CZ29574U1 - Přepěťová ochrana se signalizací překročení provozní teploty - Google Patents

Description

Technické řešení se týká přepěťových ochran, s nejméně jedním ochranným prvkem, instalovaných v rozvodech nízkého napětí nebo datových a telekomunikačních sítích určených k ochraně elektrických a elektronických přístrojů, strojů proti přepětí.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní známá řešení jsou založena na tom, že přepěťové ochrany sloužící k ochraně elektronických a elektrických zařízení, obsahují ochranné prvky, jako jsou bleskojistky v dvojpólovém či trojpólovém provedení, varistoiy a polovodičové diody. K poškození ochranných prvků dochází vlivem překročení limitních hodnot impulzních proudů a/nebo působením přechodného přepětí (TOV) a/nebo působením impulzních proudů o nízké hodnotě s vysokou frekvencí výskytu. Poškozená přepěťová ochrana tím ztratí svůj ochranný účinek a je nutněji vyměnit za bezvadnou.

Přepěťové ochrany musejí, podle platných standardů, mít zařízení signalizující vhodným způsobem překročení mezních hodnot ochranného prvku.

Přepěťové ochrany využívající varistory musejí být také vybaveny odpoj ovacím zařízením, reagujícím na překročení mezních hodnot odpojením varistoru od napájecí sítě, či komunikační linky. Stav odpojení ochranného prvku musí být signalizován vhodným indikátorem.

Přepěťová ochrana, tvořená zapojením dvojpólové bleskojistky a varistoru s odpojovačem, je podstatou například užitných vzorů CZ 18902 „Varistorová přepěťová ochrana“, CZ 19812 „Varistorová přepěťová ochrana s kompaktním tepelným odpojovačem“ a také CZ 29221 „Zařízení pro přepěťovou ochranu koncového zařízení elektrické sítě“. Konstrukce odpojovače je založena na odpojení pružného připojovacího kontaktu spojeného připájením pájkou s nízkým intervalem tavení na vývod varistoru při zvýšení teploty varistoru nad povolenou mez. Sílu k odpojení vyvozuje svojí pružností tepelný odpojovač nebo pružina. Při změně parametrů varistoru, např. v důsledku přetížení, začne varistorem protékat nízký proud, následně dojde k ohřátí varistoru a spájeného spoje vývodu s připojovacím kontaktem nad teplotu tavení pájky. Spoj ztratí pevnost a pružný kontakt se oddálí od vývodu varistoru a odpojí jej od napětí, Instalovaný elektronický obvod vyhodnotí poruchový stav a pomocí stavového indikátoru signalizuje odpojení varistoru poruchu. V nej jednodušším případě je stavový indikátor tvořen rozsvícením svítivé diody, či doutnavky.

Jiné řešení je popsáno v dokument DE 20204673 „Schutzkontalktsteckdose“, který využívá zapojení dvojpólové bleskojistky a varistoru. Odpojovač je tvořen tepelně závislou pojistkou zapojenou v sérii s varistorem. Pri poruše varistoru se tepelně závislá pojistka přeruší a tím odpojí varistor od napětí. Vyhodnocení poruchového stavuje taktéž provedeno elektronickým obvodem, který má v tomto konkrétním řešení nevýhodu stálého odběru proudu. Porucha je signalizovaná rozsvícením svítivé diody.

Nevýhodou těchto technických řešení je jejich složitost a nákladnost. Žádný z citovaných dokumentů však neřeší kontrolu a signalizaci překročení mezních hodnot dvojpólové bleskojistky.

Nevýhody předchozích technických řešení odstraňuje zapojení podle dokumentu DE 20 2012 002 281 (Ul) „Ůberspannungsschutzgerát mít einer Messeinrichtung zur Ůberwachung von einem oder mehreren Uberspannungsschutzelementen“, které řeší měření a vyhodnocení zatížení dvojpólového ochranného prvku GDT optickými senzory OS1, OS2 a teplotními senzory TS, připojenými k monitorovacímu a vyhodnocovacímu systému CD, opatřenému stavovými indikátory OUT1, OUT2, případně doplněné ochranou dvojpólového ochranného prvku GDT jeho zkratováním (Fig. 1, Fig. 2). Monitorovací a vyhodnocovací systém CD rozhoduje o stavu přepěťové ochrany logickým postupem podle síťového grafu (Fig. 3).

Nevýhodou tohoto zapojení je, že je komplikované a nákladné. Z ekonomických důvodů se nehodí pro masově nasazované přepěťové ochrany.

-1 CZ 29574 Ul

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje přepěťová ochrana se signalizací překročení provozní teploty podle předkládaného řešení. Přepěťová ochrana je tvořená alespoň jedním ochranným prvkem ze skupiny dvojpólový ochranný prvek, dvojpólový ochranný prvek doplněný teplotně závislou pojistkou, nebo trojpólový ochranný prvek. Podstatou nového řešení je, že na všechny ochranné prvky použité v dané přepěťové ochraně je teplotní vazbou navázán stavový indikátor tvořený teplotně-citlivou vrstvou s nevratnou změnou barvy při překročení teploty poškození ochranných prvků dané přepěťové ochrany.

Ochranné prvky mohou být teplotní vazbou navázány na jeden společný stavový indikátor, nebo je každý ochranný prvek teplotní vazbou navázán na svůj vlastní stavový indikátor.

Teplotně-citlivá vrstva stavového indikátoru je vjednom možném provedení tvořena lakem naneseným přímo na ochranné prvky dané přepěťové ochrany nebo naneseným na teplotně vodivém substrátu, který je umístěn v těsné blízkosti ochranných prvků dané přepěťové ochrany.

V jiném možném provedení je teplotně-citlivá vrstva stavového indikátoru tvořena fólií, s výhodou samolepicím štítkem umístěným přímo na ochranných prvcích dané přepěťové ochrany. I zde je možná varianta, kdy jsou fólie, respektive samolepicí štítek, aplikovány na teplotně vodivém substrátu umístěném v těsné blízkosti ochranných prvků dané přepěťové ochrany.

Výhodou takto vytvořené signalizace překročení provozní teploty pomocí stavového indikátoru je jednoduchá konstrukce, tedy nízké náklady a možnost kontrolovat přetížení ochranného prvku i v případech, kdy to jinak nelze technicky provést, zejména v případě bleskojistek a polovodičových diod.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí přiložených výkresů. Obr. 1 znázorňuje zapojení přepěťové ochrany s dvojpólovým ochranným prvkem, teplotně závislou pojistkou a stavovým indikátorem vzájemně navázanými teplotní vazbou. Na obr. 2 je uvedeno zapojení přepěťové ochrany s dvojpólovým ochranným prvkem a stavovým indikátorem vzájemně navázanými teplotní vazbou bez teplotně závislé pojistky. Obr. 3 znázorňuje zapojení přepěťové ochrany s trojpólovým ochranným prvkem a stavovým indikátorem vzájemně navázanými teplotní vazbou bez teplotně závislé pojistky. Na obr. 4 je zapojení přepěťové ochrany se třemi dvojpólovými ochrannými prvky, dvěma teplotně závislými pojistkami a stavovým indikátorem vzájemně navázanými teplotní vazbou. Obr. 5 znázorňuje zapojení přepěťové ochrany se třemi dvojpólovými ochrannými prvky, dvěma teplotně závislými pojistkami a třemi stavovými indikátory navázanými teplotní vazbou na příslušný ochranný prvek a/nebo teplotně závislou pojistku.

Příklady uskutečnění technického řešení

Obecně je přepěťová ochrana tvořená alespoň jedním ochranným prvkem ze skupiny dvojpólový ochranný prvek 6, dvojpólový ochranný prvek 6 doplněný teplotně závislou pojistkou 8, trojpólový ochranný prvek 7. Signalizace překročení provozní teploty je podle nového řešení realizována tak, že na všechny ochranné prvky použité v dané přepěťové ochraně je teplotní vazbou 9 navázán stavový indikátor 10 tvořený teplotně-citlivou vrstvou s nevratnou změnou barvy při překročení teploty ochranných prvků dané přepěťové ochrany.

V příkladu uvedeném na obr. 1 je naznačená přepěťová ochrana tvořená jedním dvojpólovým ochranným prvkem 6 připojeným jedním svým koncem mezi první vstupní svorku i a první výstupní svorku 2. Druhým svým koncem je dvojpólový ochranný prvek 6 připojen přes teplotně závislou pojistku 8 k druhé vstupní svorce 3 a zároveň je propojen s druhou výstupní svorkou 4. Na oba tyto prvky přepěťové ochrany je navázán teplotní vazbou 9 stavový indikátor 10. Obdobné zapojení je uvedeno na obr. 2 s tím, zeje vynechaná teplotně závislá pojistka 8.

Na obr. 3 je uvedená varianta zapojení s trojpólovým ochranným prvkem 7, jehož střední pól je připojen na třetí vstupní svorku 5 a na který je teplotní vazbou 9 navázán stavový indikátor 10.

-2CZ 29574 Ul

Další možná varianta je na obr. 4. Přepěťová ochrana je zde tvořena třemi dvojpólovými ochrannými prvky 6, zapojenými do hvězdy bez vyvedeného společného uzlu. Dva ochranné dvojpólové prvky 6 jsou zapojeny sériově a jsou jedním svým krajním koncem připojeny přes závislé pojistky 8 k první vstupní svorce I, resp. druhé vstupní svorce 3 a zároveň jsou propojeny s první výstupní svorkou 2, resp. Druhou výstupní svorkou 4. Třetí ochranný dvojpólový prvek 6 je zapojen mezi jejich společný bod a třetí vstupní svorku 5 Všechny tyto ochranné prvky jsou navázány teplotní vazbou 9 na jediný stavový indikátor 10. Na obr. 5 pak je varianta tohoto zapojení s tím, že je zde každý ochranný prvek teplotní vazbou 9 navázán na samostatný stavový indikátor 10, přičemž ochranné dvojpólové prvky 6 doplněné závislými pojistkami 8 se považují zajeden ochranný prvek.

Teplotně citlivá vrstva stavového indikátoru 10 může být tvořena lakem, nebo fólií, s výhodou ve formě samolepicího štítku. Je buď aplikovaná přímo na ochranné prvky dané přepěťové ochrany, nebo může být vytvořena na teplotně vodivém substrátu, který je umístěn v těsné blízkosti daného ochranného prvku. Je-li použita teplotně závislá pojistka 8, umisťuje se stavový indikátor 10 přímo na ni.

U přepěťové ochrany je známá teplota, při které dochází k poškození ochranného prvku. Na základě této teploty se vybere příslušná teplotně citlivá vrstva stavového indikátoru 10. Při překročení této teploty, která vyvolá poškození ochranného prvku, tato teplotně-citlivá vrstva stavového indikátoru 10 trvale změní barvu, což signalizuje, že byla překročena povolená hodnota teploty, při které dojde odpojení teplotně závislé pojistky a/nebo poškození ochranného prvku.

Ochranný prvek tvořený varistorem bývá v souladu se standardy zapojen v sérii s teplotně závislou pojistkou. Teplotní vazba 9 je pak provedena mezi všemi prvky tak, že jsou umístěny vedle sebe a navzájem se dotýkají.

Lze uvažovat mnoho jiných používaných druhů zapojení ochrany kromě těch, která jsou uvedená v příkladech, a pro všechny lze použít tento stavový indikátor.

Průmyslová využitelnost

Přepěťová ochrana se signalizací překročení provozní teploty podle předkládaného řešení je výrobkem využitelným všude tam, kde je třeba zajistit ochranu elektronických zařízení a přístrojů před přepětím, např. v instalacích moderních osvětlovacích systému LED, měničů fotovoltaických systémů, a podobně.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (7)

1. Přepěťová ochrana se signalizací překročení provozní teploty, kde tato přepěťová ochrana je tvořená alespoň jedním ochranným prvkem ze skupiny dvojpólový ochranný prvek (6), dvojpólový ochranný prvek (6) doplněný teplotně závislou pojistkou (8), trojpólový ochranný prvek (7), vyznačující se tím, že na všechny ochranné prvky použité v dané přepěťové ochraně je teplotní vazbou (9) navázán stavový indikátor (10) tvořený teplotně-citlivou vrstvou s nevratnou změnou barvy při překročení teploty destrukce ochranných prvků dané přepěťové ochrany.

2. Přepěťová ochrana podle nároku 1, vyznačující se tím, že všechny ochranné prvky jsou teplotní vazbou (9) navázány najeden společný stavový indikátor (10).

3. Přepěťová ochrana podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý ochranný prvek je teplotní vazbou (9) navázán na svůj vlastní stavový indikátor (10).

4. Přepěťová ochrana podle nároku 1 a nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že teplotně-citlivá vrstva stavového indikátoru (10) je tvořena lakem naneseným přímo na ochranné prvky dané přepěťové ochrany.

-3CZ 29574 Ul

5. Přepěťová ochrana podle nároku 1 a nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že teplotně-citlivá vrstva stavového indikátoru (10) je tvořena lakem naneseným na teplotně vodivém substrátu umístěném v těsné blízkosti ochranných prvků dané přepěťové ochrany.

6. Přepěťová ochrana podle nároku 1 a nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že 5 teplotně-citlivá vrstva stavového indikátoru (10) je tvořena fólií, s výhodou samolepicím štítkem umístěným přímo na ochranných prvcích dané přepěťové ochrany.

7. Přepěťová ochrana podle nároku 1 a nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že teplotně-citlivá vrstva stavového indikátoru (10) je tvořena fólií, s výhodou samolepicím štítkem umístěným na teplotně vodivém substrátu umístěném v těsné blízkosti ochranných prvků dané ío přepěťové ochrany.