УСТРОЙСТВО СО СМЕННЫМИ МОДУЛЯМИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2010 года по МПК H01T4/06 H01R13/514 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству со сменными модулями для защиты от перенапряжений, содержащему гнездовую нижнюю часть и один или более сменных модулей, включающих в себя элементы защиты от перенапряжений; контактные элементы и контактные ответные элементы, которые расположены соответственно в нижней части и в сменном модуле, а также дополнительные направляющие полозки или направляющие канавки для управляемого введения или надевания и фиксирования соответствующего сменного модуля в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Во многих случаях устройства для защиты от перенапряжений в соответствии с уровнем техники конструируются в виде устройств со сменными модулями, содержащих нижнюю часть и сменный модуль.

Соединительные клеммы для создания контакта между электрическими проводниками располагаются в нижней части, и там же предусматриваются соответствующие гнезда для вставляемых сменных модулей. Нижняя часть содержит элементы для размещения одного или нескольких штыревых контактов сменного модуля с целью обеспечения желаемого механического и электрического контакта, а также соответствующее гнездо для сменного модуля.

Элементы защиты от перенапряжений в собственном смысле слова, такие как например, искровые разрядники, варисторы, газовые разрядники или подобные, располагаются внутри сменного модуля.

Нижние части часто формируются в виде U-образных тел, с открытыми U-образными стойками, окружающими по бокам сменный модуль так, чтобы сменный модуль опирался на соединительную стойку U-образных частей. Кроме того, нижняя часть на своей монтажной стороне снабжена приемными элементами, которые обеспечивают так называемый верхний монтаж на рейку.

Преимущество кратко описываемых функций, разделенных между нижней частью и сменным модулем, заключается в том, что сменный модуль может быть извлечен для проверки и обслуживания без необходимости открывать соединительную клемму или, соответственно, отсоединять соответствующую систему от питания.

Затем извлеченный и отделенный сменный модуль может быть проверен на удалении от электрической системы посредством специальных испытательных приборов и заменен или установлен вновь в зависимости от конкретного случая.

Что касается уровня техники, то в качестве примера можно сослаться на DE 3639533 С2, DE 29519313 U1, DE 10001667 С1 и DE 202004006 227 U1.

В качестве особой проблемы следует обратить внимание на тот факт, что при расположении штыревого контакта между нижней частью и сменным модулем этот контакт должен быть рассчитан на протекание тока перегрузки через указанный контакт в случае разряда с формами волны 10/350 µs и 8/20 µs или же тока короткого замыкания с частотой сети.

В частности, в разрядниках защиты от искровых перенапряжений, которые имеют спрос на рынке, важные токи перегрузки величиной до 100 кА должны быть несколько раз пропущены через эти контакты таким образом, чтобы не возникало почти никакой эрозии контакта или износа. Соответствующие испытания устанавливаются в производственных стандартах для устройств защиты от перенапряжений.

Чтобы надежно управлять токами перегрузки такой величины, необходимо выбирать очень большое усилие контакта между отдельными контактными элементами. Вследствие этого сменные модули в соответствии с уровнем техники могут быть извлечены с приложением значительного усилия и в большинстве случаев только с помощью специального инструмента. Таким образом, требуется дополнительный инструмент, что является существенным недостатком применения этих устройств. Также возникает дополнительная потенциальная опасность того, что при обращении с инструментом в разряднике может быть непреднамеренно вызвано короткое замыкание через дугу, создающее опасность для людей и систем.

В тех случаях когда между контактными элементами установлено меньшее контактное усилие, извлечение сменных модулей может быть облегчено, но тогда существует риск того, что под влиянием воздействия электродинамических сил при перегрузке сменный модуль может непреднамеренно высвободиться из нижней части, так что надлежащее общее функционирование устройства без предусмотренных дополнительных защитных средств уже не будет обеспечено.

Раскрытие изобретения

Поэтому в связи с вышеизложенным задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства со сменными модулями для защиты от перенапряжений, содержащего гнездовую нижнюю часть и один или более сменных модулей, причем, с одной стороны, устройство способно выдерживать значительные сверхтоки при отсутствии эрозии или износа и, с другой стороны, сменный модуль, расположенный в нижней гнездовой части, может быть с легкостью отсоединен и извлечен без использования дополнительных средств или специальных инструментов.

Задача изобретения решается посредством признаков пункта 1 и зависимых пунктов, характеризующих, по меньшей мере, полезные варианты осуществления и усовершенствования.

Таким образом, основная идея изобретения заключается в том, чтобы разделить функции между узлами электрической штыревой контактной системы, фиксирующим узлом и элементами отсоединения таким образом, чтобы сменный модуль смещал один или более накопителей энергии, например, в форме листовых или цилиндрических пружин при введении в нижнюю гнездовую часть. Фиксирующий узел запирает сменный модуль в требуемом конечном положении.

Если сменный модуль необходимо извлечь, то запорную функцию фиксирующего узла отменяют простым приложением ручного усилия. Под воздействием механического усилия сменный модуль затем может быть извлечен из нижней части с приложением незначительных вытягивающих усилий.

Конструкция вышеупомянутых функциональных групп может изменяться и, таким образом, оптимизирована в широком диапазоне. Поэтому существует принципиальная возможность рассчитать силы отсоединения таким образом, чтобы сменный модуль автоматически выталкивался из штыревых контактов. Механическое регулирование также может быть выполнено таким образом, что сменные модули могут выниматься только с помощью значительного усилия.

Существенное преимущество изобретения заключается в том, что система контактов, т.е. конструкции контактных элементов и ответных контактных элементов, может быть разработана оптимальным образом для функционирования при разряде сверхтока.

Следовательно, при реализации основной идеи изобретения предусматриваются функционально раздельные механические захватные или защелкивающие элементы, которые действуют между соответствующим сменным модулем и гнездовой нижней частью независимо от сил, которые удерживают контактные элементы и ответные контактные элементы с геометрическим и/или силовым замыканием при введенном сменном модуле.

Захватная или защелкивающая функция может быть отменена без каких-либо механических вспомогательных средств в случае необходимости замены или проверки соответствующего сменного модуля.

Кроме того, в варианте осуществления изобретения между нижней частью и сменным модулем предусмотрен пружинный накопитель механической энергии, выполненный с возможностью смещения при введении соответствующего сменного модуля и с возможностью освобождения механической энергии при отмене захватной или защелкивающей функции, для извлечения сменного модуля из гнездовой нижней части.

Сменный модуль содержит несущий узел с нижней группой, на которой установлены контактные элементы большой площади.

Нижняя группа имеет нижнюю сторону в виде желоба, от которой отходят вниз, в направлении гнездовой нижней части, упорные кромки, упорные поверхности и/или упорные штифты.

Несущий узел закрыт крышкой, которая имеет поворотную поверхность на двух противоположных сторонах, переходящую в прижимную пластину, на конце которой предусмотрены захватные выступы или захватные кулачки, выполняющие во введенном состоянии захватную или защелкивающую функцию в отношении нижней части.

Крышка может быть выполнена в виде пластмассовой сформованной детали, а поворотная поверхность может представлять собой так называемое шарнирное сочленение листа. Поворотная поверхность с прижимной пластиной обычно отклоняется таким образом, чтобы захватные выступы или кулачки перемещались в крайнее наружное положение. При приложении к прижимной пластине небольшого усилия захватные выступы или кулачки могут быть сдвинуты по направлению друг к другу, т.е. в направлении внутренней стороны крышки, и выйти, освобождая соответствующие углубления, которые расположены в нижней гнездовой части.

Несущий узел содержит элементы защиты от перенапряжений. Под прижимной пластиной крышки предусмотрена поверхность или кромка, которая ограничивает движение прижимной пластины.

В области нижней группы несущего узла выполнены захватные выступы, которые входят в зацепление с выемками комплементарной формы в крышке для ее запирания.

Крышка содержит две противоположные широкие стороны и две противоположные узкие стороны, причем прижимные пластины расположены на узких сторонах.

Выемки предпочтительно выполнены в нижней части широких сторон.

Для более легкой активации прижимных пластин и для вытягивания сменного модуля из нижней части наружная поверхность прижимной пластины выполнена рельефной.

Захватные выступы или кулачки прижимной пластины могут содержать поверхность скольжения, причем соответствующие вершины клина ориентированы в направлении введения. В процессе введения клинообразные поверхности скользят вдоль поверхности гнездовой нижней части, а затем входят в сцепление с предусмотренными в ней углублениями, при этом прижимная пластина ослабляется.

На нижней группе могут быть предусмотрены кодирующие штифты и/или элемент, который замыкает телекоммуникационный контакт.

В варианте осуществления изобретения нижняя часть крышки имеет по ширине клинообразную форму. Кроме того, в этом варианте осуществления верхняя часть крышки имеет сферическую или дугообразную форму.

Нижняя часть устройства имеет U-образную форму, причем захватные или защелкивающие элементы расположены на открытых стойках нижней части, и предусмотрена соединительная стойка, в которой выполнены выемки для пружинного накопителя или накопителей механической энергии и их активации.

Открытые стойки могут дополнительно содержать продольно проходящие направляющие полозки для облегчения введения сменного модуля. Эти направляющие полозки могут иметь также и кодирующую функцию для обеспечения введения определенным образом, чтобы предотвратить неправильную установку соответствующих нижних частей.

Соединительная стойка нижней части имеет форму, комплементарную нижней стороне нижней группы, причем под соединительной стойкой выполнены гнезда для пружинных узлов, обеспечивающие доступ сверху для упорных кромок, упорных штифтов или упорных поверхностей нижней группы.

Предпочтительно, чтобы соответствующие пружинные блоки упирались в дно гнездовой нижней части. Пружины пружинного блока являются заменяемыми, так что при стандартной нижней части можно легко осуществить регулирование отклоняющих и отсоединяющих усилий.

В соединительной стойке выполнено, по меньшей мере, одно углубление для кодирующего штифта или доступа к телекоммуникационному контакту.

Предпочтительно предусмотрено множество захватных или защелкивающих элементов и накопителей механической энергии, которые предпочтительно размещены симметричным образом.

Соединительная стойка нижней части содержит на каждой стороне выполненные за одно с ней перегородки, которые стабилизируют противоположные участки открытых стоек, так что опасность того, что эти участки будут раздвигаться при введении сменного модуля, отсутствует.

Верхняя часть крышки сменного модуля с расположенными на ней прижимными пластинами свободна для доступа во введенном состоянии модуля и, таким образом, остается доступной для активации прижимных пластин с целью извлечения сменного модуля.

Контактные элементы и ответные контактные элементы, которые расположены в сменном модуле и в нижней части соответственно, предпочтительно выполнены в виде штыревых контактов, обеспечивающих большое контактное усилие и способных проводить сверхтоки. Однако это контактное усилие не требуется для предварительного или одновременного обеспечения механического запирания сменного модуля в нижней части.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано более подробное по отношению к вариантам осуществления и чертежам, на которых:

на фиг.1 представлена трехмерная иллюстрация сменного модуля с установленной крышкой согласно изобретению (левая сторона фигуры), а также вид несущего узла без крышки (правая сторона фигуры);

на фиг.2 показана иллюстрация U-образной нижней части с деталью пружинного блока и

на фиг.3 представлена иллюстрация полного устройства со сменными модулями, в которое введен сменный модуль, а деталь накопителя механической энергии вместе со сменным модулем полностью введена в гнездовую часть.

Осуществление изобретения

Как можно видеть на фиг.1, сменный модуль 1 состоит из несущего узла 4 и крышки 5.

Под крышкой 5 или на несущем узле 4 в электрическом контакте со штыревыми контактами 2 располагаются активные компоненты, в собственном смысле слова, устройства для разряда повышенного напряжения.

Штыревые контакты 2 выполнены в виде металлических блоков большой площади, расположенных предпочтительно симметрично на противоположных сторонах.

На обеих торцевых сторонах крышки 5 располагаются активирующие поверхности 6', выполненные в виде прижимных пластин 6.

Они могут быть включены в конструкцию крышки при разумных затратах, поскольку подвижно размещены наверху с помощью механически сформированной поворотной поверхности 7.

Если к активирующим поверхностям 6' приложить механическую силу, то они сдвигаются внутрь, причем упорная пластина или поверхность 8 несущего узла 4 служит в качестве ограничителя перемещения.

Возможное перемещение прижимной пластины 6 регулируется таким образом, чтобы захватные выступы 9, расположенные в нижней части, выходили из сопрягаемых с ними элементов 9' (см. фиг.2) для освобождения фиксирующего зацепления.

В проиллюстрированном варианте осуществления на торцах расположено по два захватных выступа 9, так что сменный модуль 1 содержит всего четыре фиксируемые точки и, таким способом, является корректно сбалансированным и поддерживается в требуемом положении без деформации.

Активирующая поверхность 6' снабжена выступающим рельефом, так что извлечение сменного модуля 1 выполняется легко и не требует чрезмерных усилий.

Нижняя сторона несущего узла 4, которая сформирована в виде нижней группы, имеющей форму желоба, может дополнительно содержать кодирующий штифт или телекоммуникационный активирующий контакт 100.

Упорные кромки, упорные поверхности и/или упорные штифты 10 отходят от нижней стороны вышеупомянутой нижней группы, воздействуя на соответствующий пружинный узел 11 в качестве точек давления (фиг.2).

Несущий узел 4 содержит захватные элементы 110 в виде выступов на нижней группе, которые входят в зацепление с ответными выемками 111 в крышке 5 для ее запирания.

Захватные выступы 9 прижимной пластины 6 имеют клинообразную поверхность скольжения 112 с вершинами клиньев, ориентированными в направлении введения.

Как можно видеть из иллюстрации, крышка 5 в своей нижней части имеет клинообразную форму, а в своей верхней части - сферическую или дугообразную форму.

Каждый сменный модуль 1 предпочтительно снабжен двумя или четырьмя симметрично расположенными штыревыми контактами 2. Благодаря формированию штыревых контактов 2 в виде подвижной или неподвижной детали имеется возможность проводить относительно высокие сверхтоки через контактные элементы большой площади практически без их износа. Равномерно распределенное расположение отдельных штыревых контактов на нижней стороне обеспечивает равномерное однородное распределение силы, так что даже при наличии больших электродинамических сил не возникает никаких деформаций или наклона сменного модуля в нижней части.

В соответствии с иллюстрацией на фиг.2 и 3 нижняя часть устройства со сменными модулями имеет U-образную форму. Нижняя часть 12 содержит две открытые U-образных стойки 120 и соединительную стойку 121.

Вышеупомянутые углубления 9' для захватных выступов 9 сменного модуля 1 формируются в открытых стойках 120 нижней части 12.

Соединительная стойка 121 содержит выемки 122 для пружинного накопителя (накопителей) механической энергии и их активации.

В варианте осуществления изобретения открытые стойки 120 снабжены направляющими полозками 13 для более легкого и правильного введения соответствующего сменного модуля 1.

Соединительная стойка 121 в своей верхней части дополнительно имеет форму, которая комплементарна нижней стороне нижней группы сменного модуля 1, причем каждое из гнезд 123 имеет по одному пружинному узлу 11 ниже соединительной стойки, которая обеспечивает доступ сверху для упорных кромок 10 нижней группы сменного модуля 1.

Как можно видеть на фиг.2 и 3, соответствующие накопители механической энергии 3 в виде пружинных узлов, каждый из которых содержит, по меньшей мере, одну цилиндрическую пружину, упираются в дно гнездовой нижней части.

В соединительной стойке 121 предусмотрено также, по меньшей мере, одно углубление 124 для кодирующего штифта или в качестве доступа к телекоммуникационному контакту.

На обеих сторонах соединительной стойки 121 предусмотрена выполненная за одно с ней перегородка 125 для усиления и придания устойчивости всей конструкции нижней части.

Во введенном состоянии (см. фиг.3) верхняя часть крышки сменного модуля 1 с расположенными на ней прижимными пластинами остается доступной.

Во время введения сменного модуля 1 в нижнюю часть 12 он направляется посредством направляющих полозков и замыкает требуемый электрический контакт между соответствующим штыревым контактом 2 и ответными элементами в нижней части, причем приложенная механическая сила используется для смещения накопителей механической энергии 3 и 11, которые расположены в нижней части 12.

Это осуществляется с помощью соответствующих упорных кромок, упорных штифтов или упорных поверхностей с предусмотренными на них точками давления.

В каждой нижней части 12 имеются предпочтительно выполненные как одно целое, например, четыре пружинных узла 11. Это количество и симметричное расположение обеспечивают оптимальную равномерность приложения силы.

Устанавливаемая сила расцепления и соответствующий ход расцепления могут варьироваться в широких пределах посредством применяемого конструктивного решения накопителя механической энергии 3, в частности, выбором подходящего пружинного элемента и характеристик его пружины.

Во время расцепления захватных выступов 9 с углублением 9' посредством приложения силы сжатия к прижимной пластине 6 или активирующей поверхности 6' захватные выступы 9 расцепляются с углублениями 9'. В результате сменный модуль 1 может быть легко извлечен с использованием накопленной в пружинных узлах механической энергии без каких-либо дополнительных механических вспомогательных средств или инструментов.

Перечень ссылочных номеров:

1 - сменный модуль; 2 - штыревые контакты; 3 - накопитель механической энергии; 4 - несущий узел; 5 - крышка; 6 - прижимная пластина; 6' - активирующая поверхность; 7 - поверхность поворота; 8 - упорная поверхность; 9 - захватные выступы; 9' - углубления для захватного выступа в нижней части; 10 - упорные кромки или их точки давления; 11 - пружинный узел; 12 - нижняя часть; 13 - направляющие полозки; 100 - кодирующий штифт и/или телекоммуникационный контакт; 110 - захватные элементы на нижней группе несущего узла; 111 - выемки в крышке; 112 - клинообразные поверхности скольжения захватных выступов; 120 - открытая стойка нижней части 12; 121 - соединительная стойка нижней части; 122 - выемка в виде доступа к пружинному узлу; 123 - гнездо для пружинного узла; 124 - углубление для кодирующего штифта и/или телекоммуникационного контакта; 125 - перегородка.

Устройство со сменными модулями для защиты от перенапряжений содержит гнездовую нижнюю часть и один или более сменных модулей, которые включают в себя элементы защиты от перенапряжений; контактные элементы и ответные контактные элементы, которые расположены соответственно в нижней части и сменном модуле; и направляющие полозки или направляющие канавки комплементарной формы для управляемого введения или надевания и фиксации соответствующего сменного модуля. Согласно изобретению предусмотрены функционально раздельные механические захватные или защелкивающие элементы, которые действуют между соответствующим сменным модулем и гнездовой нижней частью независимо от сил, которые удерживают контактные элементы и ответные контактные элементы с геометрическим и/или силовым замыканием при введенном сменном модуле. За счет отмены захватной или защелкивающей функции указанных элементов обеспечивается возможность отсоединения или извлечения сменного модуля в случае необходимости без каких-либо дополнительных механических вспомогательных средств. 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство со сменными модулями для защиты от перенапряжений, содержащее гнездовую нижнюю часть и один или более сменных модулей, которые включают в себя элементы защиты от перенапряжений; контактные элементы и ответные контактные элементы, которые расположены соответственно в нижней части и сменном модуле; и направляющие полозки или направляющие канавки комплементарной формы для управляемого введения или надевания и фиксации соответствующего сменного модуля, причем предусмотрены функционально раздельные механические захватные или защелкивающие элементы, которые действуют между соответствующим сменным модулем и гнездовой нижней частью независимо от сил, которые удерживают контактные элементы и ответные контактные элементы с геометрическим и/или силовым замыканием при введенном сменном модуле, причем захватная или защелкивающая функция может быть отменена без каких-либо механических вспомогательных средств в случае необходимости замены соответствующего сменного модуля, отличающееся тем, что сменный модуль содержит несущий узел с нижней группой, на которой установлены контактные элементы, причем нижняя группа имеет нижнюю сторону в виде желоба, от которой отходят вниз, в направлении гнездовой нижней части, упорные кромки, упорные поверхности и/или упорные штифты, при этом несущий узел закрыт крышкой, которая имеет поворотную поверхность на двух противоположных сторонах, переходящую в прижимную пластину, на конце которой предусмотрены захватные выступы или захватные кулачки, выполняющие во введенном состоянии захватную или защелкивающую функцию в отношении нижней части, причем между нижней частью и сменным модулем предусмотрен пружинный накопитель механической энергии, выполненный с возможностью смещения при введении соответствующего сменного модуля и с возможностью освобождения механической энергии при отмене захватной или защелкивающей функции, для извлечения сменного модуля из гнездовой нижней части.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы защиты от перенапряжений размещены в несущем узле, причем под прижимной пластиной крышки на несущем узле сформирована поверхность или кромка, которая ограничивает движение прижимной пластины.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в области нижней группы несущего узла выполнены захватные выступы, которые входят в зацепление с выемками комплементарной формы в крышке для ее запирания.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что крышка содержит по две противоположных широких стороны и узких стороны.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что прижимная пластина предусмотрена, по меньшей мере, на одной из узких сторон.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что выемки в крышке выполнены в нижней части широких сторон.

7. Устройство по одному из пп.1, 2, 5 и 6, отличающееся тем, что наружная поверхность прижимной пластины имеет рельеф.

8. Устройство по одному из пп.1, 2, 5 и 6, отличающееся тем, что захватные выступы или захватные кулачки прижимной пластины имеют клинообразную поверхность скольжения, причем соответствующие вершины клина ориентированы в направлении введения.

9. Устройство по одному из пп.1, 2, 5 и 6, отличающееся тем, что на нижней группе предусмотрен кодирующий штифт и/или элемент, который замыкает телекоммуникационный контакт.

10. Устройство по одному из пп.1, 2, 5 и 6, отличающееся тем, что нижняя часть крышки имеет по ширине клинообразную форму.

11. Устройство по одному из пп.1, 2, 5 и 6, отличающееся тем, что верхняя часть крышки имеет сферическую или дугообразную форму.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть имеет U-образную форму, причем захватные или защелкивающие элементы расположены на открытых стойках нижней части, и предусмотрена соединительная стойка, в которой выполнены выемки для пружинного накопителя или накопителей механической энергии и их активации.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что открытые стойки содержат проходящие в продольном направлении направляющие полозки для облегчения введения соответствующего сменного модуля.

14. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что соединительная стойка имеет форму, комплементарную нижней стороне нижней группы, причем под соединительной стойкой выполнены гнезда для пружинных узлов, обеспечивающие доступ сверху для упорных кромок, упорных штифтов или упорных поверхностей нижней группы.

15. Устройство по одному из п.14, отличающееся тем, что соответствующие пружинные узлы расположены с упором в дно гнездовой нижней части.

16. Устройство по одному из пп.12, 13 и 15, отличающееся тем, что в соединительной стойке выполнено, по меньшей мере, одно углубление для кодирующего штифта или доступа к телекоммуникационному контакту.

17. Устройство по одному из пп.1, 2, 5, 6, 12, 13 и 15, отличающееся тем, что предусмотрено множество захватных или защелкивающих элементов и накопителей механической энергии, которые предпочтительно размещены симметричным образом.

18. Устройство по одному из пп.12, 13 и 15, отличающееся тем, что соединительная стойка содержит на каждой стороне выполненные заодно с ней перегородки, которые стабилизируют противоположные участки открытых стоек.

19. Устройство по одному из пп.1, 2, 5, 6, 12, 13 и 15, отличающееся тем, что верхняя часть крышки сменного модуля с расположенными на ней прижимными пластинами свободна для доступа во введенном состоянии модуля.

20. Устройство по одному из пп.1, 2, 5, 6, 12, 13 и 15, отличающееся тем, что контактные элементы и ответные контактные элементы выполнены в виде штыревых контактов, обеспечивающих большое контактное усилие и способных проводить сверхтоки.