RS64077B1 - Moduli uređaja za prenaponsku zaštitu koji uključuju integralne termičke rastavljačke mehanizme i postupci sa istima - Google Patents

Description

Opis

Oblast pronalaska

[0001] Predmetni opis pronalaska se odnosi na uređaje za prenaponsku zaštitu i, naročito, ali ne isključivo, na uređaje za prenaponsku zaštitu koji uključuju termičke rastavljače i upozoravajuće mehanizme. Aspekti ovog pronalaska odnose se na modul uređaja za prenaponsku zaštitu.

Stanje tehnike

[0002] Često se prekomerni napon ili struja primenjuju na uslužnim linijama koje isporučuju energiju rezidencijalnim i komercijalnim i institucionalnim objektima. Takvi pikovi viškova napona ili struje (tranzijentni naponi premašenja i prenaponske struje) mogu, na primer, biti posledica udara groma. Navedeni događaji mogu biti od naročitog značaja u telekomunikacionim distributivnim centrima, bolnicama i drugim objektima gde šteta na opremi prouzrokovana prenaponima i/ili prenaponskim strujama nije prihvatljiva, a rezultujuće vreme prekida rada može biti veoma skupo.

[0003] Tipično, osetljiva elektronska oprema može se zaštititi od tranzijentnih napona premašenja i prenaponskih struja korišćenjem uređaja za prenaponsku zaštitu (Surge Protective Devices - SPD). Na primer, uređaj za zaštitu od napona premašenja može biti instaliran na ulazu za napajanje opreme koja treba da se štiti, koja je obično zaštićena od prekomernih struja kada otkaže. Tipičan režim kvara SPD je kratak spoj. Zaštita od prekomerne struje koja se tipično koristi je kombinacija unutrašnjeg termičkog rastavljača, radi zaštite uređaja od pregrevanja zbog povećanih struja curenja, i spoljnog osigurača, radi zaštite uređaja od većih struja greške. Različite SPD tehnologije mogu izbeći upotrebu unutrašnjeg termičkog rastavljača jer, u slučaju kvara, oni menjaju svoj režim rada u nizak omski otpor.

[0004] U slučaju prenaponske struje u vodu L (npr. naponski vod trofaznog elektroenergetskog kola), zaštita uređaja za opterećenje elektroenergetskog sistema može zahtevati obezbeđivanje strujnog puta ka zemlji za strujni višak prenaponske struje. Prenaponska struja može da generiše tranzijentni napon premašenja između voda L i neutralnog voda N (neutralni vod N može biti provodno spojen sa zemljom PE). Budući da tranzijentni naponi premašenja značajno premašuju radni napon SPD, SPD će postati provodan, omogućavajući strujnom višku da teče od voda L, kroz SPD, do neutralnog voda N. Jednom kada se prenaponska struja sprovede u neutralni vod N, stanje napona premašenja prestaje, i SPD može ponovo postati neprovodan. Međutim, u nekim slučajevima, jedan ili više SPD-ova mogu početi da omogućavaju da se struja curenja provodi čak i pri naponima koji su niži od radnog napona SPD-ova. Ovakvi uslovi mogu se pojaviti u slučaju propadanja SPD. Cilj izvođenja predmetnog opisa pronalaska jeste da se poboljšaju takvi poznati uređaji.

[0005] US2013/038976 A1 opisuje termički zaštićen varistorski uređaj (Thermally-Protected Varistor -TPV). CN 106026067 A opisuje aparaturu za prenaponsku zaštitu. US 8,699,197 B2 opisuje kompaktan uređaj za suzbijanje tranzijentnog prenapona.

Izlaganje suštine pronalaska

[0006] Obezbeđen je modul uređaja za prenaponsku zaštitu (SPD) prema patentnom zahtevu 1. Izbor opcionih karakteristika opisan je u zavisnim patentnim zahtevima.

[0007] Dalje karakteristike, prednosti i detalji predmetnog pronalaska biće značajni za stručnjake u oblasti na osnovu čitanja slika i detaljnog opisa izvođenja koji slede, pri čemu je takav opis samo ilustracija predmetnog pronalaska.

Kratak opis slika nacrta

[0008] Priloženi crteži, koji predstavljaju deo specifikacije, ilustruju primere izvođenja predmetnog pronalaska.

SL. 1 je prikaz odozgo perspektive prednje strane jednog SPD sklopa, prema izvođenjima pronalaska, montiranog na DIN šinu;

SL.2 je eksplodirani prikaz perspektive prednje desne strane SPD modula koji čini deo SPD sklopa sa SL.1;

SL.3 je eksplodirani prikaz zadnje leve strane SPD modula sa SL.2;

SL. 4 je eksplodirani prikaz prednje desne strane sklopa elementa provodnog pri naponu premašenja, koji čini deo SPD modula sa SL.2;

SL.5 je eksplodirani prikaz prednje leve strane sklopa elementa provodnog pri naponu premašenja sa SL.4;

SL.6 je prikaz leve strane SPD modula sa SL.2 sa uklonjenim poklopcem;

SL.7 je prikaz poprečnog preseka SPD modula sa SL.2 uzet duž linije 7-7 na SL.6;

SL.8 je prikaz perspektive prednje strane odozdo SPD modula sa SL.2 sa uklonjenim poklopcem;

SL.9 je prikaz desne strane SPD modula sa SL.2 sa uklonjenim poklopcem i njegovim mehanizmom termičkog rastavljača u pripravnoj konfiguraciji;

SL.10 je prikaz desne strane SPD modula sa SL.2 sa uklonjenim poklopcem i njegovim mehanizmom termičkog rastavljača u prvoj aktiviranoj konfiguraciji;

SL.11 je prikaz desne strane SPD modula sa SL.2 sa uklonjenim poklopcem i njegovim mehanizmom termičkog rastavljača u drugoj aktiviranoj konfiguraciji;

SL.12 je eksplodirani prikaz perspektive odozdo, prednje, desne strane baznog sklopa, koji čini deo SPD sklopa sa SL.1;

SL.13 je prikaz poprečnog preseka baznog sklopa sa SL.12 uzet duž linije 13-13 na SL 1;

SL.14 je šematski dijagram električnog kola jednog električnog kola koje uključuje SPD sklop sa SL.

1;

SL. 15 je uvećani, fragmentarni prikaz otpozadi modula sa SL. 2, koji prikazuje njegove pinove označavača;

SL.16 je uvećani, fragmentarni prikaz spreda baze sa SL.12 koji prikazuje njene utičnice označavača;

SL.17 je prikaz perspektive sklopa opruge/kontakta prema daljim izvođenjima datog pronalaska, i

SL.18 je bočni prikaz sklopa opruge/kontakta sa SL.17;

Detaljan opis izvođenja pronalaska

[0009] Sada će biti opisana izvođenja predmetnog pronalaska, samo putem primera, sa referencama na priložene slike nacrta. Na datim crtežima, relativne veličine oblasti ili karakteristika mogu biti preuveličeni zbog jasnoće. Ovaj pronalazak, međutim, može biti izveden u mnogo različitih oblika, i ne treba ga tumačiti kao ograničen na ovde opisana izvođenja; ta izvođenja su prevashodno obezbeđeni zato da bi ovaj opis pronalaska bio temeljan i potpun, i u potpunosti će preneti obim datog pronalaska kako je priloženim patentnim zahtevima opisan za stručnjake u oblasti tehnike.

[0010] Kada se neki element naziva „spojenim“ ili „povezanim“ sa drugim elementom, smatraće se da on može biti direktno spojen ili povezan sa drugim elementom, ili da takođe mogu biti prisutni i posrednički elementi. Nasuprot tome, kada se neki element naziva „direktno spojenim“ ili „direktno povezanim“ sa drugim elementom, tada ne postoje posrednički elementi. Iste brojne oznake se odnose na iste elemente u celom tekstu.

[0011] Dodatno, pojmovi koji se odnose na relativni položaj u prostoru, kao što su „direktno ispod“, „ispod“, „donji“, „iznad“, „gornji“ i slično, mogu se koristiti ovde radi lakšeg opisivanja odnosa jednog elementa ili karakteristike prema drugom elementu/elementima ili karakteristici/karakteristikama, kako je ilustrovano na slikama. Smatraće se da pojmovi koji se odnose na relativni položaj u prostoru treba da obuhvataju različite orijentacije uređaja koji je korišćen ili u radu, pored orijentacije prikazane na slikama. Na primer, ako bi se uređaj na slikama preokrenuo, elementi koji su bili opisani kao „direktno ispod“ ili „ispod“ drugih elemenata ili karakteristika, tada bi bili orijentisani „iznad“ drugih elemenata ili karakteristika. Prema tome, pojam koji je uzet kao primer „direktno ispod“ može obuhvatiti i orijentaciju iznad i ispod. Uređaj može biti orijentisan na neki drugi način (rotirano za 90 stepeni ili u drugim orijentacijama), a ovde korišćeni deskriptori relativnog položaja u prostoru tumačeni u skladu sa tim.

[0012] Dobro poznate funkcije ili konstrukcije možda neće biti detaljno opisane radi sažetosti i/ili jasnoće.

[0013] Kako se ovde koristi, izraz "i/ili" uključuje bilo koju i sve kombinacije jedne ili više povezanih navedenih stavki.

[0014] Terminologija koja se ovde koristi samo je u svrhu opisivanja posebnih izvođenja i nije predviđena da bude ograničavajuća za pronalazak. Kako se ovde koristi, oblici za jedninu predviđeni su da uključuju i oblike za množinu, osim ako kontekst jasno ne naznačava drugačije. Dalje će se smatrati da pojmovi „sadrži“ i/ili „koji sadrži“, kada se koriste u ovoj specifikaciji, specificiraju prisustvo navedenih karakteristika, celih brojeva, koraka, operacija, elemenata i/ili komponenata, ali ne isključuju prisustvo ili dodavanje jednog ili više drugih karakteristika, celih brojeva, koraka, operacija, elemenata, komponenata i/ili njihovih grupa.

[0015] Osim ako nije drugačije definisano, svi pojmovi (uključujući tehničke i naučne pojmove) koji su ovde korišćeni imaju isto ono značenje koje uobičajeno koristi stručnjak u oblasti kojoj ovaj pronalazak pripada. Dalje će se smatrati da pojmovi, poput onih koji su definisani u uobičajeno korišćenim rečnicima, treba da se tumače kao da imaju značenje konzistentno sa njihovim značenjem u kontekstu relevantne oblasti tehnike, i neće se tumačiti u idealizovanom ili preterano formalnom smislu, osim ako tako nije izričito definisano ovde.

[0016] Kako se ovde koristi, „monolitni“ označava objekat koji je jedan, unitaran komad, formiran ili sastavljen od materijala bez spojeva ili šavova. Alternativno, unitarni objekat može biti kompozicija sastavljena od više delova ili komponenata, zajedno pričvršćenih na spojevima ili šavovima.

[0017] Pozivajući se na SL.1–13, na kojima su prikazani sklopovi 101 za suzbijanje tranzijentnog prenapona (transient voltage surge suppression - TVSS) ili uređaja za prenaponsku zaštitu (SPD) i jedan SPD sistem 103 prema izvođenjima predmetnog pronalaska. SPD sklop 101 i sistem 103 uključuju SPD modul 100 i postolje ili bazu 200. SPD modul 100 ima mogućnost priključivanja u bazu 200.

[0018] Prema nekim izvođenjima i kao što je prikazano, SPD sklop 101 je konfigurisan, dimenzija i oblika za montiranje na potpornu šinu 10 (npr. DIN šina 10 prikazana na SL.1) i u skladu je sa odgovarajućim važećim DIN zahtevima ili standardima. DIN šina 10 može biti pričvršćena (npr. vijcima 5 ili drugim pričvršćivačima) na odgovarajuću potpornu konstrukciju, poput zida W, na primer, na zadnji zid ormara elektro-servisne opreme. Baza 200 se može uklonjivo montirati na DIN šini 10. Priključivi modul uređaja 100 za prenaponsku zaštitu (SPD) zauzvrat se može uklonjivo montirati na bazu 200.

[0019] U nekim izvođenjima, maksimalne dimenzije SPD sklopa 101 su u skladu sa najmanje jednim od sledećih DIN (Deutsches Institut für Normung e.V.) standarda: DIN 43880 (decembar 1988). U nekim izvođenjima, maksimalne dimenzije sklopa 101 su u skladu sa svakim od ovih standarda.

[0020] Prema nekim izvođenjima i kao što je prikazano, šina 10 je DIN šina. Odnosno, šina 10 je dimenzija šina i konfigurisana tako da zadovoljava DIN specifikacije za šine za montažu modularne električne opreme.

[0021] DIN šina 10 ima zadnji zid 12 i integralne, uzdužne vođice 14, koje se pružaju od zadnjeg zida 12 prema van. Svaka vođica 14 uključuje zid 14A koji se proteže napred i zid 14B koji se proteže prema van. Zidovi 12, 14 zajedno čine prednji, centralni kanal 13 koji se proteže uzdužno, i nasuprot, zadnje, ivične kanale 15 koji se protežu uzdužno. Montažni otvori 16 mogu biti obezbeđeni tako da se protežu u potpunosti kroz zid 12 i da prihvataju pričvršćivače (npr. navojne pričvršćivače ili nitne) za pričvršćivanje šine 10 na potpornu strukturu (npr. zid ili panel). DIN šina 10 definiše ravan DIN šine E-F i ima uzdužnu osu F1-F1 koja se proteže u ravni E-F. DIN šine ovog tipa mogu se nazvati „cilindar“ potpornim šinama.

[0022] Prema nekim izvođenjima, šina 10 je 35-milimetarska (širina) DIN šina. Prema nekim izvođenjima, šina 10 je napravljena od metala i/ili kompozitnog ili plastičnog materijala.

[0023] Sklop 100 ima osu A-A montaže uređaja DIN šine (SL. 1), koja se proteže poprečno na i, u nekim izvođenjima, u osnovi upravno na osu F1-F1 DIN šine 10. U nekim izvođenjima, osa A-A montažnog sklopa DIN šine proteže se poprečno na i, u nekim izvođenjima, u osnovi ortogonalno na ravan E-F DIN šine 10. Kako se ovde koristi, "prednji" ili "distalni" odnosi se na kraj udaljeniji od DIN šine 10 kada je sklop 101 montiran na DIN šini 10, a "zadnji" ili "proksimalni" odnosi se na kraj bliži DIN šini 10.

[0024] Baza 200 (SL.1, 12 i 13) uključuje zadnji element 182B kućišta i prednji element kućišta ili poklopac 182A, koji zajedno čine kućište 182. Kućište 182 sadrži zadnji odeljak 183A, gornji krak ili odeljak 183B, i donji krak ili odeljak 183C. Kućište 182 definiše zatvorenu unutrašnju šupljinu. Prema nekim izvođenjima, elementi 182A, 182B kućišta su napravljeni od električno izolacionog polimernog materijala.

[0025] Elementi 182A, 182B kućišta mogu biti napravljeni od bilo kog pogodnog materijala ili više materijala. U nekim izvođenjima, svaki od elemenata 182A, 182B kućišta je napravljen od krutog polimernog materijala ili metala (npr. aluminijuma). Pogodni polimerni materijali mogu da uključuju, na primer, poliamid (PA), polipropilen (PP), polifenilen sulfid (PPS) ili ABS.

[0026] Prijemni kanal 182F DIN šine je definisan na zadnjoj strani zadnjeg odeljka 183A. Integralne šinske kukice 182H smeštene su na jednoj strani kanala 182F, a mehanizam 182G sa opružnim opterećenjem i zasunom DIN šine montiran je na drugoj strani kanala 182F. Karakteristike i komponente 182F, 182G, 182H dimenzionisane su i konfigurisane tako da se baza 200 bezbedno i uklonjivo montira na standardnu DIN šinu 10, kao što je poznato u tehnici.

[0027] Prijemni slot 183D je definisan na prednjoj strani baze 200 odeljcima 183A-C. Prijemni slot 183D ima prednji otvor i otvoren je sa obe strane. Prijemni slot 183D se pruža aksijalno od otvora duž ose A-A i završava se prednjom stranom zadnjeg odeljka 183A.

[0028] Sklop 184, 186 električnog konektora terminala baze montiran je u svakom od gornjih i donjih odeljaka 183B, 183C. Svaki sklop konektora 184, 186 uključuje konektor 185A za stezanje kablova i utičnicu 185B kontaktnog priključka terminala. Kabalski priključak 182C je definisan u svakom od gornjih i donjih odeljaka 183B, 183C da bi primio završetak električnog kabla 20, 22 u odgovarajući konektor 185A za stezanje kablova. U svakom odeljku 183B, 183C predviđen je pogonski priključak 185C za prijem pokretača koji upravlja navojnim elementom 185D (npr. vijkom) pripadajućeg konektora 185A za stezanje kablova.

[0029] Gornji i donji kontaktni otvori 182E su definisani na prednjoj strani ili zidu zadnjeg odeljka 183A. Otvori 182V i 182T pinova označavača su takođe definisani na prednjoj strani ili zidu zadnjeg odeljka 183A.

[0030] Element utičnice označavača napona ili uložak 109V pričvršćen je (npr. utiskivanjem) na otvor 182V. Element utičnice označavača tipa ili uložak 109T pričvršćen je (npr. utiskivanjem) na otvor 182T. Ulošci 109V i 109T uključuju u njima definisane utičnice 109VS i 109TS, respektivno.

[0031] Prekidač 188 smešten je u kućištu 182. Prekidač 188 uključuje pin daljinskog upravljača sa opružnim opterećenjem 188A, koji strši napred od prednje strane zadnjeg odeljka 183A. Prekidač 188 dalje uključuje prekidačku elektroniku 188B, montiranu na PCB 188E i spojenu sa kontrolnim pinom 188A, i izlazni električni konektor 188D.

[0032] SPD modul 100 uključuje kućište 110 i sklop 130 elementa provodnog pri naponu premašenja, integalni mehanizam 140 termičkog rastavljača, integralni mehanizam 170 indikatora (uključujući lokalni alarmni mehanizam 170A i daljinski alarmni mehanizam 170B), prvi mehanizam 102 za zaštitu od kvara, i drugi mehanizam 104 za zaštitu od kvara, smeštene u kućištu 110, kao što je detaljnije navedeno u nastavku. SPD modul 100 dalje uključuje element pina označavača napona ili uložak 106 V, element pina označavača tipa ili uložak 106T, punjenje (potting) P (prikazano samo na SL.7), silikon S, element 166 prvog električnog kontakta i element 168 drugog električnog kontakta.

[0033] Kućište 110 uključuje element unutrašnjeg kućišta ili okvir 114 i element spoljnog kućišta ili poklopac 112, koji zajedno čine kućište 110 (SL.1–13). Kućište 110 definiše unutrašnju komoru ili šupljinu.

[0034] Prednji otvor indikatora ili prozor 112B je obezbeđen na prednjem zidu poklopca 112. Prozor indikatora 112B može poslužiti za vizuelnu indikaciju promene statusa modula 100, kao što je navedeno u nastavku.

[0035] Okvir 114 uključuje pregradni zid 116A, koji razdvaja naspramne šupljine 118A i 118B. Slot 120 elektrode je definisan u pregradnom zidu 116A, i povezuje šupljine 118A, 118B. Okvir 114 uključuje prednji zid 116B i zadnji zid 116C. Otvor 122 prekidača je definisan u zadnjem zidu 116C. Pinski ulošci 106V i 106T pričvršćeni su (npr. utiskivanjem) na utičnice 105V, odnosno 105T, respektivno, u zadnjem zidu 116C.

[0036] Integralna struktura 124 za ojačanje, integralno postolje 126A ankera za oprugu, integralno pivotno postolje 126B, i postolje 126C za nosač opruge, pri čemu se svaki proteže lateralno u šupljinu 118B od pregradnog zida 116A. Struktura 124 za ojačanje ima u osnovi planarnu platformu ili površinu 124A dejstva.

[0037] Elementi kućišta 112, 114 mogu biti napravljeni od bilo kog pogodnog materijala ili više materijala. U nekim izvođenjima, svaki od elemenata kućišta 112, 114 je napravljen od krutog polimernog materijala. Pogodni polimerni materijali mogu da uključuju, na primer, poliamid (PA), polipropilen (PP), polifenilen sulfid (PPS) ili ABS.

[0038] U nekim izvođenjima i kao što je prikazano, sklop 130 elementa provodnog pri naponu premašenja je varistorski sklop koji uključuje varistor 132, prvu elektrodu 134 i drugu elektrodu 136. Varistor 132 ima nasuprot postavljene kontaktne površine 132A, 132B. Slojevi 133 metalizacije prekrivaju kontaktne površine 132A, 132B. Prva elektroda 134 je lemljenjem vezana za sloj 133 metalizacije kontaktne površine 132A, a druga elektroda 136 je lemljenjem vezana za sloj 133 metalizacije kontaktne površine 132B, tako da su elektrode 134 i 136 električno povezane sa kontaktnim površinama 132A i 132B, respektivno.

[0039] Prva elektroda 134 obuhvata obodni deo 134A, poprečni ili potporni krak 134B, i jezičak 134C za završetak. Prva elektroda 134 je električno provodljiva. U nekim izvođenjima, prva elektroda 134 je napravljena od metala. Pogodni metali mogu da sadrže nikl mesing ili legure bakra, poput CuSn 6 ili Cu - ETP. U nekim izvođenjima prva elektroda 134 je unitarna (kompozitna ili monolitna), a u nekim izvođenjima prva elektroda 134 je monolitna.

[0040] Druga elektroda 136 obuhvata obodni deo 136A, poprečni ili potporni krak 136B, i jezičak 138 za završetak. Jezičak 138 za završetak ima u osnovi planarnu kontaktnu površinu 138A, koja definiše ravan T-T jezička (SL.9). U nekim izvođenjima, ravan T-T jezička je u osnovi ortogonalna na ravan M-M (SL.7 i 9) koja je definisana kontaktnom površinom 132B.

[0041] Druga elektroda 136 je električno provodljiva. U nekim izvođenjima, druga elektroda 136 je napravljena od metala. Pogodni metali mogu da sadrže nikl mesing ili legure bakra, poput CuSn 6 ili Cu - ETP. U nekim izvođenjima druga elektroda 136 je unitarna (kompozitna ili monolitna), a u nekim izvođenjima druga elektroda 136 je monolitna.

[0042] Debljina i prečnik varistora 132 zavisiće od željenih karakteristika varistora za određenu primenu. U nekim izvođenjima varistor 132 ima odnos širine W1 (SL.5) prema debljini T1 od najmanje 2. U nekim izvođenjima debljina T1 varistora 132 je u opsegu od oko 0,75 do 15 mm.

[0043] Materijal za varistor 132 može biti bilo koji pogodan materijal koji se uobičajeno koristi za varistore, naime, materijal koji pokazuje nelinearnu karakteristiku otpora sa primenjenim naponom. U nekim izvođenjima, varistor 132 je metal oksidni varistor (MOV). Poželjno, otpor postaje veoma nizak kada se prekorači propisani napon. Varistorski materijal može biti, na primer, dopirani metalni oksid ili silicijum karbid. Pogodni metalni oksidi uključuju jedinjenja cinkovog oksida.

[0044] Varistorski sklop 130 je smešten se u šupljini 118A, tako da se jezičak 138 za završetak proteže kroz slot 120 i ulazi u šupljinu 118B. Silikon S okružuje slot 120. Preostali deo prostora u šupljini 118A je napunjen ispunom P. Silikon S sprečava da ispuna ulazi u područje oko slota 120 tako da ispuna ne prodire u šupljinu 118B, gde bi mogla da ometa dejstva i mehanizme prisutne u šupljini 118B.

[0045] Mehanizam 140 termičkog rastavljača uključuje element 142 hladioca, rastavljačku oprugu 150, dopunsku oprugu 160, i sloj 148 lema.

[0046] Element 142 hladioca ima unutrašnje i spoljne strane 142A i 142B postavljene nasuprot. Element 142 hladioca je pričvršćen na stranu 138A jezička 138, kako bi se obezbedila dobra električna i toplotna provodljivost između jezička 138 i unutrašnje strane 142A elementa 142 hladioca. Element 142 hladioca može biti učvršćen za jezičak 138 bilo kojom pogodnom tehnikom. U nekim izvođenjima i kao što je prikazano, element 142 hladioca je učvršćen za jezičak 138 pomoću mnoštva nitni 144. Otvori 138A su obezbeđeni na jezičku 138 za prihvat i učvršćivanje nitni 144. U nekim izvođenjima, element 142 hladioca učvršćen je za jezičak 138 pomoću mnoštva TOX ili klinastih nitni. U nekim izvođenjima, element 142 hladioca učvršćen je za jezičak 138 zavarivanjem.

[0047] Kako se ovde koristi, termin „toplotni kapacitet“ označava proizvod specifične toplote jednog ili više materijala objekta i mase ili masa jednog ili više materijala objekta. Odnosno, toplotni kapacitet je količina energije potrebna da se temperatura jednog grama materijala ili više materijala objekta podigne za jedan stepen Celzijusa, pomnoženo sa masom ili masama jednog ili više materijala u objektu.

[0048] Prema nekim izvođenjima, toplotni kapacitet elementa 142 hladioca je u opsegu od oko 0,2 do 2,0 džula/kelvinu (J/K).

[0049] Prema nekim izvođenjima, toplotni kapacitet elementa 142 hladioca je značajno veći od toplotnog kapaciteta druge elektrode 136. Prema nekim izvođenjima, toplotni kapacitet elementa 142 hladioca je značajno manji od toplotnog kapaciteta druge elektrode 136. Prema nekim izvođenjima, toplotni kapacitet elementa 142 hladioca je barem 0,15 puta iznos toplotnog kapaciteta druge elektrode 136 a, u nekim izvođenjima, u opsegu je od oko 0,15 do 2,5 puta iznos toplotnog kapaciteta druge elektrode 136.

[0050] Prema nekim izvođenjima, toplotni kapacitet elementa 142 hladioca je značajno veći od toplotnog kapaciteta jezička 138 elektrode. Prema nekim izvođenjima, toplotni kapacitet elementa 142 hladioca je barem 3 puta veći od toplotnog kapaciteta jezička 138 elektrode a, u nekim izvođenjima, u opsegu je od oko 3 do 10 puta veći od toplotnog kapaciteta jezička 138 elektrode.

[0051] Prema nekim izvođenjima, toplotni kapacitet elementa 142 hladioca je značajno veći od toplotnog kapaciteta kontaktnog dela 154B (navedeno u nastavku) rastavljačke opruge 150. Prema nekim izvođenjima, toplotni kapacitet elementa 142 hladioca je barem 3 puta veći od toplotnog kapaciteta kontaktnog dela 154B a, u nekim izvođenjima, u opsegu je od oko 3 do 10 puta veći od toplotnog kapaciteta kontaktnog dela 154B.

[0052] Prema nekim izvođenjima, toplotni kapacitet elementa 142 hladioca je značajno veći od kombinovanih toplotnih kapaciteta jezička 138 elektrode i kontaktnog dela 154B. Prema nekim izvođenjima, toplotni kapacitet elementa 142 hladioca je barem 3 puta veći od kombinovanih toplotnih kapaciteta jezička 138 elektrode i kontaktnog dela 154B a, u nekim izvođenjima, u opsegu je od oko 3 do 8 puta veći od kombinovanih toplotnih kapaciteta jezička 138 elektrode i kontaktnog dela 154B.

[0053] Prema nekim izvođenjima, element 142 hladioca ima masu koja je u opsegu od oko 0,5 do 2,5 g. Prema nekim izvođenjima, masa elementa 142 hladioca je u opsegu od oko 0,2 do 10 puta iznos mase jezička 138 elektrode a, u nekim izvođenjima, u opsegu je od oko 5 do 10 puta veća od mase jezička 138 elektrode.

[0054] Prema nekim izvođenjima, element 142 hladioca je napravljen od metala. U nekim izvođenjima, element 142 hladioca je napravljen od metala izabranog iz grupe koja se sastoji od bakra, mesinga ili drugih pogodnih legura bakra ili drugog metala ili legura sa odgovarajućim toplotnim kapacitetom i toplotnom provodljivošću.

[0055] Prema nekim izvođenjima, specifični toplotni kapacitet materijala od kojeg je napravljen element 142 hladioca je u opsegu od oko 100 do 1200 J/kg-K.

[0056] Element 142 hladioca može biti napravljen bilo kojom pogodnom tehnikom. U nekim izvođenjima, element 142 hladioca je monolitan.

[0057] U nekim izvođenjima, element 142 hladioca je napravljen od materijala koji ima toplotnu provodljivost od najmanje oko 200 W/mK.

[0058] U nekim izvođenjima, element 142 hladioca je napravljen od materijala koji ima električnu provodljivost od najmanje oko 2,5 x 10<7>S/m.

[0059] Rastavljačka opruga 150 uključuje bazni krak 152 i konzolni slobodan krak 154, spojen sa baznim krakom 152 preko radijusnog zavoja 153. Slobodan krak 154 uključuje donji deo 154A u blizini zavoja 153, i gornji kontaktni deo 154B distalno od zavoja 153. Kontaktni deo 154B uključuje unutrašnju kontaktnu stranu okrenutu prema elementu 142 hladioca. Slabo područje 156 smešteno je u oprugu 150 između donjeg dela 154A i kontaktnog dela 154B. Slabo područje 156 uključuje zarez (notch) 156A, definisan u bočnoj ivici opruge 150. Kao rezultat toga, opruga 150 ima smanjenu površinu poprečnog preseka u slabom području 156.

[0060] Prema nekim izvođenjima, opruga 150 ima debljinu T2 (SL.9) u opsegu od oko 0,2 mm do 1 mm. Prema nekim izvođenjima, debljina T2 opruge 150 je u osnovi uniformna od jednog do drugog kraja.

[0061] Prema nekim izvođenjima, opruga 150 ima širinu W2 (SL. 7) u opsegu od oko 3 mm do 10 mm. Prema nekim izvođenjima, širina W2 opruge 150 je u osnovi uniformna od jednog do drugog kraja.

[0062] Prema nekim izvođenjima, dužina L2A (SL.2) donjeg dela 154A je u opsegu od oko 15 mm do 35 mm.

[0063] Prema nekim izvođenjima, dužina L2B (SL.2) kontaktnog dela 154B je u opsegu od oko 2 mm do 15 mm.

[0064] Opruga 150 može biti napravljena od bilo kojeg pogodnog materijala ili više materijala. U nekim izvođenjima, opruga 150 je napravljena od metala. Pogodni metalni materijali mogu uključivati, na primer, CuSn 0.15 leguru (bronza), nikl mesing, CuSn6, Cu -ETP, bakar bez kiseonika. Prema nekim izvođenjima, opruga 150 ima elastičnu (restoring) silu u pripravnom položaju (SL.9) u opsegu od oko 5 N do 30 N. Prema nekim izvođenjima, opruga je napravljena od materijala (npr. metala) koji ima temperaturu omekšavanja veću od 300°C. U nekim izvođenjima, opruga 150 je unitarna (kompozitna ili monolitna), a u nekim izvođenjima, opruga 150 je monolitna. U nekim izvođenjima, opruga 150 je napravljena (npr. izrezana i savijena) od lima.

[0065] Prema nekim izvođenjima, opruga 150 ima električnu provodljivost od najmanje 14 nΩ·m (na 20°C).

[0066] Dopunska opruga 160 uključuje bazni krak 162 i konzolni slobodan krak 164, spojen sa baznim krakom 162 preko radijusnog zavoja 163. Slobodan krak 164 pruža se od zavoja 163 do distalnog završetka 164A. Završetak 164A nalazi se u blizini slabog područja 156. Slobodan krak 164 može biti značajno koekstenzivan sa donjim krakom 154A.

[0067] Prema nekim izvođenjima, opruga 160 ima debljinu T3 (SL.9) u opsegu od oko 0,2 mm do 0,9 mm. Prema nekim izvođenjima, debljina T3 opruge 160 je u osnovi uniformna od jednog do drugog kraja.

[0068] Prema nekim izvođenjima, opruga 160 ima širinu u opsegu od oko 3 mm do 10 mm. Prema nekim izvođenjima, širina opruge 160 je u osnovi uniformna od jednog do drugog kraja.

[0069] Prema nekim izvođenjima, dužina slobodnog kraka 164 je u opsegu od oko 5 mm do 15 mm.

[0070] Opruga 160 može biti napravljena od bilo kojeg pogodnog materijala ili više materijala. U nekim izvođenjima, opruga 160 je napravljena od metala. Pogodni metalni materijali mogu uključivati, na primer, CuSn 0.15 leguru (bronza), CuSn6, Cu -ETP, bakar bez kiseonika. Prema nekim izvođenjima, opruga 160 ima elastičnu silu u pripravnom položaju (SL. 9) u opsegu od oko 0,5 N do 5 N. U nekim izvođenjima, opruga 160 je napravljena od materijala (npr. metala) koji ima temperaturu omekšavanja veću od 300°C. U nekim izvođenjima, opruga 160 je unitarna, a u nekim izvođenjima opruga 160 je monolitna. U nekim izvođenjima, opruga 160 je napravljena (npr. izrezana i savijena) od lima. U nekim izvođenjima, opruga 160 je napravljena od različitog materijala u odnosu na oprugu 150.

[0071] Prema nekim izvođenjima, opruga 160 ima električnu provodljivost od najmanje 14 nΩ·m (na 20°C).

[0072] Element 166 prvog električnog kontakta (SL. 4) uključuje bazu 166A i integralni konektor 166B terminala u obliku slova U. Baza 166A je pričvršćena na kontaktni jezičak 134C prve elektrode 134 lemljenjem ili zavarivanjem, na primer, na spoju J1.

[0073] Relativni položaji delova 134C i 166A mogu se podesiti ili menjati prilikom formiranja spoja J1 tokom proizvodnje. Na primer, lateralni položaj kontaktni elementi 166 u odnosu na element 134 prve elektrode može se podesiti i zatim osigurati (npr. lemljenjem ili zavarivanjem) kako bi se smestili varistori 132 različite debljine. Ovaj plutajući kontakt ili spoj može omogućiti da se montiraju varistori 132 različitih debljina korišćenjem iste elektrode 134.

[0074] Element 168 drugog električnog kontakta (SL.3) uključuje bazu 168A i integralni konektor 168B terminala u obliku slova U. Opruge 150 i 160 su pričvršćene na bazu 168A nitnama 169. Opruge 150, 160 i baza 168A tako sklopljeni zajedno sačinjavaju opružno/kontaktni podsklop 151.

[0075] Kontaktni elementi 166, 168 mogu biti napravljeni od bilo kojeg pogodnog materijala ili više materijala. U nekim izvođenjima, kontaktni elementi 166, 168 napravljeni su od metala. Pogodni metalni materijali mogu uključivati, na primer, nikl mesing, CuSn 0.15, CuSN 6, CuP 0.008. U nekim izvođenjima, svaki od kontaktnih elemenata 166, 168 je unitaran, a u nekim izvođenjima, monolitan.

[0076] Lem 148 može biti napravljen od bilo kojeg pogodnog materijala ili više materijala. U nekim izvođenjima, lem 148 je napravljen od metala. Pogodni metalni materijali mogu uključivati, na primer, 58Bi42Sn.

[0077] Prema nekim izvođenjima, lem 148 je izabran tako da je njegova tačka topljenja veća od maksimalne propisane standardne radne temperature, ali manja ili jednaka propisanoj temperaturi iskopčavanja. Maksimalna standardna radna temperatura može biti najveća temperatura koja se očekuje u lemu 148 tokom normalnog rada (uključujući rukovanje naponima premašenja u okviru dizajna za opseg modula 100). Propisana temperatura iskopčavanja je temperatura lema 148 na kojoj je predviđeno da lem 148 oslobodi oprugu 150 kako bi se aktivirao prvi mehanizam 102 za zaštitu od kvara.

[0078] Prema nekim izvođenjima, lem 148 ima tačku topljenja u opsegu od oko 109°C do 160°C i, u nekim izvođenjima, u opsegu od oko 85°C do 200°C.

[0079] Prema nekim izvođenjima, lem 148 ima električnu provodljivost u opsegu od oko 100 simensa/metru (S/m) do 200 S/m i, prema nekim izvođenjima, u opsegu od oko 50 S/m do 500 S/m.

[0080] Prema nekim izvođenjima, sloj lema 148 ima debljinu T4 (SL.9) u opsegu od oko 0,05 mm do 0,5 mm. Prema nekim izvođenjima, debljina T4 je u osnovi uniformna od jednog do drugog kraja.

[0081] Prema nekim izvođenjima, sloj lema 148 ima površinu u opsegu od oko 25 mm<2>do 45 mm<2>. Prema nekim izvođenjima, sloj lema 148 prekriva najmanje oko 85 procenata područja preklapanja elementa 142 hladioca i kontaktnog dela 154B.

[0082] Mehanizam 170 indikatora uključuje ljuljačku ruku (swingarm) 172, indikatorsku kapsulu ili element 174 i indikatorsku oprugu 176. Ljuljačka ruka 172 uključuje pivotni otvor 172A iz koga se radijalno pružaju krak 172B trigera, krak 172C indikatora i krak 172D prekidača. Na prekidačkom kraku 172D je obezbeđeno integralno postolje 172E ankera za opruge.

[0083] Postolje 172F na indikatorskom kraku 172C spaja indikatorski element 174 sa krakom 172C. Indikatorski element 174 uključuje indikatorsku površinu 174A. Indikatorski element 174 je klizno pričvršćen na prednji zid 116B šine ili okvira da klizi duž ose I-I indikatora (SL.9).

[0084] Indikatorska opruga 176 je pričvršćena na oba kraja za postolje 172E ankera i postolje 126A ankera, i elastično je istegnuta tako da deluje perzistentnom vučnom silom na krak 172D prekidača.

[0085] Ljuljačka ruka 172 i indikatorski element 174 mogu biti napravljeni od bilo kog pogodnog materijala ili više materijala. U nekim izvođenjima, komponente 172, 174 su napravljene od krutog polimernog

1

materijala. Pogodni polimerni materijali mogu da uključuju, na primer, poliamid (PA), polipropilen (PP), polifenilen sulfid (PPS), ili ABS.

[0086] Kada je modul 100 sklopljen u pripravnoj konfiguraciji, kao što je prikazano na SL.7–9, rastavljačka opruga 150 je elastično savijena, deformisana ili odbijena tako da perzistentno deluje podešavajućim opterećenjem na lem 148, koji se povlači od elementa 142 hladioca u pravcu oslobađanja DR. Dopunska opruga 160 je takođe savijena, deformisana ili odbijena tako da perzistentno deluje podešavajućim opterećenjem na rastavljačku oprugu 150 u pravcu oslobađanja DR.

[0087] U pripravnoj konfiguraciji, ljuljačka ruka 172 je zaključana u položaju prikazanom na SL.9 od strane rastavljačke opruge 150. Indikatorska opruga 176 elastično je produžena ili istegnuta tako da perzistentno deluje podešavajućim opterećenjem, povlačeći krak 172D u pravcu okretanja DP (tj. prema prednjem zidu 116B). Indikatorski element 174 je time učvršćen u pripravnom položaju, pri čemu indikatorska površina 174A nije poravnata niti vidljiva kroz prozor 112B.

[0088] Sistem 101 može se koristiti na sledeći način u skladu sa postupcima predmetnog pronalaska.

[0089] Pozivajući se na SL.14, na njoj je prikazan primer električnog kola 15 u kome se može koristiti jedan ili više SPD sklopova 101. SPD sklopovi 101 mogu biti montirani na DIN šinu 10 (SL.1). Ilustrovano kolo 15 je trofazni sistem koji koristi konfiguraciju zaštite „3 1“. U ilustrovanom kolu 15 postoje tri SPD sklopa 101 (označeni S1, S2, S3, respektivno), svaki povezan između odgovarajućih vodova L1, L2, L3 i N (tj. L-N). Dodatni SPD modul SPE povezan je između N i PE (tj. N-PE). SPD modul SPE može biti povezan na PE preko lokalnog terminala EBB za uzemljenje (npr. sabirnica za ekvipotencijalno povezivanje). SPD modul SPE takođe može biti SPD sklop 101, kao što je ovde opisano. Svaki vod L1, L2, L3 može biti opremljen glavnim prekidačem kola ili osiguračem FM i spoljnim rastavljačem, kao što je dopunski osigurač FS između voda i njegovog SPD sklopa S1, S2, S3. U drugim izvođenjima, jedan ili više SPD sklopova S1, S2, S3, SPE mogu biti drugačije konstrukcije od SPD sklopa 101, kao što je ovde prikazano.

[0090] Rad SPD sklopa S1 i uslovi ili pojave tranzijentnih napona premašenja na vodu L1 biće opisani ovde u nastavku. Međutim, smatraće se da se taj opis takođe odnosi i na SPD sklopove S2, S3 i vodove L2, L3.

[0091] U slučaju kvara varistora 132, struja greške biće sprovedena između odgovarajuće linije (npr. voda L1 na SL.14) i neutralne linije N. Kao što je poznato, varistor ima svojstven nominalni napon provođenja (innate nominal clamping voltage) VNOM (koji se ponekad naziva i "probojni napon" ili jednostavno "napon varistora") na kome varistor počinje da provodi struju. Ispod VNOM, varistor praktično neće provoditi nikakvu struju. Iznad VNOM, varistor će provoditi struju (tj. struju curenja ili prenaponsku struju). VNOM varistora se obično određuje kao izmereni napon kroz varistor pri jednosmernoj struji od 1mA.

[0092] Kao što je poznato, varistor ima tri režima rada. U prvom normalnom režimu (koji je razmatran iznad), sve do nominalnog napona, varistor je praktično električni izolator. U drugom normalnom režimu (takođe razmatranom iznad), kada je varistor izložen naponu premašenja, varistor privremeno i reverzibilno postaje električni provodnik tokom stanja napona premašenja i nakon toga se vraća u prvi režim. U trećem režimu (tzv. režim kraja životnog veka), varistor je efektivno potrošen i postaje stalni, nereverzibilni električni provodnik.

[0093] Varistor takođe ima svojstven napon provođenja (innate clamping voltage) VC (koji se ponekad naziva i jednostavno"napon provođenja"). Napon provođenja VC definiše se kao maksimalni napon izmeren kroz varistor kada se tokom vremena na varistor primenjuje određena struja, u skladu sa standardnim protokolom.

[0094] U odsustvu stanja napona premašenja, varistor 132 proizvodi veliki otpor tako da približno nikakva struja ne prolazi kroz modul 100, budući da u električnom smislu on deluje kao prekid kola. Odnosno, varistor uobičajeno ne provodi približno nikakvu struju. U slučaju pojave prekomerne struje (tipično tranzijentno; npr. udar groma) ili pojave ili stanja napona premašenja (obično dužeg trajanja od pojave prekomerne struje) koji prelaze VNOM, otpor varistorskog sloja brzo se smanjuje, omogućavajući struji da teče kroz modul 100 i kreira šant putanju za protok struje radi zaštite drugih komponenti povezanog električnog sistema. Normalno se varistor oporavlja od ovih događaja bez značajnog pregrevanja modula 100.

[0095] Varistori imaju višestruke režime kvara. Režimi kvara uključuju: 1) varistor ne radi kao kratak spoj; i 2) varistor ne radi kao linearni otpor. Kvar varistora pri kratkom spoju ili linearnom otporu može biti uzrokovan provođenjem jedne ili višestrukih struja prenapona dovoljne jačine i trajanja, ili jednom ili višestrukim neprekidnim pojavama napona premašenja koji će pokretati dovoljno struje kroz varistor.

[0096] Kvar kratkog spoja obično se manifestuje kao lokalizovano mesto rupice ili probijanja (ovde „mesto kvara“), koje se proteže kroz debljinu varistora. Ovo mesto kvara stvara putanju za protok struje između dve elektrode niske otpornosti, ali dovoljno visoke da stvori omske gubitke i prouzrokuje pregrevanje uređaja, čak i pri malim strujama greške. Dovoljno velika struja greške kroz varistor može istopiti varistor u području mesta kvara i stvoriti električni luk.

[0097] Kvar varistora kao linearnog otpora uzrokovaće provođenje ograničene struje kroz varistor, što će rezultovati nakupljanjem toplote. Ovo nakupljanje toplote može rezultovati katastrofalnim toplotnim odvodom, i temperatura uređaja može preći propisanu maksimalnu temperaturu. Na primer, maksimalna dozvoljena temperatura za spoljne površine uređaja može se postaviti kôdom ili standardom da se spreči sagorevanje susednih komponenti. Ako se struja curenja ne prekine u određenom vremenskom periodu, pregrevanje će na kraju rezultovati kvarom varistora u kratkom spoju, kao što je definisano iznad.

[0098] U nekim slučajevima, struja kroz varistor u kvaru može takođe biti ograničena od samog elektroenergetskog sistema (npr. uzemljenje u sistemu ili u aplikacijama fotonaponskih (PV) izvora napajanja u kojima struja greške zavisi od sposobnosti proizvodnje električne energije sistema u vreme kvara) što rezultuje progresivnim nakupljanjem temperature, čak i ako je kvar varistora u kratkom spoju. Ima slučajeva kada postoji ograničen protok struje curenja kroz varistor usled vremenski produženih uslova napona premašenja, zbog kvara na elektroenergetskom sistemu, na primer. Ovi uslovi mogu dovesti do nakupljanja temperature u uređaju, kao kada varistor zakaže kao linearni otpor i može dovesti do kvara varistora, bilo kao kao linearnog otpora, ili kao kratkog spoja, kao što je opisano iznad.

[0099] Kao što je razmatrano iznad, u nekim slučajevima modul 100 može pretpostaviti režim „kraja životnog veka“, u kome je varistor 132 potpuno ili delom potrošen (tj. u stanju „kraja životnog veka“), što dovodi do kvara kraja životnog veka. Kada varistor dostigne kraj svog životnog veka, modul 100 će postati pretežno kratak spoj sa vrlo niskim, ali nenultim omskim otporom. Kao rezultat toga, na kraju životnog veka, struja greške neprekidno će teći kroz varistor, čak i u odsustvu uslova napona premašenja.

[0100] Prilikom upotrebe, baza 200 je montirana na DIN šinu 10, kao što je prikazano na SL.1. DIN šina 10 primljena je u kanalu 182F i pričvršćena je kukicama 182H i mehanizmom 182G sa zasunom.

[0101] Kablovi 20, 22 (prikazani isprekidanom linijom na SL.1) su ubačeni kroz priključke za kablove 182C i učvršćeni konektorima 185A za stezanje kablova. U nekim izvođenjima, kabl 20 je povezan sa vodom L1 i kabl 22 je povezan sa uzemljenjem (Protective Earth - PE).

[0102] Modul 100 se potom aksijalno priključuje ili ubacuje u prijemni slot 183D, u pravcu ubacivanja duž ose A-A kroz prednji otvor. Modul 100 se gura natrag u prijemni slot 183D sve dok zadnji kraj modula 100 u osnovi ne zahvati prednju stranu zadnjeg odeljka 183A kućišta, kao što je prikazano na SL.1.

[0103] Ubacivanje modula 100 u slot 183D dovodi do toga da se terminali 166B i 168B ubacuju u utičnice 184B i 186B duž ose umetanja I-I. Ubacivanje modula 100 u slot 183D takođe dovodi do toga da se pinovi 106VP i 106TP ubacuju u utičnice 109VS i 109TS, respektivno, kao što se detaljnije razmatra u nastavku.

[0104] Zbog toga što je mehanizam 140 termičkog rastavljača u svom pripravnom položaju, indikatorski element 174 se drži u povučenom položaju (SL.8 i 9). Dodatno, kada je modul 100 ubačen u prijemni slot 183D, pin 188A daljinskog upravljača se na taj način ubacuje i proteže kroz otvor 122, ali je pritisnut krajem 172G kraka 172D, koji prekriva otvor 122. Modul 100 na taj način, preko potisnutog pina 188A daljinskog upravljača, daje povratnu informaciju da je modul 100 smešten u bazu 200 i da je modul 100 u svom stanju pripravnosti ili da radi (nije u kvaru).

[0105] Modul 100 se može osloboditi i ukloniti sa baze 200 izvođenjem obrnute od prethodne procedure. Prethodno pomenuti koraci montaže i uklanjanja modula 100, ili drugih odgovarajuće konfigurisanih modula, u i iz baze 200 mogu se ponoviti više puta. Na primer, u slučaju da je varistor 132 modula 100 degradiran ili uništen ili više nema podesne specifikacije za predviđenu primenu, modul 100 može biti zamenjen novim ili odgovarajuće konstruisanim modulom.

[0106] SPD sklop 101 ima nekoliko režima rada u zavisnosti od stanja varistora 132 i uslova spoljnih događaja.

[0107] U nekim režimima rada, prvi mehanizam 102 za zaštitu od kvara radi tako što zagreva lem 148, dok se taj lem ne rastopi i ne dozvoli da opterećenja elastičnih opruga 150, 160 uzrokuju da se kontaktni deo 154B odvuče od elementa 142 hladioca, i time izvan električnog kontinuiteta sa elektrodom 136. Varistor 132 je na taj način električno isključen od kontaktnog elementa 168, stvarajući otvoreno kolo između terminala 166B, 168B.

[0108] U nekim režimima rada, drugi mehanizam 104 za zaštitu od kvara radi tako što zagreva oprugu 150 u slabom području 156, dok slabo područje nije dovoljno omekšano toplotom da se omogući opterećenjima opruga 150, 160 da uzrokuju prekid opruge 150 u slabom području 156. Kontaktni deo 154B može ostati vezan na element 142 hladioca lemom 148, ali se donji deo 154A odvlači od kontaktnog dela 154B, i time izlazi izvan električnog kontinuiteta sa elektrodom 136. Varistor 132 je na taj način električno isključen od kontaktnog elementa 168, stvarajući otvoreno kolo između terminala 166B, 168B.

[0109] Za vreme normalnog rada (koji se ovde naziva Režim 1), modul 100 radi kao otvoreno kolo između neutralnog kabla 20 i PE kabla 22. Mehanizam 140 termičkog rastavljača ostaje u pripravnom položaju (SL.

8 i 9), sa kontaktnim delom 154B rastavljačke opruge 150 koji je vezan na i u električnom kontinuitetu sa elementom 142 hladioca pomoću lema 148. U ovom normalnom režimu, varistor 132 je izolator sve do nominalnog napona provođenja VNOM (i stoga je i SPD modul 100 takođe izolator). U ovom režimu, mehanizmi 102, 104 za zaštitu od kvara se ne aktiviraju (tj. termički rastavljač 140 ostaje u pripravnom položaju (SL.8 i 9)).

[0110] U slučaju tranzijentnog napona premašenja ili prenaponske struje u vodu L1, zaštita uređaja za opterećenje elektroenergetskog sistema može zahtevati obezbeđivanje strujnog puta ka uzemljenju za višak prenaponske struje. Prenaponska struja može da proizvede tranzijentni napon premašenja između linijskog kabla 20 i PE kabla 22, koji može prevazići izolaciju varistora 132. U ovom slučaju i režimu (koji se ovde naziva Režim 2), varistor 132 je izložen naponu premašenja koji prelazi VNOM, i privremeno i reverzibilno postaje električni provodnik niske otpornosti. Varistor 132 će zatim preusmeriti, šantovati ili dozvoliti da velika prenaponska struja ili impulsna struja teče iz linijskog kabla 20, preko kontaktnog elementa 166, preko konektora 184, elektrode 134, kroz varistor 132, kroz elektrodu 136, kroz element 142 hladioca, kroz lem 148, kroz opruge 150, 160, preko kontaktnog elementa 168, kroz konektor 186 i do zaštitnog kabla 22 uzemljenja, za jedno kratko vreme.

[0111] U Režimu 2, mehanizam 102 za zaštitu od kvara ne radi jer je pojava napona premašenja kratkotrajna, a toplota koju generiše prenaponska struja nedovoljna da rastopi lem 148. Toplota koju generiše varistor 132 (npr. od omskih gubitaka) se prenosi na i apsorbuje ili baferuje u elementu 142 hladioca, i rasipa se bez dovoljno visokog porasta temperature lema 148 da se lem 148 rastopi do tačke

1

gde je veza između opruge 150 i elementa 142 hladioca prekinuta. Element 142 hladioca može oslabiti prenos toplote sa varistora 132 na lem 148, tako da temperatura lema 148 ne pređe tačku topljenja lema 148. Element 142 hladioca može baferovati toplotu iz varistora 132. Kako je ovde korišćeno, baferovanje toplote znači da element 142 hladioca privremeno čuva toplotu. To omogućava rasipanje toplote okolini radije nego lemu 148. Dalje, element 142 hladioca može protegnuti, produžiti ili izdužiti putanju prenosa toplote od elektrode 134 do lema 148, produžavajući tako vreme potrebno za aktiviranje opruge 150 i povećavajući površinu za rasipanje toplote.

[0112] U Režimu 2, mehanizam 104 za zaštitu od kvara ne radi, jer je toplota generisana u opruzi 150 nedovoljna da oslabi slabo područje 156 do tačke prekida.

[0113] Ako je prenaponska ili impulsna struja ispod maksimalne prenaponske/impulsne struje za koju je dat rejting SPD modula 100, spoljni osigurač FS neće pregoreti i varistor 132 bi trebalo da ostane funkcionalan. U tom slučaju, budući da mehanizmi 102, 104 za zaštitu od kvara nisu aktivirani, SPD modul 100 može ostati na mestu za buduće pojave napona premašenja.

[0114] Ako prenaponska ili impulsna struja premaši maksimalnu prenaponsku/impulsnu struju za koju je dat rejting SPD modula 100, osigurač FS će tipično pregoreti ili iskočiti. Varistor 132 takođe može interno da zakaže kao kratak (sa otvorom) ili sa ograničenim otporom. U takvim slučajevima, režim rada će biti režim kvara, kao što je opisano u nastavku za Režime 3, 4 ili 5.

[0115] U trećem režimu (Režim 3), varistor 132 je u režimu kraja životnog veka sa malom strujom curenja između vodova L1 i PE. Varistor 132 zakazuje kao linearni otpor. Ovaj tip kvara varistora može biti rezultat višestrukih prenaponskih/impulsnih struja. Struja curenja generiše toplotu u varistoru 132 iz omskih gubitaka. U nekim slučajevima struja curenja se javlja tokom normalnog rada i mala je (od oko 0 do 0,5 A). Toplota generisana u varistoru 132 čini da varistor 132 progresivno propada, i nakuplja se tokom dužeg vremena trajanja.

[0116] U Režimu 3, radi mehanizam 102 za zaštitu od kvara. Tačnije, toplota (npr. od omskih gubitaka u varistoru 132) prenosi se sa varistora 132 na elektrodu 136, na element 142 hladioca, a potom na lem 148. Tokom dužeg vremenskog perioda (npr. u rasponu od oko 60 sekundi do 48 sati), toplota se nakuplja u elementu 142 hladioca i lemu 148, dok se lem 148 ne rastopi. Istopljeni lem 148 oslobađa oprugu 150 u otvorenu ili oslobođenu konfiguraciju, radi otvaranja kola u SPD modulu 100, kao što je prikazano na SL.

10. Time se sprečava katastrofalno pregrevanje varistora 132.

[0117] U Režimu 3, mehanizam 104 za zaštitu od kvara ne radi, jer je toplota generisana u opruzi 150 nedovoljna da oslabi slabo područje 156 do tačke prekida.

[0118] U Režimu 3, SPD modul 100 mora biti zamenjen zato što je mehanizam 102 za zaštitu od kvara aktiviran.

[0119] U četvrtom režimu (Režim 4), varistor 132 je u dobrom stanju (tj. nije u stanju kraja životnog veka), ali postoji pojava privremenog napona premašenja (TOV), pri čemu napon preko terminala 166B, 168B forsira varistor 132 da provodi povećanu struju curenja (tipično u opsegu od oko 0 do 10 A). Ova struja curenja nakuplja toplotu tokom svog trajanja (npr. u opsegu od oko 5 sekundi do 120 minuta) koje je kraće od trajanja struje curenja koja aktivira mehanizam 102 za zaštitu od kvara u Režimu 3, ali daleko duže od impulsne struje koju provodi varistor 132 u Režimu 2.

[0120] U Režimu 4, mehanizam 102 za zaštitu od kvara je aktiviran (tj. opruga 150 je oslobođena pomoću lema 148) da otvori kolo kroz SPD modul 100, kao što je prikazano na Sl.10, na isti način kao što je opisano za Režim 3.

[0121] U Režimu 4, mehanizam 104 za zaštitu od kvara ne radi, jer je toplota generisana u opruzi 150 nedovoljna da oslabi slabo područje 156 do tačke prekida.

[0122] U Režimu 4, SPD modul 100 mora biti zamenjen zato što je mehanizam 102 za zaštitu od kvara aktiviran.

[0123] U petom režimu (Režim 5), varistor 132 je u režimu kraja radnog veka kao kratak spoj ili linearni otpor koji omogućava da se struja iz izvora napajanja provodi kroz njega. Jačina provedene struje mogla bi biti između oko 10 ampera i maksimalne struje kratkog spoja izvora napajanja (koja bi trebalo da bude niža od ocenjene (rated) vrednosti struje kratkog spoja SPD modula 100). Ovo zavisi od specifične konfiguracije električne instalacije i od ozbiljnosti kvara varistora.

[0124] Za Režim 5 postoje dva mehanizma koja štite SPD modul 100: to su, naime, spoljni osigurač FS i mehanizam 104 za zaštitu od kvara, kao što je opisano iznad. Mehanizam 104 za zaštitu od kvara trigeruje se za nivoe jačine struje između 10 ampera i srednje nivoe jačine struje (obično pet puta više od rejtinga spoljnog osigurača FS). Kod viših nivoa struje, spoljni osigurač FS prvo se aktivira radi zaštite SPD 100. Na primer, SPD 100 može da se zaštiti mehanizmom 104 za zaštitu od kvara za nivoe jačine struje do 1000 A i spoljnim osiguračem FS od 200 A za nivoe jačine struje do 25 kA.

[0125] U Režimu 5, za srednje jačine struje, nivo jačine struje nije dovoljno visok da aktivira spoljni osigurač FS u razumnom roku (npr. u opsegu od oko 50 ms do 5000 ms). Dalje, mehanizam 102 za zaštitu od kvara je previše spor i ne može zaštititi SPD modul 100. Do trenutka dok se mehanizam 102 za zaštitu od kvara ne pokrene, nastalo bi veliko unutrašnje oštećenje SPD modula 100.

[0126] Zbog toga je u Režimu 5 mehanizam 104 za zaštitu od kvara aktiviran da otvori kolo kroz SPD modul 100, kao što je prikazano na SL. 11. Preciznije, struja zagreva oprugu 150 u slabom području 156 dok opterećenja opruga 150, 160 ne prouzrokuju prekid opruge 150 u slabom području 156 i ne stvore neophodno rastojanje između elektroda za gašenje pripadajućeg lûka. Opruga 150 će neproporcionalno voditi i oslabiti na slabom području 156, jer je električno provodljiva površina poprečnog preseka u slabom području 156 manja od one preostalog dela opruge 150, zato što se električno provodljiva površina poprečnog preseka preostalog dela opruge 150 efektivno dopunjuje elementom 142 hladioca i dopunskom oprugom 160, i zato što je drugi preostali deo opruge 156 hlađen dopunskom oprugom 160 i elementom 142 hladioca, koji služe kao hladioci. Varistor 132 se time električno isključuje od kontaktnog elementa 168, stvarajući otvoreno kolo između terminala 166B, 168B. Samo mehanizam 104 za zaštitu od kvara deluje na vreme i isključuje SPD 100 pre nego što se dogodi neko unutrašnje oštećenje.

[0127] Alternativno, može se koristiti FS osigurač sa nižim rejtingom, tako da se osigurač FS aktivira mnogo brže i štiti SPD 100 čak i pri srednjim nivoima jačine struje. Na primer, može se upotrebiti osigurač FS od 10 A, a mehanizam 104 za zaštitu od kvara može se izostaviti. No, onda bi se takav FS osigurač sa nižim rejtingom aktivirao pri prenaponskim/impulsnim strujama ispod nivoa koji bi SPD 100 zapravo mogao da izdrži. Stoga, korišćenjem mehanizma 104 za zaštitu od kvara, proširuju se performanse SPD 100 u prenaponskim/impulsnim strujama.

[0128] Oslobađanje rastavljačke opruge 150 kao što je gore opisano (aktiviranjem mehanizma 102 za zaštitu od kvara ili mehanizma 104 za zaštitu od kvara) takođe aktivira lokalni mehanizam 107 za uzbunu. Pomicanje opruga 150, 160 u pravcu oslobađanja DR oslobađa krak 172B ljuljačke ruke od opruga 150, 160. Ljuljačka ruka 172 se pogoni u pravcu okretanja DP (SL.9) pomoću opruge 176 iz zaključanog položaja (SL.7-9) u indikacijski položaj (SL.10 i 11). Time se indikatorski element 174 pogoni pomoću opruge 176 da klizi duž šine 116B u pravcu signalizacije DS (SL.9). Indikatorski element 174 se na taj način pomera u položaj upozorenja, kao što je prikazano na SL.10 ili 11, pri čemu je indikatorska površina 174A poravnata i vidljiva kroz prednji prozor 112B kućišta 110 modula. Indikatorska površina 174A ima primetno različit vizuelni izgled kroz prednji prozor 112B od indikatorske površine 116C kućišta, obezbeđujući vizuelno upozorenje ili indikaciju, tako da operator može lako utvrditi da je aktiviran lokalni mehanizam 107 za uzbunu. Na primer, indikatorska površina 116C kućišta i indikatorska površina 174A mogu biti izrazito

1

različitih boja (npr. zelena naspram crvene). Na ovaj način, lokalni mehanizam 107 za uzbunu može obezbediti pogodan pokazatelj da je modul 100 preuzeo svoju konfiguraciju ili stanje otvorenog kola.

[0129] Oslobađanje ljuljačke ruke 172, kao što je opisano iznad, aktivira i daljinski mehanizam 108 za uzbunu. U pripravnom položaju modula 100, jedan kraj 172G prekidačkog kraka 172D prekriva zadnji otvor 122, tako da se prekidački pin 188A baze 200 održava kompresovanim. Kada se ljuljačka ruka 172 okreće u indikacijski položaj, prekidački krak 172D se odmiče od zadnjeg otvora 122, tako da zadnji otvor 122 više nije prekriven. Prekidačkom pinu 188A je time dozvoljeno da produži dalje u modul 100 kroz otvor 122 do položaja signala alarma. Daljinski pin 188A povezan je s prekidačkom elektronikom 188B ili senzorom, koji detektuju pomicanje pina 188A i obezbeđuju električni signal udaljenom uređaju ili terminalu preko konektora 188D. Na ovaj način, daljinski mehanizam 108 za uzbunu može obezbediti pogodan pokazatelj da je modul 100 preuzeo svoju konfiguraciju ili stanje otvorenog kola.

[0130] Kao što je razmatrano iznad, mehanizam 140 termičkog rastavljača reaguje na porast temperature u SPD modulu 100 kada struja teče kroz varistor 132, i isključuje varistor 132 iz dalekovoda. Uopšteno, mehanizam 140 termičkog rastavljača može biti konfigurisan tako da na željen način uravnotežava odziv SPD sklopa 100 i osigurača FS na impulsne ili prenaponske struje, nasuprot strujama curenja. Režim kvara varistora 132 mogao bi biti jedan od napred opisanih režima, na primer: progresivno propadanje varistora 132, što rezultuje povećanom strujom curenja pri normalnom radu (npr.0 – 0,5 A); pojave privremenog napona premašenja (TOV), koje će rezultovati povećanim provođenjem struje curenja (npr.0,5 A – 10 A); ili kratki spoj varistora 132, koji može rezultovati značajnim strujnim provođenjem (nekoliko ampera do pune potencijalne struje kratkog spoja dalekovoda, npr. do 200 kArms).

[0131] Kada varistor 132 ima povećano provođenje struje curenja (Režimi 3 i 4 koji su napred razmatrani), tada će se varistor 132 progresivno pregrevati tokom dužeg vremenskog perioda. Konačno, mehanizam 140 termičkog rastavljača će onda reagovati na porast temperature varistora 132, koji se prenosi na spoj J2 lema preko jezička 138 elektrode i elementa 142 hladioca. Koliko brzo će mehanizam 140 termičkog rastavljača reagovati na ovaj događaj na datom temperaturnom profilu varistora 132, zavisi od materijala komponenti mehanizma 140 termičkog rastavljača, tačke topljenja lema 148 i mase i oblika elementa 142 hladioca. Ovi parametri, uključujući toplotni kapacitet elementa 142 hladioca, mogu biti izabrani da podešavaju odziv mehanizma 140 termičkog rastavljača na različite profile ili vrste događaja.

[0132] Dalje, vreme reakcije mehanizma 140 termičkog rastavljača ne bi trebalo da bude previše brzo, zbog toga što se u slučajevima kada varistor 132 provodi prenaponske struje povećane energije, varistor 132 pregreva i mehanizam 140 rastavljača može biti aktiviran, iako je varistor 132 netaknut. Stoga je poželjno ili neophodno precizno podesiti vreme reakcije mehanizma 140 termičkog rastavljača. Prema tome, izbor materijala i oblika elemenata koji sačinjavaju mehanizam 140 termičkog rastavljača je važan, i može biti kritičan za pravilan rad tokom svih vrsta događaja/izlaganja sa kojima se SPD modul 100 može suočiti, budući da vreme reakcije zavisi od ovog izbora.

[0133] Tokom iznenadnog kvara varistora 132 pri kratkom spoju, struja kroz varistor 132 mogla bi da dostigne od srednjih vrednosti (nekoliko kA) sve do maksimalne struje kratkog spoja dalekovoda. Za srednje vrednosti struje, obično se slaba tačka 156 termičkog rastavljača prvo pregreje, rastopi i isključi struju preko drugog mehanizma 104 za zaštitu od kvara. Ovo se radi zato što slaba tačka 156 mehanizma 140 termičkog rastavljača ima smanjenu površinu poprečnog preseka veće otpornosti. Izbor materijala slabog područja 156 takođe je važan za njegovo brzo vreme reakcije, budući da u takvim slučajevima drugi mehanizam 104 za zaštitu od kvara mehanizma 140 termičkog rastavljača mora da reaguje vrlo brzo. Drugi mehanizam 104 za zaštitu od kvara ne reaguje na prenaponske struje, tako da ne postoji nisko ograničenje za njegovo vreme odziva. Dodatno, ako drugi mehanizam 104 za zaštitu od kvara ne reaguje dovoljno brzo, SPD modul 100 može biti oštećen usled velike provedene struje. Dalje, tokom ovih događaja neće doći do

1

topljenja lema 148, budući da je prvom mehanizmu 102 za zaštitu od kvara potrebno relativno dugo vremena da reaguje (sekunde), dok se drugi mehanizam 104 za zaštitu od kvara izvršava brže i slaba tačka 156 rastopiće se u milisekundama (ms).

[0134] Kada je struja kratkog spoja dovoljno velika, tada je SPD modul 100 zaštićen spoljnim osiguračem FS. Uopšteno, spoljni osigurač FS će se pokrenuti kad je struja kratkog spoja dovoljna da se aktivira osigurač FS. Mehanizam 140 termičkog rastavljača (bilo prvi mehanizam 102 za zaštitu od kvara ili drugi mehanizam 104 za zaštitu od kvara) pokreće se kada struja kratkog spoja nije dovoljna da aktivira osigurač FS.

[0135] Kao što je razmatrano iznad, poželjno je da se lem 148 ne rastopi i ne oslobodi oprugu 150 kao odgovor na događaje u Režimu 2 ili 5. U odsustvu elementa 142 hladioca, bilo bi neophodno koristiti lem 148 koji ima relativno visoku tačku topljenja, da se spreči topljenje lema 148 i oslobađanje opruge 150 kao odgovor na događaj Režima 2. To je zato što bi se toplota (toplotna energija) koja nastaje u varistoru 132 relativno brzo prenosila (provodila) do lema 148, preko jezička 138 elektrode, sa relativno malo vremena i površine da se toplota disipira, time podižući lem 148 iznad njegove tačke topljenja.

[0136] Međutim, zbog toga što je element 142 hladioca obezbeđen između varistora 132 i lema 148, toplota iz varistora 132 se apsorbuje i baferuje u elementu 142 hladioca, koji obezbeđuje toplotnu kapacitivnost. Budući da element 142 hladioca ima znatno veći toplotni kapacitet od jezička 138 elektrode, temperatura elementa 142 hladioca se povećava znatno manje nego što bi bilo samo za jezičak 138 elektrode, kao odziv na toplotu koja se prenosi iz varistora 132. Deo te toplote se, zauzvrat, prenosi na lem 148, a deo se tokom vremena disipira (npr. zračenjem i konvekcijom) u okolni vazduh. Kao rezultat toga, elektrodi 136 omogućeno je da se ohladi, a temperatura lema 148 ne prelazi tačku topljenja lema zbog događaja Režima 2. To jest, dok profil generisanja toplote varistora 132 ostaje isti, profil prenosa toplote na lem 148 i temperaturni profil lema 148 su oslabljeni ili prigušeni, tako da se temperatura lema 148 održava ispod njegove tačke topljenja. Element 142 hladioca na taj način služi za regulaciju toplotnog prenosa sa varistora 132 na lem 148.

[0137] Sa druge strane, poželjno je da se lem 148 rastopi i oslobodi oprugu 150, kao odgovor na događaj Režima 3 ili Režima 4. Budući da je prenos toplote na lem 148 oslabljen elementom 142 hladioca, kao što je razmatrano iznad, može se koristiti lem 148 koji ima nižu tačku topljenja, bez rizika da prvi mehanizam 102 za zaštitu od kvara bude aktiviran događajem Režima 2. Upotreba lema 148 niže tačke topljenja može biti prednost, jer omogućava da se prvi mehanizam 102 za zaštitu od kvara aktivira na nižoj propisanoj temperaturi SPD modula 100, i time spreči dalje pregrevanje SPD modula 100.

[0138] U nekim izvođenjima i kao što je prikazano, element 142 hladioca je diskretna komponenta, napravljena odvojeno od jezička 138 elektrode i pričvršćena na njega. Ova konstrukcija može obezbediti nekoliko prednosti.

[0139] U nekim slučajevima može biti poželjno da se element 142 hladioca napravi od drugačijeg materijala nego jezičak 138 elektrode. Na primer, može biti poželjno da se element 142 hladioca napravi sa prvim materijalom koji se dobro veže sa lemom 148, i koji ima preferentne toplotne performanse (npr. veći specifični toplotni kapacitet od materijala lema 148), i da se jezičak 138 elektrode napravi od drugog materijala, koji je jeftiniji ili na drugi način pogodniji za formiranje elektrode 136. Formiranjem elementa 142 hladioca i jezička 138 elektrode kao zasebnih komponenti, element 142 hladioca i jezičak 138 elektrode mogu biti izrađeni od međusobno različitih materijala, i od materijala koji su najpogodniji za njihove odgovarajuće funkcije.

[0140] Formiranje elementa 142 hladioca kao diskretne komponente može modul 100 učiniti lakšim i/ili manje skupim za proizvodnju. Na primer, element 142 hladioca može obezbediti zahtevanu toplotnu masu

1

i kapacitet, omogućavajući tako da se jezičak 138 elektrode formira jedinstveno (npr. utiskivanjem i savijanjem metalnog lima) sa ostatkom elektrode 136.

[0141] Diskretni element 142 hladioca može omogućiti fleksibilnost u dizajnu SPD modula 100. Mogu se izabrati elementi 142 hladioca različitih dimenzija i materijala, u zavisnosti od željenih karakteristika performansi modula 100. Na primer, ako se želi obezbediti veće vremensko kašnjenje za aktiviranje prvog mehanizma 102 za zaštitu od kvara baferovanjem veće količine toplote iz varistora 132 u elementu 142 hladioca, može se koristiti element 142 hladioca koji ima veći toplotni kapacitet i/ili disipativnu površinu.

[0142] Integralna karakteristika ojačavanja jezička elektrode ili postolje 124 mehanički podržava ili ojačava jezičak 138 elektrode, element 142 hladioca i opružni kontaktni deo 154B, kako bi se pružio otpor deformaciji ili odstupanju ovih komponenti, koji mogu da ugroze spoj J2 lema. U odsustvu karakteristike 124, takva deformacija ili odstupanje mogu biti indukovani elektrodinamičkim opterećenjima koja na elektrodi 136 generišu prenaponske struje.

[0143] Oblici elektroda 134, 136 mogu da obezbede dobar električni kontakt između elektroda 134, 136 i slojeva 133 metalizacije, istovremeno minimizirajući potreban materijal. Elektrode 134, 136 mogu da prime i efektivno prekrivaju i kontaktiraju MOV-ove koji imaju raspon veličina (npr. 75 V do 880 V). Dijagonalni poprečni krakovi 134B, 136B mogu odoleti deformaciji ili odstupanju u elektrodama 134, 136 i varistoru 132, indukovanim elektrodinamičkim opterećenjima koja na elektrodi 136 generišu prenaponske struje. Naročito, poprečan krak 136B može da odoli rotaciji ili drugom relativnom pomicanju jezička 138 elektrode.

[0144] U nekim izvođenjima, element 142 hladioca je učvršćen na jezičku 138 elektrode pomoću mnoštva tačaka učvršćivanja. Na primer, u ilustrovanom načinu izvođenja, element 142 hladioca je pričvršćen na jezičak 138 elektrode pomoću dve nitne 144. Višestruke tačke učvršćivanja mogu da odole relativnom pomicanju između elementa 142 hladioca i jezička 138, koji u suprotnom može biti indukovan elektrodinamičkim opterećenjima koja na elektrodi 136 generišu prenaponske struje.

[0145] Dopunska opruga 160 služi kao element hladioca da obezbedi hlađenje rastavljačke opruge 150, kada velika struja prolazi kroz opruge 150, 160. Opruga 160 takođe povećava mogućnost kratkog spoja SPD modula 100. Opruga 160 stvara dodatnu odbojnu silu na oprugu 150 (a time i na slabo područje 156 i spoj J2 lema). Pošto se opruga 160 završava ispod slabog područja 156, opruga 160 ne povećava efektivnu površinu poprečnog preseka slabog područja 156.

[0146] Budući da je dopunska opruga 160 diskretna komponenta, napravljena odvojeno od rastavljačke opruge 150, svaka od opruga 150 i 160 može biti izrađena od materijala i dimenzija koji su najpogodniji za njihove odgovarajuće funkcije. Takođe, SPD modul 100 može se isplativije proizvesti.

[0147] U nekim izvođenjima, opruge 150, 160 zajedno deluju silom opruge na lem 148 u opsegu od oko 0,5 N do 1,5 N, kada je mehanizam 140 rastavljača u pripravnom položaju.

[0148] U nekim izvođenjima, modul 100 je uređaj za prenaponsku zaštitu (SPD) I klase. U nekim izvođenjima, modul 100 je u skladu sa IEC 61643-11 „Dodatni test rada za testiranje klase I“ za SPD (klauzula 8.3.4.4), zasnovano na talasnom obliku impulsa struje pražnjenja, definisanom u klauzuli 8.1.1 IEC 61643-11, koji se obično naziva oblik strujnog talasa 10/350 mikrosekunda („µs“) („oblik strujnog talasa 10/350 µs“). Oblik strujnog talasa 10/350 µs može da karakteriše strujni talas u kome se maksimalna struja (100%) dostiže na oko 10 µs, a struja je na 50% od maksimalne na oko 350 µs. Pri obliku strujnog talasa 10/350 µs, preneseni naboj, Q, i specifična energija, W/R, na SPD treba da budu povezani sa vršnom strujom prema jednom ili više standarda. Na primer, parametri IEC 61643-11 za SPD test klase I ilustrovani su u Tabeli 1 ispod:

1

Tabela 1 Parametri za SPD test klase I

Iimpunutar 50 µs (kA) Q unutar 5 ms (As) W/R unutar 5 ms (kJ/Ω) 25 12,5 156

20 10 100

12,5 6,25 39

10 5 25

5 2,5 6,25

2 1 1

1 0,5 0,25

[0149] Poželjno je da SPD moduli imaju mali faktor oblika (form factor). Naročito, u nekim aplikacijama je poželjno da svi SPD moduli imaju veličinu 1TE prema DIN standardu 43871, objavljenom 1. novembra 1992. Prema nekim izvođenjima, modul 100 ima maksimalnu širinu W9 (SL.1). paralelno osi F1-F1 od oko 18 mm.

[0150] Moduli koji uključuju mehanizme za zaštitu od kvara, alarmne mehanizme i konektorske sisteme, kao što je ovde prikazano, mogu da sadrže element provodan pri naponu premašenja različitog tipa, na mestu varistora 132. Element provodan pri naponu premašenja može biti supresor tranzijentnog napona (TVS), kao što je TVS-dioda (npr. silicijumska dioda sa lavinskim efektom (Silicon Avalanche Diode - SAD)).

[0151] Kao što je razmatrano iznad, u nekim izvođenjima opruge 150, 160 su napravljene od metala, a u nekim izvođenjima su napravljene od CuSn 0.15. Upotrebom metalnih opruga 150, 160 poboljšava se pouzdanost, a samim tim i sigurnost SPD modula 100, jer se modul 100 ne oslanja na rad plastičnog dela (koji bi se mogao rastopiti ili zaglaviti) kako bi gurnuo mehanizam 140 termičkog rastavljača u otvoreni položaj. Metalna opruga 150, 160 može održavati svoju silu opruge na znatno višoj temperaturi od plastične opruge. Štaviše, opruga CuSn 0.15 može održavati svoju silu opruge ili karakteristike na znatno višoj temperaturi (npr. do 400°C) od opruga izrađenih od drugih, tipično bakarnih materijala (npr. Cu/ETP) za opruge, koji gube svoje karakteristike opruge na otprilike 200°C.

[0152] Pozivajući se na SL.8, 12, 13, 15 i 16, SPD sistem 103 može dalje koristiti sistem označavanja, kako bi se osiguralo da se SPD modul i baza pravilno upareni. Sistem označavanja uključuje pinske uloške 106V, 106T i uloške 109V, 109T utičnica.

[0153] Pinski uložak 106V uključuje pin 106VP i integralnu bazu 106VB. Baza 106 VB je aksijalno i rotaciono fiksirana u položaju u utičnici 105V. Pinski uložak 106T takođe uključuje pin 106TP i integralnu bazu 106TB fiksiranu u utičnici 105T. U nekim izvođenjima i kao što je prikazano, baze 106VB, 106VT i utičnice 105V, 105T imaju komplementarne geometrijske oblike (npr. fasetirani šestougao). U nekim izvođenjima i kao što je prikazano, pinski ulošci 106V, 106T su u osnovi identični.

[0154] Svaki pin 106VP, 106TP ima rotaciono asimetričnan oblik poprečnog preseka. U nekim izvođenjima oblik poprečnog preseka je obično nejednakostraničan trougao.

[0155] Svaki uložak 109V, 109T utičnice sadrži odgovarajuću bazu ili telo 109VB, 109TB i u njemu definisanu odgovarajuću utičnicu, 109VS, 109TS. Baze 109VB i 109TB su aksijalno i rotaciono fiksirane u utičnicama 182V i 182T, respektivno. U nekim izvođenjima i kao što je prikazano, baze 109VB, 109TB i utičnice 182V, 182T imaju komplementarne geometrijske oblike (npr. fasetirani šestougao). U nekim izvođenjima i kao što je prikazano, ulošci 109V, 109T utičnica su u osnovi identični.

[0156] Utičnica 109VS ima rotaciono asimetričnan oblik poprečnog preseka koji je oblikovan tako da primi pin 106VP u jednoj relativnoj rotacionoj orijentaciji. Isto tako, utičnica 109TS ima rotaciono asimetričnan oblik poprečnog preseka, koji je oblikovan da primi pin 106TP u jednoj relativnoj rotacionoj orijentaciji. U nekim izvođenjima, oblici utičnica 109VS, 109TS su nejednakostranični trouglovi.

1

[0157] Svaka baza 200 imaće dve propisane, označene karakteristike:

1) Maksimalni nivo kontinualnog radnog napona (MCOV nivo). Na primer, data baza 200 može biti projektovana, prilagođena ili ocenjena za nominalni napon od 120 V AC i MCOV nivo od 150 V, dok je druga baza 200 ocenjena za nominalni napon od 240 V AC i MCOV nivo od 300 V. MCOV nivo date baze 200 može biti funkcija karakteristika (npr. VNOM) njegovog varistora 132; i

2) Tip. Na primer, svaka baza može biti projektovana, prilagođena ili ocenjena za tačno jedno od AC ili DC ili neutralni vod – uzemljenje (N-PE) ili posebnu vlasničku tehnologiju.

[0158] Svaki modul 100 će isto tako imati iste dve propisane, označene karakteristike (tj. MCOV nivo i tip).

[0159] Pin 106VP služi kao pin za označavanje napona. Utičnica 109VS služi kao utičnica označavač napona. Pin 106TP služi kao pin označavač tipa. Utičnica 109TS služi kao utičnica označavač tipa.

[0160] Pin 106VP je rotaciono orijentisan u propisani položaj koji odgovara označenom MCOV nivou modula 100. Utičnica 109VP je isto tako rotaciono orijentisana u propisani položaj koji odgovara nivou MCOV baze 200. Pin 106TP je rotaciono orijentisan u propisani položaj koji odgovara tipu modula 100. Utičnica 109TS je rotaciono orijentisana u propisani položaj koji odgovara tipu baze 200.

[0161] U praksi će kompletan SPD sistem 103 i SPD sklop 101 uključivati bazu 200 i uparen (MCOV nivo i tip) modul 100. Rotacione orijentacije pinova 106VP, 106TP i utičnica 109VS, 109TS su podešene tako da se pin 106VP može lako umetnuti u utičnicu 109VS, i da se pin 106TP može lako umetnuti u utičnicu 109TS, kada se modul 100 ubacuje u prijemni slot 183D, i kontakti 166A, 168A ubacuju u utičnice 185B.

[0162] Kada SPD modul 100 zakaže, korisnik može isključiti modul 100 iz baze 200 i priključiti novi modul 100 u bazu 200, jer je u većini slučajeva baza 200 još uvek netaknuta i funkcionalna, i nije neophodno zameniti bazu 200. Novi modul 100 mora biti istog MCOV nivoa i tipa kao i "stara" (postojeća) baza 200. Ako je novi modul 100 istog MCOV nivoa i tipa, njegovi pinovi 106VP, 106TP biće rotaciono orijentisani u istim, ispravnim položajima da se upare sa rotacionim orijentacijama utičnica 109VS, 109TS, omogućavajući time da se novi modul 100 ubaci u prijemni slot 183D, a kontakti 166A, 168A ubace u utičnice 185B.

[0163] S druge strane, ako korisnik (ili proizvođač) pokuša da ubaci modul 100 koji ima drugačiji MCOV nivo i/ili tip od baze 200, jedan ili oba pina 106VP, 106TP sprečiće potpuno umetanje modula 100 u prijemni slot 183D, dovoljan za umetanje kontakata 166A, 168A u utičnice 185B, zbog toga što će nepoklapanje rotacionih orijentacija (tj. relativno pomerenih rotacionih orijentacija) između pina 106VP i utičnice 109VS i/ili između pina 106TP i utičnice 109TS blokirati ili sprečiti umetanje pina/pinova 106VP, 106TP u utičnicu/utičnice 109VS, 109TS. Dakle, modul 100 sa MCOV nivoom od 150 V ne može biti instaliran na bazu 200 sa MCOV nivoom od 300 V. Slično tome, modul 100 koji je AC tipa ne može biti instaliran na bazu 200 koja je DC tipa.

[0164] U nekim izvođenjima i kao što je već pomenuto, pinski ulošci 106VP, 106TP su identični, a ulošci 109VS, 109TS utičnica su u osnovi identični, tako da je neophodno proizvesti samo jedan oblik uloška pina i jedan oblik uloška utičnice. Pinovi i utičnice se zatim diferenciraju i postavljaju u odgovarajuće propisane orijentacije (što odgovara MCOV nivou i tipu pripadajućeg modula ili baze) odabirom rotacijskih položaja pinskih uložaka 106V, 106T u utičnicama 105V, 105T i odabirom rotacijskih položaja pinskih uložaka 109V, 109T u utičnicama 182V, 182T. Smatraće se da je u ilustrovanom načinu izvođenja moguće imati čak šest različitih položaja za svaki uložak u šestougaonim utičnicama.

2

[0165] Pozivajući se na SL. 17 i 18, na njima je prikazan sklop 251 opruge/kontakta prema daljim izvođenjima pronalaska. Sklop 251 opruge/kontakta može se koristiti umesto sklopa 151 opruge/kontakta u SPD modulu 100.

[0166] Sklop 251 opruge/kontakta uključuje drugi kontaktni element 268, rastavljačku oprugu 250 i dopunsku oprugu 260, koji obično odgovaraju drugom kontaktnom elementu 168, opruzi 150 i opruzi 160, respektivno. Opruga 250 se razlikuje od opruge 150 po tome što opruga 250 sadrži bazni krak 252 koji se proteže unazad umesto lateralno.

[0167] Drugi električni kontaktni element 268 uključuje bazu 268A i integralni konektor 268B terminala u obliku slova U. Bazni krak 262 dopunske opruge 260 učvršćen je na prednji odeljak 268D baze 268A pomoću TOX nitni ili klinastih zglobova 267. Bazni krak 252 rastavljačke opruge 250 pričvršćen je na krak 268C baze 268A pomoću TOX nitni ili klinastih zglobova 269. Opruge 250, 260 i kontaktni element 268 tako sastavljeni zajedno čine podsklop 251 opruge/kontakta.

[0168] Sklop 251 opruge/kontakta može biti jeftiniji za proizvodnju od sklopa 151 opruge/kontakta.

[0169] Stručnjaci u oblasti tehnike mogu izvesti mnoge alteracije i modifikacije, s obzirom na prednosti predmetnog opisa pronalaska, bez izlaženja iz obima pronalaska onako kako je iznet u priloženim patentnim zahtevima. Stoga se mora razumeti da su ilustrovani načini izvođenja izloženi samo kao primer, i da ne treba smatrati da on ograničava pronalazak kako je definisan sledećim patentnim zahtevima.

Claims (14)

Patentni zahtevi

1. Modul (100) uređaja za prenaponsku zaštitu (SPD) koji sadrži:

kućište (110) modula;

prvi i drugi električni terminal (166A, 168A) modula montirane na kućištu modula;

element (132) provodan pri naponu premašenja koji je električno povezan između prvog i drugog električnog terminala modula;

mehanizam (140) termičkog rastavljača pozicioniran u pripravnoj konfiguraciji, pri čemu je element provodan pri naponu premašenja električno povezan sa drugim električnim terminalom modula, mehanizam termičkog rastavljača koji je podesiv tako da električno iskopča element provodan pri naponu premašenja od drugog električnog terminala modula, mehanizam termičkog rastavljača koji uključuje:

elektrodu (136) koja je električno povezana na element provodan pri naponu premašenja; rastavljačku oprugu (150) koja je elastično odbijena i električno povezana sa elektrodom u pripravnoj konfiguraciji;

prvi mehanizam (102) za zaštitu od kvara koji uključuje lem (148) koji osigurava da je rastavljačka opruga u električnoj vezi sa elektrodom u pripravnoj konfiguraciji; pri čemu je

lem topljiv kao odgovor na pregrevanje elementa provodnog pri naponu premašenja; i

rastavljačka opruga je konfigurisana tako da električno iskopča element provodan pri naponu premašenja od drugog električnog terminala modula kada se lem istopi; i

drugi mehanizam (104) za zaštitu od kvara koji uključuje slabo područje (156) u rastavljačkoj opruzi, pri čemu je rastavljačka opruga konfigurisana tako da prekida slabo područje kao odgovor na struju kroz rastavljačku oprugu tako da iskopčava element provodan pri naponu premašenja od drugog električnog terminala modula

i naznačeno time da SPD modul uključuje dopunsku oprugu (160), pri čemu je, u pripravnoj konfiguraciji, dopunska opruga (160):

električno povezana sa elektrodom (136);

primenjuje opružno opterećenje na rastavljačku oprugu (150); i

obezbeđuje toplotni kapacitet za hlađenje rastavljačke opruge (150).

2. SPD modul prema patentnom zahtevu 1, gde je element (132) provodan pri naponu premašenja varistor.

3. SPD modul prema patentnom zahtevu 1 pri čemu

prvi mehanizam za zaštitu od kvara uključuje kontaktni deo (154B) rastavljačke opruge koji zahvata lem;

slabo područje (156) se nalazi u rastavljačkoj opruzi između kontaktnog dela i proksimalnog dela (154A) rastavljačke opruge; i

slabo područje (156) ima smanjenu površinu poprečnog preseka u poređenju sa površinom poprečnog preseka proksimalnog dela.

4. SPD modul prema patentnom zahtevu 1 pri čemu:

prvi mehanizam za zaštitu od kvara uključuje kontaktni deo (154B) rastavljačke opruge koji angažuje lem;

slabo područje (156) nalazi se u rastavljačkoj opruzi između kontaktnog dela i proksimalnog dela (154A) rastavljačke opruge; i

SPD modul uključuje dopunsku oprugu (160) koja primenjuje opružno opterećenje na proksimalni deo.

5. SPD modul prema patentnom zahtevu 1, pri čemu je rastavljačka opruga izrađena od materijala koji ima temperaturu omekšavanja veću od 300°C.

6. SPD modul prema patentnom zahtevu 1, koji uključuje

element hladioca koji je termički umetnut između elektrode i lema, pri čemu element (142) hladioca ima toplotni kapacitet;

pri čemu toplotni kapacitet elementa hladioca baferuje i rasipa toplotu iz elementa provodnog pri naponu premašenja da spreči topljenje lema kao odgovor na barem neke prenaponske struje kroz SPD modul.

7. SPD modul prema patentnom zahtevu 6 pri čemu je toplotni kapacitet elementa hladioca u opsegu od oko 0,2 do 2,0 J/K.

8. SPD modul prema patentnom zahtevu 6, gde je element (132) provodan pri naponu premašenja varistor.

9. SPD modul prema patentnom zahtevu 6, pri čemu:

element hladioca je pričvršćen na elektrodu, opciono pomoću nitni (144), tako da element hladioca ostane pričvršćen na elektrodi kada se lem istopi i rastavljačka opruga električno iskopča element provodan pri naponu premašenja iz drugog električnog terminala modula; i

lem direktno angažuje element hladioca.

10. SPD modul prema patentnom zahtevu 6, pri čemu:

SPD modul uključuje potporni okvir (114); i

potporni okvir uključuje integralnu karakteristiku (124) podrške, konfigurisano tako da se odupre premeštanju elementa hladioca u odnosu na rastavljačku oprugu.

11. SPD modul prema patentnom zahtevu 1, koji uključuje kontaktni element (168), pri čemu:

kontaktni element uključuje drugi terminal (168A) modula; i

rastavljačka opruga pričvršćena je na kontaktni element.

12. SPD modul prema patentnom zahtevu 1, koji uključuje mehanizam (170) indikatora, konfigurisan da daje upozorenje da je SPD modul zakazao kada mehanizam termičkog rastavljača iskopča element provodan pri naponu premašenja od drugog električnog terminala modula.

13. SPD modul prema patentnom zahtevu 12, pri čemu mehanizam indikatora uključuje lokalni upozoravajući mehanizam (170A), uključujući:

prozor (112B) u kućištu modula;

element (174) indikatora koji se pomera između pripravnog položaja i indikacijskog položaja u odnosu na prozor;

i

indikatorsku oprugu (176), konfigurisanu tako da primorava element indikatora da pređe iz pripravnog položaja u indikacijski položaj, kada mehanizam termičkog rastavljača iskopča element provodan pri naponu premašenja od drugog električnog terminala modula.

14. SPD modul prema patentnom zahtevu 12, pri čemu mehanizam indikatora uključuje daljinski upozoravajući mehanizam (170B), uključujući:

otvor (122) prekidača u kućištu modula za prijem pina (188A) prekidača iz spoljnog baznog sklopa; blokirajući element (172G) koji pokriva otvor prekidača; i

indikatorsku oprugu (176) koja je konfigurisana tako da primorava blokirajući element da se udalji od otvora prekidača kada mehanizam termičkog rastavljača iskopča element provodan pri naponu premašenja sa drugog električnog terminala modula, kako bi se dozvolilo pinu prekidača da prođe kroz otvor prekidača.