PL183077B1 - Ochronnik przepięciowy - Google Patents

Abstract

1. Ochronnik przepieciowy z umieszczo- nym pomiedzy dwiema przewodzacymi prad, cy- lindrycznymi oprawkami, zawierajacym co najmniej jeden warystor na bazie tlenku metalu, cylindrycznym elementem czynnym oraz ota- czajaca element czynny ma ksztalt plaszcza i zamknieta od czola oprawkami obudowaz mate- rialu izolacyjnego, wypelniona materialem izola- cyjnym, otaczajacym od zewnatrz element czynny, znamienny tym, ze obudowa ( 1 ) z mate- rialu izolacyjnego sklada sie z wykonanej metoda wtrysku lub wyciskanej rury ( 2 ) z materialu izo- lacyjnego oraz zamocowanej na bocznej powierz- chni rury (2), ekranowanej oslony (3) przed wplywem czynników atmosferycznych, przy czym pierwsza oprawka (5) z obu oprawek (5, 6) jest osadzona w pierwszym z obu konców rury ( 2 ), a druga oprawka ( 6) jest wkrecona gwintem zew - netrznym (15) w gwint wewnetrzny rury ( 2 ), w y- twarzajac sile styku. Fig.1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest ochronnik przepięciowy z umieszczonymi pomiędzy dwiema przewodzącymi prąd, cylindrycznymi oprawkami, zawierającymi co najmniej jeden warystor na bazie tlenku metalu, cylindrycznym elementem czynnym oraz otaczającą element czynny na kształt płaszcza i zamkniętą od czoła oprawkami obudową z materiału izolacyjnego, wypełniona materiałem izolacyjnym, otaczającym od zewnątrz element czynny.

Tego typu ochronnik przepięciowy jest stosowany w instalacjach średniego lub wysokiego napięcia w celach pomiarowych, ochronnych lub do sterowania i zawiera umieszczony w obudowie izolacyjnej element czynny, zaopatrzony w co najmniej jeden wary stor na bazie tlenku cynku, domieszkowanego celowo dobranymi pierwiastkami, jak Bi, Sb, Co i Mn. Element czynny jest zamocowany wewnątrz obudowy za pomocą warstwy materiału izolacyjnego.

Ochronnik przepięciowy podanego na wstępie typu jest opisany w europejskim zgłoszeniu patentowym nr EP 0 103 454 BI. Ochronnik ten składa się z zaopatrzonej w osłony chroniące przed wpływem czynników atmosferycznych, porcelanowej obudowy z cylindrycznym otworem, w który wprowadzony jest cylindryczny element czynny na bazie kilku, ułożonych w kolumnę warystorów na bazie domieszkowanego tlenku cynku. Element czynny jest zamocowany za pomocą, znajdującej się pomiędzy ścianką otworu i boczną powierzchnią elementu czynnego, utrzymującej warstwy pośredniej na bazie szkła. Dwie, wyprowadzone na czołowe powierzchnie elementu czynnego, metalowe oprawki zamykają wnętrze obudowy od zewnątrz i służą jako przyłącza prądowe. Przy wytwarzaniu tego ochronnika przepięciowego porcelanowa obudowa podlega działaniu wysokich temperatur, ponieważ w trakcie tworzenia warstwy pośredniej płynne szkło jest wlewane w porcelanową obudowę. Ponadto konieczne jest zamocowanie oprawek na końcach porcelanowej obudowy za pomocą cementu.

Inny ochronnik przepięciowy z cylindrycznym elementem czynnym na bazie warystorów z tlenków metali jest opisany w europejskim zgłoszeniu patentowym nr EP 0335 479 BI. Ochronnik ten jako obudowę zwiniętąz włókien i zakończoną dwiema metalowymi oprawkami, rurę z materiału izolacyjnego oraz elastomerową osłonę przed wpływem czynników atmosferycznych, zamocowaną na bocznej powierzchni rury z materiału izolacyjnego. Przy wytwarzaniu tego ochronnika przepięciowego rura z materiału izolacyjnego jest wykonywana poprzez owijanie elementu czynnego, zawierającego obie oprawki i warystory.

Celem wynalazku jest dostarczenie ochronnika przepięciowego określonego na wstępie typu, który charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną, a jego wytwarzanie jest proste i korzystne pod względem ekonomicznym.

Ochronnik przepięciowy z umieszczonym pomiędzy dwiema przewodzącymi prąd, cylindrycznymi oprawkami, zawierającymi co najmniej jeden warystor na bazie tlenku metalu, cylindrycznym elementem czynnym oraz otaczającą element czynny na kształt płaszcza i zamkniętą od czoła oprawkami obudową z materiału izolacyjnego, wypełnioną materiałem izolacyjnym, otaczającym od zewnątrz element czynny, według wynalazku charakteryzuje się tym, że obudowa z materiału izolacyjnego składa się z wykonanej metodą wytrysku lub wyciskanej rury z materiału izolacyjnego oraz zamocowanej na bocznej powierzchni rury, ekranowej osłony przed wpływem czynników atmosferycznych, przy czym pierwsza oprawka z obu oprawek jest osadzona w pierwszym z obu końców rury, a druga oprawka jest wkręcona gwintem zewnętrznym w gwint wewnętrzny rury wytwarzając siłę styku.

Korzystnie rura jest wykonana ze wzmacnianego włóknem polimeru, zwłaszcza z wzmacnianych włóknem termoplastów.

Korzystnie, termoplast stanowi poliamid, zawierający około 20-60, korzystnie 30 do 50% wagowych włókien szklanych.

Korzystnie w wewnętrznej powierzchni rury ukształtowane są co najmniej trzy, skierowane wzdłuż osi rury, prowadnice szynowe.

Korzystnie każda z obu oprawek ma, uformowane w jej na zewnątrz zwróconej powierzchni czołowej i poprowadzone na jej powierzchni bocznej pierścieniowe wgłębienie.

Korzystnie wgłębienie pierwszej oprawki mieści skierowany promieniowo do wewnątrz kołnierz rury.

183 077

Korzystnie we wgłębieniu znajduje się co najmniej jeden, poprowadzony wzdłuż osi rury, otwór przelotowy.

Korzystnie we wgłębieniu drugiej oprawki znajduje się, utworzony poprzez utwardzenie płynnego medium izolacyjnego, materiał izolacyjny, przy czym przeważająca część płynnego medium izolacyjnego wydostaje się przez otwory przelotowe z wnętrza obudowy do wgłębienia.

Korzystnie obie oprawki maja na swych skierowanych do wewnątrz powierzchniach czołowych występy stykowe, nasadzone na powierzchnię czołową elementu czynnego.

Korzystnie osłona przed wpływem czynników atmosferycznych ma co najmniej jeden, poprowadzony promieniowo, ekran.

Korzystnie czołowe powierzchnie obudowy z materiału izolacyjnego są zamknięte dwiema, wystającymi poza końce osłony, pokrywami.

Korzystnie jedna pokrywa z obu pokryw jest za pomocą co najmniej jednego złącza połączona z drugą oprawką.

Korzystnie złącze jest utworzone poprzez zgrzewanie, zwłaszcza zgrzewanie ultradźwiękowe, lutowanie lub klejenie.

Korzystnie jedna z obu czołowych powierzchni obudowy z materiału izolacyjnego jest zamknięta częścią pokrywową wbudowana integralnie w osłonę przed wpływem czynników atmosferycznych.

Korzystnie co najmniej jedna z obu oprawek jest dodatkowo zamocowana za pomocą kołków, wprowadzonych od zewnątrz przez rurę z materiału izolacyjnego do co najmniej jednej oprawki.

Ochronnik przepięciowy według wynalazku ma tę zaletę, że można go wytwarzać szybko i wyjątkowo tanio, w ramach niewielu, łatwych do wykonania, operacji, przy czym ma on bardzo dobre własności mechaniczne i elektryczne. Osiąga się to zwłaszcza dzięki temu, że istotne etapy procesu jego wykonywania są łatwe do zautomatyzowania. Do typowych etapów sposobu należy wykonanie rury termoplastycznej i rury elastomerowej oraz włożenie w siebie i skręcenie wzajemnie dopasowanych części tak, że powstaje otaczająca element czynny obudowa ochronnika, oraz napełnienie obudowy ochronnika cieczą stanowiącą materiał izolacyjny i korzystnie utwardzalną w temperaturze pokojowej. Odpowiedni dobór materiału termoplastycznego i elastomerowego umożliwia optymalizację wytrzymałości mechanicznej i dielektrycznych własności ochronnika przepięciowego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania, na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy przykład wykonania ochronnika przepięciowego ze znajdującym się w obudowie z materiału izolacyjnego i umieszczonym pomiędzy dwiema cylindrycznymi oprawkami, cylindrycznym elementem czynnym, w przekroju osiowym, fig. 2 - ochronnik przepięciowy z fig. 1 w widoku z góry na czołową powierzchnię jednej z obu oprawek, zwróconą ku elementowi czynnemu, fig. 3 - oprawkę z fig. 2 w widoku z boku, a fig. 4 - drugi przykład wykonania ochronnika przepięciowego w przekroju osiowym.

Na wszystkich figurach rysunku te same odnośniki oznaczająjednakowo działające części. Przedstawiony na fig. 1 ochronnik przepięciowy ma dwuczęściową obudowę 1 z materiału izolacyjnego, składającąsię z rury 2 z materiału izolacyjnego i nasuniętej szczelnie na płaszcz rury 2 za pomocą warstwy smaru, ekranowanej osłony 3 przed wpływem czynników atmosferycznych. Rura 2 z materiału izolacyjnego zawiera w przeważającej części polimer, korzystnie poliamid, oraz osadzony w termoplastach wypełniacz, korzystnie włókna szklane, których udział w rurze wynosi 20-60, na przykład 30 lub 50% wagowych. Taką rurę można wyjątkowo łatwo i tanio wykonać za pomocą wyciskania lub wtrysku.

Osłona 3 przed wpływem czynników atmosferycznych jest wykonana z polimeru elastomerowego, korzystnie na bazie kauczuku etylenowego, polipropylenowego, silikonowego, fluorosilikonowego lub fluorowego, korzystnie za pomocą wtrysku. Szczególnie korzystne jest przy tym, jeżeli ekrany 4 osłony 3 są skierowane promieniowo. Formę potrzebną do odlania osłony 3 można ukształtować w ten sposób, że nieunikniony szew tworzy zewnętrzną krawędź ekranu 4

183 077 biegnie pomiędzy dwoma ekranami, jednak poza najsilniej obciążonymi dielektrycznie obszarami nad najwyższym i pod najniższym ekranem 4.

Znajdujący się pomiędzy rura 2 z materiału izolacyjnego i osłoną3 smar stały jest korzystnie smarem silikonowym. Smar ten uszczelnia względem siebie rurę 2 z materiału izolacyjnego i osłonę 3, co zapobiega wnikaniu wilgoci pomiędzy rurę 2 i osłonę 3. Jednocześnie smar ułatwia nasuwanie osłony 3 na rurę 2 z materiału izolacyjnego przy montażu ochronnika przepięciowego, poprawiając jednocześnie dielektryczne, własności obudowy 1 z materiału izolacyjnego.

Przy wytwarzaniu rury 2 z materiału izolacyjnego za pomocą wtrysku lub wyciskania otaczająca dolny koniec rury 2, cylindryczna oprawka 5 z materiału dobrze przewodzącego prąd elektryczny, jak stopowe lub niestopowe aluminium względnie miedź, zostaje osadzona w rurze 2. Odpowiednio ukształtowana oprawka 6 z tego samego materiału zamyka rurę 2 z materiału izolacyjnego od góry.

Przy wytwarzaniu rury 2 z materiału izolacyjnego na wewnętrznej powierzchni rury 2 uformowane zostająjednocześnie, co najmniej trzy, biegnące w kierunku osi rury, prowadnice szynowe 7. Prowadnice szynowe 7 są rozmieszczone równomiernie na obwodzie rury 2, utrzymując wewnętrzną ściankę rury 2 w odstępie względem bocznej powierzchni cylindrycznego elementu czynnego 8, znajdującego się wewnątrz rury 2. Element czynny 8 zawiera ukształtowany w postaci kolumny warystor na bazie tlenku metalu lub kilka płytkowych, ułożonych w kolumnę, warystorów na bazie tlenku metalu, pomiędzy którymi umieszczone są płytki stykowe. Przestrzeń pomiędzy elementem czynnym 8 i rurą 2 z materiału izolacyjnego, mająca kształt pustego wewnątrz cylindra, jest w celu poprawienia dielektrycznych własności ochronnika przepięciowego wypełniona materiałem izolacyjnym. Korzystnie ten materiał izolacyjny stanowi utwardzana w temperaturze pokojowej żywica na bazie silikonu, zalewana w postaci cieczy do wewnątrz obudowy 1 podczas montażu ochronnika przepięciowego.

Na fig. 1 widać, że każda z oprawek 5, 6 ma uformowane w zwróconej na zewnątrz jej czołowej powierzchni i poprowadzone na jej powierzchni bocznej pierścieniowe wgłębienie. To wgłębienie jest na fig. 3 oznaczone odnośnikiem 9. Wgłębienie oprawki 5, stanowiącej zakończenie dolnego końca rury 2 z materiału izolacyjnego, służy do umieszczenia, poprowadzonego promieniowo do wewnątrz, kołnierza 10 rury, który powstaje w trakcie wytwarzania rury 2 z materiału izolacyjnego. Kołnierz 10 zachodzi za oprawkę 5, zamykając w ten sposób otwory przelotowe 11, znajdujące się we wgłębieniu 9 i poprowadzone w kierunku osi rury. Wgłębienie oprawki 6 służy do umieszczenia materiału izolacyjnego, który po napełnieniu obudowy 1 z materiału izolacyjnego początkowo płynnym materiałem izolacyjnym wychodzi z rury 2, a następnie utwardza się w temperaturze pokojowej, tworząc materiał izolacyjny.

Na obu skierowanych do wewnątrz powierzchniach czołowych obie oprawki 5, 6 mająpo kilka występów stykowych 12, natomiast w każdą z ich zewnętrznych powierzchni czołowych wpuszczony jest gwint wewnętrzny 13, w którym umieszczony jest gwintowany trzpień 14 do utworzenia galwanicznego połączenia z przewodem przyłączeniowym (fig. 1). Na bocznych powierzchniach obu oprawek 5 i 6 znajdują się gwinty zewnętrzne 15. Gwint zewnętrzny 15 oprawki 5 utrzymuje tę oprawkę w stałym położeniu na rurze 2 z materiału izolacyjnego w przypadku działania sił osiowych, natomiast gwint zewnętrzny 15 oprawki 6 współpracuje ze znajdującym się w górnym końcu rury 2 gwintem wewnętrznym, wytwarzając przy tym siłę, działającąw kierunku osiowym.

Metalowe pokrywy 16 i 17, umieszczone na dolnym końcu obudowy 1 z materiału izolacyjnego, są za pomocą dwóch, prowadzonych na gwintowanych trzpieniach 14, nakrętek 18 dociksane do obudowy 1, zapobiegając w ten sposób wnikaniu niepożądanej wilgoci do wnętrza ochronnika przepięciowego.

Ten ochronnik przepięciowy zawiera, łącznie z elementem czynnym 8, rurą 2 z materiału izolacyjnego, osłoną 3 przed wpływem czynników atmosferycznych, obiema oprawkami 5 i 6, nie oznaczonym materiałem izolacyjnym pomiędzy elementem czynnym 8 i rurą 2 oraz obiema pokrywami 16 i 17, osiem łatwych do zamontowania części, z których poza tym dwie, to jest

183 077 oprawki 5, 6 oraz pokrywy 16, 17 są jednakowe. Dzięki temu ochronnik przepięciowy można wykonać szybko i za pomocą sposobu, szczególnie nadającego się do produkcji seryjnej.

Taki sposób realizuje się korzystnie następująco: W zawieraj ącąjuż dolną oprawkę 5 i mającąw związku z tym kształt kubka rurę 2 z materiału izolacyjnego wsuwa się element czynny 8, a następnie zamyka górny koniec rury 2 poprzez wkręcenie oprawki 6. Do wkręcania można użyć narzędzia, wkładanego w otwory przelotowe 11. Oprawkę 6 wkręca się do wnętrza rury tak głęboko, aż występy stykowe 12 obu oprawek 5 i 6 z wystarczającą siłą styku oprą się o obie czołowe powierzchnie elementu czynnego 8. Ponieważ rura 2 ma stosunkowo dużą sprężystość, wspomniana siła styku zostaje zachowana w trakcie pracy ochronnika przepięciowego.

Następnie, na przykład za pomocąigły strzykawkowej, przez znajdujące się w górnej oprawce 6 otwory przelotowe 11 wprowadza się płynny materiał izolacyjny do, mającej kształt pustego wewnątrz cylindra, przestrzeni pomiędzy elementem czynnym 8 i rurą 2 z materiału izolacyjnego, wyznaczoną przez prowadnice szynowe 7. Ponieważ znajdujące się w dolnej oprawce 5 otwory przelotowe 11 są zamknięte kołnierzem 10, medium izolacyjne nie może spływać w dół. Podczas utwardzania medium izolacyjne, wychodzące z otworów przelotowych 11 górnej oprawki 6, gromadzi się we wgłębieniu 9 oprawki 6 i tworzy po zakończeniu procesu utwardzania kołnierz, uszczelniający wnętrze obudowy. Dodatkowe uszczelnienie wnętrza obudowy zapewniają końce pokryw 16 i 17, zachodzące za osłonę 3.

Na ogół obie pokrywy 16 i 17 są wykonane z metalu, na przykład stali aluminium względnie stopu aluminium. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku co najmniej jedna z pokryw 17 jest wykonana z materiału, który daje się łatwo zgrzać, zlutować lub skleić z rurą2 z materiału izolacyjnego, tworząc złącze 19. Wyjątkowo trwałe połączenie mechaniczne jest osiągane wówczas, gdy pokrywa 17 jest wykonana z tego samego materiału, co rura 2 oraz gdy połączenie następuje poprzez zgrzanie górnej krawędzi rury 2 z materiału izolacyjnego i pokrywy 17, zwłaszcza ultradźwięków. Tak wykonany ochronnik przepięciowy charakteryzuje się dużą wytrzymałością mechaniczną, ponieważ siły wytwarzane przez element czynny 8 sąprzenoszone z oprawki 6 na rurę 2 nie tylko przez gwint zewnętrzny 15, lecz także przez złącze 19. Jednocześnie połączenie obu części 2 i 17 utrudnia dodatkowo wnikanie wody do wnętrza obudowy.

W przykładzie wykonania ukazanym na fig. 4 osłona 3 jest na swym górnym końcu zamknięta i ma część pokrywową 20, która czyni zbędną pokrywę 17. Ponadto kołki 21, wprowadzone w tym przykładzie wykonania przez osłonę 3 i rurę 2 z materiału izolacyjnego do oprawek 5, 6, zwiększają znacznie wytrzymałość mechaniczną części otaczających element czynny 8, to jest rury 2, osłony 3 i oprawek 5,6, zwłaszcza przy naprężeniach rozciągających. Aby zapewnić równomierne przenoszenie siły, korzystne jest równomierne rozmieszczenie kołków na obwodzie. Już przy użyciu trzech kołków na jedną oprawkę następuje istotny wzrost wytrzymałości mechanicznej, zależnie od średnicy rury 2 z materiału izolacyjnego można stosować więcej niż trzy kołki.

Za pomocą kołków 21 można dodatkowo zwiększyć wytrzymałość mechaniczną ochronnika przepięciowego według opisanego wyżej przykładu wykonania.

183 077

Fig.4

183 077

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ochronnik przepięciowy z umieszczonym pomiędzy dwiema przewodzącymi prąd, cylindrycznymi oprawkami, zawierającym co najmniej jeden warystor na bazie tlenku metalu, cylindrycznym elementem czynnym oraz otaczającą element czynny ma kształt płaszcza i zamkniętą od czoła oprawkami obudową z materiału izolacyjnego, wypełnioną materiałem izolacyjnym, otaczającym od zewnątrz element czynny, znamienny tym, że obudowa (1) z materiału izolacyjnego składa się z wykonanej metodą wtrysku lub wyciskanej rury (2) z materiału izolacyjnego oraz zamocowanej na bocznej powierzchni rury (2), ekranowanej osłony (3) przed wpływem czynników atmosferycznych, przy czym pierwsza oprawka (5) z obu oprawek (5, 6) jest osadzona w pierwszym z obu końców rury (2), a druga oprawka (6) jest wkręcona gwintem zewnętrznym (15) w gwint wewnętrzny rury (2), wytwarzając siłę styku.
2. 2. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rura (2) jest wykonana ze wzmacnianego włóknem polimeru, zwłaszcza z wzmacnianych włóknem termopłastów.
3. 3. Ochronnik według zastrz. 2, znamienny tym, że termoplast stanowi poliamid, zawierający około 20-60, korzystnie 30 do 50% wagowych włókien szklanych.
4. 4. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że w wewnętrznej powierzchni rury (2) ukształtowane są co najmniej trzy, skierowane wzdłuż osi rury, prowadnice szynowe (7).
5. 5. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że każda z obu oprawek (5,6) ma, uformowane w jej na zewnątrz zwróconej powierzchni czołowej i poprowadzone na jej powierzchni bocznej pierścieniowe, wgłębienie (9).
6. 6. Ochronnik według zastrz. 5, znamienny tym, że wgłębienie (9) pierwszej oprawki (5) mieści skierowany promieniowo do wewnątrz kołnierz (10) rury (2).
7. 7. Ochronnik według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że we wgłębieniu (9) znajduje się co najmniej jeden, poprowadzony wzdłuż osi rury, otwór przelotowy (11).
8. 8. Ochronnik według zastrz. 7, znamienny tym, że we wgłębieniu (9) drugiej oprawki (6) znajduje się, utworzony poprzez utwardzenie płynnego medium izolacyjnego, materiał izolacyjny, przy czym przeważająca część płynnego medium izolacyjnego wydostaje się przez otwory przelotowe (11) z wnętrza obudowy do wgłębienia (9).
9. 9. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że obie oprawki (5, 6) mają na swych skierowanych do wewnątrz powierzchniach czołowych występy stykowe (12), nasadzone na powierzchnię czołową elementu czynnego (8).
10. 10. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że osłona (3) przed wpływem czynników atmosferycznych ma co najmniej jeden, poprowadzony promieniowo, ekran (4).
11. 11. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że czołowe powierzchnie obudowy (1) z materiału izolacyjnego sązamknięte dwiema, wystającymi poza końce osłony (3), pokrywami (16,17).
12. 12. Ochronnik według zastrz. 11, znamienny tym, że jedna pokrywa (17) z obu pokryw jest za pomocą co najmniej jednego złącza (19) połączona z drugą oprawką (6).
13. 13. Ochronnik według zastrz. 12, znamienny tym, że złącze (19) jest utworzone poprzez zgrzewanie, zwłaszcza zgrzewanie ultradźwiękowe, lutowanie lub klejenie.
14. 14. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że jedna z obu czołowych powierzchni obudowy (1) z materiału izolacyjnego jest zamknięta częściąpokrywową(20), wbudowaną integralnie w osłonę (3) przed wpływem czynników atmosferycznych.
15. 15. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna z obu oprawek (5,6) jest dodatkowo zamocowana za pomocąkołków (21), wprowadzonych od zewnątrz przez rurę (2) z materiału izolacyjnego do co najmniej jednej oprawki (6).

    183 077