PL174268B1

PL174268B1 - Ochronnik przepięciowy

Info

Publication number: PL174268B1
Application number: PL94304882A
Authority: PL
Inventors: Walter Schmidt; Christoph Schüpbach
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 1998-07-31
Also published as: ZA946399B; CN1043697C; EP0642141B1; BR9403437A; JPH07169552A; PL304882A1; AU7144394A; ES2101406T3; HUT71074A; AU669303B2; RU94031899A; HU9402559D0; FI944066A0; FI944066A; CN1102904A; ATE149731T1; EP0642141A1; CZ210494A3; SI0642141T1; DE59401902D1

Abstract

1. Ochronnik przepieciowy, z co naj- mniej dwiema koncówkami przylaczenio- wymi utrzymywanymi przez rame, z co najmniej jednym blokiem z materialu warystorowego zacisnietym pomiedzy koncówkami przylaczeniowymi, wyposa- zony w srodki, które utrzymuja sile styku pomiedzy koncówkami przylaczeniowymi i co najmniej jednym blokiem z materialu warystorowego, i w którym rama i co naj- mniej jeden blok z materialu warystorowego oraz czesciowo, koncówki przylaczeniowe, sa zalane w izolacyjnym materiale z two- rzywa sztucznego w postaci monolityczne- go korpusu, znamienny tym, ze rama (1) jest jednoczesciowa i wykonana z materia- lu izolacyjnego. Fig 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest ochronnik przepięciowy z co najmniej dwiema końcówkami przyłączeniowymi utrzymywanymi przez ramę, z co najmniej jednym blokiem z materiału warystorowego zaciśniętym pomiędzy końcówkami przyłączeniowymi, wyposażony w środki, które utrzymują siłę styku pomiędzy końcówkami przyłączeniowymi i co aajmaiej jednym blokiem z materiału warystorowego, i w którym rama i co aajmaiej jeden blok z materiału warystorowego oraz częściowo końcówki przyłączeniowe są zalane w izolacyjnym materiale z tworzywa sztucznego w postaci monolitycznego korpusu.

Z europejskiego opisu patentowego ar EP-A1-0 545 038 znaay jest ochronnik przepięciowy o dwóch końcówkach, połączonych ze sobą dwiema, sprężynującymi lekko w kierunku osiowym, listwami z tworzywa sztucznego. Listwy z tworzywa sztucznego są prowadzone w końcówkach na zasadzie połączenia kształtowego. Ochronnik przepięciowy zawiera cylindryczne, ułożone warstwami w stos, elementy warystorowe. Między stosem i każdą z końcówek przyłączeniowych umieszczona jest płytka dystansowa, która za pomocą wkręconego w końcówkę, gwintowanego trzpienia jest dociskana do stosu.

174 268

Końcówki oddzielają stos od elementów warystorowych. Między elementami warystorowymi oraz między elementami warystorowymi i przewodzącymi prąd elektryczny płytkami dystansowymi, zastosowano rowkowe tarcze dla polepszenia styku. Opisany układ jest zalany materiałem izolacyjnym.

Wykonanie tego rodzaju ochronnika przepięciowego ze stosunkowo dużej liczby pojedynczych elementów wymaga podczas montażu stosunkowo dużej liczby operacji. W szczególności zaś konieczne jest bardzo dokładne wpasowanie listew z tworzywa sztucznego w ich prowadnice w końcówkach.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie ochronnika przepięciowego opisanego na wstępie rodzaju, który można wykonać z prostych i tanich w produkcji części, przy użyciu stosunkowo niewielu operacji.

Zadanie to zostało zgodnie z wynalazkiem rozwiązane dzięki temu, że rama jest jednoczęściowa i jest wykonana z materiału izolacyjnego.

Korzystnie, środkami, które utrzymują siłę styku pomiędzy końcówkami przyłączeniowymi i co najmniej jednym blokiem z materiału warystorowego są: rama, która jest ramą sprężynującą w kierunku osiowym lub, znajdujący się w obszarze wewnątrz ramy, co najmniej jeden, przewodzący prąd. Środki te zapewniają, że przez cały czas życia ochronnika przepięciowego panuje wystarczająca siła styku.

Materiał izolacyjny ramy jest zbrojony włóknem, zwłaszcza włóknem szklanym, co daje możliwość dużych obciążeń mechanicznych ramy.

Szczególnie wytrzymałą mechanicznie ramę uzyskuje się wówczas, gdy do zbrojenia ramy użyte są włókna skłębione.

Udział włókien użytych do zbrojenia ramy włóknem wynosi od 10 do 80% wagowych. Przy zastosowaniu do zbrojenia włókien szklanych korzystny okazał się udział w wysokości od 30 do 50 procent wagowych.

Wyątkowo korzystne ekonomicznie jest, jeżeli rama wykonana jest z materiału polimerowego metodą wtrysku lub prasowania lub odlewania z żywicy epoksydowej.

Końcówki przyłączeniowe są w postaci gwintowanych trzpieni, przy czym, korzystnie, jeden z gwintowanych trzpieni jest sztywno połączony z ramą.

Zgodnie z wynalazkiem, rama jest nawinięta z co najmniej jednego, zbrojonego włóknem szklanym i nasyconego żywicą epoksydową, pasma.

Osiągniętych dzięki wynalazkowi korzyści należy upatrywać w zasadzie w tym, że montaż ochronnika przepięciowego, a zwłaszcza montaż części aktywnej, ulega znacznemu uproszczeniu i potanieniu.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ochronnik przepięciowy, częściowo w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - ochronnik przepięciowy z fig. 1 lecz obrócony wokół swej osi wzdłużnej i częściowo w przekroju wzdłużnym, fig. od 3 do 6 - ochronnik przepięciowy w różnych przykładach wykonania i w przekroju poprzecznym według linii A-A na fig. 1, fig. 7 - przekładnik przepięciowy w kolejnym przykładzie wykonania i częściowo w przekroju wzdłużnym.

Na wszystkich figurach tak samo działające elementy zostały opatrzone jednakowymi oznacznikami liczbowymi.

Figury 1 i 2 pokazują w schematycznym ujęciu zgodny z wynalazkiem ochronnik przepięciowy w przekroju wzdłużnym, przy czym ochronnik przepięciowy według fig. 2 jest względem ochronnika na fig. 1 obrócony o 90° wokół swej osi wzdłużnej. Na każdej z tych figur prawa połówka ochronnika przepięciowego została pokazana jako zalana uprzednio masą izolacyjną. Ochronnik przepięciowy zawiera zamkniętą, stanowiącą jedną część, ramę 1 z materiału izolacynego, która lekko sprężynuje w kierunku osiowym. Jeżeli rama 1 nie sprężynuje lub sprężynuje w stopniu niewystarczającym, wówczas zastosuje się co najmniej jeden, sprężynujący, przewodzący prąd elektryczny, element, np. tarczę falistą la. Na każdym z końców ramy 1, zwróconych ku obu przyłączom ochronnika przepięciowego, znajduje się eliptyczna lub cylindryczna końcówka 2. Obie końcówki 2 są tu utrzymywane przez dwa, odpowiednio ukształtowane i leżące naprzeciw

174 268 siebie, elementy złączne 3. W każdą z eliptycznych lub cylindrycznych końcówek 2 wkręcony jest ustawiony wzdłuż osi, gwintowany trzpień 4. Gwintowane trzpienie 4 służą jako końcówki przyłączeniowe dla elektrycznych przyłączy ochronnika przepięciowego. Tutaj, przykładowo, w końcówki 2 zostały wpuszczone metalowe, gwintowane wkładki 5, które prowadzą gwintowane trzpienie 4 w nagwintowanym otworze. Znany jest jednak również szereg innych możliwości, umieszczenia trwałych gwintów w częściach z tworzywa sztucznego. 1 tak gwinty można również nacinać bezpośrednio w tworzywie sztucznym ramy 1. Na końcówkach 2 po stronie czołowej ukształtowane jest odsadzenie 6. Na odwrotnej względem czoła stronie końcówki 2 w obszarze przejścia końcówki 2 w element złączny 3 wykonane jest cylindryczne wybranie 7, w którym prowadzona jest z luzem metalowa płytka dociskowa 8. Na każdą z tych płytek dociskowych 8 działa bezpośrednio jeden z gwintowanych trzpieni 4, o ile rama 1 posiada sprężynujące elementy złączne 3. W przypadku, gdy elementy złączne 3, sprężynują niedostatecznie lub nie sprężynują w ogóle, wówczas między płytką dociskową 8 i gwintowanym trzpieniem 4 umieszczone zostają przewodzące prąd elektryczny, elementy sprężynujące. Szczególnie korzystne okazało się tutaj użycie tarcz falistych la. Te tarcze faliste la można zamontować tylko po jednej stronie ochronnika przepięciowego lub, jeżeli wymagane są większe siły, również po obu stronach ochronnika przepięciowego. Jako elementy sprężynujące można także zastosować sprężyny talerzowe lub sprężyny zwijane.

Między obiema płytkami dociskowymi 8 zamocowane są bloki 9 z materiału warystorowego, jak np. ZnO. Bloki 9 mają z reguły kształt cylindryczny. Między płytkami dociskowymi 8 i każdym następnym blokiem 9 umieszczona jest cylindryczna rowkowana tarcza 10, która posiada centralny otwór; rowkowana tarcza 10 umieszczona jest również między każdymi sąsiadującymi blokami 9. Rowkowane tarcze zapewniają utworzenie dużej liczby punktów styku dla swobodnego przepływu prądu. Ponadto te miękkie, rowkowane tarcze kompensują ewentualne nierówności powierzchni bloku, dzięki czemu nierówności te nie mogą obniżać dopuszczalnego obciążenia prądowego. Szczególnie korzystne okazało się to, że rowkowane tarcze uszczelniają jednocześnie strefy przepływu prądu ochronnika przepięciowego przed wnikaniem materiału izolacyjnego w trakcie procesu zalewania przy nakładaniu płaszcza.

Gwintowane trzpienie 4 oddziałują, ewentualnie za pośrednictwem falistych tarcz la, na płytki dociskowe 8. Przy wkładaniu opisanych części do ramy 1 należy zwrócić uwagę na to, by między częściami nie pozostawały szczeliny, w które mógłby wnikać podczas zalewania materiał izolacyjny. Właściwa siła styku między elementami aktywnymi jest wytwarzana przez gwintowane trzpienie 4, które są dociągane przy użyciu zadanego momentu obrotowego, a następnie jednym ze znanych sposobów zabezpieczane przed przekręcaniem. Na każdy z gwintowanych trzpieni 4 nasuwana jest następnie płytka uszczelniająca 11, której przekrój jest dopasowany do końcówki 2 i która w tym przypadku ma kształt eliptyczny ewentualnie cylindryczny. Płytka uszczelniająca 11 jest zwykle wykonana z odpornego na działanie czynników atmosferycznych stopu aluminium, jak np. AlMg3. Płytkę uszczelniającą 11 można również wykonać ze stali nierdzewnej, mosiądzu lub brązu. Przy pomocy nakręcanej na każdy z gwintowanych trzpieni 4 nakrętki 12 płytkA uszczelniająca ll jest dociskana do czoła ramy 1. Płytka uszczelniająca 11 powinna izolować gotowy ochronnik przepięciowy przed wpływem czynników atmosferycznych. Wraz z odsadzeniem 6 płytka uszczelniająca 11 tworzy rowek, który zostaje wypełniony przy zalewaniu tworzywem sztucznym o właściwościach elektroizolacyjnych.

Zmontowany w ten sposób wstępnie układ jest wkładany do formy i zalewany bez szczelin i porów aż do płytki uszczelniającej 11 płaszczem z tworzywa sztucznego o własnościach elektroizolacyjnych. Odpowiednim do tego celu tworzywem jest np. kauczuk silikonowy. W trakcie zalewania na płaszczu 13 formuje się jednocześnie osłony

174 268 izolacyjne 14. Gwintowane trzpienie 4, które są niezbędne do realizacji elektrycznych przyłączy ochronnika przepięciowego, pozostają w postaci gołego metalu.

Rama 1 ochronnika przepięciowego jest zwykle wykonana ze zbrojonego włóknem szklanym poliamidu 6,6 metodą wtrysku, przy czym udział włókien szklanych leży tu w zakresie od 30 do 50 procent wagowych. Wyjątkowo wytrzymałą ramę 1 otrzymuje się wówczas, gdy włókna szklane zostaną użyte w postaci włókien skłębionych. Poza wspomnianym poliamidem 6,6 do wykonania ramy 1 można również użyć poliamidu 6l0, poliamidu 11, a także poliamidu 12. Możliwe jest również zastosowanie produktów z odzysku · na· bazie wspomnianych poliamidów, zwłaszcza wówczas, gdy nie stawia się dużych wymagań odnośnie wytrzymałości ochronnika przepięciowego na złamanie. Ramę 1 można jednak również wykonać z odpowiedniego pełnego materiału, stosując obróbkę wiórową. Możliwe jest także wykonanie ramy 1 metodą nawijania nici lub taśmy z nasyconych żywicą włókien szklanych. Wielkość ramy 1 jest z reguły fabrycznie dopasowana do wielkości danego ochronnika przepięciowego, dzięki czemu jej dopasowanie nie wymaga dodatkowych prac. W przypadku małych serii może się jednak ze względów ekonomicznych okazać konieczne dopasowywanie ramy 1 do różnych wielkości ochronnika przepięciowego. W tym celu umożliwiono oddzielanie części złącznych 3 i ich przedłużanie za pomocą odpowiednich złączek pośrednich. Te elementy pośrednie należy, ogólnie rzecz biorąc, przytwierdzić na stałe.

Na figurze 1 naniesiony jest przekrój A-A. Figura 3 do 6 pokazuje przekrój A-A, jak mógłby on wyglądać w przypadku różnych możliwych postaci wykonania wynalazku. Na figurze 3 przedstawiono np. eliptyczny płaszcz l3, który otacza bloki 9. Przekroje części złącznych 3 są przy tym dopasowane do kształtu płaszcza 13. Na figurze 4 przedstawiono cylindryczny płaszcz 13, który otacza bloki 9. Przekroje części złącznych 3 są przy tym dopasowane do kształtu płaszcza 13. Na figurze 5 przedstawiono prostokątny w zasadzie płaszcz 13, który otacza bloki 9. Przekroje części złącznych 3 są przy tym dopasowane do kształtu płaszcza 13. Na figurze 6 przedstawiono układ, nie wyposażony jeszcze w płaszcz. Części złączne 3 zostały przy tym rozmieszczone niesymetrycznie, jednak w taki sposób, że rama 1 posiada z jednej strony otwór 15, który umożliwia montaż bloków 9. Ta rama 1 jest wyposażona w cylindryczny płaszcz 13, dlatego również tutaj przekroje części złącznych 3 są dopasowane do kształtu płaszcza 13. Tego rodzaju rama 1 jest szczególnie wytrzymała na skręcanie i jest stosowana w ochronnikach przepięciowych, które podlegają wyjątkowo dużym obciążeniom zginającym.

Rowkowana tarcza 10 posiada centralny otwór. Duża liczba rowków otacza ten otwór współśrodkowo. Rowkowana tarcza jest wykonana z wyżarzanego na miękko aluminium. Wszystkie zewnętrzne krawędzie zewnętrznych rowków służą jako krawędzie uszczelniające przed wnikającym podczas zalewania tworzywem sztucznym. Dopuszczalnych jest wiele kształtów rowków, jednak zawsze na zewnątrz musi powstać wystarczająca krawędź uszczelniająca, a ponadto należy pamiętać o tym, aby przy montażu rowkowanych tarcz 10 mogła powstać wystarczająca dla zapewnienia styku elektrycznego liczba punktów styku.

Można sobie również wyobrazić, że do wytworzenia siły styku użyty zostanie tylko jeden z gwintowanych trzpieni 4, podczas gdy drugi, jak pokazano na fig. 7, już przy wytwarzaniu ramy 1 zostanie wraz z nią zalany na stałe. Ten gwintowany trzpień 4 posiada kształtkę 16, która jest sztywno z nim połączona, może to być np. sklejona z nim nakrętka, której sześciokąt uniemożliwia obrót gwintowanego trzpienia 4 w ramie 1. W tym przypadku siła styku jest wytwarzana jedynie przez leżący naprzeciw gwintowany trzpień 4.

Do wyjaśnienia zasady działania posłużono się nieco bliżej opisanymi figurami. Siła styku, która za pośrednictwem gwintowanych trzpieni 4 jest przenoszona na układ, zapewnia miejscowe odkształcenie rowków tarczy rowkowanej 10, co powoduje powstanie określonych punktów styku, które umożliwiają wyjątkowo dobry przepływ prądu w ochronniku przepięciowym. Najlepszy przepływ prądu uzyskuje się wówczas, gdy istnieje

174 268 duża liczba tego rodzaju punktowych miejsc styku, równomiernie rozłożonych na powierzchni. Rowkowane tarcze 10 umożliwiają powstanie tej dużej ilości styków punktowych. Zapewniono w ten sposób to, że płynący w momencie zadziałania ochronnika przepięciowego, stosunkowo silny prąd jest zawsze, w sposób niezawodny odprowadzany przez aktywną część ochronnika przepięciowego, bez obawy wystąpienia lokalnych przeciążeń przepływów prądu i związanego z tym smażenia, powodującego uszkodzenia. Dzięki temu wyraźnie wzrasta niezawodność działania ochronnika.

Niezawodności działania służy również to, że wspomniana siła styku jest utrzymywana przez cały czas życia ochronnika przepięciowego, ponieważ albo rama 1 sprężynuje nieco w kierunku osiowym, dzięki czemu przy dociąganiu gwintowanych trzpieni 4 ulega ona pewnemu wydłużeniu i utrzymuje zadane naprężenie wstępne, albo też to naprężenie wstępne jest utrzymywane przez dodatkowe, sprężynujące elementy, jak faliste tarcze la. Możliwe jest również działanie wymienne między ramą 1 i tymi sprężynującymi elementami. Naprężenie wstępne jest tak dobrane, że kompensują zawsze i w sposób niezawodny ewentualny skurcz rowkowanych tarcz 10.

Zalanie całego układu płaszczem 13 i płytka uszczelniająca 11 zapewniają to, że zarówno bloki 9, jak też rama 1 wraz z częściami złącznymi 3 nie mogą wchłaniać wilgoci z powietrza, dzięki czemu odporność na przebicie nie ulega zmniejszeniu. Monolityczny korpus, jaki stanowi gotowy ochronnik przepięciowy, posiada wysoką stabilność mechaniczną, zwłaszcza w zakresie wytrzymałości na złamanie, a ponadto jest niewrażliwy na szkodliwy wpływ czynników klimatycznych, dzięki czemu można go z powodzeniem stosować we wszystkich strefach klimatycznych.

174 268

1

Fig.2

174 268

Fig.3

Fig

Fig.5

Fig.6

174 268

6

1

Fig.7

1

1α

3

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz:. Ceaa 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Ochronnik przepięciowy, z co najmniej dwiema końcówkami przyłączeniowymi utrzymywanymi przez ramę, z co najmniej jednym blokiem z materiału warystorowego zaciśniętym pomiędzy końcówkami przyłączeniowymi, wyposażony w środki, które utrzymują siłę styku pomiędzy końcówkami przyłączeniowymi i co najmniej jednym blokiem z materiału warystorowego, i w którym rama i co najmniej jeden blok z materiału warystorowego oraz częściowo, końcówki przyłączeniowe, są zalane w izolacyjnym materiale z tworzywa sztucznego w postaci monolitycznego korpusu, znamienny tym, że rama (1) jest jednoczęściowa i wykonana z materiału izolacyjnego.
2. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rama (1) jest ramą sprężynującą w kierunku osiowym.
3. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że w obszarze wewnątrz ramy (1) znajduje się co najmniej jeden, przewodzący prąd elektiyczay, element sprężynujący.
4. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał izolacyjny ramy (1) jest zbrojony włóknem, zwłaszcza włóknem szklanym.
5. Ochronnik według zastrz. 4, znamienny tym, że do zbrojenia ramy (1) użyte zostały włókna skłębione.
6. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rama (1) jest wykonana z materiału polimerowego metodą wtrysku lub prasowania lub też odlewania z żywicy epoksydowej.
7. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że końcówki przyłączeniowe ramy (1) są w postaci gwintowanych trzpieni (4).
8. Ochronnik według zastrz. 7, znamienny tym, że jeden z gwintowanych trzpieni (4) jest sztywno połączony z ramą (1).
9. Ochronnik według zastrz. 4, znamienny tym, że do zbrojenia włóknem ramy (1) zastosowano od 10 do 80% wagowych włókien.
10. Ochronnik według zastrz. 4, znamienny tym, że do zbrojenia ramy (1) włóknem szklanym zastosowano od 30 do 50% wagowych włókien szklanych.
11. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rama (1) jest nawinięta z co najmniej jednego, zbrojonego włóknem, zwłaszcza włóknem szklanymi, nasyconego żywicą epoksydową, pasma.