ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано в электрических схемах различного назначения.
Для защиты электроустановок от токов перегрузки используются разнообразные предохранительные устройства, которые обычно разъединяют электрическую цепь при прохождении через нее токов с величиной, превышающей допустимую для данной установки. Такие устройства достаточно подробно описаны, например, в книге У.Ф.Стейнберга и У.Б.Форда "Электро и радиотехника для всех", М., "Советское радио", 1971, с.166-170. В большинстве из этих устройств требуется их переналадка или замена рабочих элементов после прохождения перегрузочного тока.
Известно предохранительное устройство (плавкий предохранитель), содержащий заполненный дугогасящим наполнителем корпус и, по меньшей мере, один плавкий элемент заданных характеристик с участками ослабленного сечения (см. а.с. СССР №907506, кл. Н01Н 85/04, опубл. В БИ №40, 1982 г.). Недостатком такого предохранителя является необходимость замены плавкого элемента при выходе его из строя (перегорании).
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является предохранительное устройство (расцепитель максимального тока) электрической цепи по а.с. СССР №907505, кл. Н01Н 73/22, опубл. В БИ №41, 1982 г.).
Это устройство содержит рабочий элемент, срабатывающий при токовой нагрузке, превышающей допустимую, и характеризуется тем, что этот элемент выполнен V-образным из термочувствительного материала, обладающего обратимой механической памятью формы, и боковые стороны элемента содержат круглые петли, расположенные в плоскостях,
перпендикулярных плоскостям боковых сторон. Недостатком данного устройства является необходимость замены рабочего элемента при токовых нагрузках, вызвавших необратимые искажения его формы, что повышает трудозатраты.
Технической задачей настоящей полезной модели является сокращение простоев стана за счет предотвращения выхода из строя электронной схемы и привода механизма.
Для решения этой задачи предохранительное устройство, содержащее рабочий элемент, срабатывающий при токовой нагрузке, превышающей допустимую, содержит диэлектрическую пластину толщиной 2...6 мм, установленную на монтажных стойках, к узким торцам которой прикреплены монтажные лепестки из медного сплава, покрытые коваром, а между ними расположен рабочий элемент, выполненный из нихромового провода диаметром 0,6...0,7 мм с сопротивлением 3,7...3,9 ом и обмотанный вокруг упомянутой пластины; соотношение длины пластины к ее ширине может быть равно 2:1, а количество витков нихромового провода составляет 15...17.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что при токах перегрузки, либо короткого замыкания, возникающих в электрической цепи, где установлено предлагаемое устройство, происходит мгновенный нагрев нихромового провода до высокой температуры, что вызывает значительное повышение его сопротивления и ограничение прохождения через него тока. При этом рабочий элемент не выходит из строя (привод не перегорает) и, следовательно, после падения токовой нагрузки до нормы восстанавливается проводимость цепи.
Предлагаемое устройство схематически показано на фиг.1.
n
Диэлектрическая (изоляционная) пластина 1 имеет длину l, ширину в и толщину R, причем, величина l:в может быть 2:1. Пластина установлена на плате - основании 2 с помощью монтажных стоек 3, через которые проходят винты крепления 4 с резьбой, соответствующей внутренней резьбе стоек. К узким торцам пластины 1 крепятся монтажные лепестки 5,
С
соединенные с функциональными проводами 6. Длина стоек R выбрана такой, чтобы исключить нагрев платы 2.
Между лепестками 5 располагается рабочий элемент 7 (нихромовый провод), соединенный с ними и обмотанный вокруг пластины 1, а длина и диаметр φ провода выбираются такими, чтобы обеспечить требуемую величину сопротивления провода, причем, величина φ должна исключить перегорание провода при токовой перегрузке. Длина l пластины обеспечивает расстояние между отдельными витками провода 7, которое исключает их взаимное соприкосновение при работе устройства.
При номинальной величине тока в цепи привод 7 имеет температуру окружающей среды. Увеличение токовой нагрузки сверх допустимой вызывает его нагрев и ограничение тока в цепи, как было описано выше. Опытную проверку предлагаемого предохранительного устройства осуществляли в ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат".
С этой целью проверялись различные варианты исполнения устройства, оценивая полученные результаты по трудозатратам на его эксплуатацию и по надежности функционирования. Наилучшие результаты были достигнуты для предлагаемой конструкции устройства; отклонения от рекомендуемых его параметров ухудшали достигнутые показатели.
n
n
Так, уменьшение толщины пластины (R<2 мм) приводило в отдельных случаях при нагреве рабочего элемента к ее искривлению и появлению трещин у отверстий для стоек, а при R>6 мм удорожалась обработка пластины перед монтажом. Использование монтажных лепестков без покрытия коваром ускоряло их окисление (при нагреве и остывании) и затрудняло спайку с нихромовым проводом.
При малом диаметре провода (φ<0,6 мм) отмечены случаи его перегорания, а при φ>0,7 мм не достигалось нужное его сопротивление, что вызывало необходимость удлинения провода и увеличения габаритов устройства. Оптимальными величинами при опытной проверке были
размеры пластины с l:в=2:1 и количество витков нихромового провода в пределах 15...17.
Предохранительное устройство, взятое в качестве ближайшего аналога (см. выше), в опытах не использовалось ввиду его дороговизны (стоимость его с учетом сложности изготовления и стоимости исходных материалов больше предлагаемого устройства примерно в 8...10 раз). Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Технико-экономический анализ показал, что использование заявляемого изобретения в различных электрических цепях позволит сократить простои стана за счет предотвращения выхода из строя электронной схемы и привода механизма почти в 2 раза.
Пример конкретного выполнения
Предохранительное устройство электрической цепи имеет вид, показанные на фиг.1.
n
C
Диэлектрическая пластина выполнена из гетинакса и имеет размеры: l=60, в=30 и R=4 мм; высота стоек R=20 мм и через них проходят крепежные винты М4.
Рабочий элемент - нихромовый провод с φ=0,65 м и R=3,8 ома; крепится к монтажным лепесткам из медного сплава, покрытого коваром. Провод обмотан вокруг пластины и общее число его витков - 16.
Номинальная величина проходящего тока при напряжении U=40в:J=U/R=40:3,8≅10,5a.