СМЕННЫЙ КОМПЛЕКТ УСТРОЙСТВ В ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
REPLACEABLE SET OF DEVICES, PARTICULARLY FOR OVERVOLTAGE PROTECTION

Область техники
Изобретение относится к сменному комплекту устройств, в частности, для защиты от перенапряжений, включающему в себя цокольную нижнюю часть и один или несколько сменных модулей, содержащих элементы защиты от перенапряжений, а также включающему в себя контактные элементы и ответные контактные элементы, которые расположены соответственно в нижней части и в сменном модуле, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
В соответствии с уровнем техники устройства защиты от перенапряжений во многих случаях выполняются как сменный комплект устройств, каждый из которых включает в себя нижнюю часть и сменный модуль.
В нижней части расположены соединительные клеммы для обеспечения контакта электрических проводников, а также имеются соответствующие приемные устройства для вставляемого сменного модуля. Кроме того, нижняя часть содержит элементы, которые охватывают один или несколько штекерных контактов сменного модуля, так что имеют место желаемый механический и электрический контакт, а также соответствующая фиксация сменного модуля в нижней части.
В сменном модуле находятся собственно элементы защиты от перенапряжений, например искровые промежутки, варисторы, газоотводные устройства и т.п.
Нижние части выполнены во многих случаях в виде U-образного корпуса, причем открытые боковины U-образного корпуса охватывают сменный модуль с боков, при этом сменный модуль лежит на соединительной перемычке U-образного корпуса. Далее с монтажной стороны нижней части в ней имеются приемные элементы, которые позволяют производить так называемую сборку на U-образных несущих шинах.
Преимущество кратко поясненного здесь разделения функций между нижней частью и сменным модулем состоит в том, что при работах по инспекции и техническому обслуживанию сменный модуль можно вынимать, не открывая для этого соединительные клеммы и, соответственно, не отключая соответствующую установку от источника питания.
Вынутый и отделенный сменный модуль может затем быть обследован вне электроустановки с использованием специальных контрольных приборов и, в случае необходимости, быть заменен или вставлен снова.
Относительно уровня техники рекомендуется обратиться, например, к патентным документам DE 3639533 С2, DE 29519313 U1, DE 10001667 C1 и DE 202004006227 U1.
При конструктивном расположении штекерных контактов между нижней частью и сменным модулем особой проблемой следует считать то, что расположение контактов должно быть рассчитано на прохождение через них, в случае отвода, ударного тока с формой волны 10/350 и 8/20 мкс или же тока короткого замыкания с частотой сети.
В особенности, в молниеотводах с защитой от перенапряжений, как того требует спрос на рынке электрооборудования, через эти контакты должны неоднократно проводиться значительные ударные токи до 100 кА, при этом почти не приводя к выгоранию и износу контактов. Требования к соответствующим испытаниям записаны в промышленных нормативах для устройств защиты от перенапряжений.
Чтобы справляться с такими большими ударными токами, конечно, и сила контакта между отдельными контактными элементами должна выбираться очень большой. При существующем уровне техники это влечет за собой необходимость повышенного расхода энергии и, в большинстве случаев, обязательного использования специального инструмента для демонтажа съемных модулей. Таким образом, это требует наличия дополнительного инструмента и является значительным недостатком при использовании устройств. Кроме того, существует дополнительный риск того, что при использовании инструмента внутри разрядника может возникнуть нежелательная паразитная электрическая дуга с вытекающими из этого последствиями, опасными для человека и для установки.
В случае, если сила контакта между контактными элементами рассчитана на меньшее значение, демонтаж съемных модулей хоть и может вследствие этого быть облегчен, однако существует опасность того, что во время прохождения ударного тока может возникнуть нежелательное выскакивание сменного модуля из нижней части под влиянием электродинамического силового воздействия, тем самым, без применения дополнительных защитных мер не сможет обеспечиваться правильное общее функционирование устройства.
Из патентного документа PCT-WO 95/12905 известен комплект устройств, состоящий из цоколя устройства и вставного элемента, причем вставной элемент является, например, устройством защиты от перенапряжений. В этом случае цоколь устройства имеет по существу U-образную форму, причем в обеих боковых частях, образующих боковины U-образной конструкции, предусмотрены соединительные клеммы для подводящих проводов, соединительная клемма для заземляющей шины, а также другие вспомогательные контактные клеммы. На обратной стороне цоколя предусмотрено устройство для его крепления на монтажной шине. Вставной элемент принимается в пространство между боковинами цоколя и фиксируется там при помощи предусмотренных с обеих сторон вставного элемента выступов-фиксаторов, которые входят в зацепление со всеми выступами-фиксаторами, имеющимися в цоколе устройства. Кроме того, в перегородке цоколя устройства предусмотрены пружинящие контакты, к которым - в случае зафиксированного в цоколе вставного элемента - прилегают предусмотренные во вставном элементе жесткие язычки-контакты.
Известная ранее конструкция, представляющая собой комплект из цоколя устройства и вставного элемента, выполнена таким образом, что вставной элемент может заменяться, не требуя при этом демонтажа цоколя устройства. Выступы-фиксаторы, которые в соответствии с описанным уровнем техники предусматриваются по меньшей мере в одной боковой стенке вставного элемента, обращенной к внутренней поверхности боковой части цоколя, могут входить в зацепление с ответными фиксаторами на цоколе устройства, но при непосредственном расположении выступа на упругой детали-язычке вставного элемента удерживающая сила недостаточна. Ударные токи, проходящие в грозовых разрядниках, приводят к возникновению таких больших сил, что даже если сменный модуль и имеет зацепление за несущий узел, то все равно существует опасность того, что сменный модуль выскочит из несущего узла.
Раскрытие изобретения
Поэтому из вышесказанного следует, что задача изобретения состоит в том, чтобы представить усовершенствованный сменный комплект устройств, в особенности, для защиты от перенапряжений, включающий в себя цокольную нижнюю часть и один или несколько сменных модулей, причем этот комплект устройств, с одной стороны, в состоянии проводить значительные импульсные токи без ее выгорания и износа, а с другой стороны, позволяет надежно фиксировать в зацеплении находящийся в цокольной нижней части сменный модуль, и сразу, т.е. без вспомогательных средств или специальных инструментов, отсоединять и удалять его.
Решение задачи изобретения происходит за счет сочетания признаков отличительной части пункта 1 формулы изобретения, причем зависимые пункты формулы изобретения содержат по меньшей мере целесообразные варианты выполнения и развития изобретения.
В соответствии с этим замысел изобретения состоит в том, чтобы разделить функции между узлами электрической штекерной контактной системы и узлом фиксации, причем применяется специальная отдельная фиксирующая вставка.
Узел фиксации с фиксирующей вставкой арретирует сменный модуль в желаемом конечном положении.
В случае, когда сменный модуль нужно вытащить, запирание в узле фиксации снимается простым ручным силовым воздействием. По одному из вариантов реализации изобретения, сменный модуль без применения существенных тяговых усилий вынимается из нижней части с использованием механического силового воздействия за счет энергии, высвобождаемой из механических накопителей энергии.
Расчет вышеупомянутых функциональных узлов может варьироваться в широких пределах и, тем самым, оптимизироваться. Например, в принципе возможно рассчитать выталкивающие силы так, чтобы сменный модуль самостоятельно выдавливался из штекерных контактов. Механическая настройка может быть выполнена и таким образом, что сменные модули можно будет извлечь только со значительным усилием.
Существенное преимущество изобретения состоит в том, что собственно контактная система, т.е. конструктивное выполнение контактных элементов и ответных контактных элементов, может быть рассчитана оптимальным образом исходя из ее функционирования при отведении ударного тока.
Таким образом, при осуществлении основного замысла изобретения, независимо от сил, которые при вставленном сменном модуле держат контактные элементы и ответные контактные элементы с геометрическим замыканием и/или силовым замыканием, применено функционально отдельное устройство из специальных механических элементов-фиксаторов или элементов-арретиров, которые осуществляют взаимодействие между сменным модулем и цокольной нижней частью.
При необходимости замены или проверки сменного модуля функция фиксации и арретирования осуществляется без применения механических вспомогательных средств.
В одном из вариантов реализации изобретения между нижней частью и сменным модулем предусмотрен пружинный механический накопитель энергии, который приводится в зажатое состояние при вставленном сменном модуле, а при отключении функции фиксации и арретирования высвобождает механическую энергию для удаления сменного модуля из цокольной нижней части.
Сменный модуль включает в себя несущий блок с основанием, причем в основании расположены несколько контактных элементов большой площади.
Далее в основании имеется нижняя поверхность в виде углубления, от которой вниз, в направлении цокольной нижней части, отходят упорные ребра, упорные поверхности и/или упорные штифты.
Несущий блок окружен крышкой, причем крышка на противоположных сторонах имеет шарнирную поверхность, переходящую в прижимную пластину, на конце которой предусмотрена отдельная вставная часть для фиксации с выступами или утолщениями, которые во вставленном положении исполняют функции фиксаторов и арретиров для нижней части.
Крышка может быть выполнена в виде пластмассовой фасонной детали, причем шарнирная поверхность может быть так называемым пленочным шарниром. Шарнирная поверхность с прижимной пластиной, как правило, напряжена таким образом, что выступы или утолщения фиксирующей вставки максимально выступают наружу. При небольшом силовом воздействии на прижимную пластину части фиксирующей вставки своими выступами или утолщениями перемещаются в направлении друг к другу, т.е. в направлении внутренней стороны крышки, выходят из соответствующих выемок, находящихся в цокольной нижней части, и таким образом освобождаются.
Вышеупомянутый несущий блок содержит в себе собственно элементы защиты от перенапряжения. Под прижимной пластиной крышки в несущем блоке имеются поверхность или ребро, ограничивающие движение прижимной пластины.
В области основания несущего блока предусмотрены выступы-фиксаторы, которые входят в соответствующие им выемки крышки, фиксируя ее.
Крышка имеет две соответственно противоположных друг другу продольных стороны и две противоположных друг другу торцевых стороны, причем на торцевых сторонах находятся прижимные пластины.
Выемки в крышке расположены предпочтительно в нижней части продольных сторон.
Для того, чтобы было легче задействовать прижимные пластины и вытаскивать сменный модуль из нижней части, внешняя сторона прижимной пластины имеет структурированную поверхность.
Выступы или утолщения фиксирующей вставки, которые предусмотрены предпочтительно попарно, могут иметь клинообразные поверхности скольжения или скошенные плоскости, причем клинья ориентированы острыми сторонами в направлении установки модуля. Во время процесса установки клинообразные поверхности скользят вдоль поверхности цокольной нижней части и затем защелкиваются, входя в предусмотренные там выемки, при этом напряжение прижимной пластины уменьшается.
В нижней области могут быть предусмотрены кодировочные штифты и/или элемент, производящий срабатывание контакта сигнализации.
В одном из вариантов реализации изобретения в нижней части крышки имеется клиновидный выступ, проходящий по всей ее ширине. Кроме того, в этом варианте реализации крышка в своей верхней части имеет форму сферы или арки.
Нижняя часть устройства имеет U-образную форму, причем на открытых боковинах нижней части расположены элементы фиксации и арретирования, а соединительная перемычка при необходимости охватывает выемки для одного или нескольких пружинных механических накопителей энергии и для их приведения в действие.
Далее на открытых боковинах могут иметься направляющие, проходящие по всей их длине, для облегчения процесса установки сменного модуля. Эти направляющие могут также осуществлять функцию кодирования, позволяя вставлять модуль определенной, правильной стороной, чтобы избежать ошибочного положения соответствующей нижней части.
Перемычка нижней части имеет форму, соответствующую форме нижней поверхности основания, причем под перемычкой предусматриваются приемные устройства для пружинных элементов, которые открывают доступ сверху для упорных ребер, упорных штифтов или упорных поверхностей основания.
Эти пружинные элементы предпочтительно опираются на днище цокольной нижней части. Пружины пружинных элементов взаимозаменяемы, так что при унифицированной конструкции нижней части легко осуществляется подбор для конкретного случая в отношении силы предварительного напряжения и силы, необходимой для вынимания модуля.
В перемычке предусмотрена по меньшей мере одна выемка для кодировочного штифта или для доступа к контакту сигнализации.
Предусмотрено множество элементов фиксации и арретирования, а также возможных механических накопителей энергии, расположенных предпочтительно симметрично.
В перемычке нижней части с обеих сторон имеется по одной перегородке, предназначенной для стабилизации открытых боковин, расположенных напротив друг друга, чтобы эти части не расходились при установке сменного модуля.
Каждый сменный модуль, с верхней частью-крышкой и с находящимися в ней прижимными пластинами, в установленном состоянии выступает сверху из нижней части и, таким образом, имеется возможность воздействовать на прижимные пластины для демонтажа сменного модуля.
Контактные элементы и ответные контактные элементы, находящиеся, с одной стороны, в сменном модуле и, с другой стороны, в нижней части, выполнены в виде штекерных контактов, устойчивых к воздействию ударного тока, с большой удерживающей силой контактов; при этом, однако, удерживающая сила контакта не должна первоначально или одновременно выполнять функцию механической фиксации сменного модуля в нижней части.
Краткий перечень чертежей
Ниже изобретение более подробно поясняется на основе варианта реализации с использованием чертежей.
На них показано следующее:
Фиг.1: трехмерное изображение сменного модуля согласно изобретению с надетой крышкой (левая часть изображения), а также с видом несущего узла без крышки (правая часть изображения);
Фиг.2: изображение U-образной нижней части с детальным представлением пружинного элемента;
Фиг.3: изображение сменного комплекта устройств со вставленным сменным модулем и с детальным представлением находящегося в цокольной части механического накопителя энергии при полностью вставленном модуле;
Фиг.4: изображение сменного модуля с крышкой и с видимой фиксирующей вставкой, со скошенными или клинообразными поверхностями, предназначенными для достижения фиксированного соединения с выемками в нижней части;
Фиг.5: детальное представление фиксирующей вставки, в зафиксированном положении, с частичными вырезами крышки и прижимной пластины;
Фиг.6: различные виды фиксирующей вставки.
Осуществление изобретения
Как видно из фиг.1, сменный модуль 1 состоит из несущего блока 4 и крышки 5.
Под крышкой 5 и, соответственно, на несущем блоке 4 находятся собственно активные компоненты разрядника защиты от перенапряжений, электрически соединенные со штекерными контактами 2.
Штекерные контакты 2 выполнены в виде металлических пластин большой площади, предпочтительно расположенных симметрично на противоположных друг другу сторонах.
В крышке 5 в обеих ее торцевых сторонах находятся эксплуатационные поверхности 6, выполненные в виде прижимных пластин 6'.
Они могут быть без больших затрат встроены в конструкцию крышки, так как они расположены подвижно на верхней стороне благодаря механическому исполнению шарнирной поверхности 7.
При механическом силовом воздействии на эксплуатационные поверхности 6' они смещаются внутрь, причем упорная пластина 8 несущего блока 4 может действовать в качестве ограничителя их движения.
Путь движения прижимной пластины 6 настроен таким образом, что выступы 9 выходят из ответных деталей 9'' (см. фиг.2), так что фиксация снимается.
В показанном примере реализации на торцевых сторонах предусмотрены по два фиксирующих выступа 9, так что всего в сменном модуле 1 имеются четыре точки фиксации, и он уравновешенно и без перекоса удерживается в заданном положении.
Верхняя сторона эксплуатационной поверхности 6'' имеет структурную поверхность, что позволяет легко вынимать сменный модуль 1, не применяя большой силы.
На нижней стороне несущего блока 4, выполненной в форме основания в виде углубления, могут иметься кодировочный штифт или контакт 100 для включения сигнализации.
От нижней поверхности вышеупомянутого основания отходят упорные ребра, упорные поверхности или упорные штифты 10, которые действуют как точки давления по отношению к соответствующему пружинному элементу 11 (фиг.2).
Несущий блок 4 имеет в области основания выступы-фиксаторы 110, которые входят в соответствующие им выемки 111 крышки 5, фиксируя ее.
Выступы 9 фиксирующей вставки 200 (см. фиг.4-6) выполнены в виде скошенных или клинообразных поверхностей 112 скольжения, причем вершины клиньев ориентированы в направлении установки модуля.
Как видно из чертежей, крышка 5 в нижней части выполнена клиновидной, причем верхняя сторона крышки 5 имеет сферическую или дугообразную форму.
Каждый сменный модуль 1 снабжен предпочтительно двумя или четырьмя симметрично расположенными элементами 2 штекерных контактов. За счет выполнения элементов 2 штекерных контактов подвижными или жестко закрепленными реализуется возможность проводить относительно большие импульсные токи через контактные элементы большой площади почти без износа для них. Равномерно распределенные по нижней поверхности отдельные штекерные контакты обеспечивают равномерное, однородное распределение силовых нагрузок, так что даже значительные электродинамические усилия не приводят к деформации или к перекосу сменного модуля в пределах нижней части.
В соответствии с изображениями фиг.2 и 3 нижняя часть устройства имеет U-образную форму. При этом нижняя часть 12 содержит две открытых боковины 120, а также соединительную перемычку 121.
В открытых боковинах 120 нижней части 12 сформированы упомянутые выше выемки 9'' для выступов 9 фиксирующей вставки 200 сменного модуля 1.
В перемычке 121 имеются выемки 122 для одного или нескольких механических накопителей энергии пружинного типа и для приведения их в действие.
В одном из вариантов реализации изобретения на открытых боковинах 120 имеются направляющие 13 для легкой и правильной установки сменного модуля 1.
Кроме того, перемычка 121 в своей верхней части имеет форму, соответствующую нижней поверхности основания сменного модуля 1, причем под перемычкой предусмотрены приемные устройства 123 для пружинных элементов 11, которые открывают доступ сверху для упорных ребер 10 основания сменного модуля 1.
Как видно из фиг.2 и 3, пружинные элементы 11, если они предусмотрены, содержат по меньшей мере одну витую пружину и опираются на днище цокольной нижней части.
Кроме того, в перемычке 121 предусмотрена по меньшей мере одна выемка 124 для кодировочного штифта или в качестве доступа к контакту сигнализации.
Для усиления и стабилизации нижней части в целом в перемычке 121 имеются с двух сторон по перегородке 125.
В установленном состоянии (см. фиг.3) сменный модуль 1 с верхней частью крышки и находящимися в ней прижимными пластинами остается доступным.
Во время введения сменного модуля 1, проводимого по направляющим, в нижнюю часть 12 и установления желаемого электрического контакта между штекерными контактами 2 и ответными деталями в нижней части приложенная механическая сила используется для этого, чтобы приводить находящиеся в нижней части 12 механические накопители 3 или 11 энергии в напряженное состояние.
Это реализуется при помощи соответствующих упорных ребер, упорных штифтов или упорных поверхностей и предусмотренных для них точек давления.
Например, в каждой нижней части 12 предпочтительно интегрированы четыре пружинных элемента 11. Такое количество и такое их симметричное размещение обеспечивают оптимальное равномерное силовое воздействие.
В зависимости от конкретного конструктивного исполнения механического накопителя 3 энергии, в частности от выбора предназначенного для него пружинного элемента и от характеристики его пружины, могут изменяться в широких пределах устанавливаемая сила выталкивания и связанная с этим длина пути выталкивания.
При высвобождении выступов 9 из выемок 9' под действием сжимающей силы на прижимную пластину 6 и соответственно на эксплуатационную поверхность 6' выступы 9 выходят из зацепления с выемками 9'. Вследствие этого сменный модуль 1 легко может, используя накопленную в пружинных элементах механическую энергию, выниматься без применения дополнительных механических вспомогательных средств или инструментов.
Конструкция и принцип действия фиксирующей вставки согласно изобретению, применяемой для получения особо надежного и механически прочного соединения, подробнее поясняются при помощи фиг.4-6.
Фиксирующая вставка 200, представленная на фиг.6 в двух видах, имеет на передней стороне (правое изображение) две скошенных или клинообразных поверхности 112, которые расположены на соединительной перегородке 201.
В области между скошенными или клинообразными поверхностями 112 предусмотрена ниша 202, в нижней поверхности которой сформировано фиксирующее ребро 203, проходящее по существу параллельно соединительной перегородке 201.
Фиксирующее ребро имеет бóльшую высоту, чем соединительная перегородка 201, чтобы надежно закреплять фиксирующую вставку 200 в несущем блоке согласно изображениям фиг.4 и 5.
От фиксирующего ребра 203 с двух сторон ниши 202 отходят упругие фиксирующие планки 204. Фиксирующие планки 204 установлены под углом к задней боковой поверхности фиксирующего ребра 203 (левое изображение на фиг.6) и имеют высоту, которая больше, чем высота скошенных или клинообразных поверхностей 112.
Фиксирующая ставка 200 входит своей соединительной перегородкой 201 и арретирующим ребром 203 в щель 205 несущего блока 4 сменного модуля 1 и фиксируется крышкой 5.
Фиксирующие планки 204 опирают фиксирующую вставку 200 на внутреннюю сторону несущего блока 4, как это видно, в особенности, на фиг.5.
Прижимная пластина 6 в области скошенных или клинообразных поверхностей 112 имеет выемки 206, а также по меньшей мере один язычок 207, который входит в нишу 202 фиксирующей вставки 200 для приведения ее в действие.
При помощи упругих фиксирующих планок 204 фиксирующая вставка 200 в предварительно напряженном состоянии удерживается и фиксируется в ее положении в щели боковой части несущего блока 4.
В области ниши 202 фиксирующей вставки 200 предусматривается элемент 208 жесткости для обеспечения достаточной механической устойчивости.
Фиксирующая вставка 200 предпочтительно выполнена в виде цельной литой или штампованной детали из пластмассы. В случае, если одна из скошенных или клинообразных поверхностей 112 повреждена или будет повреждена, существует возможность заменить фиксирующую вставку 200 после снятия крышки 5, так что сменный модуль может быть использован далее.
Силы, действующие на сменный модуль, воспринимаются несущим блоком 4 и передаются в области соединительной перегородки 201 на фиксирующую вставку 200 и посредством фиксирующей вставки 200 при реализованном соединении фиксаторов переносятся на выемки 9' в нижней части.