PL194860B1 - Urządzenie do ochrony przeciwprzepięciowej elementu końcowego sieci elektrycznej - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do ochrony przeciwprzepieciowej elementu koncowego sieci elektrycznej, zawierajace warystor, którego pierwsze i drugie wyprowadzenie sa polaczone z doprowadzajacymi przewodami, które sluzy do podlaczenia do zacisku fazy lub zera elementu koncowego, przy czym jedno z wypro- wadzen jest przylaczone do przewodu doprowadza- jacego w sposób, który pozwala na jego odlaczenie pod wplywem ciepla, znamienne tym, ze drugie wy- prowadzenie (22) warystora (2) jest przylaczone do nieruchomego zestyku (31) wylacznika cieplnego (3), przy czym nieruchomy zestyk (31) jest poprzez nisko- topliwe lutowane polaczenie (33) polaczony z zesty- kiem (32) do odlaczenia, który jest poprzez linkowy przewód (34) polaczony z drugim doprowadzaja- cym przewodem (52), przy czym zestyk (32) do odlaczenia jest sprzegniety z oddalajacym zespo- lem (35), wytwarzajacym oddalajaca sile (F), dziala- jaca na zestyk (32) do odlaczenia wkierunku od nieruchomego zestyku (31). PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do ochrony przeciwprzepięciowej elementu końcowego sieci elektrycznej zawierające warystor, którego pierwsze i drugie wyprowadzenie są połączone z przewodami doprowadzającymi i służą do przyłączenia do styku fazowego lub zerowego urządzenia, przy czym jedno z wyprowadzeń warystora jest tak połączone do przewodu doprowadzającego, że da się odłączyć cieplnie.

W dziedzinie ochron przeciwprzepięciowych kategorii D (wg DIN VDE 675 część 6/A1) nastąpił rozwój, który w rezultacie prowadzi do rozwiązań konstrukcyjnych, w których zabezpieczenia przeciwprzepięciowe kategorii D są umieszczane bezpośrednio w gniazdach wtykowych. Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe powinny być przy tym rozwiązane z uwzględnieniem zapewnienia bezpieczeństwa tak, aby została wykluczona możliwość powstania pożaru i szkód na skutek zmian mogących nastąpić w warystorze, który jest podstawowym elementem ochrony przeciwprzepięciowej.

Na skutek nadmiernego obciążenia może dojść do zmian w warystorze, które będą mieć wpływ na zmianę jego właściwości. Warystor pod wpływem nadmiernego obciążenia zaczyna przepuszczać coraz większy prąd, przy czym nawet gdy dochodzi do jego przebicia, warystor również wykazuje przewodność. Rozwiązanie konstrukcyjne ochrony przeciwprzepięciowej przy tych warunkach powinno zabezpieczyć, aby warystor został odłączony od źródła prądu. Odłączenie to realizuje się w różny sposób, przy czym stosowane sposoby odłączenia mają różne właściwości w zależności od ich rozwiązania konstrukcyjnego.

Znane są urządzenia do odłączania warystora przez zastosowanie niskotopliwego połączenia lutowanego. Czubek elektrody warystora jest połączony poprzez niskotopliwe połączenie lutowane z naprężonym przewodem, który stanowi przyłączenie odpowiedniego bieguna warystora do obwodu. Przy obniżeniu napięcia warystora zaczyna przez warystor przepływać prąd elektryczny. Przy małym prądzie dochodzi na skutek ogrzania warystora do nagrzania niskotopliwego lutu, który roztapia się, z takim skutkiem, że naprężony przewód uwalnia się ze styku z czubkiem elektrody warystora i oddala się na wymaganą odległość od czubka elektrody warystora. Do innej sytuacji dochodzi przy przepływie dużego prądu, którego wielkość sięga dziesiątków amperów. Oporność warystora jest w tym przypadku niska a zatem nim dojdzie do ogrzania niskotopliwego połączenia lutowanego do wymaganej temperatury. Nastąpi natomiast nagrzanie naprężonego przewodu i jego wyżarzenie, a następnie roztopienie niskotopliwego połączenia lutowanego, co w tym przypadku nie spowoduje do oddalenia naprężonego przewodu od elektrody warystora. W przypadku wyższych prądów może dojść i do roztopienia naprężonego przewodu, który jest ze względu na wymagany tor ruchu stosunkowo krótki a do jego uszkodzenia dochodzi zanim odpowiedni obwód zostanie rozłączony poprzez szeregowy element zabezpieczający, który może stanowić bezpiecznik lub wyłącznik zabezpieczający.

Inne znane urządzenie do odłączania warystora polega na kontakcie mechanicznym elementów przewodzących, przy czym jedna strona kontaktu mechanicznego jest w swej pozycji trzymana niskotopliwą nieprzewodzącą masą mocującą, która podpiera sprężynę dociskową styku. Do niskotopliwej nieprzewodzącej masy mocującej zapewnione jest przenoszenie ciepła z warystora. Przy roztopieniu niskotopliwej nieprzewodzącej masy mocującej następuje utrata kontaktu mechanicznego, ponieważ sprężyna dociskowa zanurza się w roztopionej masie mocującej, na skutek czego zniesione jest działanie siłowe, a powierzchnie styku oddalają się od siebie. Poprzez oddalenie styków dochodzi do przerwania obwodu.

Wadą znanego urządzenia jest to, że połączenie stykowe jest miejscem krytycznym ze wzglądu na działanie impulsów prądowych. Prąd impulsowy może powodować spawanie powierzchni styku kontaktu mechanicznego, na skutek czego wyłącznik cieplny traci swą funkcję. W ten sposób może na skutek degradacji warystora dojść do niebezpiecznego wzrostu temperatury i destrukcji układu ochrony przeciwprzepięciowej.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że drugie wyprowadzenie warystora jest przyłączone do zestyku nieruchomego wyłącznika cieplnego, przy czym nieruchomy zestyk jest poprzez niskotopliwe połączenie lutowane połączony z zestykiem do odłączenia, który jest poprzez linkowy przewód połączony z drugim doprowadzającym przewodem, przy czym zestyk do odłączenia jest sprzęgnięty z oddalającym zespołem, wytwarzającym oddalającą siłę, działającą na zestyk do odłączenia w kierunku od nieruchomego zestyku.

Taka konstrukcja urządzenia pozwala na niezawodne działanie w całym zakresie możliwych obciążeń prądowych.

PL 194 860 B1

Korzystnym jest, że warystor jest umieszczony na tablicy, która da się łatwo wmontować do elementu końcowego, na przykład gniazda wtykowego, co pozwala na uproszczenie konstrukcji oraz osiągnięcie większych możliwości zastosowania. Dla zabezpieczenia dobrej transmisji ciepła z warystora do niskotopliwego lutowanego połączenia oraz dla zabezpieczenia wystarczającej inercji cieplnej, nieruchomy zestyk składa się z korpusu, który otacza część powierzchni bocznych i część obwodu warystora. Korzystnym jest również, jeżeli nieruchomy zestyk jest w kontakcie przynajmniej z jedną powierzchnią warystora, co polepsza przenoszenie ciepła z warystora do nieruchomego zestyku, przede wszystkim w przypadku wyższych przepływających prądów. Poprzez umieszczenie nieruchomego zestyku na tablicy, osiąga się większe możliwości zastosowania i możliwości łatwego wmontowania do elementu końcowego. Dla osiągnięcia niezawodnego działania prostej konstrukcji urządzenia, oddalający zespół składa się z rozciąganej sprężyny, której jeden koniec jest ułożony na zestyku do odłączenia, a drugi koniec jest ułożony w miejscu nie przewodzącym prądu elektrycznego, korzystnym jest jeżeli drugi koniec sprężyny ułożony jest na tablicy. Dla zabezpieczenie niezawodnego działania urządzenia, zestyk do odłączenia jest połączony w sposób mechaniczny. Również korzystnie, zestyk do odłączenia jest wyposażony w oczko, w którym jest zaprasowany linkowy przewód. W ten sposób osiąga się wystarczająco bezpieczne połączenie obu części we wszystkich wariantach obciążeń prądowych. Wyprowadzenia warystora mają przewodzący przekrój mniejszy lub równy przewodzącemu przekrojowi elementów toru przewodzącego, poprzez który warystor przyłączony jest do zacisku fazy i do zacisku zera elementu końcowego sieci elektrycznej, co zapewnia niezawodność funkcjonowania urządzenia.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania został przedstawiony w sposób schematyczny na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w widoku od przodu, fig. 2 widok urządzenia według fig. 1 z góry w częściowym przekroju, zaś fig. 3 - schemat połączeń.

Urządzenie do ochrony przeciwprzepięciowej wmontowane jest do elementu końcowego 1 sieci elektrycznej, na przykład do gniazda wtykowego. Jak wynika z fig. 3 między zaciskiem fazowym L a zaciskiem zerowym N elementu końcowego 1 podłączony jest warystor 2, przy czym do jednej gałęzi podłączenia warystora 2 jest połączony wyłącznik cieplny 3. Między zaciskiem zerowym N a zaciskiem uziemieniowym PE elementu końcowego połączony jest odgromnik 4.

W przykładzie wykonania wg fig. 1 i fig. 2 przedstawione jest urządzenie do ochrony przeciwprzepięciowej umieszczone na tablicy 10, nadającej się do połączenia na przykład do tylnej ściany korpusu elementu końcowego 1, przy czym po podłączeniu do odpowiednich zestyków elementu końcowego 1 możliwe jest ułożenie całego urządzenia w znanej nie przedstawionej na rysunku puszce izolacyjnej.

Na tablicy 10 ułożone jest zakończenie 511 pierwszego doprowadzającego przewodu 51 i zakończenie 521 drugiego doprowadzającego przewodu 52, przy czym wolne końce pierwszego doprowadzającego przewodu 51 i drugiego doprowadzającego przewodu 52 przeznaczone są do przyłączenia do zacisku fazy L lub do zacisku zera N elementu końcowego 1. Do zakończenia 511 pierwszego doprowadzającego przewodu 51 przymocowane jest pierwsze wyprowadzenie 21 warystora 2, którego drugie wyprowadzenie 22 jest podłączone do nieruchomego zestyku 31 wyłącznika cieplnego 3, który ponadto zawiera zestyk 32 do odłączania, który jest połączony z nieruchomym zestykiem 31 poprzez niskotopliwe lutowane połączenie 33, którego temperatura topnienia jest mniejsza niż temperatura topnienia pozostałych części urządzenia, na przykład 130°C do 140°C. Zestyk 32 do odłączenia wyłącznika cieplnego 3 wyposażony jest w oczko 321, w którym, w sposób mechaniczny - bez zastosowania lutowania - tj. na przykład poprzez prasowanie, zamocowany jeden koniec linkowego przewodu 34, którego drugi koniec przymocowany jest do zakończenia 521 drugiego doprowadzającego przewodu 52. Na zestyku 32 do odłączenia wyłącznika cieplnego 3 jest wytworzony chwytak 322, w którym jest ułożony jeden koniec oddalającego zespołu 35, wytwarzający oddalającą siłę F działającą na zestyk 32 do odłączania w kierunku od nieruchomego zestyku 31. W przedstawionym przykładzie wykonania oddalający zespół 35 jest utworzony z wykorzystaniem rozciąganej sprężyny 351, której jeden koniec jest umieszczony w chwytaku 322 zestyku 32 do odłączania a drugi koniec jest umieszczony na tablicy 10, która jest wykonana z materiału nie przewodzącego prądu. Drugi koniec sprężyny 351 może być umieszczony i w innym odpowiednim miejscu nie przewodzącym prądu, na przykład na korpusie elementu końcowego 1.

W przykładzie wykonania nie przedstawionym na rysunku oddalający zespół 35 składa się ze sprężyny płytkowej lub sprężyny spiralnej.

PL 194 860 B1

Nieruchomy zestyk 31 wyłącznika cieplnego 3 składa się z korpusu, który otacza część powierzchni bocznych warystora 2 i część obwodu warystora 2. Nieruchomy zestyk 31 jest przy tym w kontakcie z co najmniej jedną z wymienionych powierzchni warystora 2, co gwarantuje dobre przekazywanie ciepła z warystora 2 do nieruchomego zestyku 31 a następnie do niskotopliwego lutowanego połączenia 33. Tor przewodzący prądu warystora 2, składa się z przyłączającej linii 5, linkowego przewodu 34 i wyłącznika cieplnego 3, którego przekrój przewodzący jest większy lub równa się przekrojowi przewodzącemu wyprowadzenia 21,22 warystora 2.

Przy obniżeniu napięcia warystora 2 zaczyna przez ten warystor przepływać prąd elektryczny. Przy przepływie małego prądu rzędu dziesiątków miliamperów, dochodzi do nagrzewania warystora 2. Od warystora 2 poprzez drugie wyprowadzenie 22 warystora, nagrzewa się nieruchomy zestyk 31 wyłącznika cieplnego 3, od którego nagrzewa się niskotopliwe lutowane połączenie 33, które roztapia się, co powoduje, że siła rozciąganej sprężyny 351 odchyla zestyk 32 do odłączenia od nieruchomego zestyku 31, przez co warystor 2 zostaje odłączony się od źródła prądu. Na skutek tego, że zestyk 32 do odłączania jest przyłączony do zakończenia 521 drugiego doprowadzającego przewodu 52 przy pomocy linkowego przewodu 34, rozciągana sprężyna 351 może w każdym przypadku oddalić zestyk 35 do odłączenia na wystarczającą odległość od nieruchomego zestyku 31.

Przy przepływie wyższego prądu, rzędu dziesiątków amperów, warystor 2 bardzo szybko nagrzewa się i powoduje nagrzewanie się nieruchomego zestyku 31, poprzez przekazywanie ciepła z powierzchni warystora 2 do powierzchni nieruchomego zestyku 31, który otacza warystor 2 i ewentualnie jest z nim w kontakcie, tak że wcześniej dochodzi do roztopienia niskotopliwego lutowanego połączenia 33 i rozłączenie zestyku 32 do oddalenia od nieruchomego zestyku 31 poprzez działanie rozciąganej sprężyny 351. Wielkość nieruchomego zestyku 31 oraz odpowiednie wymiary przekroju przewodzącego elementów toru przepływu prądu warystora 2, pozwalają, dzięki dobremu przewodzeniu prądu i wystarczającej bezwładności cieplnej, na zastosowanie dodatkowej ochrony szeregowej tylko w postaci wyłącznika zabezpieczającego.

Urządzenie do ochrony przeciwprzepięciowej, oprócz przedstawionego i opisanego wykonania, może być dostosowane konstrukcyjnie do różnych konkretnych wykonań elementów końcowych 1 sieci elektrycznej, przy czym istotną cechą wszystkich rozwiązań jest zachowanie małej grubości urządzenia, co pozwala na jego umieszczenie między tylną stroną korpusu elementu końcowego 1 a dnem nie przedstawionej na rysunku puszki instalacyjnej. Zachowanie właściwych wymiarów przekroju elementów torów przepływu prądu warystora 2, daje się uzyskać poprzez kształt nieruchomego zestyku 31, zestyku 32 do odłączenia, oraz poprzez kształt, wielkości i umieszczenie przewodu 5 do przyłączenia oraz przez umieszczenie końca rozciąganej sprężyny 351 na miejscu nieprzewodzącym.

Urządzenie działa niezawodnie w całym zakresie możliwych obciążeń prądowych, a dla prądów zwarć nie wymaga stosowania wejściowego bezpiecznika, lecz wystarczy tylko z wejściowy wyłącznik ochronny. W przypadku przedstawionego wykonania prawidłowe działanie urządzenia sygnalizowane jest poprzez znaną lampę jarzeniową, przyłączoną do obwodu w znany sposób.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do ochrony przeciwprzepięciowej elementu końcowego sieci elektrycznejj zawierające warystor, którego pierwsze i drugie wyprowadzenie są połączone z doprowadzającymi przewodami, które służy do podłączenia do zacisku fazy lub zera elementu końcowego, przy czym jedno z wyprowadzeń jest przyłączone do przewodu doprowadzającego w sposób, który pozwala na jego odłączenie pod wpływem ciepła, znamienne tym, że drugie wyprowadzenie (22) warystora (2) jest przyłączone do nieruchomego zestyku (31) wyłącznika cieplnego (3), przy czym nieruchomy zestyk (31) jest poprzez niskotopliwe lutowane połączenie (33) połączony z zestykiem (32) do odłączenia, który jest poprzez linkowy przewód (34) połączony z drugim doprowadzającym przewodem (52), przy czym zestyk (32) do odłączenia jest sprzęgnięty z oddalającym zespołem (35), wytwarzającym oddalającą siłę (F), działającą na zestyk (32) do odłączenia w kierunku od nieruchomego zestyku (31).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że warystor (2) umieszczony jest na tablicy (10).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że nieruchomy zestyk (311 skkada się z korpusu otaczającego część powierzchni bocznych i część obwodu warystora (2) .
4. 4. Urządzenie według zasSrz. 1 albo 2, tym, że jtie-uchomy zesSyk (311 w kontakcie z przynajmniej jedną powierzchnią warystora (2) .

   PL 194 860 B1
5. 5. Urządzeniewedług zastrz. 3, znamienne tym, ze nieruchomy zestyk (31) jest umieszczony na rsblizy ()0).
6. 6. Urządzeniewedług zastrz. ż, znamienne tym, żer nieruchomy zestyk (31)jest urn ieszczony ns rsblizy ()0).
7. 7. Urządzenie według zastrz. z albo 2, znamienne tym, że oddalające zespół z35) składa się e roezidgsnsj (35)), której jsZsi koriisz gmiszezeonk jstr m .stryku (32) Zo □d^zemis, s Zregi koriisz jstr gmistezeoik w misjtzg nispreswoZedZkm p^Zu slskrrkzensgo.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że drugi koniec rozciąganej sprężyny (35)) jstr gmiszezeonk m łsblizk ()0).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znemienne tym, że zestyk z32) do odłączania z est połdzeorik w tpotób mszhsnizenk.

   )0. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że zestr^k z32) do odłączali j est wypooażoik w ozeko (32)), w któzym jstł esprszowsnk lirikowk pzeswół (34).

   )). Ur^^c^ż^^r^iri wesług zestrz. z albo 2, znemienee tym, że wyprowaszenia zo, 22) waryktooz z2) msjc preswoZeczk pizskrój mnisjzek lgb rówrik przswoZeczsmu pokrojowi stemsitów łom pzeswołeczsgo, poprese któzy wsrkztor (2) pzekłczeoik jstl Zo eszitkg fsek (L) i Zo eszitkg esra (N) slsmsitó końzowsgo ()) tiszi slsktrkzensj.