CZ2009164A3 - Zarízení pro prepetovou ochranu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zarízení pro prepetovou ochranu obsahujícího svorky pro pripojení k chránenému obvodu. Mezi svorkami je usporádána proudová dráha, ve které je zapojen ochranný prvek. V proudové dráze je vytvoreno místo (X) zámerného prerušení proudové dráhy a místu (X) zámerného prerušení proudové dráhy je prirazeno zarízení pro signalizaci stavu ochrany. V míste (X) zámerného prerušení proudové dráhy je vytvorena prídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení. Zámerne rozpojované prvky proudové dráhy jsou spojeny první pájkou (21) a prídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení je tvorena druhou pájkou (22). Druhá pájka má stejnou nebo približne stejnou teplotu tavení jakou má první pájka (21), ale soucasne má druhá pájka (22) nižší hodnotu tepelné vodivosti než jakou má první pájka (21).

Description

Zařízení pro přepěťovou ochranu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro přepěťovou ochranu obsahujícího svorky pro připojení k chráněnému obvodu, přičemž mezi svorkami je uspořádána proudová dráha, ve které je zapojen ochranný prvek, přičemž v proudové dráze je vytvořeno místo pro přerušeni proudové dráhy vlivem změny vlastností ochranného prvku a tomuto místu je přiřazeno zařízení pro signalizaci stavu ochranného prvku.

Dosavadní stav techniky

Z WO 2007/017736 A1 a dokumentů uvedených ve stavu techniky WO 2007/017736 A1 jsou známa zařízení pro přepěťovou ochranu obsahující ochranný prvek tvořený nelineárním odporovým prvkem - varístorem. Varistor v důsledku svého zatěžování elektrickým proudem a impulsním zatěžováním chráněné sítě postupně snižuje hodnotu svého elektrického odporu. V důsledku toho se zvyšuje proud protékající varistorem a postupně se zvyšuje jeho oteplení. Proto je zařízení pro přepěťovou ochranu dále opatřeno teplotním odpojovacím zařízením (dále TOZ), které v případě dosaženi určité teploty varistoru přeruší proudovou dráhu zařízení pro přepěťovou ochranu, čímž dojde k odpojení varistoru od chráněného obvodu nebo sítě (dále jen sítě), a tím je zajištěno, že v důsledku protékajícího proudu už nemůže docházet k dalšímu oteplování varistoru nad přípustné meze.

Odpojení varistoru od sítě je signalizováno, a to opticky přímo na zařízení pro přepěťovou ochranu a případně i dálkově pomocí přenesení vhodného signálu. Když dojde k odpojení varistoru od sítě, je síť dále nechráněna, takže je nutno obnovit chráněný stav výměnou zařízeni pro přepěťovou ochranu, nebo jeho části obsahující odpojený ochranný prvek. Celý jev postupného oteplování varistoru jeho stárnutím je přitom výrazně dlouhodobý, výrazně delší než nežádoucí jevy v elektrické síti, před jejichž účinky varistor připojená zařízeni chrání. Doba stárnuti varistoru je ale také závislá na počtu rázových zatíženi vzniklým přepětím v síti, kdy po velmi • Φ φφφφ φ Φ ΦΦ Φ Φ * * · · · • · ΦΦΦ Φ Φ Φ Φ ΦΦφΦ

Φ φ Φ ΦΦΦΦ Φ ♦ ·

.........ps3ei5cr krátkou dobu protéká proudovou dráhou relativně velký proud, a která také snižují životnost varistoru.

V elektrické síti dochází i k jiným událostem kdy je TOZ vystaveno působení podstatně odlišných podmínek, které musí zvládnout způsobem zajišťujícím bezpečný provoz přístroje (zařízení pro přepěťovou ochranu) i v situacích kdy jsou ochranné prvky (varistory) přetížené a dochází k jejich průrazu. V takovéto situaci se vyžaduje, aby ani při vysokém zkratovém proudu, deklarovaném pro daný přístroj, nedošlo k rozpojení TOZ, ale k přerušení obvodu v nadproudové ochraně předřazené v obvodu před zařízením pro přepěťovou ochranu. Rozpojení TOZ by totiž vedlo ke vzniku elektrického oblouku mezi rozpojovanými prvky s nebezpečím vzniku požáru.

Požadavky na bezpečnou funkci zařízení pro přepěťovou ochranu jsou uvedeny v příslušných státních nebo nadnárodních normách (standardech), například v ČSN EN 61643-11, kde jsou též specifikovány podmínky pro správnou funkci zařízení pro přepěťovou ochranu v situaci průrazu varistoru, pro maximální zkratový proud v místě připojení zařízení pro přepěťovou ochranu. V ČSN EN 61643-11 jsou tyto požadavky specifikovány včetně hodnocení výsledků zkoušek v odstavci 7.7.3. výše uvedené normy.

Jiná situace z hlediska rozpojení TOZ vzniká, když je zkratový proud po průrazu varistoru podstatně nižší, než je maximální zkratová odolnost zařízení pro přepěťovou ochranu. Reakce nad proudových jistících prvků, které jsou předřazeny zařízení pro přepěťovou ochranu, se významně prodlužuje a dochází k podstatně změněnému způsobu zatížení TOZ. Tato skutečnost našla odraz ve změně A11 normy ČSN EN 61643-11, která obsahuje rozšíření zkoušek zkratové odolnosti zařízeni pro přepěťovou ochranu. Toto rozšíření je specifikováno v odstavci 7.7.3.b) uvedené normy a její změny s označením „zkouška nízkým zkratovým proudem“.

Tato nová zkouška významným způsobem rozšiřuje požadavky na parametry TOZ, zejména u zařízení pro přepěťovou ochranu na bázi varistoru pro vyšší energie (kategorie I). Tato zkouška vyžaduje dlouhodobé (řádově vteřiny) působení nízkého zkratového proudu, čímž se podstatně mění tepelné namáhání celé proudové dráhy zařízení pro přepěťovou ochranu. Dochází ·« ···· «ě · · · * · · ♦ ♦ • »·· · · · · ♦ * · v · ·· ♦ ··· · * · · • · « · · · « ♦ · ·

.........PS3615C2’ k podstatnému oteplení proudové dráhy, včetně TOZ. Toto oteplení má za následek, že může ještě po dobu protékaní nízkého zkratového proudu dojít k rozpojeni TOZ, co může vyvolat vznik elektrického oblouku s možnosti požáru. Jelikož TOZ má normou předepsánu maximální teplotu, při které musí dojít kjeho rozpojení, používají se s ohledem na tuto podmínku pro spojeni prvků proudové dráhy takové nízkotavitelné pájky, jejichž teplota tavení leží podstatně níže, než je teplota tavení zbývajících prvků proudové dráhy.

Vzhledem ktomu, že nízkotavitelné pájka spojuje prvky proudové dráhy, vyžaduje se od ní co nejlepší elektrická vodivost, která je ovšem nižší než u ostatních prvků proudové dráhy, které jsou obvykle měděné (samozřejmě s výjimkou varistoru, který plní svou silně nelineární charakteristikou ochrannou funkci přepěťové ochrany).

Pájka spojující prvky proudové dráhy se vzhledem k nižší elektrické vodivosti ve srovnání s ostatními prvky proudové dráhy také rychleji otepluje v důsledku protékajícího el. proudu, což lze do jisté míry kompenzovat velikostí pájené plochy spojující prvky proudové dráhy. Je obecně známo, že elektrická vodivost u kovů silně koreluje s teplotní vodivostí. To má za důsledek, že pokud je pájená vrstva dostatečně tenká, probíhá při oteplování pájky současně i odvod tepla z pájky do prvků proudové dráhy. Tento tepelný mechanizmus zajišťuje relativně nízkou teplotu pájky jenom za situace, kdy je teplota prvků proudové dráhy poměrně nízká. Pokud však tato teplota stoupá na úroveň teploty tavení pájky, dojde k nežádoucímu rozpojení TOZ namísto přerušení obvodu v nadproudové ochraně, která je předřazena zařízení pro přepěťovou ochranu.

Cílem tohoto vynálezu je navrhnout vhodné prostředky, které prodlužují dobu pro rozpojení TOZ za normou definovaných podmínek působení nízkého zkratového proudu tak, aby došlo k odpojení přepěťové ochrany od sítě pomocí předřazeného jištění.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo zařízením pro přepěťovou ochranu, jehož podstata spočívá v tom, že v místě záměrného přerušení proudové dráhy je

Φφ φ φ φ · · · · * lit · · * » ♦ · · φ φφφ φ φφφ · ···

ΦΦΦ φφ ·· · ·· ··

PS3615CZ vytvořena přídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení, přičemž záměrně rozpojované prvky proudové dráhy jsou spojeny první pájkou a přídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení je tvořena druhou pájkou, přičemž druhá pájka má stejnou nebo přibližně stejnou teplotu tavení jakou má první pájka ale současně má druhá pájka nižší hodnotu tepelné vodivosti, než jakou má první pájka.

Podstatou vynálezu je tak to, že se vhodným způsobem zamezí rozpojení TOZ bezprostředně po roztavení pájky spojující prvky proudové dráhy, takže teplota této pájky, která je již v tekutém stavu může dále stoupat až k bodu varu pájky, čímž se významně prodlouží doba průtoku proudu přes TOZ bez nežádoucího rozpojení TOZ, což umožňuje zvýšit dimenzování nadproudové ochrany, která je předřazena zařízení pro přepěťovou ochranu v souladu s požadavky ustanovení normy citované ve stavu techniky, Vzhledem k časovému rozpětí působení nízkého zkratového proudu a nastavení podmínek jeho působeni tak nedochází ani k nadměrnému tepelnému působení na okolí TOZ.

Výhodná provedení vynálezu jsou předmětem závislých patentových nároků.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález je schematicky znázorněn na výkrese, kde ukazuje obr. 1 příkladné provedení zařízení pro přepěťovou ochranu se zásuvným ochranným prvkem, obr. 2 příkladné provedení místa X záměrného přerušení proudové dráhy s dvoustupňovou signalizaci stavu ochrany, obr. 2a půdorys jednoho provedení místa X záměrného přerušení proudové dráhy dle obr. 2, obr. 2b půdorys jiného provedeni místa X záměrného přerušení proudové dráhy dle obr. 2, obr. 2c půdorys jiného provedení místa X záměrného přerušení proudové dráhy, obr. 2d modifikované provedeni místa X záměrného přerušení proudové dráhy z obr. 2b, obr. 3 jiné příkladné provedeni místa X záměrného přerušeni proudové dráhy s třístupňovou signalizací stavu ochrany, obr. 3a průřez jedním provedením místa X záměrného přerušení proudové dráhy, obr. 3b, průřez jiným provedením místa X záměrného přerušení proudové dráhy, , ₍ i , t I I 1 • r <. « . r. I f » i \ >1 ' * '

PS3615CZ obr. 4 schéma jiného provedení zařízení pro přepěťovou ochranu s místem X záměrného přerušení proudové dráhy dle vynálezu, obr. 5 další příkladné provedení místa X záměrného přerušení proudové dráhy.

Příklady provedení vynálezu

Vynález bude popsán na konkrétních příkladech provedení zařízení pro přepěťovou ochranu ve formě zásuvných ochranných prvků 1, které jsou vyměnitelně uloženy v držáku 0, který má profil alespoň přibližně písmene „U“. V jednom držáku 0 může být vedle sebe uspořádáno několik zásuvných ochranných prvků 1., např. pro každou fázi třífázového elektrického vedení atd. Také může být více jednopólových držáků 0 spojeno do jednoho celku, např. pomocí nýtů. Držák 0 obsahuje neznázorněné svorky pro připojení elektrických vodičů chráněného obvodu. Držák 0 je opatřen prostředky pro mechanické připojení zásuvného ochranného prvku 1 a dále obsahuje neznázorněné kontakty pro elektrické připojení proudové dráhy zásuvného ochranného prvku 1. k držáku 0. Zařízení pro přepěťovou ochranu je opatřeno lokální a případně i dálkovou signalizací stavu ochrany, která je buď dvoustupňová, nebo třístupňová.

V příkladu provedeni znázorněném na obr. 1 je v držáku 0 umístěn zásuvný ochranný prvek 1, v jehož proudové dráze je jako ochranný prvek zapojen alespoň jeden nelineární odporový prvek, například varistor 2 nebo skupina paralelně zapojených varistorů 2. Ve spodní části zásuvného ochranného prvku 1. je situováno odpojovači zařízení 3 varistorů 2 od chráněného obvodu, které má za úkol, po splnění definovaných podmínek (zejména při dosaženi stanovené teploty varistorů 2 nebo proudové dráhy) záměrně přerušit v přesně definovaném místě proudovou dráhu zásuvného ochranného prvku 1 Místo, ve kterém dochází k záměrnému a definovanému přerušeni proudové dráhy ve smyslu předchozí věty, bude pro účely tohoto popisu nazýváno místem X záměrného přerušení proudové dráhy. Odpojovači zařízení 3 je spřaženo s prostředky pro signalizaci stavu ochrany. Pro lokální signalizaci stavu ochrany je v ochranném prvku l výkyvné uložena páka 4 optické signalizace, která je svým prvním koncem 40 spřažena s odpojovacím • ·· ·· ···» • · b · · * · · · * • 5·« · · · < · ·♦ ·· · ♦ · · ♦ v · ·»·· • · · · · · « · ’·

.........PS3Ř15C^ zařízením 3 a svým druhým koncem 41 je přiřazena okénku 10 optické signalizace v ochranném prvku 1.

Na obr. 2 je znázorněno místo X záměrného přerušení proudové dráhy pomocí odpojovacího zařízení s dvoustupňovou signalizací stavu ochrany z obr. 1. V tomto provedení je ke spodní straně elektrody 20 varistoru 2 pomocí první pájky 21 připojen jeden do tvaru L zahnutý konec 50 (dále jen L” konec 50) plochého elektricky vodivého lanka 5, jehož druhý konec je spojen s neznázorněným kontaktem zásuvného ochranného prvku 1.. „L“ konec 50 lanka 5 je zpevněn pro zvýšení tuhosti, např. svařením jednotlivých drátků tvořících lanko nebo spojením drátků lanka 5 první pájkou 21 a podobně. O „L“ konec 50 lanka 5 se opírá konec 300 odpruženého posuvného prvku 30 odpojovacího zařízení 3. V neznázorněném příkladu provedení je „L“ konec 50 lanka 5 první pájkou 21 připojen k horní straně elektrody 20 varistoru 2. Lanko 5 a elektroda 20 jsou dále opatřeny průchozí otvorem, ve kterém je umístěn tavný kolík 220 nebo tavný nýt vytvořený z druhé pájky 22. Neznázorněná druhá elektroda varistoru 2 je spojena s neznázorněným kontaktem zásuvného ochranného prvku 1 na opačné polaritě, např. druhým kontaktem zásuvného ochranného prvku nebo kontaktem dalšího nelineárního ochranného prvku při sériovém řazení nelineárních odporových prvků atd.

V příkladu provedení znázorněném na obr. 3, na kterém je znázorněno místo X záměrného přerušení proudové dráhy pomocí odpojovacího zařízení s třístupňovou signalizací stavu ochrany, je ke spodní straně elektrody 20 varistoru 2 první pájkou 21 připojen „L konec 50 lanka 5, jehož druhý konec je spojen s neznázorněným kontaktem zásuvného ochranného prvku. „L“ konec 50 lanka 5 je upraven pro zvýšení tuhosti, např. svařením jednotlivých drátků tvořících lanko 5 nebo spojením drátků lanka 5 první pájkou 21 a podobně. Lanko 5 a elektroda 20 jsou dále opatřeny průchozí otvorem, ve kterém je umístěn tavný kolík 220 nebo tavný nýt vytvořený z druhé pájky 22. Na horní straně elektrody 20 varistoru 2 je pomocí třetí pájky 23 uložena úhlová zarážka 7, o kterou se opírá konec 300 odpruženého posuvného prvku 30 odpojovacího zařízení 3. V neznázorněném příkladu provedení je „L“ konec 50 lanka 5 první pájkou 21 připojen k horní straně elektrody 20 varistoru 2, přičemž úhlová * ·· 9 9 · 9 9 9 9 9 99 ♦ ♦ ♦ · 9 » 9 · 99 * · · · · 9 · · V ·« * ♦ · · 9 · 9 9* 9 · 9· · · 9 9 9 9 9 9· • 9 · · · 99 *999 99

PS3615CZ zarážka 7 je pomocí třetí pájky 23 uložena na horní straně „L“ konce 50 lanka 5. Neznázorněná druhá elektroda varistoru 2 je spojena s neznázorněným kontaktem zásuvného ochranného prvku 1^ na opačné polaritě, např. druhým kontaktem zásuvného ochranného prvku nebo kontaktem dalšího nelineárního ochranného prvku při sériovém řazení nelineárních odporových prvků atd.

V provedení místa X záměrného přerušení proudové dráhy podle obr. 2 a 3 má první pájka 21 dobrou elektrickou i tepelnou vodivost a slouží k vedení elektrického proudu mezi elektrodou 20 varistoru 2 a lankem 5. Druhá pájka 22 má v porovnání s první pájkou 21 nižší elektrickou i tepelnou vodivost. Druhá pájka 22 má hodnotu tepelné vodivosti alespoň o jeden řád nižší než je hodnota tepelné vodivosti první pájky 21. Neznázorněná druhá elektroda varistoru 2 je spojena s neznázorněným jiným kontaktem na opačné polaritě, např. druhým kontaktem zásuvného ochranného prvku nebo kontaktem dalšího nelineárního ochranného prvku pri sériovém řazení nelineárních odporových prvků atd.

Na obr. 2a a 2b je schematicky znázorněn půdorys uspořádání místa X záměrného přerušení proudové dráhy z obr. 2. Elektrický proud teče ve směru šipek Y, přičemž je známo, že má tendenci téct nejkratši možnou dráhou, resp. místem nejmenšího elektrického odporu. S tím také souvisí průběh teplotního pole v půdorysu spojení elektrody 20 a lanka 5, z čehož je zřejmé, že nejvyšší teplota bude v oblasti A, kterou přednostně protéká elektrický proud. Teplo vznikající průchodem elektrického proudu proudovou dráhou se díky tepelné vodivosti materiálů postupně šíři od oblasti A do oblasti B, která je od oblasti A nejvíce vzdálena. Vzhledem k omezené vzdálenosti oblasti A a B dojde po určité době průchodu elektrického proudu k dostatečnému oteplení oblasti B, v níž nebo v její blízkosti je uspořádán tavný kolik 220 nebo tavný nýt, přičemž do tavného koliku 220 nebo tavného nýtu přestupuje teplo jen z jeho bezprostředního okolí, tj. ze stěn otvoru, ve kterém je tavný kolik 220 nebo tavný nýt vložen. K tomu, aby tavný kolík 220 nebo tavný nýt přestal bránit řízenému odsunutí „L“ konce 50 lanka 5 od elektrody 20 a tím i záměrnému přerušeni proudové dráhy v místě X je však nezbytné, aby byl tavný kolík 220 nebo tavný nýt roztaven v celém svém průřezu, což vzhledem k horší tepelné

4 44 4 4 ··4 4 • · * · 4 ·4 • · · 4 4 4»

4 4 4 4 4 φ« « • · 4 4 4 4φ *· ”PS3015C?* vodivosti druhé pájky 22, ze které je tavný kolík 220 nebo tavný nýt vytvořen, trvá delší dobu, než jakou trvá roztavení tenké vrstvy první pájky 21.

Na obr. 2c je schematicky znázorněn půdorys jiného uspořádáni místa X záměrného přerušení proudové dráhy, kde prvky proudové dráhy jsou tvořeny páskem 9 uloženým v podlouhlém otvoru v elektrodě 20 varistoru 2. Pásek 9 je první pájkou 21 spojen s elektrodou 20 a jeden jeho konec je spřažen s tažnou pružinou 90, kterou je pásek 9 tažen ven z otvoru. Na opačném konci je pásek 9 opatřen otvorem, ve kterém je vložen tavný kolík 220 nebo tavný nýt vytvořený z druhé pájky 22. K tomu, aby tavný kolík 220 přestal bránit řízenému vytažení pásku 9 z elektrody 20 a tím i záměrnému přerušení proudové dráhy v místě X je však nezbytné, aby byl tavný kolík 220 roztaven v celém svém průřezu, což vzhledem k horši tepelné vodivosti druhé pájky 22, ze které je tavný kolik 220 nebo tavný nýt vytvořen, trvá delší dobu, než jakou trvá roztavení tenké vrstvy první pájky 21.

Na obr. 2d je schematicky znázorněn půdorys uspořádáni místa X záměrného přerušení proudové dráhy modifikovaný vůči obr. 2b o nos C uspořádaný v oblasti B L konce 50 lanka 5 a elektrody 20 varistoru 2. Elektrický proud teče ve směru šipek Y, přičemž je známo, že má tendenci téct nejkratší možnou dráhou, resp. místem nejmenšího elektrického odporu. S tím také souvisí průběh teplotního pole v půdorysu spojení elektrody 20 a lanka 5, z čehož je zřejmé, že nejvyšší teplota bude v oblasti A. Teplo vznikající průchodem elektrického proudu proudovou dráhou se díky tepelné vodivosti materiálů postupně šíří od oblasti A do oblasti B a do nosu C. Vzhledem k větší vzdálenosti oblasti A a tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu v nosu C, než je vzdálenost v provedení na obr. 2b, dojde po určité době, která je delší než u provedeni na obr. 2b, průchodem elektrického proudu k dostatečnému otepleni tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu, do něhož přestupuje teplo jen z jeho bezprostředního okolí, tj. ze stěn otvoru, ve kterém je tavný kolík 220 nebo tavný nýt v nosu C vložen. K tomu, aby tavný kolík 220 nebo tavný nýt přestal bránit řízenému odsunutí „L“ konce 50 lanka 5 od elektrody 20 varistoru 2 a tím i záměrnému přerušení proudové dráhy v místě X je však nezbytné, aby byl tavný kolik 220 nebo tavný nýt roztaven v celém svém průřezu, což vzhledem k ·· φφ *·*♦ • · · « · · * φ * · ♦ · φ · * Φ ΦΦΦ I ·»♦ *♦·* ’”'PS3WC5·· uloženi tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu v nosu C a horší tepelně vodivosti druhé pájky 22, ze které je tavný kolík 220 nebo tavný nýt vytvořen, trvá delší dobu, než v případě provedeni dle obr, 2b.

V neznázorněném přikladu provedení je tavný kolik 220 nebo tavný nýt umístěn v jinak tvarovaném či umístěném nosu C, který také může být v místě svého přechodu do „L“ konce 50 lanka 5 a elektrody 20 varistoru 2 zmenšený průřez, tzn. vytvořený krček, čímž se dále zpomalí přenos tepla do nosu C a roztaveni tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu.

Tloušťka vrstvy první pájky 21 je v desetinách milimetru a navíc má první pájka 21 dobrou tepelnou vodivost. Průměr tavného kolíku 220 vytvořeného z druhé pájky 22 je významně větší, např. je roven 1 milimetru nebo více, a navíc má druhá pájka 22 horší tepelnou vodivost, s výhodou alespoň o jeden řád. První a druhá pájka 21, 22 mají stejnou nebo přibližně stejnou teplotu tavení. Případná třetí pájka 23 má nižší teplotu tavení než je teplota tavení první a druhé pájky 21, 22, přičemž elektrická vodivost třetí pájky 23 nehraje v řešení dle vynálezu žádnou podstatnou roli. Ve znázorněných příkladech provedeni mají první pájka 21 a druhá pájka 22 z důvodu požadavku na rozdílnou tepelnou vodivost i rozdílné chemické složení a jedná se tak o rozdílné materiály. Je přitom možno obecně říci, že čím menší je elektrická vodivost použité pájky, tím menši je i její tepelná vodivost a tím déle trvá roztaveni použité pájky v celém průřezu či objemu.

Při běžném stavu nebo výskytu přepětí, kdy průvodním jevem je pomalé oteplení proudové dráhy, pracuje provedení podle obr. 2, 2a, 2b, 2d tak, že dostatečným a přitom pomalým oteplením elektrody 20 varistoru 2 dojde k roztavení první i druhé pájky 21, 22 a odpružený posuvný prvek 30 se posune a svým koncem 300 odtlačí „L“ konec 50 lanka 5 od elektrody 20 varistoru 2, čímž přeruší proudovou dráhu v místě X a odpojí ochranný prvek (varistor 2) od sítě. Posunutím posuvného prvku 30 dojde také k signalizaci změny stavu přepěťové ochrany ze stavu „funkční ochrana“ na stav „nefunkční ochrana“.

Při běžném stavu nebo výskytu přepětí, kdy průvodním jevem je pomalé otepleni proudové dráhy, pracuje provedení podle obr. 2c tak, že dostatečným a přitom pomalým oteplením elektrody 20 varistoru 2 dojde k roztaveni první i • ·♦ 44 »»·· 4* 44 *4 · ·· 4 4444 · 44 44 · 4 444 •4 ··· 4 *44 4 444 ••V · · 4 · 44 · ··· ·4 44 φ* 44 _Β·

PS3615CZ druhé pájky 21, 22 a odpružený pásek 9 se vysune z otvoru v elektrodě 20 varistoru 2, čímž přeruší proudovou dráhu v místě X a odpojí ochranný prvek (varistor 2) od sítě a dojde k signalizaci změny stavu přepěťové ochrany ze stavu „funkční ochrana“ na stav „nefunkční ochrana“.

Při běžném stavu nebo výskytu přepětí, kdy průvodním jevem je pomalé oteplení proudové dráhy, pracuje provedení podle obr. 3 tak, že dostatečným a pomalým oteplením elektrody 20 varistoru 2 dojde nejprve k roztavení třetí pájky 23 a úhlová zarážka 7 se působením odpruženého posuvného prvku 30 posune až na „L“ konec 50 lanka 5. Při tomto prvním posunutí posuvného prvku 30 dojde k signalizaci změny stavu přepěťové ochrany ze stavu „funkční ochrana na stav „blížící se porucha ochrany“. Dalším pomalým oteplováním elektrody 20 varistoru 2 dojde k roztavení první a druhé pájky 21, 22 a odpružený posuvný prvek 30 se dále posune a svým koncem 300 odtlačí úhlovou zarážku 7 i „L“ konec 50 lanka 5 od elektrody 20 varistoru 2, čímž přeruší proudovou dráhu v místě X a odpojí ochranný prvek (varistoru 2) od sítě. Tímto dalším posunutím posuvného prvku 30 dojde také k signalizaci změny stavu přepěťové ochrany ze stavu „blížící se porucha ochrany“ na stav „nefunkční ochrana“.

Při zkratu, při kterém proudovou dráhou zásuvného ochranného prvku 1 prochází sice menší proud než v případě výskytu přepětí, ale tento menši proud prochází proudovou dráhou po delší dobu a průvodním jevem je rychlé oteplení proudové dráhy, dojde u provedení podle obr. 2 i 3 k tomu, že rychlým oteplením proudové dráhy a vlivem malé tloušťky první pájky 21 a případné třetí pájky 23 se rychle roztaví první pájka 21 a případná třetí pájka 23. Obě tyto pájky ztratí svou pevnost, přičemž první pájka 21 nadále vede elektrický proud mezi elektrodou 20 a lankem 5. Vlivem podstatně větší tloušťky materiálu tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu vytvořeného z druhé pájky 22, tj. vlivem průměru tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu, je doba roztavení tavného kolíku 22 nebo tavného nýtu v celém jeho průřezu významně delší, než je doba roztaveni první pájky 21 a třetí pájky 23, neboť tavný kolík 220 nebo tavný nýt vytvořený z druhé pájky 22 s nižší tepelnou vodivost než má první pájka 21 se postupně ohřívá vedením tepla od svého vnějšího obvodu směrem ke svému ·· Β Βφ « Φ B B « • V · V · · · · · B· • · · v v · v · v * ·Μ ··· · V · · ·ΒV ·♦♦ ·♦ ·· B B B ·· V

PS3615CZ středu. Vhodnou volbou materiálové rozdílnosti první pájky 21 a druhé pájky 22 (hodnota elektrické a tepelné vodivosti), v kombinaci s volbou průměru tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu, volbou umístění tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu v půdorysu místa X záměrného přerušení proudové dráhy, volbou velikosti a tvaru styčných ploch, volbou materiálu a velikosti a tvaru průřezu prvků proudové dráhy, atd., viz. obr. 2a, 2b, 2c, 2d je pak možno ovlivnit a ve své podstatě přímo předem nastavit parametry roztaveni, zejména dobu roztavení, tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu v celém průřezu a tím ovlivnit nebo přímo předem nastavit dobu mezi vznikem zkratu a okamžikem záměrného přerušeni proudové dráhy v místě X. Tímto je pak možno relativně snadno dosáhnout, aby doba mezi vznikem zkratu a okamžikem záměrného přerušení proudové dráhy v místě X byla delší, než je doba předepsaná pro přerušení obvodu vnadproudové ochraně, která je předřazena zařízení pro přepěťovou ochranu. Předepsaná maximální doba pro přerušení obvodu v nadproudové ochraně, která je předřazena zařízení pro přepěťovou ochranu je obvykle 5 sekund, což je i doba předepsaná pro bezpečné odpojení všech zařízení připojených k chráněnému vedení. Tím je zajištěno, že dojde k předepsanému přerušení celého chráněného obvodu v předepsaném místě, tj. v předřazené nadproudové ochraně, mimo samotné zařízení pro přepěťovou ochranu, což umožňuje nasadit takové typy zařízení pro přepěťovou ochranu do těchto rozvodů a také to umožňuje zvýšit dimenzování předřazeného proudového jištění zařízení pro přepěťovou ochranu v souladu s požadavky ustanovení normy citované ve stavu techniky.

V příkladu provedeni na obr. 4 je znázorněno zařízení pro přepěťovou ochranu, jehož odpojovači mechanismus s třístupňovou signalizací stavu ochrany obsahuje „T páku 80, na kterou působí pružina 8, přičemž T páka 80 působí svým jedním ramenem 801 proti vodivému spojovacímu prvku 81. Spojovací prvek 81 je na svém konci 810, tj. v místě X záměrného přerušeni proudové dráhy, pomocí třetí pájky 23 spojen s úhlovou zarážkou 84, která je první pájkou 21 spojena s elektrodou 82 nelineárního odporového prvku (varistoru). Úhlová zarážka 84 a elektroda 82 nelineárního odporového prvku (varistoru) jsou opatřeny průchozím otvorem, ve kterém je umístěn tavný kolik 220 nebo tavný nýt vytvořený z druhé pájky 22.

I II lili I. ..

« · · ·««·« ·♦· » · · · · · · · · · · · * · · ·«· ·· »·♦» ·· ··

PS3615CZ

Provedení podle obr. 4 lze v rámci pouhé odborné dovednosti bez vynaložení vynálezecké činnosti modifikovat do jiné konkrétní konstrukční podoby spadající do rozsahu tohoto vynálezu, např. do podoby provedení s dvoustupňovou signalizací stavu přepěťové ochrany, ve kterém není přítomna úhlová zarážka 84, a ve kterém jsou konec 810 spojovacího prvku 81 a elektroda 82 nelineárního odporového prvku spojeny první pájkou 21 a současně jsou opatřeny průchozím otvorem, ve kterém je umístěn tavný kolik

220 nebo tavný nýt vytvořený z druhé pájky 22.

V příkladu provedení na obr. 5 je schematicky znázorněn bokorys jiného uspořádání místa X záměrného přerušení proudové dráhy, kde proudová dráha je tvořena elektrodou 20 varistoru 2, na jejíž horní straně je první pájkou 21 upevněn L konec 50 lanka 5. V oblasti mimo elektrodu 20 působí na L konec 50 lanka 5 ve směru šipky odpojovači síla F, např. vyvíjená pomocí neznázorněné odpružené páky. Elektroda 20 a L konec 50 lanka 5 jsou opatřeny průchozím otvorem, v němž je umístěn tavný nýt s hlavami 221 na koncích. Tavný nýt je vytvořen z druhé pájky 22. Hlavy 221 tavného nýtu dosedají na vnější plochy obou spojených součástí 20, 5 proudové dráhy, přičemž hlavy 221 tavného nýtu tvoři přídavnou tavnou tepelnou zarážku s nastavenými parametry roztavení. K tomu, aby hlavy 221 tavného nýtu přestaly bránit řízenému a záměrnému oddálení L konce 50 lanka 5 od elektrody 20 a tím i záměrnému přerušení proudové dráhy v místě X je tak nezbytné, aby byly hlavy 221 tavného nýtu zcela roztaveny na celé své výšce, což vzhledem k nižší tepelné vodivosti druhé pájky 22, ze které je tavný nýt vytvořen, trvá delší dobu, než jakou trvá roztavení tenké vrstvy první pájky 21. Po roztaveni hlav

221 tavného nýtu v celé výšce je L konec 50 lanka 5 působením síly F oddálen od elektrody 20, čímž dojde k záměrnému přerušení proudové dráhy v místě X.

Tavný kolík 220 nebo tavný nýt mají v neznázorněných příkladech provedeni jiný tvar, např. tvar hranolu čí jiného vhodného tělesa. Vzhledem k tomu, že do tavného kolíku 220 či tavného nýtu přestupuje teplo jen vedením z jeho bezprostředního okolí, tj. zejména ze stěn prvků proudové dráhy, které jsou v kontaktu s vnější plochou tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu, je • Φ ΦΦ··

••*PSÍ&>ÍC3·* možno také tvarováním těchto styčných ploch, např. se zkosením hran otvorů nebo vybráními V, ovlivňovat (nastavovat) přestup tepla do tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu, jak je příkladně znázorněno na obr. 3a a 3b.

Tavný kolík 220 nebo nýt je buď bez hlavy, nebo je opatřen válcovou, nebo čočkovou nebo kuželovou nebo jinak vhodně tvarovanou hlavou, která je buď uspořádána nad úrovní spojovaných prvků proudové dráhy nebo je zápustná do spojovaných prvků proudové dráhy, podobně jako je tomu u běžně známých nýtů či šroubů pro strojírenskou výrobu.

Z příkladů provedení také plyne, že vynález je možné bez další vynálezecké činnosti aplikovat v celé řadě stávajících i nových konstrukcí zařízeni pro přepěťovou ochranu, a to proto, že znázorněný tavný kolík 220 nebo tavný nýt tvoří přídavnou tavnou tepelnou zarážku s nastavenými parametry roztavení. V rámci odborné dovednosti lze pak jednoduchým opatřením přidat přídavnou tepelnou zarážku s nastavenými parametry roztavení v celém průřezu do vhodného místa X záměrného přerušení proudové dráhy v různě konstruovaných zařízeních pro přepěťovou ochranu, přičemž je možné, aby přídavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení v celém průřezu byla namáhána smykem, jako příkladech provedení na obr. 2 až 4, nebo byla namáhána kombinovaně tahem a ohybem, jako v příkladu provedení na obr. 5, nebo byla namáhána tlakem nebo ohybem nebo byla namáhána kombinací jednotlivých typů namáhání. Vždy však u všech těchto konkrétních konstrukčních provedení a jim odpovídajících typů provedení přídavné tepelné zarážky s nastavenými parametry roztavení bude zachován základní princip tohoto vynálezu, kterým je přidáni přídavné tepelné zarážky s nastavenými parametry roztavení v celém průřezu do libovolného místa X záměrného přerušeni proudové dráhy zařízení pro přepěťovou ochranu.

Je také možné pomocí tohoto vynálezu vytvořit v současné době a bez zvýšených nákladů na speciální pájky takové zařízení pro přepěťovou ochranu, které zcela vyhovuje předpisu ROHS, tj. zcela bez použití olověných pájek, neboť konstrukce podle tohoto vynálezu umožňuje vhodně kombinovat stávající bezolovnaté pájky s potřebnou elektrickou a teplotní vodivostí s bezolovnatými pájkami s nízkou elektrickou a tepelnou vodivostí. Je také zřejmé, že vynález • ·· ·* »·ι· ΦΦ t« · Φ · · Φ ♦ 4 vφ • ΦΦ· · · Φ φ 4 4φ ······ « 4 Φ «4Φ4

Φ·Φ <ΦΦ4 44φ ··· «4 44 ·φ φ· φ*

PS3615CZ lze bez vynaložení tvůrčí práce, tedy v rámci schopností běžného odborníka, využít i v jiných konkrétních zařízeních pro přepěťovou ochranu např. i v takových, ve kterých jsou U držák a zásuvné ochranné prvky 1 známé z provedení na obr. 1 vytvořeny jako jednodílné těleso, nebo jako těleso zcela jiného tvaru a velikosti, nebo u zcela nových provedení zařízení pro přepěťovou ochranu či pro záměrné přerušení proudové dráhy atd.

V celém textu se pojmem nastavené parametry roztavení uváděným v souvislosti s přídavnou tepelnou zarážkou rozumí vhodná kombinace parametrů použitých součástí uspořádaných v proudové dráze, jako jsou hodnota elektrické a tepelné vodivosti použitých pájek a materiálů, teploty tavení použitých pájek a materiálů, rozměry přídavné tepelné zarážky (např. průměr tavného koliku 220 nebo tavného nýtu), umístění přídavné tepelné zarážky (např. tavného kolíku 220 nebo tavného nýtu) v půdorysu místa X záměrného přerušení proudové dráhy, velikost a tvar styčných ploch, materiál, velikost a tvar průřezu prvků proudové dráhy, přičemž kombinace těchto parametrů do výhodného konkrétního provedeni je pro odborníka při znalosti tohoto vynálezu zřejmá a jednoduše bez další vynálezecké činnosti realizovatelná na v podstatě libovolné konstrukci zařízení pro přepěťovou ochranu.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný v ochraně elektrických obvodů před přepětím.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro přepěťovou ochranu obsahující svorky pro připojení k chráněnému obvodu, přičemž mezi svorkami je uspořádána proudová dráha, ve které je zapojen ochranný prvek, přičemž v proudové dráze je vytvořeno místo (X) záměrného přerušení proudové dráhy a místu (X) záměrného přerušeni proudové dráhy je přiřazeno zařízeni pro signalizaci stavu ochrany, vyznačující se tím, že v místě (X) záměrného přerušení proudové dráhy je vytvořena přídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení, přičemž záměrně rozpojované prvky proudové dráhy jsou spojeny první pájkou (21) a přídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení je tvořena druhou pájkou (22), přičemž druhá pájka má stejnou nebo přibližně stejnou teplotu tavení jakou má první pájka (21) ale současné má druhá pájka (22) nižší hodnotu tepelné vodivosti než jakou má první pájka (21).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhá pájka (22) má hodnotu tepelné vodivosti alespoň o jeden rád nižší než je hodnota tepelné vodivosti první pájky (21).
3. 3. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že přídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztaveni je tvořena tavným kolíkem (220), který je umístěn v průchozím otvoru, který je vytvořen v záměrně rozpojovaných prvcích proudové dráhy.
4. 4. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že přídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení je tvořena tavným nýtem, který je umístěn v průchozím otvoru, který je vytvořen v záměrně rozpojovaných prvcích proudové dráhy, přičemž hlavy tavného nýtu dosedají na vnější povrchové plochy záměrně rozpojovaných prvků proudové dráhy.
5. 5. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 3 nebo 4, vyznačující se tím, že tavný kolík (220) nebo tavný nýt je umístěn v nosu (C), který vybíhá ze záměrně rozpojovaných prvků proudové dráhy.