RU235318U1 - A device for electrically connecting two or more conductors, made in a dielectric heat-sensitive housing - Google Patents
A device for electrically connecting two or more conductors, made in a dielectric heat-sensitive housing Download PDFInfo
- Publication number
- RU235318U1 RU235318U1 RU2025105202U RU2025105202U RU235318U1 RU 235318 U1 RU235318 U1 RU 235318U1 RU 2025105202 U RU2025105202 U RU 2025105202U RU 2025105202 U RU2025105202 U RU 2025105202U RU 235318 U1 RU235318 U1 RU 235318U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- conductors
- temperature
- color
- threshold temperature
- Prior art date
Links
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для своевременного выявления дефектов и предотвращения пожаров, а именно к устройствам для электрического соединения двух и более проводников, выполненное в диэлектрическом термочувствительном корпусе, по меньшей мере часть которого необратимо изменяет цвет при нагреве выше по меньшей мере одной пороговой температуры. Технический результат заключается в повышении безопасности при эксплуатации электроустановок, проводники которой соединены с помощью устройства по настоящей полезной модели за счет расположения устройства для электрического соединения (УЭС) внутри диэлектрического корпуса с термоиндикаторным покрытием. Для этого УЭС двух или более проводников включает по меньшей мере два электрически связанных приспособления для закрепления проводников, расположенных внутри диэлектрического корпуса, по меньшей мере часть которого выполнена с возможностью необратимого изменения цвета при нагреве выше пороговой температуры, выбранной из диапазона 50-150°С. 18 з.п. ф-лы, 9 ил. The utility model relates to devices for timely detection of defects and prevention of fires, namely to devices for electrical connection of two or more conductors, implemented in a dielectric heat-sensitive housing, at least part of which irreversibly changes color when heated above at least one threshold temperature. The technical result consists in increasing safety during operation of electrical installations, the conductors of which are connected using a device according to the present utility model due to the arrangement of the device for electrical connection (DEC) inside the dielectric housing with a heat-indicating coating. For this purpose, the DEC of two or more conductors includes at least two electrically connected devices for securing the conductors, located inside the dielectric housing, at least part of which is made with the possibility of irreversible color change when heated above a threshold temperature selected from the range of 50-150 °C. 18 clauses, 9 figs.
Description
Область техники, к которой относится полезная модельThe field of technology to which the utility model relates
Полезная модель относится к устройствам для своевременного выявления дефектов и предотвращения пожаров, а именно к устройствам для электрического соединения двух и более проводников, выполненное в диэлектрическом корпусе, по меньшей мере часть которого необратимо изменяет цвет при нагреве выше по меньшей мере одной пороговой температуры.The utility model relates to devices for the timely detection of defects and the prevention of fires, namely to devices for the electrical connection of two or more conductors, made in a dielectric housing, at least part of which irreversibly changes color when heated above at least one threshold temperature.
Уровень техникиState of the art
Монтаж электрических контактов токоведущих частей между собой может проводиться как неразборными методами, такими как сварка, опрессовка, пайка, так и разборными методами, которые позволяют разбирать контактное соединение и собирать его повторно. При выборе и выполнении контактных соединений необходимо пользоваться техническими требованиями и стандартами (ГОСТ 10434-82 «Соединения контактные электрические. Классификация, общие технические требования», ГОСТ Р 50571.5.52-2011, ГОСТ 22483-2012). Методы контроля и испытания контактов и контактных соединений электротехнического оборудования и электротехнических устройств также регламентируются нормативными документами, в частности ГОСТ 17441-84 «Соединения контактные электрические. Правила приемки и методы испытания».The installation of electrical contacts of current-carrying parts between themselves can be carried out both by non-separable methods, such as welding, crimping, soldering, and by separable methods, which allow the contact connection to be disassembled and reassembled. When selecting and making contact connections, it is necessary to use technical requirements and standards (GOST 10434-82 "Electrical contact connections. Classification, general technical requirements", GOST R 50571.5.52-2011, GOST 22483-2012). The methods of control and testing of contacts and contact connections of electrical equipment and electrical devices are also regulated by regulatory documents, in particular GOST 17441-84 "Electrical contact connections. Acceptance rules and testing methods".
Разборные контактные соединения обеспечиваются электрическими соединителями различных типов, таких как розетки, кабельные зажимы, клеммные колодки, соединительные шины, ответвительные сжимы и др.Detachable contact connections are provided by electrical connectors of various types, such as sockets, cable clamps, terminal blocks, connecting buses, branch clamps, etc.
Согласно ГОСТ 31195.1 «Соединительные устройства для низковольтных цепей бытового и аналогичного назначения», 2013, соединительное устройство представляет собой устройство для электрического соединения двух или нескольких проводников, содержащих один или несколько выводов, и, если необходимо, изоляцию и/или вспомогательные элементы.According to GOST 31195.1 “Connecting devices for low-voltage circuits for household and similar purposes”, 2013, a connecting device is a device for the electrical connection of two or more conductors containing one or more terminals and, if necessary, insulation and/or auxiliary elements.
Электрическое соединение двух проводников может обеспечиваться двумя способами. В первом случае происходит контактирование непосредственно соединяемых проводников, а функция устройства соединения сводится к тому, чтобы обеспечить надежный контакт (прижим) между контактируемыми поверхностями двух соединяемых проводников. Во втором случае проводники электрически связываются друг с другом через устройство электрического соединения (УЭС), которое содержит два или более приспособления для крепления проводников, электрически связанных между собой с помощью металлической токопроводящей части. Во втором типе устройства не осуществляется непосредственный контакт соединяемых проводников, а электрический ток протекает через токопроводящую основу, к которой раздельно прикрепляются соединяемые проводники.Electrical connection of two conductors can be provided in two ways. In the first case, the conductors to be connected are directly in contact, and the function of the connection device is to provide reliable contact (pressure) between the contact surfaces of the two conductors to be connected. In the second case, the conductors are electrically connected to each other through an electrical connection device (ECD), which contains two or more devices for fastening the conductors electrically connected to each other using a metal conductive part. In the second type of device, there is no direct contact between the conductors to be connected, and the electric current flows through the conductive base to which the conductors to be connected are separately attached.
Несмотря на более сложное техническое исполнение, наибольшее распространение в профессиональной энергетике получили устройства второго типа в силу ряда преимуществ:Despite the more complex technical design, the second type of devices are most widely used in professional energy due to a number of advantages:
обеспечивается существенно большая площадь контактирования;a significantly larger contact area is ensured;
контактирование каждого из проводников осуществляется с заранее подготовленной специальной контактной площадкой;contact of each of the conductors is carried out with a special contact pad prepared in advance;
обеспечивается независимый прижим каждого из проводников;independent clamping of each conductor is ensured;
такое устройство позволяет соединять проводники разной формы и сечения, выполненные из различных материалов (например, медь и алюминий).This device allows you to connect conductors of different shapes and cross-sections, made of different materials (for example, copper and aluminum).
Одним из примеров УЭС второго типа являются клеммные колодки. Основные компоненты клеммной колодки включают в себя контактные элементы (металлическая токопроводящая часть), механизм фиксации (узлы для крепления проводников), а также изолирующую часть. Контактные элементы представляют собой металлические зажимы или скобы, которые обеспечивают прижим присоединяемого проводника (провода) к токопроводящей части УЭС. Механизм фиксации обычно представлен зажимом, винтом или пружинным механизмом, обеспечивающим надежное закрепление провода на протяжении всего срока эксплуатации. Изолирующая часть может быть выполнена в виде покрытия элементов УЭС, может быть представлена в виде корпуса, основания, а также может содержать элементы для крепления УЭС, в частности, на DIN рейку. Выполнение изолирующей части в виде корпуса обеспечивает более удобную и безопасную эксплуатацию УЭС, что делает такие устройства наиболее часто используемыми для решения тех задач, где возможно размещение УЭС с корпусом.One example of the second type of UES is terminal blocks. The main components of the terminal block include contact elements (metal conductive part), a locking mechanism (nodes for fastening conductors), and an insulating part. The contact elements are metal clamps or brackets that provide pressure of the connected conductor (wire) to the conductive part of the UES. The locking mechanism is usually represented by a clamp, screw or spring mechanism that provides reliable fastening of the wire throughout the entire service life. The insulating part can be made in the form of a coating of the UES elements, can be presented in the form of a case, a base, and can also contain elements for fastening the UES, in particular, on a DIN rail. The implementation of the insulating part in the form of a case provides more convenient and safe operation of the UES, which makes such devices most often used to solve those problems where it is possible to place the UES with a case.
Из RU 180661 U1, дата публикации 20.06.2018, известна клеммная колодка, которая содержит диэлектрическое основание, выполненное из стеклонаполненного полиамида, в пазах которого жестко установлены винтовые зажимы, выполненные в виде гильз квадратного сечения с осевыми отверстиями для присоединения проводников. Прижим проводников осуществляют болтами. Винтовые зажимы разделены между собой изолирующими перемычками, высота которых, превышает высоту гильз. На изолирующих перемычках закреплена защитная планка, выполненная из изолирующего материала.From RU 180661 U1, publication date 20.06.2018, a terminal block is known that contains a dielectric base made of glass-filled polyamide, in the grooves of which screw clamps are rigidly installed, made in the form of square-section sleeves with axial holes for connecting conductors. The conductors are clamped with bolts. The screw clamps are separated from each other by insulating jumpers, the height of which exceeds the height of the sleeves. A protective strip made of insulating material is fixed on the insulating jumpers.
Существует большое количество других типов УЭС, отличающихся следующими общими признаками:There are many other types of UES, which have the following common features:
надежность контактного соединения;reliability of contact connection;
диэлектрические свойства изолирующей части (при ее наличии);dielectric properties of the insulating part (if any);
удобство монтажа в электроустановки;ease of installation in electrical installations;
негорючесть;non-flammability;
компактность;compactness;
электробезопасность персонала при проведении ремонтных и плановых работ и т.д.electrical safety of personnel during repair and scheduled work, etc.
По типу крепления проводников следует выделить винтовые зажимы, в которых провода закрепляются с помощью винта (винтовые клеммные колодки, нулевые и заземляющие шины), и пружинные зажимы (клеммы типа Wago), в которых провода фиксируются с применением пружинного механизма.According to the type of conductor fastening, it is necessary to distinguish between screw clamps, in which the wires are fastened with a screw (screw terminal blocks, neutral and grounding buses), and spring clamps (Wago type terminals), in which the wires are fixed using a spring mechanism.
По конструкции УЭС могут быть двухконтактными, то есть предназначенными для соединения двух проводов, или многоконтактными, то есть позволяющими объединять в одну электрическую цепь несколько проводов и/или устройств.By design, UES can be two-contact, that is, intended for connecting two wires, or multi-contact, that is, allowing several wires and/or devices to be combined into one electrical circuit.
Как уже говорилось выше, некоторые типы УЭС (например, клеммы типа Wago) имеют изолирующий корпус, предотвращающий контакт человека или других проводников с открытыми токоведущими частями УЭС. Наличие корпуса, закрывающего металлические части, находящиеся под напряжением, облегчают работу с такими устройствами, повышают электробезопасность их эксплуатации, позволяют проводить их обслуживание даже без отключения установки от электропитания. Однако все известные УЭС, как имеющие изолирующий корпус, так и без него, не позволяют выявлять дефекты, возникающие в контактном соединении внутри УЭС и сопровождающиеся повышением температуры. Поэтому для обеспечения безопасности эксплуатации УЭС целесообразно совмещать изолирующий корпус устройства соединения проводников с приспособлением для теплового контроля.As mentioned above, some types of UES (for example, Wago terminals) have an insulating casing that prevents contact between a person or other conductors and exposed current-carrying parts of the UES. The presence of a casing that covers the metal parts under voltage facilitates work with such devices, increases the electrical safety of their operation, and allows them to be serviced even without disconnecting the installation from the power supply. However, all known UES, both with and without an insulating casing, do not allow detecting defects that occur in the contact connection inside the UES and are accompanied by an increase in temperature. Therefore, to ensure the safety of operation of the UES, it is advisable to combine the insulating casing of the conductor connection device with a device for thermal control.
Такая задача решается использованием УЭС с диэлектрическим термоиникаторным корпусом, по меньшей мере часть которого выполнена с возможностью необратимого изменения цвета при нагреве выше пороговой температуры. Назначение диэлектрического термоиникаторного корпуса сводится не только к изоляции проводников для предотвращения поражения человека электрическим током и снижению риска возникновения короткого замыкания при соприкосновении УЭС с неизолированными токоведущими частями электроустановки, но и к ряду других вспомогательных функций, например, облегчению монтажа, закреплению УЭС, маркировке фаз и др.This problem is solved by using a UES with a dielectric thermoinicator case, at least part of which is designed with the possibility of an irreversible color change when heated above the threshold temperature. The purpose of the dielectric thermoinicator case is reduced not only to the insulation of conductors to prevent electric shock to a person and to reduce the risk of a short circuit when the UES comes into contact with non-insulated current-carrying parts of the electrical installation, but also to a number of other auxiliary functions, such as facilitating installation, securing the UES, marking phases, etc.
В то же время в уровне техники не выявлены УЭС, имеющие изолирующий корпус с функцией необратимого изменения цвета при нагреве. Возможность необратимого изменения цвета при нагреве позволяет визуально факт пожароопасного нагрева УЭС во время осмотров. Пожароопасный нагрев УЭС может быть связан с возникновением дефектов контактных соединений (например, повышение переходного контактного сопротивления), возникновением в электрической цепи сверх нормативного тока нагрузки, превышающего номинальное значение.At the same time, the state of the art does not contain UESs that have an insulating housing with the function of irreversible color change upon heating. The possibility of irreversible color change upon heating allows visually detecting the fact of fire-hazardous heating of UESs during inspections. Fire-hazardous heating of UESs may be associated with the occurrence of defects in contact connections (for example, an increase in the transition contact resistance), the occurrence of an excess load current in the electrical circuit that exceeds the nominal value.
Тепловой контроль состояния контактных соединений является важной задачей при эксплуатации электрооборудования. Своевременное выявление дефектов контактных соединений позволяет предотвращать аварийные ситуации, которые могут приводить к повреждению оборудования, возгораниям и пожарам. Избыточный нагрев электрических соединений в большинстве случаев связан с ростом переходного контактного сопротивления, который может происходить в процессе эксплуатации под влиянием различных факторов:Thermal control of the state of contact connections is an important task when operating electrical equipment. Timely detection of defects in contact connections allows preventing emergency situations that can lead to equipment damage, fires and conflagrations. Excessive heating of electrical connections in most cases is associated with an increase in transient contact resistance, which can occur during operation under the influence of various factors:
уменьшение площади контактирования проводников;reduction of the contact area of conductors;
окисление поверхностей контактов или образование на них нагара;oxidation of contact surfaces or formation of carbon deposits on them;
гальваническая несовместимость металлов соединяемых проводников;galvanic incompatibility of metals of the conductors being connected;
недостаточная сила сжатия при монтаже соединения;insufficient compression force during installation of the joint;
ослабление нажима в процессе эксплуатации;weakening of pressure during operation;
разрушение поверхности проводников из-за агрессивного воздействия химических веществ или электрохимического воздействия;destruction of the surface of conductors due to aggressive chemical or electrochemical action;
механическое воздействие с последующим разбалтыванием контактного соединения и/или частичное извлечение провода из клеммы.mechanical impact followed by loosening of the contact connection and/or partial removal of the wire from the terminal.
Использование УЭС обеспечивает удобное и надежное контактное соединение, но не позволяет полностью исключить его ухудшение в процессе эксплуатации. Для предупреждения возникновения пожаров из-за дефектов электрических соединений двух и более проводников в процессе эксплуатации целесообразно осуществлять их регулярный тепловой контроль.The use of UES provides a convenient and reliable contact connection, but does not completely eliminate its deterioration during operation. To prevent fires due to defects in electrical connections of two or more conductors during operation, it is advisable to carry out their regular thermal monitoring.
Тепловая диагностика электрических соединений может проводиться с помощью тепловизора или за счет использования термоиндикаторных устройств.Thermal diagnostics of electrical connections can be carried out using a thermal imager or by using thermal indicator devices.
Тепловизионный контроль контактных соединений УЭС, выполненных в защитном корпусе, невозможен, поскольку контактные соединения таких устройств закрыты для осмотра.Thermal imaging inspection of the contact connections of the UES, made in a protective housing, is impossible, since the contact connections of such devices are closed for inspection.
Другим методом теплового контроля контактных соединений является термоиндикаторный контроль. Метод основан на использовании необратимых термоиндикаторов, которые представляют собой лаки, краски, наклейки или устройства, фиксирующиеся на контролируемых элементах и регистрирующие факты превышения пороговой температуры посредством изменения цвета или внешнего вида.Another method of thermal control of contact connections is thermal indicator control. The method is based on the use of irreversible thermal indicators, which are varnishes, paints, stickers or devices that are fixed on the controlled elements and register the facts of exceeding the threshold temperature by changing the color or appearance.
Использование термоиндикаторных лаков или красок, с одной стороны, позволяет нанести термочувствительное покрытие на поверхность любой формы и размера, но, с другой стороны, имеет ряд недостатков, ограничивающих их применение. К таким недостаткам следует отнести:The use of heat-indicating varnishes or paints, on the one hand, allows applying a heat-sensitive coating to a surface of any shape and size, but, on the other hand, has a number of disadvantages that limit their use. These disadvantages include:
невозможность указания пороговой температуры;impossibility of specifying the threshold temperature;
стекание краски при превышении пороговой температуры;paint runs off when the threshold temperature is exceeded;
невозможность определения температуры с высокой точностью, поскольку краска наносится на поверхности неоднородным слоем;it is impossible to determine the temperature with high accuracy, since the paint is applied to the surface in an uneven layer;
низкая адгезия;low adhesion;
сложность нанесения краски на поверхности из неадгезионных материалов;difficulty in applying paint to surfaces made of non-adhesive materials;
зависимость температуры срабатывания краски от химического состава покрытия поверхности.dependence of paint response temperature on the chemical composition of the surface coating.
Из источника WO2023060325A1, 20.04.2023, известно электрическое контактное соединение с индикатором температуры, изготовленным из сплава с эффектом памяти формы. В данном решении раскрывается узел контактного соединения, в котором реализуется непосредственное контактирование соединяемых проводников друг с другом. В этом решении контакт двух проводников осуществляется с помощью болта, обеспечивающего прижим между контактирующими поверхностями, а суть изобретения составляет специальная термоиндикаторная токопроводящая смазка, обеспечивающая необходимое переходное контактное сопротивление даже при нагревании. Использование термоиндикаторной смазки из интерметаллидов снижает скорость и точность определения превышения пороговых температур ввиду того, что для изменения формы термоиндикатора при нагреве необходимо длительное воздействие температуры, превышающей пороговую. Устройство по данному изобретению относится к первому типу УЭС, описанных в начале, и не относится к изобретению по настоящей полезной модели в силу другого устройства и отсутствия изолирующего корпуса.From the source WO2023060325A1, 20.04.2023, an electrical contact connection with a temperature indicator made of an alloy with a shape memory effect is known. This solution discloses a contact connection unit in which direct contact of the conductors to be connected with each other is realized. In this solution, the contact of two conductors is carried out using a bolt providing pressure between the contacting surfaces, and the essence of the invention is a special temperature-indicating conductive grease that provides the necessary transition contact resistance even when heated. The use of a temperature-indicating grease made of intermetallic compounds reduces the speed and accuracy of determining the excess of threshold temperatures due to the fact that a long-term exposure to a temperature exceeding the threshold is necessary to change the shape of the temperature indicator when heated. The device according to this invention relates to the first type of UES described at the beginning, and does not relate to the invention according to the present utility model due to a different device and the absence of an insulating housing.
Для теплового контроля состояния контактных соединений широкое распространение получили термоиндикаторные наклейки, в которых термоплавкий состав в заводских условиях равномерно тонким слоем наносится на основу, обеспечивающую хорошую адгезию к контролируемой поверхности. Кроме того, термоиндикаторный слой дополнительно может покрываться полимерной пленкой, которая защищает его от механического или химического воздействия и не позволяет термоиндикаторному составу стечь при его расплавлении после срабатывания. Примером может служить термоиндикаторная наклейка (RU 221997, 06.07.2023), включающая клеевой слой, гибкую основу и термочувствительный материал, покрытый защитной пленкой.For thermal monitoring of the state of contact connections, thermo-indicating stickers are widely used, in which a hot-melt compound is applied uniformly in a thin layer to the base under factory conditions, ensuring good adhesion to the controlled surface. In addition, the thermo-indicating layer can be additionally covered with a polymer film, which protects it from mechanical or chemical impact and does not allow the thermo-indicating compound to flow down when it melts after operation. An example is a thermo-indicating sticker (RU 221997, 06.07.2023), including an adhesive layer, a flexible base and a heat-sensitive material covered with a protective film.
В представленном источнике используются необратимые термочувствительные материалы, которые изменяют внешний вид (цвет) после превышения заданной температуры и сохраняют его после охлаждения. Помимо необратимых материалов при изготовлении термоиндикаторов также применяют обратимые составы, изменяющие внешний вид только в нагретом состоянии и возвращающие его при охлаждении. Однако для контроля состояния контактных соединений необходимо использовать именно необратимые индикаторы, которые позволяют выявить факт достижения пороговой температуры в любой момент эксплуатации, а не только в момент осмотра. Это связано с тем, что температура контактного соединения зависит не только от наличия дефекта, но и от тока нагрузки, который изменяется во времени. Необходимость использования необратимых термоиндикаторов для диагностики электрооборудования раскрывается, в частности, в работе Львов М.Ю., Лесив А.В. Термоиндикаторный контроль контактов и контактных соединений электрооборудования и линий электропередачи. М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2023. С. 62.The presented source uses irreversible heat-sensitive materials that change their appearance (color) after exceeding a specified temperature and retain it after cooling. In addition to irreversible materials, reversible compounds that change their appearance only when heated and return to their original color when cooled are also used in the manufacture of thermal indicators. However, to monitor the condition of contact connections, it is necessary to use irreversible indicators that allow you to detect the fact of reaching the threshold temperature at any time during operation, and not just at the time of inspection. This is due to the fact that the temperature of the contact connection depends not only on the presence of a defect, but also on the load current, which changes over time. The need to use irreversible thermal indicators for diagnostics of electrical equipment is disclosed, in particular, in the work of Lvov M.Yu., Lesiv A.V. Thermal indicator control of contacts and contact connections of electrical equipment and power transmission lines. Moscow: NTF "Energoprogress", "Energetik", 2023. P. 62.
Другой важной характеристикой термоиндикаторов является количество контролируемых пороговых температур. Однотемпературные термоиндикаторы позволяют зафиксировать факт превышения одной конкретной заданной температуры. Такой температурой может быть, например, предельно допустимая температура контролируемого элемента. Такие однотемпературные термоиндикаторные наклейки позволяют своевременно проинформировать персонал о возникновении аварийной или предаварийной ситуации, но не позволяют определить степень и динамику развития дефекта во времени. Необратимые многотемпературные термоиндикаторные наклейки позволяют определить не только факт превышения заданной температуры, но и численное значение максимальной температуры поверхности, до которой нагревался контролируемый элемент в процессе эксплуатации. Это позволяет отследить динамику развития дефекта, обеспечить возможность сравнения температур нагревов идентичных деталей (узлов) оборудования, определить избыточную температуру, коэффициент дефектности и сделать более точный вывод о наличии дефекта.Another important characteristic of temperature indicators is the number of controlled threshold temperatures. Single-temperature temperature indicators allow recording the fact of exceeding one specific set temperature. Such a temperature may be, for example, the maximum permissible temperature of the controlled element. Such single-temperature temperature indicator stickers allow promptly informing personnel about the occurrence of an emergency or pre-emergency situation, but do not allow determining the degree and dynamics of defect development over time. Irreversible multi-temperature temperature indicator stickers allow determining not only the fact of exceeding the set temperature, but also the numerical value of the maximum surface temperature to which the controlled element was heated during operation. This allows tracking the dynamics of defect development, providing the ability to compare the heating temperatures of identical parts (units) of equipment, determining the excess temperature, the defect coefficient and making a more accurate conclusion about the presence of a defect.
Из уровня техники известно использование гибких наклеек с цветовыми термоиндикаторами, установленными вблизи контактов для крепления элементов электроаппаратуры в электроустановке (RU 74211, 10.01.2007). Такое решение повышает эксплуатационную надежность электроустановки за счет создания простых средств постоянного визуального контроля состояния болтовых и втычных контактных соединений элементов без снятия нагрузки. В качестве индикаторов нагрева используется комбинация реверсивных (обратимых) и нереверсивных (необратимых) цветовых термоиндикаторов. В патенте не раскрывается, на каком именно элементе электрооборудования располагают термоиндикаторную наклейку. Отметим, что закрепление коммерчески доступных термоиндикаторных наклеек на УЭС невозможно из-за малого размера и сложной формы поверхности УЭС. Отдельную сложность представляет обеспечение плотного прилегания термочувствительного элемента наклейки к поверхности УЭС, что приводит к снижению точности, скорости и достоверности термоиндикаторного контроля.The prior art discloses the use of flexible stickers with color temperature indicators installed near the contacts for fastening the elements of electrical equipment in an electrical installation (RU 74211, 10.01.2007). Such a solution increases the operational reliability of the electrical installation by creating simple means of continuous visual monitoring of the state of bolted and plug-in contact connections of the elements without removing the load. A combination of reversible and non-reversible color temperature indicators is used as heating indicators. The patent does not disclose on which particular element of the electrical equipment the temperature indicator sticker is located. It should be noted that it is impossible to attach commercially available temperature indicator stickers to the UES due to the small size and complex shape of the UES surface. A separate difficulty is ensuring a tight fit of the heat-sensitive element of the sticker to the UES surface, which leads to a decrease in the accuracy, speed and reliability of temperature indicator control.
Выпускаемые промышленностью УЭС не приспособлены к размещению термоиндикаторных наклеек, поскольку не содержат подходящего и достаточного места для монтажа наклеек. Для максимально компактной организации электрических соединений производители УЭС стремятся минимизировать их размер, не оставляя возможности установки дополнительных средств температурного контроля вблизи электрического соединения. При этом с удалением от места нагрева, то есть приспособления для закрепления проводника, температура значительно снижается ввиду рассеивания тепла. Размещение же термоиндикаторной наклейки на проводе за пределами УЭС будет направлено на контроль теплового состояния провода, а не контактного соединения.The UES manufactured by industry are not adapted to the placement of temperature indicator stickers, since they do not contain suitable and sufficient space for mounting stickers. For the most compact organization of electrical connections, UES manufacturers strive to minimize their size, leaving no possibility of installing additional temperature control devices near the electrical connection. At the same time, with distance from the heating point, i.e. the device for fixing the conductor, the temperature decreases significantly due to heat dissipation. The placement of a temperature indicator sticker on the wire outside the UES will be aimed at monitoring the thermal state of the wire, and not the contact connection.
Изолирующий корпус УЭС предназначен для повышения безопасности эксплуатации за счет предотвращения контакта человека с токоведущими частями и риска короткого замыкания при соприкосновении УЭС с неизолированными элементами электроустановки. Использование УЭС с изолирующим корпусом, позволяющим выявить пожароопасные нагревы за счет необратимой визуализации нагревов, позволяет существенно повысить безопасность эксплуатации электроустановок за счет возможности своевременного визуального выявления дефектов и их устранения.The insulating housing of the UES is designed to increase operational safety by preventing human contact with live parts and the risk of short circuit when the UES comes into contact with non-insulated elements of the electrical installation. The use of the UES with an insulating housing, which allows for the detection of fire-hazardous heating due to irreversible visualization of heating, allows for a significant increase in the operational safety of electrical installations due to the possibility of timely visual detection of defects and their elimination.
Несмотря на большой выбор УЭС, а также методов температурного контроля электрических соединений, в частности с использованием термоиндикаторов, различных как по механизму действия, так и по конструкционному исполнению, существует потребность в УЭС, обладающем возможностью необратимой регистрации факта превышения пороговой температуры для своевременного выявления дефектов контактных соединений, в котором токопроводящая часть закрыта диэлектрическим корпусом, по меньшей мере часть которого выполнена с возможностью необратимо изменять цвет при нагреве выше пороговой температуры.Despite the large selection of UES, as well as methods of temperature control of electrical connections, in particular using thermal indicators, different both in the mechanism of action and in the design, there is a need for UES, having the ability to irreversibly register the fact of exceeding the threshold temperature for the timely detection of defects in contact connections, in which the conductive part is covered by a dielectric housing, at least part of which is made with the ability to irreversibly change color when heated above the threshold temperature.
Термины, определения и сокращения, используемые при описании полезной моделиTerms, definitions and abbreviations used in the description of the utility model
Следующие термины, определения и сокращения, используемые при описании настоящей полезной модели, предназначены для лучшего и более точного понимания настоящей полезной модели, однако не ограничивают данную полезную модель указанными формулировками.The following terms, definitions and abbreviations used in the description of this utility model are intended for a better and more precise understanding of this utility model, but do not limit this utility model to the specified wording.
«Устройство электрического соединения» - это устройство для электрического соединения двух или нескольких проводников, содержащее токопроводящую часть, присоединенные к ней приспособления для закрепления двух или более проводников, например шин, проводов, кабельных наконечников и т.д. Устройство может быть частично покрыто изолирующими материалами и/или содержать вспомогательные элементы, в частности, изолирующую часть. К наиболее распространенным УЭС можно отнести, в частности, винтовые клеммные колодки и пружинные клеммные колодки. Заявленная полезная модель относится к УЭС, выполненным внутри изолирующего корпуса. То есть таким УЭС, не изолированные части которых защищены от прикосновения специальным корпусом."Electrical connection device" is a device for electrically connecting two or more conductors, containing a conductive part, devices attached to it for securing two or more conductors, such as buses, wires, cable lugs, etc. The device may be partially covered with insulating materials and/or contain auxiliary elements, in particular, an insulating part. The most common ECDs include, in particular, screw terminal blocks and spring terminal blocks. The claimed utility model relates to ECDs made inside an insulating housing. That is, such ECDs, the non-insulated parts of which are protected from contact by a special housing.
«Проводник» - это элемент кабельного изделия (токопроводящая жила), предназначенный для прохождения электрического тока (ГОСТ 15845-80 «Изделия кабельные. Термины и определения», 01.07.1981). В преимущественных вариантах осуществления полезной модели под проводником может пониматься металл, в частности провод."Conductor" is an element of a cable product (current-carrying core) intended for the passage of electric current (GOST 15845-80 "Cable products. Terms and definitions", 01.07.1981). In preferred embodiments of the utility model, a conductor may be understood as a metal, in particular a wire.
«Провод» - это кабельное изделие, содержащее одну или несколько скрученных проволок или одну или более изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься легкая неметаллическая оболочка, обмотка и (или) оплетка из волокнистых материалов или проволоки, и не предназначенное, как правило, для прокладки в земле (ГОСТ 15845-80 «Изделия кабельные. Термины и определения», 01.07.1981). Применительно к настоящей полезной модели понятие «провод» включает в себя также неизолированные металлические токоведущие проволоки (жилы), одну или несколько скрученных вместе изолированных жил, заключенных в общую оболочку (кабели)."Wire" is a cable product containing one or more twisted wires or one or more insulated cores, over which, depending on the installation and operating conditions, there may be a light non-metallic sheath, winding and (or) braiding made of fibrous materials or wire, and not intended, as a rule, for laying in the ground (GOST 15845-80 "Cable products. Terms and definitions", 01.07.1981). As applied to this utility model, the concept of "wire" also includes non-insulated metal current-carrying wires (cores), one or more insulated cores twisted together, enclosed in a common sheath (cables).
В соответствии с ГОСТ 14312-79 «Контакты электрические. Термины и определения» под «контактным соединением» или «электрическим соединением» понимается контакт электрической цепи, предназначенный только для проведения электрического тока и не предназначенный для коммутации электрической цепи при заданном действии устройства.In accordance with GOST 14312-79 "Electrical contacts. Terms and definitions", a "contact connection" or "electrical connection" is understood to mean a contact of an electrical circuit intended only for conducting electric current and not intended for switching an electrical circuit during a given operation of the device.
«Переходное сопротивление контакта (контактного соединения)» по ГОСТ 14312-79 означает электрическое сопротивление зоны контактирования, определяемое эффективной площадью контактирования и равное отношению падения напряжения на контактном переходе к току через этот переход.“Contact resistance (contact connection)” according to GOST 14312-79 means the electrical resistance of the contact zone, determined by the effective contact area and equal to the ratio of the voltage drop across the contact transition to the current through this transition.
«Приспособление (оснастка) для закрепления проводников» - устройство для присоединения (фиксации) проводников к УЭС, которое может представлять собой винтовой, пружинный или иной зажим для обеспечения разборного или неразборного контактного соединения. При помощи данного приспособления обеспечивается электрический контакт проводника с токопроводящей частью УЭС."Device (equipment) for fastening conductors" - a device for connecting (fixing) conductors to the UES, which may be a screw, spring or other clamp to ensure a detachable or non-detachable contact connection. With the help of this device, electrical contact of the conductor with the conductive part of the UES is ensured.
Под понятием «самодиагностика», в случае заявленной полезной модели, понимается способность УЭС диагностировать дефекты контактных соединений, расположенных внутри корпуса УЭС, без использования дополнительных приспособлений. В случае заявленной полезной модели по меньшей мере часть диэлектрического термоиндикаторного корпуса УЭС изменяет окраску при возникновении дефекта, связанного с превышением пороговой температуры нагрева.The term "self-diagnostics", in the case of the claimed utility model, means the ability of the UES to diagnose defects in contact connections located inside the UES housing, without using additional devices. In the case of the claimed utility model, at least part of the dielectric thermal indicator housing of the UES changes color when a defect occurs associated with exceeding the threshold heating temperature.
«Термоэлемент» включает в себя материал или изделие, выполненное с возможностью изменения внешнего вида при достижении пороговой температуры. Применительно к настоящей полезной модели под термоэлементом понимают часть корпуса, выполненную с возможностью необратимого изменения цвета при нагреве выше пороговой температуры. В состав термоэлемента может входить одно или несколько веществ, а также один или несколько различных материалов. При достижении пороговой температуры термоэлемент может изменять свой цвет или свою прозрачность. В последнем случае визуальный эффект срабатывания устройства может обуславливаться проявлением цвета подложки, расположенной под термоэлементом. Изменение цвета или прозрачности термоэлемента при достижении пороговой температуры может происходить за счет протекания химической реакции, плавления одного или нескольких веществ, иных фазовых переходов, а также более сложных процессов. Термоэлемент также может дополнительно включать в себя твердые или газообразные включения, расположенные в объеме термочувствительного компонента; опорные элементы, выполненные в материале подложки и/или защитного слоя; впитывающий материал, на который нанесен термочувствительный компонент."Thermoelement" includes a material or article made with the ability to change appearance upon reaching a threshold temperature. In the context of the present utility model, a thermoelement is understood to be a part of the housing made with the ability to irreversibly change color upon heating above the threshold temperature. The thermoelement may include one or more substances, as well as one or more different materials. Upon reaching the threshold temperature, the thermoelement may change its color or its transparency. In the latter case, the visual effect of the device's operation may be due to the manifestation of the color of the substrate located under the thermoelement. A change in the color or transparency of the thermoelement upon reaching the threshold temperature may occur due to a chemical reaction, melting of one or more substances, other phase transitions, as well as more complex processes. The thermoelement may also additionally include solid or gaseous inclusions located in the volume of the heat-sensitive component; support elements made in the material of the substrate and/or protective layer; an absorbent material onto which the heat-sensitive component is applied.
В настоящей полезной модели предпочтительным является использование термоэлемента, действие которых основано на изменении внешнего вида, в частности, на изменении прозрачности, при плавлении одного или нескольких веществ, предпочтительно распределенных в полимерном связующем. Однако полезная модель не ограничивается применением только таких компонентов, и термоэлементы могут быть выполнены с использованием другого принципа действия.In the present utility model, it is preferable to use a thermoelement whose action is based on a change in appearance, in particular, on a change in transparency, when melting one or more substances, preferably distributed in a polymer binder. However, the utility model is not limited to the use of only such components, and thermoelements can be made using a different principle of action.
«Термоиндикатор» - материал или устройство, изменяющее свой внешний вид (в частности, цвет) при нагреве выше одной или нескольких пороговых температур. В случае с заявленной полезной моделью роль термоиндикатора выполняет по меньшей мере часть диэлектрического термоиндикаторного корпуса, в частности, за счет наличия термоэлемента. Следующие термины раскрываются с использованием понятия термоиндикатор, однако, в случае с заявленной полезной моделью, роль термоиндикатора выполняет часть корпуса УЭС, содержащая термоэлемент."Thermal indicator" is a material or device that changes its appearance (in particular, color) when heated above one or more threshold temperatures. In the case of the claimed utility model, the role of the thermal indicator is performed by at least part of the dielectric thermal indicator housing, in particular, due to the presence of a thermoelement. The following terms are disclosed using the concept of thermal indicator, however, in the case of the claimed utility model, the role of the thermal indicator is performed by part of the housing of the UES containing the thermoelement.
К однотемпературным термоиндикаторам относят термоиндикаторы, имеющие один термоэлемент или несколько термоэлементов, которые срабатывают при достижении одной пороговой температуры.Single-temperature thermal indicators include thermal indicators that have one thermal element or several thermal elements that are triggered when one threshold temperature is reached.
К многотемпературым термоиндикаторам относят термоиндикаторы, имеющие несколько термоэлементов, отличающихся по температуре срабатывания (пороговой температуре).Multi-temperature thermal indicators include thermal indicators that have several thermal elements that differ in response temperature (threshold temperature).
Термин «необратимый» определяет термоиндикаторы, которые после нагревания до температуры срабатывания визуально изменяют внешний вид, в частности окраску, таким образом, что после охлаждения ниже температуры срабатывания не происходит возвращения их внешнего вида к виду, визуально неотличимому от исходного.The term "irreversible" defines thermal indicators which, after heating to the response temperature, visually change their appearance, in particular their colour, in such a way that after cooling below the response temperature their appearance does not return to a form that is visually indistinguishable from the original.
«Пороговая температура» минимальное значение температуры нагрева термоиндикатора в течение времени, необходимого для достижения равновесного (не изменяющегося во времени) состояния, при котором происходит изменение внешнего вида термоэлемента данного термоиндикатора."Threshold temperature" is the minimum value of the heating temperature of a thermal indicator during the time required to achieve an equilibrium (not changing over time) state, at which the appearance of the thermal element of a given thermal indicator changes.
Под «цветовым переходом термоэлемента» понимается изменение цвета термоиндикатора при срабатывании термоэлемента, причем при описании цветового перехода сначала указывается цвет до срабатывания, а потом после. Например, про термоэлемент, который в исходном состоянии окрашен в белый цвет (непрозрачное состояние), а после срабатывания переходит в прозрачное состояние, проявляющее цвет расположенной под ним черной основы, говорят, что его цветовой переход белый-черный. В ряде случаев либо на термоэлемент, либо на основу, расположенную под термоэлементом, могут быть нанесены надписи, обозначающие, например, численное значение пороговой температуры срабатывания термоэлемента, или сигнальные символы.The "color transition of the thermoelement" is understood to mean the change in color of the thermal indicator when the thermoelement is triggered, and when describing the color transition, the color before the triggering is first indicated, and then after. For example, about a thermoelement that is initially painted white (opaque state), and after triggering goes into a transparent state, revealing the color of the black base located underneath, it is said that its color transition is white-black. In some cases, either on the thermoelement or on the base located underneath the thermoelement, inscriptions may be applied, indicating, for example, the numerical value of the threshold temperature of the thermoelement triggering, or signal symbols.
Изменение внешнего вида термоиндикатора или термоэлемента, произошедшее исключительно вследствие нагрева до любого из возможных пороговых значений температуры, называют «срабатыванием». В контексте описания настоящей полезной модели, срабатывание термоиндикатора, предпочтительно, связано с увеличением прозрачности, достигаемой за счет расплавления вещества или группы веществ, входящих в состав термоэлемента.A change in the appearance of a temperature indicator or thermoelement that occurs solely as a result of heating to any of the possible threshold temperature values is called "operation". In the context of the description of this utility model, the operation of a temperature indicator is preferably associated with an increase in transparency achieved by melting a substance or group of substances that are part of the thermoelement.
Изменение внешнего вида термоиндикатора, в частности, окраски и/или прозрачности термоэлемента, произошедшее вследствие внешнего воздействия, отличного от нагрева термоиндикатора выше соответствующих пороговых значений температуры, называют «ложным срабатыванием термоиндикатора».A change in the appearance of a temperature indicator, in particular the colour and/or transparency of the thermoelement, which occurs as a result of an external influence other than heating the temperature indicator above the corresponding threshold temperature values, is called a “false triggering of the temperature indicator”.
«Время срабатывания» или «скорость срабатывания» - максимальное время, требующееся на цветовой переход термоиндикатора (диэлектрического термоиндикаторного корпуса) из исходного в сработавшее состояние после нагрева до верхнего значения температуры срабатывания с учетом заданной точности регистрации превышения пороговой температуры. Применительно к настоящей полезной модели, скорость срабатывания диэлектрического термоиндикаторного корпуса составляет не более 5 секунд, преимущественно не более 2 секунд."Response time" or "response speed" - the maximum time required for the color transition of the temperature indicator (dielectric temperature indicator housing) from the initial to the triggered state after heating to the upper response temperature value, taking into account the specified accuracy of recording the excess of the threshold temperature. As applied to this utility model, the response speed of the dielectric temperature indicator housing is no more than 5 seconds, preferably no more than 2 seconds.
Применительно к настоящей полезной модели используется следующая методика определения времени срабатывания.In relation to this utility model, the following method for determining the response time is used.
Изделие предварительно кондиционируют в термостате при температуре, на 5°С ниже температуры срабатывания и быстро переносят в резервуар с инертной жидкой средой (например, керосин), предварительно прогретой до верхнего значения температуры срабатывания изделия. Определяют время, за которое произойдет полный цветовой переход термочувствительной части корпуса. Если изделие содержит несколько термочувствительных элементов, то испытание проводят отдельно для каждой температуры.The product is pre-conditioned in a thermostat at a temperature 5°C below the response temperature and quickly transferred to a tank with an inert liquid medium (e.g. kerosene) pre-heated to the upper value of the product response temperature. The time during which the complete color transition of the heat-sensitive part of the housing occurs is determined. If the product contains several heat-sensitive elements, the test is carried out separately for each temperature.
Под термином «точность регистрации превышения пороговой температуры» понимают границы интервала значений температуры, отвечающие следующим условиям (1) - (3):The term “accuracy of recording the excess of the threshold temperature” refers to the boundaries of the range of temperature values that meet the following conditions (1) - (3):
(1) до достижения пороговой температуры за вычетом значения заданной точности диэлектрический термоиндикаторный корпус не изменяет свой внешний вид (в частности, термочувствительный компонент остается непрозрачным для, по меньшей мере, части видимого света);(1) until the threshold temperature is reached minus the specified accuracy value, the dielectric temperature indicator body does not change its appearance (in particular, the temperature-sensitive component remains opaque to at least part of the visible light);
(2) при превышении пороговой температуры с учетом заданной точности, диэлектрический термоиндикаторным корпус срабатывает, в частности, с увеличением прозрачности, достигаемой за счет расплавления одного вещества или группы веществ, входящих в состав термочувствительного компонента, и приобретает внешний вид, отличный от исходного;(2) when the threshold temperature is exceeded, taking into account the specified accuracy, the dielectric temperature indicator body is triggered, in particular, with an increase in transparency, achieved by melting one substance or a group of substances included in the composition of the temperature-sensitive component, and acquires an appearance different from the original;
(3) в случае использования термочувствительного компонента, в котором изменение внешнего вида при достижении пороговой температуры связано с увеличением прозрачности, достигаемой за счет расплавления одного вещества или группы веществ, входящих в его состав, точное значение температуры фазового перехода плавления вещества находится внутри заданного диапазона и дополнительно не устанавливается.(3) in the case of using a heat-sensitive component in which the change in appearance upon reaching a threshold temperature is associated with an increase in transparency achieved by melting one substance or a group of substances included in its composition, the exact value of the phase transition temperature of the melting of the substance is within a specified range and is not further established.
Точность регистрации превышения пороговой температуры, определяемой настоящей полезной моделью, предпочтительно, составляет не более 5°С, наиболее предпочтительно не более 2°С.The accuracy of recording the excess of the threshold temperature determined by this utility model is preferably no more than 5°C, most preferably no more than 2°C.
Термин «газонаполненный термоплавкий материал (ГТПМ)» определяет термочувствительный компонент диэлектрического корпуса, включающий твердую фазу или фазы, а также газовую фазу, находящуюся в полостях твердой фазы. Как минимум одна из твердых фаз ГТПМ, называемая «термоплавкой фазой», выполнена с возможностью расплавления при нагревании до пороговой температуры. Преимущественно газовая фаза распределена равномерно внутри всего ГТПМ, причем большинство пор сообщаются между собой, обеспечивая возможность беспрепятственного распределения и выхода из них газа при нагревании материала и/или его плавлении. Давление газа внутри пор может быть меньше атмосферного давления, равно атмосферному давлению или быть больше атмосферного давления.The term "gas-filled hot-melt material (GFTM)" defines a heat-sensitive component of a dielectric housing that includes a solid phase or phases, as well as a gas phase located in cavities of the solid phase. At least one of the solid phases of the GFTM, called the "hot-melt phase", is designed to melt when heated to a threshold temperature. The gas phase is predominantly distributed uniformly throughout the GFTM, with most of the pores communicating with each other, providing the ability to freely distribute and exit the gas when the material is heated and/or melted. The gas pressure inside the pores may be less than atmospheric pressure, equal to atmospheric pressure, or greater than atmospheric pressure.
В состав ГТПМ в виде твердой фазы могут дополнительно входить частицы твердого вещества с температурой плавления выше пороговой, прочность которых преимущественно превышает прочность термоплавкой фазы; полимеры, полностью или частично покрывающие термоплавкую фазу; а также иные включения. Такие вещества или включения применяют для повышения механической прочности ГТПМ.The composition of the thermal-melting composite material in the form of a solid phase may additionally include particles of a solid substance with a melting point above the threshold, the strength of which predominantly exceeds the strength of the thermal-melting phase; polymers that completely or partially cover the thermal-melting phase; as well as other inclusions. Such substances or inclusions are used to increase the mechanical strength of the thermal-melting composite material.
Термоплавкая фаза содержит «действующее (основное) вещество ГТПМ» - это вещество, в частности - органическое вещество, определяющее температуру плавления ГТПМ (пороговую температуру срабатывания термоиндикатора). Массовое содержание основного вещества в структуре ГТПМ преимущественно превышает содержание других компонентов ГТПМ. Термин также относится к смеси таких веществ.The hot-melt phase contains the "active (main) substance of the thermal melting point" - this is a substance, in particular an organic substance, that determines the melting point of the thermal melting point (the threshold temperature of the thermal indicator). The mass content of the main substance in the structure of the thermal melting point predominantly exceeds the content of other components of the thermal melting point. The term also refers to a mixture of such substances.
Термин «органические вещества» ограничивает класс химических веществ, в состав которых входят атомы углерода, связанные с атомами других химических элементов, за исключением карбидов металлов, карбонатов металлов и аммония и оксидов углерода.The term "organic substances" restricts the class of chemical substances that contain carbon atoms bonded to atoms of other chemical elements, excluding metal carbides, metal and ammonium carbonates, and carbon oxides.
Термин «газовая фаза» по умолчанию относится к порам, заполненным газом и находящимся внутри ГТПМ. Газовая фаза может представлять собой воздух, азот, инертные газы или другие вещества, находящиеся в агрегатном состоянии «газ» в условиях эксплуатации УЭС.The term "gas phase" by default refers to the pores filled with gas and located inside the gas-filled gas-filled medium. The gas phase may be air, nitrogen, inert gases or other substances that are in the aggregate state of "gas" under the operating conditions of the UES.
Под термином «доля газовой фазы в ГТПМ» понимают отношение объема пор внутри ГТПМ к общему объему ГТПМ, или отношение площади участков, заполненных газом, к общей площади участка ГТПМ в одном из срезов. Применительно к настоящей полезной модели, доля газовой фазы может быть определена одним из названных ниже способов.The term "share of gas phase in the gas-phase flow module" means the ratio of the volume of pores inside the gas-phase flow module to the total volume of the gas-phase flow module, or the ratio of the area of sections filled with gas to the total area of the gas-phase flow module section in one of the sections. As applied to the present utility model, the share of gas phase can be determined by one of the methods listed below.
Первый способ включает сканирующую электронную микроскопию поверхности среза ГТПМ с применением программного обеспечения, позволяющего вычислять общую площадь внешней поверхности твердых частиц образца и их агломератов в срезе. Вычисляют площадь участков, заполненных газом, путем вычитания общей площади поверхности твердых частиц и их агломератов из площади анализируемого участка. Для определения доли газовой фазы делят полученное значение площади участков, заполненных газом, на площадь анализируемого участка. Измерения проводят на 5-7 участках ГТПМ и вычисляют среднее значение.The first method involves scanning electron microscopy of the surface of the GTPM section using software that allows calculating the total area of the external surface of solid particles of the sample and their agglomerates in the section. The area of sections filled with gas is calculated by subtracting the total surface area of solid particles and their agglomerates from the area of the analyzed section. To determine the proportion of the gas phase, the obtained value of the area of sections filled with gas is divided by the area of the analyzed section. Measurements are carried out on 5-7 sections of the GTPM and the average value is calculated.
Второй способ основан на применении метода рентгеновской микротомографии. Пробоподготовку проводят аналогичным первому способу образом. Участок ГТПМ известного объема анализируют с помощью лабораторного цифрового рентгеновского томографа с программным обеспечением, позволяющим вычислять процентное содержание газа в заданном объеме образца. Проводят измерения 5-7 участков материала, получая среднее значение доли газовой фазы, выраженное в процентах.The second method is based on the application of the X-ray microtomography method. Sample preparation is carried out in a manner similar to the first method. A section of the gas-phase microtomography sample of known volume is analyzed using a laboratory digital X-ray tomograph with software that allows calculating the percentage of gas in a given volume of the sample. Measurements are taken of 5-7 sections of the material, obtaining the average value of the proportion of the gas phase, expressed as a percentage.
Любой из способов определения доли газовой фазы можно применять к готовым изделиям, содержащим ГТПМ, таким как УЭС. При пробоподготовке допускается вырезать однородный участок диэлектрического термоиндикаторного корпуса и снимают с него защитный слой так, чтобы обеспечить сохранность ГТПМ.Any of the methods for determining the gas phase fraction can be applied to finished products containing the GTPSM, such as UES. During sample preparation, it is permissible to cut out a uniform section of the dielectric temperature indicator case and remove the protective layer from it so as to ensure the safety of the GTPSM.
В контексте описания ГТПМ под «фазой» следует понимать гомогенную часть ГТПМ, отделенную от остальных частей видимой поверхностью раздела, на которой скачком меняются какие-либо характеристики фазы, например плотность, состав, оптические свойства. При этом совокупность отдельных гомогенных частей системы, обладающих одинаковыми свойствами, считается одной фазой.In the context of the description of the GTPM, the term "phase" should be understood as a homogeneous part of the GTPM, separated from the other parts by a visible interface, on which some characteristics of the phase, such as density, composition, optical properties, change abruptly. In this case, the set of individual homogeneous parts of the system, possessing identical properties, is considered a single phase.
В состав ГТПМ могут дополнительно входить частицы твердого вещества с температурой плавления выше пороговой, прочность которых преимущественно превышает прочность термоплавкой фазы, а также иные включения.The composition of the thermal melting material may additionally include particles of a solid substance with a melting point above the threshold, the strength of which predominantly exceeds the strength of the thermal melting phase, as well as other inclusions.
Термин «структура ГТПМ» определяет пространственное взаиморасположение твердых частиц и пор, заполненных газовой фазой, в образце ГТПМ. Структура ГТПМ определяет его физические, оптические и механические свойства. При достижении пороговой температуры происходит расплавление как минимум одной из твердых фаз ГТПМ. В процессе расплавления изменяется структура ГТПМ, то есть пространственное взаиморасположение частиц и/или объемов отдельных фаз материала, их размер и форма. Разрушение структуры может включать следующие стадии: оплавление поверхности частиц ГТПМ, их уплотнение, уменьшение размера пор внутри ГТПМ и площади поверхности раздела фаз «газ-твердое», сплавление частиц вплоть до полного их слияния и образования монолитного слоя (плава) или единой фазы. Процесс разрушения структуры ГТПМ сопровождается необратимым уменьшением объемной доли газовой фазы внутри ГТПМ. Доля газовой фазы в материале, получившемся после срабатывания термочувствительного компонента, меньше, чем в исходном состоянии ГТПМ.The term "structure of the gas-phase-filled HTPM" defines the spatial arrangement of solid particles and pores filled with a gas phase in a HTPM sample. The structure of the HTPM defines its physical, optical and mechanical properties. When the threshold temperature is reached, at least one of the solid phases of the HTPM melts. During the melting process, the structure of the HTPM changes, i.e. the spatial arrangement of particles and/or volumes of individual phases of the material, their size and shape. The destruction of the structure may include the following stages: melting of the surface of the HTPM particles, their compaction, reduction of the pore size inside the HTPM and the surface area of the "gas-solid" phase interface, fusion of particles up to their complete fusion and formation of a monolithic layer (melt) or a single phase. The process of destruction of the HTPM structure is accompanied by an irreversible decrease in the volume fraction of the gas phase inside the HTPM. The fraction of the gas phase in the material obtained after the operation of the heat-sensitive component is less than in the initial state of the HTPM.
Под «связующим», при описании термочувствительного компонента, в частности, с ГТПМ, понимают материал или вещество, предпочтительно, высокомолекулярное органическое соединение, которое обеспечивает возможность фиксации твердых частиц друг относительно друга. Связующее твердой термоплавкой фазы, в частности, повышает прочность термочувствительного компонента и снижает его истираемость, а также может обеспечивать фиксацию термоплавкой фазы к диэлектрической основе.By "binder", when describing a heat-sensitive component, in particular with a HTPM, is meant a material or substance, preferably a high-molecular organic compound, which provides the ability to fix solid particles relative to each other. A binder of a solid hot-melt phase, in particular, increases the strength of the heat-sensitive component and reduces its abrasion, and can also provide fixation of the hot-melt phase to the dielectric base.
Под «герметичным защитным слоем» понимают защитный слой непроницаемый при атмосферном давлении и в отсутствии механического воздействия для воздуха и для воды, выполненный без зазоров и отверстий, и плотно соединенный с основой свариванием или склеиванием таким образом, что место соединения также является непроницаемым для воздуха и воды при атмосферном давлении и в отсутствии механического воздействия.By "hermetic protective layer" is meant a protective layer that is impermeable to air and water at atmospheric pressure and in the absence of mechanical impact, made without gaps or holes, and tightly connected to the base by welding or gluing in such a way that the joint is also impermeable to air and water at atmospheric pressure and in the absence of mechanical impact.
Термин «впитывающий материал» относится к материалу, способному принимать и удерживать любым способом расплавленный термочувствительный плавкий компонент, например, расплав действующего вещества или термоплавкой фазы. Удерживание может происходить за счет смачивания, адсорбции, абсорбции, проникновения расплава в поры или иные внутренние полости впитывающего материала. Частным случаем впитывающего материала является «сорбирующий материал». В качестве впитывающего материала в рамках настоящей полезной модели можно применять «пористый материал», который представляет собой твердый материал, содержащий в своем объеме свободное пространство в виде полостей, каналов или пор и характеризующийся развитой поверхностью. Основными параметрами пористых материалов являются пористость, размер пор, распределение пор по размерам и удельная поверхность. Применительно к заявленной полезной модели предпочтительно использование диэлектрических «микропористых материалов», содержащих поры диаметром менее 2 мкм.The term "absorbent material" refers to a material capable of accepting and retaining in any way a molten heat-sensitive fusible component, such as a melt of an active substance or a heat-melting phase. Retention may occur due to wetting, adsorption, absorption, penetration of the melt into pores or other internal cavities of the absorbent material. A special case of an absorbent material is a "sorbent material". As an absorbent material within the framework of the present utility model, it is possible to use a "porous material", which is a solid material containing in its volume free space in the form of cavities, channels or pores and characterized by a developed surface. The main parameters of porous materials are porosity, pore size, pore size distribution and specific surface. With regard to the claimed utility model, it is preferable to use dielectric "microporous materials" containing pores with a diameter of less than 2 μm.
Термин «сорбция» следует понимать в наиболее обобщенном смысле как поглощение твердым телом различных веществ. Поглощаемое вещество называют «сорбатом», поглощающее твердое тело или жидкость - «сорбентом». В рамках настоящей полезной модели, сорбатом является расплав термочувствительного компонента, т.е. жидкость, а сорбентом различные твердые впитывающие материалы.The term "sorption" should be understood in the most general sense as the absorption of various substances by a solid body. The substance being absorbed is called a "sorbate", the absorbing solid or liquid is called a "sorbent". Within the framework of this utility model, the sorbate is a melt of a heat-sensitive component, i.e. a liquid, and the sorbent is various solid absorbent materials.
Предпочтительна «абсорбция» как частный случай сорбции, в результате которой происходит поглощение сорбата всем объемом сорбента с увеличением массы сорбента при незначительном увеличении его объема и изменениях его физических, особенно прочностных, характеристик.“Absorption” is preferable as a special case of sorption, as a result of which the sorbate is absorbed by the entire volume of the sorbent with an increase in the mass of the sorbent with an insignificant increase in its volume and changes in its physical, especially strength, characteristics.
Термин «опорный элемент» или «элемент опоры (ОЭ)» определяет произвольный элемент, расположенный в области термочувствительного компонента, который имеет температуру плавления больше, чем температура срабатывания данного термочувствительного компонента, и который может принимать на себя большую часть механического напряжения, воздействующего на термочувствительный компонент в поперечном направлении, предотвращая тем самым существенное разрушение структуры термочувствительного компонента.The term "support element" or "support element (SE)" defines an arbitrary element located in the region of a temperature-sensitive component that has a melting point greater than the response temperature of the given temperature-sensitive component and that can take on a large part of the mechanical stress acting on the temperature-sensitive component in the transverse direction, thereby preventing significant destruction of the structure of the temperature-sensitive component.
Термин «дефект» указывает на несоответствие объекта контроля требованиям, установленным документацией, хотя бы по одному показателю.The term “defect” indicates the non-compliance of the control object with the requirements established by the documentation, at least for one indicator.
«Коэффициент дефектности» является отношением измеренного превышения температуры контактного соединения к превышению температуры, измеренному на целом участке шины или провода, отстоящем от контактного соединения на расстоянии не менее 1 м."Defectivity factor" is the ratio of the measured temperature rise of the contact joint to the temperature rise measured on the entire section of the busbar or wire, located at a distance of at least 1 m from the contact joint.
«Избыточная температура» является превышением измеренной температуры объекта контроля над температурой аналогичных узлов других фаз, находящихся в одинаковых условиях."Excess temperature" is the excess of the measured temperature of the control object over the temperature of similar units of other phases located in the same conditions.
Термин «пожароопасный нагрев» указывает на нагрев элемента электроустановки до температуры, при которой возникает опасность возгорания одного или более материалов, из которых элемент изготовлен.The term "fire-hazardous heating" refers to the heating of an element of an electrical installation to a temperature at which there is a risk of ignition of one or more materials from which the element is made.
Термин «гибкий» относится к материалам, обладающим способностью изменять свою форму под внешним воздействием таким образом, что после возвращения в изначальную форму их функциональные свойства остаются прежними.The term "flexible" refers to materials that have the ability to change their shape under external influence in such a way that after returning to their original shape, their functional properties remain the same.
Термин «эластичность» относится к способности материала или изделия при изгибе вокруг цилиндрической поверхности повторять ее форму без потери функциональных свойств.The term "elasticity" refers to the ability of a material or product, when bent around a cylindrical surface, to repeat its shape without losing its functional properties.
Термин «диэлектрический» означает свойство материала выдерживать приложенное к нему электрическое напряжение, при этом минимальная напряженность электрического поля, при которой наступает пробой диэлектрического материала, должна превышать электрическую прочность воздуха.The term “dielectric” means the property of a material to withstand an electrical voltage applied to it, while the minimum electric field strength at which breakdown of the dielectric material occurs must exceed the electrical strength of air.
Сущность полезной моделиThe essence of the utility model
Задачей полезной модели является создание устройства электрического соединения проводников, выполненного в диэлектрическом термоиндикаторном корпусе, позволяющим визуально зарегистрировать факт нагрева устройства выше пороговой температуры и предупредить о возникновении дефекта, развитие которого может привести к возгоранию и пожару.The objective of the utility model is to create a device for electrically connecting conductors, made in a dielectric temperature indicator housing, allowing visual registration of the fact of heating of the device above the threshold temperature and warning about the occurrence of a defect, the development of which can lead to combustion and fire.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении безопасности при эксплуатации электроустановок, проводники которой соединены с помощью устройства по настоящей полезной модели, за счет расположения УЭС внутри диэлектрического корпуса с термоиндикаторным покрытием.The technical result of the claimed utility model consists in increasing safety during the operation of electrical installations, the conductors of which are connected using a device according to the present utility model, due to the location of the UES inside a dielectric housing with a thermal indicator coating.
Технический результат достигается за счет устройства для электрического соединения (УЭС) двух или более проводников, включающего по меньшей мере два электрически связанных приспособления для закрепления проводников, расположенных внутри диэлектрического корпуса, по меньшей мере часть которого выполнена с возможностью изменения цвета при нагреве выше пороговой температуры, выбранной из диапазона 50-150°С.The technical result is achieved by means of a device for electrical connection (DEC) of two or more conductors, including at least two electrically connected devices for securing conductors located inside a dielectric housing, at least part of which is designed with the possibility of changing color when heated above a threshold temperature selected from the range of 50-150°C.
Сами по себе УЭС двух и более проводников повсеместно применяются при организации контактных соединений. Они зарекомендовали себя как надежные и функциональные средства организации проводящих элементов в электроустановках, щитах, распаечных коробках и т.д.The UES of two or more conductors are widely used in the organization of contact connections. They have proven themselves as reliable and functional means of organizing conductive elements in electrical installations, panels, junction boxes, etc.
Заявленная полезная модель относится к определенному типу УЭС, в которой проводники соединяются через токопроводящую часть, при этом каждый проводник связан с токопроводящей частью отдельно, а непосредственный контакт между соединяемыми проводниками отсутствует. Иными словами в УЭС по настоящей полезной модели первый соединяемый проводник контактирует с токопроводящей частью устройства с помощью первого приспособления для закрепления проводников. И отдельно, с помощью второго приспособления для закрепления проводников, осуществляется контакт второго соединяемого проводника с той же токопроводящей частью. Таким образом, в заявленном устройстве электрический ток между соединяемыми проводниками протекает через токопроводящую часть.The claimed utility model relates to a certain type of UES, in which the conductors are connected through a conductive part, wherein each conductor is connected to the conductive part separately, and there is no direct contact between the conductors being connected. In other words, in the UES according to the present utility model, the first conductor being connected contacts the conductive part of the device using the first device for securing the conductors. And separately, using the second device for securing the conductors, the second conductor being connected contacts the same conductive part. Thus, in the claimed device, the electric current between the conductors being connected flows through the conductive part.
Наличие диэлектрического корпуса обеспечивает повышение безопасности при эксплуатации электрооборудования, за счет снижения риска поражения персонала электрическим током при прикосновении к УЭС, а также возникновения короткого замыкания при контакте УЭС с неизолированными частями электроустановки. Кроме того, диэлектрический корпус позволяет осуществлять монтажные или ремонтные работы без снятия напряжения с электроустановки.The presence of a dielectric housing ensures increased safety during operation of electrical equipment by reducing the risk of electric shock to personnel when touching the UES, as well as the occurrence of a short circuit when the UES comes into contact with non-insulated parts of the electrical installation. In addition, the dielectric housing allows for installation or repair work to be carried out without removing voltage from the electrical installation.
Использование диэлектрического корпуса, по меньшей мере часть которого выполнена с возможностью необратимого изменения цвета при нагреве выше пороговой температуры (функция необратимого термоиндикатора), позволяет зафиксировать факт превышения пороговой температуры. Это обеспечивает самодиагностику УЭС, а именно позволяет визуально выявлять факт наличие дефекта контактного соединения или превышения номинального тока нагрузки.The use of a dielectric housing, at least part of which is designed with the possibility of an irreversible change in color when heated above the threshold temperature (the function of an irreversible thermal indicator), allows recording the fact of exceeding the threshold temperature. This ensures self-diagnosis of the UES, namely, allows visually detecting the fact of a defect in the contact connection or exceeding the rated load current.
О важности температурного контроля в области контактных соединений для повышения безопасности эксплуатации электрооборудования уже говорилось в разделе «Уровень техники», где также освещались существующие методы решения поставленной задачи, в том числе с использованием термоиндикаторов. Своевременное выявление дефектов контактных соединений позволяет предотвращать аварийные ситуации, которые могут приводить к повреждению оборудования, возгораниям и пожарам.The importance of temperature control in the area of contact connections to improve the safety of electrical equipment operation has already been discussed in the section "State of the art", where existing methods for solving the problem were also covered, including the use of temperature indicators. Timely detection of defects in contact connections allows preventing emergency situations that can lead to equipment damage, fires and conflagrations.
Тем самым все признаки заявленной полезной модели направлены на повышение безопасности при эксплуатации электрооборудования.Thus, all the features of the declared utility model are aimed at increasing safety during operation of electrical equipment.
В настоящем устройстве в заводских условиях в процессе его изготовления на корпус размещаются термочувствительные компоненты. Элементы УЭС изготавливаются с учетом необходимости эффективного размещения как самого диэлектрического корпуса, так и его термочувствительных компонентов, для обеспечения заявленной точности регистрации нагрева и заметности срабатывания, при осуществлении визуального теплового контроля. Таким образом, в электрическую сеть сразу устанавливается УЭС, который содержит диэлектрический корпус, выполненный с возможностью осуществления визуального теплового контроля.In this device, heat-sensitive components are placed on the housing in factory conditions during its manufacturing process. The UES elements are manufactured taking into account the need for effective placement of both the dielectric housing itself and its heat-sensitive components, to ensure the declared accuracy of heating registration and the visibility of the response, when implementing visual thermal control. Thus, the UES is immediately installed in the electrical network, which contains a dielectric housing made with the possibility of implementing visual thermal control.
Стоит отметить, что установка дополнительных термоиндикаторных устройств на УЭС в большинстве случаев невозможно, в силу отсутствия необходимого для их размещения места. При нанесении термочувствительной краски ее слой будет неровным, а сама краска может вступать во взаимодействие с контактирующей поверхностью, стекать при срабатывании и снижать безопасность эксплуатации УЭС. Установка дополнительных термоиндикаторных наклеек, сопряжена с механическим воздействием на электрическое соединение и его разбалтыванием. Перечисленные факторы снижают безопасность эксплуатации электрооборудования, качество электрического соединения проводников и качество термоиндикаторного контроля.It is worth noting that the installation of additional temperature-indicating devices on the UES is impossible in most cases due to the lack of space required for their placement. When applying heat-sensitive paint, its layer will be uneven, and the paint itself can interact with the contacting surface, flow down when triggered and reduce the safety of the UES operation. The installation of additional temperature-indicating stickers is associated with mechanical impact on the electrical connection and its loosening. The listed factors reduce the safety of the operation of electrical equipment, the quality of the electrical connection of conductors and the quality of temperature-indicating control.
Пороговые температуры диэлектрического термоиндикаторного корпуса выбираются из диапазона от 50 до 150°С, что обусловлено предельно допустимыми значениями температур нагрева, установленными в нормативной документации по эксплуатации электроустановок. Значение 50°С минимальная температура нагрева контактных соединений при термоиндикаторном контроле, свидетельствующая о начале развития дефекта. 150°С - наибольшее значение пожароопасной температуры нагрева контактных соединений, покрытых серебром, никелем или другими металлами.The threshold temperatures of the dielectric thermo-indicating body are selected from the range from 50 to 150°C, which is due to the maximum permissible values of heating temperatures established in the regulatory documentation for the operation of electrical installations. The value of 50°C is the minimum heating temperature of contact connections during thermo-indicating control, indicating the onset of defect development. 150°C is the highest value of the fire-hazardous heating temperature of contact connections coated with silver, nickel or other metals.
Таким образом, вся совокупность признаков, характеризующих устройство электрического соединения двух или более проводников с диэлектрическим термоиндикаторным корпусом, обеспечивает решение поставленной задачи и достижение указанного технического результата.Thus, the entire set of features characterizing the device of electrical connection of two or more conductors with a dielectric thermal indicator housing ensures the solution of the set task and the achievement of the specified technical result.
В предпочтительных вариантах осуществления полезной модели минимальное расстояние от диэлектрического термоиндикаторного корпуса до приспособления для закрепления проводников, составляет не более 3 мм. Это связано с тем, что воздух, находящийся между приспособлениями для закрепления проводников и корпусом, обладает низкой теплопроводностью. Для своевременной и надежной регистрации превышения пороговых температур в УЭС, особенно при возникновении кратковременных нагревов токопроводящих частей, вызванных пиковыми (аварийными) нагрузками, или, например, токами короткого замыкания, необходимо прогреть воздушное пространство между корпусом и нагревающейся токопроводящей частью, а также сам корпус и его термочувствительные участки. Поэтому создание воздушной прослойки большой толщины (более 3 мм) приведет к тепловым потерям, вследствие которых тепловой контроль будет не точным.In preferred embodiments of the utility model, the minimum distance from the dielectric temperature-indicating housing to the device for fixing the conductors is no more than 3 mm. This is due to the fact that the air located between the devices for fixing the conductors and the housing has low thermal conductivity. For timely and reliable registration of exceeding the threshold temperatures in the UES, especially in the event of short-term heating of the conductive parts caused by peak (emergency) loads, or, for example, short-circuit currents, it is necessary to warm up the air space between the housing and the heating conductive part, as well as the housing itself and its heat-sensitive areas. Therefore, the creation of an air gap of great thickness (more than 3 mm) will lead to heat losses, due to which the thermal control will not be accurate.
При возникновении дефекта контактного соединения, тепло выделяется в месте контактирования проводника с УЭС, с последующей передачей тепла на токопроводящую часть, а по мере удаления от места нагрева тепло быстро рассеивается. При этом, точность регистрации перегревов, в соответствии с действующими нормативными документами, не должна превышать 10°С. Расстояние, на котором происходит уменьшение температуры устройства на 10°С, можно грубо оценить, исходя из закона теплопроводности Фурье и закона Ньютона-Рихмана.When a contact connection defect occurs, heat is released at the point of contact of the conductor with the UES, with subsequent heat transfer to the conductive part, and as it moves away from the heating point, the heat quickly dissipates. At the same time, the accuracy of overheating registration, in accordance with current regulatory documents, should not exceed 10°C. The distance at which the device temperature decreases by 10°C can be roughly estimated based on the Fourier law of thermal conductivity and the Newton-Richman law.
В соответствии с законом теплопроводности Фурье отводимый поток тепла через единичную площадь в единицу времени будет пропорционален коэффициенту теплопроводности материала и градиенту температур:According to Fourier's law of thermal conductivity, the heat flux removed through a unit area per unit time will be proportional to the thermal conductivity coefficient of the material and the temperature gradient:
где X - удельный коэффициент теплопроводности, а ΔT - изменение температуры на длине Δl.where X is the specific thermal conductivity coefficient, and ΔT is the change in temperature over a length Δl.
Будем считать, что этот же поток тепла рассеивается в окружающую среду в соответствие с законом Ньютона-Рихмана прямо пропорционально разнице между температурой материала устройства и температурой окружающего воздуха:Let us assume that this same heat flow is dissipated into the environment in accordance with the Newton-Richmann law in direct proportion to the difference between the temperature of the device material and the temperature of the surrounding air:
где α - коэффициент теплоотдачи между устройством и окружающей средой (воздухом), Т - температура устройства, Токр - температура окружающей среды.where α is the heat transfer coefficient between the device and the environment (air), T is the temperature of the device, T ambient is the ambient temperature.
Из данных соотношений, приравнивая два тепловых потока, для длины получаем следующее соотношение:From these relationships, equating the two heat flows, we obtain the following relationship for the length:
В качестве типового значения коэффициента теплоотдачи возьмем α равное 3 Вт/(м2*К). Коэффициент теплопроводности для материала токопроводящей части устройства примем равным 45,4 Вт/(м*К). Будем считать температуру окружающей среды равной 20°С, а температуру приспособления для крепления проводников равной 70°С. При данных параметрах градиент температур равный ΔT=10°С будет соответствовать длине Δl≈30 мм.As a typical value of the heat transfer coefficient, we take α equal to 3 W/( m2 *K). We take the thermal conductivity coefficient for the material of the conductive part of the device equal to 45.4 W/(m*K). We assume the ambient temperature to be 20°C, and the temperature of the device for fastening the conductors to be 70°C. With these parameters, the temperature gradient equal to ΔT=10°C will correspond to a length of Δl≈30 mm.
Однако при размещении участков, изменяющих цвет при достижении пороговой температуры на диэлектрическом корпусе УЭС, необходимо учитывать низкие значения теплопроводности материала корпуса. В этом случае коэффициент теплопроводности материала диэлектрической части УЭС можно принять равным 0,2 Вт/(м*К) (среднее значение коэффициента теплопроводности для полимерных материалов, композитных материалов и керамики). Тогда при такой же разнице температур приспособления для закрепления контактного соединения и окружающей среды величина Δl будет примерно равна 13 мм.However, when placing sections that change color when reaching the threshold temperature on the dielectric housing of the UES, it is necessary to take into account the low values of thermal conductivity of the housing material. In this case, the thermal conductivity coefficient of the material of the dielectric part of the UES can be taken equal to 0.2 W/(m*K) (the average value of the thermal conductivity coefficient for polymeric materials, composite materials and ceramics). Then, with the same difference in temperatures of the device for fixing the contact joint and the environment, the value of Δl will be approximately equal to 13 mm.
На основании усреднения параметров УЭС, мест их установки, сред, в которых они используются, диапазона регистрируемых температур и т.д., известных авторам исходя из проведенных исследований и опыта в данной области техники, авторами настоящей полезной модели экспериментально установлено, что предпочтительным для обеспечения точности регистрации превышения пороговых температур является размещение по меньшей мере части диэлектрического корпуса, выполненной с возможностью изменения цвета при нагреве выше пороговой температуры, на расстоянии не более 5 мм до приспособления для закрепления проводников.Based on the averaging of the parameters of the UES, their installation locations, the environments in which they are used, the range of recorded temperatures, etc., known to the authors based on the conducted research and experience in this field of technology, the authors of the present utility model have experimentally established that it is preferable to ensure the accuracy of recording the excess of threshold temperatures by placing at least a part of the dielectric housing, made with the possibility of changing color when heated above the threshold temperature, at a distance of no more than 5 mm from the device for securing the conductors.
Предпочтительно, компоненты части диэлектрического корпуса, выполненной с возможностью необратимого изменения цвета при нагреве выше пороговой температуры, являются диэлектриками, предпочтительно имеют электрическую прочность не менее 3 кВ/мм как до, так и после нагрева выше пороговой температуры. Увеличение электрической прочности повышает надежность эксплуатации и снижает риск возникновения электрической дуги при перенапряжениях и коротком замыкании.Preferably, the components of the dielectric housing part, designed with the possibility of an irreversible color change when heated above the threshold temperature, are dielectrics, preferably have an electric strength of at least 3 kV/mm both before and after heating above the threshold temperature. Increasing the electric strength increases the reliability of operation and reduces the risk of an electric arc during overvoltage and short circuit.
Изготовление термоиндикаторного диэлектрического корпуса может осуществляться любыми известными методами. В частности, термочувствительный пигмент может быть равномерно вмешан в материал корпуса на стадии его изготовления и формования. Однако в предпочтительных вариантах термочувствительные свойства по меньшей мере части корпуса обеспечиваются термоэлементом, размещенным на поверхности корпуса и выполненным с возможностью изменения цвета при нагреве выше пороговой температуры. Такой термоэлемент может быть нанесен на лицевую поверхность корпуса. Также, если корпус является прозрачным, термоэлемент может быть нанесен на тыльную поверхность корпуса, причем при таком расположении термоэлемент находится в непосредственной близости к приспособлениям для закрепления проводников. Поэтому при нагреве контролируемых элементов передача тепла к термоэлементу будет проходить более эффективно, чем в случае, когда термоэлемент и нагреваемый узел разделены диэлектрическим корпусом.The production of the temperature-indicating dielectric housing can be carried out by any known methods. In particular, the temperature-sensitive pigment can be uniformly mixed into the housing material at the stage of its production and molding. However, in preferred embodiments, the temperature-sensitive properties of at least part of the housing are provided by a thermoelement placed on the housing surface and made with the possibility of changing color when heated above the threshold temperature. Such a thermoelement can be applied to the front surface of the housing. Also, if the housing is transparent, the thermoelement can be applied to the back surface of the housing, and with such an arrangement, the thermoelement is in close proximity to the devices for fixing the conductors. Therefore, when heating the controlled elements, heat transfer to the thermoelement will be more effective than in the case where the thermoelement and the heated unit are separated by a dielectric housing.
Предпочтительно, чтобы толщина термоэлемента составляла 0,1-3,0 мм. Такая толщина термоэлемента позволяет достичь баланса между такими характеристиками как механическая прочность и скорость срабатывания.It is preferable that the thickness of the thermoelement be 0.1-3.0 mm. Such a thickness of the thermoelement allows achieving a balance between such characteristics as mechanical strength and response speed.
Достижение технического результата, связанного с возможностью обслуживания и ремонта электроустановки под напряжением без использования специальных приспособлений, в предпочтительных вариантах исполнения дополнительно обеспечивается за счет использования диэлектрического корпуса, закрывающего не менее 70% площади приспособлений для закрепления проводников. Это сводит к минимуму площадь открытых токопроводящих частей, контакт с которыми является небезопасным для человека.The achievement of the technical result associated with the possibility of servicing and repairing an electrical installation under voltage without using special devices, in preferred embodiments is additionally ensured by using a dielectric housing that covers at least 70% of the area of the devices for securing the conductors. This minimizes the area of open conductive parts, contact with which is unsafe for humans.
В предпочтительных вариантах осуществления, УЭС выполнено с возможностью электрического соединения проводов и использования в распределительных щитах напряжением до 1000 В, что достигается применением известных из уровня техники конструкций УЭС.In preferred embodiments, the UES is designed with the possibility of electrically connecting wires and using in distribution boards with a voltage of up to 1000 V, which is achieved by using UES designs known from the prior art.
В случае использования термоэлемента, он может иметь слоистую структуру, включающую в себя полимерный диэлектрический слой, выполненный, предпочтительно, из галогенсодержащих полимеров, наиболее предпочтительно, из поливинилхлорида, по меньшей мере одно вещество или смесь веществ, имеющих температуру плавления вблизи пороговой температуры и электрическую прочность не менее 3 кВ/мм как до, так и после расплавления, защитный слой, по меньшей мере часть которого является прозрачной. Такой вариант осуществления подобен использованию наклейки, однако, поскольку размещение на корпусе термоэлемента осуществляется на заводе изготовителе на этапе изготовления УЭС, это позволяет обеспечить его наиболее качественное и точное размещение. Также это позволяет повысить скорость, точность и достоверность срабатывания. Кроме того, при заводском нанесении может быть обеспечено использование пленок (подложек) минимальной толщины, которые невозможно нанести в условиях монтажа. Кроме того, заводское нанесение термоэлемента предотвращает разбалтывание электрического соединения при установке дополнительного индикаторного устройства на уже смонтированное УЭС.In case of using a thermoelement, it can have a layered structure including a polymer dielectric layer, preferably made of halogen-containing polymers, most preferably of polyvinyl chloride, at least one substance or mixture of substances having a melting point near the threshold temperature and an electric strength of at least 3 kV/mm both before and after melting, a protective layer, at least part of which is transparent. This embodiment is similar to using a sticker, however, since the placement on the thermoelement body is carried out at the manufacturing plant at the stage of manufacturing the UES, this allows for its highest quality and most accurate placement. This also allows for increased speed, accuracy and reliability of response. In addition, with factory application, it is possible to ensure the use of films (substrates) of minimum thickness, which cannot be applied under installation conditions. In addition, factory application of the thermoelement prevents loosening of the electrical connection when installing an additional indicator device on an already mounted UES.
Вне зависимости от способа изготовления термоиндикаторного диэлектрического корпуса устройства, время изменения цвета этой части устройства по настоящей полезной модели при нагреве устройства, преимущественно при нагреве по меньшей мере одного контактного соединения устройства, выше пороговой температуры составляет не более 5 секунд. Указанная скорость необходима для регистрации кратковременных нагревов, вызванных пиковыми (аварийными) нагрузками, или, например, токами короткого замыкания. Скорость срабатывания не более 5 секунд, а предпочтительно не более 2 секунд, может обеспечиваться, например, за счет принципа действия термоэлементов, в которых действие термочувствительного компонента основано на плавлении действующего вещества.Regardless of the method of manufacturing the thermal indicator dielectric housing of the device, the time of color change of this part of the device according to the present utility model when heating the device, preferably when heating at least one contact connection of the device, above the threshold temperature is no more than 5 seconds. The specified speed is necessary for recording short-term heating caused by peak (emergency) loads, or, for example, short-circuit currents. The response speed of no more than 5 seconds, and preferably no more than 2 seconds, can be ensured, for example, due to the operating principle of thermoelements, in which the action of the heat-sensitive component is based on melting the active substance.
Точность регистрации превышения пороговой температуры, определяемой настоящей полезной моделью, предпочтительно, составляет не более 5°С, наиболее предпочтительно не более 2°С, что также обеспечивается, в том числе, за счет принципа срабатывания термоэлементов.The accuracy of recording the excess of the threshold temperature determined by this utility model is preferably no more than 5°C, most preferably no more than 2°C, which is also ensured, among other things, by the principle of operation of the thermoelements.
В предпочтительных вариантах осуществления полезной модели диэлектрическая прочность диэлектрического термоиндикаторного корпуса составляет не менее 3 кВ/мм, предпочтительно не менее 5 кВ/мм.In preferred embodiments of the utility model, the dielectric strength of the dielectric temperature indicator housing is at least 3 kV/mm, preferably at least 5 kV/mm.
При использовании термоэлемента в некоторых вариантах полезной модели он может быть покрыт прозрачной для по меньшей мере части видимого света защитной пленкой или полимерным лаком, который дополнительно защищает его от внешних воздействий окружающей среды, влажности, УФ-облучения и механических повреждений. Также защитная пленка дополнительно увеличивает срок службы устройства и не дает компонентам термоэлемента стекать при превышении пороговой температуры. Предпочтительно материал защитной пленки содержит атомы галогена, преимущественно атомы хлора, и представляет собой поливинилхлорид, наиболее предпочтительно литой поливинилхлорид. Галогенсодержащая защитная пленка также обеспечивает диэлектрическую прочность 5 кВ/мм не менее и устойчива к воспламенению.When using a thermoelement in some variants of the utility model, it can be covered with a protective film or polymer varnish that is transparent to at least part of the visible light, which additionally protects it from external environmental influences, humidity, UV radiation and mechanical damage. The protective film also additionally increases the service life of the device and prevents the thermoelement components from flowing when the threshold temperature is exceeded. Preferably, the material of the protective film contains halogen atoms, mainly chlorine atoms, and is polyvinyl chloride, most preferably cast polyvinyl chloride. The halogen-containing protective film also provides a dielectric strength of at least 5 kV/mm and is resistant to ignition.
В частных вариантах исполнения на поверхность диэлектрического корпуса и/или прозрачного защитного слоя (в случае его наличия) могут быть нанесены информационные элементы, которые включают информацию для маркировки элементов электрооборудования или цветовую маркировку фаз. В частности, нанесенные на лицевую поверхность полимерной пленки и/или прозрачный защитный слой информационные элементы могут включать надписи, содержащие цветовую, буквенную, цифровую или буквенно-цифровую маркировочную информацию. В одном из случаев информационные элементы могут содержать информацию о дате окончания срока эксплуатации устройства.In particular embodiments, information elements may be applied to the surface of the dielectric housing and/or transparent protective layer (if any), which include information for marking the elements of electrical equipment or color marking of phases. In particular, information elements applied to the front surface of the polymer film and/or transparent protective layer may include inscriptions containing color, letter, digital or alphanumeric marking information. In one case, information elements may contain information about the end date of the device's service life.
Обеспечение по меньшей мере части диэлектрического корпуса термоиндикаторными свойствами может происходить с использованием термочувствительных компонентов, отличающихся по принципу срабатывания. При выборе типа термочувствительного компонента необходимо учитывать особенности каждого из них. Из уровня техники известны термочувствительные компоненты, основанные на химической реакции входящих в их состав веществ, которая начинается при достижении определенной температуры или при их расплавлении. Длительная выдержка термочувствительных компонентов, основанных на протекании химической реакции, при температуре, незначительно меньшей порогового значения, может привести к их преждевременному срабатыванию, поскольку степень протекания химической реакции определяется не только температурой, но и временем. В связи с этим, такие компоненты могут использоваться в УЭС с небольшим сроком службы, например, для временно используемых УЭС.Providing at least part of the dielectric housing with temperature-indicating properties can occur using temperature-sensitive components that differ in the operating principle. When selecting the type of temperature-sensitive component, it is necessary to take into account the features of each of them. The prior art knows temperature-sensitive components based on a chemical reaction of the substances included in their composition, which begins when a certain temperature is reached or when they melt. Long-term exposure of temperature-sensitive components based on a chemical reaction at a temperature slightly lower than the threshold value can lead to their premature operation, since the degree of chemical reaction is determined not only by temperature, but also by time. In this regard, such components can be used in UES with a short service life, for example, for temporarily used UES.
Существуют термочувствительные компоненты, основанные на механическом разрушении одного из термочувствительных компонентов при достижении пороговой температуры. Как правило, такие термочувствительные компоненты имеют большой размер и могут использоваться только на крупных УЭС.There are temperature-sensitive components based on the mechanical destruction of one of the temperature-sensitive components when a threshold temperature is reached. As a rule, such temperature-sensitive components are large in size and can only be used in large UES.
Наиболее распространенными являются термочувствительные компоненты, основанные на фазовом переходе, преимущественно на плавлении, за счет их высокой точности, скорости срабатывания и способности неограниченное время сохранять исходный вид при температуре, незначительно меньшей пороговой. Известные из уровня техники термочувствительные компоненты, основанные на фазовом переходе, можно классифицировать по принципу работы, обеспечивающему изменение внешнего вида устройства: изменение прозрачности при плавлении, растворение красителей в расплаве термочувствительного материала или впитывание расплава термочувствительного компонента в пористую подложку.The most common are heat-sensitive components based on phase transition, mainly melting, due to their high accuracy, response speed and ability to retain their original appearance for an unlimited time at a temperature slightly below the threshold. Known from the prior art, heat-sensitive components based on phase transition can be classified by the operating principle that ensures a change in the appearance of the device: a change in transparency during melting, dissolution of dyes in the melt of the heat-sensitive material or absorption of the melt of the heat-sensitive component into a porous substrate.
Термочувствительные компоненты, в которых изменение внешнего вида происходит за счет растворения твердого красителя в расплаве плавкого вещества, обычно имеют небольшой срок службы за счет твердофазной диффузии красителя.Heat-sensitive components, in which the change in appearance occurs due to the dissolution of a solid dye in a melt of a fusible substance, usually have a short service life due to solid-phase diffusion of the dye.
Проникновение расплавленного компонента в пористую подложку, с одной стороны, обеспечивает высокую контрастность цветового перехода, поскольку цвет подложки может отличаться от исходного цвета твердого термоплавкого компонента, но с другой стороны, кристаллизация вещества в порах подложки при охлаждении может привести к обратимости (возвратности) цветовой индикации.The penetration of the molten component into the porous substrate, on the one hand, provides high contrast of the color transition, since the color of the substrate may differ from the original color of the solid hot-melt component, but on the other hand, the crystallization of the substance in the pores of the substrate during cooling can lead to reversibility (returnability) of the color indication.
Использование в устройстве термочувствительных компонентов, принцип действия которых заключается в необратимом увеличении прозрачности вследствие плавления, имеет ряд преимуществ перед описанными выше принципами работы:The use of heat-sensitive components in the device, the operating principle of which is an irreversible increase in transparency due to melting, has a number of advantages over the operating principles described above:
высокая точность срабатывания за счет использования очищенных стабильных веществ с узким диапазоном температур плавления;high response accuracy due to the use of purified stable substances with a narrow melting point range;
обеспечение необратимости срабатывания (даже при длительной выдержке сработавшего термочувствительного компонента при температуре ниже пороговой);ensuring irreversibility of operation (even if the triggered heat-sensitive component is kept at a temperature below the threshold for a long time);
высокая укрывистость термочувствительного слоя, позволяющая изготавливать термочувствительные устройства небольшой толщины;high hiding power of the heat-sensitive layer, allowing the production of heat-sensitive devices of small thickness;
заметность сработавшего устройства, обеспечиваемая контрастностью цветового перехода (например, белый-черный) в случае использования корпуса или подложки определенного цвета, в частности, черного;visibility of the triggered device, ensured by the contrast of the color transition (for example, white-black) in the case of using a housing or substrate of a certain color, in particular, black;
возможность упрощения оценки состояния оборудования при осмотрах за счет проявления при срабатывании термочувствительного компонента специального знака опасности или символа (например, знак пламени, восклицательный знак и т.п.), расположенного на корпусе или подложке (в случае ее использования) под слоем термоплавкого материала;the possibility of simplifying the assessment of the condition of equipment during inspections due to the appearance, when a heat-sensitive component is triggered, of a special danger sign or symbol (for example, a flame sign, an exclamation mark, etc.) located on the body or substrate (if used) under a layer of hot-melt material;
обеспечение возможности регистрации локальных перегревов за счет того, что плавлению подвергается только та область термочувствительного компонента, которая нагрета выше пороговой температуры, а внешний вид остальных областей термочувствительного компонента сохраняется;ensuring the possibility of registering local overheating due to the fact that only that area of the heat-sensitive component that is heated above the threshold temperature is subject to melting, while the appearance of the remaining areas of the heat-sensitive component is preserved;
высокая скорость срабатывания за счет использования тонкого слоя термочувствительного компонента; - длительный срок службы.high response speed due to the use of a thin layer of heat-sensitive component; - long service life.
На основании этого, в настоящей полезной модели предпочтительным является использование термочувствительного компонента, действие которого основано на изменении цвета из-за плавления, в частности, на изменении прозрачности при плавлении. Однако полезная модель не ограничивается применением только таких компонентов, и они могут иметь другой принцип действия.Based on this, in the present utility model it is preferable to use a heat-sensitive component whose action is based on a change in color due to melting, in particular, on a change in transparency during melting. However, the utility model is not limited to the use of only such components, and they may have a different principle of action.
При срабатывании термочувствительных компонентов, действие которых основано на изменении прозрачности, происходит проявление цвета части корпуса или пленки (в случае ее наличия), расположенной под ними. В случае нанесения термочувствительных компонентов на пленку при срабатывании каждого из них может происходить одинаковый цветовой переход или разные цветовые переходы, в зависимости от окрашивания под соответствующим компонентом. Предпочтительно окрашивание корпуса или пленки (в случае ее наличия) под всеми компонентами в черный цвет. В этом случае в исходном состоянии все компоненты имеют, предпочтительно, белый цвет, тем самым, при срабатывании обеспечивается визуально наблюдаемый переход «белый-черный».When heat-sensitive components, the action of which is based on a change in transparency, are triggered, the color of the part of the housing or film (if any) located underneath them appears. If heat-sensitive components are applied to the film, the same color transition or different color transitions may occur when each of them is triggered, depending on the coloring underneath the corresponding component. It is preferable to paint the housing or film (if any) underneath all components black. In this case, in the initial state, all components are preferably white, thus, upon triggering, a visually observable “white-to-black” transition is ensured.
Использование такого типа термочувствительных компонентов обеспечивает, в том числе, в случае локального нагрева, возможность изменения цвета только в области, в которой произошло превышение пороговой температуры, при сохранении исходного внешнего вида других областей данного ТЭ, которые не подвергались нагреву. При этом граница нагретой области определяется с высокой точностью, преимущественно 1-2 мм. Также для усиления этого признака предпочтительно использовать газонаполненные термоплавкие материалы (ГТПМ), известные из уровня техники (RU 220377 U1, 20.06.2023 и RU 221997 U1, 06.07.2023).The use of this type of heat-sensitive components ensures, including in the case of local heating, the possibility of changing the color only in the area where the threshold temperature was exceeded, while maintaining the original appearance of other areas of this TE that were not subjected to heating. In this case, the boundary of the heated area is determined with high accuracy, mainly 1-2 mm. Also, to enhance this feature, it is preferable to use gas-filled hot-melt materials (GFTM), known from the prior art (RU 220377 U1, 20.06.2023 and RU 221997 U1, 06.07.2023).
В случае использования термоэлемента в некоторых вариантах полезной модели он может располагаться в углублении, выполненном в корпусе. Расположение термоэлемента таким образом имеет ряд преимуществ:In case of using a thermoelement in some variants of the utility model, it can be located in a recess made in the housing. The location of the thermoelement in this way has a number of advantages:
защита термоэлемента, от механических повреждений и истирания;protection of the thermal element from mechanical damage and abrasion;
предотвращение стекания термоэлемента или его компонентов при плавлении (срабатывании);preventing the thermoelement or its components from flowing down during melting (operation);
увеличение скорости срабатывания термоэлемента, за счет уменьшения толщины корпуса в области термоэлемента.increasing the response speed of the thermoelement by reducing the thickness of the housing in the area of the thermoelement.
УЭС может быть выполнено с возможностью закрепления на DIN-рейке, в частности, иметь дополнительные элементы крепления, выполненные из изоляционного материала.The UES can be designed with the possibility of being mounted on a DIN rail, in particular, it can have additional fastening elements made of insulating material.
В одних вариантах осуществления, приспособления для закрепления проводников могут быть выполнены в виде винтового соединения, а само УЭС может представлять собой винтовую клеммную колодку (фиг. 2), винтовую клемму, или винтовой зажим. В других вариантах осуществления приспособления для крепления проводников выполнены в виде пружинного соединения, а само УЭС может представлять собой пружинную клеммную колодку (фиг. 1).In some embodiments, the devices for fastening the conductors may be made in the form of a screw connection, and the UES itself may be a screw terminal block (Fig. 2), a screw terminal, or a screw clamp. In other embodiments, the devices for fastening the conductors are made in the form of a spring connection, and the UES itself may be a spring terminal block (Fig. 1).
При использовании термоэлемента, он может располагаться на корпусе либо на одинаковом расстоянии от по меньшей мере двух приспособлений для закрепления проводников, либо на по меньшей мере двух участках корпуса, каждый из которых расположен около соответствующего приспособления для закрепления проводников. В первом случае обеспечивается возможность контроля теплового состояния в области по меньшей мере двух приспособлений для закрепления проводников, с использованием одного термоэлемента, расположенного на одном участке корпуса, изменяющем цвет при нагреве выше пороговой температуры (фиг. 1б). Во втором случае корпус содержит по меньшей мере два термоэлемента, каждый из которых расположен на не связанных друг с другом участках, меняющих цвет при достижении пороговой температуры, и каждый из которых размещен около соответствующего приспособления для закрепления проводников (фиг. 1г). Тем самым, каждый из таких участков размещен с возможностью контроля теплового состояния в области соответствующего приспособления для закрепления проводников.When using a thermoelement, it can be located on the housing either at the same distance from at least two devices for fastening the conductors, or on at least two sections of the housing, each of which is located near the corresponding device for fastening the conductors. In the first case, it is possible to control the thermal state in the area of at least two devices for fastening the conductors, using one thermoelement located on one section of the housing, changing color when heated above the threshold temperature (Fig. 1b). In the second case, the housing contains at least two thermoelements, each of which is located on sections not connected to each other, changing color when the threshold temperature is reached, and each of which is located near the corresponding device for fastening the conductors (Fig. 1d). Thus, each of such sections is located with the possibility of monitoring the thermal state in the area of the corresponding device for fastening the conductors.
При размещении по меньшей мере двух термоэлементов на по меньшей мере двух участках корпуса, каждый из которых расположен около соответствующего приспособления для закрепления проводников, возможно использование термоэлементов, имеющих разную пороговую температуру. При этом предпочтительно, чтобы термоэлементы были размещены таким образом, чтобы на одинаковом расстоянии от по меньшей мере двух приспособлений для закрепления проводников располагалась по меньшей мере одна группа участков корпуса, на которых расположены по меньшей мере два термоэлемента. Такое расположение термоэлементов позволяет установить причину нагрева и локализовать дефект.When placing at least two thermoelements on at least two sections of the housing, each of which is located near the corresponding device for fastening the conductors, it is possible to use thermoelements having different threshold temperatures. In this case, it is preferable that the thermoelements are placed in such a way that at least one group of sections of the housing on which at least two thermoelements are located is located at the same distance from at least two devices for fastening the conductors. Such an arrangement of the thermoelements makes it possible to establish the cause of heating and localize the defect.
В предпочтительных вариантах различные термоэлементы имеют отличающиеся пороговые температурами (фиг. 1а). Тем самым, каждая из групп термоэлементов размещена с возможностью контроля теплового состояния в области соответствующего приспособления для закрепления проводников и возможностью сравнения температуры наибольшего нагрева различных контактных соединений, в том числе определения стадии развития дефекта и динамики его развития во времени. При этом предпочтительно, чтобы пороговые температуры указанных участков отличались по меньшей мере на 5°С.In preferred embodiments, different thermoelements have different threshold temperatures (Fig. 1a). Thus, each of the groups of thermoelements is arranged with the possibility of monitoring the thermal state in the area of the corresponding device for fixing the conductors and the possibility of comparing the temperature of the greatest heating of different contact connections, including determining the stage of defect development and the dynamics of its development over time. In this case, it is preferable that the threshold temperatures of the said sections differ by at least 5°C.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Полезная модель будет более понятна из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The utility model will be better understood from the description, which is not limiting in nature and is provided with references to the attached drawings, which show:
Фиг. 1 - Вариант выполнения УЭС в виде пружинной клеммной колодки: 1а - общий вид устройства; 1б - вид УЭС снизу, с размещенными термоэлементами на корпусе, при этом термоэлементы имеют различные пороговые температуры; 1в - вид УЭС снизу, с размещенной группой термоэлементов на корпусе, при срабатывании двух термоэлементов в области всех контактных соединений; 1г - вид УЭС снизу, с размещенными термоэлементами на корпусе, при этом термоэлементы имеют одинаковые пороговые температуры; 1д - вид УЭС снизу, с размещенными термоэлементами на корпусе, при срабатывании термоэлемента в области одного контактного соединения.Fig. 1 - Version of the UES in the form of a spring terminal block: 1a - general view of the device; 1b - bottom view of the UES, with thermoelements placed on the housing, wherein the thermoelements have different threshold temperatures; 1c - bottom view of the UES, with a group of thermoelements placed on the housing, when two thermoelements are triggered in the area of all contact connections; 1g - bottom view of the UES, with thermoelements placed on the housing, wherein the thermoelements have the same threshold temperatures; 1d - bottom view of the UES, with thermoelements placed on the housing, when a thermoelement is triggered in the area of one contact connection.
Фиг. 2 - Вариант выполнения УЭС в виде винтовой клеммной колодки, корпус которой полностью покрыт термоэлементом: 2а - в исходном состоянии, 2б - после нагрева одного из контактных соединений выше пороговой температуры.Fig. 2 - A variant of the implementation of the UES in the form of a screw terminal block, the body of which is completely covered with a thermoelement: 2a - in the initial state, 2b - after heating one of the contact connections above the threshold temperature.
Фиг. 3 - Вид сбоку участка винтовой клеммной колодки, закрытой корпусом, в области двух приспособлений для закрепления проводников, образующих электрическое соединение, с термоэлементом, выполненным в виде единой зоны, расположенным на лицевой поверхности корпуса рядом с приспособлениями для закрепления проводников с впитывающим материалом и покрытым сверху защитным слоем.Fig. 3 - Side view of a section of a screw terminal block, closed by a housing, in the area of two devices for securing conductors that form an electrical connection, with a thermoelement made in the form of a single zone, located on the front surface of the housing next to the devices for securing conductors with absorbent material and covered with a protective layer on top.
Фиг. 4 - Вид сбоку участка винтовой клеммной колодки, закрытой прозрачным корпусом, в области двух приспособлений для закрепления проводников, образующих электрическое соединение, с термоэлементом, расположенным на тыльной поверхности корпуса в углублении с использованием диэлектрического материала.Fig. 4 - Side view of a section of a screw terminal block, covered by a transparent housing, in the area of two devices for securing conductors that form an electrical connection with a thermoelement located on the rear surface of the housing in a recess using a dielectric material.
Подробное описание чертежейDetailed description of the drawings
На фиг. 1 представлен вариант выполнения УЭС в виде пружинной клеммной колодки. 1а - общий вид УЭС, на котором показан изолирующий корпус 1, рычаг пружинного механизма 2, отверстия для закрепления (зажима) проводников 3. 1б - вид УЭС снизу, с размещенной группой термоэлементов 4 на корпусе 1, при этом термоэлементы 4 имеют различные пороговые температуры. В данном случае устройство выполнено с возможностью многотемпературного термоиндикаторного контроля токопроводящих частей 6, а именно контроля превышения трех пороговых температур. В области термоэлементов также нанесены информационные элементы 5, показывающие численное значение пороговых температур. 1в - вид УЭС снизу, с размещенной группой термоэлементов 4 на корпусе 1, при срабатывании 14 двух термоэлементов 4 в области всех контактных соединений. В данном случае показано, что термоэлементы в исходном состоянии имеют белый цвет, а при превышении соответствующей пороговой температуры изменяют цвет на черный. 1г - вид УЭС снизу, с размещенными термоэлементами 4 на корпусе 1, при этом термоэлементы 4 имеют одинаковые пороговые температуры, указанные на информационных элементах 5. 1д - вид УЭС снизу, с размещенными термоэлементами 4 на корпусе 1, при срабатывании термоэлемента в области одного контактного соединения. В данном случае показано, что термоэлементы в исходном состоянии имеют белый цвет, а при превышении соответствующей пороговой температуры становятся прозрачными, проявляя цвет корпуса. В случае если корпус является прозрачным, то проявляется цвет токопроводящей части 6, расположенной под корпусом в данной области.Fig. 1 shows an embodiment of the UES in the form of a spring terminal block. 1a is a general view of the UES, which shows the insulating housing 1, the lever of the spring mechanism 2, the holes for fastening (clamping) the conductors 3. 1b is a view of the UES from below, with a group of thermoelements 4 located on the housing 1, wherein the thermoelements 4 have different threshold temperatures. In this case, the device is designed with the possibility of multi-temperature thermal indicator monitoring of current-conducting parts 6, namely monitoring the excess of three threshold temperatures. Information elements 5 are also applied in the area of the thermoelements, showing the numerical value of the threshold temperatures. 1c is a view of the UES from below, with a group of thermoelements 4 located on the housing 1, upon operation 14 of two thermoelements 4 in the area of all contact connections. In this case, it is shown that the thermoelements in the initial state are white, and when the corresponding threshold temperature is exceeded, they change color to black. 1g - bottom view of the UES, with thermocouples 4 placed on the housing 1, wherein thermocouples 4 have the same threshold temperatures, indicated on the information elements 5. 1d - bottom view of the UES, with thermocouples 4 placed on the housing 1, when the thermocouple is triggered in the area of one contact connection. In this case, it is shown that the thermocouples in the initial state are white, and when the corresponding threshold temperature is exceeded, they become transparent, revealing the color of the housing. If the housing is transparent, then the color of the conductive part 6, located under the housing in this area, is revealed.
На Фиг. 2 представлен вариант выполнения УЭС в виде винтовой клеммной колодки в общем виде, на котором показан изолирующий корпус 1, термоэлементы 4, размещенные на всей площади корпуса, отверстия для закрепления (зажима) проводников 3, винты 7 и защитный экран 8. 2а - УЭС в исходном состоянии. 26 - УЭС при частичном срабатывании 14 термоэлемента в области одного контактного соединения.Fig. 2 shows a variant of the implementation of the UES in the form of a screw terminal block in general view, which shows an insulating housing 1, thermoelements 4 placed over the entire area of the housing, holes for fastening (clamping) conductors 3, screws 7 and a protective screen 8. 2a - UES in the initial state. 26 - UES with partial response 14 of the thermoelement in the area of one contact connection.
На Фиг. 3 представлен вид сбоку участка винтовой клеммной колодки в области двух приспособлений для закрепления проводников, образующих электрическое соединение, расположенных в корпусе 1 и закрытых защитным экраном 8, с термоэлементами 4, расположенными на лицевой поверхности защитного экрана 8 над приспособлениями для закрепления проводников (винтами 7) и покрытыми сверху защитным слоем 9. В данном случае термоэлементы 4 включают в себя впитывающий материал 10 черного цвета и термочувствительный материал 11, который в исходном состоянии имеет белый цвет, а при плавлении проникает во впитывающий материал, проявляя его цвет. Также на фигуре показано: а - минимальное расстояние от диэлектрического корпуса 1 до термоэлемента 4, с - толщина термоэлемента 4, b - толщина диэлектрического корпуса 1.Fig. 3 shows a side view of a section of a screw terminal block in the area of two devices for fastening conductors forming an electrical connection, located in the housing 1 and covered with a protective screen 8, with thermoelements 4 located on the front surface of the protective screen 8 above the devices for fastening conductors (screws 7) and covered on top with a protective layer 9. In this case, thermoelements 4 include an absorbent material 10 of black color and a heat-sensitive material 11, which in the initial state is white, and when melted penetrates into the absorbent material, revealing its color. The figure also shows: a - the minimum distance from the dielectric housing 1 to the thermoelement 4, c - the thickness of the thermoelement 4, b - the thickness of the dielectric housing 1.
На Фиг. 4 представлен вид сбоку участка винтовой клеммной колодки в области двух приспособлений для закрепления проводников, образующих электрическое соединение, расположенных в корпусе 1 и закрытых защитным экраном 8, с термоэлементами 4, расположенными в углублении 12 на тыльной поверхности защитного экрана 8 над приспособлениями для закрепления проводников (винтами 7). При этом термоэлементы 4 включают в себя диэлектрический материал 13 черного цвета и термочувствительный материал 11, который в исходном состоянии имеет белый цвет, а при плавлении становится прозрачным и проявляет цвет диэлектрического материала 13. Также на фигуре показано: а - минимальное расстояние от диэлектрического корпуса 1 до термоэлемента 4, с - толщина термоэлемента 4, b - толщина диэлектрического корпуса 1.Fig. 4 shows a side view of a section of a screw terminal block in the area of two devices for fastening conductors forming an electrical connection, located in the housing 1 and covered by a protective screen 8, with thermocouples 4 located in a recess 12 on the back surface of the protective screen 8 above the devices for fastening conductors (screws 7). In this case, thermocouples 4 include a dielectric material 13 of black color and a heat-sensitive material 11, which in the initial state is white, and when melted becomes transparent and reveals the color of the dielectric material 13. Also shown in the figure: a - the minimum distance from the dielectric housing 1 to the thermocouple 4, c - the thickness of the thermocouple 4, b - the thickness of the dielectric housing 1.
Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model
Общая технология изготовления устройстваGeneral technology of manufacturing the device
Устройства электрического соединения (УЭС) двух и более проводников могут иметь различный вид и строение. В частности, УЭС может представлять собой винтовую клеммную колодку, винтовую клемму, нулевую шину, винтовой зажим, клеммную колодку или проходную клемму. Ввиду этого процессы их изготовления и некоторые характеристики будут отличаться.Electrical connection devices (ECD) of two or more conductors may have different appearances and structures. In particular, ECD may be a screw terminal block, a screw terminal, a neutral bus, a screw clamp, a terminal block or a feed-through terminal. Due to this, their manufacturing processes and some characteristics will differ.
УЭС зачастую применяются для электрического соединения проводов и с возможностью использования в распределительных щитах напряжением до 1000 В.UES are often used for electrical connection of wires and can be used in distribution boards with voltage up to 1000 V.
Зачастую, в местах установки УЭС имеются ограничения по месту для установки УЭС, в связи с этим, предпочтительно, чтобы наибольший линейный размер устройства не превышал 10 см.Often, in places where the UES is installed, there are restrictions on the space for installing the UES, in connection with this, it is preferable that the largest linear dimension of the device does not exceed 10 cm.
Необходимо сказать, что в существующих УЭС не предусмотрено место для размещения отдельных дополнительных термоиндикаторных устройств, в связи с этим, при необходимости, соответствующие области диэлектрического корпуса могут быть увеличены, предпочтительно для размещения термоэлемента площадью не менее 4 мм2, наиболее предпочтительно 6-25 мм2, для обеспечения необходимой заметности срабатывания термоэлементов, выполненных с возможностью изменения цвета при достижении пороговой температуры. В случае использования единого термоэлемента, в котором части, выполненные с возможностью изменения цвета при достижении пороговой температуры, размещены с возможностью теплового контроля нескольких контактных соединений, площадь термоэлемента может быть увеличена пропорционально количеству проводников. При этом необходимо, чтобы место (площадка) для размещения термоэлемента была доступна для визуального контроля его работы, после монтажа УЭС.It should be noted that the existing UES do not provide space for placing individual additional temperature indicator devices, in connection with this, if necessary, the corresponding areas of the dielectric housing can be increased, preferably for placing a thermoelement with an area of at least 4 mm 2 , most preferably 6-25 mm 2 , to ensure the necessary visibility of the operation of thermoelements made with the ability to change color upon reaching the threshold temperature. In the case of using a single thermoelement, in which the parts made with the ability to change color upon reaching the threshold temperature are placed with the ability to thermally control several contact connections, the area of the thermoelement can be increased proportionally to the number of conductors. In this case, it is necessary that the place (site) for placing the thermoelement be accessible for visual control of its operation, after the installation of the UES.
Для целей обеспечения электробезопасности эксплуатации УЭС по заявленной полезной модели диэлектрический термоиндикаторный корпус предпочтительно закрывает не менее 70% площади приспособлений для закрепления проводников.In order to ensure electrical safety of the operation of the UES according to the declared utility model, the dielectric temperature indicator housing preferably covers at least 70% of the area of the devices for securing the conductors.
В преимущественных вариантах исполнения, вся площадь открытой для прикосновения поверхности токопроводящей части покрывается диэлектрическим термоиндикаторным корпусом.In preferred embodiments, the entire area of the conductive part's surface open to touch is covered with a dielectric thermal indicator housing.
При этом минимальное расстояние от диэлектрического корпуса до приспособления для закрепления проводников, составляет не более 3 мм. В то же время термоэлемент, предпочтительно, расположен на расстоянии не более 5 мм до приспособления для закрепления проводников. Соблюдение этого требования предпочтительно для обеспечения своевременного и точного выявления нагревов контактных соединений.In this case, the minimum distance from the dielectric housing to the device for fixing the conductors is no more than 3 mm. At the same time, the thermoelement is preferably located at a distance of no more than 5 mm from the device for fixing the conductors. Compliance with this requirement is preferable to ensure timely and accurate detection of heating of contact connections.
Для повышения надежности эксплуатации и снижения риска возникновения электрической дуги при перенапряжениях и коротком замыкании, предпочтительно, чтобы компоненты части термоэлемента, являлись диэлектриками и, наиболее предпочтительно, имели электрическую прочность не менее 3 кВ/мм как до, так и после нагрева выше пороговой температуры.In order to increase operational reliability and reduce the risk of electric arcing during overvoltage and short circuit, it is preferable that the components of the thermoelement part are dielectrics and, most preferably, have an electrical strength of at least 3 kV/mm both before and after heating above the threshold temperature.
При изготовлении корпуса в области, где будет располагаться термоэлемент, могут быть выполнены одно или несколько углублений. Расположение термоэлемента в углублении обеспечивает защиту термочувствительного компонента, от механических повреждений и истирания; предотвращает стекание термочувствительного компонента при плавлении (срабатывании); увеличивает скорость его срабатывания за счет уменьшения толщины корпуса в области под термоэлементом.When manufacturing the housing, one or more recesses can be made in the area where the thermoelement will be located. The location of the thermoelement in the recess provides protection of the heat-sensitive component from mechanical damage and abrasion; prevents the heat-sensitive component from flowing down during melting (operation); increases the speed of its operation due to a decrease in the thickness of the housing in the area under the thermoelement.
В других случает, корпус сам по себе может представлять собой термоэлемент, за счет того, что термочувствительный компонент вмешивается в материал корпуса при его изготовлении.In other cases, the housing itself may be a thermoelement, due to the fact that a heat-sensitive component is mixed into the housing material during its manufacture.
В общем виде УЭС включают в себя токопроводящую часть, по меньшей мере два приспособления для закрепления проводников и изолирующий корпус. Также УЭС может содержать элементы для крепления на DIN-рейку.In general, UES include a conductive part, at least two devices for fixing conductors and an insulating housing. UES may also contain elements for mounting on a DIN rail.
Токопроводящая часть должна обладать высокой тепло- и электропроводностью, в частности, она может быть выполнена из меди, алюминия или их сплавов для обеспечения надежного электрического соединения двух и более проводников. В ряде случаев токопроводящая часть может иметь луженое покрытие для защиты от образования оксидной пленки.The conductive part must have high thermal and electrical conductivity, in particular, it can be made of copper, aluminum or their alloys to ensure a reliable electrical connection of two or more conductors. In some cases, the conductive part can have a tinned coating to protect against the formation of an oxide film.
Приспособления для крепления проводников должны обеспечивать электрическое связывание проводников через токопроводящую часть и могут представлять собой, в предпочтительных вариантах, винтовые (болтовые) или пружинные зажимы.The means for fastening the conductors shall ensure electrical connection of the conductors through the conductive part and may preferably be screw (bolt) or spring clamps.
Винтовые зажимы осуществляют надежное соединение проводников с помощью болтов и шайб, которые закрепляются в резьбовом отверстии в токопроводящей части и зажимают проводник, обеспечивая контактное соединение. Пружинные зажимы имеют листовую плоскую пружину для крепления проводов и токопроводящую шину, общую для линии проводников.Screw clamps provide a secure connection of conductors using bolts and washers that are secured in a threaded hole in the conductive part and clamp the conductor, providing a contact connection. Spring clamps have a flat leaf spring for securing wires and a conductive busbar common to the conductor line.
При изготовлении устройства предпочтительно, чтобы термоэлемент включал прозрачный для по меньшей мере части видимого света защитный слой или полимерный лак, который защищает диэлектрическое термоиндикаторное покрытие и само устройство от внешних воздействий окружающей среды, влажности, УФ-излучения и механических повреждений, увеличивает срок службы устройства. Материал защитного слоя предпочтительно выбирают из прозрачных эластичных полимеров, предпочтительно, из галогенсодержащих полимеров, в частности, из поливинилхлорида, наиболее предпочтительно из литого поливинилхлорида. В качестве материалов для защитного слоя предпочтительно могут также использоваться гибкие эластичные полимерные пленки из поливинилхлорида, полиуретана, полимочевины и других полимеров.When manufacturing the device, it is preferable that the thermoelement includes a protective layer or polymer varnish that is transparent for at least part of the visible light, which protects the dielectric thermal indicator coating and the device itself from external environmental influences, humidity, UV radiation and mechanical damage, and increases the service life of the device. The material of the protective layer is preferably selected from transparent elastic polymers, preferably from halogen-containing polymers, in particular from polyvinyl chloride, most preferably from cast polyvinyl chloride. Flexible elastic polymer films made of polyvinyl chloride, polyurethane, polyurea and other polymers can also preferably be used as materials for the protective layer.
Защитный слой (в случае его наличия) может обладать светоотражающими или люминесцентными свойствами, может быть окрашен в соответствии с требованиями маркировки фаз кабелей, монтажных проводов, жгутов и других элементов электрооборудования или на его поверхность может быть нанесена информация, включающая значения пороговых температур, срок годности устройства и другие данные. В одном из вариантов осуществления внутренняя поверхность защитного слоя может включать множественные опорные элементы (ОЭ), между которыми располагается, по меньшей мере, часть термочувствительного компонента диэлектрического термоиндикаторного покрытия. Стоит отметить, что в случае использования термочувствительного компонента, основанного на плавлении, использование защитного слоя также предотвращает его стекание во время фазового перехода.The protective layer (if present) may have reflective or luminescent properties, may be painted in accordance with the requirements for marking the phases of cables, installation wires, harnesses and other elements of electrical equipment, or information may be applied to its surface, including threshold temperature values, the shelf life of the device and other data. In one embodiment, the inner surface of the protective layer may include multiple support elements (SE), between which at least a portion of the temperature-sensitive component of the dielectric temperature-indicating coating is located. It is worth noting that in the case of using a temperature-sensitive component based on melting, the use of a protective layer also prevents it from flowing down during the phase transition.
Термоэлемент может иметь слоистую структуру. В этом случае предпочтительно использование полимерного диэлектрического слоя, на который наносится термочувствительный компонент, представляющий собой по меньшей мере одно вещество или смесь веществ, имеющих температуру плавления вблизи пороговой температуры. При этом термочувствительный компонент предпочтительно имеет электрическую прочность не менее 3 кВ/мм как до, так и после расплавления.The thermoelement may have a layered structure. In this case, it is preferable to use a polymer dielectric layer onto which a heat-sensitive component is applied, which is at least one substance or mixture of substances having a melting point near the threshold temperature. In this case, the heat-sensitive component preferably has an electric strength of at least 3 kV/mm both before and after melting.
Материал диэлектрического слоя должен обладать эластичностью и гибкостью для обеспечения возможности приклеивания к поверхности сложной геометрии. Поэтому преимущественно в качестве материала диэлектрического слоя без ограничения применяют галогенсодержащие полимерные материалы, в частности, хлорсодержащие полимеры, например, сополимеры винилхлорида, а именно: сополимер С-15 (сополимер винилхлорида и винилацетата), сополимер ВХВД-40 (сополимер винилхлорида и винилиденхлорида), поливинилхлорид (ПВХ), литой ПВХ, поливинилиденфторид PVDF, фторопласт М-40, а также полиэфиры с добавками 6,5% гексабромциклододекана или полиэфиры, модифицированные 15% трихлоризопропилфосфата. Галогенсодержащие материалы обладают низкой горючестью. При выборе материала диэлектрического слоя необходимо учитывать его температуру плавления или разложения, которая должна быть выше максимальной температуры срабатывания диэлектрического термоиндикаторного корпуса УЭС.The dielectric layer material must be elastic and flexible to ensure the possibility of gluing to a surface of complex geometry. Therefore, halogen-containing polymeric materials are predominantly used as the dielectric layer material without limitation, in particular, chlorine-containing polymers, for example, vinyl chloride copolymers, namely: copolymer C-15 (copolymer of vinyl chloride and vinyl acetate), copolymer VHVD-40 (copolymer of vinyl chloride and vinylidene chloride), polyvinyl chloride (PVC), cast PVC, polyvinylidene fluoride PVDF, fluoroplast M-40, as well as polyesters with additives of 6.5% hexabromocyclododecane or polyesters modified with 15% trichloroisopropyl phosphate. Halogen-containing materials have low flammability. When selecting the dielectric layer material, it is necessary to take into account its melting or decomposition temperature, which must be higher than the maximum response temperature of the dielectric thermal indicator housing of the UES.
В предпочтительных вариантах осуществления, диэлектрический слой слоистой структуры термоэлемента окрашен в черный цвет, а термочувствительный компонент в исходном состоянии имеет белый цвет и необратимо увеличивает прозрачность при достижении пороговой температуры, в результате чего обеспечивается цветовой переход с максимальной контрастностью. В целом, вне зависимости от типа термоиндикаторного компонента и наличия диэлектрического слоя для увеличения заметности сработавшего устройства предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть диэлектрического термоиндикаторного покрытия, выполненная с возможностью необратимого изменения цвета при нагреве выше пороговой температуры, в исходном состоянии имела белый цвет, а окраска после срабатывания становилась черной.In preferred embodiments, the dielectric layer of the layered structure of the thermoelement is colored black, and the heat-sensitive component in the initial state is white and irreversibly increases transparency upon reaching the threshold temperature, resulting in a color transition with maximum contrast. In general, regardless of the type of the heat-indicating component and the presence of a dielectric layer to increase the visibility of the triggered device, it is preferable that at least a portion of the dielectric heat-indicating coating, made with the possibility of an irreversible color change upon heating above the threshold temperature, in the initial state is white, and the coloring becomes black after triggering.
Диэлектрический слой может обладать светоотражающими или люминесцентными свойствами для увеличения заметности как самого УЭС, так и факта срабатывания термоэлемента, что дополнительно повышает безопасность эксплуатации оборудования.The dielectric layer may have reflective or luminescent properties to increase the visibility of both the UES itself and the fact that the thermoelement has been triggered, which further increases the safety of equipment operation.
В частном случае диэлектрический слой или его часть может быть окрашена в соответствии с требованиями маркировки фаз кабелей, монтажных проводов, жгутов и других элементов электрооборудования. Цвет диэлектрического слоя может быть выбран в соответствии с ГОСТ 28763-90, устанавливающим, в частности, цветовую маркировку в области электротехники. На поверхность диэлектрического слоя также может быть нанесена информация, включающая значения пороговых температур, срок годности устройства, номер партии и другие данные.In a particular case, the dielectric layer or part of it can be painted in accordance with the requirements for marking the phases of cables, installation wires, harnesses and other elements of electrical equipment. The color of the dielectric layer can be selected in accordance with GOST 28763-90, which establishes, in particular, color marking in the field of electrical engineering. Information can also be applied to the surface of the dielectric layer, including threshold temperature values, device expiration date, batch number and other data.
В одном из вариантов осуществления может быть использован диэлектрический слой, включающий множественные опорные элементы (ОЭ), между которыми располагается, по меньшей мере, часть термочувствительного компонента.In one embodiment, a dielectric layer may be used that includes multiple support elements (SEs) between which at least a portion of the temperature-sensitive component is located.
Слоистая структура предпочтительно включает также защитный слой, выбор материала для которого освещен выше.The layered structure preferably also includes a protective layer, the choice of material for which is discussed above.
Для обеспечения должной скорости срабатывания, предпочтительно использование термоэлемента с общей толщиной, не превышающей 3,0 мм, предпочтительно, чтобы толщина термоэлемента составляла 0,1-3,0 мм.In order to ensure proper response speed, it is preferable to use a thermocouple with a total thickness not exceeding 3.0 mm, preferably the thickness of the thermocouple is 0.1-3.0 mm.
Для обеспечения надежного крепления термоэлемента на корпус возможно использование клея. В качестве клеевого слоя могут быть использованы клеи постоянной липкости на основе акриловых, полиуретановых, каучуковых, силиконовых, ПВХ полимеров. Предпочтительно адгезия клеевого слоя к нержавеющей стали, измеренная методом FINAT ТМ1 после 24 часов, составляет не менее 5 Н/25 мм.To ensure reliable fastening of the thermoelement to the housing, it is possible to use glue. Permanent adhesives based on acrylic, polyurethane, rubber, silicone, PVC polymers can be used as the adhesive layer. Preferably, the adhesion of the adhesive layer to stainless steel, measured by the FINAT TM1 method after 24 hours, is at least 5 N/25 mm.
Количество пороговых температур, регистрируемых диэлектрическим термоиндикаторным корпусом, не ограничено верхним пределом и зависит от практической задачи, реализуемой при использовании заявленного устройства (типа оборудования, необходимого шага определяемой температуры перегрева, площади проверяемой на нагрев поверхности и т.д.).The number of threshold temperatures registered by the dielectric temperature indicator housing is not limited by an upper limit and depends on the practical task implemented when using the declared device (type of equipment, required step of the determined overheating temperature, area of the surface checked for heating, etc.).
Если термоэлемент имеет одну пороговую температуру, то предпочтительно его расположение на одинаковом расстоянии от по меньшей мере двух приспособлений для закрепления проводников. В другом варианте исполнения термоэлементы располагают на по меньшей мере двух участках, каждый из которых размещен около соответствующего приспособления для закрепления проводников и температура срабатывания которых совпадает (фиг. 1г). В частных случаях термоэлементы могут иметь отличающиеся пороговые температуры. При этом в предпочтительных вариантах, термоэлементы, имеющие различные или одинаковые температуры срабатывания, расположены таким образом, чтобы обеспечивать возможность сравнения температуры наибольшего нагрева различных контактных соединений (фиг. 1в).If the thermoelement has one threshold temperature, then it is preferably located at the same distance from at least two devices for fastening the conductors. In another embodiment, the thermoelements are located in at least two sections, each of which is located near the corresponding device for fastening the conductors and the response temperature of which is the same (Fig. 1g). In particular cases, the thermoelements may have different threshold temperatures. In this case, in preferred embodiments, the thermoelements having different or identical response temperatures are located in such a way as to ensure the possibility of comparing the temperature of the greatest heating of different contact connections (Fig. 1c).
В случае использования термоэлементов, имеющих различные температуры срабатывания, предпочтительно, чтобы пороговые температуры указанных участков отличались по меньшей мере на 5°С.In the case of using thermoelements having different response temperatures, it is preferable that the threshold temperatures of the said sections differ by at least 5°C.
Помимо необратимого термоэлемента, устройство может включать по меньшей мере один термоиндикаторный участок, цветовой переход которого при достижении соответствующей пороговой температуры является обратимым. Обратимый термочувствительный материал может входить в состав диэлектрического покрытия или может быть нанесен отдельно от него.In addition to the irreversible thermoelement, the device may include at least one thermal indicator section, the color transition of which upon reaching the corresponding threshold temperature is reversible. The reversible temperature-sensitive material may be part of the dielectric coating or may be applied separately from it.
Изготовление термоэлементаManufacturing of a thermoelement
В заявленной полезной модели может быть использован термоэлемент, включающий термочувствительный компонент, принцип действия которого основан на необратимом изменении внешнего вида при достижении соответствующей пороговой температуры.The claimed utility model may use a thermoelement that includes a heat-sensitive component, the operating principle of which is based on an irreversible change in appearance upon reaching the corresponding threshold temperature.
При наличии нескольких участков термоэлемента, имеющих различные пороговые температуры, предпочтительно использование термочувствительных компонентов, одного вида, однако, при необходимости, могут использоваться и термочувствительные компоненты разных принципов действия. Предпочтительным является использование термочувствительного компонента, действие которого основано на изменении внешнего вида при плавлении, в частности, на изменении прозрачности.In the presence of several sections of the thermoelement having different threshold temperatures, it is preferable to use thermosensitive components of the same type, however, if necessary, thermosensitive components of different operating principles can also be used. It is preferable to use a thermosensitive component whose operation is based on a change in appearance upon melting, in particular, on a change in transparency.
В частных случаях изменение внешнего вида по меньшей мере одного термочувствительного компонента при достижении соответствующей пороговой температуры связано с увеличением прозрачности, достигаемой за счет расплавления вещества или группы веществ, входящих в его состав. При срабатывании такого термоэлемента происходит проявление цвета части корпуса или диэлектрического слоя (в случае его наличия), расположенного под ними. В случае использования слоистой структуры диэлектрического покрытия, а также УЭС, в котором термоэлементы нанесены на по меньшей мере два участка, каждый из которых имеет различные пороговые температуры, при срабатывании каждого из участков покрытия может происходить одинаковый цветовой переход или разные цветовые переходы, в зависимости от окрашивания диэлектрического слоя на соответствующем участке термоэлемента. Предпочтительно окрашивание диэлектрического слоя на всей площади термоэлемента, меняющего цвет при достижении пороговой температуры, в черный цвет. В этом случае в исходном состоянии по меньшей мере часть термоэлемента имеет, предпочтительно, белый цвет, тем самым, при срабатывании обеспечивается визуально наблюдаемый переход «белый-черный».In particular cases, the change in the appearance of at least one temperature-sensitive component upon reaching the corresponding threshold temperature is associated with an increase in transparency achieved by melting a substance or a group of substances included in its composition. When such a thermoelement is triggered, the color of a part of the housing or the dielectric layer (if any) located underneath them appears. In the case of using a layered structure of the dielectric coating, as well as a UES in which the thermoelements are applied to at least two sections, each of which has different threshold temperatures, when each of the coating sections is triggered, the same color transition or different color transitions may occur, depending on the coloring of the dielectric layer on the corresponding section of the thermoelement. It is preferable to color the dielectric layer over the entire area of the thermoelement, changing color upon reaching the threshold temperature, in black. In this case, in the initial state, at least part of the thermoelement is preferably white, thereby, upon triggering, a visually observable "white-to-black" transition is ensured.
Термочувствительный компонент термоэлемента может включать: газонаполненный термоплавкий материал (ГТПМ), предпочтительно, доля газовой фазы в котором составляет не менее 10 об.%; впитывающий материал; опорные элементы; по меньшей мере одно твердое органическое вещество с молекулярной массой меньше 2 кДа; по меньшей мере одно твердое органическое вещество, содержащее структурный фрагмент CnH(2n+1), где n больше или равно 5, и преимущественно выбрано из группы состоящей из жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты CnH(2n+1) с n больше или равно 12; солей жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты CnH(2n+1) с n больше или равно 5; алканов, содержащих не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновых кислот, содержащих структурные фрагменты CnH(2n+1) с n больше или равно 5; амидов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты CnH(2n+1) с n больше или равно 5; ангидридов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты CnH(2n+1) с n больше или равно 10; жирных алифатических спиртов, содержащих структурные фрагменты CnH(2n+1) с n больше или равно 14; жирных алифатических аминов, содержащих структурные фрагменты CnH(2n+1) с n больше или равно 17; нитрилов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты CnH(2n+1) с n больше или равно 19.The heat-sensitive component of the thermoelement may comprise: a gas-filled hot-melt material (GFHM), preferably the proportion of the gas phase of which is at least 10 vol.%; an absorbent material; support elements; at least one solid organic substance with a molecular weight of less than 2 kDa; at least one solid organic substance containing a structural fragment C n H (2n+1) , where n is greater than or equal to 5, and is preferably selected from the group consisting of fatty aliphatic acids containing structural fragments C n H (2n+1) with n greater than or equal to 12; salts of fatty aliphatic acids containing structural fragments C n H (2n+1) with n greater than or equal to 5; alkanes containing at least 20 carbon atoms; dialkylphosphinic acids containing structural fragments C n H (2n+1) with n greater than or equal to 5; amides of fatty aliphatic acids containing structural fragments C n H (2n+1) with n greater than or equal to 5; anhydrides of fatty aliphatic acids containing structural fragments C n H (2n+1) with n greater than or equal to 10; fatty aliphatic alcohols containing structural fragments C n H (2n+1) with n greater than or equal to 14; fatty aliphatic amines containing structural fragments C n H (2n+1) with n greater than or equal to 17; nitriles of fatty aliphatic acids containing structural fragments C n H (2n+1) with n greater than or equal to 19.
В частных вариантах осуществления твердое органическое вещество/а термочувствительного компонента без ограничения выбрано из группы, состоящей из: капроната иттрия, бегената иттрия, ундеканата иттрия, лаурата иттрия, тридеканлаурата иттрия, тридеканпентадеканата иттрия, тридеканата иттрия, пентадеканата иттрия, пальмитата иттрия, каприлата иттербия, пальмитата лантана, нонадецината лантана, капроната лантана, ундеканата эрбия, нонадеканоата цинка, пальмитата цинка, капроната цинка, миристината цинка, стеарата цинка, лаурата кадмия, лауринмиристината кадмия, каприната свинца, стеарата свинца, лаурата свинца, лауринмиристината свинца, стеарата меди, стеарата кальция, стеарата лития, стеариновой кислоты, лауриновой кислоты, докозановой кислоты, эйкозановой кислоты, кротоновой кислоты, арахиновой кислоты, миристиновой кислоты, пальмитиновой кислоты, адипиновой кислоты, октановой кислоты, каприновой кислоты, трикозановой кислоты, тетратриаконтановой кислоты, 2,3-диметилнонановой кислоты, брассидиновой кислоты, 2-метил-2-додеценовой кислоты, элеостеариновой кислоты, бегенолевой кислоты, бегеновой кислоты, олеамида, стеарамида, лаурамида, эруциламида, амида каприновой кислоты, амида миристиновой кислоты, амида каприловой кислоты, анилида пальмитиновой кислоты, анилида салициловой кислоты, бетта-нафтиламида капроновой кислоты, фенилгидразида энантовой кислоты, гексиламида, октакозиламида, N-метилгептакозиламида, салициламида, гексадеканола, экукамида, 1-докозонола, трилаурина, трикозиламина, диоктадециламина, N,N-диметилоктиламина, диоктилфосфиновой кислоты, тритриаконтана, тетракозана, стеаринового спирта, цетилового спирта, хлористого ангидрида стеариновой кислоты, ангидрида пальмитиновой кислоты, ангидрида стеариновой и уксусной кислот, ангидрида лауриновой кислоты или их смесей с температурой плавления, отличающейся от пороговой температуры не более чем на 5°С.In particular embodiments, the solid organic substance/s of the heat-sensitive component are/are selected without limitation from the group consisting of: yttrium caproate, yttrium behenate, yttrium undecanoate, yttrium laurate, yttrium tridecanelaurate, yttrium tridecanepentadecanate, yttrium tridecanoate, yttrium pentadecanoate, yttrium palmitate, ytterbium caprylate, lanthanum palmitate, lanthanum nonadecynate, lanthanum caproate, erbium undecanoate, zinc nonadecanoate, zinc palmitate, zinc caproate, zinc myristicate, zinc stearate, cadmium laurate, cadmium laurinmyristate, lead caproate, lead stearate, lead laurate, lead laurinmyristate, Copper stearate, calcium stearate, lithium stearate, stearic acid, lauric acid, docosanoic acid, eicosanoic acid, crotonic acid, arachidic acid, myristic acid, palmitic acid, adipic acid, octanoic acid, capric acid, tricosanic acid, tetratriacontanoic acid, 2,3-dimethylnonanoic acid, brassidic acid, 2-methyl-2-dodecenoic acid, eleostearic acid, behenolic acid, behenic acid, oleamide, stearamide, lauramide, erucylamide, capric amide, myristic amide, caprylic amide, palmitic anilide, salicylic anilide, beta-naphthylamide caproic acid, enanthic acid phenylhydrazide, hexylamide, octacosylamide, N-methylheptacosylamide, salicylamide, hexadecanol, ecucamide, 1-docosonol, trilaurin, tricosylamine, dioctadecylamine, N,N-dimethyloctylamine, dioctylphosphinic acid, tritriacontane, tetracosane, stearyl alcohol, cetyl alcohol, stearic chloride, palmitic anhydride, stearic and acetic anhydride, lauric anhydride or mixtures thereof with a melting point that differs from the threshold temperature by no more than 5°C.
При использовании ГТПМ в термочувствительном компоненте предпочтительно, чтобы при достижении соответствующей пороговой температуры происходило уменьшение объемной доли газа внутри ГТПМ не менее чем в два раза. Это обеспечивает необратимость изменения прозрачности ГТПМ при превышении соответствующей пороговой температуры.When using a gas-temperature-sensitive component in a heat-sensitive component, it is preferable that upon reaching the corresponding threshold temperature, the volume fraction of gas inside the gas-temperature-sensitive component decreases by at least two times. This ensures that the change in transparency of the gas-temperature-sensitive component is irreversible upon exceeding the corresponding threshold temperature.
Применение термочувствительного компонента, включающего ГТПМ с объемным содержанием газа не менее 10%, также позволяет увеличить срок службы покрытия и повысить достоверность определения перегрева за счет невозможности агрегирования твердого органического вещества через газовую фазу. Также, чем больше доля газа в ГТПМ, тем выше изначальный коэффициент преломления, контрастнее изменение внешнего вида за счет сильного снижения коэффициента преломления при превышении соответствующей пороговой температуры и значительнее разделение газовой и других фаз после срабатывания ГТПМ, что исключает возможность возврата ГТПМ в исходное газонаполненное состояние при выдержке сработавшего термоэлемента при низких температурах и при перепадах температур.The use of a heat-sensitive component, including a gas-filled thermocouple with a volumetric gas content of at least 10%, also allows for an increase in the service life of the coating and an increase in the reliability of overheating determination due to the impossibility of aggregation of solid organic matter through the gas phase. Also, the greater the proportion of gas in the gas-filled thermocouple, the higher the initial refractive index, the more contrasting the change in appearance due to a strong decrease in the refractive index when the corresponding threshold temperature is exceeded, and the more significant the separation of the gas and other phases after the gas-filled thermocouple is triggered, which eliminates the possibility of the gas-filled thermocouple returning to its original gas-filled state when the triggered thermocouple is kept at low temperatures and with temperature changes.
При использовании термочувствительного компонента, действие которого основано на плавлении действующего вещества, а особенно ГТПМ, термоэлемент изменяет внешний вид только в той области, которая была нагрета выше соответствующей пороговой температуры, с сохранением исходного внешнего вида других областей покрытия, температура которых не превышала соответствующую пороговую температуру. Это позволяет сравнивать температуру контактных соединений, в случае когда термоэлемент нанесен на корпус в виде единой зоны и осуществляет тепловой контроль нескольких контактных соединений.When using a heat-sensitive component whose action is based on melting the active substance, and especially the HTPM, the thermoelement changes its appearance only in the area that was heated above the corresponding threshold temperature, while maintaining the original appearance of other areas of the coating whose temperature did not exceed the corresponding threshold temperature. This allows comparing the temperature of contact connections, in the case when the thermoelement is applied to the housing as a single zone and carries out thermal control of several contact connections.
Процесс изготовления термочувствительных компонентов, включающих ГТПМ, подробно описан в ряде патентов авторов, в частности, в патенте RU 2800396 С1, публикация 21.07.2023, и может использоваться для создания термоэлемента для заявленной полезной модели.The process of manufacturing temperature-sensitive components, including the GTPM, is described in detail in a number of the authors' patents, in particular, in patent RU 2800396 C1, published on 21.07.2023, and can be used to create a thermoelement for the claimed utility model.
Для изготовления по меньшей мере одного ГТПМ твердое органическое вещество измельчают на шаровой мельнице до размера 2-3 мкм, добавляют жидкую фазу, представленную водой или органическим растворителем с температурой кипения менее 180°С, и перемешивают полученную суспензию, при этом преимущественно обеспечивают периодическое диспергирование смеси с доступом воздуха до постоянной плотности смеси. Жидкая фаза, предпочтительно, представляет собой воду или органический растворитель, растворимость в котором твердого органического вещества ГТПМ не превышает 100 г/кг.To produce at least one GTPM, the solid organic substance is ground in a ball mill to a size of 2-3 μm, a liquid phase is added, represented by water or an organic solvent with a boiling point of less than 180°C, and the resulting suspension is mixed, while periodic dispersion of the mixture with air access is preferably ensured until a constant density of the mixture is achieved. The liquid phase is preferably water or an organic solvent, the solubility of the solid organic substance of the GTPM in which does not exceed 100 g/kg.
В предпочтительных вариантах полезной модели жидкую фазу добавляют в количестве не менее 50 мас.%, наиболее предпочтительно от 50 мас.% до 90 мас.%.In preferred embodiments of the utility model, the liquid phase is added in an amount of at least 50 wt.%, most preferably from 50 wt.% to 90 wt.%.
Разница плотностей жидкой фазы и твердого органического вещества предпочтительно составляет менее 0,2 г/см3. С этой целью жидкая фаза может быть без ограничения выбрана из группы, состоящей из изопропанола, воды, метанола, 1-пропанола, изобутанола, монометилового эфира этиленгликоля, 1-бутанола, ацетонитрила, уксусной кислоты, гексана, гептана, октана, нонана, 1,1,1-трифторэтанола, 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропанола, N,N-диметилформамида, толуола, ксилола, этанола, бутилацетата, ацетона и их смесей. Полученную суспензию или пасту наносят на выбранную часть корпуса или на пленку (в случае ее наличия) и/или защитный слой (в случае его наличия) и/или на впитывающий материал (в случае его наличия) и высушивают под действием сухого воздуха, температуры или вакуума.The difference in density between the liquid phase and the solid organic substance is preferably less than 0.2 g/cm 3 . For this purpose, the liquid phase can be selected without limitation from the group consisting of isopropanol, water, methanol, 1-propanol, isobutanol, ethylene glycol monomethyl ether, 1-butanol, acetonitrile, acetic acid, hexane, heptane, octane, nonane, 1,1,1-trifluoroethanol, 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol, N,N-dimethylformamide, toluene, xylene, ethanol, butyl acetate, acetone and mixtures thereof. The resulting suspension or paste is applied to the selected part of the body or to the film (if any) and/or the protective layer (if any) and/or to the absorbent material (if any) and dried under the influence of dry air, temperature or vacuum.
Такой способ обеспечивает получение ГТПМ, включающего твердое органическое вещество, предпочтительно представленное в виде частиц с равномерно распределенными пустотами, заполненными газом. В зависимости от природы твердого органического вещества, вид получающихся частиц преимущественно может представлять собой зерна, кристаллы, волокна, чешуйки или их конгломераты.This method provides for obtaining a gas-fired thermal power plant (GTPPM) that includes a solid organic substance, preferably in the form of particles with uniformly distributed voids filled with gas. Depending on the nature of the solid organic substance, the type of particles obtained may predominantly be grains, crystals, fibers, flakes or their conglomerates.
В частных случаях, по меньшей мере, один ГТПМ дополнительно содержит прозрачное по крайней мере для части видимого света полимерное связующее. В некоторых вариантах осуществления, за счет связующего обеспечивается приклеивание ГТПМ к выбранной части корпуса или пленке (в случае ее наличия) или впитывающему материалу (в случае его наличия). В этом случае измельченное твердое органическое вещество суспендируют в растворе прозрачного по крайней мере для части видимого света связующего в растворителе с температурой кипения ниже 150°С. В предпочтительных вариантах осуществления полезной модели для обеспечения эффекта глазирования твердого органического вещества связующее присутствует в получаемом ГТПМ в количестве 1-30 мас.%.In particular cases, at least one HTPM additionally contains a polymer binder that is transparent to at least part of the visible light. In some embodiments, the binder ensures the adhesion of the HTPM to the selected part of the housing or film (if present) or absorbent material (if present). In this case, the crushed solid organic substance is suspended in a solution of a binder that is transparent to at least part of the visible light in a solvent with a boiling point below 150°C. In preferred embodiments of the utility model, to ensure the effect of glazing the solid organic substance, the binder is present in the resulting HTPM in an amount of 1-30 wt.%.
Прозрачное полимерное связующее может быть без ограничения выбрано из группы, состоящей из фенолформальдегидной смолы, бутилметакриловой смолы, меламинформальдегидной смолы, поливинилбутираля, полибутилметакрилата, полиизобутилметакрилата, полибутилакрилата, феноксисмолы, полистирольно-акриловой эмульсии, полиолефина, полистирола, полиакрилата, полиэфирсульфона, полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена, полиэфирсульфона, полиизопрена, полипропилена, полибутадиена, полиизобутилена, поливинилацетата, полиметакрилата, этилцеллюлозы, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, поликарбоната, поликапролактона, полиэтилентерефталатной смолы, полибутилентерефталатной смолы, полиамидной смолы, поливинилиденфторида, полиэфира, полиэфирных смол, гидроксиэтилцеллюлозы, метилцеллюлозы, этилцеллюлозы, нитроцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, желатина, агар-агара, казеина, гуммиарабика, поливинилового спирта, полиэтиленоксида или их смесей, но не ограничиваться ими.The transparent polymer binder can be selected without limitation from the group consisting of phenol-formaldehyde resin, butyl methacrylic resin, melamine-formaldehyde resin, polyvinyl butyral, polybutyl methacrylate, polyisobutyl methacrylate, polybutyl acrylate, phenoxy resin, polystyrene-acrylic emulsion, polyolefin, polystyrene, polyacrylate, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, polyisoprene, polypropylene, polybutadiene, polyisobutylene, polyvinyl acetate, polymethacrylate, ethyl cellulose, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polycarbonate, polycaprolactone, polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin, polyamide resins, polyvinylidene fluoride, polyester, polyester resins, hydroxyethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, nitrocellulose, carboxymethyl cellulose, gelatin, agar-agar, casein, gum arabic, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide or mixtures thereof, but not limited to them.
Термочувствительный компонент подбирают таким образом, чтобы при нагреве устройства, преимущественно, при нагреве по меньшей мере одного контактного соединения устройства выше соответствующей пороговой температуры в интервале не более 5°С, предпочтительно не более 2°С, скорость срабатывания составляла не более 5 секунд, предпочтительно не более 2 секунд.The temperature-sensitive component is selected in such a way that when the device is heated, preferably when at least one contact connection of the device is heated above the corresponding threshold temperature in the range of no more than 5°C, preferably no more than 2°C, the response speed is no more than 5 seconds, preferably no more than 2 seconds.
В различных вариантах осуществления термочувствительный компонент диэлектрического термоиндикаторного покрытия подбирают таким образом, что пороговые температуры могут быть выбраны из диапазона от 50 до 150°С. При этом численные значения пороговых температур термоэлемента могут быть выбраны, в частности, из группы 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, 120°С, 130°С, 140°С, 150°С.In various embodiments, the temperature-sensitive component of the dielectric temperature-indicating coating is selected in such a way that the threshold temperatures can be selected from a range of 50 to 150°C. In this case, the numerical values of the threshold temperatures of the thermoelement can be selected, in particular, from the group of 50°C, 55°C, 60°C, 70°C, 80°C, 90°C, 100°C, 110°C, 120°C, 130°C, 140°C, 150°C.
Для устройства, содержащего три участка термоэлемента, каждый из которых срабатывает при различных температурах (T1, Т2, Т3), пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, или 50°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, или 70°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, или 80°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 120°С, 150°С, или 90°С, 100°С, 110°С, или 90°С, 110°С, 130°С, или 100°С, 120°С, 140°С.For a device containing three sections of a thermoelement, each of which operates at different temperatures (T 1 , T 2 , T 3 ), the threshold temperatures may be 50°C, 55°C, 60°C, or 50°C, 60°C, 70°C, or 50°C, 70°C, 80°C, or 60°C, 70°C, 80°C, or 60°C, 80°C, 100°C, or 60°C, 90°C, 110°C, or 70°C, 80°C, 90°C, or 70°C, 90°C, 110°C, or 70°C, 100°C, 120°C, or 70°C, 110°C, 130°C, or 80°C, 90°C, 100°C, or 80°C, 120°C, 140°C, or 80°C, 120°C, 150°C, or 90°C, 100°C, 110°C, or 90°C, 110°C, 130°C, or 100°C, 120°C, 140°C.
Для устройства, содержащего четыре участка термоэлемента, каждый из которых срабатывает при различных температурах (T1, Т2, Т3, Т4), пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 60°С, 70°С, 80°С, или 50°С, 70°С, 90°С, 110°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 80°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, или 70°С, 90°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 90°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 150°С.For a device containing four sections of a thermoelement, each of which operates at different temperatures (T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ), the threshold temperatures may be 50°C, 55°C, 60°C, 70°C, or 50°C, 60°C, 70°C, 80°C, or 50°C, 70°C, 90°C, 110°C, or 60°C, 70°C, 80°C, 90°C, or 60°C, 70°C, 80°C, 100°C, or 60°C, 80°C, 90°C, 110°C, or 70°C, 80°C, 90°C, 100°C, or 70°C, 90°C, 100°C, 120°C, or 70°C, 90°C, 110°C, 130°C, or 80°C, 90°C, 100°C, 110°C, or 80°C, 100°C, 120°C, 140°C, or 80°C, 100°C, 120°C, 150°C.
В частных случаях реализации полезной модели один или несколько термоэлементов могут содержать опорные элементы, равномерно расположенные в объеме термочувствительного компонента, которые добавляются к нему при его изготовлении. В качестве опорных элементов можно применять элементы, выполненные из материала, температура плавления которого выше температуры срабатывания термоэлемента. В качестве материалов для опорных элементов могут быть выбраны полимерные материалы, в частности, галогенсодержащие полимеры, такие как поливинилхлорид и литой поливинилхлорид, а также стекло, керамика, металлы, неметаллы и изделия на их основе, например, сетки, волокна, микросферы, тканые или нетканые материалы обладающие указанными выше характеристиками.In particular cases of the implementation of the utility model, one or more thermoelements may contain support elements uniformly located in the volume of the heat-sensitive component, which are added to it during its manufacture. Elements made of a material whose melting point is higher than the response temperature of the thermoelement can be used as support elements. Polymeric materials can be selected as materials for support elements, in particular, halogen-containing polymers such as polyvinyl chloride and cast polyvinyl chloride, as well as glass, ceramics, metals, non-metals and products based on them, such as meshes, fibers, microspheres, woven or non-woven materials with the above characteristics.
В частных случаях реализации полезной модели термочувствительный компонент может включать впитывающий материал (ВМ), который впитывает расплав термоплавкого компонента во время его срабатывания. Использование ВМ обеспечивает дополнительное усиление технического результата за счет невозвратности срабатывания термоэлемента. Кроме того, ВМ может выполнять функцию опорных элементов, описанных выше.In particular cases of the implementation of the utility model, the heat-sensitive component may include an absorbent material (AM), which absorbs the melt of the hot-melt component during its operation. The use of AM provides additional enhancement of the technical result due to the irreversibility of the operation of the thermoelement. In addition, AM can perform the function of the supporting elements described above.
В частных случаях ВМ выполнен из пористых или сорбирующих материалов, предпочтительно микропористых материалов. ВМ может быть без ограничения выбран из бумаги, микроцеллюлозы, шерсти, шелка, войлока, хлопка, льна, молекулярных сит, цеолитов, силикагеля, аэросила, микросфер и керамики. Наиболее предпочтительно применение микропористых материалов с диаметром пор не более 2 мкм. ВМ может быть окрашен. В этом случае при срабатывании проявляется окраска ВМ. Альтернативно, ВМ может становиться прозрачным при впитывании расплава (силикагель, аэросил). В таком случае при срабатывании диэлектрического термоиндикаторного покрытия будет проявляться цвет элемента устройства в области нанесения этого покрытия.In special cases, the VM is made of porous or sorbent materials, preferably microporous materials. The VM can be selected without limitation from paper, microcellulose, wool, silk, felt, cotton, flax, molecular sieves, zeolites, silica gel, aerosil, microspheres and ceramics. The use of microporous materials with a pore diameter of no more than 2 μm is most preferable. The VM can be colored. In this case, the color of the VM appears when triggered. Alternatively, the VM can become transparent when absorbing a melt (silica gel, aerosil). In this case, when the dielectric thermal indicator coating is triggered, the color of the device element in the area of application of this coating will appear.
Нанесение термоэлементаApplication of the thermoelement
Для изготовления устройства область корпуса, на которой не должно располагаться термоэлементов, заклеивают защитной полимерной пленкой. Наносят термоэлемент выбранным способом, зависящим от типа использующегося термочувствительного компонента, а также от наличия слоистой структуры термоэлемента. Далее пленку убирают и повторяют последовательность действий для нанесения остальных участков термоэлементов (в случае использования более одного участка термоэлемента с отличающимися пороговыми температурами). Форма и размер участков термоэлементов могут быть одинаковыми или отличаться в зависимости от требований к устройству. Однако они должны обеспечивать безошибочную идентификацию превышения пороговой температуры, а также безопасность работы персонала при работе с УЭС, включенными в сеть.To manufacture the device, the area of the housing where no thermoelements should be located is sealed with a protective polymer film. The thermoelement is applied using a selected method, depending on the type of the heat-sensitive component used, as well as on the presence of a layered structure of the thermoelement. Then the film is removed and the sequence of actions for applying the remaining sections of the thermoelements is repeated (in the case of using more than one section of the thermoelement with different threshold temperatures). The shape and size of the sections of the thermoelements may be the same or different, depending on the requirements for the device. However, they must ensure error-free identification of the threshold temperature being exceeded, as well as the safety of personnel when working with UES connected to the network.
После нанесения диэлектрического термоиндикаторного покрытия в некоторых вариантах выполнения полезной модели его предпочтительно покрывают прозрачным по меньшей мере для части видимого света защитным слоем.After applying the dielectric thermal indicator coating, in some embodiments of the utility model, it is preferably covered with a protective layer that is transparent to at least part of the visible light.
При использовании термоэлемента слоистой структуры, включающей диэлектрический слой (в частности, впитывающий материал) на первом этапе предпочтительно обеспечивается нанесение термочувствительного компонента на диэлектрический слой, который затем на втором этапе размещают на поверхности корпуса УЭС, в частности с использованием клеевого слоя постоянной липкости. Однако может быть применена и обратная последовательность действий. Размещение защитного слоя может осуществляться как до, так и после размещения термоэлемента на поверхности корпуса УЭС.When using a thermoelement of a layered structure including a dielectric layer (in particular, an absorbent material), at the first stage, it is preferable to apply a heat-sensitive component to the dielectric layer, which is then placed on the surface of the UES housing at the second stage, in particular using an adhesive layer of constant tack. However, the reverse sequence of actions can also be used. The protective layer can be placed either before or after the thermoelement is placed on the surface of the UES housing.
Принцип работы УЭС с диэлектрическим термоиндикаторным корпусомOperating principle of the UES with a dielectric temperature indicator housing
Устройство по заявленной полезной модели работает следующим образом. Провода устанавливают в отверстия для крепления проводников с использованием приспособления для закрепления проводников. В исходном состоянии термоэлемент имеет преимущественно белый цвет.The device according to the declared utility model operates as follows. The wires are installed in the holes for fastening the conductors using a device for fastening the conductors. In the initial state, the thermoelement is predominantly white.
Затем к контактам клеммной колодки подключают рабочее напряжение. До момента нагрева всей поверхности устройства или отдельных узлов крепления проводников до порогового значения термоэлемента (Т) сохраняется первоначальный вид устройства. При нагреве одного отдельного узла крепления проводника выше пороговой температуры термоэлемента (Т) происходит необратимое изменение внешнего вида термоэлемента и диэлектрического термоиндикаторного корпуса в области данного контактного соединения. При последующем охлаждении поверхности зоны со сработавшим термоэлементом сохраняют свой внешний вид, в результате чего внешний вид всего УЭС не возвращается в первоначальное состояние. Тем самым обеспечивается возможность визуальной регистрации превышения температуры выше порогового значения температуры, как в момент перегрева, так и по истечению длительного времени.Then, the operating voltage is connected to the contacts of the terminal block. Until the entire surface of the device or individual conductor attachment units are heated to the threshold value of the thermoelement (T), the original appearance of the device is preserved. When one individual conductor attachment unit is heated above the threshold temperature of the thermoelement (T), an irreversible change in the appearance of the thermoelement and the dielectric thermo-indicator body in the area of this contact connection occurs. Upon subsequent cooling, the surfaces of the zone with the triggered thermoelement retain their appearance, as a result of which the appearance of the entire UES does not return to its original state. This ensures the possibility of visually registering the excess of temperature above the threshold temperature, both at the moment of overheating and after a long time.
Таким образом, УЭС по заявленной полезной модели могут использоваться для контроля температуры узлов крепления проводников. При визуальном осмотре таких УЭС можно достоверно и с высокой точностью зарегистрировать факт превышения температуры всех или каких-либо отдельных электрических соединений, что обеспечивает повышение безопасности эксплуатации электрооборудования, за счет за счет использования диэлектрического корпуса, по меньшей мере часть которого является термоиндикаторной.Thus, the UES according to the claimed utility model can be used to control the temperature of conductor fastening units. During a visual inspection of such UES, it is possible to reliably and with high accuracy register the fact of exceeding the temperature of all or any individual electrical connections, which ensures an increase in the safety of the operation of electrical equipment, due to the use of a dielectric housing, at least part of which is a temperature indicator.
Ниже представлены предпочтительные варианты осуществления заявленной полезной модели, которые являются иллюстрирующими и никак не ограничивают объем испрашиваемой правовой охраны.Below are presented preferred embodiments of the claimed utility model, which are illustrative and in no way limit the scope of the requested legal protection.
Пример 1Example 1
Изготовление УЭС. Изготавливают пружинную клеммную колодку (аналогично фиг. 1а), имеющую 3 приспособления для закрепления проводников, изолирующий корпус и 3 рычага пружинного механизма.Manufacturing of UES. A spring terminal block is manufactured (similar to Fig. 1a), having 3 devices for securing conductors, an insulating housing and 3 levers of the spring mechanism.
Изготовление термоэлементаManufacturing of a thermoelement
В качестве термочувствительного вещества для приготовления термоэлемента используют эйкозановую кислоту с температурой фазового перехода 70°С, в качестве жидкой фазы используют смесь метанола с метиловым эфиром этиленгликоля (50/50 об.%). Твердое органическое вещество массой 100 г измельчают до достижения размеров частиц 2-3 мкм, добавляют 200 г жидкой фазы и перемешивают, обеспечивая периодическое диспергирование смеси с доступом воздуха, до постоянной плотности смеси. Полученную суспензию используют для нанесения сразу после получения.Eicosanoic acid with a phase transition temperature of 70°C is used as a heat-sensitive substance for the preparation of the thermoelement; a mixture of methanol with ethylene glycol methyl ether (50/50 vol.%) is used as the liquid phase. A solid organic substance weighing 100 g is ground until the particle size reaches 2-3 μm, 200 g of the liquid phase is added and mixed, ensuring periodic dispersion of the mixture with air access, until the mixture has a constant density. The resulting suspension is used for application immediately after receipt.
Для получения слоистой структуры термоэлемента в качестве диэлектрического слоя используется ПВХ пленка черного цвета толщиной 0,1 мм, покрытая с тыльной стороны клеем постоянной липкости. В области, на которой будет располагаться термочувствительный компонент, с помощью сольвентных красителей наносят информационные элементы, показывающие численное значение пороговой температуры. Полученную заготовку размещают снизу УЭС таким образом, чтобы расстояние между приспособлениями для закрепления проводников и диэлектрическим слоем составляло 1,5 мм.To obtain a layered structure of the thermoelement, a black PVC film 0.1 mm thick, coated on the back with permanent adhesive, is used as a dielectric layer. In the area where the temperature-sensitive component will be located, information elements showing the numerical value of the threshold temperature are applied using solvent dyes. The resulting blank is placed below the UES so that the distance between the devices for fixing the conductors and the dielectric layer is 1.5 mm.
На лицевую поверхность диэлектрического слоя методом шелкографии наносят суспензию термочувствительного компонента в 5 слоев. После нанесения каждого слоя проводят сушку в течение 24 часов при комнатной температуре. Толщина полученного слоя термочувствительного компонента составляет при этом 1,45 мм. Далее термочувствительный компонент покрывают гладким прозрачным бесцветным защитным слоем, выполненным из ПВХ толщиной 0,05 мм, диэлектрический слой и защитный слой скрепляются за счет адгезионных свойств клеевого состава при пониженном давлении 26,7 кПа (200 мм рт.ст.).A suspension of the heat-sensitive component is applied to the front surface of the dielectric layer using the silk-screen printing method in 5 layers. After applying each layer, drying is carried out for 24 hours at room temperature. The thickness of the resulting layer of the heat-sensitive component is 1.45 mm. Then the heat-sensitive component is covered with a smooth transparent colorless protective layer made of PVC with a thickness of 0.05 mm, the dielectric layer and the protective layer are bonded due to the adhesive properties of the adhesive composition at a reduced pressure of 26.7 kPa (200 mm Hg).
Полученный термоэлемент в исходном состоянии имеет белый цвет, а его средняя толщина составляет 1,6 мм.The resulting thermoelement in its initial state is white in color, and its average thickness is 1.6 mm.
Срабатывание термоэлемента УЭС.Triggering of the UES thermoelement.
Полученное УЭС проверяют на надежность крепления проводников. Далее токопроводящую поверхность локально в области контактного соединения одного из проводников контролируемо нагревают со скоростью 5°С/мин до температуры 70°C с заданной точностью, прекращают нагрев и визуально фиксируют факт срабатывания термоэлемента, расположенного рядом с данным контактным соединением, по изменению цвета, а именно по увеличению прозрачности термочувствительного компонента с проявлением цвета диэлектрического слоя (аналогично фиг. 1д). Время, за которое происходит изменение внешнего вида термоэлемента, составляет 0,9 секунды. После охлаждения устройства до комнатной температуры визуально фиксируют, что возвращения исходного внешнего вида термоэлемента не происходит.The obtained resistivity is checked for the reliability of the conductor fastening. Then the conductive surface is locally heated in a controlled manner in the area of the contact connection of one of the conductors at a rate of 5°C/min to a temperature of 70°C with a given accuracy, the heating is stopped and the fact of the operation of the thermoelement located next to this contact connection is visually recorded by the change in color, namely by the increase in the transparency of the heat-sensitive component with the manifestation of the color of the dielectric layer (similar to Fig. 1d). The time during which the change in the appearance of the thermoelement occurs is 0.9 seconds. After cooling the device to room temperature, it is visually recorded that the return of the original appearance of the thermoelement does not occur.
Пример 2Example 2
Изготовление УЭСManufacturing of UES
Изготавливают винтовую клеммную колодку (аналогично фиг. 2), имеющую 4 приспособления для закрепления проводников, изолирующий корпус и защитный экран. Для изготовления корпуса используют прозрачные ПВХ гранулы, в которых равномерно распределен термочувствительный краситель, имеющий пороговую температуру 90°С. В исходном состоянии термочувствительный краситель имеет белый цвет, а при достижении пороговой температуры изменяет цвет на черный. Таким образом, весь корпус обладает термоиндикаторными свойствами, а цвет корпуса соответствует цвету термочувствительного красителя.A screw terminal block is manufactured (similar to Fig. 2), having 4 devices for fastening conductors, an insulating housing and a protective screen. Transparent PVC granules are used to manufacture the housing, in which a heat-sensitive dye with a threshold temperature of 90°C is uniformly distributed. In the initial state, the heat-sensitive dye is white, and when the threshold temperature is reached, it changes color to black. Thus, the entire housing has heat-indicating properties, and the color of the housing corresponds to the color of the heat-sensitive dye.
Срабатывание УЭСActivation of the UES
Полученное УЭС проверяют на надежность крепления проводников. Далее токопроводящую поверхность локально в области контактного соединения одного из проводников контролируемо нагревают со скоростью 5°С/мин до температуры 90°C с заданной точностью, прекращают нагрев и визуально фиксируют факт срабатывания части корпуса, расположенной рядом с данным контактным соединением, по изменению цвета с белого на черный (аналогично фиг. 2б). Время, за которое происходит изменение внешнего вида части корпуса, составляет 2, 3 секунды. После охлаждения устройства до комнатной температуры визуально фиксируют, что возвращения исходного цвета сработавшей части корпуса не происходит.The resulting UES is checked for the reliability of the conductor fastening. Then the conductive surface is locally heated in a controlled manner in the area of the contact connection of one of the conductors at a rate of 5°C/min to a temperature of 90°C with a given accuracy, the heating is stopped and the fact of the operation of the part of the housing located next to this contact connection is visually recorded by a change in color from white to black (similar to Fig. 2b). The time during which the appearance of the part of the housing changes is 2.3 seconds. After the device has cooled to room temperature, it is visually recorded that the original color of the part of the housing that has been operated does not return.
Claims (21)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU235318U1 true RU235318U1 (en) | 2025-06-30 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8187015B2 (en) * | 2007-05-03 | 2012-05-29 | Deringer-Ney, Inc. | Electrical connection apparatus |
| DE202018100092U1 (en) * | 2018-01-09 | 2018-01-15 | Alfons Rüschenbaum GmbH | Connection System |
| US10840686B1 (en) * | 2018-03-09 | 2020-11-17 | Elbex Video Ltd. | Method and apparatus for unlocking and removing electrical and IoT devices by a push and pull hand tool |
| RU224780U1 (en) * | 2024-01-24 | 2024-04-04 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Термоэлектрика" | Cable lug with the ability to irreversibly register heating above several threshold temperatures |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8187015B2 (en) * | 2007-05-03 | 2012-05-29 | Deringer-Ney, Inc. | Electrical connection apparatus |
| DE202018100092U1 (en) * | 2018-01-09 | 2018-01-15 | Alfons Rüschenbaum GmbH | Connection System |
| US10840686B1 (en) * | 2018-03-09 | 2020-11-17 | Elbex Video Ltd. | Method and apparatus for unlocking and removing electrical and IoT devices by a push and pull hand tool |
| RU224780U1 (en) * | 2024-01-24 | 2024-04-04 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Термоэлектрика" | Cable lug with the ability to irreversibly register heating above several threshold temperatures |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5723474B1 (en) | Temperature control material | |
| RU235318U1 (en) | A device for electrically connecting two or more conductors, made in a dielectric heat-sensitive housing | |
| RU235271U1 (en) | A device for electrically connecting two or more conductors with thermal indicator insulation | |
| RU235272U1 (en) | A device for electrically connecting two or more conductors with a self-diagnostic function | |
| RU236986U1 (en) | Multi-temperature irreversible temperature indicator with color transition "white-black", with temperature indicator scale and additional large temperature-sensitive element | |
| JP2788693B2 (en) | Terminal block | |
| RU231560U1 (en) | Irreversible two-temperature thermal indicator for assessing the condition and identifying critical defects of small units of operating equipment | |
| RU224982U1 (en) | Cable lug with temperature indicator properties | |
| RU235212U1 (en) | Multi-temperature irreversible thermoindicator with a thermoindicator scale and an additional large thermosensitive element, designed with the ability to register short-term heating | |
| RU234075U1 (en) | Multi-temperature irreversible temperature indicator with temperature indicator scale and additional large temperature-sensitive element with different color transition | |
| RU235213U1 (en) | Multi-temperature irreversible thermo-indicator with thermo-indicator scale and additional large fusible thermo-sensitive element | |
| RU224780U1 (en) | Cable lug with the ability to irreversibly register heating above several threshold temperatures | |
| RU2836142C1 (en) | Multi-temperature irreversible thermal indicator with thermal indicator scale and additional large temperature-sensitive element | |
| RU232413U1 (en) | Multi-temperature irreversible temperature indicator with temperature indicator scale and additional temperature-sensitive element with different color transition | |
| RU233260U1 (en) | Thermal indicator with thin petals for installation on small cross-section wires | |
| RU233390U1 (en) | Thermal indicator with transparent petals for installation on small cross-section wires | |
| RU223356U1 (en) | Thermal indicator clip for recording short-term overheating | |
| JP2009139101A (en) | Temperature management indicator and temperature management method using the same | |
| RU2800396C1 (en) | Device for visual registration of temperature rise and method of its manufacture (versions) | |
| RU223350U1 (en) | Halogen-containing temperature indicator clip | |
| RU2838775C1 (en) | Thermal indicator tape roller | |
| WO2025159661A1 (en) | Cable terminal capable of irreversibly indicating heating | |
| RU2831935C1 (en) | Irreversible and non-return gas-filled hot-melt element and thermal indicator containing it | |
| RU220377U1 (en) | Irreversible temperature indicator | |
| RU2838900C1 (en) | Thermal indicator sticker with gas-filled hot-melt material for control of heating of hot surfaces and methods of its production (versions) |