УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК H02H9/06 H01T1/14 

Изобретение относится к устройству защиты от перенапряжений.

Устройства защиты от перенапряжений (УЗП), в частности для диапазона класса I, обычно эксплуатируются в очень мощных системах электропитания. Эти устройства защиты от перенапряжений (УЗП) в случае перенапряжения шунтируют ток на защищаемых устройствах, т.е. приводится в действие защитный разрядник.

Предварительные плавкие предохранители, например низковольтные плавкие предохранители НВС типа NH01 - NH03, располагают перед устройствами защиты от перенапряжений.

Предварительные плавкие предохранители устанавливают или в ответвлении к защитному разряднику, т.е. для защиты только самого защитного разрядника, или же предварительные плавкие предохранители защищают всю систему, в которой эксплуатируется устройство защиты от перенапряжений.

Известный уровень техники

Устройства защиты от перенапряжений часто содержат некоторое число параллельных путей тока.

Этими путями обычно являются по меньшей мере один первичный путь токового разряда и один или несколько вторичных или вспомогательных путей тока.

Первичные пути токового разряда предназначены для проведения перенапряжений и импульсов тока и поэтому рассчитываются так, чтобы быть устойчивыми, т.е. иметь большое поперечное сечение.

Вторичные пути тока, которые используются, например, для передачи сигналов или для подачи электропитания на устройства для улучшения характеристик зажигания УЗП (в частности, искровые разрядники, триггеры искровых разрядников и т.д.) и/или для передачи сигналов и/или измерения, обычно рассчитываются с гораздо более меньшими сечениями проводников. Устройства, на которые подается электропитание, обычно не защищены от короткого замыкания.

Эти сечения поэтому часто не защищены от короткого замыкания или перегрузки в смысле предварительных плавких предохранителей.

Поэтому такие пути тока должны быть защищены посредством отдельных плавких предохранителей.

Обычно из-за ограниченного установочного пространства в устройствах защиты от перенапряжений выбирают плавкие предохранители небольшого размера (например, плавкие микропредохранители).

Эти плавкие предохранители во вторичном пути тока не имеют, однако, такой же способности гашения разряда, как плавкие предохранители, расположенные перед устройством защиты от перенапряжений.

Поэтому плавкие предохранители во вторичном пути тока подвержены опасности разрушения. Если эти плавкие предохранители во вторичном пути тока разрушатся, то необходимо будет заменить или все устройство защиты от перенапряжений, или по меньшей мере плавкие предохранители во вторичном пути тока. Этот процесс сложный, а также дорогостоящий в смысле материалов и времени.

Цель изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство защиты от перенапряжений, которое во вторичном пути тока обеспечивает защиту плавким предохранителем с достаточной возможностью гашения разряда, а также имеет небольшой размер защитного плавкого предохранителя во вторичном пути тока.

В соответствии с изобретением эта цель достигнута признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах.

Ниже изобретение будет объяснено более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи на основе предпочтительных вариантов осуществления.

На чертежах:

Фиг.1 - общий вид вариантов осуществления согласно изобретению,

Фиг.2 - еще один общий вид вариантов осуществления согласно изобретению,

Фиг.3 - еще один общий вид вариантов осуществления согласно изобретению,

Фиг.4 - детальный вид варианта осуществления согласно изобретению,

Фиг.5 - еще один детальный вид варианта осуществления согласно изобретению,

Фиг.6 - еще один детальный вид варианта осуществления согласно изобретению, и

Фиг.7 - еще один детальный вид варианта осуществления согласно изобретению.

На Фиг.1, 2 и 3 схематически показаны варианты осуществления согласно изобретению. Они будут описаны ниже, причем подобные, сходные или функционально подобные детали обычно обозначены одинаковыми ссылочными символами.

Эти варианты осуществления устройства защиты от перенапряжений (УЗП) используются, например, в схемах плавких микропредохранителей с высокой степенью защиты от короткого замыкания, в частности в безопасных цепях зажигания в искровых разрядниках.

Ниже изобретение будет объяснено более подробно на основе этого возможного применения. Однако при этом понимается, что данное описание не должно истолковываться как ограничивающее.

Устройство защиты от перенапряжений УЗП расположено между линиями электропитания установки или электрического устройства. В этом отношении определены входная сторона и выходная сторона, причем входная сторона расположена на стороне, обращенной к питающей системе, и выходная сторона расположена на стороне, обращенной к установке или электрическому устройству.

Тогда предварительный плавкий предохранитель F2 может быть установлен в ответвлении к устройству защиты от перенапряжений УЗП.

Этот предварительный плавкий предохранитель F2 защищает само устройство защиты от перенапряжений УЗП.

Альтернативно или дополнительно к предварительному плавкому предохранителю F2 также может быть предусмотрен предварительный плавкий предохранитель F1, который расположен между входной стороной и ответвлением к устройству защиты от перенапряжений УЗП и поэтому также к выходной стороне. В этом отношении вся система, в которой эксплуатируется устройство защиты от перенапряжений, защищена предварительным плавким предохранителем F1.

Предварительные плавкие предохранители F1 и/или F2 также могут являться частью устройства защиты от перенапряжений УЗП, где они могут быть установлены фиксированно или с возможностью замены.

Устройство защиты от перенапряжений УЗП имеет вход IN и выход OUT.

Первичный путь тока или несколько первичных путей тока СР1 могут быть расположены между входом IN и выходом OUT. Ниже, для простоты описания, будет представлен один первичный путь тока СР1, хотя это ни в коей мере не является ограничением.

Кроме того, вторичный путь тока или несколько вторичных путей тока СР2 могут быть расположены между входом IN и выходом OUT. Ниже, для простоты описания, будет представлен один вторичный путь тока СР2, хотя это ни в коей мере не является ограничением.

Система помощи Н расположена во вторичном пути тока СР2.

Эта система помощи предназначена, например, для подачи сигнала, и/или удаленного действия, и/или измерения, и/или имеет подходящее оснащение для обеспечения подачи, например, для улучшения характеристики зажигания искрового разрядника, триггеров искровых разрядников и т.д.

Например, искровой разрядник может быть расположен в первичном пути тока СР1 и может быть зажжен или зажигание может быть вызвано посредством системы помощи во вторичном пути тока.

Кроме того, устройство защиты от перенапряжений УЗП содержит плавкий предохранитель 3, 7 в блоке плавких предохранителей с защитой от короткого замыкания.

Плавкий предохранитель обычно имеет сравнительно низкую переключающую способность.

Блок В плавких предохранителей обеспечивает небольшой установочный объем с защитой от короткого замыкания.

Блок В плавких предохранителей расположен во вторичном пути СР2 рядом с первичным путем тока СР1 устройства защиты от перенапряжений УЗП.

Блок В плавких предохранителей имеет два потенциала, изолированных друг от друга.

Здесь питающая линия 4а защищена от короткого замыкания, по меньшей мере настолько, насколько один из двух потенциалов блока В плавких предохранителей, в смысле стойкости к короткому замыканию предварительных плавких предохранителей F1 и/или F2.

Плавкий предохранитель 3, 7 может иметь по существу сравнительно низкую переключающую способность.

Этот плавкий предохранитель 3, 7 контактирует на одной стороне блока В плавких предохранителей с одним защищенным от короткого замыкания потенциалом установочного объема.

Другой контакт плавкого предохранителя 3, 7 выведен из блока В плавких предохранителей как изолированный вывод 1b и контактирует с одним или несколькими из вспомогательных путем тока 5 и поэтому с системой помощи Н. Вспомогательный путь тока 5 не защищен от короткого замыкания в смысле стойкости к короткому замыканию предварительного плавкого предохранителя F1 и/или F2.

Здесь плавкий предохранитель 3, 7 может иметь только такой размер, чтобы защищать последующие вспомогательные пути тока 5, чтобы вспомогательный путь тока 5 был защищен от короткого замыкания или перегрузки в смысле предварительного плавкого предохранителя 3, 7.

Например, плавкий предохранитель 3 может быть плавким микропредохранителем.

Кроме того, блок В плавких предохранителей с защитой от короткого замыкания находится в контакте с путем разряда 4b с защитой от короткого замыкания, который может проводить ток по пути тока 5 системы помощи.

Это свойство можно использовать в случае перегрузки плавкого предохранителя 3, 7.

Если в случае перегрузки плавкий предохранитель 3, 7 сработает или будет разрушен, произошедшая ионизация (по меньшей мере) частей плавкого предохранителя 3, 7 или корпуса блока В с защитой от короткого замыкания приведет к низкоомному короткому замыканию, например дуге, между питающей линией 4а и (внутренней стенкой) блока В плавких предохранителей с защитой от короткого замыкания, например, так, что ток короткого замыкания будет пропущен системой помощи Н по пути разряда 4b с защитой от короткого замыкания.

Таким образом осуществляется защита системы помощи Н и/или провода 5, не имеющих защиты от короткого замыкания.

Способность плавкого предохранителя 3, 7 в блоке В плавких предохранителей гасить разряд может быть помимо этого установлена по-разному посредством подходящих мер.

Для примера, может быть предусмотрена песчаная засыпка и/или может быть предусмотрен плавкий проводник, который имеет подходящую форму. Кроме того, корпус может быть выполнен в подходящей форме или изготовлен из специального материала. Из-за этих вариантов, которые могут быть предусмотрены по отдельности или в сочетании, на способность гасить разряд может быть оказано подходящее влияние.

Однако также можно разместить плавкий проводник 7 плавкого предохранителя 3 в блоке В плавких предохранителей без принятия дополнительных мер.

В случае перегрузки вспомогательных путей тока срабатывает плавкий предохранитель 3, 7. Здесь перегрузка по току гасится автоматически плавким предохранителем 3, 7 в соответствии с установленной способностью гасить разряд.

Если собственная способность плавкого предохранителя 3, 7 гасить разряд недостаточна или если собственная способность гасить разряд отсутствует, плавкий предохранитель 3, 7 необратимо разрушается при подводе энергии.

В этом случае происходит короткое замыкание в блоке В плавких предохранителей, при этом ток в пути тока 4а проводится в путь тока 4b. Этот случай также называют отключением из-за короткого замыкания.

Протекающий затем ток обычно высокий и приводит к надежному срабатыванию плавких предохранителей F1 и/или F2, расположенных перед устройством защиты от перенапряжений УЗП.

Короткое замыкание в блоке В плавких предохранителей может быть вызвано разными способами.

Например, можно, как показано на Фиг.3, предусмотреть механическое приспособление, которое при срабатывании создает короткое замыкание в блоке В плавких предохранителей.

Это может быть осуществлено, например, в виде сочетания короткозамыкающего переключателя 8 с плавким проводником 7.

Здесь плавкий проводник 7 и короткозамыкающий переключатель 8 расположены таким образом, что в первом смещенном положении (которое показано на Фиг.3) создается контакт с вторичным путем тока 5.

Если ток возрастает и превысит конкретный порог, плавкий проводник 7 расплавится, и тогда плавкий проводник 7 освобождает механический смещаемый короткозамыкающий переключатель 8, который затем движется на заданное смещение во второе положение и создает короткое замыкание с блоком В плавких предохранителей и путем разряда 4b.

Кроме того, короткое замыкание также может быть создано дугой. Такая дуга может быть создана, например, в случае выхода из строя плавкого предохранителя 3, 7 ионизированным газом. Соответствующая собственная способность плавкого предохранителя 3, 7 гасить разряд также может не применяться, так что каждое срабатывание плавкого предохранителя 3, 7 будет приводить к короткому замыканию в блоке В плавких предохранителей.

С этой целью плавкий проводник 7 плавкого предохранителя может быть без дальнейшей модификации изолирован во втулках (1a, 1b) в блоке В плавких предохранителей, как показано на Фиг.2.

Кроме того, блок В плавких предохранителей может быть выполнен из разных металлических или неметаллических электропроводящих материалов и может иметь разные механические варианты осуществления.

Как показано на Фиг.4, два потенциала, изолированные друг от друга, могут быть выполнены, например, в форме двух половин корпуса блока В плавких предохранителей.

Эти половины B1, В2 являются проводящими, например, они выполнены из металла и отделены одна от другой изоляцией 1а.

Верхняя половина В1 может быть соединена с путем разряда 4а.

Нижняя половина В2 имеет изоляцию 1b. Плавкий проводник 7 или плавкий предохранитель 3 может быть соединен с вторичным путем тока 5 через эту изоляцию 1b.

Кроме того, нижняя половина В2 также может быть соединена с путем разряда 4b.

Как показано на Фиг.5, сам корпус блока В плавких предохранителей может быть одним потенциалом.

Также показан случай, в котором корпус блока В плавких предохранителей является проводящим, например, выполнен из металла. Корпус блока В плавких предохранителей может быть соединен с путем разряда 4b.

Две изолирующие вставки 1a, 1b расположены в корпусе по существу взаимно противоположным образом.

Плавкий проводник 7 или плавкий предохранитель 3 может быть соединен с путем разряда 4а через изоляцию 1а на верхней поверхности.

Плавкий проводник 7 или плавкий предохранитель 3 может быть соединен с путем разряда 4а через изоляцию 1b на нижней поверхности.

Здесь электрический контакт, который проведен через изоляцию 1а на верхней поверхности, является другим потенциалом.

Для того чтобы создать особенно высокую переключающую способность, может быть предпочтительным выполнить весь блок В плавких предохранителей или его части из материалов, стойких к дуге, например, медь-вольфрам.

Эта возможность показана на Фиг.6. Здесь стойкий к дуге материал расположен внутри блока В плавких предохранителей в разных местах.

Так, можно, например, расположить стойкий к дуге материал 9b на стенке блока В плавких предохранителей. Альтернативно или дополнительно, можно расположить стойкий к дуге материал 9а на одной из изоляций, в показанном случае на изоляции 1а, В.

Кроме того, в подходящем варианте осуществления, который показан на Фиг.7, блок В плавких предохранителей может быть выполнен по существу из изоляционного материала 1а.

В этом варианте осуществления предусмотрен контакт защитного разрядника 4а с внутренней областью. Кроме того, предусмотрен контакт вспомогательного проводника тока 5 с внутренней областью в изолирующей части 1b. Плавкий предохранитель 3, 7 может быть установлен между этими двумя контактами.

Кроме того, электропроводящая часть 9b может быть выполнена как часть блока В плавких предохранителей или плавкий предохранитель 3, 7 и обеспечивать контакт защитного разрядника 4b с внутренней областью.

Если для горения дуги предусмотрены специальные области, корпус, который создает механическую прочность, также может быть выполнен из изоляционного материала, который, предпочтительно, одновременно формирует изолированные втулки.

Устройство защиты от перенапряжений УЗП предпочтительно выполнено так, что плавкий предохранитель 3, 7 и блок В плавких предохранителей выполнены как одна конструкция, причем эта конструкция расположена с возможностью замены в устройстве защиты от перенапряжений УЗП.

Также предпочтительно, если устройство защиты от перенапряжений УЗП имеет сигнальное устройство 6, которое посылает электрические, и/или оптические, и/или звуковые сигналы о состоянии плавкого предохранителя (3).

Это сигнальное устройство 6 может быть предусмотрено альтернативно или дополнительно к сигнальному устройству, расположенному во вторичном пути тока СР2.

Также предпочтительно, если устройство защиты от перенапряжений УЗП выполнено так, чтобы соответствовать стойкости устройства защиты от перенапряжений к короткому замыканию для эксплуатации по классу I.

Перечень ссылочных символов

Устройство защиты от перенапряжений УЗП Вход IN Выход OUT Первичный путь тока СР1 Вторичный путь тока СР2 Система помощи Н Блок плавких предохранителей В, В1, В2 Изоляция, изоляционный материал 1a, 1b Плавкий предохранитель 3 Путь разряда 4а, 4b Предварительный плавкий предохранитель F1, F2 Путь тока системы помощи 5 Сигнальное устройство 6 Плавкий проводник 7 Короткозамыкающий переключатель 8 Стойкий к дуге материал 9а, 9b

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности защиты. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) имеет вход (IN) и выход (OUT). Устройство включает первичный путь тока (СР1) с защитой от короткого замыкания и вторичный путь тока (СР2) между входом (IN) и выходом (OUT), причем система помощи (Н) для подачи сигналов или электропитания на устройства для улучшения характеристики зажигания расположена во вторичном пути тока (СР2). Кроме того, устройство включает плавкий предохранитель (3, 7) в блоке плавких предохранителей с защитой от короткого замыкания (В), который расположен во вторичном пути тока (СР2). Блок (В) плавких предохранителей с защитой от короткого замыкания на одной стороне вторичного пути тока (СР2, 4а) контактирует с первичным путем тока (СР1) с защитой от короткого замыкания на основе первичного пути тока (СР1), и на другой стороне вторичного пути тока (СР2, 5) контактирует по существу с защитой от короткого замыкания на основе плавкого предохранителя (3, 7). Блок (В) плавких предохранителей также контактирует с путем разряда (4b) с защитой от короткого замыкания, который может выводить ток по пути тока (5) системы помощи. 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП), включающее:
- вход (IN) и выход (OUT),
- причем устройство защиты от перенапряжений (УЗП) включает первичный путь тока (СР1) с защитой от короткого замыкания и вторичный путь тока (СР2) между входом (IN) и выходом (OUT),
- причем система помощи (Н) для подачи сигнала и/или электропитания устройств для улучшения характеристики зажигания расположена во вторичном пути тока (СР2),
отличающееся тем, что
- устройство защиты от перенапряжений (УЗП), кроме того, включает плавкий предохранитель (3, 7) в блоке плавких предохранителей с защитой от короткого замыкания (В),
- причем блок (В) плавких предохранителей с защитой от короткого замыкания расположен во вторичном пути тока (СР2), и блок (В) плавких предохранителей с защитой от короткого замыкания на одной стороне вторичного пути тока (СР2, 4а) контактирует с первичным путем тока (СР1) с защитой от короткого замыкания на основе первичного пути тока (СР1), и блок (В) плавких предохранителей с защитой от короткого замыкания на другой стороне вторичного пути тока (СР2, 5) контактирует по существу с защитой от короткого замыкания на основе плавкого предохранителя (3, 7), и
- блок (В) плавких предохранителей с защитой от короткого замыкания также контактирует с путем разряда (4b) с защитой от короткого замыкания, посредством чего ток может быть направлен по пути тока (5) системы помощи.

2. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.1, отличающееся тем, что в случае короткого замыкания плавкого предохранителя (3, 7) ток во вторичном пути тока (СР2, 4а) проводится в путь разряда (4b) с защитой от короткого замыкания и, таким образом, направляется системой помощи (Н).

3. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.1, отличающееся тем, что плавкий предохранитель (3, 7) включает плавкий проводник (7).

4. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.1 или 2, отличающееся тем, что путь разряда (4b) приводится в действие механическим переключателем (8) после срабатывания плавкого предохранителя (3, 7) в блоке (В) плавких предохранителей.

5. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что короткое замыкание на путь разряда (4b) активируется дугой после срабатывания плавкого предохранителя (3) в блоке (В) плавких предохранителей.

6. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.1, отличающееся тем, что блок (В) плавких предохранителей изготовлен из металла в отдельных частях.

7. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.1, отличающееся тем, что блок (В) плавких предохранителей включает стойкий к дуге материал (9а, 9b), по меньшей мере в отдельных частях.

8. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.6, отличающееся тем, что блок (В) плавких предохранителей включает стойкий к дуге материал (9а, 9b), по меньшей мере в отдельных частях.

9. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по одному из пп.6-8, отличающееся тем, что блок (В) плавких предохранителей включает изоляционный материал (1a, 1b), по меньшей мере в отдельных частях.

10. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.1, отличающееся тем, что плавкий предохранитель (3, 7) имеет собственную способность гасить разряд.

11. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.10, отличающееся тем, что плавкий предохранитель (3, 7) включает песчаную засыпку.

12. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.1, отличающееся тем, что плавкий предохранитель (3) и блок (В) плавких предохранителей выполнены как одна конструкция, которая расположена с возможностью замены в устройстве защиты от перенапряжений (УЗП).

13. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.1, отличающееся тем, что устройство защиты от перенапряжений (УЗП), кроме того, имеет сигнальное устройство (6), которое подает электрические, и/или оптические, и/или звуковые сигналы о состоянии плавкого предохранителя (3).

14. Устройство защиты от перенапряжений (УЗП) по п.1, отличающееся тем, что стойкость к короткому замыканию устройства защиты от перенапряжений предназначена для эксплуатации по классу I.