PL206574B1 - Ogranicznik przepięciowy - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 206574 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 377672 ^{(51) Int.Cl.}

H01T 4/00 (2006.01) H01C 7/12 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 17.10.2005 (54) Ogranicznik przepięciowy

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI, Warszawa, PL
30.04.2007 BUP 09/07	(72) Twórca(y) wynalazku:
	PIOTR BUJŁO, Wrocław, PL JACEK CHMIELOWIEC, Wrocław, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2010 WUP 08/10	JANUSZ KARATOWICZ, Wrocław, PL GRZEGORZ PAŚCIAK, Wrocław, PL STANISŁAW RÓŻECKI, Wrocław, PL

PL 206 574 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ogranicznik przepięciowy przeznaczony do zabezpieczania przed przeciążeniem napowietrznych sieci energetycznych wysokiego napięcia.

Znane są rozwiązania konstrukcyjne ograniczników przepięciowych, zwanych także ochronnikami przepięciowymi, które są zbudowane z dwóch metalowych końcówek przyłączeniowych, czyli inaczej złączy stykowych, między którymi, współosiowo z nimi, umieszczony jest co najmniej jeden element warystorowy, w kształcie krążka, wykonany z nieliniowego materiału oporowego, np. tlenku cynku. W rozwiązaniach tych wytworzenie odpowiedniej siły zestyku pomiędzy poszczególnymi elementami oraz osiągnięcie zwartości mechanicznej konstrukcji części czynnej ogranicznika uzyskuje się za pomocą pętli spinających, dwóch, trzech lub większej ich liczby działających niezależnie od siebie, zaczepionych o złącza stykowe. Pętle spinające, zazwyczaj o przekroju prostokątnym, mają dwa boki dłuższe o ściankach równoległych połączonych odcinkami półkolistymi i wykonywane są z taśmy z izolacyjnego tworzywa sztucznego, wykonanego z włókna szklanego zawieszonego w matrycy polimerowej. Są one zaczepione o złącza stykowe w ten sposób, że znajdują się w pewnej, dobranej odległości od elementów warystorowych. Ograniczniki są otoczone od zewnątrz obudową z materiał u izolacyjnego odpornego na dział anie czynników atmosferycznych, która osł ania elementy warystorowe i pętle spinające oraz częściowo złącza stykowe.

Z polskiego opisu patentowego nr 172988, będącego analogiem patentu USA nr 5,517,382, znany jest ochronnik przepięciowy o wyżej wymienionych cechach konstrukcyjnych. Poza pętlami spinającymi, ochronnik jest wyposażony w śrubę dociskową, umieszczoną w przeznaczonym do uziemienia złączu stykowym, usytuowaną w osiowo wykonanym otworze gwintowanym. Powierzchnia przylegania pętli spinającej do pierwszego złącza stykowego zbiega się z taką powierzchnią przylegania drugiego złącza stykowego, zaś na tych powierzchniach osadzone są końce pętli spinających, mające kształt półkolisty. Powierzchnie przylegania pętli znajdują się na wykonanych jako odsadzenia nasadkach albo w wybraniach w postaci rowków, przy czym może być dwie lub trzy powierzchnie przylegania, stosownie do liczby pętli. Pętle spinające mogą być wytworzone ze zwiniętej taśmy osadzonej w matrycy z tworzywa sztucznego, przy czym matryca jest wytwarzana przez utwardzanie tworzywa sztucznego przed założeniem pętli na powierzchnie przylegania lub po nałożeniu. Na drodze prądowej, pomiędzy złączami stykowymi, znajdują się elementy przepływowe dla prądu, deformowane pod działaniem wytworzonej siły stykowej, które są krążkami wykonanymi z aluminium i mają bruzdy usytuowane wokół osi na obydwu powierzchniach czołowych krążka. Dodatkowo stosuje się jeszcze płytki dociskowe, również w postaci krążków, także z aluminium lub stopu aluminiowego. W rezultacie pomiędzy każdym złączem stykowym a elementem warystorowym ulokowana jest płytka dociskowa i element przepływowy dla prądu w postaci krążka z bruzdami, a pomiędzy elementami warystorowymi są krążki z bruzdami. Zatem stosownie do liczby elementów warystorowych zwiększa się liczba krążków stanowiących elementy przepływowe.

Budowa tego ochronnika jest skomplikowana przez liczbę elementów mających na celu zapewnienie dobrego docisku, przy czym poza pętlami nieodzowne jest dokręcenie śruby dociskowej, po założeniu pętli. Skomplikowany jest także sposób wykonywania ochronnika, zwłaszcza podczas nakładania pętli, a szczególnie w przypadku, gdy prowadzi się proces utwardzania taśmy po nałożeniu pętli.

Z polskiego patentu nr 183048, stanowią cego analog patentu USA nr 5,942,968 znany jest ochronnik przepięciowy, będący w zasadzie odmianą opisanego wyżej rozwiązania według patentu 172988. Różnica polega na innej konstrukcji mocowania pętli spinających. W każdym złączu stykowym wykonane jest wybranie z biegnącym poprzecznie do wzdłużnej osi ochronnika szczelinowym odcinkiem, rozciągającym się od zewnętrznej powierzchni oprawy, aż za tę oś, przy czym pętla jest w obszarze swoich końców wprowadzona poza tę oś, w te szczelinowe odcinki obu złączy stykowych i przylega każdym ze swych końców do ograniczającej szczelinowy odcinek powierzchni. Jak pokazano na przykładzie ochronnik przepięciowy według patentu 183048 ma także śrubę dociskową w jednym ze złączy stykowych i jest ponadto wyposażony w dwa elementy sprężynowe wytwarzające docisk stykowy, mające postać sprężyn talerzowych oraz płytkę dociskową w formie krążka i dwa elementy prądowe w formie płytek z rowkami wykonanymi współosiowo, a także płytkę dociskową i co najmniej jedną owalną pętlę spinającą co wraz z obudową stanowi 11 elementów, przy jednym tylko elemencie warystorowym. Ochronnik według patentu 183048 ma podobne właściwości do ochronnika według patentu 172988 i podobną technologię wykonywania.

PL 206 574 B1

Do montażu tego ochronnika potrzebny jest szablon zapewniający osiowe prowadzenie, w którym złącza stykowe i warystor układa się w kolumnę, a następnie za pomocą pętli łączy się wstępnie wszystkie te elementy z tym, że pętla musi być głęboko wsunięta w odcinki szczelinowe, aż jej końce przejdą poza podłużną oś ochronnika. Wymagany docisk uzyskiwany jest poprzez dokręcenie śruby ulokowanej w jednym ze złączy stykowych. Można także stosować inny nieco sposób, w którym pętlę spinającą wykonuje się podczas montażu ochronnika.

Wynalazek dotyczy ogranicznika przepięciowego składającego się z dwóch złączy stykowych, między którymi usytuowany jest współosiowo co najmniej jeden element warystorowy, otoczonego osłoną izolacyjną, w którym siłę docisku wywołują co najmniej dwie pętle spinające, wykonane z taśmy z włókna szklanego zawieszonego w matrycy polimerowej, zaczepione o złącza stykowe.

Istota wynalazku polega na tym, że każda izolacyjna pętla spinająca jest wykonana z taśmy składającej się z włókna szklanego zawieszonego w matrycy polimerowej, o właściwościach mechanicznych zapewniających docisk elementów stosu warystorowego i ma kształt zbliżony do elipsy na obu końcach ukształtowanej półkoliście, przy czym największa odległość Li ramion pętli od siebie w stanie swobodnym pętli jest mniejsza w stosunku do wysokości Hi pętli i wynosi od 10 do 50% tej wysokości Hi oraz ta sama największa odległość Li w stanie swobodnym pętli jest co najmniej o 15% większa od największej odległości L2 ramion pętli w stanie napięcia, po nałożeniu jej na zaczepy, którymi są półkoliste rowki wykonane w tych częściach złącz stykowych, które przylegają do elementów warystorowych.

Korzystne jest, stosownie do wymagań mechanicznych stawianych ogranicznikowi, gdy liczba pętli spinających wynosi 3 lub 4 lub n, przy czym odpowiednio do liczby pętli, złącza mają tę samą liczbę półkolistych rowków, rozmieszczonych względem siebie pod kątem i20 stopni albo pod kątem 90 stopni albo 360/n stopni.

Korzystne jest także, gdy w wieloelementowym stosie warystorowym znajduje się, pomiędzy co najmniej dwoma elementami, płytka korekcyjna z aluminium lub z jego stopu.

W celu regulacji siły docisku korzystne jest, gdy jedno ze złącz stykowych jest wyposażone w śrubę korekcyjną.

W rozwiązaniu według wynalazku wykorzystuje się, dzięki sprężystości materiału pętli i dobranemu quasi eliptycznemu kształtowi, powstanie sił, które podczas montażu, pod naciskiem skierowanym od zewnątrz na ramiona pętli w stanie swobodnym, powodują zwiększenie jej wysokości L2 i stosowne oddalenie jej półkolistych końcówek od siebie, co pozwala na łatwe ulokowanie ich w półkolistych rowkach złącz kontaktowych, a następnie, po zwolnieniu nacisku, ponowne zwiększenie odległości ramion pętli od siebie, jednak na odległość mniejszą niż w stanie swobodnym. Wytworzona w ten sposób siła docisku powoduje wystarczające stykowe zespolenie poszczególnych elementów ogranicznika ze sobą, dzięki czemu nie ma bezwzględnej konieczności stosowania dodatkowych elementów wywołujących siłę docisku. Rozwiązanie konstrukcyjne charakteryzuje się prostotą konstrukcyjną, małą ilością części składowych i niezwykle prostym montażem, nie wymagającym żadnych skomplikowanych urządzeń i procedur. Dodatkową jego zaletą jest możliwość regulowania siły nacisku stykowego przez odpowiednią zmianę geometrycznych wymiarów pętli spinających. Konstrukcja ta daje również możliwość łatwego dostosowania właściwości mechanicznych ogranicznika, głównie wytrzymałości na obciążenie zginające, do wymagań stawianych przez odbiorców. Liczba części składowych ogranicznika według wynalazku sprowadza się do kombinacji czterech rodzajów elementów, to jest dwóch identycznych okuć, górnego i dolnego, elementu warystorowego, pętli spinających w ilości zależnej od wymagań mechanicznych postawionych przez odbiorców oraz ewentualnie płytki korekcyjnej, służącej do wyrównania zmienności wysokości stosu warystorowego, wynikającej z technologicznych tolerancji wymiarowych uzyskiwanych w produkcji pojedynczych elementów warystorowych. W porównaniu do rozwiązań znanych z polskich patentów i72988 i i83048, w których ilość elementów składowych jest większa od i0, jest to znaczne uproszczenie konstrukcyjne, prowadzące do obniżenia kosztów wytwarzania. Montaż korpusu ograniczników, zgodnych z wynalazkiem, nie wymaga żadnych skomplikowanych urządzeń i jest bardzo szybki. Zaletą tej konstrukcji jest możliwość łatwego demontażu korpusu, w przypadku stwierdzenia podczas międzyoperacyjnej kontroli technicznej niezgodności z wymaganiami technicznymi i wymiany wadliwego elementu.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania, pokazanych na rysunku, na którym fig. i przedstawia ogranicznik w przekroju osiowym według pierwszego przykładu, fig. 2 pokazuje, w widoku z boku, górne jego złącze stykowe, a fig. 3 - w widoku od spodu, to samo złącze, fig. 4 pokazuje w widoku z boku pętlę spinającą w stanie swobodnym, a fig. 5 - w stanie napięcia, po włoże4

PL 206 574 B1 niu jej w zaczepy, natomiast fig. 6 przedstawia w widoku od spodu złącze stykowe dla trzech pętli spinających, a fig. 7 pokazuje w przekroju osiowym złącze stykowe dolne ze śrubą korekcyjną.

P r z y k ł a d I. Przykład ten przedstawia ogranicznik przepięciowy wyposażony w cztery pętle spinające. Pomiędzy górnym stykowym złączem 1 a dolnym stykowym złączem 2 znajdują się, usytuowane z nimi współosiowo, cztery warystorowe elementy 3, tworzące stos warystorowy. Pomiędzy drugim a trzecim warystorowym elementem 3, ulokowana jest korekcyjna płytka 4, wykonana z aluminium, wyrównująca niedokładności wymiarowe warystorowych elementów 3. Złącza 1 i 2 są połączone czterema spinającymi pętlami 5, zaczepionymi w półkolistych rowkach 6 o przekroju kwadratowym, które są wykonane w częściach 7 złączy stykowych o mniejszej średnicy, przylegających do warystorowych elementów 3 i są względem siebie usytuowane pod kątem prostym. Ogranicznik ma osłonę 8 z odpowiednio dobranego materiału izolacyjnego, która okrywa stos warystorowy, pętle spinające 5 i częściowo złącza stykowe 1, 2, w których znajdują się gwintowane otwory 9, przeznaczone do przyłączenia ogranicznika do układu elektrycznego. Spinające pętle 5 mają następujące relacje wymiarowe, a mianowicie największa odległość Lj. pomiędzy ramionami pętli 5 w stanie swobodnym w stosunku do wysokości Hi pętli wynosi 25%, a ta odległość Lj w stosunku do największej odległości L₂ pomiędzy ramionami pętli 5 w stanie napięcia, po nałożeniu jej na złącza 1, 2 jest większa o 20%. Uzyskany nacisk ma wartość rzędu pojedynczych kN, co jest wystarczające do osiągnięcia elektrycznego i mechanicznego styku złącz i stosu warystorowego.

P r z y k ł a d II. Przykład ten różni się tylko tym od przykładu pierwszego, że ogranicznik ma trzy spinające pętle 5, a półkoliste rowki 6 są usytuowane w płaszczyznach przesuniętych symetrycznie w stosunku do siebie o 120 stopni, natomiast w dolnym stykowym złączu 2 jest ulokowana korekcyjna śruba 10.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ogranicznik przepięciowy składający się z dwóch złączy stykowych, między którymi usytuowany jest współosiowo co najmniej jeden element warystorowy, otoczony osłoną izolacyjną, w którym siłę docisku wywołują co najmniej dwie pętle spinające zaczepione o złącza stykowe, znamienny tym, że każda spinająca pętla izolacyjna (5) jest wykonana z taśmy z włókna szklanego zawieszonego w matrycy polimerowej i ma kształt zbliżony do elipsy, na obu końcach ukształtowanej półkoliście, przy czym największa odległość (Lą) ramion pętli (5) między sobą, w stanie swobodnym, jest mniejsza w stosunku do wysokości (H1) pętli (5) i wynosi od 10 do 50% tej wysokości (H.1) oraz ta sama największa odległość (L₁) w stanie swobodnym pętli (5) jest co najmniej o 15% większa od największej odległości (L₂) ramion pętli (5) w stanie napięcia, po nałożeniu jej na zaczepy, którymi są półkoliste rowki (6) wykonane w tej części stykowych złącz (7), które przylegają do warystorowych elementów (3).
2. 2. Ogranicznik przepięciowy według zastrz. 1, znamienny tym, że przy trzech spinających pętlach (5) płaszczyzny półkolistych rowków (6) są względem siebie rozstawione symetrycznie pod kątem 120 stopni.
3. 3. Ogranicznik przepięciowy według zastrz. 1, znamienny tym, że przy czterech spinających pętlach (5) płaszczyzny półkolistych rowków (6) są względem siebie rozstawione symetrycznie pod kątem 90 stopni.
4. 4. Ogranicznik przepięciowy według zastrz. 1, znamienny tym, że przy liczbie n spinających pętli (5) płaszczyzny półkolistych rowków (6) są względem siebie rozstawione symetrycznie pod kątem 360/n stopni.
5. 5. Ogranicznik przepięciowy według zastrz. 1, znamienny tym, że w wieloelementowym stosie warystorowym znajduje się, pomiędzy co najmniej dwoma warystorowymi elementami (3), korekcyjna płytka (4) z aluminium lub z jego stopu.
6. 6. Ogranicznik przepięciowy według zastrz. 1, znamienny tym, że jedno ze stykowych złącz (1) lub (2) jest wyposażone w korekcyjną śrubę (10).