ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК H02H9/04 

Данное изобретение относится к предохранительному устройству, предназначенному для защиты электрической системы, тип которого указан в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Предложенное предохранительное устройство защищает электрическую систему от повреждения и/или разрушения при возникновении аварийной ситуации.

В контексте данного описания под аварийной ситуацией понимается ситуация, во время которой в электрическую систему таким образом подается электрическая энергия, что функционирование этой системы ухудшается или нарушается. Примерами аварийных ситуаций являются удары молнии или статические разряды, вследствие которых в электрической системе наводятся, например, через гальваническую, индуктивную или емкостную связь импульсы перенапряжения и/или тока перегрузки, разрушающие систему или нарушающие ее функционирование.

Конструкция и принцип действия подобных предохранительных устройств для электрических систем хорошо известны специалисту данной области техники, поэтому в рамках настоящего изобретения они дополнительно не поясняются.

Однако известным предохранительным устройствам присущ недостаток, заключающийся в том, что их тестирование, ремонт, а при необходимости и замена, сопряжены со сравнительно большими затратами.

Принимая во внимание вышесказанное, задачу настоящего изобретения можно сформулировать как разработку предохранительного устройства, лишенного описанных недостатков.

Поставленная задача решена путем создания предохранительного устройства, характеризующегося признаками пункта 1 формулы изобретения.

В соответствии с данным изобретением защитный элемент предохранительного устройства, разрушенный вследствие возникновения аварийной ситуации, деактивируется, поэтому негативного воздействия на защищаемую электрическую систему этот разрушенный элемент уже не оказывает, и систему можно по меньшей мере временно продолжать эксплуатировать, не прибегая к вмешательству специалистов по ремонту.

В результате снижаются указанные расходы на тестирование, ремонт и замену (если есть в ней необходимость).

Согласно другому предпочтительному варианту изобретения после деактивации защитного элемента, разрушенного вследствие возникновения аварийной ситуации, активируется резервный защитный элемент, функционально заменяющий первый защитный элемент, благодаря чему после разрушения этого первого защитного элемента вследствие возникновения аварийной ситуации функционирование предохранительного устройства обеспечивается в полном объеме. Таким образом, указанные расходы на тестирование, ремонт и замену (если есть в ней необходимость) снижаются еще в большей степени, поскольку увеличивается число проявлений аварийной ситуации, которые могут возникнуть, прежде чем специалисту по ремонту придется произвести тестирование, ремонт, а в случае необходимости, и замену.

Другие варианты изобретения вытекают из рассмотрения описания, чертежей и зависимых пунктов формулы.

Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На чертежах изображено следующее.

Фиг.1 схематически (в виде электрической схемы) изображает заявленное предохранительное устройство.

Фиг.2 схематически (в виде электрической схемы) изображает заявленное предохранительное устройство, соответствующее другому варианту изобретения.

На фиг.1 показан возможный пример предохранительного устройства 1, защищающего электрические системы от проявлений аварийных ситуаций.

Вначале опишем конструкцию этого предохранительного устройства.

Согласно представленному варианту изобретения на входе предохранительного устройства 1 предусмотрены два искровых разрядника, размещенных в элементе FS, причем один разрядник установлен между двумя цепями E1-A1 и E3-A3, а второй между двумя цепями E2-A2 и E3-A3. Эта часть предохранительного устройства называется малочувствительной защитой, она "уничтожает" большую часть энергии, поступающей в предохранительное устройство 1 в результате возникновения аварийной ситуации.

Остальная часть предохранительного устройства 1 относится к высокочувствительной защите, она предназначена, главным образом, для снижения возникающих напряжений до уровня, не опасного для защищаемой электрической системы. Входная клемма E1 через резистор R1 соединена с выходной клеммой A1. Параллельно выходной клемме A1 и выходной клемме A3, имеющей потенциал PE (потенциал защитного заземления), подсоединена последовательная ветвь, содержащая защитный диод SD1 и встречно-параллельные диоды D1 и D2. Аналогичным образом входная клемма E2 через резистор R2 соединена с выходной клеммой A2, при этом параллельно выходной клемме A2 и выходной клемме A3, имеющей потенциал PE, подсоединена последовательная ветвь, содержащая защитный диод SD2 и указанные встречно-параллельные диоды D1 и D2.

Количество вышеописанных цепей не ограничено двумя. Эта структура приведена лишь для примера, но в зависимости от цели применения она может иметь другой вид, не выходящий, тем не менее, за рамки данного изобретения.

Защищаемая электрическая система (на чертежах не показана), например измерительный усилитель или промышленный ПК, подключена к предохранительному устройству через выходные клеммы A1-A3. В свою очередь входные клеммы E1-E3 соединены, в зависимости от случая применения, с источниками сигналов и/или устройствами, подающими электрическую энергию, например, с сетью электроснабжения.

В любом случае предохранительное устройство 1 устанавливают и подключают к защищаемой электрической системе таким образом, что электрическая энергия, поступающая в случае возникновения аварийной ситуации, вводится с входной стороны предохранительного устройства 1. Данное обстоятельство хорошо известно специалисту релевантной области техники.

Если возникает аварийная ситуация, то в предохранительное устройство 1 поступает электрическая энергия. Вследствие этого через защитные элементы FS, SD1 и SD2 текут токи, которые могут привести к разрушению этих элементов. Разрушения такого типа касаются, в частности, защитных элементов SD1 и SD2, представленных в рассмотренном случае защитными диодами.

Если вследствие возникновения аварийной ситуации через один из защитных диодов SD1, SD2 течет чрезмерно высокий ток, т.е. ток, ведущий к разрушению диода, то эти диоды выходят из строя, в результате чего между соединительными выводами неисправного диода образуется короткое замыкание. Благодаря такому действию защитных диодов после возникновения аварийной ситуации, из-за которой они были разрушены, между выходной клеммой A1 и точкой М схемы, а также между выходной клеммой A2 и этой точкой М возникает низкоомное соединение.

Соответственно, благодаря указанному действию защитных диодов SD1, SD2 после их разрушения обеспечивается защита электрической системы (которая подключена ниже предохранительного устройства по прохождению сигнала) от негативного воздействия или разрушения в случае последующих проявлений аварийной ситуации, так как напряжения, возникающие после этого на парах клемм A1-A3 и A2-A3, ограничиваются до величины, безопасной для подключенной ниже по прохождению сигнала электрической системы. Такое действие также называют «безаварийным».

Однако при этом состоянии электрическая система, подключенная к клеммам A1, A2 и A3, не будет далее работать правильно, поскольку в этом случае сигналы измерения и/или сигналы передачи энергии, уже не могут направляться из предохранительного устройства в защищаемую систему в неизмененном виде.

Поэтому в соответствии с изобретением предполагается использовать устройство 2 распознавания состояния, которое проводит мониторинг защитных элементов SD1 и SD2 на предмет выявления того, что их состояния соответствуют предварительно заданным. Для этого указанное устройство 2 распознавания состояния при помощи не показанных на чертеже измерительных средств измеряет значения напряжения в точке М электрической схемы предохранительного устройства 1. Параметры такого состояния могут быть сохранены в блоке памяти (не показан) устройства 2 распознавания состояния. Такие параметры могут включать в себя определенное значение напряжения, определенный диапазон значений напряжения или определенный профиль напряжения.

Разумеется, параметры сохраненных в памяти состояний выбирают так, чтобы по ним можно было судить о неисправности соответствующих защитных элементов.

Если устройство 2 распознавания состояния выявляет факт установления заранее определенного состояния, то соответствующие защитные элементы (в данном случае SD1 и SD2) при помощи размыкающих контактов (в данном случае переключающих контактов 3a, 3b), приводимых в действие переключающим устройством, отсоединяются от предохранительного устройства одним, несколькими или всеми полюсами. Таким образом, неисправные защитные элементы SD1 и SD2 больше не оказывают никакого влияния на предохранительное устройство. После этого можно продолжить использовать защищаемую электрическую систему, но теперь уже с ослабленной защитой, обеспечиваемой с этого момента только элементом FS.

Для повышения точности измерений устройство 2 распознавания состояния может быть выполнено таким образом, что деактивация защитного элемента SD1, SD2 происходит лишь тогда, когда после проведения заранее определенного числа последовательных измерений устройство 2 распознавания состояния получает одинаковые результаты измерений (распознает состояния как одинаковые), что указывает на неисправность защитных элементов SD1 и/или SD2.

Кроме того, может оказаться целесообразным выполнить устройство 2 распознавания состояния таким образом, что измерения, осуществляемые для распознавания состояния, будут производиться им через заранее определенные промежутки времени, например через каждые 100 миллисекунд, и/или измерения будут осуществляться в заранее определенные моменты времени.

Согласно другому варианту изобретения, показанному на фиг.2, предохранительное устройство 1 дополнительно снабжено резервными защитными элементами - защитными диодами SD1a и SD2a, которые после деактивации защитных элементов SD1 и SD2 активируются при помощи замыкающих контактов 3c, 3d, управляемых переключающим устройством 3, после чего уже они принимают на себя функцию защиты, выполнявшуюся до этого деактивированными теперь защитными элементами SD1, SD2.

Если подключения и отключения, необходимые для деактивации/активации защитных элементов, выполняются с коммутацией одного, нескольких или всех полюсов, то соответствующий переключающий элемент, например реле или двухпозиционное реле, должен иметь соответствующее число переключающих, размыкающих и/или замыкающих контактов.

Если устройство 2 распознавания состояния выявляет факт установления заранее определенного состояния, то это состояние может быть отображено при помощи индикатора 4, например светодиода с последовательно подключенным резистором, или посредством сигнального устройства (на схеме не показано), например двухпозиционного реле с подсоединенным к нему размыкающим контактом, и/или сигнал об этом состоянии может передаваться для последующей обработки в дополнительные электрические устройства (например, более высокого уровня).

Данное изобретение не ограничивается представленными примерами его выполнения. Напротив, оно может быть модифицировано различным образом. В частности упомянутые особенности предложенного изобретения можно комбинировать друг с другом иначе, чем это указано в данном описании.

Кроме того, изобретение можно реализовать таким образом, что активация резервных элементов будет происходить покаскадно. Так, например, после возникновения первой аварийной ситуации может активироваться первый резервный элемент, после возникновения второй аварийной ситуации - второй резервный защитный элемент и т.д. Разумеется, перед активацией резервного защитного элемента необходимо деактивировать соответствующие (возможно неисправные) защитные элементы - так, как раскрыто в данном описании.

Кроме того, под объем правовой охраны данного изобретения подпадает вариант, согласно которому происходит деактивация защитных элементов, отличных от защитных элементов, указанных в описании, и/или замена этих указанных в описании защитных элементов другими защитными элементами, которые должны в этом случае быть активированы.

Изобретение относится к предохранительному устройству (1), предназначенному для защиты электрической системы. Технический результат - разработка предохранительного устройства, его тестирование и ремонт с минимальными затратами. Для этого заявленное устройство содержит, по меньшей мере, один защитный элемент (SD1, SD2), предназначенный для защиты электрической системы от повреждения и/или разрушения при возникновении аварийной ситуации. Данное предохранительное устройство (1) снабжено устройством (2) распознавания состояния, которое осуществляет мониторинг указанного, по меньшей мере, одного защитного элемента (SD1, SD2), и выполнено с возможностью проведения измерений для выявления факта установления заранее определенного состояния указанного, по меньшей мере, одного защитного элемента (SD1, SD2), а также переключающим устройством (3), которое управляется указанным устройством (2) распознавания состояния, и выполнено с возможностью деактивации указанного, по меньшей мере, одного защитного элемента (SD1, SD2), если устройство (2) распознавания состояния выявит факт установления заранее определенного состояния указанного, по меньшей мере, одного защитного элемента (SD1, SD2). 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Предохранительное устройство (1), содержащее по меньшей мере один защитный элемент (SD1, SD2), предназначенный для защиты электрической системы от повреждения и/или разрушения при возникновении аварийной ситуации, отличающееся тем, что оно снабжено устройством (2) распознавания состояния, которое осуществляет мониторинг указанного по меньшей мере одного защитного элемента (SD1, SD2) и выполнено с возможностью проведения измерений для выявления факта установления заранее определенного состояния указанного по меньшей мере одного защитного элемента (SD1, SD2), а также переключающим устройством (3), которое управляется указанным устройством (2) распознавания состояния и выполнено с возможностью деактивации указанного по меньшей мере одного защитного элемента (SD1, SD2), если устройство (2) распознавания состояния выявит факт установления заранее определенного состояния указанного по меньшей мере одного защитного элемента (SD1, SD2), отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, один резервный защитный элемент (SD1a, SD2a), активируемый указанным переключающим устройством (3), причем это переключающее устройство (3) активирует резервный защитный элемент (SD1а, SD2a) после того, как оно деактивировало защитный элемент (SD1, SD2),
переключающее устройство (3) выполняет деактивацию только после проведения заранее определенного числа измерений, причем при условии, что при каждом из этих измерений был выявлен факт установления заранее определенного состояния указанного, по меньшей мере, одного защитного элемента (SD1, SD2),
переключающее устройство (3) содержит реле (R), оснащенное группой размыкающих контактов (3а, 3b) и/или замыкающих контактов (3c, 3d) и представляющее собой двухпозиционное реле.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что факт установления указанного заранее определенного состояния выявляется по заранее определенному значению напряжения.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что факт установления указанного заранее определенного состояния выявляется по заранее определенному диапазону значений напряжения.

4. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что факт установления указанного заранее определенного состояния выявляется по заранее определенному профилю напряжения.

5. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что измерения, осуществляемые устройством (2) распознавания состояния, производятся через заранее определенные промежутки времени и/или в заранее определенные моменты времени.

6. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что деактивация указанного по меньшей мере одного защитного элемента (SD1, SD2) происходит путем отсоединения одного полюса защитного элемента.

7. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что деактивация указанного по меньшей мере одного защитного элемента (SD1, SD2) происходит путем отсоединения нескольких или всех полюсов защитного элемента.

8. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что переключающее устройство (3) оснащено индикатором (4), отображающим заранее определенное состояние, выявленное устройством (2) распознавания состояния.

9. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что переключающее устройство (3) оснащено сигнальным устройством, передающим сигнал о заранее определенном состоянии, выявленном устройством (2) распознавания состояния.