УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2005 года по МПК H01C7/12 

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка является частичным продолжением находящейся на рассмотрении заявки США №09/157875, поданной 21 сентября 1998 года.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройствам для защиты от перенапряжений, а более конкретно – к устройству для защиты от перенапряжений, содержащему пластину из варисторного материала.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Часто чрезмерные напряжения возникают на вводах, которые подают электроэнергию в жилые дома, торговые предприятия и учреждения. Такое чрезмерное напряжение или резкие повышения напряжения могут возникать, например, в результате разрядов молнии. Перенапряжения представляют особый интерес в телекоммуникационных распределительных центрах, госпиталях и других учреждениях, где повреждение оборудования, вызванное перенапряжениями, приводящее в результате к простою, может стоить очень дорого.

Как правило, для защиты технических средств от перенапряжений используют один или более варисторов (то есть резисторов, зависимых от электрического напряжения). В общем варистор соединяют на вводе переменного тока и параллельно защищаемой цепи. Варистор имеет такое характеристическое фиксированное напряжение смещения, которое чувствительно к повышению напряжения за заданное напряжение, при этом варистор образует низкорезистивную шунтирующую цепь для тока перенапряжения, которая уменьшает возможность повреждения чувствительных компонентов. Как правило, в защитной цепи может быть предусмотрен линейный плавкий предохранитель, и этот линейный плавкий предохранитель может расплавиться или сгореть благодаря по существу короткому замыканию, созданному шунтирующей цепью.

Варисторы до настоящего времени получают в соответствии с несколькими конструкциями для различных случаев применения. Для работы в тяжелом режиме (например, способность к токовой перегрузке в диапазоне от приблизительно 60 кА до 100 кА), например, для защиты технических средств связи обычно используют блочные варисторы. Блочный варистор, как правило, содержит дисковый элемент варистора, герметизированный в пластмассовом корпусе. Диск варистора получают литьем под давлением оксида металла, например оксида цинка, или другого пригодного материала, например карбида кремния. Медь или другой электропроводный материал наносят на противоположные поверхности диска путем пламенного напыления. К металлизированным противоположным поверхностям приваривают кольцевые электроды и узел, состоящий из диска и электродов, заключают в пластмассовый корпус. Примеры таких блочных варисторов включают в себя изделие №SIOV-B860K250, выпускаемое на промышленной основе компанией Siemens Matsushita Components GmbH & Co.KG, и изделие №V271BA60, выпускаемое на промышленной основе компанией Harris Corporation.

Другая конструкция варистора включает в себя диск варистора высокой мощности, смонтированный в корпусе дискового диода. Корпус диода имеет противоположные электродные пластины, а между ними размещен диск варистора. Один или оба электрода содержат пружинный элемент, расположенный между пластиной электрода и диском варистора для удерживания диска варистора по месту. Пружинный элемент или элементы обеспечивают только относительно небольшую площадь контакта с диском варистора.

Вышеописанные конструкции варисторов в процессе эксплуатации часто работают неадекватно. Варисторы часто перегреваются и загораются. Перегрев может вызывать отделение электродов от диска варистора, вызывающее дугообразование и дополнительную опасность загорания. Может возникнуть тенденция образования в диске варистора точечных проколов, в свою очередь, побуждающая варистор работать вне определенного для него диапазона. В течение импульсов большого тока диски варисторов, соответствующие предшествующему уровню техники, могут образовывать трещины вследствие пьезоэлектрического эффекта, ухудшая в соответствии с этим рабочие характеристики. Отказы таких варисторов привели к новым правительственным постановлениям в отношении минимальных требований к техническим характеристикам. Производители варисторов нашли эти новые постановления трудными для того, чтобы им соответствовать.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

В различных вариантах осуществления настоящее изобретение относится к устройству для защиты от перенапряжений, которое может обеспечить ряд преимуществ надежной, долговечной и адекватной реакции на экстремальные и повторяющиеся условия перенапряжений. Устройство для защиты от перенапряжений может содержать пластину из варисторного материала и пару электродных элементов, один из которых предпочтительно является корпусом, имеющим по существу плоские контактные поверхности для контактного взаимодействия по существу с плоскими поверхностями пластины.

Предпочтительно, чтобы электроды имели относительно большие тепловые массы по сравнению с тепловой массой варисторной пластины, чтобы абсорбировать значительное количество тепла из варисторной пластины. В этом случае устройство может уменьшить вызываемое нагревом разрушение или повреждение варисторной пластины, а также любую тенденцию варисторной пластины к искрению или горению. Относительно большие тепловые массы электродов и существенные контактные площади между электродами и варисторной пластиной могут также обеспечить более равномерное распределение температуры в варисторной пластине, потенциально уменьшая, благодаря этому, участки местного перегрева и результирующее локальное обеднение варисторного материала.

Предпочтительно, чтобы электроды были механически нагружены против варисторной пластины. Для обеспечения и поддержания нагрузки могут быть предусмотрены отклоняющие средства. Нагрузка предпочтительно обеспечивает более равномерное распределение тока через варисторную пластину. Как результат, устройство может более эффективно и прогнозируемо реагировать на условия перенапряжения и с большей вероятностью предотвращать образование точек большого тока, которые могут вызывать образование точечных проколов. Склонность варисторной пластины к короблению, чувствительному к импульсам большого тока, также может быть предотвращена или уменьшена посредством механического усиления, обеспечиваемого электродами. Кроме того, в течение перенапряжения ожидается, что устройство обеспечит низкую индуктивность и низкое электрическое сопротивление вследствие более равномерного и эффективного распределения тока через варисторную пластину.

Предпочтительно, чтобы устройство имело металлический корпус и дополнительные компоненты, предназначенные для предотвращения или минимизации образования пламени, искр и/или разрушения варисторного материала при возникновении перенапряжения варисторной пластины.

В дополнительных вариантах осуществления, соответствующих настоящему изобретению, обеспечивается получение устройства для защиты от перенапряжений, содержащее корпус, имеющий первую по существу плоскую поверхность электрического контакта и электропроводную боковую стенку. Корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с полостью. Электродный элемент устройства может иметь вторую по существу плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к первой поверхности электрического контакта и расположенную в полости. Часть электродного элемента может выходить из полости и через отверстие. Пластина, образованная из варисторного материала и имеющая первую и вторую противоположные по существу плоские поверхности, позиционирована в полости и между первой и второй поверхностями электрического контакта, причем первая и вторая поверхности пластины входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями электрического контакта соответственно.

В соответствии с другими вариантами осуществления, соответствующими настоящему изобретению, устройство для защиты от перенапряжений, предназначенное для использования с варисторной пластиной, имеющей первую и вторую противоположные по существу плоские поверхности, содержит корпус, имеющий первую по существу плоскую поверхность электрического контакта и электропроводную боковую стенку. Корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с полостью. Электродный элемент устройства может иметь вторую по существу плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к первой контактной поверхности и расположенную в полости. Часть электрода может выходить из полости и через отверстие. Корпус и электродный элемент могут быть так расположены относительно друг друга и иметь такую конструкцию, что пластина, установленная в полости, позиционируется между первой и второй поверхностями электрического контакта, причем первая и вторая поверхности электрического контакта входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями пластины соответственно.

В дополнительных вариантах осуществления, соответствующих настоящему изобретению, устройство для защиты от перенапряжений, предназначенное для использования с варисторной пластиной, имеющей первую и вторую противоположные по существу плоские поверхности, содержит корпус, ограничивающий полость и имеющий отверстие, сообщающееся с полостью. Корпус имеет боковую стенку и нижнюю стенку, имеющую первую по существу плоскую поверхность электрического контакта и смежную углубленную поверхность.

Первая поверхность электрического контакта ограничивает возвышенную площадку относительно углубленной поверхности. Электродный элемент устройства может иметь вторую по существу плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к первой контактной поверхности и расположенную в полости. Часть электрода может выходить из полости и через отверстие. Корпус и электродный элемент могут быть так расположены относительно друг друга и иметь такую конструкцию, что пластина, установленная в полости, позиционируется между первой и второй поверхностями электрического контакта, причем первая и вторая поверхности электрического контакта входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями пластины соответственно и так, чтобы пластина не входила в контактное взаимодействие с углубленной поверхностью.

В соответствии с другими дополнительными вариантами осуществления, соответствующими настоящему изобретению, устройство для защиты от перенапряжений, предназначенное для использования с варисторной пластиной, имеющей первую и вторую противоположные по существу плоские поверхности, содержит корпус, имеющий первую по существу плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку. Корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с полостью. Электродный элемент устройства может иметь вторую по существу плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к первой контактной поверхности и расположенную в полости, и стержень, выходящий из полости и через отверстие. Стержень может иметь периферийную канавку, проходящую в окружном направлении, образованную в нем. Герметизирующий элемент может быть расположен между второй поверхностью электрического контакта и отверстием. Герметизирующий элемент может иметь отверстие, ограниченное в нем. В канавке стержня может быть расположено упругое уплотнительное кольцо. Стержень может проходить через отверстие, уплотнительное кольцо может быть расположено в отверстии и уплотнительное кольцо может быть размещено для обеспечения уплотнения между стержнем и герметизирующим элементом. Корпус и электродный элемент могут быть так расположены относительно друг друга и иметь такую конструкцию, что пластина, установленная в полости, размещается между первой и второй поверхностями электрического контакта, причем первая и вторая поверхности электрического контакта входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями пластины соответственно.

В соответствии с дополнительными вариантами осуществления, соответствующими настоящему изобретению, устройство для защиты от перенапряжений, предназначенное для использования с варисторной пластиной, имеющей первую и вторую противоположные по существу плоские поверхности, содержит корпус, имеющий первую по существу плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку. Корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с полостью. Электродный элемент устройства может иметь вторую по существу плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к первой контактной поверхности и расположенную в полости. Часть электрода может выходить из полости и через отверстие. Герметизирующий элемент может быть расположен между второй поверхностью электрического контакта и отверстием. Герметизирующий элемент может иметь периферийную канавку, образованную в нем. В периферийной канавке может быть расположено упругое уплотнительное кольцо. Уплотнительное кольцо может быть позиционировано для обеспечения уплотнения между герметизирующим элементом и боковой стенкой корпуса. Корпус и электродный элемент могут быть так расположены относительно друг друга и иметь такую конструкцию, что пластина, установленная в полости, позиционируется между первой и второй поверхностями электрического контакта, причем первая и вторая поверхности электрического контакта входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями пластины соответственно.

В соответствии с другими вариантами осуществления, соответствующими настоящему изобретению, устройство для защиты от перенапряжений, предназначенное для использования с варисторной пластиной, имеющей первую и вторую противоположные по существу плоские поверхности, содержит корпус, имеющий первую по существу плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку. Корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с полостью. Электродный элемент устройства может иметь вторую по существу плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к первой контактной поверхности и расположенную в полости. Часть электрода может выходить из полости и через отверстие. В отверстии может быть позиционирована торцевая заглушка. Для ограничения смещения между торцевой заглушкой и корпусом может быть позиционирован фиксатор. Корпус и электродный элемент могут быть так расположены относительно друг друга и иметь такую конструкцию, что пластина, установленная в полости, позиционируется между первой и второй поверхностями электрического контакта, причем первая и вторая поверхности электрического контакта входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями пластины соответственно.

В соответствии с дополнительными вариантами осуществления настоящего изобретения предлагается способ монтажа усеченного кольцеобразного фиксатора в корпус, причем фиксатор имеет пару противоположных концевых частей, при этом каждая из них имеет отверстие, образованное в ней, предусматривающий сжатие фиксатора при использовании отверстий. Фиксатор позиционируют относительно корпуса. Фиксатор освобождают, позволяя фиксатору сцепляться с корпусом. После этого концевые части фиксатора могут быть обрезаны.

В соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения предлагается способ монтажа усеченного кольцеобразного фиксатора в корпус, причем фиксатор имеет пару противоположных концевых частей, при этом каждая из них имеет отверстие, образованное в ней, предусматривающий сжатие фиксатора при использовании отверстий. Фиксатор устанавливают относительно корпуса. Фиксатор освобождают, позволяя фиксатору сцепляться с корпусом. После этого в каждое из отверстий может быть нанесен наполнитель.

В соответствии с другими вариантами осуществления, соответствующими настоящему изобретению, устройство для защиты от перенапряжений, предназначенное для использования с варисторной пластиной, имеющей первую и вторую противоположные по существу плоские поверхности, содержит корпус, имеющий первую по существу плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку. Корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с полостью. Электродный элемент устройства может иметь вторую по существу плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к первой контактной поверхности и расположенную в полости. Часть электрода может выходить из полости и через отверстие. Белвиллские шайбы могут смещать, по меньшей мере, первую или вторую контактную поверхность в направлении друг к другу. Каждая из шайб может быть конической вдоль ее оси. Первая и вторая белвиллские шайбы предпочтительно аксиально совмещены и ориентированы в противоположном направлении. Корпус и электродный элемент могут быть так расположены относительно друг друга и иметь такую конструкцию, что пластина, установленная в полости, позиционируется между первой и второй поверхностями электрического контакта, причем первая и вторая поверхности электрического контакта входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями пластины соответственно.

Задачи настоящего изобретения станут очевидными для специалистов, квалифицированных в этой области техники, из подробного описания предпочтительных вариантов осуществления, сделанного со ссылкой на сопроводительные чертежи только в целях иллюстрации настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сопроводительные чертежи, которые являются неотъемлемой составной частью описания, приведены для иллюстрации основных вариантов осуществления настоящего изобретения. Чертежи и описание обеспечивают полное объяснение настоящего изобретения.

Фиг.1 - перспективное изображение с пространственным разделением деталей варисторного устройства, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - вид сверху варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.1.

Фиг.3 - сечение варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.1, сделанное по линии 3-3, показанной на фиг.2.

Фиг.4 - перспективное изображение варисторной пластины.

Фиг.5 - перспективное изображение с пространственным разделением деталей варисторного устройства, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - вид сверху варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.5.

Фиг.7 - перспективное изображение снизу с пространственным разделением деталей варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.5.

Фиг.8 - вид варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.5, в котором варисторное устройство вмонтировано в электрический распределительный шкаф коммунальной службы.

Фиг.9 - перспективное изображение с пространственным разделением деталей варисторного устройства, соответствующего третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10 - вид сверху варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.9.

Фиг.11 - сечение варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.9, сделанное по линии 11-11, показанной на фиг.10.

Фиг.12 - перспективное изображение с пространственным разделением деталей варисторного устройства, соответствующего дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.13 - центральное сечение варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.12, в котором варисторное устройство находится в ненапряженном частично собранном состоянии.

Фиг.14 - центральное сечение варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.12, в котором варисторное устройство находится в нагруженном полностью собранном состоянии.

Фиг.15 - перспективное изображение сверху диэлектрического кольца варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.12.

Фиг.16 - вертикальный вид сбоку диэлектрического кольца, иллюстрируемого на фиг.15,

Фиг.17 - вид сверху диэлектрического кольца, иллюстрируемого на фиг.15.

Фиг.18 - перспективное изображение сверху электрода варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.12.

Фиг.19 - центральное сечение корпуса варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.12.

Фиг.20 - частичное фрагментарное сечение варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.12, показывающее его первое уплотнительное кольцо.

Фиг.21 - частичное фрагментарное сечение варисторного устройства, иллюстрируемого на фиг.12, показывающее второе уплотнительное кольцо.

Фиг.22 - перспективное изображение сверху варисторного устройства, соответствующего еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.23 - перспективное изображение сверху варисторного устройства, соответствующего другому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.24 - перспективное изображение сверху варисторного устройства, соответствующего дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Теперь настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых иллюстрируются варианты осуществления настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может иметь много других вариантов осуществления и не ограничено вариантами осуществления, описанными в этой заявке и сделанными для того, чтобы дать более полное и законченное представление специалистам, квалифицированным в этой области техники, об объеме и сущности настоящего изобретения. На приведенных чертежах аналогичными ссылочными номерами указаны аналогичные элементы. Термины "вверху", "внизу", "вертикальный", "горизонтальный" и аналогичные термины используются в этой заявке только для пояснения.

На фиг.1-3 иллюстрируется устройство для защиты от перенапряжений, соответствующее первому варианту осуществления настоящего изобретения, которое указано общим ссылочным номером 100. Устройство 100 имеет корпус 120, как правило, цилиндрической формы. Корпус предпочтительно образован из алюминия. Однако может быть использован любой пригодный проводящий металл. Корпус имеет центральную стенку 122 (фиг.3), цилиндрические стенки 124, проходящие от центральной стенки в противоположных направлениях, и электродный зажим 129 корпуса, проходящий в направлении наружу от стенок 124. Как показано, корпус предпочтительно является унитарным и аксиально-симметричным. Цилиндрические стенки 124 и центральная стенка 122 образуют полости 121 на каждой стороне от центральной стенки, причем каждая полость сообщается с соответствующим отверстием 126.

Поршнеобразный электрод 130 позиционирован в каждой из полостей 121. Стержни 134 электродов 130 выступают в направлении наружу через соответствующие отверстия 126. Электроды 130 предпочтительно образованы из алюминия. Однако может быть использован любой пригодный проводящий металл. Кроме того, как более подробно описано ниже, варисторная пластина 110, пружинные шайбы 140, диэлектрическое кольцо 150 и торцевая заглушка 160 расположены в каждой полости 121.

В процессе эксплуатации устройство 100 может быть непосредственно соединено через вход переменного или постоянного тока, например, в электрическом распределительном шкафу коммунальной службы. Сервисные линии соединены прямо или косвенно со стержнями 134 электродов и электродным зажимом 129 корпуса так, чтобы через электроды 130, варисторные пластины 110, центральную стенку 122 корпуса и электродный зажим 129 корпуса обеспечивался путь электрическому току. При отсутствии перенапряжения варисторные пластины 110 обеспечивают высокое электрическое сопротивление, так что электрический ток не проходит через устройство 100, и оно выглядит электрически как разомкнутая цепь. В случае наличия перенапряжения (относительно расчетного напряжения устройства) сопротивления варисторных пластин быстро уменьшаются, позволяя электрическому току протекать через устройство 100 и создавать шунтирующую цепь для протекания электрического тока, чтобы предохранить другие компоненты взаимодействующей электрической системы. Общее использование и применение устройств для защиты от перенапряжений, например варисторов, хорошо известно специалистам, квалифицированным в этой области техники, и, соответственно, не будет дополнительно детализировано в этой заявке.

Как очевидно из приведенных чертежей, устройство 100 является аксиально-симметричным, причем верхняя и нижняя половины устройства 100 имеют одинаковую конструкцию. В соответствии с этим устройство 100 далее будет описано со ссылкой только на верхнюю его часть, причем очевидно, что такое описание одинаково относится и к нижней части.

При более детальном рассмотрении конструкции устройства 100 следует отметить, что электрод 130 имеет головную часть 132 и интегрально образованный стержень 134. Как лучше всего показано на фиг.3, головная часть 132 имеет по существу плоскую контактную поверхность 132А, которая обращена по существу к плоской контактной поверхности 122А центральной стенки 122 корпуса. Варисторная пластина 110 расположена между контактными поверхностями 122 и 132. Как описано более подробно ниже, головная часть 132 и центральная стенка 122 механически нагружены против варисторной пластины 110, чтобы гарантировать прочное и равномерное контактное взаимодействие между поверхностями 112 и 132А и между поверхностями 114 и 122А. Резьбовой канал 136 образован в торце стержня 134 для приема болта, предназначенного для крепления электрической шины или другого электрического соединителя к электроду 130.

В соответствии с фиг.4 варисторная пластина 110 имеет первую по существу плоскую контактную поверхность 112 и вторую противоположную по существу плоскую контактную поверхность 114. Используемый в этой заявке термин "пластина" означает подложку, имеющую толщину, которая относительно мала по сравнению с размерами ее диаметра, длины или ширины. Варисторная пластина 110 предпочтительно имеет форму диска. Однако варисторная пластина может иметь другие формы. Толщина Т и диаметр D варисторной пластины 110 будут зависеть от характеристик варистора, требуемых для конкретного случая применения. Предпочтительно и как это показано на чертежах, варисторная пластина 110 имеет пластину 111 варисторного материала, покрытую на каждой стороне проводящим покрытием 112А, 114А, так что открытые поверхности покрытий 112А, 114А служат в качестве контактных поверхностей 112 и 114.

Предпочтительно, чтобы покрытия 112А, 114А были образованы из алюминия, меди или мягкого припоя.

Варисторный материал может быть любым пригодным материалом, обычно используемым для варисторов, а именно материалом, имеющим нелинейные резистивные характеристики при приложении электрического напряжения. Предпочтительно, чтобы электрическое сопротивление становилось очень низким при превышении заданного электрического напряжения. Например, варисторным материалом может быть легированный окисел металла или карбид кремния. Пригодными окислами металла являются соединения оксида цинка.

Пластину 111 варисторного материала предпочтительно получают сначала формованием стержня или блока (не показано) варисторного материала, а затем резкой стержня на пластины 111 при использовании алмазного резца. Стержень может быть образован экструдированием или литьем стержня варисторного материала с последующим агломерационным обжигом при высокой температуре в кислородосодержащей среде. Такой способ получения позволяет получить пластину, имеющую более плоские поверхности при меньшем короблении или меньшей флуктуации профиля, чем, как правило, получают при использовании технологии литья. Покрытия 112А, 114А предпочтительно образованы из алюминия или меди и могут быть нанесены на противоположные стороны пластины 111 способом пламенного напыления.

Хотя устройство 100, как показано на фиг.1, содержит две пружинные шайбы 140, их может быть использовано больше или меньше. Каждая пружинная шайба 140 имеет отверстие 142, через которое проходит стержень 134 электрода 130. Каждая пружинная шайба 140 окружает часть стержня 134 непосредственно рядом с головной частью 132 и опирается на тыльную поверхность головной части 132 или выше упомянутой пружинной шайбы 140. Каждое отверстие 142 предпочтительно имеет диаметр, который приблизительно на 0,012-0,015 дюйма (0,3-0,38 мм) больше соответствующего диаметра стержня 134. Пружинные шайбы 140 предпочтительно образованы из упругого материала, а более предпочтительно, чтобы пружинные шайбы 140 были белвиллскими шайбами, образованными из пружинной стали.

Диэлектрическое кольцо 150 перекрывает наиболее удаленную от центра устройства пружинную шайбу 140 и опирается на нее. Диэлектрическое кольцо 150 имеет отверстие 152, образованное в нем, через которое проходит стержень 134. Предпочтительно, чтобы диаметр отверстия 152 был приблизительно на 0,005-0,007 дюйма (0,127-0,178 мм) больше соответствующего диаметра стержня 134, Диэлектрическое кольцо 150 предпочтительно образовано из электроизоляционного материала, имеющего высокие температуры плавления и возгорания. Более предпочтительно, чтобы диэлектрическое кольцо 150 было образовано из поликарбоната, керамики или высокотемпературного полимера.

Торцевая заглушка 160 перекрывает диэлектрическое кольцо 150 и опирается на него. Торцевая заглушка 160 имеет отверстие 162, через которое проходит стержень 134. Предпочтительно, чтобы диаметр отверстия 162 был приблизительно на 0,500-0,505 дюйма (12,7-12,8 мм) больше соответствующего диаметра стержня 134 для обеспечения достаточного зазора 165 (фиг.2) для предотвращения образования электрической дуги между торцевой заглушкой 160 и стержнем 134 электрода в течение отсутствия перенапряжения. Резьба 168 на периферийной стенке торцевой заглушки 160 сцепляется с комплементарной резьбой 128, образованной на корпусе 120. Отверстия 163 образованы в торцевой заглушке для зацепления с инструментом (не показан) для вращения торцевой заглушки 160 относительно корпуса 120. Вместо или помимо отверстий 163 для зацепления с инструментом могут быть предусмотрены другие средства, например гексагональные прорези. Торцевая заглушка 160 имеет втулку 167, которая входит во внутренний диаметр корпуса 120. Корпус 120 имеет закраину 127 для предотвращения чрезмерного введения торцевой заглушки 160. Предпочтительно, чтобы торцевая заглушка была образована из алюминия.

Как указано выше и лучше всего иллюстрируется на фиг.3, головная часть 132 электрода и центральная стенка 122 нагружены против варисторной пластины 110, чтобы гарантировать сплошное и равномерное контактное взаимодействие между поверхностями 112 и 132А и между поверхностями 114 и 122А. Этот аспект устройства 100 может быть оценен рассмотрением способа, соответствующего настоящему изобретению, сборки устройства 100. Варисторную пластину 110 устанавливают в полости 121 так, чтобы поверхность 114 пластины входила в контактное взаимодействие с контактной поверхностью 122А. Электрод 130 вводят в полость 121 так, чтобы контактная поверхность 132А входила в контактное взаимодействие с поверхностью 112 варисторной пластины. Пружинную шайбу вводят с возможностью скольжения вниз по стержню 134 и размещают поверх головной части 132. Диэлектрическое кольцо 150 вводят с возможностью скольжения вниз по стержню 134 и устанавливают поверх наиболее удаленной от центра устройства пружинной шайбы 140. Торцевую заглушку 160 вводят с возможностью скольжения вниз по стержню 134 и ввинчивают в отверстие 126 посредством зацепления резьбы 168 с резьбой 128 и вращения.

Как только устройство 100 собрано, как только что было описано, к торцевой заглушке 160 избирательно прикладывают крутящий момент для вставления с силой диэлектрического кольца 150 вниз так, чтобы оно частично прогнуло пружинные шайбы 140. Нагрузка торцевой заглушки 160 на диэлектрическое кольцо 150 и от диэлектрического кольца на пружинные шайбы 140, в свою очередь, передается головной части 132. В этом случае варисторная пластина 110 зажата между головной частью 132 электрода и центральной стенкой 122.

Предпочтительно, чтобы устройство 100 имело такую конструкцию, чтобы требуемая нагрузка достигалась тогда, когда пружинные шайбы 140 были прогнуты только частично, а более предпочтительно, когда пружинные шайбы прогнуты на 50%. В этом случае могут быть скомпенсированы вариации в производственных допусках других компонентов устройства 100.

Величина крутящего момента, прикладываемого к торцевой заглушке 160, будет зависеть от требуемой величины нагрузки между варисторной пластиной 110 и головной частью 132 и центральной стенкой 122. Предпочтительно, чтобы величина нагрузки головной части и центральной стенки на варисторную пластину составляла, по меньшей мере, 264 фунта (1174,8 Н). Более предпочтительно, чтобы нагрузка была в диапазоне, составляющем приблизительно 528-1056 фунтов (2349,6-4699,2 Н). Предпочтительно, чтобы покрытия 112А и 114А имели грубый исходный профиль, а сжимающее усилие нагрузки деформировало эти покрытия для обеспечения более непрерывного контактного взаимодействия между этими покрытиями и контактными поверхностями 122А и 132А.

Альтернативно или дополнительно требуемая величина нагрузки может быть получена выбором адекватного числа и/или размеров пружинных шайб 140. Каждая пружинная шайба требует заданной величины нагрузки для прогиба на заданную величину, а общая нагрузка будет суммой нагрузок, обеспечивающих прогиб пружин.

Предпочтительно, чтобы площадь контактного взаимодействия между контактной поверхностью 132А и поверхностью 112 варисторной пластины составляла, по меньшей мере, 1,46 квадратных дюймов (9,4 см²). Аналогичным образом, площадь контактного взаимодействия между контактной поверхностью 122А и поверхностью 114 варисторной пластины предпочтительно составляет, по меньшей мере, 1,46 квадратных дюймов (9,4 см²). Предпочтительно, чтобы толщина Н головной части 132 электрода составляла, по меньшей мере, 0,50 дюйма (12,7 мм). Центральная стенка 122 предпочтительно имеет толщину W, по меньшей мере, 0,25 дюйма (6,35 мм).

Совокупная тепловая масса корпуса 120 и электрода 130 должна быть существенно больше тепловой массы варисторной пластины 110. Используемый в этой заявке термин "тепловая масса" означает результат умножения удельной теплоемкости материала или материалов объекта (например, варисторной пластины 110) на массу или массы материала или материалов объекта. То есть, тепловая масса есть количество энергии, требуемое для повышения температуры на один градус одного грамма материала или материалов объекта, помноженное на величину массы или масс материала или материалов объекта в граммах. Предпочтительно, чтобы тепловые массы каждой головной части 132 электрода и центральной стенки 122 были существенно больше тепловой массы варисторной пластины 110. Предпочтительно, чтобы тепловые массы каждой головной части 132 электрода и центральной стенки 122 были, по меньшей мере, в два раза больше тепловой массы варисторной пластины 110, а более предпочтительно - по меньшей мере, в десять раз больше.

Устройство 100 для защиты от перенапряжений обеспечивает ряд преимуществ для надежной, долговечной и адекватной работы в экстремальных и повторяющихся условиях перенапряжения. Относительно большие тепловые массы корпуса 120 и электрода 130 служат для абсорбирования относительно большого количества тепла из варисторной пластины 110, уменьшая благодаря этому тепло, вызывающее разрушение или повреждение варисторной пластины, а также уменьшая любую тенденцию варисторной пластины генерировать искры или пламя. Относительно большие тепловые массы и существенные площади контакта между электродом, корпусом и варисторной пластиной обеспечивают более равномерное распределение температуры в варисторной пластине, минимизируя, благодаря этому, участки местного перегрева и результирующее локальное истощение варисторного материала.

Нагрузка электрода и корпуса напротив варисторной пластины, а также относительно большие площади контакта обеспечивают более равномерное распределение тока через варисторную пластину 110. Как результат, устройство 100 более эффективно и прогнозируемо реагирует на условия перенапряжения, и может быть предотвращено возникновение участков чрезмерно большого тока, которые могут вызвать образование точечных проколов. Тенденция варисторной пластины 110 к короблению, которая чувствительна к импульсам большого тока, уменьшается благодаря механическому усилению, обеспечиваемому нагруженной головной частью 132 и центральной стенкой 122. Пружинные шайбы могут временно прогибаться при расширении варисторной пластины и возвращаться в исходное положение, когда варисторная пластина снова сжимается, поддерживая в соответствии с этим нагрузку в течение перенапряжения и между многими случаями перенапряжения. Кроме того, в течение случая перенапряжения устройство 100 будет, в общем, обеспечивать более низкую индуктивность и более низкое сопротивление вследствие более равномерного и эффективного распределения тока через варисторную пластину.

Устройство 100 также служит для предотвращения или минимизации воспламенения, искрения варисторного материала при разрушении варисторной пластины 110 при перенапряжении. Прочность металлического корпуса, а также конфигурация электрода 130, диэлектрического кольца 150 и торцевой заглушки 160 служат для ограничения (вмещения) продуктов разрушения варисторной пластины. В том случае, если разрушение варистора так велико, что побуждает выход электрода из варистора и вызывает плавление диэлектрического кольца 150, то электрод 130 будет смещен в прямой контакт с торцевой заглушкой 160, закорачивая в соответствии с этим электрод 130 на корпус 120 и вызывая сгорание линейного плавкого предохранителя (не показан).

Хотя корпус 120 иллюстрируется как корпус, имеющий цилиндрическую форму, корпус может иметь другую конфигурацию. Нижняя половина устройства 100 может быть исключена, так что устройство 100 может иметь только верхнюю стенку 124 корпуса и одну варисторную пластину, электрод, пружинную шайбу или набор пружинных шайб, диэлектрическое кольцо и торцевую заглушку.

Способы получения нескольких компонентов устройства будут очевидны специалистам, квалифицированным в этой области техники, из предшествующего описания. Например, корпус 120, электрод 130 и торцевая заглушка 160 могут быть получены механической обработкой, литьем или штамповкой. Каждый из этих элементов может быть образован унитарно или образован из множества компонентов, неподвижно соединенных между собой, например, посредством сварки.

На фиг.5-8 иллюстрируется варисторное устройство 200, соответствующее второму варианту осуществления настоящего изобретения. Варисторное устройство 200 содержит элементы 210, 230, 240 и 260, соответствующие элементам 110, 130, 140 и 160 соответственно варисторного устройства 100. Варисторное устройство 200 отличается от варисторного устройства 100 в том отношении, что варисторное устройство 200 содержит только одну варисторную пластину 200 и соответствующие компоненты. Варисторное устройство 200 содержит корпус 220, который аналогичен корпусу 120, за исключением следующего. Корпус 220 ограничивает только одну полость 221 и имеет только одну окружающую стенку 224, проходящую от его центральной (или торцевой) стенки 222. Корпус 220 также имеет нарезной штырь 229 (фиг.7), проходящий из нижней поверхности центральной (или торцевой) стенки 222, а не проходящий в боковом направлении электродный зажим, соответствующий электродному зажиму 129. Нарезной штырь 229 выполнен с возможностью сцепления с резьбовым отверстием стандартного электрического распределительного шкафа коммунальной службы или аналогичного устройства.

Варисторное устройство 200 дополнительно отличается от варисторного устройства 100 в обеспечении диэлектрического кольца 251. Диэлектрическое кольцо 251 имеет основное кольцевое тело 252, соответствующее диэлектрическому кольцу 150. Диэлектрическое кольцо 251 дополнительно содержит втулку 254, проходящую вертикально вверх от основного кольцевого тела 252. Внешний диаметр втулки 254 имеет такой размер, чтобы проходить через отверстие 262 торцевой заглушки 260 с заданным зазором 265 (фиг.6), окружающим втулку 254. Зазор 265 обеспечивает промежуток для введения стержня 134 и может быть исключен. Основное кольцевое тело 252 и втулка 254 предпочтительно образованы из одного материала, что и диэлектрическое кольцо 150. Основное кольцевое тело 252 и втулка 254 могут быть соединены сваркой или получены как одно целое в процессе литья.

На фиг.8 варисторное устройство 200 иллюстрируется смонтированным в электрическом распределительном шкафу 10 коммунальной службы. Варисторное устройство 200 смонтировано на металлической площадке 12, электрически соединенной с заземлением. Электродный штырь 229 сцепляется с резьбовым отверстием 12А в площадке 12 и проходит через резьбовое отверстие 12А. Электрическая шина 16, электрически соединенная с первым концом плавкого предохранителя 14, прикреплена к стержню 234 электрода посредством нарезного болта 18, ввинченного в резьбовое отверстие 236 электрода 230. Второй конец плавкого предохранителя может быть соединен с электрической сервисной линией или аналогичной линией. Как показано на фиг.8, в распределительном шкафу 10 параллельно может быть соединено множество варисторных устройств 200.

На фиг.9-11 иллюстрируется варисторное устройство 300, соответствующее третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Варисторное устройство 300 содержит элементы 310, 330, 340 и 351, соответствующие элементам 210, 230, 240 и 251 соответственно. Варисторное устройство 300 содержит также плоскую металлическую шайбу 345, расположенную между самой верхней пружинной шайбой и диэлектрическим кольцом 351, причем стержень 334 проходит через отверстие 346, образованное в шайбе 345. Шайба 345, которую могут содержать устройства 100, 200, служит для распределения механической нагрузки самой верхней пружинной шайбы 340 для предотвращения врезания пружинной шайбы в диэлектрическое кольцо 351. Корпус 320 аналогичен корпусу 220, за исключением следующего.

Корпус 320 устройства 300 не имеет закраины, соответствующей закраине 127, или резьбы, соответствующей резьбе 128. Корпус 320 также имеет внутренний кольцевой паз 323, образованный в окружающей боковой стенке 324 и проходящий смежно отверстию 326.

Варисторное устройство 300 также отличается от варисторных устройств 100, 200 способом, которым электрод 330 и центральная стенка 322 нагружены против варисторной пластины. Вместо торцевых заглушек 160, 260 варисторное устройство 300 имеет торцевую заглушку 360 и упругий усеченный кольцевой фиксатор 370. Фиксатор 370 частично входит в паз 323 и частично проходит в радиальном направлении внутрь из внутренней стенки корпуса 320 для ограничения смещения концевой заглушки 360 в направлении наружу. Фиксатор 370 предпочтительно образован из пружинной стали. Торцевая заглушка 360 предпочтительно образована из алюминия.

Варисторное устройство 300 может быть собрано таким же способом, что и варисторные устройства 100, 200, за исключением следующего. Торцевую заглушку 360 располагают поверх стержня 334 и втулки 354, каждую из которых вставляют в отверстие 362. Шайбу 345 располагают поверх стержня 334 до установки диэлектрического кольца 351. Зажимное приспособление (не показано) или другое пригодное устройство используют для побуждения торцевой заглушки 360 двигаться вниз, отклоняя в свою очередь пружинные шайбы 340. Хотя торцевая заглушка 360 еще находится под нагрузкой зажимного устройства, сжимают фиксатор 370 предпочтительно благодаря отверстиям 372 сочленения с помощью плоскогубцев или другого пригодного инструмента и вставляют в паз 323. Затем фиксатор 370 освобождают и позволяют вернуться к его исходному диаметру, после чего он частично заполняет паз и частично проходит в радиальном направлении внутрь в полость 321 из паза 323. Фиксатор 370 и паз 323 в соответствии с этим служат для поддержания нагрузки на торцевую заглушку 360.

На фиг.12-21 иллюстрируется варисторное устройство 400, соответствующее дополнительным вариантам осуществления настоящего изобретения. Варисторное устройство 400 содержит элементы 410, 420, 422, 423, 424, 430, 440, 445, 451, 460 и 470 в общем, как описано со ссылкой на элементы 310, 320, 322, 323, 324, 330, 340, 345, 351, 360 и 370 соответственно, за исключением описанного ниже. Устройство 400 дополнительно содержит пару дополнительных пружинных колец 441 и уплотнительных колец 480 и 482.

Как лучше всего иллюстрируется на фиг.12 и фиг.19, корпус 420 ограничивает полость 421, ограниченную боковой стенкой 424 и электродной стенкой 422. Кольцевая канавка 425 образована во внутренней поверхности боковой стенки 424. Канавка 425 сообщается с отверстием корпуса 420. Предпочтительно, чтобы канавка 425 была получена механической обработкой в боковой стенке 424 или была образована иначе так, чтобы обеспечить гладкую и однородную вертикальную поверхность вдоль всей высоты канавки 425. Предпочтительно, чтобы диаметр канавки 425 не изменялся более чем на 0,005 дюйма (0,127 мм). Канавка 425 имеет такой размер, чтобы в нее входили торцевая заглушка 460 и диэлектрическое кольцо 451, так что торцевая заглушка 460 и диэлектрическое кольцо 451 поддаются скольжению в ней, но имеют относительно небольшой зазор, как описано ниже.

Электродная стенка 422 имеет контактную поверхность 422А возвышенной площадки, окруженную кольцевой углубленной поверхностью 422В. Предпочтительно, чтобы углубленная поверхность имела ширину R (смотри фиг.13), составляющую приблизительно 0,427-0,435 дюйма (10,8-11,0 мм), и глубину S, составляющую приблизительно 0,062-0,070 дюйма (1,57-1,78 мм).

Как лучше всего иллюстрируется на фиг.18 и фиг.21, электрод 430 имеет головную часть 432 и стержень 434. В стержне 434 образована кольцевая канавка 433. Канавка 433 предпочтительно является полукруглой (смотри фиг.21). Предпочтительно, чтобы канавка 433 имела глубину L, составляющую приблизительно 0,045-0,050 дюйма (1,14-1,27 мм), и высоту М (смотри фиг.21), составляющую приблизительно 0,090-0,095 дюйма (2,29-2,41 мм). Канавка 433 может быть образована в электроде 430 механической обработкой, литьем или другими средствами.

Как лучше всего иллюстрируется на фиг.15-17 и 20-21, диэлектрическое кольцо 451 имеет основное кольцевое тело 452 и втулку 454. В альтернативном варианте втулка 454 может отсутствовать, как в диэлектрическом кольце 150. Внешний диаметр втулки 454 может быть получен вытяжкой для облегчения производства (предпочтительно втулку диаметром менее 3/8 дюйма (9,5 мм) вытяжкой не получают). Внутренняя поверхность 451А кольца 451 окружает канал 451В (смотри фиг.12), проходящий через диэлектрическое кольцо 451. Кольцевая периферийная канавка 453 образована в основном кольцевом теле 452. Как следует из фиг.20, канавка 453 имеет поверхность, проходящую вверх (то есть проходит в радиальном направлении) от опорной поверхности 453В, и поверхность, проходящую в направлении наружу (то есть проходящую в осевом направлении) от опорной поверхности 453А, так что канавка 453 открывается вверх и наружу. Канавка 453 может быть образована в основном кольцевом теле 452 посредством механической обработки, литья или другого средства. Предпочтительно, чтобы опорная поверхность 453А имела высоту Н, составляющую приблизительно 0,079-0,081 дюйма (2,0-2,06 мм), а опорная поверхность 453В имела глубину I, составляющую приблизительно 0,066-0,068 дюйма (1,68-1,73 мм).

Как лучше всего иллюстрируется на фиг.13, 14 и 20, уплотнительное кольцо 480 установлено в канавке 453, так что оно захвачено между опорной поверхностью 453А, опорной поверхностью 453В, нижней поверхностью торцевой заглушки 460 и вертикальной поверхностью канавки 425 корпуса 420. Уплотнительное кольцо образовано из упругого материала, предпочтительно из эластомера. Более предпочтительно, чтобы уплотнительное кольцо было образовано из резины. Предпочтительнее всего, чтобы уплотнительное кольцо было образовано из флуоресцентной резиносажевой смеси, например, VITON™, выпускаемой на промышленной основе компанией DuPont. Могут быть также использованы другие резины, например бутилкаучук. Предпочтительно, чтобы резина имела твердость, составляющую приблизительно 60-90 единиц.

Предпочтительно, чтобы уплотнительное кольцо 480 в ненагруженном состоянии имело круглое поперечное сечение и диаметр, составляющий приблизительно 0,100-0,105 дюйма (2,54-2,67 мм). Как лучше всего иллюстрируется на фиг.20, расстояние между нижней поверхностью торцевой заглушки 460 и опорной поверхностью 453В (то есть высота Н) меньше диаметра уплотнительного кольца 480 в ненагруженном состоянии. Как результат, уплотнительное кольцо 480 деформируется и, будучи ограниченным опорной поверхностью 453А, побуждается в направлении наружу и в контактное взаимодействие с поверхностью канавки 425. Предпочтительно, чтобы зазор J между периферийным краем опорной поверхности 453В и вертикальной поверхностью канавки 425 был существенно небольшим, чтобы уплотнительное кольцо 480 было сжато. Зазор J предпочтительно составляет не более 0,024 дюйма (0,61 мм).

Как лучше всего иллюстрируется на фиг.13, 14 и 21, уплотнительное кольцо 482 установлено в канавке 433, так что оно захвачено между канавкой 433 и внутренней поверхностью 451А. Уплотнительное кольцо 482 предпочтительно образовано из такого же материала, имеющего аналогичные свойства, как описано выше для уплотнительного кольца 480.

Предпочтительно, чтобы уплотнительное кольцо 482 в ненагруженном состоянии имело круглое поперечное сечение и диаметр, составляющий приблизительно 0,065-0,075 дюйма (1,65-1,91 мм). Как лучше всего иллюстрируется на фиг.21, глубина L канавки 433 имеет величину, которая меньше диаметра уплотнительного кольца 482 в ненагруженном состоянии. Кроме того, комбинированное расстояние глубины L и зазора N между стержнем 434 электрода и внутренней поверхностью 451А меньше диаметра уплотнительного кольца 482 в ненагруженном состоянии, так что уплотнительное кольцо 482 находится в сжатом состоянии. Предпочтительно, чтобы зазор N был не более 0,005 дюйма (0,127 мм).

Как следует из фиг.13 и фиг.14, варисторное устройство 400 может быть собрано аналогичным образом, что и устройство 300, за исключением следующего. Следует отметить, что каждая пружинная шайба 440, 441 в иллюстрируемых вариантах осуществления является белвиллской шайбой, которая образует конус вдоль ее центральной оси. Перед или после размещения электрода 430 поверх пластины 410 поверх головной части 432 устанавливают первый набор пружинных шайб 441. Пружинные шайбы 441 ориентированы так, чтобы их внешние периферии 441В были расположены смежно или входили в контактное взаимодействие с верхней поверхностью головной части 432, а их внутренние периферии 441А отстояли от головной части 432. Затем поверх пружинных шайб 441 устанавливают второй набор пружинных шайб 440. Пружинные шайбы 440 ориентированы так, чтобы их внутренние периферии были расположены смежно или входили в контактное взаимодействие с внутренней периферией 441А самой верхней пружинной шайбой 441, а их внешние периферии 440В были расположены смежно или входили в контактное взаимодействие с нижней поверхностью шайбы 445. В соответствии с этим центральные оси пружинных шайб 440, 441 совмещены между собой вдоль вертикальной оси устройства 400, но шайбы 440 ориентированы в противоположную сторону. То есть шайбы 440 образуют конус с вершиной вниз, а шайбы 441 образуют конус с вершиной вверх.

Перед позиционированием диэлектрического кольца 451 поверх электрода 430 в канавку 433 монтируют уплотнительное кольцо 482. Предпочтительно, чтобы диэлектрическое кольцо 451 было установлено поверх электрода 430 и поверх уплотнительного кольца 482 (так, чтобы уплотнительное кольцо 482 было захвачено, как показано на фиг.21) перед монтажом электрода 430 в полость 421.

Уплотнительное кольцо 480 монтируют в канавку 453 предпочтительно перед вставлением диэлектрического кольца 451 в корпус 420. Затем поверх уплотнительного кольца 480 и диэлектрического кольца 451, также предпочтительно до вставления диэлектрического кольца 451 в корпус 420, устанавливают торцевую заглушку 460.

После монтажа этих нескольких компонентов, как показано на фиг.13, торцевую заглушку 460 побуждают двигаться вниз, как описано со ссылкой на варисторное устройство 300. В этом случае торцевая заглушка 460, диэлектрическое кольцо 451, шайба 445 и уплотнительное кольцо 480 смещаются вниз, побуждая пружинные шайбы 440, 441 прогибаться и нагружать головную часть 432. Относительное расположение пружинных шайб 440, 441, как описано выше, может обеспечить двукратное отклонение в вертикальном направлении (и, следовательно, смещение в вертикальном направлении между шайбой 445 и головной частью 432) одной величиной силы сжатия пружины, как если бы было предусмотрено только две пружинные шайбы 440 или две пружинные шайбы 441. Такая повышенная величина прогиба может позволить более мягкие производственные допуски на состыкованные компоненты, например элементы 410, 422, 432, 445, 454 и 460, облегчая благодаря этому производство варисторного устройства 400. После этого, как описано выше со ссылкой на фиксатор 370, монтируют разрезное стопорное кольцо или фиксатор 470.

Когда пластина 410 нагружена между головной частью 432 и площадкой 422А, сминаются электродные покрытия на противоположных поверхностях пластины 410. Углубленная поверхность 422В гарантирует, что граница электродного покрытия расположена вне площадки 422, что может уменьшить или исключить тенденцию возникновения изгибающих напряжений, прикладываемых к пластине 410. Предпочтительно, чтобы периферия площадки 422А имела по существу одинаковое протяжение в пространстве с периферией контактной поверхности головной части 432.

Как описано выше, уплотнительное кольцо 482 захвачено и сжато канавкой 433 и поверхностью 451А. В этом случае уплотнительное кольцо 482 смещено против поверхности 451 и стержня 434 и в соответствии с этим образует между ними уплотнение. В случае перенапряжения побочные продукты, например горячие газы и фрагменты пластины 410, могут наполнять или рассеиваться в полости 421. Просачивание этих побочных продуктов из варисторного устройства 400 вдоль пути, проходящего между стержнем 434 и диэлектрическим кольцом 451, может быть ограничено или предотвращено посредством уплотнительного кольца 482.

В альтернативном варианте осуществления (на показан) уплотнительное кольцо 482 может входить в контактное взаимодействие с внутренней поверхностью торцевой заглушки 460. Такое устройство может быть использовано, если, например, отсутствует диэлектрическое кольцо 451.

Как описано выше, уплотнительное кольцо 480 захвачено и сжато канавкой 453, нижней поверхностью торцевой заглушки 460 и поверхностью 425 канавки. В этом случае уплотнительное кольцо 480 смещено против поверхности 425 канавки, торцевой заглушки 460 и диэлектрического кольца 451 и в соответствии с этим образует между ними уплотнение. Просачивание побочных продуктов, образуемых в случае перенапряжения, из варисторного устройства 400 вдоль пути между поверхностью 425 канавки и диэлектрическим кольцом 451 и торцевой заглушкой 460 может быть ограничено или предотвращено посредством уплотнительного кольца 480. Механически обработанная или иначе сделанная гладкой поверхность 425 канавки может гарантировать адекватное и эффективное уплотняющее контактное взаимодействие с уплотнительным кольцом 480.

На фиг.22 иллюстрируется варисторное устройство 500, соответствующее дополнительному варианту осуществления. Варисторное устройство 500 может соответствовать любому из предшествующих варисторных устройств 300, 400 или аналогичным устройствам, содержащим фиксатор для крепления торцевой заглушки. Устройство 500 содержит разрезное стопорное кольцо или фиксатор 570, соответствующий фиксаторам 370, 470, и имеет отверстия 572 для установки плоскогубцев или других пригодных сжимающих инструментов. Фиксатор 570 может быть смонтирован так, как это описано выше.

Следующей операцией монтажа является нанесение в каждое из отверстий 572 пригодного наполнителя 574, например эпоксидной смолы (например, эпоксидной смолы JB Weld TM). Для открывания закрытого устройства 500 фиксатор должен быть разжат или разрушен и удален. Для разжатия фиксатора 570 наполнитель 574 должен быть частично или полностью удален. В этом случае наполнитель 574 препятствует открыванию устройства 500 и в том случае, если устройство 500 было открыто, то обеспечивает элемент подтверждения несанкционированного открывания гарантированием доказательства открывания устройства 500 (то есть разрушения фиксатора 570 или наполнителя 574), легко обнаруживаемого в течение последнего визуального контроля.

На фиг.23 иллюстрируется варисторное устройство 600, соответствующее другому варианту осуществления настоящего изобретения. Варисторное устройство 600 может соответствовать любому из предшествующих варисторных устройств 300, 400 или аналогичных устройств, содержащих фиксатор для крепления торцевой заглушки. Устройство 600 содержит разрезное стопорное кольцо или фиксатор 670. Первоначально фиксатор 670 соответствует фиксатору 370 (смотри фиг.10), например, и имеет отверстия, соответствующие отверстием 372. Эти отверстия используют для установки плоскогубцев или другого соответствующего инструмента для монтажа фиксатора в канавке, как описано со ссылкой на устройство 300.

Следующей операцией монтажа является отделение концов фиксатора для удаления его частей, имеющих отверстия. Концы фиксатора могут быть отделены посредством зубила, дрели, инструмента для высокоскоротного сверления (например, инструментом DREMEL™) или аналогичного инструмента. В этом случае получают фиксатор 670, имеющий укороченные концевые части 674. Удаленные отверстия могут препятствовать разжатию фиксатора 670, так что фиксатор 670 для удаления должен быть разрушен. В этом случае фиксатор 670 препятствует открыванию устройства 600 и в том случае, если устройство 600 открыто, то обеспечивает элемент подтверждения несанкционированного открывания гарантированием доказательства открывания устройства 600, легко обнаруживаемого в течение последнего визуального контроля.

На фиг.24 иллюстрируется варисторное устройство 700, соответствующее еще одному варианту осуществления настоящего изобретения. Варисторное устройство 700 соответствует варисторному устройству 600, за исключением того, что удалено меньше концов фиксатора 770. На каждом укороченном конце 774 оставлена часть 772А каждого отверстия. Так же, как и в случае фиксатора 670, фиксатор 770 может препятствовать открыванию устройства 700 и обеспечивать подтверждение несанкционированного открывания.

Для нагрузки электрода и корпуса против варисторной пластины могут быть использованы средства, отличающиеся от тех, которые были описаны выше. Например, электрод и торцевая заглушка могут быть смонтированы и нагружены, а затем после этого закреплены по месту соединением полученного пакета.

В каждом из вышеописанных варисторных устройств (например, устройств 100, 200, 300, 400, 500, 600 и 700) множество варисторных пластин (не показано) могут быть собраны в пакет и расположены между головной частью электрода и центральной стенкой. Внешние поверхности самой верхней и самой нижней варисторной пластины будут служить в качестве контактных поверхностей пластины. Однако свойства варисторной пластины предпочтительно изменяют путем изменения толщины одной варисторной пластины, а не получением пакета из множества варисторных пластин.

Как описано выше, пружинные шайбы (например, пружинные шайбы 140, 440 и 441) предпочтительно являются белвиллскими шайбами Бельвиля. Шайбы Бельвиля могут быть использованы для приложения относительно высокой нагрузки без требования существенного аксиального пространства. Однако помимо или вместо шайбы Бельвиля или шайб могут быть использованы другие смещающие средства. Пригодные альтернативные смещающие средства включают в себя одну или более цилиндрических винтовых пружин, волнистые шайбы или спиральные шайбы.

Вышеприведенное описание является иллюстративным и не предназначено для ограничения настоящего изобретения. Хотя и было описано несколько примеров вариантов осуществления настоящего изобретения, но квалифицированным специалистам в этой области техники станет очевидно, что без отклонения от сущности и преимуществ настоящего изобретения может быть сделано множество модификаций описанных примеров его вариантов осуществления. В соответствии с этим все такие модификации предусмотрены в объеме формулы изобретения. В этой формуле изобретения пункты средство плюс функция предназначены для охвата конструкций, описанных в этой заявке, выполняющих указанную функцию и не только конструктивных эквивалентов, но также эквивалентных конструкций. Таким образом, должно быть очевидным, что предшествующее описание является иллюстративным и не предназначено для ограничения описанных вариантов осуществления настоящего изобретения и что модификации описанных вариантов осуществления, а также другие варианты осуществления ограничены прилагаемой формулой изобретения. Настоящее изобретение ограничено ниже приведенной формулой изобретения, а также ее эквивалентами.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство защиты от перенапряжений содержит корпус, имеющий первую по существу плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку. Корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с полостью. Электродный элемент устройства имеет вторую по существу плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к первой поверхности электрического контакта и расположенную в полости. Часть электродного элемента выходит из полости и через отверстие. Пластина, образованная из варисторного материала и имеющая первую и вторую противоположные по существу плоские поверхности, позиционирована в полости и между первой и второй поверхностями электрического контакта, причем первая и вторая поверхности пластины входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями электрического контакта соответственно. Технический результат - повышение надежности и долговечности работы и улучшение рабочих характеристик за счет исключения перегрева и возгорания в экстремальных условиях повторяющихся перенапряжений. 9 н. и 16 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Устройство защиты от перенапряжений, предназначенное для использования с варисторной пластиной, имеющей первую и вторую противоположные, по существу, плоские поверхности, содержащее

a) корпус, ограничивающий полость и имеющий отверстие, сообщающееся с указанной полостью, включающий в себя боковую стенку и нижнюю стенку, имеющую первую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта и смежную углубленную поверхность, при этом указанная первая поверхность электрического контакта ограничивает возвышенную площадку относительно указанной углубленной поверхности; и

b) электродный элемент, имеющий вторую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к указанной первой контактной поверхности и расположенную в указанной полости, причем часть указанного электрода выходит из указанной полости и через указанное отверстие;

c) при этом указанный корпус и указанный электродный элемент так расположены относительно друг друга и имеют такую конструкцию, что пластина, установленная в указанной полости, размещена между указанными первой и второй поверхностями электрического контакта, которые входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями пластины соответственно, а пластина не входит в контактное взаимодействие с указанной углубленной поверхностью.

a) корпус, имеющий первую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку, причем указанный корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с указанной полостью;

b) электродный элемент, имеющий вторую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к указанной первой контактной поверхности и расположенную в указанной полости, и стержень, выходящий из указанной полости и через указанное отверстие, имеющий образованную в нем периферийную канавку, проходящую в окружном направлении;

c) герметизирующий элемент, расположенный между указанной второй поверхностью электрического контакта и указанным отверстием и имеющий образованное в нем отверстие; и

d) упругое уплотнительное кольцо, расположенное в канавке указанного стержня;

e) при этом указанный стержень проходит через указанное отверстие корпуса, указанное уплотнительное кольцо расположено в указанном отверстии элемента и установлено с обеспечением уплотнения между указанным стержнем и указанным герметизирующим элементом;

f) а указанный корпус и указанный электродный элемент так расположены относительно друг друга и имеют такую конструкцию, что пластина, установленная в указанной полости, размещена между указанными первой и второй поверхностями электрического контакта, которые входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями пластины соответственно.

а) корпус, имеющий первую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку, причем указанный корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с указанной полостью;

b) электродный элемент, имеющий вторую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к указанной первой контактной поверхности и расположенную в указанной полости, причем часть указанного электрода выходит из указанной полости и через указанное отверстие;

c) герметизирующий элемент, расположенный между указанной второй поверхностью электрического контакта и указанным отверстием и имеющий образованную в нем периферийную канавку; и

d) упругое уплотнительное кольцо, расположенное в указанной периферийной канавке;

e) при этом указанное уплотнительное кольцо установлено для обеспечения уплотнения между указанным герметизирующим элементом и указанной боковой стенкой указанного корпуса;

f) а указанный корпус и указанный электродный элемент так расположены относительно друг друга и имеют такую конструкцию, что пластина, установленная в указанной полости, размещена между указанными первой и второй поверхностями электрического контакта, которые входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями пластины соответственно.

a) корпус, имеющий первую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку, причем указанный корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с указанной полостью;

b) электродный элемент, имеющий вторую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к указанной первой контактной поверхности и расположенную в указанной полости, причем часть указанного электрода выходит из указанной полости и через указанное отверстие;

c) торцевую заглушку, установленную в указанном отверстии; и

d) фиксатор, установленный для ограничения смещения между указанной торцевой заглушкой и указанным корпусом, имеющий форму усеченного кольца и содержащий пару противоположных концевых частей; отверстие, образованное в каждой из указанных противоположных концевых частей; и наполнитель, размещенный в каждом из указанных отверстий указанных концевых частей.

a) корпус, имеющий первую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку, причем указанный корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с указанной полостью;

b) электродный элемент, имеющий вторую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к указанной первой контактной поверхности и расположенную в указанной полости, причем часть указанного электрода выходит из указанной полости и через указанное отверстие;

c) торцевую заглушку, установленную в указанном отверстии; и

d) фиксатор, установленный для ограничения смещения между указанной торцевой заглушкой и указанным корпусом, имеющий форму усеченного кольца и содержащий пару противоположных концевых частей и пару открытых углублений, причем каждое из открытых углублений образовано в соответствующей одной из указанных противоположных концевых частей и в общем обращено к другой из указанных противоположных концевых частей.

a) корпус, имеющий первую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку, причем указанный корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с указанной полостью;

b) электродный элемент, имеющий вторую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к указанной первой контактной поверхности и расположенную в указанной полости, причем часть указанного электрода выходит из указанной полости и через указанное отверстие;

c) торцевую заглушку, установленную в указанном отверстии; и

d) фиксатор, установленный для ограничения смещения между указанной торцевой заглушкой и указанным корпусом, имеющий форму усеченного кольца и содержащий пару противоположных концевых частей, не имеющих отверстий.

a) корпус, имеющий первую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта и боковую стенку, причем указанный корпус ограничивает полость и имеет отверстие, сообщающееся с указанной полостью;

b) электродный элемент, имеющий вторую, по существу, плоскую поверхность электрического контакта, обращенную к указанной первой контактной поверхности и расположенную в указанной полости, причем часть указанного электрода выходит из указанной полости и через указанное отверстие; и

c) первую и вторую шайбы Бельвиля, смещающие, по меньшей мере, одну из указанных первой или второй контактных поверхностей в направлении друг к другу, причем каждая из указанных шайб выполнена конической вдоль ее оси;

d) при этом указанные первая и вторая бельвильские шайбы аксиально совмещены и ориентированы в противоположном направлении;

e) при этом указанный корпус и указанный электродный элемент расположены так относительно друг друга и имеют такую конструкцию, что пластина, установленная в указанной полости, размещена между указанными первой и второй поверхностями электрического контакта, которые входят в контактное взаимодействие с первой и второй поверхностями пластины соответственно.