Термобиметаллический элемент прямого нагрева

 

„.SU.„,1 061 188 A

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

МЮН 01Н 7116. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСВ"ГВУ (21) 3433779/24-0 l (22) 07. 05.82 (46) 15, 12,83. Бюл. Р 46 :(72) Б.В. Клименко, В.К„ Спилка, Г.Ш. Бер и Е.А. Поляков. (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И. Ленина (53) 621 .318 .56 (088 .8 ) (56) 1. Кашпар Ф. Термобиметаллы в электротехнике. Госэнергоиздат, 1961, с. 206.

2. Автоматический выключатель се» рии А3700М. ТУ16. 522 119-75, ВНИИэлектроаппарат, 1975, (547(57) ТЕРМОБИИЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭЛЕ

MEHT GPRM0I 0 НАГРЕВА, преимуществеНно для автоматических выключателей, содержащий 0 -образную биметаллическую пластину и U -образный шунт, вы .полненный из материала с высокой

:электропроводностью, расположенный

Параллельно Ц -образной биметаллической пластине и соединенный с ней у концов прямолинейных их участков, отличающийся тем, что, с целью повышения термической устойчивости, он снабжен дополнительным шунтом, выполненным в виде накладки

U-образной формы иэ материала с высокой электропроводностью с радиусом закругления, равным радиусу эакруг= ления U-образной биметаллической пластины, указанный дополнительный шунт размещен так, что внешние поверхностй закругленной части дополнительного шунта в U-образной биметаллической пластины совмещены, ширина дополнительного шунта меньше ширины V --образной биметаллической пластины, а толщина дополнительного шунта определена из выражения где а,Ь,с/2 - соответственно ширина, толщина и внутренний радиус изгиба О-образной биметаллической пластины;

P+,р — удельные сопротивления ®, б . дополнительного шунта и 0 -образной биметаллической пластины; ф

- отношение иирины допол. нительногo шунта к ширине 0 -образной биме- Маи4 фаллической пластины. г

1061188

Изобретение относится к электро- технике, а именно к электроаппарато- строению, и может быть использовано в тепловых расцепителях автоматических выключателей.

Известна конструкция термобиметаллического элемента, которая находит применение в тепловых реле и реле защиты (расцепители) автоматических выключателей (1 g.

Этот термобиметаллический элемент содержит П-образную биметаллическую пластину, концы которой зажаты в массивных токоподводах, имеющих благодаря высокой теплопроводности постоянную температуру. У такой биметаллической пластины температура по всей ее длине при коротком замыкании не будет одинаковой. При больших токах короткого замыкания 20 возможно выгорание металла по середине пластины в зоне колена.

Наиболее близким по технической сущности является термобиметаллический элемент прямого нагрева, пре- 25 имущественно для автбматических выключателей, содержащий U -образную биметаллическую пластину и Uобразный шунт, выполненный из материала с высокой электропроводностью, 30 расположенный параллельно (у -образной биметаллической пластине и соединенный с ней у концов прямолинейных участков (.2.). недостаткам указанного устройст-; 3 ва является низкая термическая устойчивость из-за неравномерности распределения тока по всему сечению U —образной биметаллической пластины.

Цель изобретения - повышение термической устойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что термобиметаллический элемент прямого нагрева, преимущественно45 для автоматических выключателей, содержащий (у -образную биметаллическую пластину и U -образный шунт, выполненный из материала с высокой электропроводностью, расположенный параллельно 0 -образной биметаллической

50 пластине и соединенный с ней у концов прямолинейных участков, снабжен дополнительным шунтом, выполненным в виде накладки U-образной формы из материала с высокой злектропроводностью с радиусом закругления, равным радиусу закругления (у -образной биметаллической пластины, указанный дополнительный шунт размещен так, что внешние поверхности закруг- 60 ленной части дополнительного шунта и U -образной биметаллической пластины совмещены, ширина дополнительного шунта меньше ширины Р -образной биметаллической пластины, а толщина, дополнительного шунта определена из соотношения где а, b, с/2 — соответственно ширина, толщина и внутренний радиус изгиба 0 -об разной биметаллической пластины;, р — удельные сопротивления дополнительного шунта и U -образной биметаллической пластины: — отношение ширины дополнительного шунта к ши„рине . 0 -образной биметаллической пластины.

На фиг.1 изображен термобиметаллический элементу на фиг.2 а, б, в эпюры распределения плотности тока в зоне скругления (колена) О-образной биметаллической пластины в режи-. ме короткого замыкания; на фиг.3 электрическая схема замещения участ.; ка биметаллической пластины в зоне (У-образного изгиба.

Термобиметаллический элемент прямого нагрева содержит 0 -образную биметаллическую пластину 1, U -образный шунт 2 из материала с высокой электропроводностью и дополнительный шунт 3 в виде накладки U -образной формы из материала с высокой электропроводностью. U -образный шунт 2 приваривается к U -образной биметаллической пластине в месте подключения токоподводов. Наличие

U-образного шунта 2 уменьшает нагрев V --образной биметаллической пластины в номинальном режиме, но не предохраняет выгорание биметалла в зоне скругления в режиме короткого замыкания.

Электрическое сопротивление внешней части скругления (колена) при расположении дополнительного шунта

3 уменьшается, благодаря чему и уменьшается плотность тока на внутренней части колена U-образной биметаллической пластины 1. При коротком замыкании значительная часть тока идет по д 1полнительному шунту (фиг. 2в), защищая таким образом 0образный биметаллйческий элемент от перегрева. Обычно автоматический выключатель отключает быстро, поэтому температура внешней части колена

U-образной биметаллической пластины повысится незначительно (фиг .26) .

Расположение дополнительного шунта

3 на внешней части колена разгружает внутреннюю его часть. Если расположить дополнительный шунт на внутренней части 0 -образной бимеиалличес1061188

Scan +," кой пластины, то это также приводит к уменьшению плотности тока в биметалле на этом участке, но при этом линии тока стягиваются к дополнительному шунту и возникает перегрев вблизи основания колена.

Соотношение размеров U -образной биметаллической пластины.и дополннтельного шунта выбрано таким образом, чтобы при коротком замыкании максимальная температура на внутреннем изгибе биметаллической пластины не превышала температуру на линейном участке биметаллической пластины.

Поскольку при -коротком замыкании процесс нагрева О -образного биметал- 15 лического элемента близок к адиабатическому и температура пропорциональна плотности тока, то соотношение размеров может быть определено из равенства плотностей тока. 20

4 м„а ь где - плотность тока на линейном ..о участке; 25

j — максимальная плотность тока на внутреннем изгибе колена биметаллау - ток на линейном участке.

Участок 0-образной биметаллической пластины в зоне колена может быть представлен в виде параллельного соединения электрических проводимостей (фиг ° 3), Где 6 „, 2 шпроводимости соответственно участков на внутреннем изгибе колена пластины З5 участка биметаллической пластины,расположенного под дополнительным шунтом и проводимость дополнительного шунта.

Эти проводимости определяются из 40 соотношений (2 ) 1 (: =g — Еп (+," (г) б -, Ь .. Zol Ь 3

С Э. Шgtl 1+ — Я вЂ” =G " i (Ф) 50 ш ш Я с+га 2Ь 7б с где у - удельные проводимости би96 IU металла и материала дополнительного шунта1 55

- ширина U -oáðàçíîé биме1" таллической пластины в зоне коленау

Фг - ширина дополнительного шунта. 60 Иаксимальная плотность тока равна где 1 — ток в Lf-образной биметаллической пластине вблизи внутреннего изгиба.

Ток 3 равен

6„

3„=3 (6) Подставляя (5) и (6) в формулу (1) имеем

G Ъ 1+ +бг+ 6ш 2 вступ 1+

l с+2а

Подставляя (2) — (4) в выражение (7) находим толщину дополнительного шунта Ьш при выбранном соотношении (ширинй .дополнительного шунта к ши-, рине 0-образной биметаллической пла стины

Таким образом, при соотношении размеров, выбранном в соответствии с (8), температура в зоне колена не превышает температуру на линейном участке Ц-образного биметаллического элемента..

Проводят -испытания автоматических выключателей типа А3710 (1н=16А) на предельную коммутационную способность.

В тепловых расцепителях этих выклю.— чателей на внешней части колена би.;металлических элементов установлены медные шунты. В соответствии с техническими условиями испытания проводят при „р- -40 С. Тепловые расцепители,отключают ток короткого замыкания равный 400 1н. Произведенный после испытаний осмотр показывает, что выгораний металла в зоне колена биметаллической пластины нет, тепловые расцепители остаются годными для дальнейшей работы.

Для сравнения проведены испытания выключателей типа А3710 с 1н "= 16А, но в обычном исполнении, т.е. беэ установок предлагаемых дополнительных шунтов. Максимальный ток короткого замыкания, который отключают выключатели этой партии, составляет 56 1н. Осмотром установлено, что в большинстве выключателей биметаллические пластины тепловых расцепителей привариваются друг к другу в зоне внутренней части колена. A это значит, что на этом участке биметалл разогревается до температуры плавления металла.

Таким образом, установка шунтов на внешней части .колена V -образного

1061188

Составитель С. Гордон

Редактор Н. Киштулинец ТехредИ.Надь Корректор.Л. Патай

Я.

»»» »

Заказ 10051/54 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 биметаллического элемента позволяет по сравнению с известной конструкцией термобиметаллического элемента повысить термическую устойчивость аппарата до. 7 раз.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить надежность работы автоматических выключателей.

Термобиметаллические элементы, установленные в базовых расцепителях автоматических выключателях типов

А3770, А3710 и А3720, дают возможность ежегодно экономить по 30000 шт выключателей указанных типов.

Экономический эефект от внедре» ния изобретения составляет 7,74 млн. руб