RS61022B1

RS61022B1 - Uređaj prenaponske zaštite sa više varistorskih vafera

Info

Publication number: RS61022B1
Application number: RS20201341A
Authority: RS
Inventors: Tine Tavcar; Sasa Rustja; Alexis Chorozoglou; George Peppas; Fotis Xepapas; Zafiris G Politis
Original assignee: Ripd Res And Ip Development Ltd
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2018-08-25
Publication date: 2020-12-31
Also published as: EP3716296A3; CY1123713T1; HUE051788T2; CN109727739A; ES2827702T3; HRP20201798T1; HRP20250280T1; CN109727739B; PT3413320T; EP3716296B1; EP3716296C0; EP4489036A2; EP4489036A3; RS66508B1; PL3413320T3; ES3006033T3; CN115116683A; DK3413320T3; EP3413320B1; HUE070401T2

Description

Opis

OBLAST PRONALASKA

[0001] Ovaj pronalazak se odnosi na uređaje za zaštitu kola i, posebno, na uređaje i postupke za prenaponsku zaštitu.

POZADINA PRONALASKA

[0002] Često se preko servisnih linija koje isporučuju električnu snagu do stambenih jedinica i komercijalnih ili institucionalnih objekata koristi prekomerna vrednost napona ili struje. Takav višak napona ili skokovi struje (tranzijentni prenaponi i udarne struje ) mogu nastati od udara groma, na primer. Gore navedeni događaji mogu biti posebno zabrinjavajuća pojava u telekomunikacionim distribucionim centrima, bolnicama i drugim objektima gde šteta na opremi, koja je nastala usled prenapona i/ili strujnih udara i nastalog vremena ispada napajanja može izazvati veoma velike troškove.

[0003] Obično, osetljiva elektronska oprema može biti zaštićena od tranzijentnih prenapona i udarnih struja korišćenjem uređaja za zaštitu od prenaponskih udara (eng. Surge Protective Devices – SPD). Na primer, napravljen je kratak osvrt na sliku 1, gde se nalazi sistem, koji sadrži konvencionalnu zaštitu od prenapona i udara. Uređaj prenaponske zaštite 12 može biti instaliran na ulazu snage opreme koja se štiti 50, koja je najčešće zaštićena od prevelikih udarnih struja, u trenutku otkaza. Tipičan vid otkaza SPD uređaja je krakat spoj. Prekostrujna zaštita koja se najčešće koristi, je kombinacija unutrašnjih termičkih rastavljača, koji štite uređaj od pregrevanja usled povećanih struja curenja i spoljašnjih osigurača za zaštitu uređaja od viših struja greške. Različite SPD tehnologije mogu izbeći upotrebu unutrašnjih termičkih rastavljača, s obzirom da, u slučaju otkaza, oni menjaju svoj način rada na nisku omsku otpornost. Shodno tome, uređaj može podneti značajne struje kratkog spoja. S tim u vezi, možda ne postoji operativna potreba za unutrašnjim termičkim rastavljačima. Nadalje, pored gore navedenog, neka od izvođenja, koja imaju čak i sposobnost da izdrže i veće struje kratkog spoja, mogu takođe biti zaštićena samo osiguračem glavnog kola u instalaciji, bez potrebe za posebno dodeljenim osiguračem grane kola.

[0004] Sada se navodi kratak osvrt na sliku 2, koja je blok dijagram sistema, koji uključuje konvencionalnu zaštitu od prenaponskih i strujnih udara. Kao što je prikazano, u električnoj mreži može biti povezan trofazni vod, čime se snabdeva električnom energijom jedan ili više transformatora 66, koji mogu snabdevati trofaznom električnom energijom do prekidača 68. Trofazna električna energija može biti obezbeđena za jedan ili više distributivnih panela 62. Kao što je prikazano, tri linijska voda napona, trofazne električne snage, mogu biti označena kao L1, L2 i L3 i neutralni vod može biti označen kao N. U nekim izvođenjima, neutralni vod N može biti provodno povezan sa uzemljenjem.

[0005] Neka od izvođenja sadrže uređaje prenaponske zaštite 15 (SPD). Kao što je prikazano, svaki od SPD uređaja 15 može biti povezan između odgovarajućih vodova L1, L2, L3 i neutrala (N). SPD 15 može štititi drugu opremu u instalaciji, kao što je između ostalog distributivni panel. Osim toga, SPD uređaji se mogu koristiti za zaštitu sve opreme u slučaju prenapona dužeg trajanja. Međutim, takav uslov može prisiliti SPD uređaj da provodi ograničenu struju za produženi period vremena, što može rezultovati u pregrevanju SPD uređaja i njegovom mogućem ispadu (zavisno od izdržljivosti na energiju koju SPD uređaj može apsorbovati i nivo i trajanje prenaponskih uslova). Tipičan radni napon SPD uređaja 15 u prikazanom primeru može biti oko 400 V (za sisteme međufaznog napona od 690 V L-L). U tom smislu, SPD uređaji 15 se ponašaju kao izolatori i time ne provode struju u uslovima normalnog pogonskog rada. U takvim izvođenjima, radni napon SPD uređaja 15 je značajno veći od normalnog faznog napona, kako bi se obezbedilo da SPD 15 uređaj nastavi da nastupa kao izolator, čak i u slučajevima u kojima se napon sistema povećava usled uslova prenapona, koji mogu nastati kao rezultat gubitka neutralnog provodnika ili drugih problema elektroenergetskog sistema.

[0006] U slučaju pojave udarne struje u , na primer L1 vodu, zaštita uređaja opterećenja elektroenergetskog sistema mora obavezno obezbediti prolazak struje do uzemljenja za prekomernu vrednost udarne struje. Udarna struja može generisati prelazni prenapon između voda L1 i neutralnog voda N. S obzirom da prelazni prenapon značajno premašuje radni napon uređaja SPD 15, SPD 15 postaje provodan, omogućavajući protok prekomernoj struji od voda L1 preko uređaja SPD 15 do neutrala N. Nakon što je udarna struja provedena do neutrala N, završavaju se uslovi pojave prenapona i uređaj SPD 15 može ponovo postati neprovodan. Međutim, u nekim slučajevima, jedan ili više uređaja SPD 15 mogu početi dozvoljavati provođenje struje curenja čak i pri naponima koji su niži od radnog napona uređaja SPD 15. Takvi uslovi se mogu desiti u slučaju pogoršanja rada SPD uređaja.

[0007] Kao što je gore navedeno, uređaji za zaštitu opreme od prevelikog napona ili strujnih udara (tranzijentni prenaponi i udarne struje) mogu uključivati integrisane varistore (na primer, metal-oksidne varistore (eng. Metal oxide varistors – MOV) i/ili silikon-karbidne varistore).

[0008] CA 2,098,365 A1 opisuje odvodnike prenapona za zaštitu distributivnih transformatora od štete, koja može nastati usled udarnih struja nastalih atmosferskim pražnjenjem, koje se pojavljuju na sekudarnom namotaju, sa transformatorske niženaponske strane. Odvodnici prenapona imaju naponski zavisne varistore, koji se zadržavaju u poziciji opružnom spojnicom.

[0009] US 5,130,884 opisuje varistore za zaštitu od prenapona, koji se povezuju, za pojavu tranzijentnih udara, otočno prema zemlji, pre nego što dođe do štete na brojilima električne energije ili potrošača koji su spojeni na vod. Provodni laminarni članovi pružaju kompaktnu vezu paralelnih krugova varistora, kako bi se povećao kapacitet prenosa struje zaštitnih aparata koji ih sadrže.

[0010] EP 1 798 742 A1 opisuje uređaj za zaštitu od prenapona, koji sadrži prvi i drugi električno provodni elektrodni član i varistorski član.

[0011] US 3, 863, 111 opisuje uređaj za zaštitu od prenapona sa višestrukim polikristalnim varistorskim elementima u grupnoj konfiguraciji.

Kratak pregled pronalaska

[0012] Obezbeđen je uređaj za zaštiti od prenapona prema zahtevu 1. Prema izvođenjima iz prikaza, prenaponski zaštitni uređaj sadrži prvi elektrodni član, drugi elektrodni član i varistorski sklop. Varistorski sklop može sadržavati mnoštvo varistorskih okidača, od kojih se svaki sastoji od varistorskog materijala; i najmanje jednog električno vodljivog, međuspojnog elementa, koji povezuje varistorske okidače u električnu paralelu između prvog i drugog elektrodnog člana. Varistorski okidači mogu biti aksijalno složeni između prve i druge elektrode.

[0013] Prema nekim izvođenjima, mnoštvo varistorskih okidača sadržava prvi, drugi i treći varistorski okidač, i najmanje jedan međuspojni član uključuje najmanje prvi i drugi međuspojni član, koji povezuju varistorske okidače u električnu paralelu između prvog i drugog elektrodnog člana.

[0014] U nekim izvođenjima, prvi međuspojni član dodiruje i električno povezuje svaki od prvih elektrodnih članova i prve, druge i treće varistorske vafere, i drugi međuspojni član dodiruje i električno povezuje svaki od drugih elektrodnih članova i prve, druge i treće varistorske vafere.

[0015] U nekim izvođenjima, svaki od prvih, drugih i trećih varistorskih vafera sadrži međusobno suprotstavljene (opozitne) ravne kontaktne površine, svaki od prvih i drugih međuspojnih članova sadrži dva međusobno udaljena, ravna kontaktna dela i mosni deo (deo za premošćavanje), koji se proteže između i električno povezuje kontaktne delove.

[0016] U nekim izvođenjima, svaki kontaktni deo koristi najmanje 40 procenata svake kontaktne površine.

[0017] Prema nekim izvođenjima, svaki varistorski okidač ima debljinu u opsegu od oko 0,5 mm do 15 mm.

[0018] Prema nekim izvođenjima, svaki varistorski okidač sadrži metalizovane slojeve, koji tvore opozitne ravne kontaktne površine varistorskih okidača.

[0019] Prema nekim izvođenjima, uređaj za prenaponsku zaštitu sadrži vezivno sredstvo, koje povezuje najmanje dva varistorska okidača u varistorskom sklopu, jedan sa drugim. U nekim izvođenjima, vezivno sredstvo je najmanje jedno od adheziva na bazi cianoakrilata i epoksibaziranih lepila. U nekim izvođenjima, vezivno sredstvo je povezano za periferne ivice varistorskih okidača. U nekim izvođenjima, sredstvo za povezivanje sadrži mnoštvo obodno raspoređenih delova mase sredstva, koje su povezane za periferne ivice varistorskih okidača.

[0020] Prema nekim izvođenjima, prva elektroda sadrži elektrodu kućišta, koja uključuje završni zid i integralne bočne stenke zida, koji zajedno definišu šupljinu, druga elektroda se proteže unutar šupljine i varistorski sklop se nalazi u šupljini. U nekim izvođenjima, elektroda kućišta je ravnomerno formirana od metala. U nekim izvođenjima, uređaj za zaštitu od prenapona sadrži sklopni uređaj, za premošćavanje, koji primenjuje opterećenje u obliku aksijalnog pritiska na varistorski sklop.

[0021] Prema nekim izvođenjima, uređaj za prenaponsku zaštiti sadrži sklopni uređaj koji primenjuje opterećenje u obliku aksijalnog pritiska na varistorski sklop.

[0022] Prema nekim od izvođenja, uređaj za prenaponsku zaštitu sadrži električno provodne topljive članove, pri čemu topljivi član reaguje na toplotu u uređaju za prenaponsku zaštitu, tako da se topi i formira električni kratak spoj preko prvih i drugih elektrodnih članova.

[0023] U nekim izvođenjima, uređaj za zaštitu od prenapona sadrži član za popunjavanje praznine, koji popunjava najmanje jedan deo varistorskog sklopa, pri čemu je član za popunjavanje praznine formiran od električno neprovodnog materijala.

[0024] U nekim izvođenjima, član za popunjavanje praznine sadrži udubljenje prijemnika i deo međuspojnog člana se proteže prema van, iznad većeg broja varistora i nalazi se u udubljenju prijemnika.

[0025] Prema nekim od izvođenja, prvi elektrodni član uključuje elektrodu kućišta, koja sadrži završni zid i integralne bočne stenke zida, pri čemu zajedno definišu komoru, komora uključuje prvu potkomoru i drugu potkomoru u fluidnoj komunikaciji sa prvom potkomorom, topljivi član je smešten u prvoj potkomori, varistorski sklop je smešten u drugoj potkomori i prostor praznine je definisan između varistorskog sklopa i bočnih stenki zida; i član za popunjavanje praznine je smešten u prostoru praznine kako bi ograničio protok topljivog člana unutar prostora.

[0026] U nekim izvođenjima, član za popunjavanje šupljine zauzima najmanje 50 procenata prostora šupljine.

[0027] Prema nekim izvođenjima, varistorski sklop sadrži izolatorski vafer, aksijalno umetnut i složen između najmanje dva od većeg broja varistorskih vafera.

[0028] Prema nekim izvođenjima, prva elektroda je elektroda celovitog kućišta, elektroda kućišta uključuje prvu i drugu šupljinu, varistorski sklop je smešten u prvoj šupljini, i uređaj za zaštitu od prenapona nadalje sadrži drugi varistorski sklop i treći elektrodni član. Drugi varistorski sklop je smešten u drugoj šupljini. Drugi varistorski sklop sadrži: veći broj varistorskih vafera, od kojih se svaki sastoji od varistorskog materijala; i najmanje jedan električno provodan međuspojni član. Varistorski vaferi drugog varistorskog sklopa su aksijalno složeni između elektrode kućišta i treće elektrode. Najmanje jedan međuspojni član drugog varistorskog sklopa povezuje varistorske vafere drugog varistorskog sklopa u električnu paralelu između elektrode kućišta i treće elektrode.

[0029] Prema daljim izvođenjima, varistorski sklop uključuje: veći broj varistorskih vafera, od kojih se svaki sastoji od varistorskog materijala; najmanje jedan električno provodan međuspojni element, koji povezuje varistorske vafere u električnu paralelu; i vezivno sredstvo, koje povezuje najmanje dva od varistorskih vafera međusobno u varistorski sklop. Varistorski vaferi i najmanje jedan međuspojni član su aksijalno složeni.

[0030] U nekim izvođenjima, vezivno sredstvo je najmanje jedno od lepila na bazi cianoakrilata i epoksi-baziranih lepkova.

[0031] U nekim izvođenjima, vezivno sredstvo je povezano na periferne ivice varistorskih vafera.

[0032] U nekim izvođenjima, sredstvo za povezivanje sadrži mnoštvo obodno udaljenih delova mase sredstva, koje su povezane za periferne ivice varistorskih vafera.

[0033] Prema izvođenjima iz postupka pronalaska, postupak za formiranje varistorskog sklopa uključuje: obezbeđivanje mnoštva varistorskih vafera, od kojih je svaki formiran od varistorskog materijala; obezbeđivanje najmanje jednog električno provodnog međuspojnog člana; aksijalno naslagane varistorske vafere i najmanje jedan međuspojni član povezuje varistorske vafere u električnu paralelu; nakon toga primenu aksijalnog opterećenja na varistorske vafere i najmanje jedan međuspojni član; i nakon toga povezivanje najmanje dva varistorska vafera međusobno u varistorski sklop, korišćenjem vezivnog sredstva.

[0034] Prema daljim izvođenjima, uređaj za prenaponsku zaštitu sadrži prvi elektrodni član, drugi elektrodni član, varistor, električno provodan topljivi član, i član za popunjavanje šupljine. Varistor je smešten između i električno povezan za svaku od prvih i drugih elektroda. Topljivi član reaguje na toplotu u uređaju za prenaponsku zaštitu, tako da se topi i formira električni kratak spoj preko prvih i drugih elektrodnih članova. Član za popunjavanje šupljine je formiran od električno neprovodnog materijala. Uređaj za prenaponsku zaštitu sadrži bočne zidove, koji obrazuju komoru, komora sadrži prvu potkomoru i drugu potkomoru u fluidnoj komunikaciji sa prvom potkomorom. Sklop varistora je smešten u drugoj potkomori i šupljina je definisana između varistorskog sklopa i bočnih zidova. Član za popunjavanje šupljine je smešten u prostoru šupljine kako bi ograničio protok topljivog člana unutar prostora.

[0035] U nekim izvođenjima, član za popunjavanje šupljine zauzima najmanje 50 procenata prostora šupljine.

[0036] Ovi i drugi predmeti i/ili aspekti predstavljenog pronalaska su detaljno objašnjeni u specifikaciji izloženoj napred.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0037] Prateće slike su priložene kako bi se osiguralo bolje razumevanje izvođenja predloženog pronalaska, obuhvaćene su spisom i čine sastavni deo spisa. Crteži ilustruju neka izvođenja predloženog pronalaska i, zajedno sa opisom, služe kako bi se objasnili principi predloženog pronalaska.

Slika 1 je blok dijagram sistema koji uključuje konvencionalnu zaštitu od prenaponskih udara.

Slika 2 je blok dijagram sistema koji uključuje konvencionalnu zaštitu od prenaponskih udara.

Slika 3 je pogled u perspektivi na uređaj prenaponske zaštite, prema nekim od izvođenja pronalaska.

Slika 4 je razvijeni pogled iz perspektive na uređaj prenaponske zaštite sa slike 3.

Slika 5 je pogled iz preseka na uređaj prenaponske zaštite sa slike 3, duž ose 5-5 na slici 3.

Slika 6 je pogled iz perspektive na varistorski sklop, koji formira deo uređaja prenaponske zaštite na slike 3.

Slika 7 je razvijeni pogled iz perspektive na varistorski sklop sa slike 6.

Slika 8 je pogled na presek varistorskog sklopa sa slike 6, duž ose 8-8 sa slike 6.

Slika 9 je šematski dijagram koji predstavlja električno kolo varistorskog sklopa sa slike 6.

Slika 10 je pogled iz perspektive na uređaj prenaponske zaštite, prema detaljnim izvođenjima pronalaska.

Slika 11 je razvijeni pogled iz perspektive na uređaj prenaponske zaštite sa slike 10.

Slika 12 je pogled na presek uređaja prenaponske zaštite sa slike 10, duž ose 12-12 sa slike 10.

Slika 13 je pogled na presek uređaja prenaponske zaštite, prema druhim izvođenjima pronalaska.

Slika 14 je pogled na presek uređaja prenaponske zaštite, prema drugim izvođenjima pronalaska.

Slika 15 je pogled iz perspektive na uređaj prenaponske zaštite, prema drugim izvođenjima pronalaska.

Slika 16 je pogled na presek uređaja prenaponske zaštite sa slike 15, duž ose 16-16 na slici 15.

Slika 17 je pogled na presek uređaja prenaponske zaštite, prema drugim izvođenjima pronalaska.

Slika 18 je razvijeni pogled iz perspektive na uređaj prenaponske zaštite sa slike 17.

Slika 19 je pogled na presek uređaja prenaponske zaštite sa slike 17, duž ose 19-19 na slici 17.

Slika 20 je pogled odozgo na član za popunjavanje šupljine, koji obrazuje deo uređaja prenaponske zaštite sa slike 17.

Slika 21 je pogled na presek uređaja prenaponske zaštite, prema drugim izvođenjima pronalaska

DETALJAN OPIS IZVOĐENJA PRONALASKA

[0038] Sada će predloženi pronalazak biti detaljnije opisan u daljem tekstu, sa pozivanjem na prateće crteže, u kojima su prikazana ilustrativna izvođenja pronalaska. Na crtežima, relativne veličine regija ili karakteristika mogu biti prikazane uvećano, zbog jasnoće. Ovaj pronalazak može, međutim, biti izveden u mnogim različitim oblicima i ne treba ga posmatrati kao ograničenog na ovde prikazana izvođenja; tačnije, ova izvođenja su opisana kako bi se dao temeljan i celovit prikaz pronalaska, i obim pronalaska, kako je opisan u priloženim zahtevima, u potpunosti prenela stručnjacima iz oblasti.

[0039] Podrazumevaće se da kada je element označen da je „spojen“ ili „povezan“ sa drugim elementom, može se direktno spojiti ili povezati sa drugim elementom ili mogu biti prisutni određeni posredni elementi. Suprotno tome, kada je element označen na način da je „direktno spojen“ ili „direktno povezan“ sa drugim elementom, ne postoje prisutni posredni elementi. Ovde su sličnim brojevima označeni slični elementi.

[0040] Pored toga, prostorno relativni pojmovi, kao što su „ispod“, „dole“, „preko“, „iznad“ i slično, ovde se mogu koristiti za lakše opisivanje, kako bi se predstavio jedan element ili karakteristični odnos prema drugom elementu (elementima) ili karakteristici (karakteristikama), kao što je prikazano na slikama. Razumljivo je da su prostorno relativni pojmovi namenjeni za obuhvatanje različitih usmerenja uređaja u upotrebi ili radu uz usmerenje prikazano na slikama. Na primer, ukoliko je uređaj na slikama okrenut iznad, elementi koji su označeni sa „ispod“ ili „pod“ drugim elementima ili karakteristikama će tada biti usmereni „preko“ drugih elemenata ili karakteristika. Dakle termin iz primera „ispod“ može obuhvatati i usmerenje preko i ispod. Uređaj može biti usmeren na drugi način (rotiran 90 stepeni ili u drugim položajima) i prostorno relativni opisi se tada interpretiraju u skladu sa tim.

[0041] Dobro poznate funkcije ili konstrukcije možda neće biti detaljno opisivane radi skraćenja i/ili jasnoće.

[0042] Kako se koristi ovde, izraz „ili/i“ sadrži jednu ili sve kombinacije jedne ili više povezanih stavki.

[0043] Terminologija koja se koristi ovde je za potrebe opisa samo određenih izvođenja i ne treba da se tumači kao ograničavajuća za pronalazak. Oblici jednine, kako su ovde upotrebljeni, su namenjeni obuhvate takođe i množinu, osim ako to kontekst jasno ne isključuje. Dalje će se razumeti da termini „sastoji“ i/ili „sastoje“, kada se koriste u ovom spisu, ukazuju na prisustvo navedenih karakteristika, celih brojeva, koraka, operacija, elemenata, i/ili komponenti, ali ne isključuju prisustvo ili dodatak jedne ili više karakteristika, celih brojeva, koraka, operacija, elemenata, komponenti i/ili grupa istih.

[0044] Ukoliko nije drugačije definisano, svi pojmovi (uključujući tehničke i naučne termine) korišćeni ovde, imaju ono značenje koje podrazumeva osoba iz struke za oblast kojoj pronalazak pripada. Dalje se podrazumeva da pojmove, poput onih koji su definisani u često korišćenim rečnicima, treba tumačiti tako da imaju značenje koje je u skladu sa njihovim značenjem u kontekstu odgovarajuće oblasti i da neće biti interpretirani u idealizovanom ili preterano formalnom smislu, osim ako nije tako izričito definisano.

[0045] Kako je ovde korišćeno, „monolitni“ označava objekat koji je pojedinačan, i prestavlja jedinstvenu celinu, formiran ili sastavljen od materijala bez spojeva ili šavova.

[0046] Kako je ovde korišćeno, pojam „vafer“ označava sloj koji ima debljinu koja je relativno mala u poređenju sa njegovim prečnikom, dužinom ili širinom.

[0047] Prema slikama 1-9, modularni uređaj za zaštitu od prenaponskih udara (SPD) ili uređaj za zaštitu od prenapona prema izvođenjima predloženog pronalaska je ovde prikazan i označen sa 100. U skladu sa nekim izvođenjima, uređaj 100 za zaštitu od prenapona se koristi kao SPD u električnom kolu, kao što je diskutovano ranije. Na primer, uređaj 100 za zaštitu od prenapona se može koristiti umesto SPD uređaja 12 u sistemu na slici 1 ili umesto SPD uređaja 15 u sistemu na slici 2.

[0048] Uređaj 100 za zaštitu od prenapona je konfigurisan kao jedinica ili modul, koji ima uzdužnu osu A-A (slika 5). Uređaj 100 prenaponske zaštite sadrži prvu elektrodu ili kućište 122, drugu elektrodu u obliku klipa 124, četiri opružne podloške 128E, ravnu podlošku 128D, član izolacionog prstena 128C, dva O-prstena, 130A, 130B, završnu kapicu 128A, sigurnosnu spojnicu 128B, topljivi član 132, izolacionu čauru 134.

[0049] Uređaj 100 za zaštitu od prenapona dalje sadrži varistorski sklop 150, prema izvođenjima predloženog pronalaska. Varistorski sklop 150 uključuje prvi varistorski član 152, drugi varistorski član 154, treći varistorski okidač 156, prvi unutrašnju međuspojni član 160, drugi unutrašnji međuspojni član 162, i sredstvo 164 za povezivanje.

[0050] Uređaj 100 za zaštitu od prenapona može dalje uključivati integrisani sigurnosni mehanizam, uređenje, karakteristike ili sistem 102. Sistem 102 za zaštitu od kvarova je prilagođen da predupredi ili spreči pregrevanja ili toplotni ispad uređaja za zaštitu od prenapona, kao što je detaljnije obrazloženo u nastavku.

[0051] Komponente 122, 124, 128 A-C, koje zajedno čine sklop 121 kućišta , koji definiše zaptivenu, zatvorenu komoru 126. Komponente 122, 124, 128A-E, 132 i 150 su smeštene aksijalno između kućišta 122 i elektrode 124, duž uzdužne ose A-A u zatvorenoj komori 126.

[0052] Kućište 122 ima elektrodni zid 122A i integrisani cilindarski bočni zid 122B, koji se pruža od elektrodnog zida 122A. Bočni zid 122B i elektrodni zid 122A formiraju komoru ili šupljinu 122C, komunicirajući sa otvorenim 122D. Stub sa otvorom 122E izlazi aksijalno prema van iz elektrodnog zida 122A.

[0053] Elektrodni zid 122A ima okrenutu prema unutra, u osnovi ravnu, kontaktnu površinu 122G. Prstenasti zazor 122H za stezaljku je formiran na unutrašnjoj površini bočnog zida 122B. Prema nekim izvođenjima, kućište 122 je izvedeno od aluminijuma. Međutim, može se koristiti bilo koji odgovarajući provodni metal. Prema nekim izvođenjima, kućište 122 je od jednog komada i u nekim izvođenjima celovito. Kućište 122, kako je ilustrovano, je cilindričnog oblika, ali može biti i drugačije oblikovano.

[0054] Unutrašnja elektroda 124 ima glavu 124A, koja je postavljena u šupljinu 122C i integrisanu osovinu 122B, koja je usmerena prema van kroz otvoreni deo 122D.

[0055] Glava 124A ima uglavnom ravnu kontaktnu površinu 124C, koja je okrenuta prema kontaktnoj površini 122G, elektrodnog zida 122A. Par integrisanih, prstenastih, aksijalno raspoređenih prirubnica 124D se pruža radijalno prema van od osovine 124B i definiše prstenasti, bočni žljeb 124E između njih. Navojni otvor 124F je formiran na kraju osovine 124B, kako bi prihvatio vijak 124 za osiguranje elektrode na sabirnici, na primer. Prstenasti, bočni žljeb 124G je formiran na osovini 124B.

[0056] Prema nekim izvođenjima, elektroda 124 je izvedena od aluminijuma. Međutim, može se koristiti bilo koji odgovarajući provodni metal. Prema nekim izvođenjima, elektroda 124 je celovita i, u nekim izvođenjima, monolitna.

[0057] Elektrode 122, 124, izolacioni prsten 128C i završna kapica 128A zajedno definišu zatvorenu komoru 126, koja sadrži topljivi član 132 i varistorski sklop 150.

[0058] Prstenasti zazor je definisan radijalno, između glave 124A i najbliže susedne površine bočnog zida 122B. Prema nekim izvođenjima zazor ima radijalnu širinu u rasponu od oko 1 do 15 mm.

[0059] Topljivi član 132 je prstenast i postavljen je na elektrodi 124 u otvoru 124E. Topljivi član 132 je udaljen od bočnog zida 122B na udaljenosti dovoljnoj da se električno izoluje topljivi član 132 od bočnog zida 122B.

[0060] Topljivi član 132 je izrađen od topljivog, električno provodnog materijala. Prema nekim od izvođenja, topljivi član 132 je formiran od metala. Prema nekim od izvođenja, topljivi član 132 je formiran od električno provodne metalne legure. Prema neki izvođenjima, topljivi član je formiran od metalne legure iz grupe koja se sastoji od legure aluminijuma, cinka, i/ili legure kalaja. Međutim, može se koristiti bilo koji odgovarajući električno provodni metal.

[0061] Prema nekim izvođenjima, topljivi član 132 je odabran tako da ja tačka topljenja veća od propisane maksimalne standardne radne temperature. Maksimalna standardna radna temperatura može biti najveća temperatura koja se očekuje u topljivom članu 132, tokom normalnog rada (uključujući rad sa prenaponskim udarima, unutar vrednosti koje su predviđene za opseg u kojem je sistem), ali ne tokom rada koji, ako ostane neoznačen, rezultuje termičkim ispadom. Prema nekim izvođenjima, topljivi član 132 je formiran od materijala, koji ima tačku topljenja u opsegu od 80 do 160 °C i, prema nekim izvođenjima u opsegu od oko 130 do 150 °C. Prema nekim izvođenjima, tačka topljenja topljivog člana 132 je najmanje 20 °C manja od tačke topljenja kućišta 122 i elektrode 124 i, prema nekim izvođenjima, najmanje 40 °C manja od tačke topljenja tih komponenti.

[0062] Prema nekim od izvođenja, topljivi član 132 ima električnu provodljivost u opsegu od oko 0,5x106 Simensa/metru (S/m) do 4x107 S/m i, prema nekim od izvođenja, u opsegu od oko 1x106 S/m do 3x106 S/m.

[0063] Tri varistorska vafera 152, 154, 156 i dva međuspojna elementa 160, 162 su aksijalno složeni u komori 126, između glave elektrode 124 i elektrodnog zida 122 i formiraju varistorski sklop 150. Međuspojni članovi 160, 162 električno povezuju vafere 152, 154, 156 i elektrode 122, 124, na način predstavljen šematskim električnim dijagramom na slici 9.

[0064] Prema nekim od izvođenja, svaki varistorski okidač 152, 154, 156 je varistorski vafer (tj. vafer ili tanki disk). U nekim izvođenjima, svaki od varistorskih vafera 152, 154, 156 je kružnog oblika i u osnovi ima ravnomernu debljinu. Međutim, varistorski vaferi 152, 154, 156 mogu biti drugačije oblikovani. Debljina i prečnik varistorskih vafera 152, 154, 156 će zavisiti od varistorskih karakteristika, željenih za određenu primenu.

[0065] U nekim izvođenjima, svaki varistorski vafer 152, 154, 156 ima odnos prečnika D1 prema debljini T1 od najmanje tri. U nekim izvođenjima, debljina T1 (slika 8) svakog od varistorskih okidača 152, 154, 156 je u opsegu od oko 0,5 do 15 mm. U nekim od izvođenja, prečnik D1 (slika 8) svakog od varistorskih vafera 152, 154, 156 je u istom opsegu od oko 20 do 100.

[0066] Varistorski sklop 152 ima prve i druge opozitne, uglavnom ravne kontaktne površine 152U, 152L i obodnu ivicu 152E. Varistorski vafer 154 ima prve i druge opozitno postavljene, pretežno ravne kontaktne površine 154U, 154L i obodnu ivicu 154E. Varistorski vafer 156 ima prve i druge opozitne, pretežno ravne kontaktne površine 156U, 156L i obodnu ivicu 156E.

[0067] Varistorski materijal može biti bilo koji odgovarajući materijal, koji se konvencionalno koristi za varistore, tj. materijal koji pokazuje karakteristiku nelinearne otpornosti sa primenjenim naponom. Poželjno je da otpor postane veoma nizak kada se prekorači vrednost propisanog napona. Varistorski materijal mogu biti dopirani metal oksidi ili silikon karbid, na primer. Pogodni metal oksidi sadrže cink-oksidna jedinjenja.

[0068] Svaki varistorski okidač 152, 154, 156 može sadržavati vafer od varistorskog materijala koji je presvučen sa obe strane provodnim premazom 157, tako da izložene površine premaza služe kao kontaktne površine 152U, 152L, 154U, 154L, 156U, 156L. Premaz može biti metalizovana forma koja se sastoji od aluminijuma, bakra ili srebra, na primer. Suprotno tome, čiste površine varistorskog materijala mogu služiti kao kontaktne površine 152U, 152L, 154U, 154L, 156U, 156L.

[0069] Međuspojni članovi 160, 162 su električno provodni. Međuspojni član 160 uključuje par aksijalno raspoređenih kontakata u obliku diska kao delove 160U, 160L, spojene mostom 160B. Međuspojni član 162 uključuje par aksijalno raspoređenih kontakata, u obliku diska, kao delove 162U, 162L, spojene mostom 162B.

1

[0070] Prema neki izvođenjima, svaki kontaktni deo 160U, 160L, 162U, 162L je u osnovi ravan, relativno tanak i u obliku vafera ili diska. U nekim izvođenjima, svaki kontaktni deo 160U, 160L, 162U, 162L ima odnos prečnika D2 (slika 8) prema debljini T2 (slika 8), od najmanje 15. U nekim izvođenjima, debljina T2 svakog kontaktnog dela 160U, 160L, 162U, 162L je u opsegu od oko 0,1 do 3 mm. U nekim izvođenjima, prečnik D2 svakog kontaktnog dela 160U, 160L, 162U, 162L je u opsegu od oko 20 do 100 mm.

[0071] Prema nekim od izvođenja, svaki kontaktni deo 160U, 160L, 162U, 162L nema šupljina koje se protežu kroz debljinu kontaktnog dela.

[0072] U nekim izvođenjima, širina W3 (slika 6) svakog mosta 160B, 162B je u opsegu od oko 2 mm do 10 mm. Poprečni presek svakog mosta 160B, 162B bi trebao biti dovoljno veliki da izdrži struju kratkog spoja koja može teći kroz SPD uređaj, nakon mogućeg kvara jednog ili više varistorskih tankih slojeva 152, 154, 156.

[0073] Prema nekim izvođenjima, međuspojni članovi 160, 162 su formirani od bakra. Međutim, može se koristiti bilo koji pogodan električno provodan metal. Prema nekim izvođenjima, međuspojni članovi 160, 162 su celoviti i, u nekim izvođenjima, monolitni.

[0074] U varistorskom sklopu 150, varistorski vafer 154 je smešten ili ugnježden u sendvič između varistorskih vafera 152, 156, varistorski vaferi 152, 154, 156 su smešteni ili ugnježdeni u sendvič između međuspojnih članova 160, 162, i međuspojni članovi 160, 162 su međusobno isprepletani, kao što je prikazano na slikama 6 i 8. Kontaktni deo 160U zahvata kontaktnu površinu 152U. Kontaktni deo 162U zahvata kontaktne površine 152L i 154U. Kontaktni deo 162L zahvata površinu 156L. Svaki navedeni oblik angažovanja formira blizak fizički i mehanički kontakt između delova identifikovanih međuspojnih kontaktnih članova i varistorskih kontaktnih površina. Svaki navedeni oblik angažovanja formira direktnu električnu vezu ili spajanje između identifikovanih delova međuspojnih kontaktnih delova i varistorskih kontaktnih površina. Kontaktni delovi 160U i 162L formiraju ili koriste kao spoljašnje elektrodne kontaktne površine varistorskog sklopa 150.

[0075] Svaki most 160B, 162B sadrži par odeljaka 163 jezičaka (protežu se radijalno van od kontaktnih delova 160U, 160L ili 162, 162L) i odeljke 165 za povezivanje, koji se aksijalno protežu, povezujući odeljke 163 jezičaka i radijalno su udaljene od susednih perifernih ivica varistorskih vafera 152, 154, 156. U nekim izvođenjima, svaki odeljak 165 za povezivanje se nalazi na udaljenosti D3 (slika 8) od susednih perifernih ivica varistorskih vafera 152, 154, 156. U nekim izvođenjima, udaljenost D3 je u opsegu od oko 0,5 do 15 mm.

[0076] Prema nekim izvođenjima, i kao što je prikazano, nema električnih izolatora koji su umetnuti između komponenata 152, 154, 156, 160, 162.

[0077] U nekim izvođenjima, varistorski vaferi 152, 154, 156 su međusobno obezbeđeni vezivnim sredstvom 164. Prema nekim izvođenjima, vezivno sredstvo 164 se nalazi i obezbeđuje susedne varistorske vafere 152, 154, 156 na njihovim perifernim ivicama. U nekim izvođenjima, vezivno sredstvo je predviđeno kao mnoštvo diskretnih, razmaknutih delova ili tačaka vezivnog sredstva 164. Vezivanje se koristi kako bi se komponente varistorskog sklopa 150 održale na mestu tokom transporta i montaže uređaja 100 za prenaponsku zaštitu.

[0078] U nekim izvođenjima i kako je prikazano na slikama 5,6 i 7, vezivno sredstvo 164 uključuje deo ili delove vezivnog sredstva 164’, koje se nalaze unutar mosnih delova 160, 162B, između svakog mosta 160B, 162B i susedne ivice varistorskih vafera 152, 154, 156. Na takav način, ovi delovi vezivnog sredstva 164’ mogu koristiti kao električni izolatori, koji električno izoluju mostove 160B, 162B, od ivica varistorskih vafera 152, 154, 156.

[0079] Prema nekim od izvođenja, vezivno sredstvo 164 je adhezivno sredstvo. Kako je korišćeno ovde, adhezivno sredstvo se odnosi na adhezivne ili ostale lepkove, dobijene od prirodnih i/ili sintetičkih izvora. Adheziv je polimer koji se vezuje do površine koje se trebaju povezati (na primer, površine ivice varistorskih vafera 152, 154, 156). Adhezivno sredstvo može biti bilo koji odgovarajući adheziv. U nekim izvođenjima, adheziv 164 osigurava varistorske vafere 152, 154, 156 na njihovim perifernim ivicama i diskretno je raspoređen u obliku zona ili tačaka, smeštenih na perifernim ivicama.

[0080] U nekim izvođenjima, adheziv 164 je baziran na cianoakrilatu, ili na bazi epoksidnih smola. Odgovarajući adhezivi na bazi cianoakrilata mogu sadržavati Permabond 737 adhezive, koji su dostupni u ponudi Permabond Engineering Adhesives, Inc u Sjedinjenim Američkim državama.

[0081] U nekim izvođenjima, adheziv ima visoku radnu temperaturu, iznad 40 °C, ne sadrži bilo kakve rastvarače, i ima veliku dielektričnu čvrstoću (na primer 5 kV/mm).

[0082] U nekim izvođenjima, spoljne ivice svakog premaza 157 su radijalno ubačene sa spoljne ivice varistorskih vafera 152, 154, 156, i spoljna ivica svakog kontaktnog dela 160U, 160L, 162U, 162L je radijalno ubačena sa spoljne ivice sloja 157.

[0083] U drugim izvođenjima, varistorski vaferi 152, 154, 156 su mehanički osigurani i električno direktno povezani na odgovarajuće kontaktne delove 160U, 160L, 162U, 162L sa električno provodnim lemom.

[0084] Varistorski sklop 150 može biti sastavljen kako sledi, u skladu sa izvođenjima pronalaska.

[0085] Međuspojni članovi 160, 162 mogu biti prethodno savijeni u oblike prikazane na slici 7.

[0086] U nekim izvođenjima, svaki kontaktni deo 160U, 160L, 162U, 162L pokriva i koristi najmanje 40% odgovarajuće površine uparenog varistorskog vafera 152U, 152L, 154U, 154L, 156U, 156L.

[0087] Varistorski vaferi 152, 154, 156 i međuspojni članovi 160, 162 su smešteni i isprepletani prema redosledu i relaciji kakva je prikazana na slikama 6 i 8. Ovaj sklop može biti sastavljen unutar ili smešten, van sklopa, učvršćen na način da bočno poravna varistorske vafere 152, 154, 156 i međuspojne članove 160, 162, jedne prema drugima. U nekim izvođenjima, varistorski vaferi 152, 154, 156 i međuspojni članovi 160, 162 su čvrsto koaksijalno položeni.

[0088] Smeštene komponente 152, 154, 156, 160, 162 su aksijalno opterećene na pritisak, presovane ili stegnute zajedno (na primer, korišćenjem sredstva za fiksiranje ili dodatnog spoljnog stezanja ili uređaja za opterećenje) i nalaze se u bliskom kontaktu. Vezivno sredstvo 164 je zatim naneseno na spoljne ivice 152E, 154E, 156E varistorskih vafera 152, 154, 156, na mestima koja su spomenuta ranije, i izvedeno je povezivanje. Na taj način se formira varistorski sklop 150. Nakon što vezivno sredstvo 164 očvrsne, spoljno opterećenje se uklanja sa varistorskog sklopa 150.

[0089] Izolaciona čaura je cevastog oblika i generalno cilindrična. Prema nekim od izvođenja, izolaciona čaura 134 je formirana od visokotemperaturnog polimera i, u nekim izvođenjima, visokotemperaturne termoplastike. U nekim izvođenjima, izolaciona čaura 134 je formirana od polieterimida (eng. Polyetherimide – PEI), kao što je ULTEM<TM>termoplastika, dostupna kod SABIC iz Saudijske Arabije. U nekim izvođenjima, izolaciona čaura 134 je formirana od nearmiranog polieterimida.

[0090] Prema nekim izvođenjima, izolaciona čaura 134 je formirana od materijala koji ima tačku topljenja koja je veća od tačke topljenja topljivog člana 132. Prema nekim izvođenjima, izolaciona čaura 134 je formirana od materijala koji ima tačku topljenja u opsegu od oko 120 do 200 °C.

[0091] Prema nekim izvođenjima, materijal izolacione čaura 134 može izdržati napon od 25 kV po milimetru debljine.

[0092] Prema nekim izvođenjima, izolaciona čaura 134 ima debljinu u opsegu od oko 0,1 do 2 mm.

[0093] Opružna spojnica 128E okružuje osovinu 124B. Svaka opružna spojnica 128E sadrži šupljinu koja prihvata osovinu 124B. Najniža opružna spojnica 128E se naslanja na gornju stranu glave 124A. Prema nekim izvođenjima, razmak između šupljine opružne spojnice i osovine 124B je u opsegu od oko 0,015 do 0,035 inča. Opružna spojnica 128E može biti formirana od elastičnog materijala. Prema nekim izvođenjima i kao što je prikazano, opružna spojnica 128E je talasasta ili opružna podloška (kao što je prikazano) ili tanjirasta podloška (eng. Belleville), formirana od opružnog čelika. Iako su prikazane dve opružne spojnice, može se koristiti više ili manje njih. Opruga može biti nameštena u različitim načinima postavljanja, kao što su u seriji, paraleli ili seriji i paraleli.

[0094] Ravna metalna podloška je smeštena između najviše opružne spojnice 128E i izolacionog prstena 128C sa osovinom koja prolazi kroz šupljinu, formiranu u podloški 128D. Podloška 128D ima namenu da rasporedi mehaničko opterećenje gornje opružne spojnice 128E, kako bi se osiguralo da se opružna spojnica 128E ureže u izolacioni prsten 128C.

[0095] Izolacioni prsten 128C prekriva i naslanja se na podlošku 128D. Izolacioni prsten 128C ima glavno telo prstena i cilindričnu gornju prirubnicu ili okovratnik koji se proteže prema gore iz prstena glavnog tela. Šupljina prihvata osovinu 124B. Prema nekim izvođenjima, razmak između šupljine i osovine 124B je u opsegu od oko 0,025 do 0,065 inča. Nagore i prema spolja je formiran otvoreni žljeb, u gornjem uglu prstena glavnog tela.

[0096] Izolacioni prsten 128C se prvenstveno izvodi od dielektrika ili električno izolacionog materijala, koji ima visoku tačku topljenja i temperaturu sagorevanja. Izolacioni prsten 128C se može formirati od polikarbonata, keramike ili visokotemperaturnog polimera, na primer.

[0097] Krajnja kapica 128A prekriva i naslanja se na izolacioni prsten 128C. Krajnja kapica 128A ima šupljinu koja prihvata osovinu 124B. Prema nekim izvođenjima, rastojanje između šupljine i osovine 124B je u opsegu od oko 0,1 do 0,2 inča. Krajnja kapica 128A može biti formirana od aluminijuma, na primer.

[0098] Spojnica 128B je elastična i oblika nazubljenog prstena. Spojnica 128B je delimično prihvaćena u zazoru 122H i delimično se pruža radijalno prema unutrašnjem zidu kućišta 122,

1

kako bi se ograničilo aksijalno pomeranje krajnje kapice 128A. Spojnica 128B može biti formirana od opružnog čelika.

[0099] O-prsten je postavljen u žljebu 124G, tako da je uklješten između osovine 124B i izolacionog prstena 128C. O-prsten 130A je postavljen u žljebu, u izolacionom prstenu 128C, tako da je uklješten između izolacionog člana 128C i bočnog zida 122B. Kada su postavljeni, O-prstenovi 130A, 130B su stisnuti, tako da su suprotstavljeni i formiraju zaptivač između susednih međusobno spojenih površina. U slučaju prenapona, ili pojave kvara, nusprodukti, kao što su vrući gasovi i fragmenti sa varistorskih vafera 152, 154, 156 mogu napuniti ili se raspršiti u šupljinu komore 126. Izlazak ovih produkata iz uređaja 100 prenaponske zaštite, kroz otvor 122D, može biti ograničen ili sprečen od strane o-prstenova 130A, 130B.

[0100] O-prstenovi 130A, 130B mogu biti formirani od istih ili različitih materijala. Prema nekim izvođenjima, o-prstenovi 130A, 130B su napravljeni od elastičnog materijala, kao što je elastomer. Prema nekim izvođenjima, o-prstenovi 130A, 130B su napravljeni od gume. O-prstenovi 130A, 130B mogu biti formirani od fluorkarbonske gume, kao što je VITON<TM>, koja je dostupna kod proizvođača DuPont. Druge gume, kao što su butil guma, se takođe mogu koristiti. Prema nekim izvođenjima, guma ima tvrdoću od oko 60 do 100 Shore-a.

[0101] Glava 124A elektrode i krajnji zid 122A kućišta su konstantno povezani ili opterećeni varistorskim sklopom 150 duž opterećenja ili ose povezivanja CC (slika 5) u pravcu F, kako bi se osiguralo čvrsto i ujednačeno reagovanje između gore definisanih dodirnih kontaktnih površina. Razumevanju ovog aspekta uređaja 100 može doprineti razmatranje postupka za sastavljanje uređaja 100, prema predloženom pronalasku, kako je opisano iznad. U nekim izvođenjima, osa za spajanje CC se u osnovi poklapa sa osom A-A (slika 5).

[0102] Komponente 152, 154, 156, 160, 162, 164 su sastavljene kao što je prikazano ranije, kako bi obrazovale varistorski sklop 150. Varistorski sklop 150 je smešten u šupljinu 122C, na način da je donja kontaktna površina ili deo 162L, međuspojnog člana 162, uključuje kontaktnu površinu 122G krajnjeg zida 122A.

[0103] O-prstenovi 130A, 130B su ugrađeni u svoje odgovarajuće šupljine.

[0104] Glava 124A je umetnuta u šupljinu 122C, na način da kontaktna površina 124C uključuje gornju kontaktnu površinu ili deo 160U međuspojnog člana 160.

[0105] Opružne spojnice 128E su nanizane niz osovinu 124B. Podloška 128D, izolacioni prsten 128C i završna kapica 128A su nanizane niz osovinu 124B i preko opružnih spojnica 128E. Za utiskivanje prema dole završne kapice 128A se koristi jig alat (nije prikazan) ili drugi pogodan uređaj, pomeranjem opružne spojnice 128E. Za vreme dok je završna kapica 128A još uvek pod pritiskom jig alata, spojnica 128B se sabija i umeće u zazor 122H. Spojnica 128B se tada otpušta, čime se omogućava vraćanje u njen početni prečnik, pri čemu delimično ispunjava otvor i delimično se produžava radijalno prema unutra, u šupljinu iz zazora 122H. Spojnica 128B i zazor 122H time služe za održavanje opterećenja na krajnjoj kapici 128A, za delimično izvijanje opružne spojnice 128E. Opterećenje završne kapice 128A na izolacioni prsten 128C i sa izolacionog prstena na opružnu spojnicu se nazad prenosi do glave 124A. Na ovaj način varistorski sklop 150 je ugnježden u sendvič (stegnut) između glave 124A i elektrodnog zida 122A.

[0106] Kada je uređaj 100 prenaponske zaštite sastavljen, kućište 122, elektroda 124, izolacioni član 128C, završna kapica 128A, spojnica 128B, o-prsten 130A, 130B zajedno čine jedinstveno kućište ili sklop 121 kućišta , koji sadrži komponente u komori 126.

[0107] U sklopljenom uređaju 100 prenaponske zaštite, velike ravne kontaktne površine komponenti 122A, 124A, 152, 154, 156, 160, 162 mogu osigurati pouzdan i stabilan električni kontakt i vezu između komponenti tokom prenapona ili pojave udarnih struja. Glava 124A i krajnji zid 122A su mehanički opterećeni ovim komponentama kako bi se osiguralo čvrsto i ujednačeno reagovanje između uparenih kontaktnih površina.

[0108] Ono što je povoljno je da uređaj 100 prenaponske zaštite integriše tri varistorska vafera 152, 154, 156 u električnu paralelu, u istom modularnom uređaju, tako da energija može biti deljena između varistorskih vafera 152, 154, 156 tokom električnog provođenja.

[0109] Konstrukcija uređaja 100 prenaponske zaštite obezbeđuje opterećenje u obliku pritiska na varistorske vafere 152, 154, 156 u jednoj modularnoj jedinici. Uređaj 100 prenaponske zaštite obezbeđuje odgovarajuću električnu međusobnu vezu između elektroda 122, 124 i varistorskih vafera 152, 154, 156, pri tome zadržavajući faktor kompaktnog oblika i obezbeđujući odgovarajuću disipaciju termalne energije sa varistorskih vafera 152, 154, 156.

[0110] Konstrukcija uređaja 100 prenaponske zaštite obezbeđuje siguran način rada u slučaju kvara uređaja. Tokom upotrebe, jedan ili više varistorskih vafera 152, 154, 156 mogu biti oštećeni pregrevanjem i mogu stvoriti luk unutar sklopa 121 kućišta . Sklop 121 kućišta može sadržavati oštećenja (krhotine, gasove i naglo povećanje toplote) unutar uređaja 100 prenaponske zaštite, tako da uređaj 100 prenaponske zaštite ispada iz pogona na siguran način. Na ovaj način, uređaj 100 prenaponske zaštite može sprečiti ili smanjiti bilo kakvu štetu na susednoj opremi (na primer sklopna oprema u ormaru) i ugrožavanje osoblja. Na ovaj način, uređaj 100 prenaponske zaštite može povećati sigurnost opreme i osoblja.

[0111] Pored toga, uređaj 100 prenaponske zaštite obezbeđuje mehanizam sigurnog ispada iz pogona u slučaju kraja radnog veka u jednom od više varistorskih vafera 152, 154, 156. U slučaju ispada varistorskih vafera 152, 154, 156, proteći će struja kvara između odgovarajućeg faznog provodnika i neutralnog provodnika. Kao što je poznato, varistor prirodno ima nazivnu vrednost sklopnog napona VNOM (često je poznat kao „prekidni napon“ ili jednostavno „napon varistora“), pri kojem varistor počinje da provodi struju. Ispod vrednosti napona VNOM, varistor neće propuštati struju. Iznad vrednosti VNOM, varistor će provoditi struju (tj. struju curenja ili udarnu struju). VNOM napon varistora je obično određen kao merena vrednost napona na varistoru sa vrednošću jednosmerne DC struje od 1 mA.

[0112] Kao što je poznato, varistor ima tri načina rada. U prvom, normalnom načinu rada (razmatran ranije), do vrednosti nazivnog ili nominalnog napona, varistor je praktično električni izolator. U drugom, normalnom načinu rada (takođe razmatran ranije), kada je varistor izložen prenaponu, on postaje privremeno i reverzibilno električni provodnik, tokom uslova prenapona i vraća se nakon toga u prvi način rada. U trećem načinu rada (tzv. kraju tehničkog ili radnog veka), varistor je efektivno istrošen i postaje trajni, nereverzibilni električni provodnik.

[0113] Varistor takođe ima prirodno sklopni napon VC (ponekad označen kao jednostavno „sklopni napon“). Sklopni napon VC je definisan kao maksimalni napon meren na varistoru,

1

kada se primenjuje određena vrednost struje na varistoru, tokom vremena prema standardnom protokolu.

[0114] U slučaju kada ne postoje uslovi prenapona, varistorski vafer 152, 154, 156 obezbeđuju visoku otpornosti, tako da ne protiče struja kroz uređaj 100 prenaponske zaštite, tako da se električno pojavljuje kao otvoren strujni krug. Odnosno, kroz varistor obično ne prolazi struja. U uslovima udarnih struja (obično tranzijenti; na primer udar groma) ili uslovima prenapona ili slučajevima (obično dužim po vremenu trajanja od uslova udarnih struja) kada dolazi do nastanka napona većih od VNOM, otpornost varistorskog vafera se brzo smanjuje, dozvoljavajući struji da protekne kroz uređaj 100 prenaponske zaštite i formira most za protok struje, kako bi se zaštitile druge komponente, koje su pridružene posmatranom električnom sistemu. Normalno, varistor se oporavlja od ovih događaja bez značajnog pregrevanja uređaja 100 prenaponske zaštite.

[0115] Varistor ima više načina otkaza, tj. nastanka kvara. Načini otkaza uključuju: 1) varistor zakazuje kao kratak spoj; 2) varistor zakazuje kao linearna otpornost. Otkaz varistora do kratkog spoja ili linearne otpornosti može biti uzrokovan uslovima jednostrukih ili višestrukih strujnih udara, značajne amplitude i trajanja ili jednostrukim ili višestrukim uslovima pojave prenapona, koji provode dovoljnu vrednost struje kroz varistor.

[0116] Kvar kratkog spoja se obično manifestuje kao lokalizovana šupljina ili mesto proboja (ovde poznato kao mesto otkaza), koji se proteže kroz debljinu varistora. Ova mesta otkaza formiraju put za protok struje između dve elektrode, niske otpornosti, ali dovoljno visoke kako bi formirale omske gubitke i uzrokovale pregrevanje uređaja, čak i u uslovima struja male greške. Dovoljno velika vrednost struje kvara kroz varistor može istopiti varistor u oblasti mesta kvara i generisati električni luk.

[0117] Otkaz varistora u oblik linearne otpornosti može uzrokovati uslove ograničene struje kroz varistor, što rezultuje nakupljanjem toplote. Ovo nakupljanje toplote može rezultovati katastrofalnim termičkim pobegom i temperatura uređaja može premašiti propisanu maksimalnu temperaturu. Na primer, maksimalna dozvoljena temperatura za spoljne površine uređaja može biti postavljenja šifrom ili standardom, kako bi se sprečilo izgaranje susednih komponenti. Ukoliko struja curenja nije prekinuta u određenom periodu vremena, pregrevanje će rezultovati eventualnim otkazom varistora u obliku kratkog spoja, kao što je definisano ranije.

[0118] U nekim slučajevima, struja kroz varistor, koji je u otkazu, takođe može biti ograničena od strane sistema napajanja (na primer otporom tla u sistemu ili u primenama fotonaponskih (eng. photo-voltaic – PV) izvora napajanja, gde struja kvara zavisi od mogućnosti proizvodnje električne energije u trenutku otkaza), što rezultuje progresivnim porastom temperature, čak i ako je kvar varistora kratak spoj. Postoje slučajevi kada teče ograničena struja curenja kroz varistor, usled produženih uslova sa prenaponom, koji se javljaju zbog otkaza elektroenergetskog sistema, na primer. Ovi uslovi mogu voditi do porasta temperature u uređaju, kao u situaciji kada postoji otkaz varistora kao linearna otpornost, i može verovatno dovesti do otkaza varistora, bilo kao linearna otpornost ili kao kratak spoj, što je opisano ranije.

[0119] Kao što je ranije spomenuto, u nekim slučajevima uređaj 100 za prenaponsku zaštitu se može nalaziti u stanju „kraja života“ ili tehničkog veka, u kojem su varistorski vaferi 152, 154, 156 potrošeni u celosti ili delimično (tj. u stanju „kraja života“), što vodi do otkaza u stanju

1

kraja tehničkog veka. Kada varistor dostigne svoj kraj života, uređaj 100 prenaponske zaštite postaje u osnovi kratak spoj, sa veoma malom, ali ne jednakoj nuli, omskom otpornošću. Kao rezultat toga, u stanju kraja tehničkog veka ili života, struja greške će konstantno teći kroz varistor, čak i u uslovima kada nema prenapona. U tom slučaju, topljivi član 132 može funkcionisati kao mehanizam sigurnog otkaza, na način da premosti varistor koji je u otkazu i kreira kolo stalnog kratkog spoja sa malom omskom otpornošću između izvoda uređaja 100 prenaponske zaštite, na način opisan u U.S. Patent No. 7,433,169, pronalasku koji je ovde uključen kao referenca.

[0120] Topljivi član 132 je prilagođen i konfigurisan na način da radi kao termički prekidač za električni kratak spoj struje koja se pojavljuje na pridruženom uređaju 100 prenaponske zaštite, oko varistorskih vafera 152, 154, 156, kako bi se sprečilo ili umanjilo stvaranje toplote u varistorima. Na ovaj način, topljivi član 132 može funkcionisati kao prekidač koji premošćuje varistorske vafere 152, 154, 156 i sprečava pregrevanje i katastrofalne kvarove koji su opisani ranije. Kao što je ovde korišćeno, sistem sigurnog otkaza je pokretan ili „trigerovan“ nakon pojave uslova neophodnih za pokretanje rada sistema sigurnog otkaza, kao što je opisano za kratak spoj elektroda 122A, 124A.

[0121] Kada je zagrejan do granične temperature, topljivi član 132 će proteći i time premostiti električne elektrode 122A, 124A. Topljivi član 132 time preusmerava struju koja se pojavljuje na uređaju 100 prenaponske zaštite, kako bi premostio varistore 152, 154, 156, tako da struja koja prouzrokuje zagrevanje varistora prestaje. Topljivi član 132 tako može služiti da bi se predupredio ili sprečio termički pobeg (uzrokovan ili generisanu varistorima 152, 154, 156), bez potrebe prekidanja struje kroz uređaj 100 prenaponske zaštite.

[0122] Preciznije, topljivi član 132 u početku ima najpre konfiguraciju prikazanu na slici 5, tako da električno ne povezuje elektrodu 124 i kućište 122, osim kroz glavu 124A. Nakon pojave porasta toplote, isti dovodi do zagrevanje elektrode 124. Topljivi član 132 je takođe zagrejan direktno i/ili od strane elektrode 124. Tokom stanja normalnog rada, temperatura topljivog člana 132 ostaje ispod njegove tačke topljenja, tako da topljivi član 132 ostaje u čvrstom stanju. Međutim, kada temperatura topljivog člana 132 premaši njegovu tačku topljenja, topljivi član 132 se topi (potpuno ili delimično) i protiče silom gravitacije u drugu konfiguraciju, koja se razlikuje od prve. Topljivi član 132 premošćuje kratke spojeve elektrode 124 prema kućištu 122 kako bi premostio varistorske vafere 152, 154, 156. Odnosno, obezbeđuje se novi direktni put ili putevi proticanja od površine elektrode 124 prema površini kućišta sporednog zida 122B, kroz topljivi član 132. Prema nekim izvođenjima, barem neki od ovih puteva proticanja ne sadrže varistorske vafere 152, 154, 156.

[0123] Prema nekim izvođenjima, uređaj 100 prenaponske zaštite je prilagođen na način da, kada je njegov topljivi član 100 aktiviran, provodljivost uređaja 100 prenaponske zaštite je najmanje onoliko velika kolika je provodljivost napojnog voda i spoljašnjih kablova, koji su povezani na uređaj.

[0124] Zaštitni električni uređaji, prema nekim izvođenjima predloženog pronalaska, mogu obezbediti veliki broj prednosti, pored onih koje su opisane ranije. Uređaji mogu biti formirani tako da imaju relativno kompaktan faktor oblika. Uređaji mogu biti sa mogućnostima naknadne ugradnje, za instalaciju na mestima gde uređaji zaštite od prenaponskih udara sličnog tipa nemaju električna kola, kako je ovde opisano. Detaljnije, predloženi uređaji mogu imati iste dimenzije, kao što su prethodni uređaji.

1

[0125] Postoje primene u kojima se zahteva da SPD uređaji imaju niži preostali napon, pri istom nominalnom radnom naponu. Na primer, ovo se zahteva za neke primene u telekomunikacijama, namenjenim za sisteme -48 Vdc. Ukoliko se koristi SPD tako da sadrži varistore (na primer MOV), tipični stalni radni napon Vc za takav varistor je 100 Vdc. Međutim, ovakav SPD će imati preostali napon Vres od oko 300 V ili više. Prednost bi bila, za bolju zaštitu opreme u sistemu, da se koriste SPD uređaji sa preostalim naponom Vres koji je mnogo niži od ovih nivoa (tj. blizak 100 V).

[0126] Obično, kako bi se smanjio preostali napon SPD uređaja, proizvođači koriste tehnologiju različitu od tehnologije sa varistorima, kao što je SAD tehnologija ili TVS diode. Ove tehnologije imaju znatno manji preostali napon, u odnosu na MOV varistore, za isti stalni radni napon Vc. Na primer, TVS diode za ovu primenu mogu imati preostali napon od 100 V. Ali SAD i TVS diode obično ne mogu provoditi udarne struje značajne količine energije, kakve se očekuju u takvim primenama. Iz tog razloga, mnogi proizvođači koriste veći broj SAD i/ili TVS dioda u paraleli, kako bi dostigli veću izdržljivosti na prenesenu energiju, tokom uslova udarnih struja.

[0127] U uređaju 100 prenaponske zaštite varistorski vaferi 152, 154, 156 su povezani u električnu paralelu, kako bi se smanjio preostali napon Vres, uređaja 100 prenaponske zaštite.

[0128] U nekim izvođenjima, svaki od varistorskih vafera 152, 154, 156 je predviđen za napon od 60 Vdc (stalni radni napon Vc), umesto 100 Vdc, što je tipično za ovakve primene. Nadalje, upotreba tri varistora u paraleli, smanjuje sklopni napon SPD uređaja pri datoj udarnoj struji (u poređenju sa korišćenjem jednog varistora), s obzirom da će svaki varistor provesti samo deo ukupne udarne struje (sklopni napon će zavisiti od provedene udarne struje, veća provedena udarna struja izaziva veći sklopni napon varistora). Za primene u telekomunikacijama (nominalni napon od -48 Vdc) rezultujući preostali napon je oko 140 V pri udarnoj struju od 5 kA.

[0129] U nekim izvođenjima, uređaj 100 prenaponske zaštite se koristi u električnim sistemima DC struje i, u nekim izvođenjima, u zaštitnim električnim kolima telekomunikacione opreme na sistemu -48 Vdc. Uređaj 100 može takođe biti korišćen u sistemu naizmeničnog napona AC ili drugim sistemima jednosmerne DC struje.

[0130] Smanjenje nazivnog napona varistorskih vafera 152, 154, 156 čini varistorske vafere 152, 154, 156 tanjim i osetljivijim na značajnije temperaturne varijacije. Zbog toga je veoma važno kako se smeštaju i sklapaju varistorski vaferi unutar uređaja 100 prenaponske zaštite.

[0131] Kao što je pomenuto ranije, u nekim izvođenjima varistorskih vafera, varistorski vaferi 152, 154, 156 mogu biti osigurani za međuspojne članove 160, 162 i/ili međusobno, korišćenjem lema. Međutim, korišćenje lema može uništiti varistorski vafer. Visoka temperatura koja je potrebna za topljenje materijala za lemljenje i drugačiji koeficijenti elastičnosti između varistorskog materijala i lema mogu napraviti mikropukotine u varistoru. Opterećenje na varistoru, koje čine elektrode, može takođe uzrokovati pukotine u varistorskom vaferu. Ove pukotine, kao i pasta ili nečistoće koji ulaze u pukotine, mogu progresivno oštetiti i time izazvati ispad varistora. Ulazak paste može napraviti provodni put na ivici pukotine, koji povećava struju curenja, koja može dovesti do ispada varistorskog vafera. Rizici su posebno zabrinjavajući u slučaju relativno tankih (na primer manje od 2 mm) keramičkih varistora.

1

[0132] Dalje, kako bi se izbegla mehanička šteta nastala na varistoru usled različitog termičkog širenja između varistora i međuspojnih članova 160, 162, oblik kontaktnih delova međuspojnog člana bi trebao biti okrugao sa šupljinom u sredini. Šupljina može smanjiti ravnomernu raspodelu struje preko površine varistora. Šupljina može takođe smanjiti izdržljivost varistorskog sklopa na energiju usled dejstva udarnih struja, jer će to značajno smanjiti sposobnosti širenja toplote varistora i povećati otpornost i ukupnu čvrstoću slaganja koje obrazuje varistorski sklop 150.

[0133] Kao što jeg spomenuto, u nekim izvođenjima, varistorski vaferi 152, 154, 156 su složeni u paraleli i spojeni ili slepljeni zajedno adhezivom 164 na svojim ivicama 152E, 154E, 156E. Adheziv 164 na ivicama 152E, 154E, 156E obezbeđuje kompaktan sklop za transport i manipulaciju u proizvodnji varistorskog sklopa 150 i uređaja 100.

[0134] Štaviše, adheziv 164 rešava gore spomenute probleme. Adheziv drži varistorske vafere 152, 154, 156 i međuspojne članove 160, 162 zajedno, za funkcionisanje bez uvođenja toplote, lema i pasta, koji mogu izazivati mikropukotine i formirati provodne puteve kao što je razmatrano ranije.

[0135] Adheziv dozvoljava upotrebu kontaktnih delova 160U, 160L, 162U, 162L međuspojnih članova, koji ne uključuju šupljine unutar njihovih perifernih delova (tj. elektrode koje imaju celovitu površinu lica). Kao rezultat se povećava izdržljivost varistorskog sklopa 150 na energiju, tokom situacija sa prenaponskim udarima. Kontaktne otpornosti između varistorskih vafera 152, 154, 156 i međuspojnih članova 160, 162 su smanjene. Time se smanjuje preostali napon tokom prenaponskih udara.

[0136] Prema nekim od izvođenja, područja zahvaćena između svake od površina elektrodnog kontakta i površina varistorskog kontakta su najmanje jedan kvadratni inč.

[0137] Prema nekim od izvođenja, prespojene elektrode (na primer elektrode 122 i 124) vrše opterećenje na varistore duž ose C-C u opsegu od oko 2000 lbf i oko 26000 lbf (8896 N i 115654 N), zavisno od kontaktne površine.

[0138] Prema nekim od izvođenja, kombinovana toplotna masa kućišta (na primer, kućište 122) i elektroda (na primer 124) je u osnovi veća od toplotna mase svakog od varistora koji su ugnježdeni između. Što je veći odnos između toplotne mase kućišta i elektroda i toplotne mase varistora, to će varistori biti bolje sačuvani tokom izlaganja udarnim strujama i TOV pojavama i zbog toga će biti duži tehnički vek SPD uređaja. Kako se ovde koristi, termin „toplotna masa“ označava proizvod određene toplote materijala ili više materijala objekta, pomnožen sa masom ili masama materijala ili više materijala objekta. Odnosno, toplotna masa je količina energije koja je potrebna da se podigne jedan gram materijala ili više materijala objekta, za jedan stepen Celzijusa mase ili više masa materijala ili više materijala objekta. Prema nekim od izvođenja, toplotna masa najmanje jedne glave elektrode i zida elektrode je bitno veća od toplotne mase varistora. Prema nekim od izvođenja, toplotna masa najmanje jedne glave elektrode i zida elektrode je najmanje dva puta veća od toplotne mase varistora, i, prema nekim od izvođenja, najmanje deset puta veća. Prema nekim od izvođenja, kombinovana toplotna masa glave i zida elektrode su bitno veće od toplotne mase varistora, prema nekim od izvođenja najmanje dva puta veća od toplotne mase varistora i, prema nekim od izvođenja, najmanje deset puta veća.

[0139] Kao što je razmatrano ranije, opružna spojnica 128E je tanjirasta podloška (Belleville podloška) ili talasasta podloška. Tanjirasta ili talasasta podloška se mogu koristiti kako bi se

1

primenilo relativno veliko opterećenje, bez zahteva za velikim aksijalnim prostorom. Međutim, drugi tipovi premošćenja se mogu koristiti uz ili umesto tanjiraste podloške ili talasaste podloške. Odgovarajuća alternativna sredstva uključuju jednu ili više spiralnih opruga ili spiralnih podloški.

[0140] Varistorski sklop 150 sadrži tri varistora i dva međuspojna člana. Međutim, varistorski sklop, prema daljim izvođenjima, može sadržavati više od tri varistora, koji su smešteni i povezani u električnu paralelu, kao što je prikazano. Na primer, varistorski sklop može uključivati pet varistora koji su smešteni i povezani u električnu paralelu sa tri međuspojna člana.

[0141] U skladu sa slikama 10-12, je prikazan modularni uređaj 200 prenaponske zaštite, prema daljim izvođenjima pronalaska. Uređaj 200 prenaponske zaštite se može koristiti u istom smislu, i za istu namenu kao što je uređaj 100 prenaponske zaštite, osim što je uređaj 200 generalno funkcionalno jednak funkciji dva uređaja 100 prenaponske zaštite.

[0142] Uređaj prenaponske zaštite 200 sadrži sklop kućišta 221 i dva SPD interna seta komponenti ili podmodula 211, 212.

[0143] Sklop kućišta 221 sadrži prvu elektrodu ili kućište 223 i poklopac 226. Kućište 223 je jedinstveno i, u nekim izvođenjima, monolitno. Kućište 223 je formirano od električno provodnog metala, kao što je aluminijum. Kućište 223 uključuje dve integrisana dela kućišta zida elektrode. Svaki deo kućišta elektrode 222 sadrži zid elektrode 222A, bočni zid 222B, šupjinu 222C, i gornji otvor 222D, prema karakteristikama 122A, 122B, 122C i 122D, respektivno, na uređaju 100.

[0144] Poklopac 226 je u osnovi u obliku ploče i ima profil koji odgovara kućištu 223. Poklopac 226 ima dve elektrodna otvora 226A i šest otvora 226B sa navojem za stezanje (provrta), koji su definisani ovde. Prema nekim izvođenjima, poklopac 226 je formiran od električno provodnog materijala. U nekim izvođenjima, poklopac 226 je formiran od metala i, prema nekim izvođenjima od aluminijuma.

[0145] Svaki od podmodula SPD uređaja 211,212, sadrži elektrode 224, topljivi član 232, izolatorsku čauru 234, i varistorski sklop 250, koji odgovaraju komponentama 124, 132, 134 i 150, respektivno, na uređaju 100. Svaki od podmodula SPD uređaja 211, 212 dalje uključuje elastomerni izolacioni član 239.

[0146] Izolacioni članovi 239 su formirani od električno izolovanog, elastičnog, elastomernog materijala. Prema nekim izvođenjima, izolatorski članovi 239 su formirani od materijala, koji ima tvrdoću od oko 60 do 85 Shore A. Prema nekim izvođenjima, izolacioni članovi 239 su formirani od gume. Prema nekim izvođenjima, izolacioni članovi 239 su formirani od silikonske gume. Prikladni materijali za izolacione članove 239 mogu sadržavati KE-5612G ili KE-5606 silikonsku gumu, koja je dostupna kod Shin-Etsu Chemical Co. Ltd.

[0147] Svaki od podmodula SPD uređaja 211, 212 se nalazi u odgovarajućim šupljinama kućišta 222C. Poklopac 226 je pričvršćen na kućište 223 vijcima 5. Poklopac 226 obuhvata SPD podmodule 211, 212 i aksijalno sabija elastomerne izolatore 239. SPD podmoduli 211 i njihov elektrodni zid 222A formiraju prvi uređaj prenaponske zaštite, koji odgovara uređaju 100. SPD podmodul 212 i elektrodni zid 222A formiraju drugi uređaj prenaponske zaštite, koji odgovara uređaju 100.

2

[0148] Kada je sklopljen uređaj 200, izolacioni član 239 svakog od SPD podmodula 211, 212 je ugnježden između poklopca 226 i gornje prirubnice 224D elektrode i aksijalno pritisnut (tj. aksijalno opterećen i elastično deformisan iz njegovog relaksiranog stanja) , tako da se izolacioni član 239 koristi kao član za premoštavanja i primenjuje stalni aksijalni pritisak ili opterećenje na elektrode 224 i poklopac 226. Izolacioni član se 239 takođe koristi da električno izoluje kućište 223 od elektrode 224. Pritisnut izolacioni član 239 može takođe formirati zaptivku koja ograničava ili sprečava nusprodukte prenaponskih pojava, kao što su vrući gasovi i fragmenti varistorskih vafera, varistorskog sklopa 250, da izađu iz uređaja 200 kroz odgovarajući otvor kućišta 222D.

[0149] Varistorski sklopovi 250 mogu pružiti iste prednosti u uređaju 200, kao što je razmatrano ranije, za varistorski sklop 150. Svaki varistorski sklop 250 sadrži adheziv 264, koji odgovara adhezivima 164, 164’.

[0150] U drugim izvođenjima, SPD podmoduli 211, 212 mogu koristiti odvojene opruge i izolacione prstenove, kao što je prikazano u skladu sa uređajem 100.

[0151] U daljim izvođenjima, svaki SPD podmodul 211, 212 može uključivati jednostruki varistorski vafer, umesto varistorskog sklopa sa višestrukim varistorima 250.

[0152] Na slici 13 je prikazan modularni uređaj 300 prenaponske zaštite, prema detaljnim izvođenjima pronalaska. Uređaj 300 prenaponske zaštite može biti korišćen na isti način i za istu svrhu, kao što je uređaj 100 prenaponske zaštite. Uređaj 300 prenaponske zaštite je izgrađen na isti način kao uređaj 100 prenaponske zaštite, osim kako sledi.

[0153] Uređaj 300 prenaponske zaštite sadrži varistorski sklop 350, koji odgovara varistorskom sklopu 150, osim kako sledi. Varistorski sklop 350 sadrži pet varistorskih vafera 352, 353, 354, 355, 356, za međuspojne članove 360, 362, 366, 368, i vezivne agente 364. Varistorski vaferi 352, 353, 354, 355, 356 odgovaraju i formirani su na isti način kao varistorski vaferi 152, 154, 156. Međuspojni članovi 360, 362, 366, 368 odgovaraju i formirani su na isti način kao međuspojni članovi 160, 162. Vezivni agenti 364 odgovaraju vezivnim agentima 164, 164’. Pet varistorskih vafera 352, 353, 354, 355, 356 su aksijalno složeni, povezani i spojeni u električnu paralelu sa četiri međuspojna člana 360, 362, 364, 368.

[0154] Na slici 14 je prikazan modularni uređaj 400 prenaponske zaštite, prema detaljnim izvođenjima pronalaska. Uređaj 400 prenaponske zaštite se može koristiti na isti način i za istu namenu kao i uređaj 100 prenaponske zaštite. Uređaj 300 prenaponske zaštite je konstruisan na isti način kao i uređaj 100 prenaponske zaštite, osim kako sledi.

[0155] Uređaj 400 prenaponske zaštite sadrži varistorski sklop 450, koji odgovara varistorskom sklopu 150, osim kako sledi. Varistorski sklop 450 sadrži dva varistorska vafera 452, 454, dva međuspojna člana 460, 462, vezivni agent 464 i električno izolovani vafer 457. Varistorski vaferi 452, 454 odgovaraju i formirani su na isti način kao varistorski vaferi 152, 154, 156. Međuspojni članovi 460, 462 odgovaraju i formirani su na isti način kao međuspojni članovi 160, 162. Vezivni agenti 464 odgovaraju vezivnim agentima 164, 164’. Izolacioni vafer 457 je formiran kao električno izolacioni materijal. Odgovarajući električni izolacioni materijali mogu uključivati ULTEM<TM>1000, termoplastiku koja je dostupna kod SABIC, liskun ili poliesterski film, kao što je DYFILM<TM>poliesterski film, koji je dostupan u Coverne of Italy, na primer. Dva varistorska vafera 452, 454 su aksijalno ugnježdeni i povezani u električnu paralelu od strane dva međuspojna člana 460, 462. Izolacioni vafer 457 je aksijalno postavljen ili ugnježden između varistorskih vafera 452, 454, kako bi se sprečio kratak spoj između međusobno okrenutih varistorskih vafera 452, 454’.

[0156] Na slikama 15 i 16 je prikazan modularni uređaj 500 prenaponske zaštite, prema detaljnim izvođenjima pronalaska. Uređaj 500 prenaponske zaštite se može koristiti na isti način i za istu namenu kao uređaj 100 prenaponske zaštite.

[0157] Uređaj 500 prenaponske zaštite je konstruisan kao jedna polovina uređaja 200 (Slika 12). Uređaj 500 uključuje sklop 521 kućišta, koji je polovina sklopa 221 kućišta i SPD unutrašnji set 512 komponenti, koji odgovara podmodulu 212.

[0158] U Skladu sa slikama 17-20, prikazan je modularni uređaj 600 prenaponske zaštite, prema detaljnim izvođenjima pronalaska. Uređaj 600 prenaponske zaštite se može koristiti na isti način i za istu namenu kao uređaj 100 prenaponske zaštite. Uređaj 600 prenaponske zaštite je konstruisan na isti način kao uređaj 100 prenaponske zaštite, osim kako sledi.

[0159] Uređaj 600 prenaponske zaštite sadrži varistorski sklop 650, koji odgovara varistorskom sklopu 150, osim kako sledi. Varistorski sklop 650 sadrži tri varistorska vafera 652, 654, 656 i dva međuspojna člana 660, 662. Varistorski vaferi 652, 654, 656 odgovaraju i formirani su na isti način kao varistorski vaferi 152, 154, 156. Međuspojni članovi 660, 662 odgovaraju i formirani su na isti način kao međuspojni članovi 160, 162. Varistorski vaferi 652, 654, 656 su aksijalno složeni i povezani u električnu paralelu, međuspojnim članovima 660, 662, kao što je razmatrano ranije za uređaj 100.

[0160] Uređaj 600 prenaponske zaštite nadalje sadrži električno izolovani element za popunjavanje šupljine ili čauru 636. Čaura 636 sadrži bočne zidove 636A, koji definišu prolaz 636B. Prolaz 636 se prostire od gornjeg otvora 636C do donjeg otvora 636D. Par bočno postavljenih, jedan naspram drugog, prijemnih kanala 636E je definisan u unutrašnjoj šupljini 636F bočnih zidova 636A.

[0161] Čaura 636 je cevasta i ima spoljnu površinu 636G, koja je uglavnom cilindrična. Prema nekim izvođenjima, čaura 636 je formirana od visokotemperaturnog polimera i, u nekim izvođenjima, visokotemperaturne termoplastike. U nekim izvođenjima, čaura 636 je formirana od polieterimida (PEI), kao što je ULTEM<TM>termoplastika, dostupna kod SABIC, u Saudijskoj Arabiji . U nekim izvođenjima, čaura 636 je formirana od električno izolacijske keramike.

[0162] Prema nekim izvođenjima, čaura 636 je formirana od materijala koji ima tačku topljenja koja je veća od tačke topljenja topljivog člana 632. Prema nekim izvođenjima, čaura 632 je formirana od materijala koji ima tačku topljenja u opsegu od oko 120 do 200 °C.

[0163] Prema nekim izvođenjima, materijal čaure 636 ima izdržljivost na napon od 25 kV po mm debljine.

[0164] Prema nekim izvođenjima, spoljašnji zid 636A čaure ima nominalnu debljinu T5 (slika 20) od najmanje 2 mm, u nekim izvođenjima najmanje 4 mm, a u pojedinim izvođenjima u opsegu od oko 2 do 15 mm. Prema nekim izvođenjima, dubina D5 svakog kanala prijemnika 636E je najmanje 1 mm i, u nekim izvođenjima, u opsegu od oko 1 do 12 mm.

[0165] Unutrašnji komora 627, sklopa 621 kućišta, uređaja 600 prenaponske zaštite, sadrži prvu potkomoru 627A i drugu potkomoru 627B u fluidnoj komunikaciji sa prvom potkomorom 627A. Pre topljenja topljivog člana 632, elektroda 624 i topljivi član 632 zauzimaju prvu potkomoru 627A. Varistorski sklop 650 zauzima centralni prostor druge potkomore 627B, tako da preostala cevasta šupljina ili zapremina zazora 627C, druge potkomore 627B, ostaje nezauzeta varistorskim sklopom 650. Zapremina zazora 627C je prostor ili zapremina, koji se prostiru radijalno između varistorskog sklopa 650 i unutrašnje površine 622H bočnih zidova 622B, kućišta elektrode 622. Čaura koja ispunjava prazninu 636 zauzima zapreminu zazora 627C i okružuje varistorski sklop 650.

[0166] Udubljenje prijemnika ili kanali 636E i delovi mosta 660B, 662B međuspojnih članova 660, 662 su relativno velike i sastavljene tako da je svaki od mosnih članova 660B, 662B primljen i smešten u jedan od odgovarajućih prijemnih kanala 636E. Ostatak unutrašnje površine čaure 636F u opštem slučaju odgovara perifernom profilu varistorskih vafera 652, 654, 654.

[0167] Dakle, kako se može proceniti sa slika 17 i 19, unutrašnja površina 636F u opštem slučaju odgovara spoljnom obliku varistorskog sklopa 650. Cilindarska spoljna površina 636G u opštem slučaju odgovara unutrašnjem obliku, površine unutrašnjeg zida 622H, elektrode kućišta 622. U nekim izvođenjima, zazor između unutrašnje površine 636F i varistorskih vafera 652, 654, 654 je manji od 2 mm. U nekim izvođenjima, zazor između spoljne površine 636G i površine unutrašnjeg zida 622H je manji od 0,5 mm.

[0168] Varistorski vaferi 652, 654, 656 su relativno debeli, tako da je ukupna visina varistorskog sklopa 650 povećana u odnosu na visinu varistorskog sklopa 150, na primer. Kao rezultat, zazor šupljine ili zapremina 627C, koji okružuju varistorski sklop 650 su relativno veliki. Pored toga, delovi mosta 660B, 662B se projektuju radijalno prema vani, izvan perifernih ivica varistora 652, 654, 656. S obzirom da je unutrašnja površina 622H, kućišta elektrode 622 cilindrična, potreban razmak između delova mosta 660B, 662B i unutrašnje površine 622B stvaraju relativno velike zazore oko ostatka varistorskog sklopa 650.

[0169] Ukoliko ne bi bilo čaure koja ispunjava prazninu 636, ova velika zapremina zazora 627C bi mogla ugroziti nameravanu operaciju topljivog člana 632 i sigurnosnog mehanizma 602. Detaljnije, zapremina istopljenog topljivog člana 632 možda nije dovoljna da se premoste elektrode 622 i 624, kako bi se kratko spojile ove elektrode 622 i 624, zavisno od usmeravanja uređaja 600, kada je istopljen topljivi član 632. Čaura 636 za odstojanje zauzima zapreminu zazora 627C i time smanjuje ili ograničava količinu ili zapreminu topljivog člana 632, koji može proticati u zapreminu zazora 627C, kada topljivi član postaje rastopljen. Na ovaj način, član za ispunjavanje šupljine 636 osigurava da se veća i pouzdana količina člana za popunjavanje šupljine zadržava u prvoj potkomori 627A, kako bi se stvorio istovremeni kontakt sa dve elektrode 622, 624.

[0170] U nekim izvođenjima, čaura 636 za popunjavanje šupljine zauzima najmanje 50 procenata zapremine zazora 627C i, u nekim izvođenjima, najmanje 80 procenata. U nekim izvođenjima, čaura 636 za popunjavanje šupljine ima zapreminu u opsegu od oko 100 mm<3>do 100 000 mmm<3>i, u nekim izvođenjima, zapreminu od oko 21000 mm<3>

[0171] Dok je prikazan član 636 za popunjavanje šupljine konfigurisan kao jedinstvena, cevasta čaura, koja ima aksijalno raspoređene kanale prijemnika 636E, koji su definisani ovde, mogu se koristiti i druge konfiguracije i konstrukcije. Na primer, kanali 636E se mogu zameniti sa radijalno postavljenim provrtima, koji se ne pružaju do ivica čaure. Član 636 za popunjavanje šupljine se može zameniti sa dva ili više članova za popunjavanje šupljina, koji

2

su konfigurisani i raspoređeni tako da zauzimaju zapreminu zazora 627C do stepena i u dimenzijama, koji su ovde razmatrani. Dva ili više članova za popunjavanje šupljina mogu biti aksijalno složeni i ili mogu okruživati varistorski sklop 650 sa manje od 360 stepeni.

[0172] U skladu sa slikom 21, prikazan je modularni uređaj 700 prenaponske zaštite, prema detaljnim izvođenjima pronalaska. Uređaj 700 prenaponske zaštite se može koristiti na isti način i za iste namene kao uređaj 600 prenaponske zaštite. Uređaj 700 prenaponske zaštite je konstruisan na isti način kao uređaj 600 prenaponske zaštite, osim kako sledi. Uređaj 700 sadrži varistorski sklop 750, koji odgovara varistorskom sklopu 650, i član 736 za popunjavanje šupljine odgovara članu 636 za popunjavanje šupljine.

[0173] Uređaj 700 prenaponske zaštite sadrži elastomerni izolacioni član 739, koji odgovara elastomernom izolacionom članu 239 (slika 12). Izolacioni član 739 je ugnježden između poklopca 726 i elektrodne, gornje prirubnice 724D i aksijalno pritisnut (tj. aksijalno opterećen i elastično deformisan iz svog opuštenog stanja), tako da izolacioni član 739 služi kao član za premoštavanje i primenjuje konstantan pritisak ili opterećenje na elektrodu 724 i poklopac 726, kako je opisano u vezi sa uređajem 200.

[0174] Podrazumeva se da različiti aspekti, koji su opisani ovde, mogu biti korišćeni u različitim kombinacijama. Na primer, elastomerni izolacioni član, koji odgovara elastomernom izolacionom članu 239, može biti korišćen na mestu opruge i krajnjih izolacionih članova (na primer, izolacioni član 128C), uređaja 100, 300, 400, 600 prenaponske zaštite. Varistorski sklopovi svakog od uređaja 100-700 se mogu zameniti varistorskim sklopom nekog drugog uređaja, izabranog od uređaja 100-700 (na primer varistorski sklop 350, sa pet vafera ili varistorski sklop 450, sa dva vafera se može koristiti umesto varistorskog sklopa 650, u uređaju 600).

[0175] Za one koji imaju uobičajene veštine iz oblasti, mogu se napraviti brojne izmene i modifikacije, s obzirom na prednosti predstavljenog otkrića, bez odstupanja od opsega pronalaska. S obzirom na to, mora biti razumljivo da su prikazana otkrića postavljena samo u svrhu primera, i da ne bi trebala biti uzeta kao ograničenje pronalaska, kako je definisano sledećim zahtevima.

Claims

Patentni zahtevi

1. Uređaj (100) prenaponske zaštite sadrži:

varistorski sklop (150), koji se sastoji od:

većeg broja varistorskih vafera (152, 154, 156), od kojih je svaki formiran od varistorskog materijala;

najmanje jednog električno provodnog, međuspojnog člana (160, 162), koji povezuje varistorske vafere u električnu paralelu; i vezivnog sredstva (164, 164'), koje povezuje najmanje dva varistorska vafera, u varistorskom sklopu, jedan sa drugim;

pri čemu su varistorski vaferi i najmanje jedan međuspojni član aksijalno smešteni; prvi elektrodni član (122); i drugi elektrodni član (124);

pri čemu najmanje jedan električno provodni, međuspojni član povezuje ili povezuju varistorske vafere u električnu paralelu između prvog i drugog elektrodnog člana; i

pri čemu su varistorski vaferi aksijalno smešteni između prve i druge elektrode.

2. Uređaj prenaponske zaštite prema Zahtevu 1, pri čemu je vezivno sredstvo (164, 164') najmanje jedan od adheziva (lepkova) na bazi cianoakrilata i adheziva na bazi epoksidnih smola.

3. Uređaj prenaponske zaštite prema Zahtevu 1, ili Zahtevu 2, pri čemu je vezivno sredstvo (164, 164') povezano za periferne ivice (152E, 154E, 156E), varistorskih vafera i/ili gde vezivno sredstvo (164, 164') sadrži veći broj obodno razmaknutih masa vezivnog sredstava, po perifernim ivicama varistorskih vafera.

4. Uređaj prenaponske zaštite prema bilo kom od Zahteva 1 do 3, pri čemu vezivno sredstvo (164, 164') sadrži veći broj obodno razmaknutih masa vezivnog sredstva, na perifernim ivicama varistorskih vafera.

5. Uređaj prenaponske zaštite, prema bilo kom od prethodnih Zahteva, gde:

svaki od varistorskih vafera (152, 154, 156) sadrži suprotstavljeno okrenuta ravna lica kontakata (152U, 152L, 154U, 154L, 156U, 156L);

svaki od kontaktnih članova (160, 162) sadrži dva međusobno udaljena, ravna kontaktna dela (160U, 160L, 162U, 162L) i deo (160B, 162B )za premošćavanje (most) , koji se proteže između i električno povezuje kontaktne delove; i kontaktni delovi koriste odgovarajuća ravna kontaktna lica varistorskih vafera;

opciono, pri čemu svaki od kontanktnih delova zauzima najmanje 40 procenata svakog kontaktnog lica, koje je time uključeno.

2

6. Uređaj prenaponske zaštite, prema bilo kom od prethodnih Zahteva, pri čemu svaki varistorski vafer uključuje metalizovane slojeve (157), formirajući međusobno suprotstavljena ravna kontaktna lica varistorskih vafera.

7. Uređaj prenaponske zaštite, prema bilo kom od prethodnih Zahteva, pri čemu varistorski sklop (450) uključuje izolacioni vafer (457), koji je aksijalno umetnut i složen izmežu najmanje dva od više varistorskih vafera (452, 454).

8. Uređaj prenaponske zaštite, prema bilo kom od prethodnih Zahteva, pri čemu:

više varistorskih vafera uključuje prvi, drugi i treći varistorski vafer (152, 154, 156); i najmanje jedan međuspojni član uključuje najmanje prvi i drugi međuspojni član (160, 162), povezujući vafere u električnu paralelu između prvog i drugog elektrodnog člana.

9. Uređaj prenaponske zaštite, prema Zahtevu 8, pri čemu:

prvi međuspojni član (160) dodiruje i električno povezuje svaki od prvih elektrodnih članova (122) i prvih, drugih i trećih varistorskih vafera (152, 154, 156), i

drugi međuspojni član (162) dodiruje i električno povezuje svaki od drugih elektrodnih članova (124) i prvih, drugih i trećih varistorskih vafera (152, 154, 156).

10. Uređaj prenaponske zaštite, prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, pri čemu:

prva elektroda (122) uključuje elektrodu kućišta, uključujući krajnji zid (122A) i integralni bočni zid (122B), koji zajednički definišu šupljinu (122C); druga elektroda (124) se proteže u šupljinu;

varistorski sklop se nalazi u šupljini; i

elektroda kućišta je celovito formirana od metala.

11. Uređaj prenaponske zaštite, prema bilo kom od prethodnih Zahteva, koji uključuje:

uređaj (128E) za premošćavanje, koji primenjuje opterećenje u vidu aksijalnog pritiska na varistorski sklop; i/ili električno provodan, topljivi član (632), pri čemu topljivi član reaguje na toplotu u uređaju prenaponske zaštite, tako da se topi i formira električni kratak spoj preko prvih i drugih elektrodnih članova.

12. Uređaj prenaponske zaštite, prema Zahtevu 11, koji uključuje član (636) za popunjavanje šupljine, koji okružuje najmanje deo varistorskog sklopa, pri čemu je član za popunjavanja šupljine formiran od električno izolacionog materijala;

pri čemu član (636) za popunjavanje šupljine uključuje udubljenje (636E) prijemnika i deo (660B) međupovezivanja (660) se proteže spolja, izvan više varistora (652, 654, 656) i nalazi se u udubljenu prijemnika.

13. Uređaj prenapnske zaštite, prema Zahtevu 12, pri čemu:

prva elektroda (622) uključuje elektrodu kućišta, koja sadrži krajnji zid i integralni bočni zid (626B), koji zajedno definišu komoru (627);

komora uključuje prvu potkomoru (627A) i drugu potkomoru (627B), u fluidnoj komunikaciji sa prvom potkomorom;

topljivi član (632) je smešten u prvu potkomoru;

varistorski sklop (650) je smešten u drugu potkomoru i zapremina zazora je određena između varistorskog sklopa i bočnog zida; i

član (636) za popunjavanja šupljine je smešten u zapremini zazora, kako bi ograničio tok topljivog člana u zapreminu zazora;

opciono, pri čemu član (636) za popunjavanja šupljine zauzima najmanje 50 procenata zapremine zazora.

14. Uređaj prenaponske zaštite, prema Zahtevu 8 ili bilo kom od njega zavisnih Zahteva, pri čemu:

prva elektroda (223) je celovita elektroda kućišta, elektroda kućišta uključuje prvu i drugu šupljinu (222C);

varistorski sklop (250) je smešten u prvoj šupljini; i

uređaj prenaponske zaštite nadalje uključuje:

drugi varistorski sklop (250), smešten u drugu šupljinu, pri čemu drugi varistorski sklop uključuje:

više varistorskih vafera, od kojih je svaki formiran od varistorskog materijala; i

najmanje jedan električno provodan međuspojni član; i treći elektrodni član,

pri čemu su varistorski vaferi, drugog varistorskog sklopa, aksijalno složeni između elektrode kućišta; i

pri čemu najmanje jedan od međuspojnih članova, drugog varistorskog sklopa, povezuje varistorske vafere drugog varistorskog sklopa u električnu paralelu između elektrode kućišta i treće elektrode.

2