устройство токовой защиты

Формула изобретения

1. Устройство токовой защиты, содержащее корпус из диэлектрического материала с входным и выходным контактами и по крайней мере один терморезистор с положительным температурным коэффициентом, выводы которого соединены с входным и выходным контактами устройства, одна из сторон терморезистора находится в тепловом контакте с внутренней поверхностью корпуса устройства, а поверх участка внешней поверхности корпуса в области контакта с терморезистором нанесена полоска термочувствительной краски, отличающееся тем, что по крайней мере один из выводов терморезистора припаян к входному или выходному контакту устройства припоем, температура плавления которого больше опорной температуры терморезистора, но меньше температуры начала термического разрушения корпуса устройства, а между выводами терморезистора размещена пружина в сжатом состоянии из термостойкого материала, электрически изолированная по крайней мере от одного из выводов терморезистора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что температура плавления припоя больше опорной температуры терморезистора по крайней мере на 40^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике связи и предназначено для защиты узлов телефонных станций от токовых перегрузок, возникающих при попадании аварийных токов в телефонные линии по абонентским проводам, а также для защиты цепей электрических устройств от токовых перегрузок.

Известно устройство токовой защиты, содержащее корпус из диэлектрического материала с входным и выходным контактами и терморезистор (см. авторское свидетельство СССР 1721694, Н 02 Н 5/04, 1990).

Недостатками такого устройства являются недостаточная эффективность и надежность защиты электрических цепей из-за отсутствия защиты при выходе из строя терморезистора.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату является устройство токовой защиты, содержащее корпус из диэлектрического материала с входным и выходным контактами, терморезистор с положительным температурным коэффициентом, выводы которого соединены с входным и выходным контактами устройства, и термоиндикатор срабатывания устройства (см. свидетельство на полезную модель 16636, Н 02 Н 5/04, 2001).

Недостатками такого устройства также являются недостаточная эффективность и надежность защиты электрических цепей из-за отсутствия защиты при выходе из строя терморезистора с положительным температурным коэффициентом.

Заявляемое в качестве изобретения устройство токовой защиты направлено на обеспечение повышения эффективности и надежности устройства за счет введения дополнительной ступени разрыва в устройстве токовой защиты.

Решение данной задачи достигается тем, что в устройстве токовой защиты, содержащем корпус из диэлектрического материала с входным и выходным контактами и по крайней мере один терморезистор с положительным температурным коэффициентом, выводы которого соединены с входным и выходным контактами устройства, одна из сторон терморезистора находится в тепловом контакте с внутренней поверхностью корпуса устройства, а поверх участка внешней поверхности корпуса в области контакта с терморезистором нанесена полоска термочувствительной краски, по крайней мере один из выводов терморезистора припаян к входному или выходному контакту устройства припоем, температура плавления которого больше опорной температуры терморезистора, но меньше температуры начала термического разрушения корпуса устройства, а между выводами терморезистора размещена пружина в сжатом состоянии, электрически изолированная по крайней мере от одного из выводов терморезистора. При этом температура плавления припоя может быть больше опорной температуры терморезистора по крайней мере на 40^oС.

Начало области резкого увеличения сопротивления терморезистора с положительным температурным коэффициентом обозначается Т_REF - опорной температурой (см. Библиотека электронных компонентов. Выпуск 5. Термисторы фирмы SIEMENS & MATSUSHITA. М., ДОДЭКА, 1999, с. 29). Этой температуре приблизительно соответствует ферроэлектрическая точка Кюри. Для терморезистора с положительным температурным коэффициентом опорное сопротивление R_REF (электрическое сопротивление при опорной температуре Т_REF) вычисляется по формуле: R_REF = 2хR_MIN, где R_MIN - сопротивление при температуре Т_MIN, при которой сопротивление минимально, а температурный коэффициент сопротивления становится положительным.

Иногда опорную температуру называют также температурой переключения (см. Терморезисторы. www.monolit.vitebsk.by).

На чертеже представлен вариант конструктивного выполнения устройства токовой защиты (поперечный разрез).

Устройство токовой защиты содержит корпус 1 из диэлектрического материала по крайней мере с одним входным 2 и одним выходным 3 контактами и терморезистор 4 с положительным температурным коэффициентом. Одна из сторон терморезистора 4 находится в тепловом контакте с внутренней поверхностью корпуса 1 устройства. Поверх участка 5 внешней поверхности корпуса 1 в области контакта с терморезистором 4 нанесена полоска 6 термочувствительной краски. Выводы 7 и 8 терморезистора 4 соединены с входным 2 и выходным 3 контактами устройства посредством пайки припоем 9, температура плавления которого больше опорной температуры терморезистора, но меньше температуры начала термического разрушения корпуса устройства. Между выводами 7 и 8 терморезистора размещена пружина 10 в сжатом состоянии из термостойкого материала, например, плоская U - образная, электрически изолированная по крайней мере от одного из выводов терморезистора, например, изолятором 11 в виде тонкой пластинки из диэлектрического материала. Пружина 10 может быть выполнена сама из термостойкого диэлектрического материала или из термостойкого проводящего материала с покрытием из термостойкого диэлектрического материала. Входные 2 и выходные 3 контакты устройства могут быть размещены на поверхности ножевого контакта 12, выполненного из диэлектрического материала.

Устройство работает следующим образом.

Устройство токовой защиты включается в разрыв защищаемой линии. При протекании по контактам 2 и 3 электрического тока, вызванного, например, подключением к абонентской линии электросети напряжением 220 В, за счет нагрева терморезистора 4 с положительным температурным коэффициентом переходит в высокоомное состояние. Температура, выше которой происходит резкое возрастание электрического сопротивления терморезистора с положительным температурным коэффициентом, называется опорной температурой или температурой срабатывания терморезистора. При резком возрастании электрического сопротивления терморезистора ток уменьшается до безопасной величины, что исключает токовый перегрев и термическое разрушение коммутирующих элементов телефонной станции, расположенных за устройством. При нагреве терморезистора 4 за счет теплового контакта одной из его сторон с внутренней поверхностью корпуса 1 устройства защиты происходит также нагрев участка 5 корпуса 1 в области контакта. При этом нанесенная на этот участок корпуса термочувствительная краска 6 меняет цвет, что указывает на подключение электросети к защищаемому проводу абонентской линии. После устранения подключения электросети устройство токовой защиты возвращается в исходное состояние и не требует замены.

При выходе из строя терморезистора 4 с положительным температурным коэффициентом в результате его перегорания или пробоя происходит падение его сопротивления до нескольких Ом. При этом в несколько раз увеличивается выделяемая на нем мощность и происходит его разогрев до температуры значительно большей, чем температура исправного терморезистора. При таком увеличении температуры терморезистора 4 происходит также нагревание его выводов 7, 8 и слоя припоя 9. С ростом температуры происходит размягчение, плавление припоя 9. При этом усилия сжатой пружины 10 становится достаточно, чтобы оторвать по крайней мере один из выводов 7, 8 терморезистора от контактов 2,3 устройства.

Тем самым достигается размыкание электрической цепи, по которой происходит попадание аварийных токов в защищаемые линии и одновременно прекращается дальнейший рост температуры терморезистора, что могло бы привести к термическому разрушению или плавлению корпуса защитного устройства и пожару.

Таким образом, достигается повышение эффективности и надежности устройства токовой защиты за счет срабатывания дополнительной ступени разрыва в случае выхода из строя ключевого элемента устройства защиты - терморезистора с положительным температурным коэффициентом.

Экспериментальная проверка показала, что при простоте конструкции заявляемое устройство токовой защиты существенно повышает надежность электрической защиты при попадании на провода абонентских телефонных линий электрического тока напряжением 220 В и выше, обеспечивая нормальное функционирование телефонной связи.