РАЗРЯДНИК ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ С ИЗОЛИРУЮЩЕЙ ФОРМОВАННОЙ ОБОЛОЧКОЙ
EXCESS-VOLTAGE SUPPRESSOR WITH INSULATED MOULDED ENCLOSURE

Изобретение относится к импедансному устройству с первым и вторым арматурными телами, которые соединены между собой через импедансное тело посредством предохранительного элемента, имеющего на конце радиально расширенный участок.
Такое импедансное устройство известно, например, из DE 102006003576 В4. Оно содержит первое и второе арматурные тела, которые соединены между собой через импедансное тело посредством предохранительного элемента. Известный предохранительный элемент снабжен на конце радиально расширенным участком. Для получения радиально расширенного участка забивается клин, который раздвигает предохранительный элемент и зажимает его в выемке арматурного тела.
За счет раздвигания происходит вмешательство в конструкцию предохранительного элемента, что вызывает его деформацию. В результате возникают места сгибов, которые могут негативно влиять на механическую прочность предохранительных элементов.
Задачей изобретения является создание импедансного устройства, арматурные тела и импедансный элемент которого были бы надежно соединены между собой.
Согласно изобретению, у импедансного устройства описанного выше рода это достигается за счет того, что радиально расширенный участок ограничен ограничителем расширения.
За счет использования ограничителя расширения для ограничения радиально расширенного участка создана возможность предусмотреть определенное положение расширения или раздвигания для достижения радиального расширения на предохранительном элементе. За счет этого можно предусмотреть деформацию предохранительного элемента в определенных зонах, так что возникающие деформационные силы сконцентрированы, в частности, там. При этом ограничитель расширения препятствует произвольному раздвиганию и сгибанию предохранительного элемента. Ограничитель расширения ограничивает раздвигание расширенного участка.
В качестве ограничителя расширения могут быть предусмотрены различные конструкции. Так, например, могут быть предусмотрены зажимы, штыри и т.д., которые ограничивают расширенный участок предохранительного элемента, ограничивая, таким образом, радиальное отклонение этим участком. При этом осевое направление предохранительного элемента определено направлением стягивания для создания усилия прижима арматурных тел к импедансному телу. Радиальные расширения ориентированы, в основном, поперек направления усилия прижима между арматурными телами.
В качестве предохранительного элемента могут использоваться, например, электроизолирующие стержни, которые проходят вдоль прикладываемого усилия прижима. Для этого может быть предусмотрено, что сам предохранительный элемент оказывает электроизолирующее действие или что вдоль предохранительного элемента расположены электроизолирующие разрывы. Ограничитель расширения создает соответствующие поперечные усилия на предохранительном элементе, которые ограничивают раздвигание его участков предусмотренным для этого расширенным участком.
В другом предпочтительном варианте может быть предусмотрено, что ограничитель расширения обеспечивает посадку расширенного участка в выемке арматурного тела.
Предпочтительным образом предохранительный элемент может входить в выемку арматурного тела. При этом возможны различные конструктивные выполнения импедансного устройства. Так, может быть предусмотрено использование по меньшей мере одного предохранительного элемента, который проходит, например, через импедансное тело, или может быть предусмотрено, что несколько, по возможности, конструктивно одинаковых предохранительных элементов проходят параллельно друг другу и расположены вокруг импедансного тела. Расширенный участок предохранительного элемента может быть выполнен, например, конически сужающимся, что обеспечивает прессовую посадку между расширенным участком и ответной выемкой в одном из арматурных тел. При этом может быть предусмотрено, что на первом и втором арматурных телах используются однородные соединительные механизмы. Однако может быть также предусмотрено, что для фиксации предохранительного элемента на арматурных телах находят применение разнородные механизмы.
За счет ограничителя расширения можно, например, ограничить глубину погружения предохранительного элемента. Так, ограничитель расширения образует одновременно упор, который вступает в контакт, например, с заплечиком выемки, ограничивая, таким образом, возможность осевого перемещения предохранительного элемента. В качестве заплечика может служить ограничивающая выемку поверхность, в которую впадает выемка. Далее может быть предусмотрено, что при расположении конического участка в выемке заплечик расположен к концу конического участка, ограничивая его, в результате чего после натяжения предохранительного элемента в выемке осевое перемещение в одном направлении ограничено ограничителем расширения, а в другом направлении - формой расширенного участка. Опирание ограничителя расширения и расширенного участка предохранительного элемента происходит навстречу друг другу. Так, при натяжении предохранительного элемента между ограничителем расширения и расширенным участком расположен заплечик арматурного тела. Таким образом, можно фиксировать предохранительный элемент в арматурном теле, причем прижатия обоих арматурных тел друг к другу для обеспечения зажимной посадки не требуется. Этим достигается то, что фиксация предохранительного элемента в выемке может происходить независимо от продолжения стягивания с другим арматурным телом.
В другом предпочтительном варианте может быть предусмотрено, что ограничитель расширения представляет собой опору для клина, расщепляющего радиально расширенный участок.
Если посредством клина расщепить участок предохранительного элемента, то ограничитель расширения может представлять собой опору, которая ограничивает забивание клина. За счет такого ограничения ограничено расширение радиально расширенного участка предохранительного элемента. Достигаемое при запрессовывании клина максимальное расширение ограничивается, и, тем самым, можно ограничить усилие натяжения в выемке, что позволяет предотвратить избыточную нагрузку предохранительного элемента и, следовательно, обеспечить его надежную посадку в ней. Предохранительный элемент может быть составлен по своей длине из различных элементов, причем предпочтительно в стык между элементами загоняется клин. Предохранительный элемент может быть выполнен также цельным, причем клин раздвигает его и образует радиально расширенный участок. При этом может быть предусмотрено, что расщепление происходит по меньшей мере на два колена. Однако может быть также предусмотрено, что клин по типу сердечника вдвинут в предохранительный элемент, в результате чего происходит охват клина предохранительным элементом со всех сторон.
В качестве клина могут использоваться элементы различной формы. Так, например, могут использоваться конусообразные клинья с вращательно-симметричной поверхностью или расщепляющие клинья с плоскими поверхностями, сходящимися в точке пересечения. При этом поверхности клина могут располагаться симметрично.
В другом предпочтительном варианте может быть предусмотрено, что ограничитель расширения охватывает предохранительный элемент.
Ограничитель расширения может, например, по типу манжеты или бандажа охватывать предохранительный элемент и/или может быть соединен с ним с угловой жесткостью. Для этого может быть предусмотрено, что между предохранительным элементом и ограничителем расширения образовано соединение с угловой жесткостью. При этом ограничитель расширения может быть выполнен за одно целое с предохранительным элементом. Так, например, может быть предусмотрено, что для выполнения предохранительного элемента осуществляется его осадка, в результате чего в зоне осадки образуется заплечик, который служит в качестве ограничителя расширения и предотвращает радиальное расширение за его пределы. Однако может быть также предусмотрено, что ограничитель расширения подходящим образом размещается на предохранительном элементе. Так, например, может быть предусмотрено, что ограничитель расширения по типу хомута крепится на предохранительном элементе и за счет соединения с силовым замыканием сидит на нем с угловой жесткостью. Кроме того, может быть предусмотрено, что ограничитель расширения соединен с предохранительным элементом с материальным замыканием, например, посредством склеивания, ламинирования и т.п. Оказалась предпочтительной фиксация ограничителя расширения на предохранительном элементе посредством горячей посадки.
При этом может быть предусмотрено, что предохранительный элемент и ограничитель расширения выполнены из одинаковых комбинаций материалов. Однако может быть также предусмотрено, что ограничитель расширения и предохранительный элемент содержат разные пары материалов. Так, например, в зоне радиально расширенного участка предохранительного элемента может быть предусмотрена электроизолирующая комбинация материалов, а ограничитель расширения выполнен, например, из электропроводящего материала, например, в форме металлического кольца.
При этом далее может быть предусмотрено, что ограничитель расширения окружен выемкой арматурного тела.
При размещении ограничителя расширения в выемке арматурного тела возникает возможность, например, за счет определенного профилирования соблюсти определенное положение ограничителя расширения и, тем самым, соединенного с ним предохранительного элемента с угловой жесткостью по отношению к арматурному телу. Так, например, при использовании не вращательно-симметричного сечения предохранительного элемента он может быть введен в выемку арматурного тела в определенном предпочтительном положении. Ограничитель расширения может действовать также в качестве защиты от проворачивания. Так, например, можно при использовании нескольких предохранительных элементов фиксировать их в определенном положении по отношению друг к другу и создать, таким образом, предпочтительный общий контур импедансного устройства. Далее при охвате ограничителя расширения выемкой возникает возможность способствовать стабильности его формы внутри нее за счет соответствующего контактирования стенки ограничителя расширения с ограничивающей выемку стенкой. При этом предпочтительно может быть предусмотрено, чтобы ограничивающие выемку стенки арматурного тела полностью выдавались за ограничитель расширения или располагались заподлицо с ним, так что арматурное тело может осуществлять также, в частности, диэлектрическое экранирование. Так, например, при выборе подходящего материала для ограничителя расширения следует обращать внимание прежде всего на его механические свойства и в меньшей степени электрические свойства. Дополнительно за счет ограничителя расширения можно стабилизировать переход предохранительного элемента в выемку. Возникающие, при случае, изгибающие нагрузки в этой зоне могут быть ослаблены ограничителем расширения, так что конструкция предохранительного элемента оказывается защищенной. В частности, при применении стеклопластиков для передачи прижимных усилий между арматурными телами это предохраняет разрыв отдельных стеклянных волокон и, тем самым, ослабление предохранительного элемента в зоне устья выемки. Ограничитель расширения амортизирует предохранительный элемент в выемке.
В другом предпочтительном варианте может быть предусмотрено, что радиально расширенный участок прилегает к стенке, ограничивающей выемку арматурного тела.
При прилегании радиально расширенного участка к стенке выемки арматурного тела возникает возможность создания соответствующего соединения с геометрическим, а, при необходимости, также с силовым замыканием между арматурным телом и предохранительным элементом. Это может создавать, например, растягивающую нагрузку на предохранительный элемент, в результате чего достигается стягивание арматурных тел между собой с промежуточным расположением импедансного тела.
Предпочтительно может быть предусмотрено, что импедансное тело является варистором.
Импедансное тело представляет собой тело, имеющее определенный импеданс. Так, например, можно предусмотреть в качестве импедансного тела электрический изолятор, стянутый между арматурными телами посредством по меньшей мере одного предохранительного элемента. Посредством арматурных тел можно, например, удерживать импедансное тело и располагать на расстоянии друг от друга закрепленные на них элементы с разными электрическими потенциалами. Такими импедансными устройствами являются, например, опорные изоляторы, стержневые изоляторы, подвесные изоляторы, дисковые изоляторы, разрядники защиты от перенапряжений и т.д. За счет использования варистора возникает возможность изменения импеданса импедансного тела в зависимости от разности электрических потенциалов между арматурными телами. Так, например, можно предусмотреть посредством арматурных тел контактирование импедансного тела и его включение в цепь тока. Далее можно, например, составить импедансное тело из нескольких элементов, которые за счет созданного предохранительным элементом усилия прижима удерживаются между арматурными телами с угловой жесткостью. За счет созданного таким образом усилия прижима отдельные элементы импедансного тела находятся в электропроводящем контакте между собой, а между арматурными телами и импедансным телом возникает подходящий электропроводящий переход. Так, например, может быть предусмотрено, что варистор составлен из большого числа элементов, каждый из которых имеет, например, цилиндрическую форму, в частности цилиндрическую форму с круго- или кольцеобразными торцевыми сторонами. Торцевые стороны отдельных элементов прижаты друг к другу, причем расположенные на концах элементы своими направленными друг от друга торцевыми сторонами прижаты к контактным поверхностям арматурных тел. На арматурных телах могут быть тогда расположены соответствующие контактирующие элементы, например штыри, сферические головки, зажимы и т.п. в качестве электрических выводов. При этом арматурные тела должны изготавливаться преимущественно из электропроводящего материала, например алюминиевого литья и т.п. Во избежание короткого замыкания импедансного тела стяжной элемент между концевыми арматурными телами оказывает электроизолирующее действие. Такая конструкция может быть, например, дополнительно окружена электроизолирующей оболочкой. Этой оболочкой может быть, например, силиконовая заливка, керамический кожух и т.п.
Составленное из нескольких элементов импедансное тело может изменять свой импеданс при выполнении в виде варистора. При этом значение разности электрических потенциалов, возникающей между концевыми арматурными телами или точками контактирования импедансного тела, является решающим фактором электрических свойств варистора.
Варистор имеет напряжение срабатывания, при превышении которого импеданс варистора должен стремиться преимущественно к нулю. В случае напряжения срабатывания ниже заданного импеданс варистора рассчитан стремящимся к бесконечности. Повторное повышение или понижение напряжения срабатывания приводит к повторному изменению импеданса варистора.
Отдельные элементы варистора могут содержать, например, оксиды металлов, которые способом спекания формуются в соответствующие блоки или другие формы. Участки поверхности, не служащие для контактирования элементов между собой или с арматурными телами, могут быть снабжены, например, керамическим покрытием.
Импедансное тело, концевые арматурные тела и предохранительный элемент образуют после его стягивания соединение с угловой жесткостью, так что изгибающие, крутящие, растягивающие, сжимающие усилия и т.д., воздействующие на арматурные тела, могут восприниматься конструкцией.
В другом предпочтительном варианте может быть предусмотрено, что импедансным устройством является разрядник защиты от перенапряжений.
Разрядники защиты от перенапряжений используются в сетях передачи электроэнергии. Такие сети эксплуатируются с расчетным напряжением. В результате сетевых процессов, например коммутационных операций, ударов молний, коротких замыканий и т.д., могут возникать повышения напряжения. Эти повышения напряжения могут приводить к пробоям электрической изоляции. Нередко такие пробои являются необратимыми, так что может возникнуть нарушение или разрушение изоляции. Разрядники защиты от перенапряжений служат в сетях передачи электроэнергии в качестве предохранительных устройств, которые включены в цепи тока замыкания на землю, проходящие между фазным проводом и потенциалом Земли. При этом напряжение срабатывания варистора разрядника защиты от перенапряжений выбрано так, что при наличии расчетного напряжения на фазном проводе варистор имеет стремящийся к бесконечности импеданс, т.е. через находящуюся между фазным проводом и потенциалом Земли цепь тока течет лишь некритический ток замыкания на землю, которым можно пренебречь. По достижении критического напряжения происходит уменьшение импеданса варистора, в результате чего он имеет импеданс, стремящийся к нулю. Таким образом, можно направлять от фазного провода к потенциалу Земли через разрядник защиты от перенапряжений значительный ток замыкания на землю, возбужденный перенапряжением на фазном проводе. За счет возбужденного перенапряжением тока замыкания на землю это перенапряжение уменьшается, пока не будет ниже напряжения срабатывания варистора. В этот момент импедансная характеристика варистора изменяется таким образом, что его импеданс стремится к бесконечности, а значительный ток замыкания на землю прерывается.
Ниже пример осуществления изобретения описан более подробно и изображен на чертежах, на которых представляют:
- фиг. 1: перспективный вид импедансного устройства в виде разрядника защиты от перенапряжений частично в разрезе;
- фиг. 2: фрагмент фиг. 1;
- фиг. 3: разрез предохранительного элемента;
- фиг. 4: перспективный вид изображенного в разрезе на фиг. 3 предохранительного элемента.
На фиг. 1 изображено импедансное устройство в виде разрядника защиты от перенапряжений. Он содержит первое 1 и второе 2 арматурные тела. Оба выполнены одинаковыми и ограничивают импедансное тело. Оно представляет собой варистор, содержащий штабель отдельных элементов 3. Последние выполнены преимущественно цилиндрическими с кругообразной торцевой поверхностью. Торцевые поверхности отдельных элементов 3 электропроводящим образом прилегают друг к другу. При этом отдельные элементы 3 могут иметь разную высоту. Расположенные на концах отдельные элементы 3 электропроводящим образом прилегают к контактным поверхностям обоих арматурных тел 1, 2. Отдельные элементы 3 находятся в электропроводящем контакте между собой и с арматурными телами 1, 2, при необходимости, с промежуточным расположением контактных тел. Арматурные тела 1, 2 изготовлены из электропроводящего материала, например алюминиевого сплава, приведенного в нужную форму способом литья.
Оба арматурных тела 1, 2 соединены между собой посредством нескольких предохранительных элементов 4. Они проходят параллельно продольной оси 5, коаксиально которой ориентированы отдельные элементы 3 варистора. Предохранительные элементы 4 представляют собой, например, стеклопластиковые стержни круглого сечения, которые входят в выемки арматурных тел 1, 2. Предохранительные элементы 4 фиксированы в выемках арматурных тел 1, 2, так что извлечь последние из импедансного тела можно, лишь разрушив все устройство. Оба арматурных тела 1, 2 прижаты друг к другу вдоль продольной оси 5 с промежуточным расположением отдельных элементов 3. Предохранительные элементы 4 симметрично распределены вокруг продольной оси 5 и создают между обоими арматурными телами 1, 2 проходящее параллельно ей усилие прижима. На концах оба арматурных тела 1, 2 снабжены крышками 6, которые закрывают проходящие через арматурные тела 1, 2 выемки. Далее в арматурных телах 1, 2 предусмотрены присоединительные пальцы 7, которые посредством резьбы ввинчены в резьбовые отверстия арматурных тел 1, 2. При необходимости, присоединительные пальцы могут иметь различные варианты выполнения, например могут быть выполнены в виде болтов для закрепления соответствующей присоединительной арматуры на присоединительных пальцах 7.
Предохранительные 4 и отдельные 3 элементы окружены пластиковой оболочкой 8. Она нанесена, например, способом литья. Выступающие кромки арматурных тел 1, 2 образуют место присоединения для пластиковой оболочки 8, которое обеспечивает ее герметичное замыкание. Пластиковая оболочка 8 снабжена коаксиально огибающими продольную ось 5 ребрами, которые на поверхности пластиковой оболочки 8 создают между арматурными телами 1, 2 удлиненный участок пути.
На фиг. 2 изображен разрез первого арматурного тела 1 из фиг. 1.
Первое 1 и второе 2 арматурные тела выполнены в данном примере одинаковыми. Однако может быть также предусмотрено, чтобы применение нашли разные арматурные тела. Все предохранительные элементы 4 фиксированы в обоих арматурных телах 1, 2 одинаковым образом. Однако может быть также предусмотрена разного рода фиксация в обоих арматурных телах 1, 2 и в одном из них. В качестве примера следует описать фиксацию предохранительного элемента 4 на первом арматурном теле 1.
Арматурное тело 1 имеет несколько выемок 9, которые полностью проходят через него. При этом выемки 9 проходят через арматурное тело 1 в направлении продольной оси 5. Выемки 9 снабжены определенным профилированием, причем в зоне устья контактной поверхности для отдельных элементов 3 арматурного тела 1 предусмотрен цилиндрический участок 10. Он имеет выступающий заплечик, который ограничивает его. Дальше в выемке 9 предусмотрен воронкообразно расширяющийся участок 11. Он может быть выполнен, например, вращательно-симметричным. Однако в данном примере было выбрано, в основном, овальное сечение воронкообразного участка (см. фиг. 1, частичный вырез крышки 6 на втором арматурном теле 2).
Предохранительные элементы 4 выполнены в виде стержнеобразных вращательно-симметричных тел. Для достижения их электроизолирующего действия они выполнены, например, из стеклопластика. Такой материал обладает также достаточной прочностью на растяжение.
На расстоянии от свободного конца предохранительного элемента 4 на него надет ограничитель 12 расширения. Он окружает боковую сторону предохранительного элемента 4, полностью охватывая его. При этом размер и толщина стенки ограничителя 12 расширения выбраны таким образом, что он заподлицо погружен в цилиндрический участок 10 выемки 9 и соединен с предохранительным элементом 4 с угловой жесткостью. Ограничитель 12 расширения прилегает к выступающему заплечику выемки 9. Однако можно также отказаться от цилиндрического участка 10 выемки 9 и предусмотреть, чтобы ограничитель 12 расширения прилегал к окружающей устье выемки 9 поверхности/кромке. Также это ограничивает погружение предохранительного элемента 4 в выемку 9 первого арматурного тела 1.
Ограничитель 12 расширения расположен заподлицо с устьем выемки 9 в контактной поверхности для отдельных элементов 3. Внутри цилиндрического участка 10 ограничитель 12 расширения диэлектрически экранирован. В качестве ограничителей 12 расширения могут быть предусмотрены, например, склеенные пластиковые кольца, установленные с горячей посадкой металлические кольца, осадка предохранительных элементов и т.п.
На воронкообразном участке 11 с торцевой стороны в предохранительный элемент 4, разделяя его, забит клин 13. За счет этого предохранительный элемент 4 на одном конце разделен по меньшей мере на одно первое и одно второе колена, причем клин 13 прижимает оба колена к стенкам воронкообразного участка 11 выемки 9 и расклинивает их. За счет своего положения ограничитель 12 расширения во взаимодействии с радиально расширенным участком предохранительного элемента 4 фиксирует предохранительный элемент 4 в выемке 9 независимо от того, соединен ли его конец со вторым арматурным телом 2 и независимо от состояния отдельных элементов 3. Расширенный участок прижимает первое арматурное тело 1 к ограничителю 12 расширения. Таким образом, каждый предохранительный элемент 4 индивидуально фиксирован в соответствующей выемке 9.
Кроме того, ограничитель 12 расширения ограничивает глубину забивания клина 13. Это предотвращает его непреднамеренное дальнейшее погружение и расщепление предохранительного элемента 4. Компрессионный элемент 12 фиксирует положение расширенного участка предохранительного элемента 4 в выемке 9, что препятствует выскальзыванию предохранительного элемента 4. Кроме того, в частности при выполнении предохранительного элемента 4 и ограничителя 12 расширения из двух частей, предохранительный элемент 4 исключает непреднамеренное удлинение раздвинутых колен вследствие их дальнейшего разгибания. Компрессионный элемент 12 действует в качестве опоры для клина 13.
Помимо использования цельного предохранительного элемента 4, расщепляемого клином 13, может быть предусмотрено многоколенное выполнение, по меньшей мере, концевой зоны предохранительных элементов 4 или многожгутовое выполнение предохранительного элемента 4 по всей его длине.
Помимо овального выполнения воронкообразно расширенного участка 11 выемки 9 может быть также предусмотрено вращательно-симметричное выполнение этого воронкообразного расширения участка 11. За счет этого можно, например, фиксировать в выемке 9 большее число колен. В этом случае клин может иметь вращательно-симметричную поверхность для создания зажимных усилий, проходящих максимально равномерно в радиальных направлениях. При этом особенно предпочтительно, если клин по типу сердечника проникает в предохранительный элемент 4 и в зоне радиального расширения, по возможности, со всех сторон окружен им. В этом случае возникает особенно большая поверхность для передачи сил трения между выемкой 9 и радиально расширенным участком предохранительного элемента 4.
На фиг. 3 в разрезе изображен радиально расширенный участок предохранительного элемента 4 из фиг. 2. Радиально расширенный участок имеет несколько колен, имеющих свободные концы. Радиально расширенный участок ограничен ограничителем 12 расширения. Последний охватывает боковую сторону предохранительного элемента 4. Для этого ограничитель 12 расширения выполнен, в основном, в форме полого цилиндра с торцевыми поверхностями в форме кругового кольца. При вводе клина 13 в предохранительный элемент 4 ограничитель 12 расширения создает ограничение глубины запрессовывания клина 13.
За счет этого предотвращается чрезмерная деформация расклиниваемых в выемке 9 колен предохранительного элемента 4. Независимо от формы выемки 9 можно, таким образом, установить максимально создаваемое в ней за счет разжима клином 13 зажимное усилие.
На фиг. 4 изображен перспективный вид представленного в разрезе на фиг. 3 предохранительного элемента 4 вместе с клином 13 и ограничителем 12 расширения.