АКТИВНАЯ ЧАСТЬ РАЗРЯДНИКА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2008 года по МПК H01C7/12 H01T4/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к активной части разрядника для защиты от перенапряжений, охарактеризованной в ограничительной части п.1 формулы изобретения. Изобретение также относится к разряднику для защиты от перенапряжений, который включает в себя эту активную часть.

Активная часть включает два соединителя, которые расположены вдоль оси на некотором расстоянии друг от друга и к которым может быть приложено напряжение, находящееся в диапазоне свыше 1 кВ. Между этими двумя соединителями расположена варисторная колонка, которая может быть сформирована или из одного варисторного элемента или из двух или более последовательно соединенных варисторных элементов. Активная часть также содержит диэлектрическую рамку или, возможно, две или более диэлектрических рамок. Эта рамка опирается на оба соединителя, удерживая таким образом эти соединители и варисторую колонку вместе и создавая таким образом контактное усилие. Рамка может опираться на один из двух соединителей и на крепежную деталь, расположенную между двумя соединителями в варисторной колонке, и может удерживать вместе часть варисторной колонки, которая ограничена опорным соединителем, и упомянутую крепежную деталь, создавая таким образом контактное усилие.

Разрядник для защиты от перенапряжений сформирован с обеспечением защиты активной части от непосредственного контакта или грязи, например, путем заключения ее в полимер или путем установки ее в кожух, возможно, газоизолированый.

Предшествующий уровень техники

Как указано в отличительной части независимого пункта формулы изобретения, это изобретение относится к области разрядников для защиты от перенапряжений, таких как раскрытые в документе ЕР 614198 В1 или в документе US 5942968. Каждый из разрядников для защиты от перенапряжений, которые описаны в этих патентных публикациях, включает в себя активную часть, которая выполнена в форме варисторной колонки и заключена в полимерный кожух, в котором варисторная колонка удерживается между двумя соединителями. Удерживающее усилие, одновременно являющееся также контактным усилием в активной части, приложено посредством одной или более предварительно напряженных диэлектрических рамок, которые опираются на оба соединителя. Каждый из соединителей получен путем механической обработки на станке из металлического цилиндра и имеет пазы и/или выступы, каждый из которых используется для удержания одного конца диэлектрических рамок. Кроме того, соединители имеют отверстия в направлении колонки для размещения в них электрических соединительных элементов, а также, возможно, полость, которая тоже простирается в направлении колонки и используется для размещения части варисторной колонки. Следовательно, соединители простираются на сравнительно большое расстояние в направлении колонки и тем самым увеличивают физическую высоту активной части, а значит - и самого разрядника для защиты от перенапряжений.

Следует также отметить, что в документе ЕР 1066640 В1 описан разрядник для защиты от перенапряжений, имеющий активную часть, которая содержит варисторную колонку, и при этом в варисторной колонке расположена крепежная деталь, имеющая точки опоры, на которые опираются предварительно напряженные диэлектрические рамки, проходящие от верхнего до нижнего соединителя активной части. Эти диэлектрические рамки также используются для создания удерживающего и контактного усилия. Крепежная деталь обеспечивает диэлектрическое нагружение активной части в большей степени, чем в вышеупомянутых известных технических решениях, что приводит к получению разрядника для защиты от перенапряжений, относящегося к классу более высоких напряжений.

Изложение сущности изобретения

Изобретение, охарактеризованное в пунктах формулы изобретения, обеспечивает решение задачи создания активной части того типа, которая упомянута в начале описания, но отличается малой физической высотой.

В случае активной части, соответствующей изобретению, по меньшей мере, один из двух соединителей имеет электрод, который расположен перпендикулярно оси и выполнен в форме пластины, а также электрический соединительный элемент, который выполнен на пластине как единое целое с ней, и средства для опоры одного конца диэлектрической рамки, которые выполнены в пластине и/или выполнены на краю пластины как единое целое с ней. Таким образом, с одной стороны, значительно уменьшается физическая высота активной части. С другой стороны, соединители теперь можно изготавливать, расходуя меньше материала и с меньшими трудозатратами, тем самым существенно снижая производственные затраты на активную часть.

Чтобы сэкономить материал, рекомендуется делать плоским электрический соединительный элемент, который выполняется как единое целое с пластиной. Такой электрический соединительный элемент может быть подсоединен к пластине под любым желаемым углом относительно плоскости пластины, в зависимости от компоновки и конфигурации проводника, который нужно соединить с этой пластиной. Чтобы обеспечить простоту соединения проводника, предпочтительно выполнять электрический соединительный элемент в форме перфорированной пластины или штекерного контакта.

В одном конкретном варианте осуществления активной части контактное усилие создается посредством, по меньшей мере, одной тарельчатой пружины, эту пружину можно центрировать с поддержанием заданной физической высоты посредством осевой симметричной центрирующей бобышки, которая выступает из поверхности пластины, обращенной к варисторной колонке. Эта бобышка может быть выполнена на пластине, но может быть выполнена и в форме вставной детали и может быть закреплена в выемке в пластине. Бобышка проходит сквозь отверстие в тарельчатой пружине, которая в общем случае выполнена в форме конического кольцевого диска. Чтобы предотвратить чрезмерное растяжение тарельчатой пружины во время установки или во время работы активной части, диаметр центрирующей бобышки и внутренний диаметр кольцевого диска должны соответствовать друг другу, препятствуя сплющиванию тарельчатой пружины.

В случае активной части, соответствующей изобретению, опорные средства преимущественно имеют, по меньшей мере, один выступ, который выполнен на краю пластины как единое целое с ней и является более узким, чем диаметр варисторной колонки. Узкий выступ предпочтителен, в частности для изготовления активных частей с большими диаметрами. Два или более таких узких выступов и соответствующее количество диэлектрических рамок дают возможность изготавливать механически прочную активную часть с поддержанием малой физической высоты, которая также определяется толщиной пластины.

Если опорные средства имеют выступ, который выполнен в пластине и проходит через ось варисторной колонки, то можно достичь механической прочности и желаемого контактного усилия активной части с поддержанием малой физической высоты и с помощью единственной диэлектрической рамки. Механическая прочность дополнительно увеличивается опорными средствами, которые имеют два выступа, каждый из которых выполнен на одном их двух участков края пластины, который проходит по прямой линии. Безотносительно того, только одно, два или, возможно даже больше выступов предусмотрено на пластине, для обеспечения приемлемой механической прочности и равномерного контактного давления с поддержанием малой физической высоты предпочтительно, чтобы каждый выступ имел поверхность, которая по существу параллельна поверхности пластины на большинстве протяженности пластины, и чтобы соответствующая рамка была выполнена в форме прямоугольника и опиралась изнутри посредством одной из прямоугольных граней на поверхность.

Краткое описание чертежей

Далее приводится пояснение изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает первый конкретный вариант осуществления активной части в соответствии с изобретением;

фиг.2 - первый конкретный вариант осуществления активной части, вид спереди;

фиг.3 - первый конкретный вариант осуществления активной части, вид сбоку;

фиг.4 - конкретный вариант осуществления разрядника для защиты от перенапряжений, который предназначен для применения в помещениях и включает в себя активную часть, показанную на фиг.1-3;

фиг.5 - конкретный вариант осуществления разрядника для защиты от перенапряжений, который предназначен для применения вне помещений и включает в себя активную часть, показанную на фиг.1-3;

фиг.6 - второй конкретный вариант осуществления активной части в соответствии с изобретением, которая предназначена для высокой диэлектрической нагрузки;

на фиг.7 - третий конкретный вариант осуществления активной части в соответствии с изобретением в штекерном исполнении;

фиг.8 - четвертый конкретный вариант осуществления активной части в соответствии с изобретением; и

фиг.9 - пятый конкретный вариант осуществления активной части в соответствии с изобретением.

Предпочтительные варианты воплощения изобретения

Одинаковые позиции на всех чертежах обозначают одинаковые элементы. Активная часть, которая изображена на фиг.1-3, имеет два соединителя 10, 20, которые выполнены из электропроводного материала, такого как алюминий, и отстоят друг от друга вдоль оси z (фиг.1). Каждый из соединителей 10 и 20 имеет электрод, который расположен перпендикулярно оси и выполнен в форме пластины 11 или 21 соответственно, а также соответствующий электрический соединительный элемент 12 или 22, который выполнен на соответствующей пластине 11 или 21 как одно целое с ней. На участках края пластин, которые проходят по прямой линии, на противоположных гранях пластин выполнены выступы 13, 14 и 23, 24. Бобышка 15 или 25 соответственно, которая выполнена в форме диска, выступает соответственно из нижней грани пластины 11 или из верхней грани пластины 21. Эта бобышка 15 или 25 соответственно окружает ось z с соблюдением симметрии вращения и используется для центрирования и направления одной или более тарельчатых пружин 16 или 26, каждая из которых выполнена в форме конического кольцевого диска и состоит из электропроводного материала.

Соответствующая бобышка 15 или 25, соответствующая тарельчатая пружина 16 или 26 и цилиндрическая варисторная колонка (30), выполненная из материала с нелинейной характеристикой удельного сопротивления, например на основе оксида металла, в частности, такого как ZnO, расположены коаксиально между соединителями 10, 20. Как можно заметить, варисторная колонка 30 выполнена из единственного варисторного элемента, но может также включать в себя два или более элементов, уложенных стопой один поверх другого. Верхняя или нижняя торцевая поверхность варисторной колонки 30 соответственно вступает в контакт с токовым контактным элементом 17 или 27 соответственно. Между соответствующей тарельчатой пружиной 1 б или 26 и токовым контактным элементом 17 или 27 соответственно предусмотрена электропроводная пружина 18 или 28, амортизирующая давление.

Как можно увидеть из фиг.2 и 3, активная часть выполнена в форме колонки. Основание колонки образовано пластиной 21, а головка образована пластиной 11. Как показано на фиг.1, между ними последовательно расположены тарельчатая пружина 26, пластина 28, амортизирующая давление, токовый контактный элемент 27, варисторная колонка 30, токовый контактный элемент 17, пластина 18, амортизирующая давление, и тарельчатая пружина 16. Таким образом, колонка удерживается вместе с упомянутыми элементами посредством двух прямоугольных диэлектрических рамок 41 и 42. Колонка предварительно напряжена воздействием усилия тарельчатых пружин 16, 26 во время изготовления активной части. В процессе изготовления тарельчатые пружины отцентрированы на двух бобышках 15 и 25. Диаметры центрирующих бобышек 15 и 25 соответственно и диаметры тарельчатых пружин 16 и 26 соответственно, выполненных в форме кольцевых дисков, соответствуют друг другу для предотвращения сплющивания тарельчатых пружин, а значит, и предотвращения связанного с этим неприемлемого избыточного растяжения. Когда осуществляют предварительное механическое напряжение колонки, диэлектрические рамки 41 и 42 соответственно надевают на соответствующие выступы 13, 23 и 14, 24, а затем снимают механическое напряжение колонки. Перемещение пружин, характерное для тарельчатых пружин, предусмотрено таким, что усилие, которое прикладывается ими и амортизируется диэлектрическими рамками, оказывается достаточным для удержания колонки вместе со всей активной частью. Поскольку активной части приходится временно проводить ток в определенных рабочих условиях, усилие выбирают достаточно большим, чтобы поддерживать контактные сопротивления малыми на пути протекания тока, проходящего от соединителя 10 через варисторную колонку 30 к соединителю 20.

Как можно увидеть из фиг.3, выступы 13, 23 имеют поверхность, которая в основном параллельна поверхности пластины на основном протяжении пластины, а прямоугольная диэлектрическая рамка 41 опирается изнутри двумя взаимно противоположными гранями на эти поверхности. Эта конфигурация выступов и диэлектрической рамки позволяет поддерживать размеры соединителей 10, 20 малыми и уменьшенными до толщины пластин 11 или 21. Помимо малой физической высоты активной части это также гарантирует ее механическую прочность и ее токопроводящую способность.

Чтобы уменьшить расход материалов и производственные затраты, электрические соединительные элементы 12, 22 выполнены плоскими. На практике они могут быть выполнены под любым желаемым углом на пластинах 11, 22 как единое целое с ними. Если эти соединительные элементы ориентированы в направлении оси z, выполнены по центру на пластинах как единое целое с ними и в форме перфорированной пластины, как показано в возможном конкретном варианте осуществления, представленном на фиг.1-3, то даже проводник тяжелого кабеля, на который может быть подано высокое напряжение, можно привинтить к соединительному элементу 12, а соответствующий заземляющий проводник можно привинтить к соединительному элементу 22 с обеспечением экономии места. В альтернативном варианте, как показано на фиг.7, соединительные элементы 12, 22 могут быть ориентированы в направлении пластин 11, 21 и могут быть выполнены, например, в форме штекерных соединений.

Как можно увидеть из фиг.4 и 5, варисторная колонка, пластины соединителей и диэлектрические рамки могут быть окружены изоляционным материалом, например полимером на силиконовой или эпоксидной основе. В зависимости от назначения окружающего диэлектрического компаунда это приводит к получению разрядника для защиты от перенапряжений, который пригоден для применения в помещениях (фиг.4) или вне помещений (фиг.5) и имеет электрические соединительные элементы 12, 22, которые выходят из диэлектрического кожуха 50.

Диэлектрические рамки не обязательно должны опираться на оба соединителя. Как можно увидеть из конкретного варианта осуществления, представленного на фиг.6, в варисторной колонке в активной части, которая может находиться под высоким напряжением, может быть расположена металлическая крепежная деталь 31. Тогда диэлектрические рамки 41, 42 опираются на верхнюю пластину 11 соединителя 10 и на крепежную деталь 31, что обеспечивает поддерживающее и контактное усилие на верхнем участке активной части. На крепежную деталь 31 и на пластину 32 нижнего соединителя 20 опираются диэлектрическая рамка 43 и другая диэлектрическая рамка, которая не видна на чертеже, причем эти рамки создают поддерживающее и контактное усилие на нижнем участке активной части.

В конкретном варианте осуществления активной части, показанном на фиг.9, в качестве опорных средств предусмотрены лишь два выступа 200 и 201, сформированные в пластинах 11, 21 и проходящие через ось z варисторной колонки. Это гарантирует, что диэлектрическая рамка 40, которая также выполнена в форме прямоугольника, удерживается по центру в области оси z, а также гарантирует равномерное удерживающее и контактное усилие в активной части. Это обеспечивает равномерную плотность тока для тока рассеяния, который проходит по активной части, когда наступает перенапряжение.

Как показано на фиг.8, в качестве опорных средств на краях пластин 11, 21 могут быть выполнены выступы 131, 132, 231, 232, и эти выступы являются более узкими, чем диаметр варисторной колонки. Без ущерба преимуществу малой физической высоты и экономии материалов можно обеспечить нужное удерживающее и контактное усилие в активной части посредством сравнительно большого количества узких диэлектрических рамок 411, 412.

Активная часть разрядника для защиты от перенапряжений включает в себя два соединителя, которые расположены вдоль оси на некотором расстоянии друг от друга, по меньшей мере, одну цилиндрическую варисторную колонку, расположенную между двумя соединителями, и, по меньшей мере, одну диэлектрическую рамку, которая опирается на оба соединителя и, таким образом, поддерживает активную часть единой, создавая тем самым контактное усилие. Согласно изобретению, по меньшей мере, один из соединителей имеет электрод, который расположен перпендикулярно оси (z) и выполнен в форме пластины, а также электрический соединительный элемент, который выполнен на пластине как единое целое с ней. Кроме того, предусмотрены опорные средства в форме выступов для диэлектрической рамки, которые выполнены в пластине и/или выполнены на краю пластины как единое целое с ней. Технический результат - уменьшение высоты активной части и расхода материалов на изготовление устройства. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Активная часть разрядника для защиты от перенапряжений, содержащая два соединителя (10, 20), расположенные по оси (z) на расстоянии друг от друга, по меньшей мере, одну цилиндрическую варисторную колонку (30), расположенную между двумя соединителями (10, 20), и, по меньшей мере, одну диэлектрическую рамку (40, 41, 42, 43, 411, 412), которая опирается или на оба соединителя (10, 20), или на один из двух соединителей (10, 20), и крепежную деталь (31), расположенную между двумя соединителями (10, 20) в варисторной колонке (30), и удерживает вместе варисторную колонку (30) или часть варисторной колонки (30), которая ограничена опорным соединителем (10, 20), и упомянутую крепежную деталь (31), создавая таким образом контактное усилие, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из двух соединителей (10, 20) имеет электрод, который расположен перпендикулярно оси (z) и выполнен в форме пластины (11, 21), а также электрический соединительный элемент (12, 22), который выполнен на пластине (11, 21) как единое целое с ней, и средства для опоры одного конца диэлектрической рамки (40, 41, 42, 43, 411, 412), которые выполнены в пластине (11, 21) и/или выполнены на краю пластины (11, 21) как единое целое с ней.2. Активная часть по п.1, отличающаяся тем, что электрический соединительный элемент (12, 22) является плоским.3. Активная часть по п.2, отличающаяся тем, что электрический соединительный элемент (12, 22) выполнен в форме перфорированной пластины или штекерного контакта.4. Активная часть по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что из поверхности пластины (11, 21), обращенной к варисторной колонке (30), выступает симметричная относительно оси центрирующая бобышка (15, 25), используемая для направления, по меньшей мере, одной тарельчатой пружины (16, 26), которая выполнена в форме конического кольцевого диска.5. Активная часть по п.4, отличающаяся тем, что диаметр центрирующей бобышки (15, 25) и внутренний диаметр кольцевого диска соответствуют друг другу, чтобы предотвратить сплющивание тарельчатой пружины (16, 26).6. Активная часть по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что опорные средства включают, по меньшей мере, один выступ (131, 132, 231, 232), который выполнен на краю пластины (11, 21) как единое целое с ней и является более узким, чем диаметр варисторной колонки (30).7. Активная часть по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что опорные средства включают выступ (200, 201), который выполнен в пластине (11, 21) и проходит через ось (z) варисторной колонки (30).8. Активная часть по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что опорные средства включают выступы (13, 14, 23, 24), которые выполнены в пластине (11, 21), каждый из которых расположен на одном из двух участков края пластины (11, 21), который проходит вдоль прямой линии.9. Активная часть по п.7, отличающаяся тем, что выступ имеет поверхность, которая по существу параллельна поверхности пластины на основном протяжении пластины, при этом рамка (40, 41, 42, 43) выполнена в форме прямоугольника и опирается изнутри посредством одной из прямоугольных граней на указанную поверхность.10. Разрядник для защиты от перенапряжений по п.8, отличающийся тем, что выступ имеет поверхность, которая по существу параллельна поверхности пластины на основном протяжении пластины, при этом рамка (40, 41, 42, 43) выполнена в форме прямоугольника и опирается изнутри посредством одной из прямоугольных граней на указанную поверхность.11. Разрядник для защиты от перенапряжений, отличающийся тем, что включает активную часть по любому из пп.1-3, а также кожух (50), который выполнен из изоляционного материала и окружает варисторную колонку (30), части соединителей (10, 20) и диэлектрическую рамку (40, 41, 42, 43).12. Разрядник для защиты от перенапряжений по п.11, отличающийся тем, что электрические соединительные элементы (12, 22) соединителей (10, 20) выходят из кожуха (50).