Výkonová bleskojistka, především pro velké proudové zátěže

CZ 19358 Ul

Výkonová bleskojistka, především pro velké proudové zátěže

Oblast techniky

Technické řešení se týká bleskojistek, tedy plynem plněných uzavřených jiskřišť, určených pro svádění velkých proudů, zejména pak bleskojistek, určených pro svádění zkratových trakčních proudů v železničních sítích 3 kV nebo i 25 kV

Dosavadní stav techniky

V současnosti se pro účely svádění vysokých amplitud bleskových proudů používá často otevřených jiskřišť, kde ochranná úroveň napětí a svodová schopnost je dána obvykle materiálem elektrod a jejich vzájemnou vzdáleností a kde lze bez konstrukčních problémů dosahovat svodových io proudů až I_imp = 50 kA( 10/350), a to současně pri vysokých úrovních samočinně zhášeného proudu až I_fi = 50 kAa_ef. Základním nedostatkem otevřených jiskřišť je ale při jejich aktivaci bleskovým proudem vyšlehování žhavého plazmatu z pouzdra tohoto jiskřiště, resp. svodiče.

Tento jev působí komplikace při zástavbě svodičů např. do rozvaděčů, a to především z pohledu požární bezpečnosti. Jsou známy i svodiče na principu uzavřeného jiskřiště, kde se dosahuje velmi vysoké svodové schopnosti až s 1^ = 120 kA( 10/350), ale úroveň samočinně zhášeného následného proudu je nízká, takže jejich použití je omezeno pouze na oblasti, kde se dosud používají běžné výkonové bleskojistky.

Výkonové bleskojistky jsou vlastně plynem plněná uzavřená jiskřiště, která vynikají krátkou dobou reakce (menší než 100 ns), vysokou svodovou schopností, jak bylo již řečeno, mají velmi malou vlastní kapacitu a vysoký izolační odpor, obvykle vyšší než 1000 ΜΩ. Vykazují však nízké hodnoty samočinně zhášeného proudu (zpravidla pod 100 A^f), takže jejich použití je pouze omezeno na aplikace, kde je předpoklad, že proudy, jejichž samočinné zhášení se požaduje, nepřesáhnou uvedenou úroveň.

Co se týče konkrétních konstrukcí bleskojistek, provedených jako· uzavřená plynem plněná jis25 kříště, lze uvést například konstrukci podle spisu US 5768082, kde elektrody jsou uloženy v pouzdře $ částí válcového pláště tohoto pouzdra vytvořeného z keramického materiálu. Taková konstrukce má omezenou schopnost svádění proudu, neboť radiálně a tahově velmi namáhané keramické části pouzdra jsou již v oblasti, kde keramické materiály mají obecně relativně malou pevnost. Podobná konstrukce, s ohledem na válcová keramická pouzdra bleskojistky, je patrná také ze spisu US 4546402, přičemž nevýhody tohoto řešení jsou u této konstrukce obdobné, jako u bleskojistky dle spisu US 5768082. Mimoto u obou právě popsaných konstrukcí je keramická válcová část ve střední části pláště zeslabena, čímž se pevnostně takové pláště ještě více oslabují. Ve spise US 4056753 je popsána a zobrazena bleskojistka s vodivými vrstvami uvnitř keramického válcového pláště, kde v místě vodivých vrstev již keramické válcové pouzdro není oslabe35 no, ale stále zde trvá nevýhoda axiálního namáhání použitého keramického tělesa. Je dokonce známa konstrukce bleskojistky, patrná ze spisu US 6566813, kde keramické izolační těleso, oddělující od sebe elektrody, je vytvořeno a tvarováno tak, že rozšířená hlava hřibovité střední elektrody se na spodní straně opírá v kolmém směru o toto keramické těleso, ale samotné keramické těleso na svém vnějším obvodě je vsazeno do pouzdra bleskojistky s kontaktem pouze v tečném směru. Tak i zde vzniká pri vnitřním přetlaku v bleskojistce zvýšené nebezpečí prasknutí tohoto keramického tělesa, či jeho vysunutí z pouzdra bleskojistky. Tato konstrukce bleskojistky také používá umístění přívodů k oběma elektrodám na spodní straně tělesa bleskojistky, což v mnoha praktických aplikacích je konstrukčně nevýhodné.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody v podstatné míře eliminuje výkonová bleskojistka kompaktní konstrukce, se schopností svodu relativně vysokých proudů, vytvořená podle předkládaného technického řešení, kde je bleskojistka vytvořena jako celokovové pouzdro, upravené jako první elektroda, ve kte-1CZ 19358 Ul rémžto pouzdře'je pres izolační vložku uložena druhá elektroda s rozšířenou hlavou a kde pod- stata technického řešení spočívá v tom, že rozšířená hlava druhé elektrody je dole, alespoň na části své spodní plochy, opřena o tuto izolační vložku a současně tato izolační vložka je, alespoň na části své spodní plochy, opřena o spodní zúžený průchod v pouzdře, upraveném jako první elektroda bleskojistky. S výhodou velikost spodní a homí opěrné plochy na izolační vložce je vždy alespoň 20 % celé spodní, respektive homí plochy izolační vložky. Výhodné je dále, jestliže velikost přesazení vnější hrany spodní dosedací plochy rozšířené hlavy druhé elektrody vůči vnitřní hraně homí dosedací plochy zúženého spodního průchodu v pouzdře, upraveném jako první elektroda bleskojistky, je menší, než mezi těmito místy vytvořená tloušťka izolační vložky. Výhodou je zejména, jestliže izolační vložka je vytvořena z keramického materiálu, výhodně pak ve formě prstence, přednosÍně právě keramického, a to $ konstantní tloušťkou. Z hlediska celkové konstrukce pouzdra bleskojistky je výhodné, jestliže toto pouzdro, upravené jako první elektroda bleskojistky, je vytvořeno jako miska se zúženým spodním průchodem, uzavřená nahoře přivařeným či připájeným víkem. Obdobně je výhodné, jestliže druhá elektroda je vytvořena s válcovou dolní připojovací částí, s vnitřním závitem, upraveným jako upínací místo pro vytvoření mechanického spojení bleskojistky s neživou částí chráněného zařízení. S výhodou prostor mezi rozšířenou hlavou druhé elektrody a vnitřním povrchem pouzdra bleskojistky je naplněn inertním plynem. Výhodné je případně ještě, jestliže mezera mezi rozšířenou hlavou druhé elektrody a vnitřním povrchem pouzdra bleskojistky se směrem k izolační vložce, alespoň v rozsahu podél obvodové části rozšířené hlavy druhé elektrody, zvětšuje.

Tím se dosáhne vytvoření bleskojistky, která při malých rozměrech a jednoduché konstrukci může být dimenzována na relativně vysoké proudové zátěže. Izolační keramická vložka, která je zde namáhána převážně na tlak, je značně odolná vůči silovým účinkům vznikajícím uvnitř pouzdra bleskojistky během výboje, přičemž opření izolační vložky o obě elektrody nikterak nezpůsobuje nebezpečné axiální tahové namáhání pájených spojů mezi izolační vložkou a těmito elektrodami.

Přehled obrázku na výkrese

Technické řešené je dále podrobněji popsáno a vysvětleno na příkladném provedení bleskojistky, též s pomocí přiloženého výkresu, kde na obrázku je znázorněna válcová, rotačně symetrická bleskojistka, a to v příčném svislém řezu.

Příklad nrovedení technického řešení

Bleskojistka v příkladném provedení je vytvořena jako výkonová bleskojistka kompaktní konstrukce, tedy bleskojistka se schopností svodu relativně vysokých proudů, vytvořená ve shodě s předkládaným technickým řešením. Tato bleskojistka 10 je zde vytvořena jako celokovové pouz35 dro, upravené jako první elektroda 1, kde v tomto pouzdře je přes izolační vložku 3 uložena druhá elektroda 2 s rozšířenou hlavou 2T Podstatné je, že rozšířená hlava 21 druhé elektrody 2 je dole, na části své spodní plochy, opřena o tuto izolační vložku 3 a současně tato izolační vložka 3 je, opět na Části své spodní plochy, opřena o spodní zúžený průchod H. v pouzdru bleskojistky 10. Velikost spodní, resp. homí opěrné plochy na izolační vložce 3 má zde velikost 35 % celé spodní plochy, respektive 45 % celé homí plochy izolační vložky 3. Výhodně zde dále velikost přesazení vnější hrany spodní dosedací plochy rozšířené hlavy 21 druhé elektrody 2 vůči vnitřní hraně homí dosedací plochy zúženého spodního průchodu JT v pouzdru bleskojistky 10 je menší, než mezi těmito místy vytvořená tloušťka izolační vložky 3, přičemž velikost takto popsaného přesazení zde tvoří pouze 25 % tloušťky izolační vložky 3, kde v tomto případě je tloušťka izo45 lační vložky 3 všude stejná. Izolační vložka 3 je zde vytvořena z keramického materiálu, a to ve formě prstence, a to právě s konstantní tloušťkou, jak bylo již výše řečeno. Z hlediska celkové konstrukce pouzdra bleskojistky JO je zde toto pouzdro bleskojistky 10 vytvořeno jako miska se zúženým spodním průchodem JT, uzavřená nahoře připájeným víkem 101, Druhá elektroda 2 je potom zde vytvořena s válcovou dolní připojovací částí 22, s vnitřním závitem 221. Tento závit

-2CZ 19358 Ul

221 je upraven jako upínací místo, které, po zašroubování protikusu ve formě šroubu, vytvoří mechanické spojení bleskojistky 10 s neživou částí chráněného zařízení. Prostor mezi rozšířenou hlavou 21 druhé elektrody 2 a vnitřním povrchem pouzdra bleskojistky JO je zde naplněn inertním plynem a utěsněn. Mezera mezi rozšířenou hlavou 21 druhé elektrody 2 a vnitřním povr5 chem pouzdra bleskojistky 10 se směrem k izolační vložce 3, zejména v rozsahu podél obvodové části rozšířené hlavy 21 druhé elektrody 2, může, obecně vzato, zvětšovat, což přispěje k rychlejšímu odvedení oblouku od čelní plochy druhé elektrody, ovšem zde je znázorněno jednodušší, ale také vyhovující provedení, kde popsaná mezera je v celém prostoru mezi činnými plochami obou elektrod 1, 2 prakticky konstantní.

ío Funkce bleskojistky je pak následující. Po překročení určitého napětí dojde k zapálení elektrického oblouku, který po dobu trvání napětí hoří mezi elektrodami, přičemž v prostoru bleskojistky se zvyšuje přetlak. Popsaná konstrukce této bleskojistky, vytvořená právě ve shodě s předkládaným vynálezem, odolává mimořádně vysokým tlakům, neboť pouzdro bleskojistky, zejména v extrémně namáhané obvodové části,· je vytvořeno z kovového materiálu a současně izolační vložka je namáhána na tlak a na střih, kde vykazuje vysokou únosnost. Takto vytvořená bleskojistka má relativně malé rozměry a jednoduchou konstrukci a současně může být dimenzována na relativně vysoké proudové zátěže.

Průmyslová využitelnost

Bleskojistka podle předkládaného technického řešení je využitelná především k ochraně proti přepětí, a sice převážně pro svádění zkratových trakčních proudů v železničních napájecích sítích.