Устройство для защиты электрооборудования
DEVICE FOR PROTECTION OF ELECTRICAL EQUIPMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается устройства для защиты электрооборудования, содержащего систему отсоединения активного компонента устройства с визуальным индикатором.
Уровень техники
Варистор представляет собой активный компонент устройства для зашиты электрооборудования, например, разрядника молниезащиты. Современные варисторы или переменные сопротивления содержат керамический блок, например, состоящий из оксида цинка и спеченный в единое целое, имеющий нелинейную вольтамперную характеристику: по превышении определенного порогового напряжения импеданс варистора резко падает, что обеспечивает возможность сброса тока после скачка напряжения. По возвращении напряжения к нормальному уровню импеданс варистора снова приобретает значение, соответствующее режиму ожидания.
Разрядник молниезащиты обычно содержит один или несколько варисторов, установленных в картридже (сменном элементе), который также содержит соединительный элемент, обеспечивающий возможность их электрического соединения с защищаемым электрооборудованием.
Во избежание повреждений, вызываемых неисправностями и явлениями аномального нагрева варисторов последние должны быть оснащены системой отсоединения. Такое решение приводит к необходимости оборудования разрядников молниезащиты системами индикации подсоединенного и отсоединенного состояния варисторов.
Известно использование систем индикации, содержащих электрические лампы, установленные параллельно с варисторами. Применение электрических ламп вызывает постоянное расходование энергии.
Также известно использование механических систем индикации, требующих использования нескольких дорогостоящих и громоздких элементов, что приводит к возникновению опасности блокирования механизма.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в устранении всех или некоторых из указанных недостатков.
Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением предлагается устройство для защиты электрооборудования, содержащее изолирующий корпус, электрически ограничивающий внутренний кожух, причем защитное устройство содержит первый стыковочный элемент и второй стыковочный элемент, предназначенные для состыковки защитного устройства с электрооборудованием, и содержит расположенные внутри внутреннего кожуха:
- первый участок электрического контура, соединенный с первым стыковочным элементом, и второй участок электрического контура, соединенный со вторым стыковочным элементом;
- варистор, содержащий первый вывод, электрически соединенный с первым участком электрического контура, и второй вывод;
- систему отсоединения для отсоединения варистора, содержащую соединительный элемент, выполненный с возможностью обеспечения электрического соединения второго вывода варистора со вторым участком электрического контура, причем соединительный элемент содержит подвижную часть, выполненную с возможностью нахождения в положении контакта, в котором соединительный элемент электрически соединен со вторым выводом варистора, и в открытом положении, в котором соединительный элемент электрически изолирован от второго вывода варистора;
- индикатор отсоединения;
отличающееся тем, что индикатор отсоединения прикреплен с возможностью перемещения к подвижной части соединительного элемента, а индикатор отсоединения и изолирующий корпус имеют первую конфигурацию, которая соответствует положению контакта подвижной части соединительного элемента, и вторую конфигурацию, которая соответствует открытому положению подвижной части соединительного элемента, причем положение индикатора отсоединения относительно изолирующего корпуса в первой конфигурации визуально отличается извне изолирующего корпуса от положения индикатора отсоединения относительно изолирующего корпуса во второй конфигурации.
В соответствии с одним из аспектов изобретения относительное перемещение между индикатором отсоединения и подвижной частью соединительного элемента отсутствует.
Благодаря конструкции по изобретению индикатор подсоединенного или отсоединенного состояния активного компонента встроен в систему отсоединения и, таким образом, имеет ограниченные размеры. Кроме того, перемещение подвижной части соединительного элемента и, следовательно, индикатора отсоединения, из положения контакта в закрытое положение происходит без трения. Таким образом, износ материалов и опасность блокирования, вызываемые таким перемещением, ограничены. Наконец, индикатор такого типа не вызывает дополнительного энергопотребления.
В соответствии с дополнительными характеристиками устройства для защиты электрооборудования:
- защитное устройство содержит электрически изолирующий монтажный участок, содержащий приемный кожух для приема соединительного элемента и прикрепленный с возможностью перемещения к соединительному элементу;
- монтажный участок содержит подвижную часть, предназначенную для размещения подвижной части соединительного элемента;
- индикатор отсоединения выполнен в виде единого целого с монтажным участком, в результате чего индикатор отсоединения прикреплен к монтажному участку и, таким образом, прикреплен с возможностью перемещения к соединительному элементу;
- соединительный элемент является деформируемым;
- монтажный участок является деформируемым;
- возвратный элемент обеспечивает возможность перехода подвижной части соединительного элемента из положения контакта в открытое положение;
- возвратный элемент представляет собой пружину;
- в положении контакта подвижная часть соединительного элемента механически прикреплена ко второму выводу варистора;
- механическое крепление подвижной части соединительного элемента ко второму выводу варистора обеспечено путем припаивания удерживающего элемента;
- удерживающий элемент расплавляться при пороговой температуре, причем пороговая температура соответствует температуре аномального нагрева варистора;
- при достижении варистором пороговой температуры происходит расплавление удерживающего элемента, и возвратный элемент перемещает подвижную часть соединительного элемента из положения контакта в открытое положение;
- изолирующий корпус содержит смотровой участок, расположенный напротив индикатора отсоединения, позволяющий оператору узнавать положение подвижной части соединительного элемента;
- индикатор разъединения содержит первый участок, видимый извне изолирующего корпуса в первой конфигурации, и второй участок, видимый извне изолирующего корпуса во второй конфигурации, причем первый участок и второй участок визуально различны;
- первый участок и второй участок индикатора отсоединения имеют разные цвета, что позволяет оператору отличать положение контакта от открытого положения;
- в первой конфигурации у смотрового участка расположен первый участок индикатора отсоединения, а во второй конфигурации у смотрового участка расположен второй участок индикатора отсоединения;
- смотровой участок представляет собой отверстие в изолирующем корпусе;
- смотровой участок представляет собой прозрачный участок изолирующего корпуса;
- соединительный элемент электрически соединен со вторым участком электрического контура;
- соединительный элемент содержит неподвижную часть, посредством которой он соединен со вторым участком электрического контура;
- изолирующий корпус содержит заднюю сторону, предназначенную для установки на опору, и переднюю сторону, противоположную передней стороне, причем передняя и задняя стороны ограничивают внутренний кожух в первом размерном направлении;
- варистор и система отсоединения расположены во внутреннем кожухе изолирующего корпуса и выровнены вдоль второго размерного направления внутреннего кожуха, поперечного первому размерному направлению, причем под поперечным размерным направлением понимают размерное направление, ориентированное под углом от 60° до 120° к первому размерному направлению;
- второе размерное направление предпочтительно ориентировано под углом от 70° до 110° к первому размерному направлению;
- второе размерное направление предпочтительно ориентировано под углом от 80° до 100° к первому размерному направлению;
- второе размерное направление предпочтительно ориентировано перпендикулярно первому размерному направлению;
- варистор и система отсоединения расположены во внутреннем кожухе изолирующего корпуса и выровнены вдоль второго размерного направления;
- сторона изолирующего корпуса определяет границу изолирующего корпуса во втором размерном направлении и служит для образования нижней стороны защитного устройства после его установки на, по существу, вертикальную опору, так, что второе размерное направление, по существу, является вертикальным;
- первый участок электрического контура и второй участок электрического контура проходят вдоль второго размерного направления во внутреннем кожухе изолирующего корпуса;
- первый участок электрического контура и второй участок электрического контура проходят напротив задней стороны изолирующего корпуса;
- нижняя сторона содержит первое отверстие, в которое может быть вставлен первый стыковочный элемент, и второе отверстие, в которое может быть вставлен второй стыковочный элемент;
- изолирующий корпус содержит жесткую верхнюю сторону, противоположную нижней стороне;
- изолирующий корпус содержит две взаимно противоположные жесткие боковые стороны;
- изолирующий корпус имеет, по существу, форму параллелепипеда; изолирующий корпус образован из двух полуоболочек, сомкнутых воедино;
- зона контакта полуоболочек герметичным образом пересекает верхнюю сторону;
- первый и второй стыковочные элементы расположены рядом друг с другом;
- первый и второй контактные элементы соответствуют фазе и нулю в произвольном порядке;
- первый и второй проводящие элементы представляют собой провода с винтами;
- первый и второй проводящие элементы представляют собой выходные выводы с винтами;
- защитное устройство содержит третий стыковочный элемент;
- третий стыковочный элемент соответствует нулю;
- третий стыковочный элемент содержит проводящий элемент;
- проводящий элемент представляет собой провод с винтами;
- проводящий элемент представляет собой выходной вывод с винтами;
- нижняя сторона изолирующего корпуса содержит третье отверстие, в которое может быть вставлен третий стыковочный элемент;
- первый, второй и третий стыковочные элементы расположены на одной и той же стороне изолирующего корпуса;
- варистор содержит первую электрическую стыковочный лапку, вторую электрическую стыковочную лапку и активное тело, содержащее первую сторону и вторую сторону;
- первая сторона и вторая сторона варистора взаимно противоположны;
- и первая, и вторая стыковочная лапка содержит проводящую дорожку, электрически соединенную с активным телом варистора;
- первая стыковочная лапка содержит первый участок, проходящий напротив первой стороны активного тела, и второй участок, электрически соединенный с первым участком электрического контура;
- вторая стыковочная лапка содержит первый участок, расположенный напротив второй стороны активного тела, электрически соединенный с соединительным элементом, электрически соединенным со вторым участком электрического контура, и второй участок, расположенный на расстоянии от первого участка и второго участка электрического контура;
- устройство содержит электрически изолированный монтажный элемент, содержащий монтажный участок, содержащий кожух для приема соединительного элемента, и второй монтажный участок, содержащий кожух для приема варистора;
- второй монтажный участок образован в виде единого целого с монтажным участком, содержащим кожух для приема соединительного элемента;
- возвратный элемент расположен между монтажным участком, принимающим соединительный элемент, и вторым монтажным участком;
- второй монтажный участок содержит кожух для приема второго участка второй соединительной лапки;
- активное тело варистора, первая стыковочная лапка и вторая стыковочная лапка снабжены электроизолирующим покрытием;
- изолирующее покрытие содержит первое отверстие на втором участке первой стыковочной лапки, и второе отверстие на втором участке второй стыковочной лапки;
- второй участок первой стыковочной лапки электрически соединен с первым участком электрического контура в первом отверстии, образуя первый вывод варистора;
- второй участок первой стыковочной лапки проходит вдоль первого размерного направления;
- второй участок второй стыковочной лапки проходит вдоль второго размерного направления, поперечного относительно первого размерного направления;
- покрытие содержит третье отверстие на первом участке второй стыковочной лапки;
- первый участок второй стыковочной лапки соединен с системой отсоединения в третьем отверстии, образуя второй вывод варистора;
- второй участок первой стыковочной лапки проходит вдоль первого размерного направления;
- второй участок второй стыковочной лапки проходит вдоль второго размерного направления.
Краткое описание чертежей
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания и прилагаемых чертежей.
- На фиг. 1 представлено в виде с частичным разрезом устройство для защиты электрооборудования.
- На фиг. 2 представлены элементы, расположенные во внутреннем кожухе изолирующего корпуса.
- На фиг. 3 представлен варистор и система отсоединения в положении контакта.
- На фиг. 4 представлен варистор и система отсоединения в открытом положении.
Одинаковые или аналогичные ссылочные обозначения на всех чертежах обозначают одинаковые или аналогичные элементы или комплексы элементов.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлено устройство 1 для защиты электрооборудования, предназначенное для установки на опору (не представлена), например, DIN-рейку, внутри электрического шкафа с ориентацией в, по существу, вертикальном направлении. Защитное устройство 1 содержит электроизолирующий корпус 3, имеющий, по существу, форму параллелепипеда. Изолирующий корпус 3 содержит заднюю сторону 3а, предназначенную для крепления к опоре. Кроме того, изолирующий корпус 3 содержит переднюю сторону 3b, противоположную задней стороне 3a, доступную для визуального наблюдения после установки устройства на опору. Передняя сторона 3b и задняя сторона 3a ограничивают внутренний кожух 5 в размерном направлении D1. Изолирующий корпус содержит сторону 3c, которая образует нижнюю сторону изолирующего корпуса 3 после установки защитного устройства 1 на опору, т.е. в рабочем положении. Жесткая сторона 3d, противоположная стороне 3c, образует верхнюю сторону изолирующего корпуса 3 после установки защитного устройства 1 на опору. Стороны 3c и 3d определяют второе размерное направление D2. Второе размерное направление D2, по существу, перпендикулярно первому размерному направлению D1. Изолирующий корпус 3 также содержит жесткие взаимно противоположные стороны 3e.
Как показано на фиг. 2, внутренний кожух 5 содержит печатную плату 7, содержащую два участка электрического контура или проводящих дорожки 7а, 7b, представленные на фиг. 3 и 4. Кроме того, внутренний кожух 5 содержит активный компонент, в данном случае варистор, электрически соединенный с системой 11 отсоединения. Первая проводящая дорожка 7а электрически соединена с варистором 9, а вторая проводящая дорожка 7b электрически соединена с системой 11 отсоединения. Кроме того, каждая из проводящих дорожек 7а, 7b электрически соединена со стыковочным элементом 13а, 13b и 13с, предусмотренным между защитным устройством 1 и основным контуром защищаемого электрооборудования.
В представленном примере внутренний кожух 5 также содержит второй варистор 9', соединенный со второй системой отсоединения (не представлена), причем его конструкция и принципы работы аналогичны варистору 9, соединенному с системой 11 отсоединения.
Варистор 9 и система 11 отсоединения выровнены во внутреннем кожухе 5 вдоль второго размерного направления D2 внутреннего кожуха 5. Печатная плата 7 ориентирована вдоль второго размерного направления D2. Печатная плата 7 проходит по длине варистора 9 и системы 11 отсоединения. Таким образом обеспечено соединение варистора 9 и системы 11 отсоединения с проводящими дорожками 7а, 7b.
Стыковочные элементы 13а, 13b расположены рядом друг с другом. Сторона 3c содержит первое отверстие 15а для вставки, в которое может быть вставлен стыковочный элемент 13а. Стыковочный элемент 13а содержит проводящий элемент, в данном случае представляющий собой провод 16а с винтами. Кроме того, сторона 3c содержит второе отверстие 15b для вставки, в которое может быть вставлен стыковочный элемент 13b. Стыковочный элемент 13b содержит проводящий элемент, в данном случае представляющий собой провод 16b с винтами. Провода 16а и 16b соединены с фазой и нулем. Кроме того, сторона 3c содержит отверстие 15с, в который может быть вставлен стыковочный элемент 13с, имеющий в данном случае форму выходного вывода с винтами и соединенный с землей. Затем провода 16а и 16b и выходной вывод 16 с соединяются с печатной платой 3. Соединение проводов 16а и 16b и выходного вывода с печатной платой 3 может быть осуществлено, например, путем припаивания к ее проводящим дорожкам.
Эти отверстия 15а, 15b для вставки расположены на стороне 3c изолирующего корпуса 3.
Изолирующий корпус 3 содержит две полуоболочки, которые смыкаются воедино в зоне контакта. Зона контакта герметичным образом пересекает сторону 3d. Таким образом, в случае неблагоприятной погоды или конденсации вода в основном протекает по верхней стороне 3d и боковым сторонам 3a, 3b, 3e изолирующего корпуса 3. Это позволяет уменьшить опасность проникновения воды внутрь защитного устройства 1.
Внутренний кожух 5 изолирующего корпуса 3 дополнительно содержит электрически изолированный монтажный элемент 17, содержащий первый монтажный участок 17а и второй монтажный участок 17b, образованные на одной и той же детали. Первый монтажный участок 17а содержит приемный кожух 19, предназначенный для установки варистора 9. Второй монтажный участок 17b содержит приемный кожух 21, предназначенный для установки системы 11 отсоединения. Таким образом, монтажный элемент 17 обеспечивает возможность взаимной изоляции варистора 9, системы 11 отсоединения и печатной платы 7. Данные элементы могут быть установлены один вблизи другого без опасности возникновения нежелательного электрического соединения. Таким образом, такое расположение элементов внутри внутреннего кожуха 5 изолирующего корпуса 3 позволяет уменьшить размеры защитного устройства 1.
Также, как показано на фиг. 3 и 4, варистор 9 содержит активное тело, включающее керамический блок, имеющий в данном случае форму таблетки (сплющенного цилиндра) 23. Кроме того, варистор 9 содержит первую стыковочную лапку 25 и вторую стыковочную лапку 27, электрически соединенные с таблеткой 23. Таблетка 23 содержит первую основную сторону 23а и вторую основную сторону 23b, противоположную первой основной стороне 23а. Каждая из соединительных лапок 25, 27 содержит участок, проходящий напротив одной из основных сторон таблетки 23. Например, соединительная лапка 27 содержит участок 27а, расположенный напротив второй основной стороны 23b таблетки 23. Таблетка 23 и соединительные лапки 25, 27 снабжены изолирующим покрытием. Соединительная папка 25 содержит концевой участок 25b, а соединительная лапка 27 содержит концевой участок 27b. Изолирующее покрытие содержит первое отверстие 29 на концевом участке 25b соединительной лапки 25. Изолирующее покрытие содержит второе отверстие 31 на концевом участке 27b соединительной лапки 27. Таким образом, каждый из концевых участков 25b и 27b содержит проводящий участок, соответственно, в отверстиях 29 и 31.
Проводящий участок соединительной лапки 25 образует первый вывод 9а варистора 9, обеспечивающий возможность соединения варистора 9 с первой проводящей дорожкой печатной платы 7. Концевой участок 25b проходит вдоль размерного направления D1 и, по существу, перпендикулярно печатной плате 7, проходящей вдоль размерного направления D2.
Проводящий участок соединительной лапки 27 расположен на расстоянии от печатной платы 7 и, таким образом, непосредственно изолирован от нее. Концевой участок 27b проходит вдоль направления D2 и, таким образом, по существу, перпендикулярно концевому участку 12b и, по существу, параллельно печатной плате 7. Концевой участок 27b расположен внутри кожуха 33 для приема первого монтажного участка 17а.
Изолирующее покрытие на второй основной стороне 23b таблетки 23 содержит третье отверстие 35 у концевого участка 27а соединительной лапки 27. Таким образом, участок 27а содержит проводящий участок в отверстии 35. Этот проводящий участок образует второй вывод 9b варистора 9, через который варистор 9 может быть электрически соединен с системой 11 отсоединения.
Такая конструкция, например, обеспечивает возможность использования стандартных варисторов, имеющихся в продаже.
Система 11 отсоединения содержит соединительный элемент, в данном случае образованный проводом 37. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения соединительный элемент может быть образован, например, тонкой проводящей пластиной. Провод 37 содержит стационарную часть 39а, электрически соединенную со второй проводящей дорожкой 7b печатной платы 7. Таким образом, провод 37 может обеспечить электрическое соединение второго вывода 9b варистора 9 с печатной платой 7. Участок 37а провода 37 закрыт защитным изолирующим покрытием. Провод 37 содержит подвижный участок 39b. Второй монтажный участок 17b содержит кожух для приема провода 37. Второй монтажный участок 17b прикреплен с возможностью перемещения к проводу 37 и содержит подвижную часть 41, где расположена подвижная часть 39b провода 37. Подвижные части 39b, 41 провода 37 и второго монтажного участка 17b являются деформируемыми, в результате чего могут занимать положение контакта и открытым положением. Это ограничивает связанные с трением явления, вызванные переходом подвижных частей 39b, 41 провода 37 и второго монтажного участка 17b из положения контакта в открытое положение.
Между вторым монтажным участком 17b и первым монтажным участком 17а расположен упругий возвратный элемент, в данном случае представляющий собой пружину 43, выполненный с возможностью перемещения подвижных частей 39b, 41 провода 37 и второго монтажного участка 17b.
Индикатор 45 отсоединения выполнен в виде единого целого с монтажным элементом 17. Индикатор 45 отсоединения расположен на подвижной части 41 второго монтажного участка 17b. Таким образом, индикатор 45 отсоединения также может перемещаться между положением контакта и открытым положением. Индикатор 45 отсоединения содержит два визуально различных участка: первый неокрашенный участок 45а и второй окрашенный участок 45b.
Изолирующий корпус 3 содержит смотровой участок, расположенный на его передней стороне 3а, в данном случае представляющий собой отверстие 47 и позволяющий видеть извне один из участков 45а, 45b индикатора 45 отсоединения, расположенный напротив отверстия 47.
В положении контакта, представленном на фиг. 1, 2 и 3, провод 37 электрически соединен со вторым выводом 9b варистора 9. Пружина 43 сжата и оказывает давление в направлении, обозначенном стрелкой 49. Для удержания подвижных частей 39b, 41 провода 37 и второго монтажного участка 17b в данном положении предусмотрен удерживающий элемент, обеспечивающий возможность прикрепления концевого участка 37b провода 37 ко второму выводу 9b варистора 9. Запорный элемент представляет собой спайку. Спайка изготавливается из материала, плавящегося при пороговой температуре, соответствующей температуре аномального перегрева варистора 9. Как показано на фиг.1, в положении контакта у отверстия 47 изолирующего корпуса 3 расположен неокрашенный участок 45а индикатора 45 отсоединения. Неокрашенный участок 45а индикатора 45 отсоединения виден извне изолирующего корпуса 3, в результате чего оператор получает указание о нахождении варистора 9 в подсоединенном состоянии.
В открытом положении, представленном на фиг. 4, провод 37 изолирован от второго вывода 9b варистора 9. Пружина 43 отпущена. Спайка расплавлена. В данном положении у отверстия 47 изолирующего корпуса 3 расположен окрашенный участок 45b индикатора 45 отсоединения. Окрашенный участок 45b индикатора 45 отсоединения виден извне изолирующего корпуса 3, в результате чего оператор получает указание о нахождении варистора 9 в отсоединенном состоянии.
Во время аномального нагрева варистора 9 внутренняя температура варистора 9 возрастает до значения, большего или равного пороговой температуре, при которой возможно расплавление спайки. Таким образом, происходит расплавление спайки, вызывающее высвобождение пружины 43, которое обеспечивает возможность смещения подвижных частей 39b, 41 провода 37 и второго монтажного участка 17b, а также индикатора 45 отсоединения, в направлении 49. Таким образом, окрашенный участок 45b индикатора 45 отсоединения располагается у отверстия 47 изолирующего корпуса 3.
Второй варистор 9' взаимодействует с аналогичными элементами аналогичным образом.
Разумеется, настоящее изобретение не ограничено раскрытым и представленным на чертежах вариантом осуществления, приведенным в качестве иллюстрирующего примера, не накладывающего каких-либо ограничений.
В соответствии с одним из возможных вариантов осуществления изобретения индикатор 45 отсоединения может быть независим от второго монтажного участка 17b, в то же время оставаясь прикрепленным с возможностью перемещения к подвижной части 39b провода 37.
В соответствии с одним из возможных вариантов осуществления изобретения смотровой участок изолирующего корпуса 3 может быть образован прозрачным участком, обеспечивающим возможность обзора индикатора 45 отсоединения, сохраняя при этом герметичность устройства.
В соответствии с одним из возможных вариантов осуществления изобретения стыковочные элементы могут содержать снабженные винтами выходные выводы для фазы, нуля и земли.
В соответствии с одним из возможных вариантов осуществления изобретения стыковочные элементы могут содержать снабженные винтами выходные провода для фазы, нуля и земли.