УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE

Область техники
Изобретение касается защиты от перенапряжения, содержащей держатель и по крайней мере один вставной защитный элемент, который содержит по крайней мере один нелинейный резистивный элемент, а также содержит устройство для отключения нелинейного резистивного элемента от сети и по крайней мере часть устройства для локальной сигнализации и/или телесигнализации состояния защиты от перенапряжения.
Уровень техники
Защита от перенапряжения содержит защитный элемент, в качестве которого, как правило, применяется нелинейный резистивный элемент (варистор), электрическое сопротивление которого постепенно уменьшается под действием электрической токовой нагрузки и импульсной нагрузки защищаемой сети. Вследствие этого увеличивается ток, протекающий через защитный элемент, и увеличивается нагрев этого элемента. Поэтому защита от перенапряжения также снабжена температурным устройством отключения, служащим для отключения защитного элемента от сети в случае достижения определенной температуры защитного элемента, так как защитный элемент вследствие нагрева не способен дальше правильно выполнять свою функцию. Отключение защитного элемента от сети сигнализируется или оптически непосредственно на устройстве защиты от перенапряжения, или путем передачи на расстояние соответствующего сигнала. В случае отключения защитного элемента от сети сеть становится незащищенной, и поэтому необходимо возобновить состояние защиты путем замены защитного элемента устройства защиты от перенапряжения.
Для обеспечения простой взаимозаменяемости защитного элемента защита от перенапряжения, как правило, содержит держатель U-образной формы, закрепленный на несущем средстве, к которому присоединены провода защищаемой цепи. Кроме этого, защита от перенапряжения содержит вставной защитный элемент, снабженный контактами для соединения с токопроводом, расположенным в держателе и подключенным к защищаемой сети, при этом вставной защитный элемент введен в держатель. Таким способом достигается простота взаимозаменяемости вставного защитного элемента, в котором расположен как сам нелинейный резистивный элемент, так и температурное устройство отключения нелинейного резистивного элемента и устройство оптической сигнализации состояния защиты от перенапряжения, а в случае необходимости - и соответствующие средства для обнаружения состояния защиты от перенапряжения для телесигнализации изменения состояния защиты от перенапряжения.
Известен целый ряд устройств защиты от перенапряжения, при этом их конкретные исполнения и примененные элементы зависят от энергетической нагрузки и амплитуды импульсного тока, протекающего в токопроводе защиты от перенапряжения. Применяемые исполнения зависят также от производственных технологий, применяемых при изготовлении вставных защитных элементов. Путем внесения изменений в конструктивное выполнение вставных защитных элементов преследуется основная цель - снижение производственных затрат при сохранении необходимых свойств устройств защиты от перенапряжения.
Известное устройство согласно полезному образцу DE №29519313 U1 использует в качестве отключающего элемента нелинейного резистивного элемента профилированную медную ленту, которая с одной стороны неподвижно соединена с контактом вставного защитного элемента, а с другой стороны при помощи пригодного температурочувствительного припоя присоединена к электроду варистора. Профилированной медной ленте оказывает противодействие качающийся рычаг, прижимаемый к профилированной медной ленте пружиной растяжения, которая расположена между качающимся рычагом и жестким (неподвижным) подвесом второго конца пружины. Качающийся рычаг служит как для оптической сигнализации изменения состояния защиты от перенапряжения (отключения варистора от сети), так и для получения информации об изменении состояния для телесигнализации.
Недостатком этого решения является то, что ввиду своего пространственного расположения оно не позволяет поместить в корпус вставного защитного элемента, например, параллельно соединенные варисторы или варисторы бòльших размеров, и, следовательно, ограничивается возможность вариантов защитных свойств этого решения при сохранении наружных размеров вставных защитных элементов. Следующим недостатком этого решения является применение заливочной массы для изоляции и фиксации варистора в корпусе вставного защитного элемента, за счет чего увеличиваются затраты.
Другое известное решение по ЕР 436881 А1 использует расположение отключающего элемента перпендикулярно плоскости варистора, при этом в качестве отключающего элемента применена медная лента, которая с одной стороны неподвижно соединена с контактом вставного защитного элемента, а с другой стороны при помощи пригодного температурочувствительного припоя присоединена к выводу электрода варистора. Отключающий элемент имеет дугообразную форму, при этом в его середине выполнено отверстие, в которое входит качающийся рычаг, который при помощи пружины растяжения оказывает нужное воздействие на отключающий элемент, который при расплавлении припоя перемещается в положение, в котором обеспечивается отключение варистора от сети.
Недостатком этого решения является применение относительно жесткого отключающего элемента, для деформации которого для срабатывания отключения требуется приложение значительной силы, с чем связаны значительные требования с точки зрения выбора размеров в системе примененных элементов и, следовательно, увеличение цены решения. Следующим недостатком решения является пространственное расположение, занимающее внутреннее пространство корпуса вставного защитного элемента, которое бы могло быть использовано для следующих варисторов или варистора иного размера.
В следующем известном решении в качестве отключающего элемента применяется медная лента, один конец которой при помощи пригодного температурочувствительного припоя соединен с электродом варистора, а ко второму концу присоединен медный канатик, соединенный с контактом вставного элемента, при этом в отверстие отключающего элемента входит качающийся рычаг, который при помощи пружины растяжения оказывает силовое воздействие на отключающий элемент.
Выгода этого устройства хотя и заключается в том, что медный тросик является податливым элементом, для деформации которого требуется небольшая сила, однако недостатком решения является увеличение числа элементов на токопроводе, вследствие чего увеличится число соединений, которые нужно выполнить при изготовлении, что приводит к увеличению производственных затрат.
Целью изобретения является устранение или по крайней мере минимизация недостатков существующего состояния техники.
Сущность изобретения
Цель изобретения достигается устройством защиты от перенапряжения, сущность которой заключается в том, что в корпусе вставного защитного элемента расположена с возможностью передвижения и с нажимным усилием, противодействующим низкоплавкому соединению тросика и электрода нелинейного резистивного элемента, подвижная часть, которая имеет по крайней мере одну поверхность для оказания воздействия на рычаг оптической сигнализации, а также снабжена по крайней мере одной поверхностью для оказания воздействия на позиционирующий элемент телесигнализации, расположенный в держателе.
Преимущества изобретения, а также сущность и преимущества отдельных выгодных исполнений вытекают из последующего текста.
Краткое описание чертежей
Схематическое изображение изобретения показано на чертежах, где фиг.1 - расположение элементов первого примерного исполнения защиты от перенапряжения, вид сбоку; фиг.2 - расположение элементов первого примерного исполнения защиты от перенапряжения, перспектива; фиг.3а - пример исполнения подвижного элемента, изображенного на фиг.1 и 2; фиг.3b - пример исполнения подвижного элемента, изображенного на фиг.1 и 2; фиг.4а - расположение элементов второго примерного исполнения защиты от перенапряжения, перспектива; фиг.4b - расположение элементов второго примерного исполнения защиты от перенапряжения, перспектива с видом подвижного элемента в разрезе; фиг.5а - расположение элементов третьего примерного исполнения защиты от перенапряжения, перспектива; фиг.5b - расположение элементов третьего примерного исполнения защиты от перенапряжения, перспектива с видом подвижного элемента в разрезе; фиг.6а - исполнение вставного защитного элемента с кодирующим устройством и устройством, обеспечивающим возможность поворота вставного защитного элемента на 180° без оказания влияния на его функцию, боковой разрез; фиг.6b - вид в направлении В по фиг.6а; фиг.6с - деталь исполнения кодирующего устройства и устройства, обеспечивающего возможность поворота вставного защитного элемента на 180° без оказания влияния на его функцию.
Примеры осуществления изобретения
Защита от перенапряжения содержит держатель 1, в котором с возможностью замены расположен вставной защитный элемент 2. В одном держателе 1 могут быть расположены рядом несколько вставных защитных элементов 2, например, для каждой фазы трехфазной линии электропередачи и т.д. Также несколько однополюсных держателей 1 могут быть соединены в одно целое, например, при помощи заклепок. Держатель 1 содержит в своих плечах 1а и 1b неизображенные зажимы для присоединения электропроводов защищаемой цепи. В показанном примере исполнения защиты от перенапряжения с телесигнализацией изменения состояния держатель 1 далее содержит в своей нижней части позиционирующий элемент 3 телесигнализации с неизображенной пружиной сжатия. Держатель 1 снабжен средствами для механического и электрического присоединения вставного защитного элемента 2. Для электрического присоединения вставного защитного элемента 2 и держателя 1 держатель 1 снабжен токопроводами и контактами, а вставной защитный элемент 2 снабжен контактами 5 и 6.
В корпусе 7 вставного защитного элемента 2 в качестве защитного элемента присоединен по крайней мере один нелинейный резисторный элемент, например варистор 8, или группа параллельно включенных варисторов. Вывод нижнего электрода 9 варистора 8 при помощи низкоплавкого припоя соединен с одним концом тросика 10, который может быть обработан для повышения жесткости, например, путем сварки отдельных проволок, образующих тросик, и т.д., при этом тросик 10 своим вторым концом соединен с контактом 5 вставного защитного элемента 2. Вывод верхнего электрода 11 варистора 8 соединен с контактом 6 вставного защитного элемента 2, например, при помощи соединительного элемента 12, который может быть или неподвижной деталью контакта 6, или же отдельным элементом, прикрепленным к выводу верхнего электрода 11 и к контакту 6.
Далее в корпусе 7 расположен идентификатор 13, снабженный идентификационными элементами 13а, которые во введенном состоянии вставного защитного элемента 2 в держателе 1 входят в идентификатор 14 на держателе 1, что является подтверждением правильного положения держателя 1 и вставного защитного элемента 2 или же того, что в держатель 1 введен вставной защитный элемент 2, имеющий необходимые защитные свойства.
В корпусе 7 вставного защитного элемента 2 расположена с возможностью перемещения подвижная часть 4, которая при помощи пружины сжатия 15 оказывает противодействие тросику 10 и таким образом действует на низкоплавкое соединение тросика 10 и вывода нижнего электрода 9 варистора 8. В показанных исполнениях пружина сжатия 15 размещена в полости 4а подвижной части 4 и опирается на стенку 7а корпуса 7 вставного защитного элемента 2, а подвижная часть 4, за счет соединения тросика 10 и нижнего электрода 9 варистора 8, удерживается в своем основном положении в состоянии, когда пружина сжатия 15 сжата.
В примерах исполнения на фиг.1-4b в подвижную часть 4 между ее стенками 4b и 4с засунуто нижнее плечо 16а, выполненное на одном конце плоского рычага 16, который поворотно расположен на цапфе 7b, образованной в корпусе 7 вне горизонтальной плоскости проекции пространства для варистора 8 или варисторов 8. В примере исполнения на фиг.5а и 5b подвижная часть 4 вместо стенок 4b и 4с снабжена ступенчатой стенкой 4d, на которую опирается нижнее плечо 16а рычага 16, поворотно расположенного на цапфе 7b, образованной в корпусе 7. Нижнее плечо 16а рычага 16 постоянно находится в контакте со ступенчатой стенкой 4d подвижной части 4 под действием пружины растяжения 16с, один конец которой расположен на корпусе 7, а второй конец соединен с рычагом 16. В непоказанном здесь исполнении пружина растяжения 16с заменена расположенной соответствующим способом пружиной сжатия.
Рычаг 16 на своем втором конце снабжен сигнализационным плечом 16b. имеющим цветную площадку или цветные площадки для оптической сигнализации состояния защиты от перенапряжения. С этой целью корпус 7 снабжен отверстием 7с оптической сигнализации, при этом напротив отверстия 7с оптической сигнализации выполнена площадка в корпусе 7 или в этот корпус установлена вставка 17, имеющая цвет, соответствующий оптической сигнализации в исходном состоянии защиты от перенапряжения, в котором сигнализационное плечо не находится в соответствии с отверстием 7с в корпусе 7.
Нижняя стенка 7е корпуса 7 и идентификатор 13 снабжены овальными отверстиями 7d и 13b, через которые проходит вышеописанный позиционирующий элемент 3, опирающийся на подвижную часть 4. При введенном в держатель 1 вставном защитном элементе 2 позиционирующий элемент 3 в состоянии, когда подвижная часть 4 находится в основном положении, своим концом прикасается к подвижной части 4, а его положение создает информацию о состоянии защиты от перенапряжения для телесигнализации, что обеспечивается за счет неизображенного размещения соответствующих функциональных элементов в держателе 1. В выведенном положении подвижной части 4 (как будет описано дальше) позиционирующий элемент 3 введен своим концом в корпус 7 вставного защитного элемента 2. Идентификатор 13 снабжен идентификационными выступами 13а, входящими в соответствующие отверстия в держателе 1.
На фиг.6а-6с показано исполнение, позволяющее повернуть вставной защитный элемент 2 в держателе 1 на 180°, не оказывая влияния на защитную и сигнализационную (телесигнализацию и оптическую сигнализацию) функцию вставного защитного элемента 2. В этом исполнении позиционирующий элемент 3 в держателе располагается вне оси а симметрии контактов 5, 6 или же вне центра расстояния между контактами 5, 6 и одновременно - вне продольной оси b вставного защитного элемента 2. Овальные отверстия 7d и 13b расположены под углом к осям а и b. Подвижная часть 4 снабжена опорной стенкой 41 со ступенчатым концом 41а, при этом в каждой части наклонных овальных отверстий 7d и 13b расположена часть 410, 411 опорной стенки 41 подвижной части 4. Таким образом, в основном положении подвижного элемента 4 конец напружиненного позиционирующего элемента 3 в одном положении вставного защитного элемента 2 прикасается к первой части 410 опорной стенки 41 подвижной части 4, при этом в положении вставного защитного элемента 2, повернутого на 180°, конец напружиненного позиционирующего элемента 3 прикасается к другой части 411 опорной стенки 41 подвижной части 4. В отведенном положении подвижной части 4 обе части 410, 411 опорной стенки 41 расположены вне траектории движения напружиненного позиционирующего элемента 3 и, следовательно, не препятствуют его вхождению через наклонные овальные отверстия 7d и 13b в корпус 7 вставного защитного элемента 2 для телесигнализации состояния защиты от перенапряжения. С угловыми шагами по окружности вокруг расположенных под углом овальных отверстий 7d, 13b выполнены идентификационные выступы 13а, которые в обоих положениях вставного защитного элемента 2 (исходном и повернутом на 180°) входят в соответствующие отверстия в держателе 1. В непоказанном здесь примере исполнения вставной защитный элемент 2 выполнен без возможности поворота в держателе 1.
В примерах исполнения, показанных на фиг.1-3b, все элементы устройства для отключения нелинейного резистивного элемента от сети и все элементы сигнализации (оптической и дистанционной) состояния защиты от перенапряжения, находящиеся внутри корпуса 7 вставного защитного элемента 2, в любом состоянии защиты от перенапряжения располагаются полностью вне пространства, ограниченного контуром нелинейного резистивного элемента (варистора 8) при виде в направлении, перпендикулярном боковой плоскости нелинейного резистивного элемента (варистора 8), т.е. в направлении ширины корпуса 7. При такой компоновке в корпусе 7 одного типоразмера вставного защитного элемента 2 можно, без необходимости выполнения переделки устройства для отключения нелинейного резистивного элемента от сети и устройства для сигнализации состояния защиты от перенапряжения, расположить рядом нужное число параллельно включенных нелинейных резистивных элементов (варисторов 8) в направлении ширины корпуса 7. В случае, когда число примененных нелинейных резистивных элементов (варисторов 8) меньше максимального, оставшееся пространство корпуса 7 между боковой стенкой нелинейных резистивных элементов (варисторов 8) и боковой стенкой корпуса 7 свободно и в него не входит ни один из элементов устройства для отключения нелинейного резистивного элемента от сети или элементов сигнализации (оптической сигнализации и телесигнализации) состояния защиты от перенапряжения.
В примерах исполнения, показанных на фиг.4а-5b, цапфа 7b, на которой поворотно расположен рычаг 16, располагается вне пространства, ограниченного контуром нелинейного резистивного элемента (варистора 8) при виде в направлении, перпендикулярном боковой плоскости нелинейного резистивного элемента (варистора 8), т.е. в направлении ширины корпуса 7, при этом рычаг 16 выполнен плоским в направлении, параллельном боковой стенке нелинейного резистивного элемента (варистора 8), а нижнее плечо 16а и сигнализационное плечо 16b расположены вне пространства, ограниченного контуром нелинейного резистивного элемента (варистора 8), при виде в направлении, перпендикулярном боковой стенке нелинейного резистивного элемента (варистора 8), т.е. в направлении ширины корпуса 7. Пружина растяжения 16с, примененная в примерах исполнения на фиг.5а и 5b, тоже расположена в плоскости, параллельной боковой стенке нелинейного резистивного элемента (варистора 8). В исполнениях, показанных на фиг.4а-5b, в корпусе 7 одинаковых наружных размеров и с такими же средствами присоединения для ввода в держатель 1, какие имеет корпус 7 в примерах исполнения на фиг.1-3b, можно разместить нелинейные резисторные элементы (варисторы 8) бòльших размеров (а также бòльшей мощности), чем в исполнениях, показанных на фиг.1-3b, следовательно, для обоих „типов" защиты от перенапряжения в корпусах 7 одинаковых наружных размеров можно использовать унифицированный держатель 1.
Защита от перенапряжения по этому изобретению действует следующим способом.
При наличии перенапряжения в защищаемой электрической цепи защита от перенапряжения нормально выполняет свою функцию, т.е. снижает перенапряжение в защищаемой цепи до допускаемого значения. Однако в результате старения и перегрузки защитного элемента (нелинейного резистивного элемента, варистора 8, группы варисторов и т.д.) свойства защитного элемента изменяются, а вследствие этого через защитный элемент (варистор 8) постепенно начинает протекать электрический ток, вызывающий нагрев защитного элемента (варистора 8). Тепловая энергия естественным способом передается от защитного элемента (варистора 8) к выводам 9 и 11. За счет этого вывод нижнего электрода 9 варистора 8 постепенно нагревается.
При достаточном нагревании вывода нижнего электрода 9 варистора 8 расплавляется припой соединения этого вывода с тросиком 10. Это соединение теряет прочность, а подвижная часть 4 под действием пружины сжатия 15 начнет перемещать конец тросика 10 в направлении к контакту 5. В результате этого вывод нижнего электрода 9 варистора 8 отсоединится от тросика 10 и, следовательно, защитный элемент (варистор 8) отключится от сети. В исполнениях согласно фиг.1-3b движение подвижной части 4 в начальной фазе не влияет на положение рычага 16. Однако стенка подвижной части 4b перестанет удерживать рычаг 16 в положении открытия отверстия, при этом при дальнейшем перемещении подвижной части 4 на нижнее плечо 16а рычага 16 начнет действовать стенка 4 с подвижной части 4, которая начнет поворачивать рычаг 16 на цапфе 7b, а сигнализационное плечо 16b рычага 16 закроет отверстие 7с оптической сигнализации, вследствие чего изменится оптическая сигнализация состояния защиты от перенапряжения. В исполнениях, показанных на фиг.4а и 4b, при перемещении подвижной части 4 рычаг 16, вследствие смещения нижнего конца 16а в изогнутой канавке между стенками 4b и 4с подвижной части 4, немного повернется, и сигнализационное плечо 16b рычага 16 закроет отверстие 7 с оптической сигнализации, вследствие чего изменится оптическая сигнализация состояния защиты от перенапряжения. В исполнениях по фиг.5а и 5b при перемещении подвижной части 4 рычаг 16 немного повернется благодаря наличию ступенчатой стенки 4d подвижной части 4, с которой нижний конец 16а рычага 16 удерживается в контакте под действием пружины 16с. В результате этого сигнализационное плечо 16b рычага 16 закроет отверстие 7с оптической сигнализации, вследствие чего изменится оптическая сигнализация состояния защиты от перенапряжения. Кроме этого, во всех приведенных примерах исполнения вследствие перемещения подвижной части 4 освободится пространство для выведения позиционирующего элемента 3 под действием неизображенной его пружины сжатия, и позиционирующий элемент 3 выдвинется, вследствие чего включится неизображенная телесигнализация изменения состояния защиты от перенапряжения. Таким образом, обслуживающий персонал на расстоянии или при выполнении осмотра защиты от перенапряжения легко определит необходимость замены того или иного вставного защитного элемента 2.
Изобретение не ограничивается только вышеописанными или конкретными показанными исполнениями.
Промышленная применимость
Изобретение применимо для защиты электрических цепей от перенапряжения.