PL223696B1 - Ogranicznik przepięć - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ogranicznik przepięć służący do ochrony przeciw przepięciowej i odgromowej układów przesyłowych, w tym do zmniejszania fali przepięciowej do wymaganego poziomu, bezpiecznego odprowadzania prądu tej fali do ziemi i zamknięcia drogi dla prądu następczego po jej zaniku.

Znany jest z europejskiego opisu patentowego EP 2001018110397 ogranicznik napięcia do skutecznego ograniczania krótkotrwałych lub długotrwałych przepięć, posiadający wary stor i tor rozładowania, który może być połączony równolegle z warystorem. Tor rozładowania zawiera punkt przełączania, korzystnie w postaci przełącznika półprzewodnikowego i może być obciążony nieprzerwanym prądem oraz może być zamykany powyżej wartości granicznej sygnału zależnego od zmiennej roboczej warystora.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 171837 ochronnik przepięciowy z dwiema wzajemnie zamocowanymi oprawami przyłączeniowymi z co najmniej jedną zamocowaną pomiędzy tymi oprawami elektrodą z materiału warystorowego, w którym do zamocowania tych opraw są umieszczone co najmniej dwa izolujące elementy mocujące usytuowane symetrycznie obok co najmniej jednej elektrody i w którym co najmniej dwa elementy mocujące, co najmniej jedna elektroda i częściowo oprawy przyłączeniowe są zalane w jeden monolityczny blok izolującym materiałem z tworzywa sztucznego. Istota rozwiązania według tego wynalazku polega na tym, że elementy moc ujące do wzajemnego połączenia obu opraw przyłączeniowych stanowią nieco rozciągliwe listwy z tworzywa sztucznego, które swoimi końcami osadzone są w dopasowanych do nich osiowych wybraniach, wykonanych w każdej z obu opraw przyłączeniowych i są one z tymi oprawami nieruchomo połączone, przy czym do utworzenia niezawodnych miejsc przepływu prądu między obu oprawami przyłączeniowymi i co najmniej jedną elektrodą w oprawę przyłączeniową wkręcona jest śruba dociskowa. Poza tym w każdym miejscu przepływu prądu, między co najmniej jedną elektrodą i obu oprawami przyłączeniowymi jak również między sąsiadującymi ze sobą elektrodami jest umieszczona m etalowa tarcza rowkowa z kołowymi rowkami umożliwiająca przepływ prądu, przy czym tarcze te mają zarys zewnętrzny dopasowany do stykających się z nim i elektrod.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 172988 ogranicznik przepięć z dwiema oddalonymi od siebie wzdłuż osi końcówkami przyłączeniowymi, co najmniej jednym umieszczonym pomiędzy nimi cylindrycznym elementem warystorowym, urządzeniem z materiału izolacyjnego dociskającym te końcówki i co najmniej jeden element warystorowy wytwarzający siłę stykową z eleme ntami dociskającymi, które są osadzone na równomiernie rozmieszczonych wokół osi w kierunku obwodowym powierzchniach przylegania końcówek przyłączeniowych oraz z obudową odlaną z materiału izolacyjnego, częściowo osłaniającą wspomniane końcówki przyłączeniowe, co najmniej jeden element warystorowy i urządzenie dociskające. Istota tego ochronnika polega na tym, że urządzenie dociskające posiada śrubę dociskową i jako elementy dociskające co najmniej dwie działające niezależnie od siebie na obie końcówki przyłączeniowe pętle z dwoma końcami, przy czym pętle te są umieszczone w pewnym odstępie w stosunku do co najmniej jednego elementu warystorowego, a ponadto każda powierzchnia przylegania pierwszej końcówki przyłączeniowej zbiega się z powierzchnią przylegania drugiej z tych końcówek w kierunku osi, zaś na zbiegających się ich powierzchniach przylegania osadzone są oba końce tych pętli.

Z kolei znany z polskiego zgłoszenia patentowego nr 183048 ochronnik przepięciowy również z dwiema oddalonymi od siebie wzdłuż osi oprawami przyłączeniowymi oraz z co najmniej jednym umieszczonym pomiędzy tymi oprawami cylindrycznym i połączonym z nimi elementem warystorowym i z co najmniej jednym elementem warystorowym wytwarzającym siłę styku, elementem zaciskowym z pętlą z materiału izolacyjnego oraz z odlewaną obudową z materiału izolacyjnego, otaczającą częściowo wspomniane oprawy przyłączeniowe oraz co najmniej jeden element warystorowy i element zaciskowy. Ochronnik ten charakteryzuje się tym, że w każdej z obu opraw przyłączeniowych uform owane jest jedno wybranie z usytuowanym poprzecznie do osi głównej szczelinowo ukształtowanym odcinkiem, który rozciąga się od zewnętrznych powierzchni tych opraw aż poza oś główną, przy czym pętla taśmowa swymi końcami wprowadzona jest poza tę oś w szczelinowe odcinki obu opraw przyłączeniowych i przylega swymi końcami do ograniczającej dany szczelinowy o dcinek jego powierzchni o profilu kołowym. Poza tym w co najmniej jednej z tych opraw przyłączeniowych wykonane jest szczelinowe wybranie, w którym umieszczony jest co najmniej jeden wytwarzający siłę styku element sprężynowy i/lub płytki dociskowe.

PL 223 696 B1

Znany jest także z europejskiego opisu patentowego EP A1 0545038 ochronnik przepięciowy posiadający dwie końcówki, połączone ze sobą dwiema lekko sprężynującymi w kierunku osiowym listwami z tworzywa sztucznego, które prowadzone są w tych końcówkach na zasadzie połączenia kształtowego. Poza tym ochronnik ten zawiera cylindryczne ułożone w stos elementy warystorowe, przy czym między stosem i każdą z tych końcówek przyłączeniowych umieszczona jest płytka dysta nsowa, która za pomocą wkręconego w jedną końcówkę gwintowanego trzpienia jest dociskana do stosu, zaś końcówki te oddzielają ten stos od elementów warystorowych, natomiast pomiędzy elementami warystorowymi oraz pomiędzy tymi elementami i przewodzącymi prąd elektryczny płytkami dystansowymi umieszczone są rowkowe tarcze polepszające styk, zaś cały ten układ zalany jest materiałem izolacyjnym.

Z kolei znany z europejskiego opisu patentowego EP 0281945 ochronnik przepięciowy posiada dwie oprawy zamocowane wzajemnie względem siebie za pomocą drążka izolacyjnego przechodzącego przez środek cylindrycznych elementów warystorowych ułożonych w stos, przy czym układ tych elementów oblany jest materiałem izolacyjnym, który wprowadzony jest także w obszar wokół drążka izolacyjnego umieszczonego wewnątrz tego stosu.

Znane dotychczas konstrukcje ochronników przepięciowych wymagają stosowania skomplikowanych i kosztownych technologii związanych zarówno z wykonawstwem ich poszczególnych elementów jak i złożonych z nich końcowych zespołów. Poza tym w znanych rozwiązaniach ochronników przepięciowych, w których zastosowano tarcze z koncentrycznie usytuowanymi na ich powierzchniach rowkami pierścieniowymi o zmniejszających się średnicach w kierunku ich osi, przylegające do płyty dociskowej oraz do elektrod warystorowych stwarzają możliwość wnikania materiału izolacyjnego do co najmniej pod trzy pierwsze rowki ograniczając tym samym powierzchnię styku z tą płytą i elektrodami. Konstrukcja tych tarcz tym samym powoduje brak powtarzalności zastosowania odpowiedniej siły nacisku na zewnętrzną powierzchnię płytki elementu przejściowego utrudniając prawidłowy przepływ prądu we wszystkich strefach przewodzenia przez ten ogranicznik.

Celem wynalazku jest opracowanie prostej i zwartej konstrukcji ochronnika przepięciowego eliminującej przytoczone wyżej wady i niedogodności znanych dotychczas tego typu ochronników.

Ogranicznik przepięć według wynalazku charakteryzuje się tym, że jego zestaw elementów aktywnych umieszczony jest w tulei izolacyjnej, której oba końce połączone są nierozłącznie z górnymi i dolnymi końcami górnego i dolnego metalowego elementu przyłączeniowego, osadzonymi ciasno również w tej tulei oraz z końcami płaszcza zewnętrznego, przy czym przylegające ściśle do ceramicznego elementu warystorowego lub elementów warystorowych oraz do pozostałych elementów aktywnych, kołowe metalowe korzystnie aluminiowe elementy płytkowe mają na swych obu powierzchniach wykonane kanałki o zarysie ślimakowym oraz asymetrycznie usytuowany otwór przelotowy, które wypełnione są tworzywem sztucznym, tworząc boczne wewnętrzne odsądzenia monolitycznego płaszcza zewnętrznego wykonanego korzystnie z kauczuku silikonowego z domieszką tworzywa gumowego. Poza tym, w osiowym korzystnie dwustopniowym kołowym otworze górnego elementu przyłączeniowego osadzony jest walcowy metalowy element dociskowy, do którego ściśle przylegają usytuowane poprzecznie w tym elemencie kołki dociskowe wkręcone w nagwintowane w swych końcach otwory tego elementu przyłączeniowego, uniemożliwiając tym samym zmianę położenia elementu dociskowego w osiowym otworze górnego elementu przyłączeniowego. Korzystnie usytuowane poprzecznie kołki dociskające walcowy element dociskowy zablokowane są wewnętrznymi odsadzeniami płaszcza zewnętrznego, wypełniającego otwory poprzeczne górnego końca tulei izolacyjnej i dolnej części górnego elementu przyłączeniowego. Korzystnie dolna walcowa część górnego metalowego elementu przyłączeniowego oraz górna walcowa część dolnego metalowego elementu przyłączeniowego o mniejszych ich średnicach osadzone są ciasno odpowiednio w górnym i dolnym końcu otworu kołowego tulei izolacyjnej.

Korzystnie na dolnym końcu metalowego elementu dociskowego osadzony jest metalowy element pierścieniowy, przylegający również ściśle do górnego metalowego elementu walcowego, stanowiącego jeden z aktywnych elementów tego zestawu, zwiększając tym samym powierzchnie styku obu tych elementów. Tuleja izolacyjna ogranicznika przepięć posiada korzystnie cztery równomiernie rozmieszczone na jej obwodzie pionowo usytuowane otwory szczelinowe wypełnione całkowicie tworzywem płaszcza zewnętrznego, tworzącym wewnętrzne boczne odsądzenia tego płaszcza.

Prosta i zwarta konstrukcja ogranicznika przepięć według wynalazku tworząca monolityczny, nierozłączny produkt pozwala na znacznie uproszczony jego montaż bez konieczności stosowania do tego celu specjalistycznego oprzyrządowania. Przy składaniu zespołu elementów aktywnych tego

PL 223 696 B1 ogranicznika, stosuje się tylko jeden przyrząd o prostej konstrukcji do mocowania w nim dolnego m etalowego elementu przyłączeniowego, gdyż izolacyjny element tulejowy mieszczący w sobie te elementy i stanowiący konstrukcję wewnętrzną ogranicznika spełnia także rolę centrowania ceramiczn ego lub ceramicznych elementów warystorowych, kołowych elementów płytkowych i walcowych oraz do obu elementów przyłączeniowych. To współosiowe, wycentrowane połączenie ze sobą wszystkich elementów aktywnych zapewnia ich montaż w jednym przyrządzie, stanowiąc w efekcie kompletną zwartą konstrukcję wewnętrzną ogranicznika przepięć przeznaczoną do zalania jej izolującym tworz ywem sztucznym, zapewniając, że finalny produkt stanowiący ogranicznik przepięć posiada dużą wytrzymałość mechaniczną zarówno na wyboczenie jak i skręcanie. Zaletą jest także to, że wykonanie w izolacyjnym elemencie tulejowym przelotowych podłużnie usytuowanych otworów o profilu fasolowym pozwoliło na ich całkowite wypełnienie tworzywem w trakcie zalewania nim wcześniej zamont owanego zestawu elementów aktywnych oraz na wnikanie tego tworzywa w niewspółosiowe kanałki o zarysie ślimakowym aluminiowych, kołowych elementów płytkowych usuwając przy tym powietrze oraz na gromadzenie nadmiaru tego tworzywa w kołowych niewspółosiowych otworach wykonanych w tych elementach. Kontrolowane wnikanie materiału izolacyjnego z tworzywa sztucznego w ślimak owe kanałki elementów płytkowych pozwoliło na zapewnienie stałego styku górnych powierzchni tych elementów, nie dopuszczając do zmniejszenia się ich czynnej powierzchni styku, zapewniając powtarzalny ich styk z przylegającymi do nich elementami aktywnymi we wszystkich strefach przewodzenia prądu przez ogranicznik przepięć według wynalazku. Do dodatkowych zalet tego ogranicznika przepięć można zaliczyć także to, że zastosowanie w nim izolacyjnego elementu tulejowego zapewnia wymaganą wytrzymałość mechaniczną całego ogranicznika, w tym na wyboczenie i skręcanie, jak również skutecznie zapewnia centrowanie wszystkich jego elementów aktywnych umieszczonych w tej tulei w czasie ich montażu, eliminując przy tym możliwość powstania otwartych szczelin, które w czasie zalewania tworzywem płaszcza zewnętrznego mogłoby być zalane ograniczając lub uniemożliwiając przepływ prądu elektrycznego. Z kolei odpowiednią siłę nacisku na wszystkie elementy aktywne umieszczone w izolacyjnej tulei zapewnia aluminiowy walcowy element dociskowy, uprzednio wciskany za pomocą przyrządu z zadaną siłą nacisku, wprowadzonego poprzez nagwintowany częściowo otwór górnego metalowego elementu przyłączeniowego oraz zablokowanie tego elementu docisk owego z tak zadaną mu siłą docisku przez boczne stalowe kołki dociskowe, których końce stożkowe wciśnięte są w powierzchnię walcową tego elementu, uniemożliwiając tym samym zmianę jego położenia w osiowym otworze górnego elementu przyłączeniowego.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach jego wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia ogranicznik przepięć z jednym elementem warystorowym w przekroju osiowym, fig. 2 - ten sam ogranicznik w pół widoku - pół przekroju osiowym, fig. 3 - zestaw elementów czynnych tworzących konstrukcję wewnętrzną tego samego ogranicznika przepięć w stanie rozłożonym w widoku perspektywicznym, fig. 4 - tuleję izolacyjną tego zestawu w przekroju wzdłuż linii A-A, na fig. 3, fig. 5 - kołowy element płytkowy z kanałkiem ślimakowym na obu jego powierzchniach tego zestawu w widoku z góry, fig. 6 - ten sam element płytkowy w przekroju pionowym wzdłuż linii B-B, a fig. 7 - szczegół połączenia górnego elementu połączeniowego z izolacyjnym elementem rurowym przed jego zalaniem tworzywem izolacyjnym płaszcza zewnętrznego w pól przekroju osiowym.

Ogranicznik przepięć według wynalazku z jednym elementem warystorowym przedstawiony na rysunkach fig. 1-7 stanowi zestaw elementów aktywnych (1) oraz połączony z nimi bezpośrednio i spoczynkowo płaszcz zewnętrzny (2) wykonany z materiału izolacyjnego, na przykład z k auczuku lub mieszanki kauczuku silikonowego z gumą, przy czym zestaw elementów aktywnych (1) tego ogranic znika składa się z tulei (3) wykonanej z izolacyjnego tworzywa sztucznego oraz z osadzonego w niej górnego metalowego elementu przyłączeniowego (4) i dolnego metalowego elementu przyłączeniowego (5) oraz z umieszczonych pomiędzy obu metalowymi elementami przyłączeniowymi (4 i 5) i wewnątrz tulei (3) dalszych elementów aktywnych, ściśle przylegających do siebie, które stanowią: kołowy element płytkowy (6) wykonany z aluminium posiadający na swych obu powierzchniach (7 i 8) kanałki (9) o zarysie ślimakowym oraz asymetrycznie usytuowany przelotowy otwór kołowy (10), prz ylegający ściśle z dolną jego powierzchnią (7) do górnej powierzchni (11) dolnego elementu przyłączeniowego (5), a do górnej powierzchni (8) elementu płytkowego (6) przylega ściśle niski metalowy el ement walcowy (12), do którego górnej powierzchni (13) przylega ściśle drugi analogiczny kołowy element płytkowy (6), a do jego górnej powierzchni (8) przylega ściśle walcowy ceramiczny element warystorowy (14), wykonany z ZnO, do którego górnej powierzchni (15) przylega również ściśle trzeci analogiczny kołowy element płytkowy (6), do którego górnej powierzchni (8) przylega ściśle drugi niski

PL 223 696 B1 metalowy element walcowy (12), którego górna kołowa powierzchnia (16) przylega ściśle do metalowego elementu pierścieniowego (17) osadzonego na występie (18) walcowego metalowego elementu dociskowego (19) osadzonego w dwustopniowym osiowym otworze (20) górnego elementu dociskowego (4), przy czym otwór ten posiada nagwintowany górny jego koniec. Zarówno dolna walcowa część (21) jak i górna walcowa część (22) górnego i dolnego elementu dociskowego (4 i 5) jak i oba końce tulei izolacyjnej (3) posiadają po cztery otwory (23) poprzecznie usytuowane i równomiernie rozmieszczone na ich obwodach. W otworach (23) osadzone są kołki tulejkowe (24), łączące ze sobą tuleję (3) z obu elementami dociskowymi (4 i 5), w tym także z użyciem specjalnego kleju, przy czym otwory (23) wykonane w górnym elemencie dociskowym (4) na swych końcach (25) są nagwintowane, w które wkręcone są stalowe kołki dociskające (26), których stożkowe zakończenia wciśnięte są w walcową powierzchnię aluminiowego elementu dociskowego (19), osadzonego w dolnej części dwustopniowego osiowego otworu (20) górnego elementu przyłączeniowego (4), uniemożliwiając tym samym zmianę położenia elementu dociskowego (19) w tym otworze i zapewniając trwały osiowy docisk do siebie wszystkich elementów aktywnych zestawu (1) w tulei (3), ustalone za pomocą specjalnego przyrządu nie pokazanego na rysunku w czasie montażu tego zestawu wprowadzanego poprzez wspomniany otwór (20). Ponadto tuleja izolacyjna (3) na swej powierzchni posiada cztery ró wnomiernie rozmieszczone na jej obwodzie otwory przelotowe (27) o profilu fasolowym, usytuowane równolegle do jej osi głównej, umożliwiające wraz z kołkami tulejowymi (24) oraz kanałkami ślimak owymi (9) na kołowych płytkowych elementach (6) bezpośrednie i trwałe połączenie tulei izolacyjnej (3) i częściowo obu elementów połączeniowych (4) i (5) z płaszczem zewnętrznym (2) tego ogranicznika przepięć w czasie jego wykonywania metodą odlewania w formie odlewniczej. Wykonany tą metoda izolacyjny płaszcz zewnętrzny (2) ma kształt zbliżony do tulei z wewnętrznymi odsadzeniami (28, 29, 30) i (31) nie pokazanym na rysunku, wypełniającymi odpowiednio otwory w kołkach tulejk owych (24), przestrzeń utworzona pomiędzy dolnym czołem górnego elementu przyłączeniowego (4), dolnym końcem elementu dociskowego (19), osadzonym na nim elementem pierścieniowym (17) i górną powierzchnię (16) elementu walcowego (12), cztery otwory fasolowe (27) oraz w kanałkach (9) ślimakowych i otworach (10) kołowych elementów płytkowych (6) przysłoniętych z obu stron przylegającymi do nich odpowiednio elementami (5) i (12), (12) i (14), (14) i (12) oraz zewnętrznymi obwod owymi kloszami (31), usytuowanymi kaskadowo względem siebie na zewnętrznej powierzchni tego płaszcza. Przed zalaniem w formie odlewniczej zewnętrznego płaszcza (2) podczas montażu w tulei izolacyjnej (3) dalszych elementów aktywnych do otworu (20) górnego elementu przyłączeniowego (4) wprowadza się specjalny przyrząd z końcówką dociskową oddziaływującą na element dociskowy (19), celem ustalenia odpowiedniej siły docisku tego elementu na wszystkie elementy aktywne umieszczone w tulei (3), zapewniającej trwały docisk do siebie tą siłą elementów aktywnych, po czym dokonuje się blokowania poprzecznego elementu dociskowego (19) za pomocą nagwintowanych kołków (26) wkręcanych w otwory (25) górnego elementu połączeniowego (4), powodując wciśnięcie się części stożkowych tych kołków w powierzchnię walcową elementu dociskowego (19).

W dalszych przykładach wykonania ogranicznika przepięć według wynalazku nie pokazanych na rysunkach, jego zestaw elementów aktywnych (1) zawiera dwa elementy rezystorowe (14), z których każdy spoczywa na kołowym elemencie płytkowym (6) z kanałkami (9) o zarysie ślimakowym, a do górnych powierzchni tych elementów warystorowych przylegają analogiczne kołowe elementy płytkowe (6). W kolejnym przykładzie wykonania ogranicznika przepięć według wynalazku nie pok azany na rysunku walcowy element dociskowy (19) posiada obwodowy kanałek, w którym umieszczone są płaskie końce nagwintowanych kołków (26) wkręconych w otwory (25) górnego elementu przyłączeniowego (4), powodujące poprzeczne blokowanie tego elementu dociskowego.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ogranicznik przepięć posiadający płaszcz zewnętrzny wykonany z tworzywa izolacyjnego, wewnątrz którego umieszczony jest zestaw elementów aktywnych przewodzących prąd elektryczny, połączonych z górnym i dolnym elementem przyłączeniowym, przy czym elementy aktywne stanowi co najmniej jedna elektroda z materiału warystorowego, aluminiowe tarcze rowkowane o kształcie dopasowanym do elektrod oraz płytki metalowe, przy czym elementy te ściśle przylegają do siebie znamienny tym, że zestaw elementów aktywnych umieszczony jest w tulei izolacyjnej (3), której oba końce połączone są nierozłącznie z górnymi i dolnymi końcami metalowych elementów przyłączenio6

   PL 223 696 B1 wych (4 i 5) oraz płaszcza zewnętrznego (2), przy czym przylegające ściśle do ceramicznego eleme ntu warystorowego lub elementów warystorowych (14) oraz do pozostałych elementów aktywnych (5, 12 i 17) kołowe metalowe, korzystnie aluminiowe elementy płytkowe (6) mają na swych obu powierzchniach wykonane kanałki (9) o zarysie ślimakowym oraz asymetrycznie usytuowany otwór (10), które wypełnione są tworzywem sztucznym tworząc boczne wewnętrzne odsądzenia (31) monolityc znego płaszcza zewnętrznego (2), natomiast w osiowym korzystnie dwustopniowym kołowym otworze (20) górnego elementu przyłączeniowego (4) osadzony jest walcowy metalowy element dociskowy (19), do którego ściśle przylegają usytuowane poprzecznie w tym elemencie kołki dociskowe (26) wkręcone w otwory (25) tego elementu przyłączeniowego, uniemożliwiając zmianę położenia elementu dociskowego (19) w otworze (20).
2. 2. Ogranicznik przepięć według zastrz. 1, znamienny tym, że poprzecznie usytuowane kołki dociskowe (26) zablokowane są wewnętrznymi odsadzeniami (28) płaszcza zewnętrznego (2) wypełniającymi poprzeczne otwory (23) górnego końca tulei izolacyjnej (3) i dolnej części górnego elementu przyłączeniowego (4).
3. 3. Ogranicznik przepięć według zastrz. 1, albo 2 znamienny tym, że dolna walcowa część (21) górnego metalowego elementu przyłączeniowego (4) oraz górna walcowa część (22) dolnego metalowego elementu przyłączeniowego (5) o mniejszych ich średnicach osadzone są ciasno w otworze kołowym tulei izolacyjnej (3).
4. 4. Ogranicznik przepięć według zastrz. 1, znamienny tym, że na dolnym końcu metalowego elementu dociskowego (19) osadzony jest metalowy element pierścieniowy (17).
5. 5. Ogranicznik przepięć według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja izolacyjna (3) posiada korzystnie cztery równomiernie rozmieszczone na jej obwodzie pionowo usytuowane otwory szczelinowe (27) wypełnione całkowicie tworzywem płaszcza zewnętrznego (2), tworzącym wewnętrzne boczne odsądzenia (30) tego płaszcza.