CZ38143U1 - Omezovač napětí s integrovaným zkratovacím zařízením a se zařízením pro monitorování funkčního stavu - Google Patents

Description

Překládané technické řešení se týká zařízení, jež zvyšuje spolehlivost omezovačů napětí vybavených zkratovacím zařízením a umožňuje kontrolovat a signalizovat jejich funkční stav a zvýšit tak jejich bezpečnost a provozní spolehlivost.

Dosavadní stav techniky

V současném stavu techniky je známa široká škála řešení, která řeší přemostění ochranného prvku v případě jeho přetížení nadměrným proudem. Například v dokumentu US3755715 A „LINE PROTECTOR HAVING ARRESTER AND FAIL-SAFE CIRCUIT BYPASSING THE ARRESTER“ je popsáno řešení svodiče přepětí pro telekomunikace, který má jako primární ochranný prvek plynovou bleskojistku, a jako sekundární ochranný prvek vzduchové jiskřiště mající vyšší obloukové napětí než plynová bleskojistka. Nadměrný proud procházející přes sekundární jiskřiště roztaví peletu a silou pružiny se posune zkratovací pouzdro tak, že spojí protilehlé vodiče. Uspořádání neumožňuje kontrolovat funkční stav jinak než měřením.

Další dokument WO2016045982 A1, resp. (EP3198692 A1) „OVERVOLTAGE PROTECTION ASSEMBLY HAVING A SHORT-CIRCUITING DEVICE“ se týká sestavy přepěťové ochrany obsahující dvoudílné kovové pouzdro, svodič přepětí a dále zkratovací zařízení sestávající se ze dvou protilehlých kontaktních elektrod, které jsou pod mechanickým předpětím a mohou vykonat relativní pohyb ve vztahu k sobě navzájem s pomocí síly pružiny v případě zkratu. Kontaktní elektrody jsou rozepřeny pomocí prvku, který v případě zahřátí svodiče přepětí umožní relativní pohyb kontaktních elektrod. Svodič přepětí je tvořen varistorem, nebo v sérii zapojeným varistorem a plynovou bleskojistkou. Nevýhodou tohoto řešení je, že neumožňuje kontrolovat funkční stav jinak než demontáží a následným měřením.

Zkratovací zařízení podle vynálezu EP1458072 A1 „SHORT-CIRCUIT DEVICE TO BE USED IN LOW AND MEDIUM VOLTAGE ARRANGEMENTS“ obsahuje spínací prvek, např. plynovou bleskojistku, jiskřiště, tyristor apod, který je umístěn mezi dvěma elektricky vodivými elektrodami. Jedna z elektrod je pohyblivá a působí na ni předepnutá tlačná pružina a je spojena s přívodem. Druhá elektroda je pevná a je spojená s ochrannou zemí. Mezi oběma elektrodami je izolační mezera. Ochranný prvek může být spojen s elektrodami prostřednictvím prvku s definovaným tavným integrálem, který se při přetížení zničí a umožní tak změnu polohy pohyblivé elektrody a vytvoření zkratu. Zařízení podle citovaného vynálezu neumožňuje kontrolovat funkční stav jinak než demontáží a následným měřením.

Dokument WO2019220171 A1 „VOLTAGE LIMITER WITH A SHORT-CIRCUITING DEVICE“ popisuje technické řešení omezovače napětí s vnitřním zkratovačem. Omezovač obsahuje pouzdro s vnitřní dutinou a vývody vyvedenými z pouzdra a elektricky spojenými s ochranným prvkem. Zkratovací zařízení se skládá z pevných a pohyblivých částí. Pevná část zkratovacího zařízení má válcový elektricky vodivý kontakt umístěný v dutině pouzdra. Pohyblivá část sestává z elektricky vodivého zkratovacího prvku, který je na kontaktní ploše spojen přes tavný prvek s kontaktem. Zkratovací prvek je na svém horním konci opatřen zarážkou, o kterou se svým horním koncem opírá předepjatá pružina. Pružina svým spodním koncem opírá o vývod. Zkratovací prvek je geometricky upraven pro překlenutí vzdálenosti mezi zkratovacím prvkem a vývodem v případě tepelného nebo rázového přetížení. Zařízení podle citovaného vynálezu neumožňuje kontrolovat funkční stav jinak než demontáží a následným měřením.

- 1 CZ 38143 U1

Bylo by proto žádoucí přijít s řešením, které by umožňovalo kontrolovat funkční stav omezovače napětí vybaveného zkratovacím zařízením s pohyblivou elektrodou, tj. zjistit, zda došlo ke zkratu zkratovacího zařízení, aniž by bylo nutné omezovač napětí jakkoli demontovat.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody do jisté míry odstraňuje omezovač napětí s integrovaným zkratovacím zařízením a se zařízením pro monitorování funkčního stavu, přičemž omezovač napětí zahrnuje pouzdro s vnitřní dutinou, dále první připojovací svorku a druhou připojovací svorku, které jsou vyvedeny z pouzdra, a zkratovací zařízení umístěné uvnitř pouzdra. Zkratovací zařízení zahrnuje ochranný prvek, pohyblivou elektrodu, pevnou elektrodu a alespoň jeden tavný element propojující ochranný prvek s pohyblivou elektrodou nebo pevnou elektrodou. Ochranný prvek je elektricky vodivě spojený s první připojovací svorkou a druhou připojovací svorkou, pohyblivá elektroda je elektricky vodivě spojená s první připojovací svorkou a pevná elektroda je elektricky vodivě spojená s druhou připojovací svorkou. Pohyblivá elektroda je pohyblivá vůči pevné elektrodě mezi první polohou, v níž jsou pohyblivá elektroda a pevná elektroda vzájemně oddělené izolační mezerou, a druhou polohou, v níž jsou pohyblivá elektroda a pevná elektroda ve vzájemném kontaktu.

Jednotlivé komponenty omezovače napětí mohou být provedeny různě, pokud zůstane zachováno jeho obecné uspořádání, jak bylo popsáno v odstavci výše.

Výhodně může mít např. pouzdro tvar dutého válce opatřeného na protilehlých stranách uzavíracími čely s otvory pro průchod první připojovací svorky, respektive druhé připojovací svorky. To znamená, že první připojovací svorka a druhá připojovací svorka jsou vyvedené z pouzdra skrze tyto otvory. Alternativně však mohou být první připojovací svorka a druhá připojovací svorka vyvedeny z pouzdra tak, že první připojovací svorka či druhá připojovací svorka je součástí pouzdra a vystupuje přímo z materiálu pouzdra směrem ven. Alternativně může mít pouzdro také jiný než válcový tvar.

Výhodně je pouzdro vytvořeno z elektricky vodivého materiálu, např. z nerezové oceli, která zajišťuje vysokou odolnost proti působení vnějšího prostředí a zároveň vysokou odolnost proti vnitřnímu přetlaku. Je-li pouzdro z elektricky vodivého materiálu, je výhodně alespoň jedna z elektrod izolována od připojovací svorky, která je s ní spojená, pomocí izolační vložky z elektricky nevodivého materiálu. Alternativně může být pouzdro vytvořeno z elektricky nevodivého materiálu, např. z plastu s vysokou odolností vůči teplotě, popř. keramiky, skla či kombinace těchto materiálů. Pak mohou být připojovací svorky vyvedeny z pouzdra neizolovaně a izolační vložku není potřeba použít.

Elektrické vodivé spojení mezi pohyblivou elektrodou a první připojovací svorkou a elektrické vodivé spojení mezi pevnou elektrodou a druhou připojovací svorkou mohou být realizována např. tak, že první připojovací svorka může být vytvořená jako součást pohyblivé elektrody a druhá připojovací svorka může být vytvořená jako součást pevné elektrody. Alternativně mohou být příslušné připojovací svorky a příslušné elektrody provedeny jako samostatné komponenty, které jsou elektricky vodivě propojené pomocí jiného elektricky vodivého prvku. Pokud je např. první připojovací svorka integrální součástí pouzdra, může být pohyblivá elektroda spojena s pouzdrem např. pomocí alespoň jednoho pohyblivého vodiče. Typicky je při použití omezovače napětí pevná elektroda přes druhou připojovací svorku elektricky vodivě propojená s ochrannou zemí, zatímco pohyblivá elektroda je přes první připojovací svorku elektricky vodivě propojená s chráněným objektem. Může to však být také obráceně a s chráněným objektem může být propojená pevná elektroda.

Výhodně mají pohyblivá elektroda a pevná elektroda tvar dutého válce s jedním čelem a jsou v pouzdře umístěné obráceně naproti sobě tak, že mezi sebou vymezují prostor pro uložení

- 2 CZ 38143 U1 ochranného prvku a alespoň jednoho tavného elementu. Alternativně však mohou mít také jiný tvar, přičemž rozměry a tvar pohyblivé elektrody a pevné elektrody mohou být voleny s ohledem na rozměry a tvar použitého ochranného prvku. Alternativně může mít např. pouze jedna z elektrod tvar dutého válce s jedním čelem, zatímco druhá z elektrod může mít tvar plného válce.

Pohyb pohyblivé elektrody vůči pouzdru (a tedy také pohyb pohyblivé elektrody vůči pevné elektrodě, neboť ta je vůči pouzdru nepohyblivá) je výhodně zajištěn pomocí pružného elementu, která působí na pohyblivou elektrodu silou, která pohyblivou elektrodu oddaluje od příslušné strany pouzdra, tj. od čela, z něhož je vyvedena první připojovací svorka. Tato síla má tedy tendenci přibližovat pohyblivou elektrodu k pevné elektrodě, ale tomuto přibližování brání alespoň jeden tavný element, jak bude popsáno níže. Pružným elementem může být např. předepnutá vinutá tlačná pružina, či pružina vytvořená z drátu s tvarovou pamětí, popř. alespoň jedna plochá pružina apod. Pružný element také slouží pro udržování elektricky vodivého kontaktu jednotlivých komponent.

Elektricky vodivé spojení mezi ochranným prvkem a první připojovací svorkou a druhou připojovací svorkou je realizováno prostřednictvím pohyblivé elektrody, resp. pevné elektrody, a alespoň jednoho tavného elementu, který propojuje ochranný prvek s alespoň jednou z elektrod, tj. s pohyblivou elektrodou, pevnou elektrodou, nebo s oběma těmito elektrodami. Výhodně zkratovací zařízení omezovače napětí zahrnuje dva tavné elementy umístěné jednotlivě mezi příslušnou elektrodou a ochranným prvkem. Tavné elementy mají výhodně tvar plochého plného válce, avšak alternativně mohou mít i jiný tvar s ohledem na tvar elektrod či ochranného prvku, např. tvar plochého válce se základnou ve tvaru mezikruží. Alternativně může omezovač napětí zahrnovat pouze jeden tavný element, který propojuje ochranný prvek s pohyblivou elektrodou, nebo který propojuje ochranný prvek s pevnou elektrodou.

Výška alespoň jednoho tavného elementu může být volena s ohledem na rozměry ochranného prvku tak, aby byla pohyblivá elektroda od pevné elektrody oddělena dostatečnou izolační mezerou. Dostatečnou izolační mezerou je míněna mezera, jejíž dielektrická pevnost je vyšší než statické zapalovací napětí ochranného prvku. Ochranným prvkem může být např. alespoň jeden varistor, alespoň jeden varistor zapojený v sérii s plynovou bleskojistkou, alespoň jedna plynová bleskojistka či alespoň jedno jiskřiště.

V případě tepelného nebo proudového zatížení omezovače napětí generuje ochranný prvek velké množství tepla, v důsledku čehož se teplota alespoň jednoho tavného elementu rychle zvýší až k jeho teplotě likvidu (teplotě tání) a dojde k jeho roztavení. Výhodně jsou tavné elementy vytvořeny ze slitiny cínu s teplotou tání mezi 140 °C a 270 °C. Alternativně však mohou být vytvořeny z jiného vhodného materiálu. Po roztavení alespoň jednoho tavného elementu dojde k posunutí pohyblivé elektrody z první polohy do druhé polohy, v níž je pohyblivá elektroda v kontaktu s pevnou elektrodou, a tedy k vytvoření náhradní proudové dráhy, která přemostí ochranný prvek a zabrání tak jeho explozi, či jiné nekontrolovatelné poruše. První poloha tedy odpovídá funkčnímu stavu omezovače napětí, kdy nedochází k přetížení ochranného prvku či jinými slovy kdy nedochází ke zkratu zkratovacího zařízení (stav „OK“). Druhá poloha naopak odpovídá funkčnímu stavu omezovače napětí, kdy dochází k přetížení ochranného prvku 5 a ke zkratu zkratovacího zařízení (stav „NOK). V tomto funkčním stavu již nemůže být omezovač napětí používán pro ochranu chráněného objektu a je potřeba provést jeho výměnu.

Při přetížení omezovače napětí nicméně dojde také k nárůstu tlaku ve vnitřní dutině a k nárůstu teploty uvnitř a vně pouzdra, přičemž ke zkratu zkratovacího zařízení dojde při překročení tlaku ve vnitřní dutině nad určitou hodnotu, resp. při překročení teploty na vnějším povrchu či uvnitř pouzdra nad určitou hodnotu.

Podstata omezovače napětí podle předkládaného technického řešení spočívá v tom, že omezovač napětí dále zahrnuje zařízení pro monitorování funkčního stavu, přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnuje alespoň jeden snímač ze skupiny obsahující snímač polohy indikující

- 3 CZ 38143 U1 polohu pohyblivé elektrody, snímač tlaku indikující tlak ve vnitřní dutině pouzdra a snímač teploty indikující teplotu na vnějším povrchu či uvnitř pouzdra. Zařízení pro monitorování funkčního stavu dále zahrnuje vyhodnocovací jednotku spojenou s alespoň jedním snímačem a uzpůsobenou pro poskytování informace o funkčním stavu omezovače napětí na základě výstupu alespoň jednoho snímače, přičemž informací o funkčním stavu omezovače napětí je informace o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku a ke zkratu zkratovacího zařízení.

Hlavní výhoda předkládaného technického řešení spočívá v tom, že umožňuje kontrolovat funkční stav omezovače napětí vybaveného zkratovacím zařízením s pohyblivou elektrodou. Díky tomu je možné zjistit, zda došlo, nebo nedošlo k přetížení ochranného prvku a ke zkratu zkratovacího zařízení, aniž by bylo potřeba omezovač napětí jakkoli demontovat.

Výše uvedený problém kontroly funkčního stavu omezovače napětí lze vyřešit třemi způsoby, s využitím třech různých snímačů uvedených výše, přičemž podobná povaha těchto řešení spočívá v tom, že vždy je pomocí daného snímače zjištěno, zda došlo, nebo nedošlo k přetížení ochranného prvku a ke zkratu zkratovacího zařízení. Je však možné, aby zařízení pro monitorování funkčního stavu obsahovalo více snímačů ze skupiny uvedené výše, a to v libovolné kombinaci. Kombinace více různých snímačů poskytuje vyšší spolehlivost kontroly funkčního stavu omezovače napětí. Zařízení také může zahrnovat více snímačů od stejného typu, např. dva snímače teploty, z nichž jeden indikuje teplotu uvnitř pouzdra (např. na jeho vnitřním povrchu či přímo ve vnitřní dutině) a druhý indikuje teplotu na vnějším povrchu pouzdra. Výstupy všech použitých snímačů jsou zapojeny na vstup vyhodnocovací jednotky.

Výhodně zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnuje alespoň jeden snímač polohy indikující polohu pohyblivé elektrody, alespoň jeden snímač tlaku indikující tlak ve vnitřní dutině pouzdra a alespoň jeden snímač teploty indikující teplotu na vnějším povrchu či uvnitř pouzdra. Tedy výhodně jsou pro kontrolu funkčního stavu omezovače napětí použity všechny tři typy snímačů, což ještě více zvyšuje spolehlivost kontroly funkčního stavu omezovače napětí. V takovém případě může zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnovat pouze jednu vyhodnocovací jednotku, která zahrnuje alespoň jeden vstup pro připojení snímače polohy, alespoň jeden vstup pro připojení snímače tlaku a alespoň jeden vstup pro připojení snímače teploty. Alternativně může zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnovat více vyhodnocovacích jednotek, např. jednu vyhodnocovací jednotku pro každý snímač.

Snímač polohy je s pohyblivou elektrodou výhodně spojený pomocí vazby mezi snímačem polohy a pohyblivou elektrodou. Vazba mezi snímačem polohy a pohyblivou elektrodou umožňuje přenášet pohyb pohyblivé elektrody na pohyb části snímače polohy, výhodně na pohyb jeho kontaktů, čímž mění jejich stav, případně na pohyb, který snímač polohy dokáže zaznamenat. Vazba mezi snímačem polohy a pohyblivou elektrodou může být provedena jako mechanická vazba, např. jako táhlo či páka, případně je realizována jako magnetická vazba s využitím magnetu, přičemž kontakty snímače polohy jsou ovládány magneticky. Alternativně je možné také jiné provedení či modifikace vazby mezi snímačem polohy a pohyblivou elektrodou, pokud tato vazba umožňuje, aby snímač polohy indikoval polohu pohyblivé elektrody, např. prostřednictvím první připojovací svorky.

Snímač polohy může polohu pohyblivé elektrody indikovat tak, že měří její změnu. Alternativně může snímač polohy měřit absolutní hodnotu polohy pohyblivé elektrody, např. vůči pevné elektrodě či vůči význačnému bodu na pouzdře. Obecně však platí, že na základě výstupu snímače polohy (ať už je tímto výstupem naměřený signál, stav kontaktů apod) je vyhodnocovací jednotkou poskytována informace o funkčním stavu omezovače napětí, tedy informace o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku a ke zkratu zkratovacího zařízení. Např. mohou být kontakty snímače polohy zapojeny v módu „Normal Open“, tj. pokud je vstup vyhodnocovací jednotky, ke kterému je připojený výstup snímače polohy, ve stavu vysoké impedance („Open“), je výstupem vyhodnocovací jednotky informace, že funkční stav omezovače napětí je „OK“. Pokud je naopak vstup vyhodnocovací jednotky, ke kterému je připojený výstup snímače polohy, ve stavu nízké

- 4 CZ 38143 U1 impedance („Closed“), je výstupem vyhodnocovací jednotky informace, že funkční stav omezovače napětí je „NOK“. Alternativně však mohou být kontakty snímače polohy zapojeny v opačném módu „Normal Closed“.

Snímač tlaku je výhodně propojený s vnitřní dutinou pomocí vyústky, což umožňuje spolehlivé měření tlaku ve vnitřní dutině pouzdra. Vyústka může být do pouzdra zavedená skrze otvor vytvořený výhodně přibližně v rozmezí 1/2 až 1/3 výšky pouzdra. Alternativně může být měřen tlak i v jiném místě vnitřní dutiny.

Snímač tlaku může tlak ve vnitřní dutině indikovat výhodně tak, že porovnává tlak ve vnitřní dutině s předem stanovenou referenční hodnotou a na výstupu dává informaci, zda je hodnota tlaku ve vnitřní dutině nad touto referenční hodnotou, či pod ní, např. tím, že dojde ke změně stavu kontaktů snímače tlaku. Např. mohou být kontakty snímače tlaku zapojeny v módu „Normal Open“, tj. pokud je vstup vyhodnocovací jednotky, ke kterému je připojený výstup snímače tlaku, ve stavu vysoké impedance („Open“), je výstupem vyhodnocovací jednotky informace, že funkční stav omezovače napětí je „OK“. Pokud je naopak vstup vyhodnocovací jednotky, ke kterému je připojený výstup snímače tlaku, ve stavu nízké impedance („Closed“), je výstupem vyhodnocovací jednotky informace, že funkční stav omezovače napětí je „NOK“. Alternativně však mohou být kontakty snímače tlaku zapojeny v opačném módu „Normal Closed“.

Obecně však platí, že na základě výstupu snímače tlaku, ať už je tímto výstupem stav kontaktů či naměřený signál, který může být vyhodnocovací jednotkou dále zpracováván, je vyhodnocovací jednotkou poskytována informace o funkčním stavu omezovače napětí, tedy informace o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku a ke zkratu zkratovacího zařízení.

Snímačem teploty je výhodně tepelná tavná pojistka. Tepelná tavná pojistka je svými vývody na výstupu připojená ke vstupu vyhodnocovací jednotky a na vstupu může být svými vývody připojená k vnějšímu či vnitřnímu povrchu pouzdra. Teplota tavení tavné pojistky, při které dojde k přerušení proudové dráhy, je volena tak, aby byla přibližně stejná jako teplota tavení alespoň jednoho tavného elementu, případně o něco nižší s ohledem na uspořádání omezovače napětí. V momentě zkratu bude totiž teplota na vnějším či vnitřním povrchu pouzdra o něco nižší než teplota uvnitř pouzdra, např. v prostoru mezi pohyblivou elektrodou a pevnou elektrodou. Alternativně může být snímač teploty proveden jinak, např. jako bimetalový teplotní spínač , či spínač s kovem s tvarovou pamětí. Alternativně může být snímač teploty proveden jako teplotní čidlo, které měří teplotu přímo ve vnitřní dutině pouzdra.

Snímač teploty tedy na výstupu dává informaci zda teplota na vnějším povrchu či uvnitř pouzdra překročila určitou hodnotu, která odpovídá zkratu zkratovacího zařízení. Při překročení této hodnoty dojde ke změně vstupu vyhodnocovací jednotky, např. tak, že pokud je vstup vyhodnocovací jednotky, ke kterému je připojený výstup snímače teploty, ve stavu nízké impedance („Closed“), je výstupem vyhodnocovací jednotky informace o tom, že funkční stav omezovače napětí je „OK“. Pokud je naopak vstup vyhodnocovací jednotky, ke kterému je připojený výstup snímače teploty, ve stavu vysoké impedance („Open“), je výstupem vyhodnocovací jednotky informace o tom, že funkční stav omezovače napětí je „NOK“. Alternativně však mohou být kontakty snímače teploty zapojeny v opačném módu „Normal Open“.

Vyhodnocovací jednotka výhodně zahrnuje pro poskytování informace o funkčním stavu omezovače napětí vysílač, přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu dále zahrnuje čtečku pro přijetí informace o funkčním stavu omezovače napětí poskytované vysílačem. Čtečka výhodně obsahuje stavový indikátor, např. kontrolku či displej, na kterém je informace o funkčním stavu zobrazena. Alternativně může stavový indikátor obsahovat vyhodnocovací jednotka, případně vyhodnocovací jednotka i čtečka. Alternativně nemusí zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnovat čtečku, pokud již poskytuje informaci o funkčním stavu jinak, např. právě pomocí displeje, kontrolky či jiného stavového indikátoru. Alternativně může být místo čtečky použito jiné

- 5 CZ 38143 U1 zařízení, se kterým je vyhodnocovací jednotka komunikačně spojená (ať už bezdrátově, nebo přes datové či analogové linky).

Vyhodnocovací jednotka výhodně zahrnuje RFID čip a čtečkou výhodně je RFID čtečka. To umožňuje kontrolu funkčního stavu omezovačů napětí při nízkých nákladech. Výhodně je vyhodnocovací jednotkou mikrokontroler zahrnující RFID čip. Alternativně může být vyhodnocovací jednotka realizována jinak, např. obsahuje NFC čip (pak by čtečkou byla NFC čtečka), mikroprocesor či integrovaný obvod. Vyhodnocovací jednotka dále může ve své paměti obsahovat další informace, jako jsou jednoznačné identifikační číslo, datum instalace, alokace apod.

Objasnění výkresů

Podstata technického řešení je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:

obr. 1a je schematicky v řezu znázorněn omezovač napětí podle prvního příkladného provedení se snímačem polohy a s pohyblivou elektrodou v první poloze, obr. 1b je schematicky v řezu znázorněn omezovač napětí podle prvního příkladného provedení se snímačem polohy a s pohyblivou elektrodou ve druhé poloze odpovídající zkratu zkratovacího zařízení, obr. 2 je schematicky znázorněn omezovač napětí podle prvního příkladného provedení se snímačem polohy, vyhodnocovací jednotkou a čtečkou.

obr. 3 je schematicky v řezu znázorněn omezovač napětí podle druhého příkladného provedení se snímačem tlaku, obr. 4 je schematicky znázorněn omezovač napětí podle druhého příkladného provedení se snímačem tlaku, vyhodnocovací jednotkou a čtečkou, obr. 5 je schematicky v řezu znázorněn omezovač napětí podle třetího příkladného provedení se snímačem teploty, obr. 6 je schematicky znázorněn omezovač napětí podle třetího příkladného provedení se snímačem teploty, vyhodnocovací jednotkou a čtečkou, obr. 7 je schematicky v řezu znázorněn omezovač napětí podle čtvrtého příkladného provedení se snímačem polohy, snímačem tlaku a snímačem teploty, obr. 8 je schematicky znázorněn omezovač napětí podle čtvrtého příkladného provedení se snímačem polohy, snímačem tlaku, snímačem teploty, vyhodnocovací jednotkou a čtečkou, obr. 9 je znázorněno zkratovací zařízení dle alternativního příkladného provedení omezovače napětí, kde pohyblivá elektroda má tvar dutého válce s jedním čelem a pevná elektroda má tvar plného válce a kde tavné elementy mají tvar plochého plného válce, obr. 10 je znázorněno zkratovací zařízení dle alternativního příkladného provedení omezovače napětí, kde pohyblivá elektroda má tvar dutého válce s jedním čelem a pevná elektroda má tvar plného válce a kde tavné elementy mají tvar plochého válce se základnou ve tvaru mezikruží.

- 6 CZ 38143 U1

Příklady uskutečnění technického řešení

Technické řešení bude dále objasněno na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy.

Příklad 1:

V prvním příkladném provedení, znázorněném na obr. 1a, obr. 1b a obr. 2, zahrnuje omezovač 1 napětí pouzdro 2 s vnitřní dutinou 20, dále první připojovací svorku 3 a druhou připojovací svorku 4, které jsou vyvedeny z pouzdra 2, zkratovací zařízení umístěné uvnitř pouzdra 2, snímač 11 polohy a vyhodnocovací jednotku 17 spojenou se snímačem 11 polohy. Snímač 11 polohy a vyhodnocovací jednotka 17 dohromady tvoří zařízení pro monitorování funkčního stavu, přičemž pro zachování logické návaznosti textu bude nejprve podrobněji popsán samotný omezovač 1 napětí bez tohoto zařízení a toto zařízení bude popsáno následně.

V popisovaném prvním příkladném provedení omezovače 1 napětí má pouzdro 2 tvar dutého válce opatřeného na protilehlých stranách uzavíracími čely s otvory pro průchod první připojovací svorky 3, respektive druhé připojovací svorky 4. Příkladně je pouzdro 2 vytvořeno z elektricky vodivého materiálu, např. z nerezové oceli, která zajišťuje vysokou odolnost proti působení vnějšího prostředí a zároveň vysokou odolnost proti vnitřnímu přetlaku.

Zkratovací zařízení v tomto příkladném provedení zahrnuje ochranný prvek 5, pohyblivou elektrodu 6, pevnou elektrodu 7, dva tavné elementy 8 a pružný element 9. Pohyblivá elektroda 6 je vytvořená z jednoho kusu materiálu společně s první připojovací svorkou 3, což zajišťuje, že je pohyblivá elektroda 6 s první připojovací svorkou 3 elektricky vodivě spojená. Pohyb pohyblivé elektrody 6 vůči pouzdru 2 je zajištěn pomocí pružného elementu 9, kterým je např. předepnutá vinutá tlačná pružina. Pružný element 9 tedy působí na pohyblivou elektrodu 6 silou, která oddaluje pohyblivou elektrodu 6 od příslušné strany pouzdra 2, tj. od čela, z něhož je vyvedena první připojovací svorka 3. Jelikož jsou pohyblivá elektroda 6 a první připojovací svorka 3 vytvořené z jednoho kusu materiálu, dochází při tomto pohybu také k zasouvání první připojovací svorky 3 směrem do pouzdra 2.

Pevná elektroda 7 je analogicky vytvořená z jednoho kusu materiálu společně s druhou připojovací svorkou 4, což zajišťuje, že je pevná elektroda 7 s druhou připojovací svorkou 7 elektricky vodivě spojená. Nicméně na rozdíl od pohyblivé elektrody 6 je pevná elektroda 7 spojena pevně k pouzdru 2. To znamená, že pohybem pohyblivé elektrody 6 vůči pouzdru 2 dochází také k pohybu pohyblivé elektrody 6 vůči pevné elektrodě 7, jak bude ještě popisováno dále. Mezi pevnou elektrodou 7 a pouzdrem 2 se nachází také izolační vložka 15 z elektricky nevodivého materiálu, která přiléhá k čelu pouzdra 2 a která elektricky izoluje pevnou elektrodu 7 a s ní spojenou druhou připojovací svorku 4 od pouzdra 2. Příkladně je při použití omezovače 1 napětí pevná elektroda 7 přes druhou připojovací svorku 4 elektricky vodivě propojená s ochrannou zemí, zatímco pohyblivá elektroda 6 je přes první připojovací svorku 3 elektricky vodivě propojená s chráněným objektem.

Pohyblivá elektroda 6 i pevná elektroda 7 mají tvar dutého válce s jedním čelem a, jak je vidět na obr. 1a a na obr. 1b, jsou v pouzdře umístěné obráceně naproti sobě tak, že mezi sebou vymezují prostor pro uložení ochranného prvku 5 a dvou tavných elementů 8. Rozměry a tvar pohyblivé elektrody 6 a pevné elektrody 7 jsou voleny s ohledem na rozměry a tvar použitého ochranného prvku 5.

Konkrétně je mezi čelem pohyblivé elektrody 6 a ochranným prvkem 5 umístěný první tavný element 8 a mezi čelem pevné elektrody 7 a ochranným prvkem 5 je umístěný druhý tavný element 8. První tavný element 8 tedy propojuje ochranný prvek 5 s pohyblivou elektrodou 6 a umožňuje elektricky vodivé spojení ochranného prvku 5 s první připojovací svorkou 3 a druhý tavný element 8 propojuje ochranný prvek 5 s pevnou elektrodou 7 a umožňuje elektricky vodivé

- 7 CZ 38143 U1 spojení ochranného prvku 5 s druhou připojovací svorkou 4. V popisovaném příkladném provedení mají oba tavné elementy 8 tvar plochého plného válce a jejich axiální osy splývají s axiálními osami pohyblivé elektrody 6 a pevné elektrody 7.

Výška tavných elementů 8 je s ohledem na rozměry ochranného prvku 5 volena tak, aby byla pohyblivá elektroda 6 od pevné elektrody 7 oddělena dostatečnou izolační mezerou 10, jak je vidět na obr. 1a. Dostatečnou izolační mezerou 10 je míněna mezera, jejíž dielektrická pevnost je vyšší než statické zapalovací napětí ochranného prvku 5.

V případě tepelného nebo proudového zatížení omezovače 1 napětí generuje ochranný prvek 5 velké množství tepla, v důsledku čehož se teplota alespoň jednoho tavného elementu 8 rychle zvýší až k jeho teplotě likvidu (teplotě tání) a dojde k jeho roztavení. Příkladně jsou tavné elementy 8 vytvořeny ze slitiny cínu s teplotou tání mezi 140 °C a 270 °C. Působením pružného elementu 9 následně dojde k posunutí pohyblivé elektrody 6 do kontaktu s pevnou elektrodou 7, jak je znázorněno na obr. 1b. Tím dojde k vytvoření náhradní proudové dráhy, která přemostí ochranný prvek 5 a zabrání tak jeho explozi, či jiné nekontrolovatelné poruše. Za účelem částečné dekomprese tlaku a snížení možnosti exploze je ve vnitřní dutině 20 omezovače 1 napětí také ponechán volný prostor.

Jsou tedy definovány dvě základní polohy pohyblivé elektrody 6 vůči pevné elektrodě 7. První poloha dle obr. 1a, v níž jsou pohyblivá elektroda 6 a pevná elektroda 7 vzájemně oddělené izolační mezerou 10, odpovídá funkčnímu stavu omezovače 1 napětí, kdy nedochází k přetížení ochranného prvku 5 či jinými slovy kdy nedochází ke zkratu zkratovacího zařízení. Tento funkční stav omezovače 1 napětí označme jako „OK“. Druhá poloha dle obr. 1b, v níž jsou pohyblivá elektroda 6 a pevná elektroda 7 ve vzájemném kontaktu, odpovídá funkčnímu stavu omezovače 1 napětí, kdy dochází k přetížení ochranného prvku 5 a ke zkratu zkratovacího zařízení. Tento funkční stav omezovače 1 napětí označme jako „NOK“. V tomto funkčním stavu již nemůže být omezovač 1 napětí používán pro ochranu chráněného objektu a musí být provedena jeho výměna.

Jak již bylo naznačeno výše, pro monitorování funkčního stavu omezovače 1 napětí slouží zařízení pro monitorování funkčního stavu, které v prvním příkladném provedení zahrnuje snímač 11 polohy a vyhodnocovací jednotku 17 spojenou s tímto snímačem 11 polohy.

Snímač 11 polohy indikuje polohu pohyblivé elektrody 6, a to tak, že je uzpůsobený pro měření polohy pohyblivé elektrody 6. Toto uzpůsobení spočívá v tom, že je s pohyblivou elektrodou 6 spojený prostřednictvím vazby 14 mezi snímačem 11 polohy a pohyblivou elektrodou 6. Touto vazbou 14 mezi snímačem 11 polohy a pohyblivou elektrodou 6 je příkladně mechanická vazba, konkrétně např. táhlo, které je spojené s kontakty snímače 11 polohy a přenáší tak pohyb pohyblivé elektrody 6 na kontakty snímače 11 polohy, čímž mění jejich stav. Za tímto účelem je v pouzdru 2 vytvořen také otvor pro průchod táhla. V popisovaném příkladném provedení je snímačem 11 polohy měřena konkrétně změna polohy pohyblivé elektrody 6, jak naznačuje také označení „Δύ na obr. 1a, obr. 1b a obr. 2.

Výstup snímače 11 polohy je připojen na vstup vyhodnocovací jednotky 17, kterou je v popisovaném prvním příkladném provedení mikrokontroler. Mikrokontroler v tomto příkladném provedení zahrnuje RFID čip s alespoň jedním vstupem pro připojení alespoň snímače 11 polohy a dále zahrnuje také vysílač, který poskytuje informaci o funkčním stavu omezovače 1 napětí, tedy o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku 5 a ke zkratu zkratovacího zařízení. Informace o funkčním stavu je získána na základě signálu ze snímače 11 polohy či jinými slovy na základě výstupu snímače 11 polohy. Příkladně je mikrokontroler naprogramován tak, že pokud je jeho vstup, ke kterému je připojený výstup snímače 11 polohy, ve stavu vysoké impedance (stav „Open“), je výstupem mikrokontroleru informace o tom, že funkční stav omezovače 1 napětí je „OK“. Pokud je naopak jeho vstup, ke kterému je připojený výstup snímače 11 polohy, ve stavu nízké impedance (stav „Closed“), je výstupem mikrokontroleru informace o tom, že funkční stav

- 8 CZ 38143 U1 omezovače 1 napětí je „NOK“, což znamená, že došlo k přetížení ochranného prvku 5 a ke zkratu zkratovacího zařízení.

Získaná informace o funkčním stavu omezovače 1 napětí je pomocí vysílače poskytována pro její přijetí. Pro přijetí této informace slouží v příkladném provedení čtečka 19, konkrétně RFID čtečka, která je na obr. 2 pro větší názornost rovněž zobrazena. V tomto příkladném provedení je čtečka 19 s vyhodnocovací jednotkou 17 spojena pomocí bezdrátového spojení 18, přičemž čtečka 19 zahrnuje alespoň jeden stavový indikátor, např. kontrolku, pro zobrazení funkčního stavu omezovače 1 napětí uživateli.

Příklad 2:

Ve druhém příkladném provedení, znázorněném na obr. 3 a obr. 4, je omezovač 1 napětí provedený stejně jako v prvním příkladném provedení, s tím rozdílem, že namísto snímače 11 polohy zahrnuje snímač 12 tlaku, přičemž vyhodnocovací jednotka 17 je spojená s tímto snímačem 12 tlaku. Snímač 12 tlaku a vyhodnocovací jednotka 17 tedy dohromady tvoří zařízení pro monitorování funkčního stavu.

Snímač 12 tlaku indikuje tlak ve vnitřní dutině 20 pouzdra 2, a to tak, že je uzpůsobený pro měření tlaku ve vnitřní dutině 20 pouzdra 2. Toto uzpůsobení spočívá příkladně v tom, že je snímač 12 tlaku pomocí vyústky 16 propoj ený s vnitřní dutinou 20. Za tímto účelem je v pouzdru 2 vytvořený otvor pro průchod vyústky 16. Tento otvor je příkladně vytvořený přibližně v rozmezí 1/2 až 1/3 výšky pouzdra 2. V popisovaném příkladném provedení snímač 12 tlaku konkrétně porovnává tlak ve vnitřní dutině 20 s předem stanovenou referenční hodnotou a na výstupu dává informaci, zda je hodnota tlaku ve vnitřní dutině 20 nad touto referenční hodnotou. To také naznačuje označení „>p“ na obr. 3 a obr. 4.

V případě tepelného nebo proudového zatížení omezovače 1 napětí generuje ochranný prvek 5 velké množství tepla, v důsledku čehož se teplota alespoň jednoho tavného elementu 8 rychle zvýší až k jeho teplotě likvidu (teplotě tání) a dojde k jeho roztavení. Působením pružného elementu 9 následně dojde k posunutí pohyblivé elektrody 6 do kontaktu s pevnou elektrodou 7, a tedy k vytvoření náhradní proudové dráhy, která přemostí ochranný prvek 5 a zabrání tak jeho explozi, či jiné nekontrolovatelné poruše. Při přetížení omezovače 1 napětí současně také dojde k nárůstu tlaku ve vnitřní dutině 20 až nad referenční hodnotu, v důsledku čehož se kontakty snímače 12 tlaku přepnou ze stavu odpovídacího funkčnímu stavu omezovače 1 napětí „OK“ do stavu odpovídajícího funkčnímu stavu omezovače 1 napětí „NOK“. V tomto funkčním stavu již nemůže být omezovač 1 napětí používán pro ochranu chráněného objektu a musí být provedena jeho výměna.

Výstup snímače 12 tlaku je připojen na vstup vyhodnocovací jednotky 17, kterou je v popisovaném příkladném provedení mikrokontroler. Mikrokontroler v tomto příkladném provedení zahrnuje RFID čip s alespoň jedním vstupem pro připojení alespoň snímače 12 tlaku a dále zahrnuje také vysílač, který poskytuje informaci o funkčním stavu omezovače 1 napětí, tedy o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku 5 a ke zkratu zkratovacího zařízení. Informace o funkčním stavu je získána na základě signálu ze snímače 12 tlaku či jinými slovy na základě výstupu snímače 12 tlaku. Příkladně je mikrokontroler naprogramován tak, že pokud je jeho vstup, ke kterému je připojený výstup snímače 12 tlaku, ve stavu vysoké impedance (stav „Open“), je výstupem mikrokontroleru informace o tom, že funkční stav omezovače 1 napětí je „OK“. Pokud je naopak jeho vstup, ke kterému je připojený výstup snímače 12 tlaku, ve stavu nízké impedance (stav „Closed“), je výstupem mikrokontroleru informace o tom, že funkční stav omezovače 1 napětí je „NOK“, což znamená, že došlo k přetížení ochranného prvku 5 a ke zkratu zkratovacího zařízení.

Získaná informace o funkčním stavu omezovače 1 napětí je pomocí vysílače poskytována pro její přijetí. Pro přijetí této informace slouží v příkladném provedení čtečka 19, konkrétně RFID čtečka, která je na obr. 4 pro větší názornost rovněž zobrazena. V tomto příkladném provedení je čtečka 19

- 9 CZ 38143 U1 s vyhodnocovací jednotkou 17 spojena pomocí bezdrátového spojení 18, přičemž čtečka 19 zahrnuje alespoň jeden stavový indikátor, např. kontrolku, pro zobrazení funkčního stavu omezovače 1 napětí uživateli.

Příklad 3:

Ve třetím příkladném provedení, znázorněném na obr. 5 a obr. 6, je omezovač 1 napětí provedený stejně jako v prvním příkladném provedení, s tím rozdílem, že namísto snímače 11 polohy zahrnuje snímač 13 teploty, přičemž vyhodnocovací jednotka 17 je spojená s tímto snímačem 13 teploty. Snímač 13 teploty a vyhodnocovací jednotka 17 tedy dohromady tvoří zařízení pro monitorování funkčního stavu.

Snímač 13 teploty v tomto příkladném provedení indikuje teplotu na vnějším povrchu pouzdra 2, a to konkrétně tak, že je snímačem 13 teploty tepelná tavná pojistka, která je svými vývody připojená k vnějšímu povrchu pouzdra 2 a ke vstupu vyhodnocovací jednotky 17.

V případě tepelného nebo proudového zatížení omezovače 1 napětí generuje ochranný prvek 5 velké množství tepla, v důsledku čehož se teplota alespoň jednoho tavného elementu 8 rychle zvýší až k jeho teplotě likvidu (teplotě tání) a dojde k jeho roztavení. Působením pružného elementu 9 následně dojde k posunutí pohyblivé elektrody 6 do kontaktu s pevnou elektrodou 7, a tedy k vytvoření náhradní proudové dráhy, která přemostí ochranný prvek 5 a zabrání tak jeho explozi, či jiné nekontrolovatelné poruše. Teplo generované ochranný prvkem 5 při jeho zatěžování nicméně zahřívá také další části omezovače 1 napětí a zvyšuje se teplota uvnitř pouzdra 2 i na vnějším povrchu pouzdra 2. Zkrat zkratovacího zařízení tak není indikován pouze roztavením alespoň jednoho tavného elementu 8, ale také zvýšením teploty na vnějším povrchu pouzdra 2 nad hodnotu, při které dojde k roztavení tavného prvku v tepelné tavné pojistce. To také naznačuje označení „>$“ na obr. 5 a obr. 6.

Teplota tavení tavné pojistky je volena tak, aby byla přibližně stejná jako teplota tavení alespoň jednoho tavného elementu 8, případně o něco nižší s ohledem na uspořádání omezovače 1 napětí. V momentě zkratu bude totiž teplota na vnějším povrchu pouzdra 2 o něco nižší než teplota uvnitř pouzdra 2, např. v prostoru mezi pohyblivou elektrodou 6 a pevnou elektrodou 7.

Vyhodnocovací jednotkou 17 je v popisovaném příkladném provedení mikrokontroler. Mikrokontroler v tomto příkladném provedení zahrnuje RFID čip s alespoň jedním vstupem pro připojení alespoň snímače 13 teploty a dále zahrnuje také vysílač, který poskytuje informaci o funkčním stavu omezovače 1 napětí, tedy o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku 5 a ke zkratu zkratovacího zařízení. Příkladně je mikrokontroler naprogramován tak, že pokud je jeho vstup, ke kterému je připojený výstup snímače 13 teploty, ve stavu nízké impedance (stav „Closed“), je výstupem mikrokontroleru informace o tom, že funkční stav omezovače 1 napětí je „OK“. Pokud je naopak jeho vstup, ke kterému je připojený výstup snímače 13 teploty, ve stavu vysoké impedance (stav „Open“), je výstupem mikrokontroleru informace o tom, že funkční stav omezovače 1 napětí je „NOK“, což znamená, že došlo k přetížení ochranného prvku 5 a ke zkratu zkratovacího zařízení. Vysoká impedance na vstupu mikrokontroleru značí právě fakt, že po překročení teploty tavení tepelné tavné pojistky došlo k rozpojení obvodu.

Získaná informace o funkčním stavu omezovače 1 napětí je pomocí vysílače poskytována pro její přijetí. Pro přijetí této informace slouží v příkladném provedení čtečka 19, konkrétně RFID čtečka, která je na obr. 6 pro větší názornost rovněž zobrazena. V tomto příkladném provedení je čtečka 19 s vyhodnocovací jednotkou 17 spojena pomocí bezdrátového spojení 18, přičemž čtečka 19 zahrnuje alespoň jeden stavový indikátor, např. kontrolku, pro zobrazení funkčního stavu omezovače 1 napětí uživateli.

- 10 CZ 38143 U1

Příklad 4:

Ve čtvrtém příkladném provedení, znázorněném na obr. 7 a obr. 8, je omezovač 1 napětí provedený stejně jako v prvním příkladném provedení, s tím rozdílem, že kromě snímače 11 polohy indikujícího polohu pohyblivé elektrody 6 zahrnuje omezovač 1 napětí také snímač 12 tlaku indikující tlak ve vnitřní dutině 20 pouzdra 2, příkladně provedený dle druhého příkladného provedení výše, a také snímač 13 teploty indikuj ící teplotu na vněj ším povrchu či uvnitř pouzdra 2, příkladně provedený dle třetího příkladného provedení výše. Vyhodnocovací jednotka 17 je v tomto provedení spojená se snímačem 11 polohy, snímačem 12 tlaku i snímačem 13 teploty, přičemž snímač 11 polohy, snímač 12 tlaku, snímač 13 teploty a vyhodnocovací jednotka 17 dohromady tvoří zařízení pro monitorování funkčního stavu.

Vyhodnocovací jednotkou 17 je v popisovaném příkladném provedení mikrokontroler. Mikrokontroler v tomto příkladném provedení zahrnuje RFID čip s alespoň jedním vstupem pro připojení snímače 11 polohy, alespoň jedním vstupem pro připojení snímače 12 tlaku a alespoň jedním vstupem pro připojení snímače 13 teploty. Mikrokontroler dále zahrnuje také vysílač, který poskytuje informaci o funkčním stavu omezovače 1 napětí, tedy o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku 5 a ke zkratu zkratovacího zařízení.

Příkladně je mikrokontroler naprogramován tak, že pokud je vstup pro připojení snímače 11 polohy, ke kterému je připojený výstup snímače 11 polohy, ve stavu vysoké impedance (stav „Open“), současně vstup pro připojení snímače 12 tlaku, ke kterému je připojený výstup snímače 12 tlaku, je ve stavu vysoké impedance (stav „Open“) a současně vstup pro připojení snímače 13 teploty, ke kterému je připojený výstup snímače 13 teploty, je ve stavu nízké impedance (stav „Closed“), je výstupem mikrokontroleru informace o tom, že funkční stav omezovače 1 napětí je „OK“. Naopak, pokud je alespoň vstup pro připojení snímače 11 polohy, ke kterému je připojený výstup snímače 11 polohy, ve stavu nízké impedance (stav „Closed“), pokud je alespoň vstup pro připojení snímače 12 tlaku, ke kterému je připojený výstup snímače 12 tlaku, ve stavu nízké impedance (stav „Closed“), nebo pokud je alespoň vstup pro připojení snímače 13 teploty, ke kterému je připojený výstup snímače 13 teploty, ve stavu vysoké impedance (stav „Open“), je výstupem mikrokontroleru informace o tom, že funkční stav omezovače 1 napětí je „NOK“, což znamená, že došlo k přetížení ochranného prvku 5 a ke zkratu zkratovacího zařízení.

Získaná informace o funkčním stavu omezovače 1 napětí je pomocí vysílače poskytována pro její přijetí. Pro přijetí této informace slouží v příkladném provedení čtečka 19, konkrétně RFID čtečka, která je na obr. 8 pro větší názornost rovněž zobrazena. V tomto příkladném provedení je čtečka 19 s vyhodnocovací jednotkou 17 spojena pomocí bezdrátového spojení 18, přičemž čtečka 19 zahrnuje alespoň jeden stavový indikátor, např. kontrolku, pro zobrazení funkčního stavu omezovače 1 napětí uživateli.

Dále může být omezovač 1 napětí s integrovaným zkratovacím zařízením a se zařízením pro monitorování funkčního stavu provedený v mnoha dalších alternativních provedeních, které vyplývají např. z alternativ uvedených v sekci „Podstata technického řešení“. Tak, kde je to možné, mohou být mezi sebou jednotlivá příkladná provedení vzájemně kombinovaná. Některá alternativní provedení jsou uvedena níže.

V jednom alternativním příkladném provedení má pohyblivá elektroda 6 tvar dutého válce s jedním čelem a pevná elektroda 7 má tvar plného válce, jak je znázorněno na obr. 9. či obr. 10.

V dalším alternativním provedení má alespoň jeden tavný element 8 tvar plochého válce se základnou ve tvaru mezikruží, jak je znázorněno na obr. 10. Obr. 10 konkrétně znázorňuje provedení, které kombinuje znak tohoto alternativního příkladného provedení se znakem předešlého alternativního příkladného provedení.

- 11 CZ 38143 U1

V dalším alternativním příkladném provedení je vazba 14 mezi snímačem 11 polohy a pohyblivou elektrodou 6 realizována pomocí magnetu, např. neodymového magnetu, přičemž kontakt snímače 11 polohy je ovládaný magneticky.

V dalším alternativním příkladném provedení je tepelná tavná pojistka svými vývody připojená k vnitřnímu povrchu pouzdra 2 a ke vstupu vyhodnocovací jednotky 17.

Průmyslová využitelnost

Výše popsaný omezovač napětí s integrovaným zkratovacím zařízením a se zařízením pro monitorování funkčního stavu nachází uplatnění všude tam, kde je potřeba eliminovat nedovolené vysoké dotykové napětí na neživých kovových částech a zajistit trvalou kontrolu funkčnosti omezovačů napětí, například v kolejové dopravě. Využitelný je také pro zvýšení provozní 15 spolehlivosti přepěťových ochran instalovaných v nízkonapěťových a vysokonapěťových AC/DC sítích a systémech fotovoltaických elektráren.

Claims (10)

1. Omezovač (1) napětí s integrovaným zkratovacím zařízením a se zařízením pro monitorování funkčního stavu, přičemž omezovač (1) napětí zahrnuje pouzdro (2) s vnitřní dutinou (20), dále první připojovací svorku (3) a druhou připojovací svorku (4), které jsou vyvedeny z pouzdra (2), a zkratovací zařízení umístěné uvnitř pouzdra (2), přičemž zkratovací zařízení zahrnuje ochranný prvek (5), pohyblivou elektrodu (6), pevnou elektrodu (7) a alespoň jeden tavný element (8) propojující ochranný prvek (5) s pohyblivou elektrodou (6) nebo pevnou elektrodou (7), přičemž ochranný prvek (5) je elektricky vodivě spojený s první připojovací svorkou (3) a druhou připojovací svorkou (4), pohyblivá elektroda (6) je elektricky vodivě spojená s první připojovací svorkou (3) a pevná elektroda (7) je elektricky vodivě spojená s druhou připojovací svorkou (4), přičemž pohyblivá elektroda (6) je pohyblivá vůči pevné elektrodě (7) mezi první polohou, v níž jsou pohyblivá elektroda (6) a pevná elektroda (7) vzájemně oddělené izolační mezerou (10), a druhou polohou, v níž jsou pohyblivá elektroda (6) a pevná elektroda (7) ve vzájemném kontaktu, vyznačující se tím, že omezovač (1) napětí dále zahrnuje zařízení pro monitorování funkčního stavu, přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnuje alespoň jeden snímač ze skupiny obsahující snímač (11) polohy indikující polohu pohyblivé elektrody (6), snímač (12) tlaku indikující tlak ve vnitřní dutině (20) pouzdra (2) a snímač (13) teploty indikující teplotu na vnějším povrchu či uvnitř pouzdra (2), přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu dále zahrnuje vyhodnocovací jednotku (17) spojenou s alespoň jedním snímačem a uzpůsobenou pro poskytování informace o funkčním stavu omezovače (1) napětí na základě výstupu alespoň jednoho snímače, přičemž informací o funkčním stavu omezovače (1) napětí je informace o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku (5) a ke zkratu zkratovacího zařízení.

2. Omezovač (1) napětí s integrovaným zkratovacím zařízením a se zařízením pro monitorování funkčního stavu, přičemž omezovač (1) napětí zahrnuje pouzdro (2) s vnitřní dutinou (20), dále první připojovací svorku (3) a druhou připojovací svorku (4), které vyčnívají z pouzdra (2), a zkratovací zařízení umístěné uvnitř pouzdra (2), přičemž zkratovací zařízení zahrnuje ochranný prvek (5), pohyblivou elektrodu (6), pevnou elektrodu (7) a alespoň jeden tavný element (8) propojující ochranný prvek (5) s pohyblivou elektrodou (6) nebo pevnou elektrodou (7), přičemž ochranný prvek (5) je elektricky vodivě spojený s první připojovací svorkou (3) a druhou připojovací svorkou (4), pohyblivá elektroda (6) je elektricky vodivě spojená s první připojovací svorkou (3) a pevná elektroda (7) je elektricky vodivě spojená s druhou připojovací svorkou (4), přičemž pohyblivá elektroda (6) je pohyblivá vůči pevné elektrodě (7) mezi první polohou, v níž jsou pohyblivá elektroda (6) a pevná elektroda (7) vzájemně oddělené izolační mezerou (10), a druhou polohou, v níž jsou pohyblivá elektroda (6) a pevná elektroda (7) ve vzájemném kontaktu, vyznačující se tím, že omezovač (1) napětí dále zahrnuje zařízení pro monitorování funkčního stavu, přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnuje alespoň jeden snímač (11) polohy indikující polohu pohyblivé elektrody (6), přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu dále zahrnuje vyhodnocovací jednotku (17) spojenou s alespoň jedním snímačem (11) polohy a uzpůsobenou pro poskytování informace o funkčním stavu omezovače (1) napětí na základě výstupu alespoň jednoho snímače (11) polohy, přičemž informací o funkčním stavu omezovače (1) napětí je informace o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku (5) a ke zkratu zkratovacího zařízení.

3. Omezovač (1) napětí s integrovaným zkratovacím zařízením a se zařízením pro monitorování funkčního stavu, přičemž omezovač (1) napětí zahrnuje pouzdro (2) s vnitřní dutinou (20), dále první připojovací svorku (3) a druhou připojovací svorku (4), které vyčnívají z pouzdra (2), a zkratovací zařízení umístěné uvnitř pouzdra (2), přičemž zkratovací zařízení zahrnuje ochranný prvek (5), pohyblivou elektrodu (6), pevnou elektrodu (7) a alespoň jeden tavný element (8) propojující ochranný prvek (5) s pohyblivou elektrodou (6) nebo pevnou elektrodou (7), přičemž ochranný prvek (5) je elektricky vodivě spojený s první připojovací svorkou (3) a druhou připojovací svorkou (4), pohyblivá elektroda (6) je elektricky vodivě spojená s první připojovací svorkou (3) a pevná elektroda (7) je elektricky vodivě spojená s druhou připojovací svorkou (4), přičemž pohyblivá elektroda (6) je pohyblivá vůči pevné elektrodě (7) mezi první polohou, v níž jsou pohyblivá elektroda (6) a pevná elektroda (7) vzájemně oddělené izolační mezerou (10),

- 13 CZ 38143 U1 a druhou polohou, v níž jsou pohyblivá elektroda (6) a pevná elektroda (7) ve vzájemném kontaktu, vyznačující se tím, že omezovač (1) napětí dále zahrnuje zařízení pro monitorování funkčního stavu, přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnuje alespoň jeden snímač (12) tlaku indikující tlak ve vnitřní dutině (20) pouzdra (2), přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu dále zahrnuje vyhodnocovací jednotku (17) spojenou s alespoň jedním snímačem (12) tlaku a uzpůsobenou pro poskytování informace o funkčním stavu omezovače (1) napětí na základě výstupu alespoň jednoho snímače (12) tlaku, přičemž informací o funkčním stavu omezovače (1) napětí je informace o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku (5) a ke zkratu zkratovacího zařízení.

4. Omezovač (1) napětí s integrovaným zkratovacím zařízením a se zařízením pro monitorování funkčního stavu, přičemž omezovač (1) napětí zahrnuje pouzdro (2) s vnitřní dutinou (20), dále první připojovací svorku (3) a druhou připojovací svorku (4), které vyčnívají z pouzdra (2), a zkratovací zařízení umístěné uvnitř pouzdra (2), přičemž zkratovací zařízení zahrnuje ochranný prvek (5), pohyblivou elektrodu (6), pevnou elektrodu (7) a alespoň jeden tavný element (8) propojující ochranný prvek (5) s pohyblivou elektrodou (6) nebo pevnou elektrodou (7), přičemž ochranný prvek (5) je elektricky vodivě spojený s první připojovací svorkou (3) a druhou připojovací svorkou (4), pohyblivá elektroda (6) je elektricky vodivě spojená s první připojovací svorkou (3) a pevná elektroda (7) je elektricky vodivě spojená s druhou připojovací svorkou (4), přičemž pohyblivá elektroda (6) je pohyblivá vůči pevné elektrodě (7) mezi první polohou, v níž jsou pohyblivá elektroda (6) a pevná elektroda (7) vzájemně oddělené izolační mezerou (10), a druhou polohou, v níž jsou pohyblivá elektroda (6) a pevná elektroda (7) ve vzájemném kontaktu, vyznačující se tím, že omezovač (1) napětí dále zahrnuje zařízení pro monitorování funkčního stavu, přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnuje alespoň jeden snímač (13) teploty indikující teplotu na vnějším povrchu či uvnitř pouzdra (2), přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu dále zahrnuje vyhodnocovací jednotku (17) spojenou s alespoň jedním snímačem (13) teploty a uzpůsobenou pro poskytování informace o funkčním stavu omezovače (1) napětí na základě výstupu alespoň jednoho snímače (13) teploty, přičemž informací o funkčním stavu omezovače (1) napětí je informace o tom, zda došlo k přetížení ochranného prvku (5) a ke zkratu zkratovacího zařízení.

5. Omezovač (1) napětí podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnuje alespoň jeden snímač (11) polohy indikující polohu pohyblivé elektrody (6), alespoň jeden snímač (12) tlaku indikující tlak ve vnitřní dutině (20) pouzdra (2) a alespoň jeden snímač (13) teploty indikující teplotu na vnějším povrchu či uvnitř pouzdra (2).

6. Omezovač (1) napětí podle kteréhokoli z nároků 1, 2 a 5, vyznačující se tím, že zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnuje alespoň jeden snímač (11) polohy, přičemž snímač (11) polohy je s pohyblivou elektrodou (6) spojený pomocí vazby (14) mezi snímačem (11) polohy a pohyblivou elektrodou (6).

7. Omezovač (1) napětí podle kteréhokoli z nároků 1, 3 a 5, vyznačující se tím, že zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnuje alespoň jeden snímač (12) tlaku, přičemž snímač (12) tlaku je propojený s vnitřní dutinou (20) pomocí vyústky (16).

8. Omezovač (1) napětí podle kteréhokoli z nároků 1, 4 a 5, vyznačující se tím, že zařízení pro monitorování funkčního stavu zahrnuje alespoň jeden snímač (13) teploty, přičemž snímačem (13) teploty je tepelná tavná pojistka.

9. Omezovač (1) napětí podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vyhodnocovací jednotka (17) zahrnuje pro poskytování informace o funkčním stavu omezovače (1) napětí vysílač, přičemž zařízení pro monitorování funkčního stavu dále zahrnuje čtečku (19) pro přijetí informace o funkčním stavu omezovače (1) napětí poskytované vysílačem.

- 14 CZ 38143 U1

10. Omezovač (1) napětí podle nároku 9, vyznačující se tím, že vyhodnocovací jednotka (17) zahrnuje RFID čip a čtečkou (19) je RFID čtečka.