Плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания и перегрузок

Полезная модель относится к электротехнике, конкретно к плавким предохранителям, и может быть использована для защиты электрических и электронных аппаратов, приборов и устройств от возникающих КЗ и длительных перегрузок в сети.
Известен плавкий предохранитель (патент RU 191172 U1, опубл. 29.07.2019, Бюл. №22), выбранный в качестве аналога. Данное устройство содержит корпус, заполненный дугогасящим наполнителем из кварцевого песка, пропитанного раствором содового жидкого стекла с добавкой борного ангидрида, его содержание 3-9% от содержания кварцевого песка, контактные выводы, 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.
Известен плавкий предохранитель (патент SU 1709423 А1, опубл. 30.01.1992, Бюл. №4), выбранный в качестве прототипа, содержащего электроизоляционный корпус, пленочный плавкий элемент, контактные выводы с выступами, пружины, прижимающие выступы к плавкому элементу, крышки, винты, уплотняющие изоляционные прокладки и зернистый наполнитель.
Недостатками является то, что используются пружины, не обеспечивающее недостаточное соединение контактных выводов с плавким элементом, это усложняет конструкцию и не обеспечивает необходимую надежность при эксплуатации предохранителя, а также предохранитель выполнен монолитно, из-за чего отсутствует возможность многоразового его использования.
Техническим результатом является повышение надежности и расширение эксплуатационных возможностей.
Технический результат достигается тем, что в плавком предохранителе для защиты от коротких замыканий и перегрузок, содержащем электроизоляционный корпус с крышкой, пленочный плавкий элемент, нанесенный на поверхность электроизоляционной детали, контактные выводы с выступами, уплотняющие изоляционные прокладки и дугогасящий наполнитель, согласно полезной модели пленочный плавкий элемент с электроизоляционной деталью выполнены съемными, для обеспечения их съема на поверхности электроизоляционной детали под выступами контактных выводов расположены пазы, а контактные выводы изготовлены из упругого металла, при этом пленочный плавкий элемент выполнен из наноструктурного порошкового медного материала толщиной 0,12-0,26 мм, полученного равноканальным угловым прессованием, а дугогасящий наполнитель - из кварцевого песка средней фракции и флогопита, измельченного до крупной фракции размером 1-2 мм, содержание которого составляет 3-5% от объема кварцевого песка. Флогопит - минерал подкласса слоистых силикатов, магнезиальная маложелезистая слюда изоморфного ряда биотит. Флогопит тугоплавкий материал. Процесс происходит при температуре 1300 градусов. Он является идеальным изолятором. Зачастую, именно прозрачные образцы пользуются спросом в электротехнике (https://kamneteka.com/kamen-flogopit-svoystva/).
Новизна заявляемого плавкого предохранителя для защиты от короткого замыкания и перегрузок обусловлена тем, что в нем используется дугогасящий наполнитель, выполненный из кварцевого песка средней фракции и флогопита и съемный плавкий элемент из наноструктурного порошкового медного материала, который можно легко заменить на новый после его сгорания, за счет упрощения конструкции.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания и перегрузок, продольный разрез.
2
2
Плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (далее КЗ) и перегрузок, содержит электроизоляционный корпус 1 с крышкой 2, пленочный плавкий элемент 3, нанесенный на поверхность электроизоляционной детали 4, контактные выводы 5 с выступами 6 установленные в пазы 7, посредством которых выступы 6 прижимаются к плавкому элементу 3, уплотняющие изоляционные прокладки 8 и дугогасящий наполнитель 9, выполненный из кварцевого песка, средней фракции и с содержанием диоксида кремния (SiO) не менее 98% для обеспечения эффективности гашения дуги КЗ наполнителя, и измельченного флогопита до крупной фракции размером 1-2 мм, содержание которого составляет 3-5% от объема кварцевого песка. Пленочный плавкий элемент с электроизоляционной деталью выполнены съемными. Кроме этого, пленочный плавкий элемент 3 выполнен из наноструктурного порошкового медного материала толщиной 0,12-0,26 мм, полученного равноканальным угловым прессованием. Для замены съемных пленочного плавкого элемента с электроизоляционной деталью, крышка 2 выполнена съемной и установлена с торца электроизоляционной детали 4. Пазы 7, в которых расположены выступы 6, а также выполнение контактных выводов из упругого металла, например, стали обеспечивают надежный контакт выводов 5 с пленочным плавким элементом 3. За счет этого достигается упрощение изготовления плавкого предохранителя и обеспечивается надежность. Также плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания и перегрузок снабжен уплотняющими изоляционными прокладками 8, которые расположены между электроизоляционным корпусом 1 и несъемной крышкой 10. В конце сборки предохранитель заполняется дугогасящим наполнителем 9, выполненным из кварцевого песка с содержанием диоксидом кремния (SiO) и измельченного флогопита.
2
Плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания и перегрузок работает следующим образом: при возникновении в защищаемой цепи аварийного тока короткого замыкания и длительных токов перегрузки плавкий элемент 3 расплавляется в местах уменьшенного сечения, и возникшая дуга гаснет внутри электроизоляционного корпуса 1 с помощью дугогасящего наполнителя 9, выполненного из кварцевого песка с содержанием диоксида кремния (SiO) и измельченного флогопита.
2
Использование дугогасящего наполнителя из кварцевого песка с содержанием диоксида кремния (SiO) и измельченного флогопита с фракцией больше чем у песка, обеспечивает повышение эффективности гашении дуги, поскольку температура плавления кварцевого песка составляет более 1000°С, а флогопита - 1300°С, то при гашении дуги сначала с возникшей плазмой взаимодействует кварцевый песок, т.к. его температура ниже чем у флогопита, он начинает плавится и окончательно гасит дугу фракции флогопита. Количество флогопита в количестве 3-5% достаточно для окончательного гашения дуги.
При использовании пленочного плавкого элемента 3 из наноструктурного порошкового медного материала толщиной 0,12-0,26 мм, полученного 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 (патент РФ №191172) плавкого предохранителя, содержащего плавкий элемент из наноструктурной порошковой меди, полученной равноканальным угловым прессованием, показали, что время срабатывания плавкого предохранителя уменьшается с ростом удельного электросопротивления и тока короткого замыкания при разных значениях удельного электросопротивления; увеличивается с ростом поперечного сечения при разных значениях удельного сопротивления; (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.