Техника - молодёжи 1992-11, страница 65

К 3-й стр. обложки

Виктор ХАЙРЮЗОВ,

инженер-физик, г. Краснодар

ЭЛЕКТРОННЫЙ КАМИКАДЗЕ

«Где тонко, там и рвется». Речь О плавком предохранителе. Его история восходит к концу прошлого века, поскольку только в эру электрических сетей и мощных электромашин возникла необходимость их защиты от перегрузок и случайных закороток.

В «допредохранительны й период» особенно не мудрствовали: в пожаробезопасном месте машины специально устраивали «слабые места» — участки проводов с меньшим (тонким) сечением. При нагрузке выше допустимой они плавились, спасая от разрушения дорогостоящее оборудование. ■

Впервые электрический предохранитель в виде отдельной легко заменяемой детали был предложен американским предпринимателем Т.Эдисоном. Кстати, им же внедрены в практику: распределительный щиток, счетчик электроэнергии, поворотный выключатель, патрон и цоколь с винтовой нарезкой для лампочки накаливания, которые пока не претерпели существенных изменений (кроме конструкции счетчика).

Остановимся на современных новациях, посвященных предохранителю.

Наиболее широко у нас распространен предохранитель пробочного типа со сменной вставкой авторов В.Геше-лина и Л.Миновицкого (а.с. N° 75744, 1949 г., рис.1), применяемый в квартирной электропроводке. Роль вставки выполняет помещенная в керамическую трубочку калиброванная проволочка из легкоплавкого металла, припаянная к двум металлическим колпачкам, которые удерживают ее и служат для подвода тока. Саму трубочку чаще всего заполняют кварцевым песком, гасящим электрическую дугу.

Эту трубочку размещают внутри полого керамического же корпуса — «пробки». Один колпачок вставки контактирует с электродом, имеющим связь с металлическим цоколем пробки (как у лампочки), другой — с контактом в специальном патроне на распределительном щйте, куда эта пробка ввинчивается. Если ток в цепи превышает норму, тонкая проволочка нагревается и расплавляется — цепь разрывается. Устранив причину перегрузки, остается лишь заменить трубочку со вставкой.

Технологичность изготовления проволочки и привела к ее повсеместному применению. Однако скорости плавления и передвижения электронов несопоставимы—даже за столь незначительное время скачок тока может натворить много бед. Быстродействие повы

сится, если «помочь» потоку энергии зародить очаг, например, изготовить проволочку из тугоплавких меди или серебра, а зону разрушения вылудить легкоплавким оловом. Диффузия припоя создает тонкий слой сплава, имеющего, еще более низкую температуру плавления, чем остальные металлы («металлургический эффект»),—

отсюда и начнется процесс «перегорания» (А.Мелькумов, а.с. № 76524, 1949 г., рис.2). А с уменьшением разогрева повышается чувствительность вставки к импульсным перегрузкам.

Разместить легкоплавкий металл не снаружи проволочки, а внутри предложено во французской заявке № 2170240, 1973 г. (рис.3). В работе такие предохранители хороши, но изготовить их сложно.

.Обойтись без припоя и поступить вопреки известной пословице советуют Ф.Шумаков, К.Суворов, В.Бунцев, Ю.Тиганов и М.Касьянов, а именно, завязать проволочную вставку в узел (а.с. № 554570, 1977 г., рис.4) — один виток греет другой, и тепло в очаге плавления концентрируется быстрее, чем на остальной части.

Предохранитель с эффектом Пель-тье (термо-ЭДС) предлагают Г.Тур-ский, Л.Давидовский и Л.Позняк. Вставка состоит из двух разнородных проволочек — термоспая (а.с. № 222503, 1968 г., рис.5). Нагрев в нем происходит в зависимости от направления движе-' ния электронов: при заданном режиме — все в порядке, но стоит им повернуть вспять (из-за аварии источника) — цепь размыкается. Естественно, что такой предохранитель предназначен только для линии с постоянным током.

Вместо проволочки К.Аникеева АЛрудников и Р.Хмельницкий используют полоску из металлической фольги, причем очаг разрушения (плавления) следует вырезать в виде узкого перешейка. Механическая прочность не пострадает, если края широких участков скрепить изоляционными перемычками (а.с. № 527765, 1976 г., рис.6). .

Однако при коротком замыкании и высоком напряжении такие вставки работают плохо — небольшой разрыв способствует длительному горению электрической дуги. Поэтому Р.Хмель-ницкий, а также В.Савченко и Н.Невельская советуют в полоске вырезать несколько последовательных перешейков (а.с. hfe 293622, 1971 г., рис.7). Тогда одна мощная дуга разбивается на несколько слабых и короткоживуших

электроразрядов.

Использовать магнитное поле для ликвидации дуги предлагает француз Мануэль Александр (пат. в СССР № 1170979,1980 г.). Плавкая вставка размещается на ферритовом держателе, намагниченном не вдоль, а поперек, магнитное поле взаимодействует с током в дуге, и возникающая сила Ампера «сдувает» ее в сторону (рис.8).

Иначе подошли к этой проблеме

A.Давиденко, АКоган и АБардовский (а.с. № 862268, 1981 г.): п-образную плавкую вставку они разместили на твердом диэлектрике, выделяющем при нагревании большое количество газа. При токах короткого замыкания магнитное поле контура, образованного боковыми проводниками и перешейком, отклоняет и удлиняет дугу, а бурно выделяющийся газ диэлектрика выносит из зоны и гасит плазму (рис.9).

В сложных электрических устройствах, как правило, устанавливают несколько десятков предохранителей, и при каждом срабатывании найти перегоревший не так-то просто.

Облегчить поиск поможет цветовая индикация разрушения (японская акционерная заявка № 48-18752, 1973 г.). Вокруг изоляционного трубчатого корпуса с плавким предохранителем наматывают (подключенную параллельно вставке) высокоомную проволоку (например, нихром). Ее поверхность покрывают эмалью, которая при воздействии температуры соответственно меняет цвет (рис.10).

Впрочем, чтобы лучше ориентироваться в темных закоулках больших электроустановок, лучше прибегнуть не к цвету, а к свету. Так сделали А.Ва-сильцов и А.Куцев (а.с. ■ № 1612340, 1990 г.): их устройство состоит из последовательно включенных резистора и неоновой лампы тлеющего разряда, закороченных плавкой вставкой (рис.11). При ее перегорании шунтирующее действие прекращается, и вспыхивает огонек «неонки».

З.Дуфанец, А.Ручко и Ю.Тадах придумали плавкий предохранитель трехкратного действия (а.с. № 1576929, 1990 г.). В отдельных полостях корпуса размещают три вставки со своими контактными электродами (рис.12). Их подключение по мере перегорания позволяет продлить жизнь предохранителя, да и замена всегда под рукой.

Изобретение Р.Геймана, В.Лыкова и

B.Зверева позволяет автоматически восстанавливать электрическую сеть, сокращая простой линии (а.с. № 201506, 1967 г.). Внутри барабанного магазина с набором натянутых проволочных вставок находится переключатель — спиральная пружина, закрепленная на оси барабана и упирающаяся в одну из проволочек. Перегорает первая —и пружина, совмещающая «должность» электрического контакта, потеряв опору, перескакивает на следующую. Правда, когда все вставки будут разорваны, устройство придется поменять целиком (рис.13).

63