CZ8691U1 - Zařízení pro přepěťovou ochranu koncového zařízení elektrické sítě - Google Patents

Description

Oblast techniky

Řešení se týká zařízení pro přepěťovou ochranu koncového prvku elektrické sítě obsahujícího varistor, jehož první a druhý vývod jsou propojeny s připojovacími vedeními, sloužícími pro připojení k fázovému nebo nulovému kontaktu zařízení, přičemž jeden z vývodů varistoru je k připojovacímu vedení připojen tepelně odpojitelně.

Dosavadní stav techniky

V oblasti přepěťových ochran kategorie D (podle DIN VDE 675 Teil 6/A1) dochází v současnosti k vývoji, který se zaměřuje na konstrukční uspořádání přepěťových ochran kategorie D přímo do zásuvkových krabic. Přepěťové ochrany musí být přitom z bezpečnostního hlediska řešeny tak, aby se vyloučila možnost požáru a škod v důsledku změn, které mohou nastat u varistoru, který je hlavním prvkem přepěťové ochrany.

V důsledku nadměrného zatěžování může u varistoru dojít ke změnám, které mají za následek změnu jeho vlastností. Varistor začne v důsledku nadměrného zatěžování propouštět stále větší proud nebo u něho dokonce dojde k průrazu a varistor se stane vodivým. Konstrukční řešení přepěťové ochrany musí za těchto podmínek zabezpečit, aby byl varistor odpojen od zdroje proudu. Toto odpojení se provádí různým způsobem, přičemž používané způsoby odpojení mají různé vlastnosti v závislosti na jejich konstrukčním řešení.

Je známé zařízení pro odpojení varistoru pomocí nízkotavitelného pájeného spoje. Výčnělek elektrody varistoru je nízkotavitelným pájeným spojem spojen s napruženým vodičem, který tvoří připojení příslušného pólu varistoru do obvodu.

Při snížení napětí varistoru začne přes varistor protékat elektrický proud. Při nízkém proudu dojde v důsledku ohřátí varistoru k ohřátí nízkotavitelné pájky, která se roztaví, čímž se napružený vodič uvolní z kontaktu s výčnělkem elektrody varistoru a oddálí se na požadovanou vzdálenost od výčnělku elektrody varistoru.

K jiné situaci dojde při průtoku velkého proudu, jehož velikost dosahuje desítek ampérů. Odpor varistoru je v tomto případě nízký a dříve než dojde k ohřevu nízkotavitelného pájeného spoje na požadovanou teplotu, ohřeje se napružený vodič tak, že še vyžíhá a po roztavení nízkotavitelného pájeného spoje nedojde k oddálení napruženého vodiče od elektrody varistoru. Při vyšších proudech může dojít i k roztavení napruženého vodiče, který je vzhledem k požadované dráze pohybu poměrně málo dimenzovaný a kjeho poškození dochází dřív, než je příslušný obvod přerušen předřazeným j isticím prvkem, j ímž může být poj istka nebo j istič.

Další známé zařízení pro odpojení varistoru je založeno na mechanickém kontaktu vodivých prvků, přičemž jedna strana mechanického kontaktu je ve své poloze fixována nízkotavitelnou nevodivou fixační hmotou, která podepírá přítlačnou pružinu kontaktu.

Na nízkotavitelnou nevodivou fixační hmotu je zabezpečen přenos teploty z varistoru. Proti udržování mechanického kontaktu působí pružina, která při roztavení nízkotavitelné nevodivé fixační hmoty způsobí, že přítlačná pružina se ponoří do roztavené fixační hmoty, čímž se zruší její silový účinek a kontaktní plochy se od sebe oddálí. Oddálením kontaktů se přeruší obvod.

Nevýhoda tohoto zařízení spočívá v tom, že kontaktní spoj tvoří kritické místo z hlediska účinků proudových impulzů. Impulzní proud může mít za následek svaření kontaktních ploch mechanického kontaktu, čímž teplotní odpojovači zařízení ztrácí svoji funkci. Tím může v důsledku degradace varistoru dojít k nebezpečnému nárůstu teploty a destrukci systému přepěťové ochrany.

- 1 CZ 8691 Ul

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody stavu techniky jsou odstraněny zařízením pro přepěťovou ochranu podle předloženého technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že druhý vývod varistoru je připojen k pevnému kontaktu tepelně rozpoj itelného elektrického odpínače, přičemž pevný kontakt je pomocí nízkotavitelného pájeného spoje spojen s odpojitelným kontaktem, který je pomocí lankového vodiče propojen s druhým připojovacím vedením, přičemž odpojitelný kontakt je spřažen s oddalovacím prostředkem vyvozujícím oddalovací sílu působící na odpojitelný kontakt směrem od pevného kontaktu.

Zařízení zabezpečuje spolehlivou funkci v celém spektru možných proudových zátěží.

Ke zjednodušení konstrukce a dosažení variability použití je varistor uložen na základové desce, kterou lze snadno zabudovat do koncového zařízení, například zásuvky.

Pro zajištění dobrého přenosu tepla z varistoru k nízkotavitelnému pájenému spoji a pro zajištění dostatečné tepelné setrvačnosti je pevný kontakt tvořen tělesem obklopujícím část bočních ploch a část obvodu varistoru.

Přitom je výhodné, je-li pevný kontakt v kontaktu alespoň s jednou plochou varistoru, což dále zlepšuje přenos tepla z varistoru na pevný kontakt, zejména při vyšších protékajících proudech.

Uložením pevného kontaktu na základové desce se dosáhne variability použití a možnosti snadného zabudování do koncového zařízení.

Pro dosažení spolehlivosti funkce a jednoduché konstrukce zařízení je oddalovací prostředek tvořen tažnou pružinou, jejíž jeden konec je uložen na odpojitelném kontaktu a druhý konec je uložen na elektricky nevodivém místě.

V konkrétním příkladu provedení je výhodné, je-li konec tažné pružiny uložen na základové desce.

Pro zajištění spolehlivé funkce zařízení je výhodné, je-li odpojitelný kontakt spojen s lankovým vodičem mechanicky bez použití pájky.

V konkrétním provedení je odpojitelný kontakt opatřen očkem, v němž je zalisován lankový vodič, čímž je dostatečně zajištěno bezpečné spojení obou součástí při všech variantách proudových zátěží.

U všech výše uvedených provedení je spolehlivá funkce zařízení zabezpečena tím, že prvky proudovodné dráhy, jíž je varistor propojen s fázovým a nulovým kontaktem koncového zařízení elektrické sítě, tj. vedení, vodiče a kontakty mají vodivý průřez roven nebo větší než vývody varistoru.

Přehled obrázků na výkrese

Příklady provedení technického řešení jsou schematicky znázorněny na přiloženém výkrese, kde značí obr. 1 pohled na zařízení, obr. 2 půdorys zařízení podle obr. 1 v částečném řezu a obr. 3 schéma zapojení.

Příklady provedení technického řešení

Zařízení pro přepěťovou ochranu je uspořádáno v koncovém zařízení 1 elektrické sítě, například v elektrické zásuvce. Jak je znázorněno na obr. 3 je mezi fázovým kontaktem L a nulovým kontaktem N koncového zařízení I zapojen varistor 2, přičemž v jedné větvi zapojení varistoru 2 je vložen tepelně rozpojitelný odpínač 3. Mezi nulovým kontaktem N a zemnícím kontaktem PE koncového zařízení je zapojena bleskojistka 4.

-2 CZ 8691 Ul

V příkladu provedení podle obr. 1 a 2 je zařízení pro přepěťovou ochranu uspořádáno na základové desce 10, která je přiložitelná například na zadní stěnu neznázoměného tělesa koncového zařízení i, s nímž ji lze po zapojení k příslušným kontaktům uložit spolu s koncovým zařízením i do známé neznázoměné izolační krabice.

Na základové desce 10 je uloženo zakončení 511 prvního připojovacího vedení 51 a zakončení 521 druhého připojovacího vedení 52. přičemž volné konce prvního připojovacího vedení 51 a druhého připojovacího vedení 52 jsou určeny k připojení k fázovému kontaktu L nebo k nulovému kontaktu N koncového zařízení i. Na zakončení 511 prvního připojovacího vedení 51 ie připevněn první vývod 21 varistoru 2, jehož druhý vývod 22 je spojen s pevným kontaktem

31 tepelně rozpojitelného odpínače 3, který dále obsahuje odpojitelný kontakt 32, který je s pevným kontaktem 31 spojen pomocí nízkotavitelného pájeného spoje 33. jehož teplota tavení je menší než teplota tavení ostatních částí zařízení, například 130 °C až 140 °C. Odpojitelný kontakt 32 tepelně rozpojitelného odpínače 3 je opatřen očkem 321. v němž je mechanicky bez použití pájení, tj. například lisováním, upevněn jeden konec lankového vodiče 34, jehož druhý konec je upevněn na zakončení 521 druhého připojovacího vedení 52. Na odpojitelném kontaktu 32 tepelně rozpojitelného odpínače 3 je vytvořen záchyt 322, v němž je uložen jeden konec oddalovacího prostředku 35. který vyvozuje oddalovací sílu F působící na odpojitelný kontakt 32 směrem od pevného kontaktu 31. Ve znázorněném příkladu provedení je oddalovací prostředek 35 tvořen tažnou pružinou 351, jejíž jeden konec je uložen na záchytu 322 odpojitelného kontaktu 32 a druhý konec je uložen na základové desce 10, která je z elektricky nevodivého materiálu. Druhý konec tažné pružiny 351 může být uložen i na jiném vhodném elektricky nevodivém místě, například na tělese koncového zařízení 1.

V neznázoměném provedení je oddalovací prostředek 35 tvořen listovou pružinou nebo vinutou pružinou.

Pevný kontakt 31 tepelně rozpojitelného odpínače 3 je tvořen tělesem obklopujícím část bočních ploch varistoru 2 a část obvodu varistoru 2. Pevný kontakt 31 je přitom v kontaktu alespoň s jednou z těchto ploch varistoru 2, což zajišťuje dobrý přenos tepla z varistoru 2 do pevného kontaktu 31 a z něho do nízkotavitelného pájeného spoje 33.

Proudovodná dráha varistoru 2, tvořená připojovacím vedením 5, lankovým vodičem 34 a tepel30 ně rozpoj itelným odpínačem 3 má vodivý průřez větší nebo roven vodivému průřezu vývodu 21, 22 varistoru 2.

Při snížení napětí varistoru 2 začne přes varistor 2 protékat elektrický proud. Při průtoku nízkého proudu, řádově v desítkách miliampérů, dochází k ohřívání varistoru 2. Od varistoru 2 se vedením tepla přes druhý vývod 22 varistoru 2 ohřívá pevný kontakt 31 tepelně rozpojitelného elektrického odpínače 3, od něhož se ohřeje nízkotavitelný pájený spoj 33, který se roztaví a síla tažné pružiny 351 oddálí odpojitelný kontakt 32 od pevného kontaktu 31, čímž se varistor 2 odpojí od zdroje proudu. V důsledku toho, že odpojitelný kontakt 32 je k zakončení 521 druhého připojovacího vedení 52 připojen pomocí lankového vodiče 34, může tažná pružina 351 za všech okolností oddálit odpojitelný kontakt 32 do dostatečné vzdálenosti od pevného kontaktu 34.

Při vyšším průtoku proudu, řádově v desítkách ampérů se varistor 2 ohřívá velmi rychle a k ohřevu pevného kontaktu 31 napomáhá í přenos nebo i vedení tepla z povrchu varistoru 2 do ploch pevného kontaktu 31, které varistor 2 obklopují a popřípadě se ho dotýkají, takže dojde včas k roztavení nízkotavitelného pájeného spoje 33 a oddálení odpojitelného kontaktu 32 od pevného kontaktu 31 působením tažné pružiny 351.

Velikost pevného kontaktu 31 a dostatečné dimenzování vodivého průřezu prvků proudovodné dráhy varistoru 2 umožňuje v důsledku dobrého vedení proudu a dostatečné tepelné setrvačnosti použít pro zkratové proudy jako předřazenou ochranu pouze jistič.

Zařízení pro přepěťovou ochranu lze kromě znázorněného a popsaného provedení konstrukčně přizpůsobit různým konkrétním provedením koncových zařízení i elektrické sítě, přičemž podstatným znakem všech řešení je zachování malé tloušťky zařízení, která dovoluje jeho

-3 CZ 8691 Ul umístění mezi zadní stranou tělesa koncového zařízení i a dnem neznázoměné rozvodné krabice. Při zachování dostatečného dimenzování vodivého průřezu prvků proudovodné dráhy varistoru 2 lze měnit tvary pevného kontaktu 31, odpojitelného kontaktu 32, tvar, velikost a umístění připojovacích vedení 5 a umístění druhého konce tažné pružiny 351 na nevodivém místě.

Zařízení spolehlivě pracuje v celém spektru možných proudových zátěží a nevyžaduje předřazení samostatné pojistky pro zkratové proudy, ale vystačí pouze s předřazeným jističem.

U znázorněného provedení je správná funkce zařízení signalizována známou doutnavkou, připojenou do obvodu známým způsobem.

Claims (10)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   10 1. Zařízení pro přepěťovou ochranu koncového zařízení elektrické sítě, které obsahuje varistor, jehož první a druhý vývod jsou propojeny s připojovacími vedeními, sloužícími pro připojení k fázovému nebo nulovému kontaktu koncového zařízení, přičemž jeden z vývodů je kpřipojovacímu vedení připojen tepelně odpojitelně, vyznačující se tím, že druhý vývod (22) varistoru (
2. 2) je připojen k pevnému kontaktu (31) tepelně rozpojitelného elektrického

   15 odpínače (3), přičemž pevný kontakt (31) je pomocí nízkotavitelného pájeného spoje (33) spojen s odpojitelným kontaktem (32), který je pomocí lankového vodiče (34) propojen s druhým připojovacím vedením (52), přičemž odpojitelný kontakt (32) je spřažen soddalovacím prostředkem (35), vyvozujícím oddalovací sílu (F), působící na odpojitelný kontakt (32) směrem od pevného kontaktu (31).

   20 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že varistor (2) je uložen na základové desce (10).
3. 3. Zařízení podle některého z nároků laž2, vyznačující se tím, že pevný kontakt (31) je tvořen tělesem obklopujícím část bočních ploch a část obvodu varistoru (2).
4. 4. Zařízení podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že pevný kontakt

   25 (31) je v kontaktu alespoň s jednou plochou varistoru (2).
5. 5. Zařízení podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že pevný kontakt (31) je uložen na základové desce (10).
6. 6. Zařízení podle některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že oddalovací prostředek (35) je tvořen tažnou pružinou (351), jejíž jeden konec je uložen na odpojitelném

   30 kontaktu (32) a druhý konec je uložen na elektricky nevodivém místě.
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že druhý konec tažné pružiny (3 51) je uložen na základové desce (10).
8. 8. Zařízení podle některého z nároků laž7, vyznačující se tím, že odpojitelný kontakt (32) je s lankovým vodičem (34) spojen mechanicky bez použití pájky.

   35
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že odpojitelný kontakt (32) je opatřen očkem (321), v němžje zalisován lankový vodič (34).

   -4CZ 8691 Ul
10. 10. Zařízení podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že vývody (21, 22) varistoru (2) mají vodivý průřez menší nebo roven vodivému průřezu prvků proudovodné dráhy, jíž je varistor (2) propojen s fázovým kontaktem (L) a nulovým kontaktem (N) koncového

    5 zařízení (1) elektrické sítě.