CZ109595A3

CZ109595A3 - Apparatus for protection from overload

Info

Publication number: CZ109595A3
Application number: CZ951095A
Authority: CZ
Inventors: Per Karlstrom
Original assignee: Seldim I Vasteras Aktiebolag
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1996-04-17
Also published as: FI952040A; US5565826A; AU5437194A; SE9203234D0; SE470296B; EP0667050A1; EP0667050B1; HU9501148D0; NO951615L; WO1994010734A1; FI952040A0; SE9203234L; HUT73126A; PL308547A1; JPH08505731A; NO951615D0

Description

Zařízení na ochranu před přetížením

Oblast techniky

Tento vynález se týká zařízení na ochranu před přetížením nadproudem v elektrických obvodech, přičemž toto zařízení obsahuje alespoň jedno elektricky vodivé těleso a dvě elektrody, jejichž funkcí je napájet proud obvodu přes řečené vodivé těleso a jež leží proti tomuto tělesu v odpovídajících pozicích bud.' přímo anebo skrze medium nějaké vložené části, a dále zahrnuje tlačné prostředky pro vyvíjení bočního' opěrného tlaku. Zařízení je v prvé řadě zamýšleno pro použití v systémech s nízkým napětím, s provozním napětím nejvýše 1 000 V.

Dosavadní stav techniky proud omezující současnému stavu

Prvky omezování proudu, či použijeme-li terminologii současného stavu techniky, zkratové chrániče, hlavně zahrnují pojistky a jističe, jež mají nejčastěji příslušné schopnosti. Daná technika je známá techniky a bylo již zavedeno několik standardů, jako například IEC 269, pokud jde o pojistky a IEC 947-2, pokud jde o jističe. Zkratový jistič je nabuzen pomocí zkratového proudu, který jím protéká. Zkratové jističe jsou buzeny podle dvou hlavních principů a jsou zde tudíž rozděleny do následujících skupin 1 a 2:

1. Pojistky, termistory s pozitivními teplotními koeficienty a samočinné do základní polohy se vracející zkratové chrániče, popsané ve specifikaci patentu U.S. 3 886 551, jež jsou buzeny, když jimi protéká zkratový proud jako výsledek vývoje zvýšené odporové energie v daném chrániči. Pokud aplikovaná elektrická energie způsobila zvýšení teploty v chrániči, korespondující s bodem tavení rozhodujícího materiálu v chrániči, dochází ke zvýšení odporu a začíná omezení zkratového proudu.

2. Na oblouku založené, proud omezující samočinné vypínače, například jističe jsou buzeny přímo prostřednictvím přeměny magnetické energie v mechanickou energii, pomocí elektrodynamických sil proudu, k nimž dochází v systému elektrického kontaktu obsaženého v daném jističi, či nepřímo skrz.e příslušné médium nějakého odděleného budícího zařízení složeného z elektromagnetického uvolňovacího zařízení, zvaného plunžr anebo schlagstiftanordnung, jež je rovněž buzeno proudem hlavního vedení. Kotva obsažená v magnetickém obvodě působí na systém elektrického kontaktu a/nebo na uvolňovací zařízení pružinového mechanismu, jež provádí funkci zapnuto/vypnuto. Používá se rovněž dálkového řízení, například u stykačů, pro udržování dvou stabilních mechanických stavů rovnováhy, respektive zapnuto/ vypnuto. Systémy elektrického kontaktu, v nichž elektrodynamické síly proudu působí přímo na dané elektrické kontakty, jsou již dříve známy současnému stavu techniky, a to například ze specifikací patentu GB 1 519 559, GB 1 489 010 a GB 1 405 377.

Hybridy, v nichž se tyto dva principy používají jsou popsány ve specifikaci patentu GB 1 472 412 a článku Nový je to mechanická stává důležitou, odpor PTC pro elektrické aplikace, od R.S. Perkins, et at, zveřejněný v časopise IEEE Transactions on Components,

Hybrids and Manufacturing Technology, Vol. CHMT-5, No. 2,

June 2, 1982, na straně 225-230 a publikace. U. S. 3 249 810 a

DE 35 446 47, mezi jinými.

Jeden vážný nedostatek zkratových jističů podle skupin 1 a 2 výše, obzvláště v případě vysokého a strmého (= rychle narůstajícího) zkratového proudu, spočívá v jejich vysoké vnitřní inercii. Termální inercie má omezující účinek na zkratové chrániče popsané ve skupině 1 výše, přičemž v případě na oblouku založených jističů energie, t.j. inercie hmoty, jež se chceme-li rychle oddělit elektrické kontakty. Jako následek hmotnostní inercie je na elektrických kontaktech v na oblouku založených jističích daný oblouk zpožděn a následně napětí oblouku, důležité při dosahování omezení proudu, nedosahuje hodnot,, při nichž je jinak jednotvárné rostoucí zkratový proud omezen, než uteče relativně dlouhý čas zpoždění (ns). Navíc, je vyžadován velmi vysoký kontaktní tlak, proporcionální ke čtverci jmenovitého nebo nominálního proudu daného zařízení, aby byly příslušné elektrické kontakty schopné přenášet jmenovitý proud na základě normálních provozních proudů. Toto rovněž zabraňuje, aby se elektrické kontakty rychle oddělily, protože kontaktní tlak působí proti elektrodynamickým, odpuzujícím a rozdružujícím silám.

Možnost nastavení citlivosti zkratových chráničů popsaných v kategoriích 1 a 2 je velmi omezená. Následně, u chrániče hlavního vedení a podřízených chráničů se vyžaduje detailní koordinační spolupráce. Byly tudíž vypracovány standardy, například DIN 57 636 Teil 21/VDE 0636 Teil 21 § 7, 12 a IEC 947-2, poněvadž chybná koordinace může, mimo jiné, způsobit problémy se selektivitou, jež se v existujících systémech obtížně opravují (nastavují).

Jako výsledek výše uvedených nedostatků, a obzvláště inercie, zkratové chrániče používané na základě principů uvedených v kategoriích 1 a 2 výše, jsou méně vhodné jako zkratové chrániče nebo proudové přechodové chrániče pro tyristory nebo elektrické vybaveni, protože jsou citlivé jak vůči derivátům velkého proudu, tak zkratovým proudům, jež se mohou také přihodit v kapacitních obvodech a obvodech induktivního motoru s velkými předpokládanými zkratovými proudy. Typické hodnoty předpokládaných zkratových proudů jsou Ik = 50-100 kA a korespondující časové deriváty proudu od 22-44 kA/ms. U jmenovitého proudu 100 A dovolí konvenční pojistka průchod proudu s vrcholem okolo 16 kA a / i².dt~20 kA , což značně přesahuje povolené hodnoty korespondujících tyristorů. Následně, v tyristorových obvodech jsou často obsaženy tlumivky, aby redukovaly deriváty proudu, čímž umožňují použití výše popsaného zkratového chrániče.

Samočinný, _do základní polohy se vracející zkratový chránič se hlavně skládá z tak zvaných termistorů. Výraz prvek PTC je přijatým označením termistorů, jejichž měrný odpor má pozitivní teplotní koeficient (Positive Temperature Coef f icient).

Elektricky vodivé polymerové směsi, obzvláště kompozice PCT, a zařízení, jež obsahují směsi PCT, jsou známé současnému stavu techniky. V tomto ohledu může být proveden odkaz na patenty U.S. s čísli 2 978 665, 3 351 882, 4 017 715, 4 177 376 a 4 246 468 a rovněž na patent U.K. čís lo 1 534 715. Pozdější vývoj je popsán, například, v patentu Německa číslo 2 948 350, 2 948 281, 2 949 174 a 3 002 721 a rovněž v různých patentových žádostech, jako například U.S. pořadové Číslo 41 071 (MPO 295), 67 207 (MPO 299) a 88 344 (MPO 701) a patentových žádostí ? jako například U.S. pořadové číslo 141 984 (MP = 712), 141 987 (MPO 713), 141 988 (MPO 714), 141 989 (MPO 715), 141 991 (MPO 720) a 142 054 (MPO 725).

Jedním z problémů u prvku PTC je, že když jsou zahřívány proudem, který přes ně protéká a dosáhne se teploty, při níž se prvky PTC stávají samočinně nastavujícími, příslušné napětí je přebíráno nějakým fragmentem prvku PTC a tento fragment je podroben vysokému napětí, -jež hrozí zničit prvek PTC. Ztvárnění PTC, v nichž je tento problém odstraněn, jsou známy, například, z evropského patentu EP O 038 716. Prvky PCT pro chrániče před přetížením jsou často sestaveny z polymerického materiálu, jako je například vysokotlaký polyetylén, obsahující částice elektricky vodivého materiálu, například lampové saze anebo saze, a vykazují měrný odpor s vysokým pozitivním tepelným koeficientem.

Keramické termistorx, jež vykazují charakteristiky PCT jsou známy ze zveřejnění patentu GB-A - 1 570 138. Nejbéžnější keramické termistory jsou založeny na BaTiO^ anebo na v₂0₃.

Jednou výhodou, jíž poskytuje termistor na polymerovém základě, ve srovnání s keramickým termistorem, je, že jeho resistence stoupá jednotvárně s teplotou. Jeho výroba je rovněž levná. Avšak, komerčně dostupné termistory polymerového typu jsou projektovány pro relativné nízké jmenovité nebo nominální napětí a nemohou být tudíž snadno použity například v distribučních sítích. Navíc, konfigurace a spojení termistorů jsou normálně taková, že termistory jsou podrobeny velkým repulzním silám při vysokých zkratových proudech, jako výsledek aniparalelních drah proudu, čímž dochází k roztržení elektrod na kusy.

Je rovněž známo, že na polymeru založené prvky- PCT, sandwichového typu, se nenavrací do původní resistence potom, co přešly od nízkého odporového stavu do vysokého odporového stavu. Ve vážnějších případech, když jsou prvky PCT podrobeny vysokým elektrickým napětím jako jsou zkratové proudy, v centrálních částech nebo jiných částech polymerové kompozice prvku PCT se vytváří bubliny a trhliny, takže daný prvek není dále funkční, t.j. je zničen.

Z těchto důvodů až dosud nebyly na.polyméru založené termistory používány v žádném významném rozsahu v praxi v rámci technologií elektrické energie, ale byly zatím hlavně používány k ochraně elektrického zařízení, ačkoli příslušná termální inercie omezuje pole možné aplikace.

Podstatný rozdíl mezi termistory a pojistkami je v tom, že termistory se samočinně vrací do základní polohy po zkratu, t.j. termistory mohou být po zkratu opět použity, což se vztahuje rovněž na chrániče obvodu.

Elastomery jsou složeny ze všech polymerů, jež vykazují elastické vlastnosti podobné těm, jež vykazuje přírodní kaučuk. Elastomery mohou být stlačeny nebo roztaženy uvnitř relativně velkého elastiku vymezeného prostoru a navracet se do svého původního stavu, když je dané zatížení odstraněno. Elektricky vodivé elastomery jsou třídou kaučuku a plastik, jež byla učiněna elektricky vodivými, bud' přidáním kovových směsí nebo orientováním kovových vláken pod vlivem elektrických polí, či přidáním různých uhlíkových směsí nebo keramiky, například materiálu V2O3, rozptýleného způsobem, jenž je popsán v článku Termistory kompozitu V2O3, od D. Moffata, et al, zveřejněném v jednáních 6. Mezinárodního sympozia IEEE o apliacích feroelektrik, 1986, strany 673-676. V kaučuku se používá několik druhů uhlíkové černi, například grafitu, acerylénové černi, lampových sazí a retortových sazí s částicemi o průměru pohybujícím se od 10-300 nm. Příklady vhodných kaučukových materiálu, jež se stávají vodivými po přidání kovových směsí anebo uhlíkových směsí, jsou butyl, naturál, polychloroprén, neoprén, EPDM a nejdůležitější silikonový kaučuk. Aditiva kovů a kovových slitin v práškové formě, vhodná jako elastomerická aditiva, jsou stříbro, nikl, něčí, postříbřená měd', postříbřený nikl a postříbřené aluminium.

Elektricky vodivé elastomery se používají jako měniče elektromotorického napětí v rámci technologie měničů. Elektrické vlastnosti jsou změněny,, když jsou elektricky vodivé elastomery deformovány, například, jako výsledek podrobení tlaku nebo napětí, jež se projeví ve změně resistence.

Nejběžnějšími druhy uhlíkových nebo kovy plněných plastik jsou polyetylén a polypropylén. Tyto jsou v současnosti používány pro zahřívání kabelů a pro chrániče před přetíženém, například dříve uvedených na polymeru založených termistorů PTC.

Avšak inkluze elektricky vodivých plniv poškozuje mechanické vlastnosti daného plastika. Materiál se stává křehkým a tvrdým a tímto se ne snadno deformuje. Tyto materiály jsou tudíž nevhodné jako měniče a rovněž vyžadují poměrně komplikovanou techniku spojování pro aplikace PTC. Další omezení uhlíkem plněných plastik spočívá v jeřích poměrně vysokém měrném odporu, který je typicky 1 Ohmem a vyšší. Na druhé straně, kovem plněná plastika mohou být produkována se značně menším měrným odporem, nižším než 0,5 Ohmem, ačkoli voltáž a stabilita napětí se stávají velmi špatnými a následně tyto materiály nejsou vhodné jako chrániče před přetížením.

Elektricky vodivým elastomerúm mohou být uděleny velmi nízké odpory, například odpory 2 mOhmcm nebo nižší, pomocí přidání kovového prachu. Jedna výhoda, jíž poskytují elastomery je, že jsou velmi měkké ve srovnání s uhlíkem plněným polyetylénem a polypropylénem, i když obsahují velká kvanta elektricky vodivého plniva. Tyto elastomery mají typické číslo dle Shorea mezi 20-80, podle amerického Standardu D224O (Q/C).

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je zajistit poměrně jednoduchý a ne drahý chránič před přetížením, který má schopnost omezit nejvšši zkratové proudy, jež se vyskytují v síti nízké voltáže, i při derivátech charakteristika uvolnění, t.j. být snadno adaptována podle vysokého proudu, a jehož jeho citlivost odpovědi může objektu, který má chránit.

Tohoto cíle je dosaženo podle tohoto vynálezu pomocí ochranného zařízení, jež má charakteristické rysy uvedené v následujícím nároku 1.

Deformováním alespoň jednoho zakřiveného nebo konvexně definovaného povrchu elektricky vodivého elastomerického tělesa obsaženého v prvku omezujícím proud s pomocí tlačného zařízení a integrováním elektrod, jež jsou aktivní při vedení proudu skrze prvek omezující proud, je dosaženo podstatně účinnějšího omezení proudu, než se docílí pomocí tradičních zkratových jističů, popsaných pod hlavičkou Dosavadní stav techniky. To vede ke značným úsporám nákladů, zejména na straně ve směru proudu od daného prvku omezování proudu. Zařízení může být nahrazeno jak tradičními pojistkami, tak tak zvanými automatickými jističi (MCB) a má v sobě výhody poskytované oběma těmito typy jističů a to bez jejich nevýhod, jako je omezená délky životnosti pojistky a omezené schopnosti automatického jističe při výskytech krátkého spojení.

Zařízení, jež funguje jako prvek omezující proud, obsahuje nejméně jedno elektricky vodivé elastomerické těleso a dvě elektrody. Polymerová kompozice elastomerického tělesa může být jakéhokoli známého druhu a netvoří žádnou část tohoto vynálezu. Příkladem vhodných elastomerú v tomto zřeteli je obzvláště butyl, naturál, polychlorpropén, neoprén, EPDM a silikonový kaučuk. Elektrovodivý práškový jedno elektricky vodivé mohou být vyrobena ze vzdálenosti mezi dvěma elastomerickém tělese, a sousedící tělesa materiál je přednostně složený ze stříbra, niklu, kobaltu, postříbřené mědi, postříbřeného niklu, postříbřeného aluminia, lampových sazí, vodivých sazí nebo sazí. Práškový materiál bude mít vhodně částice velikosti od 0,01 do IO mikrometrů a práškové plnidlo je vhodně přítomné v množství odpovídající 40-90% spojené váhy práškového plnidla a elastomerického materiálu. Měrný odpor elektrického elastomerického tělesa bude přednostně ležet v rozmezí od 0,1 mohmcm do 10 Ohmem. Pokud zařízení obsahuje více než elastomerické těleso, tato tělesa vzájemně stejných nebo odlišných elastomerů a pak se vzájemně stejnými nebo odlišnými plnivy a měrným odporem. Elektrody jsou tradičního typu, například postříbřená měd'. Elektrody jsou přednostně orientovány tak, že mezi těmito elektrodami vzninou repulzní sily, když jimi procházejí vysoké proudy. Tlak dosažený na elektrodách, například pomocí známého tlačného zařízení, popsaného v U.S. 3 914 727, či tradičním pružinovým mechanismem pro funci zapnuto/vypnuto elektrického vypínače, deformuje konvexní dosedající povrch elastomerického tělesa, když zařízení obsahuje takový povrch dosednutí. Tato deformace dosahuje přednostně nejméně 5%. Deformace 5-30% je obzvláště přednostní, když je definována počátečním bodem ze tělesy, jež hraničí na

t.j. vzdálenost, když leží v dosednutí elastomerického tělesa a jestliže se daná vzdálenost mění do 0,7.d po aplikaci tlaku, těleso bude deformováno pomoci 30%. Obzvláště upřednostňovanými elastomerickými tělesy jsou ty, jež mají tvrdost mezi 30-50 IRHD v souladu s Britským standardem BS9O3/A26, ačkoli materiály mající jak nižší, tak vyšší tvrdost, mohou být představitelně použity.

uvazovaném je tlak s tělem

Vykázaná provedení vynálezu se vykazují z přiložených patentových nároků.

Pomocí tohoto vynálezu bylo shledáno možným čelit nebo zcela odstranit nedostatky popsané pod hlavičkou Dosavadní stav techniky, jako je insensitivita atd. chrániče před přetížením. Odpor prvku omezujícího, proud se mění, když dojde ke zkratovým proudům při vývoji nízké energie, čímž se redukuje termální a mechanická inercie. Dále, následně k tomu, že prošel z nízkého odporového do vysokého odporového stavu, proud omezující prvek se navrací do originální resistence a je tímto znova použitelný potom, co byl podroben účinkům zkratových proudů. Jeden myslitelný důvod pro výsledek dosažený tímto vynálezem může být následující: u normálního průtoku proudu je udržován nízký transitní odpor mezi těmi prvky, jež jsou v kontaktu jeden s druhým skrze transitní povrch, který je vytvořen když má dané těleso povrch konvexního dosednutí anebo tělesa, jsou-li obsaženo více než jednoho takové těleso, jsou deformována vnějším tlačným zařízením. Když se vyskytnou vysoké zkratové proudy, elektrody se oddělí jako výsledek sil proudu. Navíc se vyskytnou tak zvané síly sevření v přechodu mezi povrchem konvexního dosednutí elastomerických těles, když existuje jeden takový povrch, a sousedících těles, v důsledku konfigurace přednostního povrchu dosednutí. To vede k omezení povrchu dosednutí, částečně proto, že elastomerické těleso s konvexním povrchem dosednutí může být deformováno a částečně proto, že se dané elektrody oddělí. Jako výsledek dojde dojde k rychlejšímu zvýšení energetického vývoje ve zmenšujícím se povrchu přechodu, což způsobí značné zvýšení odporu elastomerického tělesa v přechodovém povrchu bez toho, aby byl zbytek elastomerického tělesa podroben nedovolené vysokým napětím. Navíc, jako výsledek průřezové konfigurace přednostního elastomerického tělesa, hustota proudu je největší podél linie symetrie průřezového povrchu mezi elektrodami, což znamená, že daný materiál je v této oblasti pod největším namáháním, čímž se brání vytvářeni bublin a prasklin v průřezu v pravých úhlech ke směru proudu.

Mezi jinými věcmi se v zařízení omezujícím proud docílí následujících výhod, když dojde ke kombinací fyzických vlastnosti, popsaných v Dosavadním stavu techniky, například takových schopností jako je tlaková odpověď elektricky vodivých elastomerů, přechodových povrchů a elektrodynamický repulzní efekt, dosažený vhodnou geometrickou konfigurací elektricky vodivých elastomerických těles a elektrod, spolu s vhodným výběrem materiálu elektrody:

a) značně zvýšená citlivost při derivátech vysokého proudu a zkratových proudech v důsledku pružných prostředků tlaku a přednostních konfiguraci elektrody, jež spolu se zvláště konfigurovaným elektricky vodivým elastomerickým tělesem odpuzuje elektrody,

b) zařízení může být vyrobeno velmi nízkoohmické, v důsledku deformace kontaktního přechodu mezi elektricky vodivým elastomerickýmn tělesem a elektrodou,

c) menší problémy se selektivitou v elektrických obvodech, obsahujících chránič hlavního přívodu a podřízené chrániče,

d) prvek se navrací do své původní resistence potom, co projde od nízkého odporového stavu do stavu vysokého odporového stavu,

e) jednoduché obvod přerušující zařízení, jež podle svých možností nevyžaduje opatření krytů oblouku, když jsou elektrody mechanicky připojeny k tradičnímu mechanismu zapnuto/vypnuto u jističů, jež v nastavení zapnuto udržují požadovaný tlak mezi elektrodou (= kontakt) a elektricky vodivým elastomerickýmn tělesem,

f) odstranění rizika sváření, když je obsaženo uspořádáni jističe podle bodu e) výše,

g) k vibracím a odrazu necitlivou funkci zapnutí,

h) možnost nastavení příslušné citlivosti zařízení, když tlak udržovaný tlačným zařízením může být upraven a měněn známým způsobem, čímž, se umožní aby jeden a týž chránič přetížení byl použit v rozšířeném rozpětí jmenovitého proudu,

i) velmi malé vnější rozměry, protože elektricky vodivému elastomerickému materiálu může být dán velmi malý měrný odpor < 1 mohmcm,

j) tyristorové obvody se mohou vyhnout opatřování zvláštních tlumivek.

Přehled obrázků na výkrese

Tento vynález bude dále podrobněji popsán s pomocí odkazů na příklady jeho ztvárnění a referencemi k příslušným doprovodným výkresům, z nichž:

Obrázky la-c - znázorňují pohledy středním řezem třech přednostních ztvárnění jedné části tohoto vynálezu, přičemž tato část se hlavně skládá z elektricky vodivých elastomerických těles a elektrod,

Obrázek 2 - znázorňuje odpor R jako funkci vzdálenosti d mezi dvěma elektrodami, mezi nimiž je stlačeno elektricky vodivé elastomerické těleso semicylindrického průřezu o poloměru r,

Obrázek

Obrázek obrázek obrázek obrázek obrázek obrázek obrázek

- znázorňuje jedno ztvárnění vynálezeckého prvku omezujícího proud, zapojeného v nějakém elektrickém obvodě,

- znázorňuje průběh proudu v případě krátkého spojení pomocí prvku podle Obr. 3,

- znázorňuje srovnání mezi křivkami / i².dt za vynalezený prvek omezující proud a tradičním chráničem, jako je pojistka a jistič, MCCB,

6-7 znázorňuje pohledy středním řezem elastomerickym tělesem vynálezu a sdruženými elektrodami a také repulsni prostředky

8-19 znázorňující další varianty prvku omezování produ tohoto vynálezu

20a znázorňuje průřez zařízením podle vynálezu na ochranu před přetížením nadproudem

20b znázorňuje zařízení jako v obrázku 20a ale zapojeno do elektrického obvodu.

20c znázorňující diagram sovislosti mezi proudem I(A) a časem t (ms),

21a znázorňuje částečné modifikované vypracování zařízení podle obrázku 20a obrázek 21b znázorňuje strany zařízení jako v obrázku

21a z jedné obrázek 22a znázorňuje zařízení jako v obrázku 20a a 21 , částečně modifikované a 22b provedení obrázek 23 znázorňuje zařízení podle obrázku 22, modifikované vypracování obrázek 24a znázorňuje specielně referované provedení nového zařízení obrázek 24c znázorňuje křivku ukazující souvislost mezi R(ohm) a X(m) obrázek 25a-d znázorňuje uspořádání při modifikovaném vypracování nového ochraného zařízení

Příklady provedení vynálezu

Obr. 6 znázorňuje prvek omezení proudu v souladu s uspořádáním analogickým s uspořádáním zobrazeným na Obr. lb. Prvek omezení proudu obsahuje centrálně usazené těleso 10 ve formě homogenního válce s průměrem 3 mm a délky 10 mm a vyrobeného z deformovatelného elektricky vodivého elastomerického materiálu, například obsahujícího 80 procent váhy stříbrného prášku a 20 procent váhy silikonového plastu a dvě vzájemně paralelní elektrody 11, 12, jež jsou tečnové k danému tělesu 10 na jeho protilehlých stranách. V případě zobrazeného ztvárnění má elastomerické těleso 10 číslo dle Shorea 40 podle BS 9O3/A26. Elektrody 11, 12 se skládají z úhlových, postříbřených měděných desek s tloušťkou 0,7 mm. Elektrody jsou drženy v dosednutí s tělesem IQ pomocí pružinového zařízení 14 , jež vyvíjí flak na elektrody 11, známýn způsobem a tím deformují povrchy dosednutí ΙΟ , 10 daného tělesa proti příslušným elektrodám, přičemž tato deformace je asi 30%. Citlivost nebo reakce daného uspořádání může být zvýšena zařazením repulzního zařízení druhu popsaného výše, například, v GB 1 519 559 nebo GB

489 O1O, či elektrody mohou být sestaveny tak, že ony samy dají vzniknout odpuzujícím elektrodynamickáým silám proudu.

Alternativně, repulsní zařízení 13 může být sebeaktivující magnetický obvod, druhu dříve popsaného v U.S. 4 513 270, který je zamýšlen k fungování výhradně na jedné elektrodě a který je nasměrován tak, aby se dané elektrody oddělily jedna od druhé na základě činnosti magnetických sil, nebo elektrodynamických sil proudu. Odpor zařízení je 2 mOhm. Když je toto zařízení podrobeno velkým přednostně proudům nad 50 A a více, A, hustota proudu zkratovým proudům, obzvláště nad 500 površích dosednutí 10 ,10 se v deformovaných tímto odpor daného To je postačující zvýší, kde prvku stoupne na 100 Ohmů anebo více. k omezení zkratových proudů v systémech s nízkou voltáží, jež prostřednictvím přednostního uspořádání na Obr. 6 a obvodu zobrazeném na Obr. 3, omezují zkratové proudy a produkují křivku závislosti proudu na čase, znázorněnou na Obr. 4.

Obr. 7 zobrazuje prvek omezení proudu, který je stejný kalo prvek znázorněný na Obr. 6 a Obr. lc, s výjimkou toho, že elastomerické těleso 20 není homogenním tělesem. Tudíž, těleso ze ztvárnění na Obr. 7 obsahuje dutinu 9, jež umožňuje aby se deformace elastomerického tělesa zvýšila na

30% či výše, v závislosti na rozměrech dutiny. To umožňuje, aby bylo použito materiálu s relativně vysokým číslem dle Shorea, například číslem 80. Těleso 20 je přednostně deformovatelné tak, aby výsledný povrch konvexního dosednutí byl ve fyzickém kontaktu s povrchem dosednutí 9_.

Obr. 8 znázorňuje ztvárnění vynálezu, v němž dvě elektricky vodivá elastomerická tělesa 10a, lob byla nakupena jedno na druhé, přičemž elektricky vodivá elastomerická. tělesa 10a, 10b ve ztvárnění Obr. 9 byla umístěna bok po boku.

Obr. lOa-b znázorňují zařízení vynálezu, v němž je elektricky vodivé elastomerické těleso 10 podle Obr. 7 umístěno mezi dvě elektrody 11, 12., jež jsou prodlouženy podélně paralelně s tímto tělesem 10. Tlak aplikovaný na elektrody a povrchy dosednutí elastomerického tělesa ,10 je získán pomocí působení dříve popsaného pružného tlačného zařízení.

Obr. 11 znázorňuje zařízení vynálezu, v němž je elektricky vodivé elastomerické těleso IQ umístěno mezi dvěmi elektrodami 11, 12, podle Obr. lOa-b. Obvod feromagnetické repulse 13 obklopuje podélně natažené elektrody l/L, 12 a elastomerické těleso 10 a zesiluje repulsní účinek elektrody 11, když proud omezujícím prvkem protéká nadproud. Na dané elektrody a plochy dosednutí elastomerického tělesa 10 > IQ je aplikován tlak pomocí výše popisovaného pružného tlačného zařízení.

Obr. 12 znázorňuje zařízeni, jež je analogické zařízeni zobrazenému v Obr. lOa-b, s výjimkou, že elektricky vodivé elastomerické těleso 10 je semicylindrické v tvaru a může být pevné ukotveno k dané elektrodě 12 pomocí elektricky vodivého adhesiva, či může volně ležet.

Obr. 13 znázorňuje vynalezené zařízení, v němž dvě elektricky vodivá tělesa 10a, lOb jsou umístěna mezi dvěmi elektrodami 11, 12., mezi něž byly umístěny další dvě elastomerická tělesa 10c respektive lOd, přičemž tato další tělesa obklopuji elektrody 11, 12. Na elektrody je aplikován tlak a zbzvláště na elastomerická tělesa opatřená konvexně zakončenými povcrhy pomocí výše řečeného tlačného zařízení.

Obr. 14 znázorňuje další ztělesnění tohoto vynálezu podle ztvárnění Obr. 12 a Obr. 9, v němž elastomerická tělesa lOc, 16a, respektive lOe, 16b, obklopující elektrody

11, 12, jsou, složena z příslušného elektricky vodivého elastomerického materiálu 10c, lOe a elektricky izolujícího elastomerického materiálu 16a, 16b. Příslušná elastomerická tělesa 10c, 16a a lOe, 16b jsou výhodně tvarována ve tvaru ze dvou částí tak, že elastomerická tělesa jsou vzájemně spojena a elektrody jsou elektricky izolovány. Elektrické přípoje k daným elektrodám nejsou na tomto obrázku znázorněny.

Obr. 15 znázorňuje vynalezené zařízení dle Obr. 6 a 7, v nichž jsou dvé elektricky izolující, polyetylénová tělesa 15a, 15b uspořádána paralelně s elektricky vodivým elastomerickým tělesem 10. Když je zařízení podrobeno tlaku, jak je symbolizováno silou F, působícího na elektrody 11,

12, toto těleso je deformováno a tímto bude ležet proti definujícím povrchům 15a a 15b elektricky izolačních těles. Tímto způsobem se brání ve stejném momentě docílí elektrické izolace, jež vznícení v případě krátkého spojení, protože elektricky vodivé elastomerické těleso se neroztéká směrem ven, což je jinak běžný problém.

Obr. 16 znázorňuje zařízení vynálezu, v němž elektricky vodivé těleso 10 obsahuje několik konvexních, deformovatelných povrchů dosednutí 10a , 10b , 10c ,lOd , zahrnujících několik integrovaných elastomerických těles podle předchozích obrázků. Eleastomerické těleso 10 je koherentní a homogenní.

Obr. 17 znázorňuje vynalezené zařízení, v němž elektricky vodivé elastomerické těleso 10 má konvexní, deformovatelný povrch dosednutí v drážkové konfiguraci, zahrnující několik integrovaných, elastomerických těles dle dřívějších obrázků.

Elastomerické těleso 10 je tudíž koherentní a může být aktivováno několik povrchů, například zvýšením tlaku pomocí tlačného zařízení 14..

Obr. 18a-b znázorňují vynalezené zařízení, jež se dvou elektricky vodivých elastomerických těles jež mají konvexní, deformovatelné povrchy skládá ze 20a, 2Ob, dosednutí 20a , 20b a dvě elektrody 11, 12. Elektrody jsou obklopeny koncentrickými, elektricky vodivými elastomerickými tělesy 20a, 20b, jejichž povrchy dosednutí 20a , 20b jsou ve fyzickém dosednutí jedno s druhým. Povrchy dosednutí 20a , 20b jsou deformovány tlakem vyvíjeným tlačným zařízením 14 . Elektrody 11, 12 jsou opatřeny prostředky elektrického spojení 31, respektive 32.

Obr. 19 znázorňuje zařízení vynálezu, v němž elektricky vodivá, elastomerická tělesa 10a!, 10a2, !0a3, a 10a4 mají konvexně definované povrchy, které jsou orientovány kolmo ke konvexně definovaným povrchům elektricky vodivých těles lObl, 10b2, 10b3, a !Ob4. Zařízení obsahuje dvě elektrody 11, 12 pro vedení proudu skrze né, tlačné zařízení . lObl....

elektrody, na něž vyvíjí tlak deformuje povrch dosednutí 10a!

Je pochopitelné, že tento vynález není omezen na jeho zobrazená ztvárnění a že je myslitelné více variant v rámci následujících patentových nároků. Například, množství vzájemně uložených vodivých elastomerických těles podle Obr. 8 může být značně větší, než jež bylo zatím zobrazeno.

tak, že to

Obrázek 20a znázorňuje zařízení, kde 2 termistory založené na polymeru 15a a 15b, jsou paralelt zapojeny s elastomerickým tělesem 10. navíc je zapojen fix resistor 16a, 16b. Schéma okruhu ukazuje obrázek 20b. Čárkovaná čára 17 symbolisuje celé zařízení na ochranu před přetížením, tedy elastomerické těleso, elektrody, resistory a termistory.

Vhodným dimensováním zúčastněných komponentu 10,15 a 16 pracuje termistor založený na polymeru jako energy absorber po dobu zkratu. Tímto se zamezí přetížení elastometrického tělesa 10. Tato okolnost dopouští toho, ze fix resistor 16 muže být vetší, než by bylo možné bez termistoru 15.

Tuto myšlenku jde vyjádřit následující pozorování energie: (srovnej obrázek 20c)

Magnetická energie když proud dosáhne i1 je W1 = L*i1**2/2.

Magnetická energie když proud dosáhne i2 je W2 = L*i2**2/2.

Magnetická energie když proud dosáhne i-3 je W3= L*i3**2/2.

Energie, kterou elastometrické těleso 10 absorbuje během přechodu od nízkého odporového stavu do vysoko odporového stavu, je W1_2=W1-W2.

Tím, že termistor založeny na polymeru může být nízko odporový po dobu komutace, bude W1_2<<W1 -W3=W1_3, kde W1_3 je energie, kterou absorbuje elastometrické těleso 10, když termistor založený na polymeru není v okruhu.

Proud omezující prvek podle obrázku 20 jde lehko přizpůsobit okruhům, kde jak podřízené tak nadřízené zkratové ochrany existují, což znamená, že plná selektivita jde dosáhnout na příklad v distribučních sítích nízké voltáže.

Další důsledek provedení podle obrázku 20 je ten, že elastometrické těleso 10 muže být tenší, což znamená, že vzdálenost mezi elektrodami 11 a 12 se může zmenšit.Tahle možnost je využita v provedení podle obrázku 21.

Obrázek 21 znázorňuje zařízení podle obrázku 20, kde elastometrické těleso 10 je značné tenčí. Tím se zlepší převod tepla od elastometrického tělesa 10 k elektrodám, současné se elektrodynamický efekt (na základě tloušEky tělesa) zmenší.

Důsledek toho je,.že jmény proud se může zvýšit v zařízení, které funguje jako prvek omezující proud. V obrázku 21b je zařízení pro omezení produ zobrazeno ze strany. Elektroda 12 je rozdělena na několik elektrod, 12', 12, 12’ a 12’’. Tímto způsobem dosáhneme citlivější element na ohraničení proudu po dobu zkratu, kdy podmínky jsou prakticky totožné. Citlivost se zvyšuje působením ventilu, který je ukázán proudy 30 ve figuře 31, kde se provádí zúžení produ.

Obrázek 22a znázorňuje zařízení podle obrázku 20-21, kde pevný odpor 15 je tvořen dvěma cívkami, nebo již známým úderníkovým zařízením, používaném na př. v automatických pojistkách (MCB). Tato zařízení ovlivňují kontaktsystem (50) přímo (40) - nebo nepřímo (41)mechanismem podle obrázku 22b, tak že obvod produ se přeruší.

Obrázek 23 znázorňuje zařízení podle obrázku 22. Na rozdíl od obrázku 22, působí cívky/úderníkové zarížení na nejméně 1 elektrodu (11, 12). To je znázorněno šipkou (45) v obrázku 23. Po dobu zkratu probíhá vzájemné posunutí elektrod. Elastomérní těleso se tím zaktivuje, což se ukázalo být výhodné v případe na př. návratného času do nízkoodporového stavu. Samozřejmě múze i několik závitů na cívkách být zapojeno v sérii s elestomerickým tělesem a zvýšit tím citlivost tělesa 10.

Obrázek 23b (45' a 45)

Obrázek 24 (a-c) znázorňuje speciální zařízení s polymertermistorem (15a, 15b). Odpor u elementu s rezovou plochou dA se mění tak jak ukazuje křivka v obrázku 24c. Po dobu zkratu přechází polymermaterial v (15) nejdříve do eleastomerického tělesa (10) v přilehlých pásmech z nízko do vysokoodporového stavu. Tento dej probíhá tak dlouho, až celý termistor (15) je propracován, pokud okruh mezi tím nebyl přerušen. Tímo obdržíme měkký komutering proudu (srovnej obrázek 20 a-c) a vylepšený energiiabsorbující termistor.

Obrázek 25 a-d znázorňuje provedení vynálezu, kde vnitřní zařízení (13) je řešeno spirálovou formou elektrod (11) a (12). Tímto vystupují repulsní síly, Fr, mezi elektrodami (11) a (12) když zkratové prody procházejí elektrodami. Repulsní síly se snaží vzájemné separovat elektrody, což zvyšuje citlivost nadproudové ochrany.

Přičleněním specielních spojovacích clenu, 19a a 19b, nabízí se možnost měnit citlivost u kaskadzapojených elementů, což je ukázáno v obrázku 25 c-d. V případě sériového zapojení bude repulsní síla Fs aproximativně 4krát vetší, než pri paraelním spojení, Fp při stejném proudu.

PATENŤSERVIS

Pp Pepř- Ί

σ

o co.

Claims

Patentové nároky

CO tn

1 Zařízení na ochranu před přetížením nadproudem v elektrických obvodech, obsahující alespoň jedno elektricky vodivé těleso (10) a dve elektrody (11,12), jejichž funkcí je napájet proud obvodu přes řečené těleso a jež každá dosedá k tomuto telesu (19) v odpovídajících pozicích bud přímo a nebo přes spojovací člen nějaké vložené části, a v němž je tlak dosednutí získáván skrze medium tlačného zařízení (14) vyznačující se tím:

ze těleso (10) obsahuje elastomaterial a že těleso (10) a/nebo nejméně jedna elektroda/spojovací člen je konvexní ve stavu bez tlaku, ale deformovaná vlivem tlačného zařízení tak, že povrch dosednutí se zmenšuje, když nadproud protéká zařízením.

Elektroda/vložný člen je rovněž složena z elastomerického materiálu.

že zařízení obsahuje odpor (15a, 15b, 16a, 16b) a kondensátor zapojený do obvodu paraelně s tělesem z elastomerického materiálu.
2 Zařízení podle nároku 1 vyznačující se tím, že elastomerická tělesa obsazená v tomto zařízení mají číslo dle Shorea 20- 80.
3 Zařízení podle jakéhokoli nároku 1 a 2 vyznačující se tím, že odpor je polymerový termistor.
4 Zařízení podle nároku 3 vyznačující se tím, termistor má vzrůstající odporovou charakteristiku.

NC
5 Zařízení podle jakéhokoli nároku 1 - 4, vyznačující se tím, že pérové zařízení skutečné peruje a může být nastaveno tak, aby se přizpůsobovalo aplikovanému tlaku dosednutí.
6 Zařízení podle jakéhokoli nároku 1 - 5, vyznačující se tím, že alespoň jeden odpor je zařízení, které obsahuje alespoň 1 cívku (16', 16) pro vliv na kontaktové zařízení (50) a/nebo jednu elektrodu.
7 Zařízení podle jakéhokoli nároku 1-6, vyznačující se tím, že pérové zařízení (14) je peřovým mechanismem, který má dva mechanicky stabilní rovnovážné stavy, zapnuto respektive vypnuto a že alespoň jedna elektroda (11a) je mechanicky koherentní s daným peřovým mechanismem (14) pro galvanickou separaci mezi elektrodami (11, 12).
8 Zařízení podle jakéhokoli nároku 1'- 7, vyznačující se tím, ze elektrody (11, 12) jsou upraveny tak, aby pod vlivem zkratového nadproudu se vzájemné odporovaly.
9 Zařízení podle jakéhokoli nároku 1-8, vyznačující se tím, že elektrody (11,12) jsou zopatřeny feromagnetickými obvody (13)/ jejichž funkci je zesilovat odpuzující sílu mezi řečenými elektrodami.
10 Zařízení podle jakéhokoli nároku 1 - 9, vyznačující se tím, že alespoň jedna elektroda (11, 12) je rozdělená na více elektrod (12', 12,

12', 12) a z nichž alespoň jedna kreje ohraničenou část plochy (31) z totální ohraničené plochy (32) elastometrického télesa.
11 Zařízení podle jakéhokoli nároku 1 - 10, vyznačující se tím, že elastometrická tělesa (20a , 20b) jsou expandovaná přes elektrody (11, 12).
12 Zařízení podle jakéhokoli nároku 1-11, vyznačující se tím, že těleso (10) je stlačováno ztlačnym zařízením (14) do alespoň 5%, do ztlačení 5 - 40% kdy toto těleso existuje jako homogenní.
13 Zařízení podle nároku 1 - 12, vyznačující se tím, že elastometrické těleso má dutinu.