РАЗРЯДНИК ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ С КАРКАСНОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК H01C7/12 

Изобретение касается разрядника для защиты от перенапряжений с каркасной конструкцией, известного, например, из JP 62-149511 (номер заявки), и способа изготовления такого разрядника для защиты от атмосферных перенапряжений.

В системах электропитания разрядники для защиты от перенапряжений подсоединяются между кабелями под напряжением и землей для сброса любого перенапряжения в кабеле на землю и, таким образом, для защиты других компонентов в системе электропитания. Такой разрядник для защиты от перенапряжений содержит батарею варисторных блоков, которая удерживается между двумя соединительными элементами или концевыми захватами. Эта компоновка размещается в корпусе.

Для того чтобы обеспечить хороший контакт варисторных блоков друг с другом даже под действием механических нагрузок, необходимо поддерживать батарею в сжатом состоянии. В случае разрядников для защиты от атмосферных перенапряжений с каркасной конструкцией условие выполняется с помощью усиливающих элементов, обычно стержней или кабелей, предпочтительно пластиковых стержней, усиленных стекловолокном (стержни GFC), которые поддерживают в напряженном состоянии на двух концевых захватах.

Проблема с такими разрядниками для защиты от перенапряжений заключается в надежном креплении усиливающих элементов к концевым захватам для достижения необходимой прочности в случае механических нагрузок, которые возникают, когда разрядники для защиты от атмосферных перенапряжений установлены на открытом воздухе.

В указанной японской патентной заявке эта проблема решается путем выполнения канавок в направлении составления варисторных блоков в концевых захватах, в которые вводят усиливающие элементы, и выполнением концов усиливающих элементов с резьбой, на которую навинчивается гайка, диаметр которой больше, чем канавка в концевом захвате, и, таким образом, обеспечивается удержание усиливающего элемента, по существу, посредством взаимоблокировки.

Согласно другой известной технологии, описанной в европейском патенте ЕР 93915343.3, можно также крепить усиленные стекловолокном пластиковые стержни к концевым захватам посредством штифтов или винтов, которые расположены под прямыми углами к продольному направлению стержней.

Проблема, которая возникает при использовании этих двух известных технологий, состоит в том, что выступающие углы гаек и винтов приводят к концентрации электрического поля и риску возникновения частичных разрядов.

Патентная заявка Германии DE 19940939 указывает другой возможный способ удержания усиливающих элементов в концевых захватах. Для этого в коническое отверстие в концевом захвате вводится втулка, которая конически сужается в направлении центра батареи варисторных блоков и имеет подвижные боковые стенки и, действуя как зажимная втулка аналогично клину, прочно удерживает соответствующий усиливающий элемент в напряженном состоянии посредством фрикционно-штуцерного или штуцерного соединения с тугой посадкой.

Эта технология позволяет избежать выступающих краев винтов и гаек, но остается другая проблема, заключающаяся в том, что влага и/или вода может попадать внутрь зарядника для защиты от перенапряжений через сквозные отверстия в концевых захватах, через которые проходят усиленные стекловолокном стержни и в которые вводятся зажимные втулки, вызывая постоянное повреждение разрядника для защиты от перенапряжений.

Следовательно, при использовании этой технологии необходимо либо полностью интегрировать концевые захваты в конструкцию наружного корпуса, или принять дополнительные меры для защиты концевых захватов от попадания воды на их верхнюю поверхность. Эти известные технологии или имеют недостаток, заключающийся в том, что для наружного корпуса требуется большое количество довольно дорогого материала, обычно силикона с низкой вязкостью, для нанесения покрытия экструзией на весь концевой захват, или требуется дополнительный технологический этап для закрепления дополнительного уплотнения.

Задача настоящего изобретения состоит в создании разрядника для защиты от перенапряжений с каркасной конструкцией, который не имеет проблемы с частичными разрядами, возникающими из-за выступающих краев винтов или гаек, и который также не имеет проблемы, связанной с попаданием влаги через сквозные отверстия в концевых захватах.

Согласно изобретению эта задача решается с помощью разрядника для защиты от перенапряжений по п.1 формулы изобретения и способа изготовления такого разрядника для защиты от перенапряжений по п.7 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы касаются дополнительных предпочтительных аспектов изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления разрядника для защиты от перенапряжений описаны далее со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - общий вид разрядника для защиты от перенапряжений с частично вырезанным наружным корпусом;

фиг.2 - вид сверху концевого захвата разрядника для защиты от перенапряжений согласно изобретению;

фиг.3 - разрез концевого захвата, как показано на фиг.2.

Разрядник для защиты от перенапряжений с каркасной конструкцией, как показано на фиг.1, содержит, по меньшей мере, один варисторный блок 1.

В качестве варисторных блоков 1 используются известные керамические диски с зависимым от напряжения сопротивлением (переменные резисторы). При низких напряжениях они работают, по существу, как идеальные изоляторы, хотя при высоких напряжениях они имеют хорошую проводимость. Имеющиеся в продаже варисторные блоки производятся на основе оксида цинка (ZnO). Однако настоящее изобретение не ограничивается такими разрядниками из оксида цинка, и для варисторных блоков могут также использоваться другие оксиды металлов, а также, например, карбид кремния. Более того, помимо варисторных блоков 1 батарея может также содержать другие блоки, например металлические блоки или блоки искровых разрядников, чтобы таким образом согласовать длину разрядника для защиты от перенапряжений с требованиями соответствующего назначения.

Имеющиеся в продаже варисторные блоки 1 имеют форму цилиндров с диаметром, например, 5 см и высотой около 4 см. По обеим сторонам варисторных блоков 1 для обеспечения лучшего контакта закреплены алюминиевые электроды, не показанные подробно. Нормально также для дальнейшего улучшения контакта разместить между варисторными блоками 1 тонкие алюминиевые диски или пружинные элементы, которые также не показаны.

В дополнение к этому в батарее варисторных блоков могут быть предусмотрены тарельчатая пружина или подобный элемент для поддержания контакта в случае температурных колебаний.

Батарея, составленная из таких варисторных блоков 1 и, возможно, металлических блоков один поверх другого, удерживается между двумя концевыми захватами 3 в разряднике для защиты от перенапряжений, как показано на фиг.1. Концевые захваты обычно выполнены из алюминия или нержавеющей стали и сконструированы таким образом, что они могут быть легко включены в существующие электрические установки или системы электросети, например, с помощью центрального винта 4, который выступает из разрядника для защиты от перенапряжений и создает хороший электрический контакт с варисторными блоками 1.

Для защиты от воздействия окружающей среды эти разрядники для защиты от перенапряжений окружены наружным корпусом 5, состоящим из силикона. Этот корпус может быть выполнен напылением или литьем.

Снаружи корпуса 5 образованы экраны 7 для удлинения пути утечки тока по поверхности.

Когда разрядники для защиты от перенапряжений используются в наружной среде, они испытывают значительные изгибающие моменты. Следовательно, необходимо обеспечить, чтобы даже под воздействием довольно больших механических нагрузок поддерживался контакт между варисторными блоками 1 и концевыми захватами и чтобы не происходил излом краев варисторных блоков в результате наклона между двумя прилегающими варисторными блоками. Чтобы достигнуть этого, между двумя концевыми захватами 3 зажимаются усиленные стекловолокном пластиковые стержни или кабели 9 в качестве усиливающих элементов. Они удерживают варисторные блоки между двумя концевыми захватами 3 при растягивающей нагрузке.

Далее крепежные элементы именуются стержнями 9, не предполагая каких-либо ограничений для изобретения.

На фиг.2 показан вид сверху концевого захвата разрядника для защиты от перенапряжений согласно изобретению. Концевой захват 3, по существу, имеет форму цилиндрического блока, диаметр которого больше, чем диаметр варисторных блоков. Сквозные отверстия 11, которые проходят по окружности концевого захвата в направлении составления блоков, образованы в радиальной области концевого захвата и находятся за пределами варисторных блоков. Еще одно сквозное отверстие 25 для центрального винта 4, предпочтительно с внутренней резьбой, образовано в центре концевого захвата.

В разряднике для защиты от перенапряжений согласно изобретению усиленные стекловолокном пластиковые стержни 9 удерживаются в отверстиях 11, проходящих через концевые захваты 3. Усиленные стекловолокном пластиковые стержни прочно удерживаются в этих сквозных отверстиях с помощью подходящих средств, например клиньев, клиновых втулок, клеевого соединения, обжимных втулок или подобных элементов.

В дополнение к этому, концевой захват имеет, по меньшей мере, одно второе сквозное отверстие 15. Это сквозное отверстие 15, в котором не удерживается усиливающий элемент, используется как потоковое соединение между двумя сторонами концевого захвата, в то время как наружный корпус выполняется распылением или литьем.

Более того, в показанном концевом захвате на его стороне, которая не обращена к батарее варисторных блоков, выполнена проходящая по окружности канавка или канал 17, в которую выходят сквозные отверстия 11 и 15. Канавка связана выступающим наружным ободком 19 и внутренним ободком 21.

Во избежание попадания влаги внутрь разрядника для защиты от перенапряжений через это сквозное отверстие, необходимо принять меры для герметизации сквозных отверстий 11 от воды.

В разряднике для защиты от перенапряжений согласно изобретению, прежде всего, формируется каркас из двух концевых захватов 3, варисторных блоков 1 и усиленных стекловолокном стержней 9, прочно соединенных с концевыми захватами 3. Этот каркас затем помещается в форму, образуя герметичное уплотнение на соответствующих заплечиках 23 концевых захватов, как показано на фиг.3. Форма может быть сконструирована так, что в то же время на наружном корпусе 5 распылением или литьем с силиконом формируются также винты 7.

Силикон с низкой вязкостью, который предпочтителен для этого, является довольно дорогим материалом. Таким образом, как можно видеть на фиг.1, корпус «втянут» в области варисторных блоков 1, то есть он имеет более узкое сечение, чем в области перекрытия с арматурным соединителем 3.

Согласно изобретению в дополнение к первым сквозным отверстиям 11 в концевых захватах 3 также образуют вторые сквозные отверстия 15. Конец этих отверстий, который направлен наружу от разрядника для защиты от перенапряжений, входит в канавку 17, как объяснялось ранее. Предпочтительно выполняют множество вторых сквозных отверстий. Можно также выполнить множество частичных сегментных канавок вместо непрерывной круговой канавки 17, каждая из них составляет лишь сегмент окружности, причем каждое первое сквозное отверстие 11 вместе с, по меньшей мере, одним вторым сквозным отверстием 15 выходит в одну из частичных сегментных канавок 17.

Во время изготовления разрядника для защиты от перенапряжений пластина 27 удерживается посредством центрального винта 4 в центральном отверстии с внутренней резьбой 23 концевого захвата 3. Пластина 27, показанная на фиг.1, оканчивается плоско ободком 19 на ободке концевого захвата 3, образуя уплотнитель, причем в области канавки 17 остается полость. Если требуется, в пластине могут быть выполнены отдельные вентиляционные отверстия.

Во время литья наружного корпуса в области экранов 7 обычно выполняется одно или более входных отверстий для силикона с низкой вязкостью, и в области экранов 7 также выполняют соответствующие вентиляционные отверстия. Силикон проникает в форму, образует наружный корпус 5 с экранами 7, проходя через сквозные отверстия 15 и канавки 17 и далее в сквозные отверстия 11 с усиленными стекловолокном стержнями. Это приводит к тому, что сквозные отверстия 11 с усиленными стекловолокном пластиковыми стержнями 9 герметично закупориваются от внешней среды и защищаются от влаги на одном этапе технологического процесса формирования наружного корпуса.

Как можно видеть на фиг.2, второе сквозное отверстие 15 предпочтительно может быть выполнено для двух первых сквозных отверстий 11. Это не является абсолютно необходимым, и можно выполнить второе сквозное отверстие 15 для каждого первого сквозного отверстия 11, или одно второе сквозное отверстие 15 может быть выполнено для всех первых сквозных отверстий 11.

Внутренний диаметр вторых сквозных отверстий 15 может быть выбран таким, чтобы силикон с низкой вязкостью мог протекать через них во время процесса литья.

На фиг.3 показан разрез концевого захвата по А-А на фиг.2. Вторые сквозные отверстия 15 имеют значительно меньшее сечение, чем первые сквозные отверстия 11.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на один предпочтительный вариант осуществления, изобретение не ограничивается этим вариантом, и специалисты в данной области техники смогут определить различные изменения и модификации в пределах объема охраны прилагаемой формулы изобретения.

Разрядник для защиты от перенапряжений содержит, по меньшей мере, один варисторный блок (1), два концевых захвата (3), по меньшей мере, один усиливающий элемент (9), удерживающий вместе варистроный блок (1) и концевые захваты (3) и проходящий через первое сквозное отверстие (11) в, по меньшей мере, одном из кольцевых захватов (3). Вторые отверстия в, по меньшей мере, одном из кольцевых захватов (3) входят в канавку (17) на стороне концевого захвата (3), которая не обращена к варисторным блокам (1). В соответствии со способом изготовления разрядника наносят покрытие экструзией или выполняют инкапсуляцию модуля, содержащего два концевых захвата (3), множество варисторных блоков (1) и, по меньшей мере, один усиливающий элемент (9) для образования наружного корпуса (5). Первые сквозные отверстия (11) для усиливающего элемента (9) герметизируются силиконом. При этом через вторые сквозные отверстия (15) в концевых захватах (3) протекает силикон во время литья или распыления и входит в первые сквозные отверстия (11) снаружи, чтобы таким образом изолировать их от воды и влаги. Технический результат - создание разрядника, который не имеет проблем, связанных с частичными разрядами, возникающими из-за выступающих краев винтов или гаек, а также проблем, связанных с попаданием влаги через сквозные отверстия в концевых захватах. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Разрядник для защиты от перенапряжений, содержащий:
по меньшей мере, один варисторный блок (1);
два концевых захвата (3), расположенных на противоположных сторонах варисторного блока (1);
по меньшей мере, один усиливающий элемент (9), удерживающий вместе варисторный блок (1) и концевые захваты (3) и проходящий через первое сквозное отверстие (11) в, по меньшей мере, одном из концевых захватов (3);
наружный корпус (5), выполненный из силикона литьем или напылением вокруг варисторного блока (1), усиливающего элемента (9) и частей концевых захватов (3);
отличающийся тем, что по меньшей мере, в одном из концевых захватов (3) выполнены вторые сквозные отверстия (15), выходящие в канавку (17) на стороне концевого захвата (3), которая не обращена к варисторным блокам (1), причем канавка (17) проходит от второго сквозного отверстия (15) к первому сквозному отверстию (11), при этом канавка (17) и первое сквозное отверстие (11) вместе со вторым сквозным отверстием (15) герметизированы силиконом со стороны концевого захвата (3), которая не обращена к варисторным блокам (1).

2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что варисторный блок или блоки выполнены из оксида металла, предпочтительно из оксида цинка.

3. Разрядник по п.1 или 2, отличающийся тем, что концевые захваты (3) выполнены из металла, предпочтительно из алюминия.

4. Разрядник по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпус (5) разрядника для защиты от перенапряжений снабжен экранами (7).

5. Разрядник по п.3, отличающийся тем, что корпус (5) разрядника для защиты от перенапряжений снабжен экранами (7).

6. Разрядник по любому из пп.1, 2 и 5, отличающийся тем, что усиливающий элемент (9) представляет собой усиленный стекловолокном пластиковый стержень или кабель, который удерживает вместе концевой захват (3) и варисторный блок (1) при растягивающей нагрузке.

7. Разрядник по п.3, отличающийся тем, что усиливающий элемент (9) представляет собой усиленный стекловолокном пластиковый стержень или кабель, который удерживает вместе концевой захват (3) и варисторный блок (1) при растягивающей нагрузке.

8. Разрядник по п.4, отличающийся тем, что усиливающий элемент (9) представляет собой усиленный стекловолокном пластиковый стержень или кабель, который удерживает вместе концевой захват (3) и варисторный блок (1) при растягивающей нагрузке.

9. Разрядник по п.6, отличающийся тем, что усиленный стекловолокном пластиковый стержень (9) удерживается в сквозном отверстии (11) крепежным элементом в виде клина или клиновой втулки.

10. Разрядник по п.7 или 8, отличающийся тем, что усиленный стекловолокном пластиковый стержень (9) удерживается в сквозном отверстии (11) крепежным элементом в виде клина или клиновой втулки.

11. Способ изготовления разрядника для защиты от перенапряжений по п.1, содержащий этапы, на которых:
устанавливают, по меньшей мере, один усиливающий элемент (9) в первом сквозном отверстии (11) в первом концевом захвате (3);
размещают батарею варисторных блоков (1) на концевом захвате (3) и вдоль усиливающего элемента (9);
закрепляют второй концевой захват на батарее варисторных блоков и усиливающих элементах (9) так, чтобы варисторные блоки (1) располагались между двумя концевыми захватами (3);
устанавливают усиливающий элемент (9) в первом сквозном отверстии (11) во втором концевом захвате (3);
наносят покрытие экструзией или выполняют инкапсуляцию частей двух концевых захватов (3), варисторных блоков (1) и усиливающего элемента (9) для образования наружного корпуса (5), состоящего из пластического материала, при этом пластический материал протекает через вторые сквозные отверстия (15) и канавку (17) в концевые захваты (3), причем первые сквозные отверстия (11) герметизируются со стороны концевых захватов (3), которая не обращена к варисторным блокам (1).