PL199074B1 - Ochronnik przepięciowy - Google Patents

Abstract

Ochronnik przepi eciowy ma obudow e oraz dwa wyprowadzone z obudowy przy lacza pr adowe (16, 17) i co najmniej jeden, umieszczony w obudowie (1, 2) ochronnika, p lytkowy warystor z dwoma, usytuowa- nymi czo lowo, punktami styku. Ka zdy z punktów styku jest po laczony w sposób przewodz acy pr ad elektrycz- ny z jednym z obu przy laczy pr adowych (16, 17). Warystor zawiera niemetalizowan a czesc aktywn a (12) oraz dwa, dociskane do czo lowych powierzchni czesci aktywnej (12) dla wytworzenia styku elek- trycznego, elastyczne elementy stykowe (11, 13). Czo lowe powierzchnie (12a, 12b) mog a byc p lasko- równoleg le, wypuk le lub wkl esle. W przypadku wy- maganej p lasko-równoleglo sci mog a by c nachylone wzgl edem siebie pod niewielkim k atem. Elastyczne elementy stykowe (11, 13) i niemetalizowane po- wierzchnie czo lowe (12a, 12b) umo zliwiaj a w ka zdym przypadku dobry styk elektryczny. Poniewa z przy wytwarzaniu czesci aktywnej mo zna stosowa c do sc szerokie granice tolerancji geometrycznych, koszty wytwarzania ochronnika przepi eciowego s a wyj atko- wo niskie. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ochronnik przepięciowy.

W ochronniku przepię ciowym dla urzą dzeń niskiego napię cia, znanym z niemieckiego opisu patentowego nr DE 19545505 C1, warystor z termicznym urządzeniem odłączającym w postaci listwy bezpiecznikowej i wyzwalacz termiczny z topliwym stopem eutektycznym pozostają względem siebie w przewodzą cym ciepł o połączeniu, które przy niedopuszczalnym nagrzaniu warystora powoduje odcięcie wyzwalacza termicznego i pod działaniem sprężyny wskazuje na uszkodzenie. Listwa bezpiecznikowa z zadanymi miejscami pękania, wytrzymała na prądy udarowe, jest usytuowana wewnątrz obudowy bezpiecznika i topi się w przypadku wyzwolenia, przy czym likwiduje ona zamocowanie wskaźnika uszkodzenia wewnątrz obudowy bezpiecznika. Usytuowany poza obudową bezpiecznika wyzwalacz termiczny składa się z drutu sygnalizacyjnego, który utrzymuje wskaźnik uszkodzenia w pozycji „brak wskazań” i przy stopieniu listwy bezpiecznikowej jest oddzielany lub topi się pod wpływem prądu zwarciowego. Koszty wytwarzania tego ochronnika przepięciowego są stosunkowo wysokie.

Celem wynalazku jest zaproponowanie ochronnika przepięciowego opisanego na wstępie rodzaju, który jest prosty i tani do wykonania, a jednocześnie odznacza się bardzo dobrymi parametrami roboczymi.

Ochronnik przepięciowy z obudową, dwoma wyprowadzonymi z obudowy przyłączami prądowymi i co najmniej jednym, umieszczonym w obudowie, płytkowym warystorem z dwoma, usytuowanymi czołowo, punktami styku, z których każdy jest połączony w sposób przewodzący prąd elektryczny z jednym z obu przyłączy prądowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że warystor zawiera niemetalizowaną część aktywną oraz dwa, dociskane do czołowych powierzchni części aktywnej dla wytworzenia styku elektrycznego, elastyczne elementy stykowe.

Korzystnie co najmniej jeden z obu elementów stykowych ma postać płytki grafitowej.

Korzystnie część aktywna nie jest pasywowana lub jest pasywowana na krawędziach.

Korzystnie część aktywna ma na krawędziach pierścień.

Korzystnie pierścień jest o tyle wyższy od części aktywnej, że stanowi on krawędziowe ograniczenie dla ustalenia pozycji elementów stykowych.

Korzystnie pierścień jest z dielektrycznego elastomeru, zwłaszcza silikonu.

Korzystnie przy wstawionym w elektryczne połączenie między pierwszym z obu elementów stykowych i pierwszym z obu przyłączy prądowych oraz ukształtowanym w postaci złącza topliwego przerywaczu prądu i zasilanym napięciem wstępnym przy zamkniętym przerywaczu prądu oraz widocznym przy otwartym przerywaczu prądu przyrządzie do wskazywania uszkodzeń, złącze topliwe jest ukształtowane w płytkowym elemencie przerywacza prądu, dociśniętym do pierwszego elementu stykowego z utworzeniem sił y styku.

Korzystnie płytkowy element jest dociskany rowkowaną powierzchnią do powierzchni styku.

Korzystnie złącze topliwe ma kształt punktowy lub pierścieniowy.

Korzystnie obudowa ochronnika jest w przeważającym stopniu osiowo-symetryczna i ma dwie, połączone ze sobą siłowo z utworzeniem docisku stykowego i napięcia wstępnego, części obudowy, z których w pierwszej ukształtowany jest otwór do przeprowadzenia pierwszego przyłącza prądowego i zawierającej powierzchnię sygnalizacyjną części przyrządu do wskazywania uszkodzeń, zaś w drugiej ukształtowany jest otwór do przeprowadzenia drugiego przyłącza prądowego.

Korzystnie obie części obudowy są połączone ze sobą zatrzaskowo.

Korzystnie naprężenie wstępne jest wytwarzane za pomocą wspartej pomiędzy płytkowym elementem i przyrządem do wskazywania uszkodzeń, pierwszej sprężyny naciskowej, zaś siła styku jest wytwarzana za pomocą działającej na drugi element stykowy, drugiej sprężyny naciskowej.

Korzystnie druga sprężyna naciskowa jest spięta giętkimi elementami zwarciowymi.

Korzystnie obudowa ochronnika jest ze światłoodpornego, wzmacnianego mechanicznie poliamidu.

W ochronniku przepięciowym według wynalazku warystor zawiera niemetalizowaną część aktywną oraz dwa, dociskane do czołowych powierzchni części aktywnej dla wytworzenia styku elektrycznego, elastyczne elementy stykowe, korzystnie z grafitu. Środki te zapewniają dobry przepływ prądu przy dość równomiernej jego gęstości pomiędzy częścią aktywną i wytwarzającymi docisk stykowy, sztywnymi elementami stykowymi, które są połączone w sposób przewodzący prąd elektryczny z przyłączami prą dowymi ochronnika przepię ciowego. Nawet wówczas, gdy czoł owe powierzchnie części aktywnej nie są względem siebie dokładnie równoległe, lecz są nieco wklęsłe lub wypukłe, lub też nachylone względem siebie pod małym kątem, osiąga się bardzo dobre parametry robocze.

PL 199 074 B1

Dla określonych przykładów wykonania ochronnika przepięciowego wystarcza, jeżeli część aktywna nie jest pasywowana.

Znaczną stabilność ochronnika przepięciowego w długim czasie osiągana jest wówczas, gdy część aktywna warystora jest pasywowana na krawędziach, co można zrealizować za pomocą umieszczonej na krawędzi warystora izolacji elektrycznej ze szkła, lakieru epoksydowego, względnie za pomocą naciągniętego na krawędź warystora pierścienia gumowego lub silikonowego. Jeżeli elementem pasywującym jest pierścień i pierścień ten jest wyższy niż część aktywna i/lub pierścień ma wyraźny profil, wówczas można go wykorzystać do ustalania pozycji elastycznych elementów stykowych.

Jeżeli ochronnik przepięciowy według wynalazku zawiera przerywacz prądu w postaci złącza topliwego oraz zasilany napięciem wstępnym przy zamkniętym przerywaczu prądu oraz widoczny przy otwartym przerywaczu prądu przyrząd do wskazywania uszkodzeń, wówczas korzystne jest, jeżeli złącze topliwe jest ukształtowane w płytkowym elemencie przerywacza prądu, dociśniętym do jednego z obu elementów stykowych warystora z utworzeniem siły styku, ponieważ w tym przypadku zapewniony jest dobry transport ciepła z warystora do złącza topliwego, a co za tym idzie, niezawodne wyzwalanie przerywacza prądu.

Wyjątkowo niskie koszty wytwarzania ochronnika przepięciowego według wynalazku osiąga się wówczas, gdy obudowa ochronnika jest w przeważającym stopniu osiowo-symetryczna i ma dwie, połączone ze sobą siłowo z utworzeniem docisku stykowego i napięcia wstępnego, części, z których w pierwszej ukształtowany jest otwór do przeprowadzenia pierwszego przyłącza prądowego i zawierającej powierzchnię sygnalizacyjną części przyrządu do wskazywania uszkodzeń, zaś w drugiej ukształtowany jest otwór do przeprowadzenia drugiego przyłącza prądowego. Przy wytwarzaniu tego ochronnika trzeba jedynie elementy prefabrykowane, jak armatura przyłączeniowa względnie element składowy, zawierający tę armaturę, przyrząd do wskazywania uszkodzeń i napięty wstępnie przerywacz prądu, jeden z elastycznych elementów stykowych, część aktywną, następny element stykowy, połączony z nim ewentualnie element przenoszący prąd oraz wytwarzająca siłę styku sprężyna naciskowa, włożyć w mającą kształt zbliżony do rurowego, część obudowy i zamocować włożone elementy z wytworzeniem siły styku poprzez zatrzaskowe zamocowanie drugiej kołpakowej części obudowy, zawierającej drugą armaturę przyłączeniową.

Tak ukształtowany ochronnik przepięciowy można zatem wytwarzać bardzo szybko i przy użyciu bardzo prostych środków, zwłaszcza lokalnie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ochronnik przepięciowy dla niskiego napięcia z przerywaczem prądu z punktowym wyzwalaczem termicznym, w przekroju poprzecznym, zaś fig. 2 - wyzwalacz prądu z pierścieniowym wyzwalaczem termicznym dla ochronnika przepięciowego z fig. 1.

Na figurach te same elementy są oznaczone jednakowymi odnośnikami. Na fig. 1 ukazany jest przekrój ochronnika przepięciowego z dwuczęściową, w przeważającej mierze osiowo-symetryczną obudową z tworzywa sztucznego, korzystnie ze światłoodpornego, wzmacnianego mechanicznie poliamidu. Korzystnie wzmocnienie można osiągnąć poprzez zastosowanie wypełniacza, korzystnie w postaci kulek szklanych. W zazwyczaj rurowej części 2 obudowy znajduje się wewnętrzne wybranie 18 do zamocowania elementu zatrzaskowego 1a części 1 obudowy, mającej postać kołpaka izolacyjnego, który z jednej strony jest połączony na stałe z metalicznym przyłączem prądowym 16, z drugiej zaś poprzez pierścień uszczelniający 9 o przekroju kołowym połączony wodoszczelnie z częścią 2 obudowy. W przybliżeniu płytkowy element 7 przenoszący prąd jest połączony dociskowo i w sposób przewodzący prąd, za pomocą metalowej, przewodzącej prąd elektryczny sprężyny naciskowej 4, z zestykiem 16 przyłącza prądowego. Sprężyna naciskowa 4 wywiera na element 7 przenoszący prąd zadaną siłę, równą na przykład 200 N; jest ona celem zwarcia jej indukcji spięta od zewnątrz giętkimi elementami zwarciowymi 4a z ocynowanej miedzi.

Łożysko oporowe 19 w postaci wewnętrznego pierścieniowego odsądzenia w części 2 obudowy umożliwia krawędziowe przyleganie w przybliżeniu płytkowego, elementu 7 przenoszącego prąd, należącego do przerywacza prądu, który za pomocą centralnego, punktowego względnie walcowo-kołowego złączą topliwego 15, korzystnie lutu srebrnego, o zadanej temperaturze topnienia w przedziale temperatur zazwyczaj od 140 do 300°C, przykładowo 180°C, jest połączony na stałe z wykonaną w postaci gwintowanego kołka 8a, przewodzącą prąd częścią przerywacza prądu. Kołek 8a jest wkręcony w gwintowany otwór 17a przyłącza prądowego 17 i tym samym połączony z nim elektrycznie. Zamiast tego styku śrubowego można również zastosować stały, przewodzący prąd elektryczny zestyk jednoczęściowy (nie przedstawiony). Wewnątrz części 2 obudowy pomiędzy przerywaczem

PL 199 074 B1 prądu i przyłączem prądowym 17 umieszczone jest elektroizolacyjny, kołowo-symetryczny przyrząd 3 do wskazywania uszkodzeń z zewnętrzną powierzchnią sygnalizacyjną 3a, korzystnie z materiału fosforyzującego i/lub fluorescencyjnego, umożliwiającego wykrywanie błędów nawet w warunkach złej widoczności. W roboczym stanie ochronnika przepięciowego przyrząd do wskazywania uszkodzeń przylega z jednej strony kołnierzem do należącego do przerywacza prądu, elementu 8 przenoszącego prąd; z drugiej strony przylega on wodoszczelnie za pomocą pierścienia uszczelniającego 10 o przekroju kołowym do końcówki części 2 obudowy i zestyku 17 przyłącza prądowego. W wybraniu przyrządu 3 do wskazywania uszkodzeń umieszczona jest sprężyna naciskowa 5 o sile napięcia mniejszej niż siła sprężyny naciskowej 4, na przykład 50 N. Sprężyna naciskowa 5 jest wsparta z jednej strony na przyrządzie 3 do wskazywania uszkodzeń, z drugiej zaś na elemencie 8 przerywacza prądu.

Element 7 przenoszący prąd, poprzez rowkowaną powierzchnię i wykonany korzystnie w postaci płytki grafitowej, elastyczny element stykowy 13, pozostaje w dobrze przewodzącym połączeniu dociskowym z czołową powierzchnią 12a płytkowej części aktywnej warystora. Element 8 przenoszący prąd, poprzez rowkowaną powierzchnię i wykonany również w postaci płytki grafitowej, elastyczny element stykowy 13, pozostaje w dobrze przewodzącym połączeniu dociskowym z czołową powierzchnią 12b części aktywnej 12. Sprężyna naciskowa 4 dociska przy tym część aktywną warystora poprzez element 7 przenoszący prąd do łożyska oporowego 19 na części 2 obudowy. Rowkowane stykowe powierzchnie przylegania elementów 7, 8 przenoszących prąd powodują równomierne przenoszenie siły na elastyczne elementy stykowe 11, 13 względnie dobry transport ciepła z części aktywnej 12 do elementu 8 przenoszącego prąd, stanowiącego część przerywacza prądu. Element 8 przenoszący prąd jest w środku swej użebrowanej powierzchni połączony na stałe z elastycznym elementem stykowym 11 za pomocą kropli 14 kleju szybkoschnącego („sekundowego”).

Część aktywna 12, korzystnie z tlenku metalu, zwłaszcza na bazie tlenku cynku, nie jest metalizowana na swych powierzchniach czołowych 12a, 12b. Na krawędziach jest ona pokryta względnie osłonięta dielektrycznym środkiem pasywującym, jak elektryczna izolacja ze szkła lub lakieru epoksydowego względnie pierścieniem 6, korzystnie z dielektrycznego elastomeru, zwłaszcza silikonu. Pierścień 6 jest nieco wyższy niż część aktywna 12 warystora, w związku z czym stanowi on zarazem element centrujący dla elastycznych elementów stykowych 11, 13 i części aktywnej 12.

W normalnym stanie roboczym ochronnik przepięciowy ma dużą oporność omową. Przy niebezpiecznych przepięciach, spowodowanych przykładowo wyładowaniami atmosferycznymi lub procesami przełączania, oporność elektryczna warystora spada wraz ze wzrostem napięcia elektrycznego i je ogranicza. Jeżeli temperatura warystora z powodu przeciążenia rośnie, przy czym osiągana jest temperatura topnienia złącza topliwego 15, wówczas następuje otwarcie tego złącza. Sprężyna naciskowa 5 dociska teraz przyrząd 3 do wskazywania uszkodzeń wraz z zestykiem 17 przyłącza prądowego w kierunku strzałki 21 w prawo aż do momentu, gdy krawędziowy kołnierz przyrządu 3 do wskazywania uszkodzeń, który uprzednio przylegał do elementu 8 przerywacza prądu, dojdzie do powierzchni przylegania względnie do łożyska oporowego 20 części 2 obudowy. Powoduje to przerwanie przepływu niekorzystnie dużego prądu przez warystor i odsłonięcie powierzchni sygnalizacyjnej 3a przyrządu 3 poza częścią 2 obudowy (nie przedstawione). To przerwanie prądu prowadzi do ustalenia trwałego, określonego stanu, w którym nie występują żadne swobodnie zwisające przyłącza i uszkodzenia spowodowane przerwą. Ochronnik przepięciowy można montować w chronionym urządzeniu elektrycznym w dowolnym położeniu, przy czym co najmniej jeden z obu zestyków 16, 17 przyłączy prądowych musi być podłączony elastycznie.

Na figurze 2 ukazany jest, należący do przerywacza prądu, element 8 przenoszący prąd z ułożonym pierścieniowo wokół jego środka złączem topliwym 15a zamiast punktowego złącza topliwego 15 z fig. 1. Zaopatrzony w to złącze topliwe przerywacz prądu ma zaletę w postaci możliwości bardziej precyzyjnego ustawiania przerywania prądu, ponieważ obszar topliwy 15a nie jest połączony bezpośrednio z gwintowanym kołkiem 8a, działającym jak element odprowadzający ciepło.

Rozumie się, że ochronnik przepięciowy może być również wyposażony w kilka warystorów 12 (nie przedstawiono). Ich czołowe powierzchnie 12a, 12b mogą być nie tylko płasko-równoległe, lecz przykładowo także wypukłe lub wklęsłe (nie przedstawiono). Elastyczny element stykowy 11, 13 i niemetalizowane czołowe powierzchnie 12a, 12b zapewniają dobry styk elektryczny.

Claims (15)

1. Ochronnik przepięciowy z obudową, dwoma wyprowadzonymi z obudowy przyłączami prądowymi i co najmniej jednym, umieszczonym w obudowie, płytkowym warystorem z dwoma, usytuowanymi czołowo, punktami styku, z których każdy jest połączony w sposób przewodzący prąd elektryczny z jednym z obu przyłączy prądowych, znamienny tym, że warystor zawiera niemetalizowaną część aktywną (12) oraz dwa, dociskane do czołowych powierzchni części aktywnej (12) dla wytworzenia styku elektrycznego, elastyczne elementy stykowe (11, 13).

2. Ochronnik przepię ciowy według zastrz. 1, znamienny tym, ż e co najmniej jeden z obu elementów stykowych (11, 13) ma postać płytki grafitowej.

3. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że część aktywna (12) nie jest pasywowana.

4. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że część aktywna (12) jest pasywowana na krawędziach.

5. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 4, znamienny tym, że część aktywna (12) ma na krawędziach pierścień (6).

6. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 5, znamienny tym, że pierś cień (6) jest o tyle wyższy od części aktywnej (12), że stanowi on krawędziowe ograniczenie dla ustalenia pozycji elementów stykowych (11, 13).

7. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 5, albo 6, znamienny tym, że pierścień (6) jest z dielektrycznego elastomeru, zwł aszcza silikonu.

8. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienny tym, że przy wstawionym w elektryczne połączenie między pierwszym (13) z obu elementów stykowych (11, 13) i pierwszym (17) z obu przyłączy prądowych (16, 17) oraz ukształtowanym w postaci złącza topliwego przerywaczu prądu i zasilanym napięciem wstępnym przy zamkniętym przerywaczu prądu oraz widocznym przy otwartym przerywaczu prądu przyrządzie (3) do wskazywania uszkodzeń, złącze topliwe (15, 15a) jest ukształtowane w płytkowym elemencie (8) przerywacza prądu, dociśniętym do pierwszego elementu stykowego (13) z utworzeniem siły styku.

9. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 8, znamienny tym, że płytkowy element (8) jest dociśnięty rowkowaną powierzchnią do powierzchni elementu stykowego (13).

10. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 8, albo 9, znamienny tym, że złącze topliwe (15, 15a) ma kształt punktowy lub pierścieniowy.

11. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 8, albo 9, albo 10, znamienny tym, że obudowa ochronnika jest w przeważającym stopniu osiowo-symetryczna i ma dwie, połączone ze sobą siłowo z utworzeniem docisku stykowego i napięcia wstępnego, części (1, 2) obudowy, z których w pierwszej (2) ukształtowany jest otwór do przeprowadzenia pierwszego przyłącza prądowego (17) i zawierającej powierzchnię sygnalizacyjną (3a) części przyrządu (3) do wskazywania uszkodzeń, zaś w drugiej (1) ukształtowany jest otwór do przeprowadzenia drugiego przyłącza prądowego (16).

12. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 11, znamienny tym, że obie części (1, 2) obudowy są połączone ze sobą zatrzaskowo.

13. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 12, znamienny tym, że naprężenie wstępne jest wytwarzane za pomocą wspartej pomiędzy płytkowym elementem (8) i przyrządem (3) do wskazywania uszkodzeń, pierwszej sprężyny naciskowej (5), zaś siła styku jest wytwarzana za pomocą działającej na drugi element stykowy (11), drugiej sprężyny naciskowej (4).

14. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 13, znamienny tym, że druga sprężyna naciskowa (4) jest spięta giętkimi elementami zwarciowymi (4a).

15. Ochronnik przepięciowy według zastrz. 10, albo 11, albo 12, albo 13, albo 14, znamienny tym, że obudowa ochronnika jest ze światłoodpornego, wzmacnianego mechanicznie poliamidu.