БЛОК ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2020 года по МПК H01C7/12 H01T1/14 H02H9/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к блоку защиты от перегрузки устройств защиты от перенапряжений, состоящему по меньшей мере из одного разрядника защиты от перенапряжений с термическим разделительным устройством, срабатывающим в случае перегрузки, или без такового, согласно пункту 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Из DE 10 2013 019 391 А1 известен блок защиты от перегрузки устройств защиты от перенапряжений.

Этот блок содержит по меньшей мере один элемент, ограничивающий напряжение, а также по меньшей мере один элемент, отключающий напряжение. Факультативно может быть предусмотрен входной предохранитель. Элемент, ограничивающий напряжение, представляет собой варистор, а элемент, отключающий напряжение, - искровой разрядник, при этом указанные элементы включены последовательно. Кроме того, для защиты от недопустимых импульсных токов к последовательно включенному элементу, ограничивающему напряжение, параллельно подключен контрольный искровой разрядник, образующий шунт. Дополнительно к этому может быть также предусмотрено термическое устройство контроля, которое в случае эффектов старения, недопустимо высоких сетевых напряжений и/или периодических высокочастотных перенапряжений с низкой энергией замыкает, как контрольный искровой разрядник, так и элемент, отключающий напряжение. Этот блок защищает от перегрузки высокими импульсными токами, а также обеспечивает защиту от недопустимо сильного нагревания элементов, ограничивающих перенапряжение.

В разряднике перенапряжений с встроенным защитным устройством согласно DE 10 2009 004 318 А1 предусмотрен по меньшей мере один варистор и один позистор, который имеет тепловой контакт с варистором. Указанные варистор и позистор включены электрически последовательно. При этом между двумя варисторными дисками расположен керамический диск с позисторными характеристиками, образуя сэндвич-конструкцию, таким образом, указанные элементы имеют непосредственное механическое и электрическое соединение друг с другом. Такое защитное устройство обеспечивает защиту, в частности, против длительных перенапряжений с частотой сети.

В принципе, существует потребность создания разрядника защиты от перенапряжений с искробезопасными характеристиками. Это означает, что соответствующий разрядник защиты от перенапряжений во всем диапазоне возможных ожидаемых токов короткого замыкания с частотой сети, например, от 0 до 25 кА, без пропусков и дополнительных внешних устройств защиты от перенапряжений, например предохранителей, обеспечивает защиту от всех случаев перегрузки, а также от внутренних неисправностей.

В этом отношении вышеописанный уровень техники исходит из внутренних предохранителей или термических разделительных устройств. Недостаток таких устройств заключается в том, что в случае неисправности или перегрузки невозможно осуществить надежное перекрытие всего диапазона от относительно больших токов утечки до средних токов короткого замыкания.

Альтернативные схемные решения для искробезопасных разрядников перенапряжений, например, комбинация разрядников перенапряжений с устройствами защиты от перенапряжений, требуют дополнительных внешних компонентов, которые частично являются очень дорогостоящими, требуют дополнительного монтажного пространства при установке и влекут за собой большую трудоемкость сборки. Кроме того, во многих случаях имеет место ограничение мощности относительно требуемой величины разрядного тока.

Раскрытие сущности изобретения

В соответствии с вышесказанным задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить усовершенствованный блок защиты от перегрузки устройств защиты от перенапряжений, который состоит по меньшей мере из одного разрядника защиты от перенапряжений типа II с термическим разделительным устройством, срабатывающим в случае перегрузки, или без такового, и который позволяет осуществлять непрерывную регулировку для всех мыслимых случаев перегрузки и неисправности и одновременно гарантирует, что применяемый разрядник защиты от перенапряжений при нормальной эксплуатации, не связанной с защитной функцией, по возможности, не подвергается нагрузке, вызывающей старение.

Указанная задача изобретения решена блоком защиты от перегрузки устройств защиты от перенапряжений согласно комбинации признаков, указанных в пункте 1 формулы изобретения, при этом в зависимых пунктах формулы изобретения представлены по меньшей мере целесообразные варианты осуществления и усовершенствования.

Согласно изобретению блок защиты от перегрузки устройств защиты от перенапряжений содержит, в частности по меньшей мере один разрядник защиты от перенапряжений типа II, выполненный, например, в виде металлооксидного варистора (MOV, от англ. Metal Oxide Varistor) и содержащий конструктивно объединенное с ним переключающее устройство, в котором отсутствуют подвижные контакты.

Это переключающее устройство, не содержащее подвижных контактов, включено последовательно по меньшей мере с одним разрядником защиты от перенапряжений.

Указанное переключающее устройство содержит по меньшей мере два неподвижных переключающих контакта, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, при этом расстояние между переключающими контактами задается таким образом, чтобы при каждом процессе возникновения ударного тока или разряда в результате появления электрической дуги переключающее устройство переходило в квазизамкнутое состояние.

При отсутствии перегрузки, напротив, напряжение подключенной сети падает на переключающем устройстве, поэтому последовательно включенный разрядник защиты от перенапряжений не имеет нагрузки по напряжению и, таким образом, по нему не проходит ток утечки, т.е. его нагрузки отсутствуют и, следовательно, он не подвергается старению.

Конструктивно объединенное последовательное соединение между разрядником защиты от перенапряжений и специальным переключающим устройством образует новый конструктивный узел, который в качестве усовершенствованной защиты от перегрузки обеспечивает требуемую регулировку для всех случаев перегрузки и неисправности. Вместе с тем указанный блок отличается тем, что при его использовании не происходит ухудшения защитных свойств используемого разрядника защиты от перенапряжений. Альтернативно этому можно выбрать более низкое расчетное напряжение используемого разрядника защиты от перенапряжений, чтобы получить улучшенную защитную характеристику.

При осуществлении изобретения неподвижные переключающие контакты реализованы таким образом, чтобы электрическая дуга, возникающая в случае разряда тока, сохранялась, а повышение напряжения ее горения отсутствовало.

Под неподвижными переключающими контактами следует понимать техническое решение, согласно которому изготовитель или заявитель может задавать или изменять расстояние между контактами, однако, в котором не предусмотрена подвижная деталь, замыкающая указанные контакты и выполненная из электропроводящего материала.

Переключающее устройство предусмотрено для применения, как при постоянном напряжении, так и - в усовершенствованном варианте осуществления изобретения - в качестве переключателя, который при прохождении через нуль сетевого тока последействия переходит в разомкнутое состояние.

В случае перегрузки разрядника защиты от перенапряжений переключающее устройство уже является активным, поэтому возникающий ток последействия с частотой сети прерывается, и разрушения блока не происходит.

Поскольку при отсутствии перегрузки напряжение сети падает на переключающем устройстве и, таким образом, разрядник защиты от перенапряжений, выполненный, например, в виде варистора, является отделенным от сети, при нормальной эксплуатации ток утечки отсутствует, что увеличивает срок службы используемого разрядника защиты от перенапряжений. В этом случае не требуется даже термически активируемого разделительного устройства.

Как указано выше, разрядник защиты от перенапряжений типа II, выполненный, в частности, в виде варистора, реализован в данном случае как металлооксидный варистор (MOV).

Переключающее устройство со своими неподвижными контактами, расположенными на расстоянии друг от друга, выполнено таким образом, чтобы при появлении ударных токов происходил процесс квазипереключения с прохождением тока через разрядник, при этом разрядник выполняет требуемую защитную функцию.

Если процесс разряда проходит надлежащим образом, от переключающего устройства не требуется подавление сетевого тока последействия.

Переток мощности в переключающем устройстве в процессе прохождения ударного тока может быть ограничен путем ограничения напряжения электрической дуги между переключающими контактами. Это означает, что на неподвижных переключающих контактах образуется очень малое или несущественное обгорание или износ.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения переключающее устройство выполнено в виде миниатюрного открытого искрового разрядника или по принципу такого искрового разрядника.

Кроме того, согласно изобретению предусмотрен конструктивный узел для защиты от перегрузки, содержащий последовательно включенные переключающее устройство и разрядник защиты от перенапряжений, расположенные в корпусе, который содержит два внешних вывода последовательного соединения. Этот конструктивный узел может фактически служить в качестве разрядника защиты от перенапряжений, который может применяться во всех мыслимых случаях перегрузки и неисправностей. При этом можно исключить вышеуказанный внешний орган защиты от чрезмерного тока и/или термическое разделительное устройство для защиты разрядника защиты от перенапряжений.

Краткое описание чертежей

Ниже приведено более подробное описание изобретения при помощи вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые схемы, на которых показаны:

фиг. 1 - принципиальная схема конструктивного узла для зашиты от перегрузки, содержащего последовательное соединение переключающего устройства и разрядника защиты от перенапряжений с термическим разделительным устройством, и

фиг. 2 - принципиальная схема, аналогичная показанной на фиг.1, но с разрядником защиты от перенапряжений типа II без дополнительного термического разделительного устройства, срабатывающего в случае перегрузки.

Осуществление изобретения

Вначале рассмотрим на схемах конструктивный узел 1.

Этот конструктивный узел 1 содержит общий корпус, внутри которого расположен разрядник 2 защиты от перенапряжений типа II.

Указанный разрядник 2 защиты от перенапряжений типа II в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, содержит известное термическое разделительное устройство 3, которое срабатывает в случае перегрузки.

При этом конструктивный узел 1 содержит внешние выводы 4 и 5.

К разряднику 2 защиты от перенапряжений типа II последовательно подключено внутреннее переключающее устройство 6.

Переключающее устройство содержит два стационарных неподвижных контакта 7, 8.

Контакты 7, 8 находятся на небольшом расстоянии друг от друга и могут представлять собой компоненты выводов разрядника 2 защиты от перенапряжений.

Указанное расстояние выбрано таким, чтобы при каждом процессе возникновения ударного тока или разряда за счет образующейся электрической дуги переключающее устройство 6 переходило в квазизамкнутое состояние.

При отсутствии перегрузки, напротив, напряжение сети, приложенное к выводам 4 и 5, падает на переключающем устройстве 6, в результате чего ток утечки не проходит через последовательно подключенный разрядник 2 защиты от перенапряжений, и он не подвергается нагрузке.

Переключающее устройство 6 с функциональной точки зрения можно сравнить с миниатюрным искровым разрядником, который в качестве дополнительного компонента встроен в конструктивный узел 1 или в разрядник 2 защиты от перенапряжений.

Характеристика срабатывания переключающего устройства 6 выбрана таким образом, чтобы оно при каждом процессе разряда активировалось и, таким образом, в случае перегрузки или неисправности было замкнуто для прохождения тока, а в штатном режиме, напротив, оставалось пассивным.

Переключающее устройство 6 выполнено таким образом, чтобы нагрузки ударного тока не вызывали недопустимого старения или подобных эффектов.

Это обеспечивается благодаря тому, что в процессе прохождения ударного тока возникающая электрическая дуга остается на месте контакта зажигания.

Согласно варианту осуществления расстояние между переключающими контактами 7 и 8 выбирается очень малым. Таким образом, исключается повышение напряжения горения электрической дуги. При этом в случае нагрузки ударным током электрическая дуга возникает только при напряжении в диапазоне от 20 В до 30 В. При таком низком напряжении электрической дуги имеет место лишь очень малый переток мощности в возникающей электрической дуге, что уменьшает обгорание или износ переключающих контактов.

Схема, представленная на фиг. 2, показывает вариант осуществления, связанный с тем фактом, что, благодаря отделению разрядника 2 защиты от перенапряжений электрической сети за счет открытого переключающего устройства в нормальном режиме работы через разрядник 2 защиты от перенапряжений не протекает ток утечки. Это позволяет исключить использование термически активируемого разделительного устройства. Поскольку переключающее устройство во время каждого процесса разряда является активным, возникающие токи последействия могут ограничиваться и прерываться без временных задержек. В этом случае электрическая дуга, возникающая под действием ударного тока, быстро удаляется из области, расположенной между переключающими контактами, и, таким образом, удлиняется и охлаждается, поэтому напряжение электрической дуги повышается, что приводит к требуемому ограничению аварийного тока.

В отличие от механических переключателей в переключающем устройстве на основе искрового разрядника, используемом в качестве вспомогательного защитного устройства, не требуется осуществлять размыкание контактов, поэтому отсутствуют типичные проблемы, связанные с ударным током, которые имеют место в переключающих устройствах с контактными узлами. Запуск переключающего устройства может осуществляться при помощи третьего контакта, расположенного между контактами 7 и 8. Таким образом, может быть, например, реализован индикатор перегрузки.

Изобретение относится к блоку защиты от перегрузки устройств защиты от перенапряжений, состоящему по меньшей мере из одного разрядника защиты от перенапряжений типа II с термическим разделительным устройством, срабатывающим в случае перегрузки, или без такового. Согласно изобретению к указанному по меньшей мере одному разряднику защиты от перенапряжений последовательно подключено конструктивно объединенное с ним переключающее устройство, в котором отсутствуют подвижные контакты, и которое содержит по меньшей мере два неподвижных переключающих контакта, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, при этом указанное расстояние между этими переключающими контактами задано таким образом, чтобы при каждом процессе возникновения ударного тока или разряда за счет образующейся электрической дуги переключающее устройство переходило в квазизамкнутое состояние, в то время как при отсутствии перегрузки, напротив, приложенное напряжение сети падало на переключающем устройстве, благодаря чему протекание тока утечки через последовательно подключенный разрядник защиты от перенапряжений отсутствует. Технический результат - возможность осуществлять непрерывную регулировку для всех случаев перегрузки и неисправности и одновременно гарантировать, что разрядник защиты от перенапряжений при нормальной эксплуатации, не связанной с защитной функцией, не подвергается нагрузке, вызывающей старение. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Блок защиты от перегрузки устройств защиты от перенапряжений,

состоящий по меньшей мере из одного разрядника (2) защиты от перенапряжений, в частности типа II с термическим разделительным устройством (3), срабатывающим в случае перегрузки, или без такового,

отличающийся тем, что

по меньшей мере к одному разряднику (2) защиты от перенапряжений последовательно подключено конструктивно объединенное с ним переключающее устройство (6), в котором отсутствуют подвижные контакты, и которое содержит по меньшей мере два неподвижных переключающих контакта (7, 8), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, при этом указанное расстояние между соответствующими переключающими контактами (7, 8) задано таким образом, чтобы при каждом процессе возникновения ударного тока или разряда за счет образующейся электрической дуги переключающее устройство (6) переходило в квазизамкнутое состояние, в то время как при отсутствии перегрузки, напротив, приложенное напряжение сети падало на переключающем устройстве (6), благодаря чему протекание тока утечки через последовательно включенный с ним разрядник (2) защиты от перенапряжений отсутствует.

2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что неподвижные переключающие контакты (7, 8) выполнены таким образом, чтобы возникающая в случае разряда электрическая дуга сохранялась, а повышение напряжения горения электрической дуги отсутствовало.

3. Блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что переключающее устройство (6) выполнено в виде переключателя, переходящего в разомкнутое состояние при переходе через нуль сетевого тока последействия.

4. Блок по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что разрядник защиты от перенапряжений выполнен в виде варистора, в частности металлооксидного варистора (MOV).

5. Блок по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что переключающее устройство (6) с неподвижными контактами (7, 8), расположенными на расстоянии друг от друга, выполнено таким образом, чтобы при возникновении ударных токов происходил процесс квазипереключения с прохождением тока через разрядник (2).

6. Блок по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что переток мощности в переключающем устройстве (6) при каждом процессе возникновения ударного тока ограничивается за счет ограничения напряжения электрической дуги между переключающими контактами (7, 8).

7. Блок по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что переключающее устройство (6) выполнено в виде миниатюрного открытого искрового разрядника.

8. Блок по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что при первой перегрузке и срабатывании переключающего устройства (6) предусмотрено активирование индикатора перегрузки для отключения или замены разрядника защиты от перенапряжений.

9. Блок по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что при первой перегрузке и активировании переключающего устройства (6) предусмотрен выход из строя или разрушение разрядника защиты от перенапряжений.

10. Конструктивный узел (1) для защиты от перегрузки, содержащий блок защиты от перегрузки по одному из предшествующих пунктов, расположенный в корпусе, содержащем последовательное соединение, при этом на корпусе предусмотрены два внешних вывода (4, 5) последовательного соединения.