windows XP и обеспечивающей снятие характеристики log R(T) в непрерывном режиме с погрешностью от 0,02 % до 10 % в зависимости от предела измерений.

На рисунке 2 приведена температурная зависимость сопротивления для изготовленного авторами образца самовосстанавливающегося предохранителя, который не уступает по основным характеристикам патентным образцам.

Ом

ЮМ

1 М

100 к

10 к

1 к

100

10

1

0,1

0,01 —:—:—:—:—:—:—:—:—:—:—:—:—:—:—:—:—:—:—:—

10 30 50 70 90 110 130 150 170 С 10 30 50 70 90 110 130 150 170 *С

а б

Рисунок 2. - Температурные зависимости сопротивления самовосстанавливающихся предохранителей с

полиэтиленом марки

а)ПЭНД-МА-1, б) П-234-2

Зависимости времени срабатывания от тока перегрузки изучались на измерителе времени срабатывания, структурная схема которого приведена на рисунке 3.

Принцип работы измерителя заключался в следующем. С помощью устройства управления (УУ) оператором выбирались режимы задания максимального напряжения 15 В или 30 В и тестового тока от 0,5 до 25 А. По заданному значению тестового тока блок комбинированный (БК) формирует напряжение, которое преобразуется в ток преобразователем напряжения в ток (ПТН), подаваемый на контролируемый объект (самовосста-навливающийся предохранитель). При этом постоянно контролировалось значение напряжения на предохранителе ^ых до достижения уровня максимального.

Вывод на объект

Рисунок 3. - Структурная схема блока измерительного: БК - блок комбинированный, ПТН - преобразователь напряжения в ток, БП - блок питания, И - индикатор, УУ - устройство управления

Время срабатывания (размыкания электрической цепи) объекта контроля (ОК) определялось как интервал между моментом подачи на ОК тестового тока и моментом достижения падения напряжения на нем значения, соответствующего заданному максимальному. Результат измерения времени срабатывания отображался на индикаторе с разрешающей способностью 0,1с.

На рисунке 4 приведены зависимости времени срабатывания (^ от тока перегрузки (I) для исследованных образцов.

Время срабатыванияtc

V

т

•1 3 5 7 9 10

Ток перегруз с и IA

а

Время срабатыванияtc

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 К У '

\

0 1 2 3 4 5 6 7 S 9 10

Ток перегруз к и IA

б

Рисунок 4. - Зависимости времени срабатывания от тока перегрузки для самовосстанавливающихся

предохранителей с полиэтиленом марки а)ПЭНД-МА-1, б) П-234-2.

ЛИТЕРАТУРА

1. Каминская Т.П., Недорезов В.Г. Самовосстанавливающиеся предохранители на фазовом переходе //

Надежность и качество. Труды международного симпозиума, Пенза, 21-31 мая 2QQ7^ - Пенза, 2QQ7.-

Т.2.-С.286-288.

2. Недорезов В.Г., Подшибякин С.В., Каминская Т.П., Сабаев А.А, Кичигина И. Н. «Исследования и разработка самовосстанавливающихся предохранителей на фазовом переходе». Материалы, изделия и технологии пассивной электроники. Труды международного симпозиума, Пенза, 18-21 сентября 2QQ7^- Пенза,

2007.- с.83 -90.