УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОДА ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ С ОДНИМ ИЛИ НЕСКОЛЬКИМИ ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ В ОДНОМ КОНСТРУКТИВНОМ УЗЛЕ Российский патент 2008 года по МПК H02H3/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству для отвода перенапряжений, содержащему один или более элементов для ограничения перенапряжения, таких как варисторы, диоды или подобные элементы, которые включены параллельно и расположены в одном конструктивном узле; по меньшей мере, один коммутационный аппарат, выполненный с возможностью электрического отсоединения элемента или элементов для ограничения перенапряжения при термической перегрузке указанного элемента или элементов; и средства для индикации и/или выдачи сообщения о возникшей неисправности, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Устройства для защиты от перенапряжений с расположенным в корпусе варистором, в которых в электрической цепи между точкой подключения к сети и варистором предусмотрен спай термовыключателя, размыкающийся под действием пружины в случае перегрева варистора, для чего один из контактов спая находится на контактной перемычке, подпружиненной в направлении размыкания, известны, например, из полезной модели Германии 9305796 U. В подобных устройствах имеется также возможность отключения соответствующего варистора при повышенном ударном токе, превышающем номинальный ударный ответвляющийся ток. Для этого на контактной перемычке имеется место запрограммированного разрушения, сечение которого, следовательно, механический момент сопротивления меньше, чем сечение остальной части контактной перемычки. Электродинамические силы, возникающие при соответствующем большом ударном токе, действуют поперек направления тока, т.е. поперек продольного направления контактной перемычки. Поэтому эти силы вызывают разрыв контактной перемычки в месте запрограммированного разрушения.

В устройстве для отвода перенапряжений согласно DE 4124321 С2 предусмотрено несколько элементов для ограничения перенапряжения, например варисторов и диодов, и отключающих устройств, срабатывающих, например, при перегреве или обнаружении тока утечки. Для повышения надежности такого устройства, в частности для обеспечения резервирования, чтобы при отказе одного из элементов для ограничения напряжения работа могла продолжаться с другим элементом для ограничения напряжения, причем одновременно обеспечивалось бы безотказное отключение неисправного и перегревшегося элемента для ограничения напряжения, предусматривается наличие, по меньшей мере, двух элементов для ограничения напряжения, параметры каждого из которых, взятого по отдельности, достаточны для обеспечения защиты от перенапряжения в соответствующем месте применения. Далее, в этом устройстве также предусмотрен термовыключатель, установленный в цепи тока первого элемента для ограничения напряжения, отключающий его при перегреве и включающий второй элемент для ограничения напряжения.

Из ЕР 0716493 В1 известно устройство для защиты от возникновения электрических перенапряжений в переходных режимах, по меньшей мере, с двумя варисторами, имеющее средства, которые реагируют на состояние вышеупомянутых варисторов и отключают варисторы по одиночке при их выходе из строя. Далее, предусмотрены механические средства для визуализации состояния варисторов, которые функционально связаны с отключающими устройствами и приводятся ими в действие.

С помощью механических средств визуализации можно определить, работают ли оба варистора, или отключен один из них, или отключены они оба. Механические средства визуализации имеют бегунок, приводимый в действие разделительными язычками параллельно установленных варисторов.

Известные тепловые расцепители выполнены на паяных соединениях, которые при выходе из строя элемента защиты от перенапряжения или при перегрузке активных компонентов электрически размыкают их и приводят в действие прямо или косвенно оптический и/или электрический индикатор или сигнальное устройство.

Как показано выше, в известных из уровня техники устройствах имеется возможность либо снабдить один варистор тепловым расцепителем, либо снабдить каждый из двух варисторов расцепителем, который в случае перегрузки отключает соответствующий варистор и подключает второй варистор. Недостатком известных решений является то обстоятельство, что в случае неисправности или перегрузки при срабатывании теплового расцепителя соответствующий прибор отключается от сети. Хотя это позволяет избежать дальнейшего сопряженного ущерба, защита от перенапряжения перестает действовать или действует лишь ограниченно.

Раскрытие изобретения

Исходя из вышеизложенного, задача изобретения состоит в создании усовершенствованного устройства для отвода перенапряжений, содержащего один или более элементов для ограничения перенапряжения, таких как варисторы, диоды или подобные элементы, которые включены параллельно и расположены в одном конструктивном узле; по меньшей мере, один коммутационный аппарат, выполненный с возможностью электрического отсоединения элемента или элементов для ограничения перенапряжения при термической перегрузке указанного элемента или элементов, а также индикации или выдачи сообщения о соответствующем состоянии. При этом должна своевременно распознаваться грозящая перегрузка соответствующего прибора защиты от перенапряжения, например, вследствие обусловленных температурой процессов старения активного варисторного диска или неоднократных воздействий на активные компоненты толчков ударного тока. Для этого следует выполнить устройство так, чтобы в качестве ступени предварительного оповещения выводилась индикация срока службы. При этом должна быть предусмотрена возможность регулирования ступени предварительного оповещения, чтобы оставался достаточный запас остающегося срока службы до невосстановимого повреждения и необходимого при этом окончательного отсоединения прибора от сети.

Задача изобретения решается устройством, охарактеризованном признаками пункта 1 формулы изобретения, причем в зависимых пунктах охарактеризованы, по меньшей мере, предпочтительные варианты и модификации.

С помощью предлагаемого в изобретении устройства можно на месте сообщать, проверять и передавать на расстояние информацию о степени старения, следовательно, об остающемся сроке службы соответствующих приборов.

Во время плановых работ по техническому обслуживанию элемент защиты с обнаруженными признаками повреждения можно заменять, чтобы установка в промежутке не работала без защиты от перенапряжения или с ограниченной защитой.

В отличие от известных устройств, полная работоспособность, т.е. способность выдерживать ударные сроки, сохраняется до истечения срока службы. Иными словами, даже при нескольких ветвях варисторов, благодаря предварительному оповещению, ни одна ветвь не отключается от сети. Таким образом, повышается общий уровень защиты установок, оборудованных предлагаемым изобретением устройством.

Согласно изобретению предусмотрен первый коммутационный аппарат, находящийся в тепловом контакте с элементами для ограничения перенапряжения, выполненный с возможностью, при достижении первой предельной температуры Т1, приведения в действие оптического индикатора для подачи сигнала о достижении предельного срока службы элемента или элементов для ограничения перенапряжения.

Далее предусмотрен второй коммутационный аппарат, находящийся в тепловом контакте с элементами для ограничения перенапряжения, выполненный с возможностью осуществления известным образом, при достижении второй предельной температуры Т2, электрического отсоединения и индикации неисправности, причем предусматривается, что Т2>Т1.

В одном из вариантов реализации изобретения первый коммутационный аппарат функционально связан с контактом дистанционной сигнализации, так что сообщение об ограниченном оставшемся сроке службы или обнаруженном аномальном состоянии может быть передано в центр обслуживания.

В одном из вариантов реализации изобретения первый и второй коммутационные аппараты механически связаны с движками или с одним общим движком и воздействуют на такой движок, причем движок находится на лицевой стороне конструктивного узла и при продольном движении в ответ на срабатывание коммутационного аппарата открывает окрашенное или маркированное цветом смотровое окно на лицевой стороне.

При этом концепция индикации срока службы устройства для защиты от перенапряжений предпочтительно реализуется посредством трехступенчатой цветной визуальной индикации. Зеленый цвет индикатора соответствует, например, полностью работоспособному элементу для защиты от бросков тока, желтый цвет - выдержавшему нагрузку или состарившемуся элементу, а красный цвет - перегруженному отключенному элементу. Этот элемент должен быть теперь отключен, причем, как уже было сказано, имеющийся контакт дистанционной сигнализации срабатывает уже на ступени предварительного оповещения защитного элемента.

Первый коммутационный аппарат может быть выполнен в виде средств, оптические свойства которых изменяются под воздействием тепла, например, из пленки, изменяющей свой цвет под воздействием температуры.

Согласно одному из вариантов реализации изобретения коммутационные аппараты содержат рычажные элементы, которые находятся в подпружиненном состоянии в первом положении, причем первое положение фиксировано плавкой перемычкой, воском, термопластом или подобным материалом. Точка плавления этого материала в первом коммутационном аппарате выбирается ниже, чем во втором коммутационном аппарате.

В одном альтернативном варианте коммутационные аппараты содержат рычажные элементы, предварительно нагруженные, по меньшей мере, одной пружиной, причем первое положение первого коммутационного аппарата фиксировано термоусадочным шлангом таким образом, что когда термическая нагрузка достигает предельной температуры Т1, происходит изменение положения соответствующего рычажного элемента с одновременной выдачей визуального сигнала путем усадки материала шланга.

Выбор интервала между предельными температурами Т1 и Т2 позволяет реализовать такой уровень защиты в смысле задачи, решаемой изобретением, который соответствует требованиям безопасности конкретного пользователя.

Один вариант устройства для отвода перенапряжений предусматривает наличие внутри конструктивного узла двух варисторных дисков в качестве элементов для ограничения напряжения, которые расположены параллельно рядом друг с другом.

Коммутационные аппараты предпочтительно расположены на перегородке между варисторными дисками, причем контактные шайбы или пластинки варисторов находятся в тепловом контакте с соответствующим коммутационным аппаратом.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение рассматривается более подробно на примерах реализации со ссылкой на чертежи, где

фиг.1 - принципиальная схема предлагаемого изобретением устройства с контролем срока службы и индикацией;

фиг.2 - первый вариант реализации устройства;

фиг.3 - второй вариант реализации предлагаемого изобретением устройства;

фиг.4 - вариант реализации предлагаемого изобретением устройства с термоусадочным шлангом в качестве первого коммутационного аппарата;

фиг.5 - вариант реализации с первым коммутационным аппаратом, действующим не механическим образом, снабженный индикатором, изменяющим цвет или окраску при термической нагрузке;

фиг.6 - перспективное изображение варисторного модуля с двумя параллельно включенными варисторными дисками и находящейся между ними системой коммутационных аппаратов;

фиг.7 - принцип действия первого механического коммутационного аппарата для индикации срока службы;

фиг.8 - изображение варисторного модуля с уже отключившимся первым коммутационным аппаратом; в нижней части изображено изменение цвета с желтого на красный при электрически разомкнутом варисторном модуле.

Осуществление изобретения

Согласно примеру реализации прибор для защиты от перенапряжений состоит из варисторного модуля 1 с двумя включенными параллельно дисковыми варисторами, встроенного индикатора 2 срока службы и расцепителя 3 (см фиг.1).

Индикатор 2 срока службы (ступень S1) определяет температуру варисторного модуля 1 и при превышении заданной предельной температуры Т1 переключает визуальный указатель (см. фиг.7) с зеленого на желтый цвет и включает дистанционную сигнализацию FM.

При технической реализации индикатора срока службы приняты меры для того, чтобы обеспечить оптимальное исполнение контактного элемента варисторного модуля с максимальной плотностью тока. Это необходимо для селективного нагрева различных изменяющихся под воздействием температуры компонентов, предпочтительно плавких перемычек.

Кроме плавких перемычек могут найти применение и другие температурно-зависимые вещества, такие как воск, термопластичная пластмасса, термоусадочные шланги и т.п.

Тепловой расцепитель (ступень 82 по фиг.1) при предельной температуре Т2 (Т2>Т1) отключает варисторный модуль 1 и переключает визуальный указатель с желтого на красный цвет (см. фиг.8).

Необходимый интервал между условным предварительным оповещением и срабатыванием теплового расцепителя может в широком диапазоне регулироваться на заводе или в соответствии с требованиями заказчика путем селективного выбора ступеней срабатывания применяемых компонентов, изменяющихся под воздействием температуры.

Согласно первому варианту реализации предлагаемого изобретением устройства по фиг.2 первая точка измерения температуры Т1 (позиция 4) соединена с переключателем S1 (позиция 5), например, посредством соединения контактных поверхностей мягким припоем. При срабатывании переключатель перемещается предварительно напряженной пружиной 6 так, что сигнальный рычаг 7 приводит в действие ступень 8 предварительного оповещения, которая представляет собой движок, и включает дистанционный сигнал, а окно индикации переключает с зеленого на желтый цвет.

При превышении предельной температуры Т2 в зоне 9 срабатывает выключатель S2 (позиция 10), который окончательно отключает устройство от сети. Одновременно выключатель S2 перемещает движок 8а, который открывает на визуальном указателе красный сигнал. Этот выключатель S2 может быть выполнен как подпружиненный, предварительно напряженный контакт.

В варианте исполнения устройства по фиг.3 для первого коммутационного аппарата также предусмотрена предварительно напряженная пружина 6, находящаяся в кулисной направляющей, причем последняя имеет еще направляющую дужку. Когда образованное в зоне 4 соединение из мягкого припоя расплавляется, сигнальный рычаг 7 под действием пружины 6 перемещается, если смотреть на чертеж, влево и захватывает ступень 8 предварительного оповещения в виде индикатора срока службы, в результате чего на визуальном указателе устройства открывается окно другого цвета.

В варианте реализации по фиг.4 в качестве индикатора достижения порога предварительного оповещения при температуре Т1 используется термоусадочный шланг 11.

При достижении порога, регулируемого с помощью параметров материала шланга, шланг уменьшает свой диаметр и перемещает элемент 12 индикации, так что становится видимой ступень 12а предварительного оповещения.

При превышении предельной температуры Т2 в точке 13 происходит окончательное отключение всего устройства аналогично тому, как это происходит при плавком предохранителе.

В варианте реализации согласно примеру, изображенному на фиг.5, предварительное оповещение производится благодаря изменению цвета элемента 14 индикации под действием температуры. В этом случае изменение цвета, например, материала Thermocolor происходит при достижении температуры Т1. После превышения температуры Т2 в точке 13 паяного соединения соответствующий коммутационный аппарат срабатывает способом, который сам по себе известен, и отключает прибор от сети.

На фиг.6 показана слоистая конструкция варисторного модуля с двумя параллельно включенными варисторными дисками (верхняя часть чертежа).

В нижней части чертежа показано, что первый и второй коммутационные аппараты конструктивно расположены между варисторными дисками.

Такая конструкция обеспечивает оптимальный тепловой контакт реагирующих на температуру зон 4 и 9, в которых выполнены соединения, например паяные, с различными температурами плавления, для фиксации в первом положении предварительно поджатых пружиной рычажных элементов коммутационных аппаратов.

В верхней части фиг.7 варисторный модуль изображен в полностью рабочем состоянии. В верхней части фиг.8 и в нижней части фиг.7 изображен завершившийся процесс размыкания в зоне 4 после достижения или превышения первой температуры Т1. Рычаг 7 движется при этом под действием предварительно напряженной пружины 6, если смотреть на чертеж, влево и захватывает движок 15. В результате, как показано на фиг.7 внизу, изменяется цвет в смотровом окошке крышки 16 устройства.

При срабатывании термического предохранителя в зоне 9 цвет снова изменяется, например, с желтого на красный (фиг.8, внизу), что однозначно указывает на то, что модуль требуется заменить.

Использование: для защиты от перенапряжений. Технический результат заключается в обеспечении предварительного оповещения о грозящей перегрузке и повышении уровня защиты. Устройство содержит первый коммутационный аппарат, находящийся в тепловом контакте с элементами для ограничения перенапряжения, выполненный с возможностью, при достижении первой предельной температуры (Т1), приведения в действие оптического индикатора для подачи сигнала о достижении предельного срока службы элемента или элементов для ограничения перенапряжения, второй коммутационный аппарат, находящийся в тепловом контакте с элементами для ограничения перенапряжения. Второй аппарат осуществляет известным образом, при достижении второй предельной температуры (Т2), электрическое отсоединение и индикацию неисправности. Предельная температура (Т2) больше предельной температуры (Т1). 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для отвода перенапряжений, содержащее один или более элементов для ограничения перенапряжения, таких как варисторы, диоды или подобные элементы, которые включены параллельно и расположены в одном конструктивном узле; по меньшей мере, один коммутационный аппарат, выполненный с возможностью электрического отсоединения элемента или элементов для ограничения перенапряжения при термической перегрузке указанного элемента или элементов; и средства для индикации и/или выдачи сообщения о возникшей неисправности, отличающееся тем, что предусмотрен первый коммутационный аппарат, находящийся в тепловом контакте с элементами для ограничения перенапряжения, выполненный с возможностью, при достижении первой предельной температуры Т1, приведения в действие оптического индикатора для подачи сигнала о достижении предельного срока службы элемента или элементов для ограничения перенапряжения, и второй коммутационный аппарат, находящийся в тепловом контакте с элементами для ограничения перенапряжения, выполненный с возможностью осуществления известным образом, при достижении второй предельной температуры Т2, электрического отсоединения и индикации неисправности, причем предельная температура Т2 больше предельной температуры T1, a коммутационные аппараты содержат рычажные элементы, находящиеся в подпружиненном состоянии в первом положении, которое фиксировано плавкой перемычкой или плавким материалом, точка плавления которого, в первом коммутационном аппарате, выбрана ниже, чем во втором коммутационном аппарате.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый коммутационный аппарат функционально связан с контактом дистанционной сигнализации.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из первого и второго коммутационных аппаратов механически связан с соответствующим движком, который расположен на лицевой стороне конструктивного узла и при продольном движении в ответ на срабатывание коммутационного аппарата открывает окрашенное или маркированное цветом смотровое окно на указанной лицевой стороне.4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый из первого и второго коммутационных аппаратов механически связан с соответствующим движком, который расположен на лицевой стороне конструктивного узла и при продольном движении в ответ на срабатывание коммутационного аппарата открывает окрашенное или маркированное цветом смотровое окно на указанной лицевой стороне.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый коммутационный аппарат выполнен в виде средств, имеющих изменяющиеся под воздействием тепла оптические свойства.6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый коммутационный аппарат выполнен в виде средств, имеющих изменяющиеся под воздействием тепла оптические свойства.7. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что коммутационные аппараты содержат рычажные элементы, которые предварительно нагружены, по меньшей мере, одной пружиной, причем первое положение первого коммутационного аппарата фиксировано термоусадочным шлангом таким образом, что при достижении термической нагрузкой предельной температуры Т1 происходит изменение положения соответствующего рычажного элемента с одновременной выдачей визуального сигнала путем усадки материала шланга.8. Устройство по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что интервал между предельными температурами Т1 и Т2 выбран из условия реализации такого уровня защиты, который соответствует требованиям безопасности конкретного пользователя.9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что интервал между предельными температурами Т1 и Т2 выбран из условия реализации такого уровня защиты, который соответствует требованиям безопасности конкретного пользователя.10. Устройство по одному из пп.1-6 или 9, отличающееся тем, что предусмотрены два варисторных диска, которые в качестве элементов для ограничения перенапряжения расположены внутри конструктивного узла параллельно рядом друг с другом, причем коммутационные аппараты расположены на перегородке между варисторными дисками, а контактные шайбы или пластинки для присоединения варисторов находятся в тепловом контакте с соответствующим коммутационным аппаратом, таким образом, что устранены электромагнитные силы, и обеспечена возможность выдерживания больших ударных токов.11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что предусмотрены два варисторных диска, которые в качестве элементов для ограничения перенапряжения расположены внутри конструктивного узла параллельно рядом друг с другом, причем коммутационные аппараты расположены на перегородке между варисторными дисками, а контактные шайбы или пластинки для присоединения варисторов находятся в тепловом контакте с соответствующим коммутационным аппаратом, таким образом, что устранены электромагнитные силы, и обеспечена возможность выдерживания больших ударных токов.12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что предусмотрены два варисторных диска, которые в качестве элементов для ограничения перенапряжения расположены внутри конструктивного узла параллельно рядом друг с другом, причем коммутационные аппараты расположены на перегородке между варисторными дисками, а контактные шайбы или пластинки для присоединения варисторов находятся в тепловом контакте с соответствующим коммутационным аппаратом, таким образом, что устранены электромагнитные силы, и обеспечена возможность выдерживания больших ударных токов.

Приоритет по пунктам: