Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для защиты электротехнического оборудования

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты от перегрузок и токов короткого замыкания электротехнических устройств.

В настоящее время для защиты электротехнического оборудования (трансформаторов, электрических двигателей, кабельных линии и т.д.) широко используются плавкие предохранители. В качестве защитного элемента в плавком предохранителе применяется плавкая вставка, которая находиться внутри корпуса, заполненного кварцевым песком либо без заполнения. При работе в номинальном режиме тепло, выделяемое плавкой, вставкой успевает передаться окружающей среде и срабатывание предохранителя не происходит. В аварийном режиме (перегрузке, коротком замыкании) тепло не успевает полностью передаться окружающей среде и плавкая вставка перегорает, обеспечивая защиту электротехнического оборудования. При всех положительных аспектах использования плавких предохранителей они имеют серьезный недостаток, связанный с их использованием только один раз.

Известен высоковольтный резистор-предохранитель [RU 2367051 С1, МПК Н01Н 85/048, опубликованная 10.09.2009], содержащий подложку из изоляционного материала, резистивный слой из титана и токопроводящие контактные площадки, отличающийся тем, что подложка выполнена из материала, например ниобата лития, обладающего способностью выделять кислород при нагревании в восстановительной среде и обеспечивающего скорость нагрева поверхности в диапазоне (0,22÷1,5) К⋅м²/Вт⋅с за первую микросекунду нагрева, исходная толщина резистивного слоя лежит в диапазоне 20÷50 нм, а резистивный слой имеет покрытие из диоксида титана толщиной от 5 до 20 нм.

Недостатком данного устройства является возможность его использования только один раз при срабатывании.

Наиболее близкой по технической сущности является «Полимерное устройство для ограничения тока и способ его изготовления» [US 65975510 В2, МПК Н01С 7/02, опубликованная 22.07.2003], содержащее по п. 1 определенное количество смеси из углерода и фторополимера, прессованного между первым и вторым электродом, к первому и второму электроду присоединен электрический провод, в котором фторополимер плавиться при заданной высокой температуре, обеспечивая работу токоограничивающего устройства в широком диапазоне температур.

Недостатком данного устройства является использование одного слоя полимера и отсутствие радиаторов на первом и втором электроде, вследствие чего отвод выделяющегося тепла недостаточен для использования его в силовых цепях электроснабжения.

Задачей изобретения является создание устройства для защиты электротехнического оборудования, при осуществлении которого достигается технический результат, заключающийся в увеличении диапазона токов его использования, за счет использования многослойной конструкции и электродов с радиаторами.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для защиты электротехнического оборудования содержит два электрода, матрицу из полимера на углеродной основе с положительным температурным коэффициентом, электроды выполнены с пластинами, между которыми расположены матрицы из полимера на углеродной основе, образуя многослойную конструкцию, на электродах расположены радиаторные пластины и наконечники для крепления электрических проводников.

На фиг. 1 изображено устройство для защиты электротехнического оборудования, вид спереди.

На фиг. 2 изображено устройство для защиты электротехнического оборудования, разрез по А-А.

Устройство для защиты электротехнического оборудования состоит из двух электродов 1, на которых расположены пластины 2 (фиг. 1, 2). Между пластинами 2 расположены матрицы 3 из полимера на углеродной основе с положительным температурным коэффициентом, например из фторополимера, образуя многослойную конструкцию. Количество пластин 2 и матриц 3 из полимера может варьироваться и зависит, например, от протекающего электрического тока. Электроды 1 и пластины 2 могут быть выполнены из алюминия, дюралюминия или других металлов. Для обеспечения достаточной теплоотдачи электроды 1 снабжены радиаторными пластинами. Крепление электрического проводника к электродам 1 осуществляется при помощи наконечников 4, установленных на электродах 1 при помощи резьбового соединения или выполненных цельной конструкцией при изготовлении (фиг. 1, 2).

Устройство для защиты электротехнического оборудования работает следующим образом.

Принцип работы устройства для защиты электротехнического оборудования (далее устройство) от перегрузок и токов короткого замыкания основан на резком увеличении сопротивления при протекании электрического тока сверх номинального режима. При подключении устройства при помощи наконечников 4 последовательно в электрическую цепь по нему начинает протекать электрический ток. В номинальном режиме матрицы 3 из полимера, расположенные между пластинами 2, кристаллизованы, а пространство между кристаллами заполнено молекулами углерода, образующими проводящие цепочки. Количество теплоты, выделяемой на устройстве, равно количеству рассеиваемой и его срабатывание не происходит. При протекании электрического тока сверх номинального значения устройство начинает нагреваться. Количество выделяемой теплоты становиться намного больше количества теплоты, рассеиваемой на радиаторных пластинах, и матрицы 3 из полимера переходят в аморфное состояние, увеличиваясь в размерах.

При увеличении размеров матриц 3 из полимера, углеродные проводящие цепочки разрываются, что вызывает рост сопротивления, и устройство нагревается еще быстрее. В результате сопротивление устройства увеличивается до такого значения, когда оно начинает существенно ограничивать электрический ток, тем самым защищая электрическую цепь. При устранении причины перегрузки или короткого замыкания электрический ток принимает номинальное значение, устройство остывает, углеродные проводящие цепочки восстанавливаются и его сопротивление снижается до начального значения. Наличие радиаторных пластин на электродах 1 позволяет увеличить значения электрического тока, протекающего через устройства, за счет увеличения теплоотдачи. Многослойная структура позволяет увеличить количество проводящих электрический ток цепочек, тем самым суммарную его величину.