CZ303073B6

CZ303073B6 - Zarízení pro prepetovou ochranu

Info

Publication number: CZ303073B6
Application number: CZ20100282A
Authority: CZ
Inventors: Cernicka@Jozef
Original assignee: Cernicka@Jozef
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2012-03-21
Also published as: EP2378527A2; CZ2010282A3

Abstract

Rešení se týká zarízení pro prepetovou ochranu obsahujícího svorky (00) pro pripojení k chránenému elektrickému obvodu, mezi nimiž je usporádána proudová dráha, ve které je zapojen varistorový ochranný prvek (3), mezi jehož výstupní elektrodou (32) a jednou svorkou (00) pro pripojení zarízení k chránenému elektrickému obvodu je v proudové dráze vytvoreno místo (X) zámerného prerušení proudové dráhy, pricemž místu (X) je prirazeno teplotní odpojovací zarízení (TOZ). Mezi místem (X) zámerného prerušení proudové dráhy a prilehlým krajním varistorem (30) varistorového ochranného prvku (3) je v proudové dráze zapojen napetím spínaný elektrický prvek (4).

Description

(57) Anotace:

Řešení se týká zařízení pro přepěťovou ochranu obsahujícího svorky (00) pro připojení k chráněnému elektrickému obvodu, mezi nimiž je uspořádána proudová dráha, ve které je zapojen varistorový ochranný prvek (3), mezi jehožvýstupní elektrodou (32) ajednou svorkou (00) pro připojení zařízení k chráněnému elektrickému obvodu je v proudové dráze vytvořeno místo (X) záměrného přerušení proudové dráhy, přičemž místu (X) je přiřazeno teplotní odpojovači zařízení (TOZ). Mezi místem (X) záměrného přerušení proudové dráhy a přilehlým krajním varistorem (30) varistorového ochranného prvku (3) je v proudové dráze zapojen napětím spínaný elektrický prvek (4).

Ϊ2 41 XJ1

40

ICO co

Zařízení pro přepěťovou ochranu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro přepěťovou ochranu obsahujícího svorky pro připojení k chráněnému elektrickému obvodu, mezi nimiž je uspořádána proudová dráha, ve které je zapojen varistorový ochranný prvek, mezi jehož jednou výstupní elektrodou a jednou svorkou pro připojení k chráněnému elektrickému obvodu je v proudové dráze vytvořeno místo (X) záměrného přerušení io proudové dráhy, přičemž místu (X) je přiřazeno teplotní odpojovači zařízení (TOZ).

Dosavadní stav techniky

Z CZ PV 2009-164 je známo zařízení pro přepěťovou ochranu, které obsahuje svorky pro připo15 jení k chráněnému elektrickému obvodu, přičemž mezi svorkami je uspořádána proudová dráha, ve které je zapojen ochranný prvek. V proudové dráze je vytvořeno místo záměrného přerušení proudové dráhy, kterému je přiřazeno zařízení pro signalizaci stavu ochrany. V místě záměrného přerušení proudové dráhy je dále vytvořena přídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení. Záměrně rozpojované prvky proudové dráhy jsou spojeny první pájkou a pří20 dávná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení je tvořena druhou pájkou. Druhá pájka má stejnou nebo přibližně stejnou teplotu tavení jakou má první pájka ale současně má druhá pájka nižší, nebo v závislosti na konstrukčních provedeních a zvolených materiálech i stejnou, hodnotu tepelné vodivosti, než jakou má první pájka. Funkce tohoto zařízení je taková, že se zamezí rozpojení TOZ bezprostředně po roztavení první pájky spojující prvky proudové dráhy, přičemž roztavení druhé pájky trvá déle vzhledem k většímu rozměru druhé pájky, který musí být prohřát a roztaven. Tímto 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 ČSN EN 6164311, změna All, odstavec 7.7.3.b). Vzhledem k časovému rozpětí působení nízkého zkratového proudu a nastavení podmínek jeho působení tak nedochází ani k nadměrnému tepelnému působení na okolí TOZ. Konkrétní konstrukční provedení tohoto vynálezu pak popisuje řešení, podle kterého je přídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení tvořena tavným kolíkem, který je umístěn v průchozím otvoru, který je vytvořen v záměrně rozpojovaných prvcích proudové dráhy. Další konkrétní konstrukční provedení popisuje řešení, u něhož je přídavná tavná tepelná zarážka s nastavenými parametry roztavení 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. V obou konkrétních konstrukčních provedeních je možná také výhodná poloha přídavné tavné tepelné zarážky v půdorysné ploše záměrně rozpojovaných prvků proudové dráhy nebo v nosu, který vybíhá ze záměrně rozpojovaných prvků proudové dráhy, čímž se ještě dále může ovlivnit nebo nastavit doba trvání roztavení druhé pájky s nižší tepelnou vodivostí.

Ačkoli princip vynálezu jako takový se ukazuje být velmi účinný a umožňuje bezpečné nasazení zařízení pro přepěťovou ochranu na bázi varistoru i pro vyšší energie (kategorie I, typ I), přece jen se u konkrétních konstrukčních provedení dle přihlášky vynálezu CZ PV 2009-164 ukazuje určité omezení jejich nasazení pro vyšší energie, než dovolují konkrétní konstrukční řešení dle CZ PV 2009-164, což je dáno zejména konstrukcí proudové dráhy u konkrétních konstrukčních provedení řešení dle přihlášky vynálezu CZ PV 2009-164.

Z CZ přihlášky vynálezu č. 2009-683 je známo uspořádání určené pro ještě vyšší energie, než pro jaké je určeno řešení podle CZ PV 2009-164. Řešení podle CZ PV 2009-683 je založeno na tom, že přídavná tepelná zarážka je vytvořena druhou pájkou uspořádanou mezi ohebným elektrickým vodičem a pevným elektrickým vodičem paralelně k místu záměrného přerušení proudové dráhy a mimo spoj ohebného elektrického vodiče a pevného elektrického vodiče první pájkou, přičemž

-1 CZ 303073 B6 druhá pájka je alespoň tepelně vodivě spojena s ohebným elektrickým vodičem a pevným elektrickým vodičem a první pájka a druhá pájka mají stejnou nebo přibližně stejnou teplotu tavení. V druhé pájce je přitom uložen první konec odpojovači páky a jeden konec pomocné příložky, přičemž odpojovači páka je spražena s ohebným elektrickým vodičem ajejí druhý konec je spražen s odpruženým posuvným dílem odpojovacího zařízení posuvně uloženým v rámu zařízení, a druhý konec pomocné příložky je přiřazen pevnému elektrickému vodiči. Na ohebném elektrickém vodiči je uložena příložka s průchozím otvorem, kterým prochází první konec odpojovači páky. Pomocná příložka je spojena se spodní plochou pevného elektrického vodiče a je zahnutá směrem k prvnímu konci odpojovači páky, kde je opatřena drážkou, kterou prochází první konec odpojovači páky, kterýje zde druhou pájkou spojen s pomocnou příložkou. Mezi pomocnou príložkou a přilehlou částí ohebného elektrického vodiče a příložky je situován první oddělovací prostředek. Mezi pomocnou příložkou a pevným elektrickým vodičem je situován druhý oddělovací prostředek. Pevný elektrický vodič je tvořen elektrodou varistoru.

Nevýhodou tohoto uspořádání je, že při dalším zvyšování zatížení ochranného prvku je vývin tepla v ochranném prvku - varistoru či skupině paralelně zapojených varistorů, které jsou umístěny v silně limitovaném a hustě zastavěném prostoru zařízení pro přepěťovou ochranu, natolik velký, že dochází k předčasnému zvýšení teploty TOZ nad teplotu rozpojení TOZ, čímž dochází k nežádoucímu rozpojení TOZ dříve, než je dosaženo maximálního zatížení varistoru či skupiny paralelně zapojených varistorů dle zkušebních podmínek normy ČSN EN 61643-11. Toto předčasné nežádoucí rozpojení TOZ tak nedovoluje využít maximální zatížitelnosti varistoru či skupiny paralelně zapojených varistorů, tj. nedovoluje využít plný potenciál varistorů či skupiny paralelně zapojených varistorů.

Cílem tohoto vynálezu je dále zvýšit hranici použitelnosti zařízení pro přepěťovou ochranu na bázi varistoru z hlediska vysokého energetického zatížení a využití potenciálu varistorů.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo zařízením pro přepěťovou ochranu, jehož podstata spočívá v tom, že mezi místem záměrného přerušení proudové dráhy a přilehlým krajním varistorem varistorového ochranného prvku jev proudové dráze zapojen napětím spínaný elektrický prvek.

Napětím spínaný elektrický prvek zde nepůsobí jen pro zajištění izolačního stavu, ale vzhledem ke své konstrukci, kdy vykazuje vysoký tepelný odpor, působí zde především jako tepelná brzda mezi TOZ a varistory, čímž se zpomalí přestup tepla z varistorů do TOZ a oddálí se čas odpojení TOZ, takže je možno dosáhnout vyšších parametrů zatížení varistorového ochranného prvku. Výhodná provedení vynálezu jsou předmětem závislých patentových nároků.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je schematicky znázorněn na výkrese, kde ukazuje obr. 1 příčný řez zařízením pro přepěťovou ochranu s jedním konkrétním provedením TOZ ve funkčním stavu, obr. 2 příčný řez zařízením pro přepěťovou ochranu s jedním konkrétním provedením TOZ v rozpojeném stavu, obr. 3 boční pohled na soustavu varistorů v uspořádání dle vynálezu, obr. 4 pohled šikmo shora na soustavu varistorů v uspořádání dle vynálezu, obr. 5 rozložená sestava soustavy varistorů, obr. 6 půdorysné znázornění uspořádání varistorového ochranného prvku v zařízení pro přepěťovou ochranu a obr. 7 příčné znázornění uspořádání z obr. 6.

-2CZ 303073 B6

Příklady provedení vynálezu

Vynález bude popsán na příkladu provedení zařízení pro přepěťovou ochranu na bázi varistoru s konstrukčním řešením teplotního odpojovacího zařízení (dále jen TOZ).

Zařízení obsahuje rám 0 ve formě uzavíratelné krabíce, ve kterém je uspořádána proudová dráha. Proudová dráha zařízení pro přepěťovou ochraňuje na obou koncích zakončena svorkami 00 pro elektrické připojení zařízení pro přepěťovou ochranu k chráněnému elektrickému obvodu. Jednotlivé součásti zařízení jsou dimenzovány vůči očekávané velké energii, aby vyhověly normami předepsaným požadavkům, v souladu s deklarovanými parametry zařízení.

V proudové dráze zařízení pro přepěťovou ochranu je zapojen varistorový ochranný prvek 3. Varistorový ochranný prvek 3 je svojí první výstupní elektrodou 31, přímo nebo přes další elektricky vodivé prvky, spojen s první svorkou pro elektrické připojení zařízení pro přepěťovou ochranu k chráněnému elektrickému obvodu. Varistorový ochranný prvek 3 je svojí druhou výstupní elektrodou 32 spojen, přes další elektrické vodivé prvky, s druhou svorkou pro elektrické připojení zařízení pro přepěťovou ochranu k chráněnému elektrickému obvodu.

Mezi druhou výstupní elektrodou 32 varistorového ochranného prvku 3 a druhou svorkou pro elektrické připojení zařízení pro přepěťovou ochranu k chráněnému elektrickému obvodu je v proudové dráze zařízení pro přepěťovou ochranu situováno místo X záměrného přerušení proudové dráhy. Místu X je přiřazeno teplotně iniciované odpojovači zařízení, zkráceně teplotní odpojovači zařízení - zkratka TOZ používaná v dalším textu.

Ve znázorněném příkladu provedení je místo X záměrného přerušení proudové dráhy vytvořeno v místě styku spodní plochy jednoho konce ohebného, např. měděného, elektrického vodiče I a druhé výstupní elektrody 32 varistorového ochranného prvku 3, přičemž konec ohebného elektrického vodiče 1 a konec druhé výstupní elektrody 32 varistorového ochranného prvku 3 jsou spojeny první pájkou s požadovanou teplotou tavení. Konec ohebného elektrického vodiče 1 spojený s koncem pevného elektrického vodiče 2 je zpevněn zhutněním. Druhý konec ohebného elektrického vodiče 1 je elektricky vodivě pomocným vodičem 01 spojen s druhou svorkou pro elektrické připojení zařízení pro přepěťovou ochranu k chráněnému elektrickému obvodu.

Varistorový ochranný prvek 3 obsahuje alespoň jeden plochý varistor 30 nebo obsahuje skupinu paralelně pomocí elektrod 301 zapojených plochých varistorů 30, jak je znázorněno na obr. 3 až 5 a obr. 7. Mezi druhou výstupní elektrodou 32 varistorového ochranného prvku 3 a jí přilehlou výstupní elektrodou 300 posledního varistoru 30 je sériově zapojen napětím spínaný elektrický prvek 4. Napětím spínaný elektrický prvek 4 je tak zapojen mezi TOZ a varistor 30 či skupinu paralelně zapojených varistorů 30.

Jak je znázorněno na obr, 3 až 5 a obr. 7, je napětím spínaný elektrický prvek 4 ve varistorovém ochranném prvku 3 umístěn tak, že dosedá svojí první elektrodou 40 na výstupní elektrodu 300 posledního varistoru 30. Druhá elektroda 41 napětím spínaného elektrického prvku 4 dosedá na druhou výstupní elektrodu 32 varistorového ochranného prvku 3. Jednotlivé části varistorového ochranného prvku 3 jsou především z důvodu úspory prostoru provedeny jako ploché, včetně elektrod.

Napětím spínaný elektrický prvek 4 je ve znázorněném příkladu provedení tvořen bleskojistkou, a to bleskojistkou dostatečně plochou (tenkou), aby bylo možné její použití mezi varistorem 30 či skupinou paralelně zapojených varistorů 30 a místem X, a to v místě s velmi omezeným vnitřním prostorem. Ve znázorněném příkladu provedení je tloušťka bleskojistky srovnatelná s tloušťkou varistorů 30, přičemž bleskojistka má tvar kotouče, resp. mince.

-3 CZ 303073 B6

Pri provádění předepsané provozní zkoušky zařízení pro přepěťovou ochranu se zařízení pro přepěťovou ochranu zatěžuje vždy určitým počtem zatěžovacích impulzů s následnou časovou prodlevou a následným zatížením dalším počtem zatěžovacích impulsů (5 impulzů - 30 minut klid (chladnutí), 5 impulzů - 30 minut klid (chladnutí)). Tímto zatěžováním se varistor 30 či skupina paralelně zapojených varistorů 30 postupně otepluje. Od varistoru 30 či skupiny paralelně zapojených varistorů 30 se postupně horní elektroda 40 napětím spínaného elektrického prvku 4. Díky vysokému tepelnému odporu napětím spínaného elektrického prvku 4 je přenos tepla z varistorů 30 či skupiny paralelně zapojených varistorů 30 na spodní elektrodu 4Ί napětím spínaného elektrického prvku 4 a dále přes druhou výstupní elektrodu 32 varistorového ochranného prvku 3 do místa X významně snížen, čímž se oddálí čas přerušení proudové dráhy v místě X spuštěním činnosti TOZ. Pri pracovní zkoušce tak TOZ přeruší proudovou dráhu v místě X při významně vyšším zatížení než pri uspořádání bez napětím spínaného elektrického prvku 4 vloženého mezí varistory 30 a místo X, takže je možno dosáhnout vyšších parametrů zatížení varistorového ochranného prvku 3. Po určité době přesto dojde k žádoucímu ohřátí příslušných součástí v místě X a dojde k rozpojení TOZ, čímž se přeruší proudová dráha a odpojí se varistorový ochranný prvek 3 od chráněného elektrického obvodu. Rozpojením TOZ také dojde k signalizaci změny stavu přepěťové ochrany. Obdobně se zařízení chová i při zkratové zkoušce, kdy TOZ přeruší proudovou dráhu v místě X i pri významně vyšším zatížení až po uplynutí času (5 sekund) předepsaného normou pro reakci předřazené nadproudové ochrany (pojistky).

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný v ochraně elektrických obvodů před přepětím.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro přepěťovou ochranu obsahující svorky (00) pro připojení k chráněnému elektrickému obvodu, mezi nimiž je uspořádána proudová dráha, ve které je zapojen varistorový ochranný prvek (3), mezi jehož jednou výstupní elektrodou a jednou svorkou (00) pro připojení zařízení k chráněnému elektrickému obvodu je v proudové dráze vytvořeno místo (X) záměrného přerušení proudové dráhy, přičemž místu (X) je přiřazeno teplotní odpojovači zařízení (TOZ), vyznačující se tím, že mezi místem (X) záměrného přerušení proudové dráhy a přilehlým krajním varistorem (30) varistorového ochranného prvku (3) je v proudové dráze zapojen napětím spínaný elektrický prvek (4).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že krajní varistor (30) varistorového ochranného prvku (3) je tvořen plochým varistorem (30), na jehož výstupní elektrodu (300) dosedá plochá první elektroda (40) napětím spínaného elektrického prvku (4), přičemž na plochou druhou elektrodu (41) napětím spínaného elektrického prvku (4) dosedá výstupní elektroda (32) varistorového ochranného prvku (3).
3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že napětím spínaný elektrický prvek (4) je tvořen bleskojistkou.
4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že napětím spínaný elektrický prvek (4) je tvořen plochou bleskojistkou kotoučového tvaru,

4 výkresy

-4CZ 303073 B6

Seznam vztahových značek

0 rám zařízení

00 svorka pro elektrické připojení zařízení pro přepěťovou ochranu k chráněnému elektrickému obvo du

01 pomocný vodič

1 ohebný elektrický vodič

3 varistorový ochranný prvek

30 varistor

31 první výstupní elektroda varistorového ochranného prvku

32 druhá výstupní elektroda varistorového ochranného prvku

4 napětím spínaný elektrický prvek

40 horní elektroda plochého napětím spínaného elektrického prvku

41 spodní elektroda plochého napětím spínaného elektrického prvku

X místo záměrného přerušení proudové dráhy