SI22033A - Prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove vnizkonapetostnih omrezjih - Google Patents

Abstract

Prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove po izumu na izviren nacin resuje probleme povezane s prenapetostmi, ki so posledica atmosferskih razelektritev in drugih vzrokov nizkonapetostnih omrezjih z uporabo energetskih varistorjev in drugih prenapetostno zascitnih elementov, v skupno ohisje, dimenzij do 6 TE, vkljucuje najmanj enega ali vec enoslojnih ali vecslojnih varistorskih prenapetostnih zascitnih elementov in plinskih odvodnikov, kiso dimenzionirani tako, da prenapetostni odvodnikpo izumu omogoca integracijo vseh treh razredov odvodnikov I+II+III po IEC in EN ali B+C+D po VDE venem ohisju, v napravo je vkljucena tudi zascita pred termicnim unicenjem zaradi pregrevanje varistorjev z vkljucevanjem zascitne folije in lokalno in daljinsko javljanje okvar zascitnih elementov. Na izviren nacin resuje tudi probleme povezane s prehodno upornostjo pri ozemljitvenih povezavah.

Description

PRENAPETOSTNI ODVODNIK ZA VISOKE ODVODNE TOKOVE V NIZKONAPETOSTNIH OMREŽJIH

Področje tehnike

Predmet izuma je prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove v nizko napetostnih omrežjih. Izum sodi po mednarodni patentni klasifikaciji v H02H9/00.

Izum se nanaša na prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove za ščitenje električnih in elektronskih naprav pred učinki udarnih tokov, ki nastajajo kot posledica udarov strele, pa tudi zaradi krakih stikov in prehodnih pojavov v nizko napetostih omrežjih. V nizkonapetostnih omrežjih se pogosto pojavlja pri izvajanju prenapetostne zaščite potreba, ki jo določa nivo učinkovitega izvajanja prenapetostne zaščite , da mora imeti prenapetostni odvodnik hkrati kar najnižjo preostalo napetost in istočasno sposobnost odvajanja visokih odvodnih tokov, kar je mogoče realizirati le z integracijo vseh razredov odvodnikov v eni napravi . S prenapetostim odvodnikom za visoke odvodne tokove po izumu dosežemo zaščito pred udari tokov, ki lahko dosegajo 100 kA, nizko preostalo napetost in zaščito pred časovno omejenimi prenapetostmi iz omrežja ( Temporary Overvoltage - TOV) izvedeno v splošnem v enem ohišju, ki ima dimenzije do 6 TE, prednostno z varistorskimi elementi.

Izvedbe, ki so na trgu tega sedaj ne omogočajo. Po stanju tehnike je opisana v patentu DE 19838776C2 rešitev z dvostopenjsko napravo, vključuje krmiljeno iskrišče. Prva stopnja naprave prevzema zaščito pred visokimi udarnimi tokovi, druga stopnja pa ščiti pred preostalimi prenapetostmi, ki jih prva ne prestreže. Obe stopnji sta funkcijsko ločeni. Opisana rešitev se naslanja na uporabo iskrišč, ki imajo znane težave s počasnostjo odziva in visoko preostalo napetostjo V prvi stopnji je v splošnem vgrajeno iskrišče, ki ima visoko preostalo napetost (nekaj kV), kar ne ustreza pogojem zaščite za priključene naprave, saj ščitimo običajno občutljive naprave z vgrajeno elektroniko in digitalnimi vezji. V drugi stopnjo je vključen na primer varistor. Obe stopnji sta povezani, preko povezave med stopnjama, druga krmili prvo. Iskrišča imajo niz slabosti, se prepogosto odpirajo in pritegnejo visoke kratkostične tokove iz omrežja proti zemlji, tudi z do 10x več specifične energije kot jo vsebuje največja strela. Firme nato dodajajo k vzbujevalnim iskriščem varistorje za zaščitne odvodnike razreda II z odvodno sposobnostjo od 2 do 4 kA za standardni impulz za direktni udar strele (10/350 mikrosekund) po polu, da bi se doseglo hiter odziv, na nizke udare tako, da iskrišča delujejo šele pri višjem impulznem toku in je samougasnitev ionizacije pri prehodu faze skozi ničlo, s široko razprtimi elektrodami iskrišč, lažja.V primeru koordinacijske tuljave med odvodnikom za prenapetostni odvodnik z iskriščem zaščitnega razreda I in varistorski prenapetostni odvodnik razreda II, je možno,da se tuljava , ki omogoči s svojo prenapetostjo, ki nastane ob impulzu strele, hitro odpiranje iskrišča, napolni z visoko energijo in nato v naslednjem trenutku impulzno izprazni preko varistorja ter ga uniči.

V omenjenem patentu predlagana rešitev je manj racionalna, saj v primerjavi z rešitvijo po izumu zanjo potrebujemo dva ločeni stopnji. Povezava med stopnjam pa je tehnično občutljiva in izpostavljena možnim okvaram.

Opisani problem rešujejo nekateri proizvajalci tudi z večjim številom ločenih modulov, ki jih je mogoče prilagoditi izvedbam prenapetostne zaščite v nizkonapetostnih omrežjih tako, da je vsak prenapetostni element v svojem ohišju ki ima ločene priključne sponke in da je mogoče zgraditi prenapetostni zaščitni sistem iz več modulov, ki so med seboj povezani, kar je opisano v patentu DE 4236584 A1. Slabost rešitev v primerjavi s prenapetostim odvodnikom po izumu je ekstenzivnost izvedbe, saj potrebujemo za izgradnjo posameznega prenapetostnega zaščitnega sistema večje število modulov, mnogo več dela s povezavami, ki prinašajo tudi večjo verjetnost, da pride do napak v izvedbi. Prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove v nizko napetostnih omrežjih po izumu rešuje probleme visokih odvodnih tokov, ki so značilni za direktne udare strele in zagotavlja relativno nizko preostalo napetost in hitre odzivne čase z možnostjo vgradnje v že omenjeno enotno ohišje. Zaradi znanih slabosti iskrišč, prenapetostni odvodnik po izumu v splošnem vključuje energetske varistorske elemente. Že omenjeni osnovni energetski varistorski element je predmet nove tehnike izdelave varistorjev z diagonalo na primer 40 mm za nizko napetostne odvodnike do 1000V AC za energetiko, ki ima visoko sposobnost tokovnega impulznega odvoda, saj dosega na primer l_imp večji od 12,5 kA pri obliki standardnega impulza za direktni udar strele ( 10/350 mikrosekund) z U_res pod 1000 V, l_max večji od 90 -100 kA pri obliki standardnega tokovnega impulza (8/20 mikrosekund) z U_res pod 2500V za uvrstitev v odvodnike razreda II ( B po VDE ) in večje od 50 kA za standardni tokovni impulz ( 8/20 mikrosekund) z U_res pod 1500 V za razred ill po IEC ali C in D po VDE., pri U_n na primer 320 V. Zato zajema tak varistor vgrajen v enem prenapetostnem odvodniku po izumu lahko vse tri razrede odvodnikov l+ll+lll po IEC in EN ali B+C+D po VDE . Prenapetostni odvodnik po izumu izveden z omenjenimi varistorji deluje z nizko preostalo napetostjo U_res in veliko odvodno sposobnostjo za I ,Q in specifično energijo in lahko je lahko izveden kot integracija odvodnikov razredov I razreda II in razreda III v en sam proizvod , ki pokrije vse tri razrede prenapetostne zaščite hkrati. Tako se dimenzije prenapetostnega odvodnika ob vhodu v stavbo zmanjšajo na 1/3 ali še manj glede na stanje tehnike, močno pa se poenostavi planiranje zaščite in montaže.

Zaščitni elementi vgrajeni v prenapetostni odvodnik po izumu imajo omejeno življenjsko dobo. Na primer varistorji se starajo z vsakim tokovnim udarom . Pri tem se preostala napetost spreminja, varistor pa se segreva. Uničenje lahko povzroči tudi tokovni udar strele in previsoke napetosti iz omrežja. Najbolj očiten znak za defekt na zaščitnih elementih je pregrevanje elementa. Za primere izpada zaščitnih elementov vključenih v prenapetostni odvodnik po izumu ima le ta vgrajeno signalizacijo napak na zaščitnih elementih, ki deluje v primerih, ko pride do pregrevanja varistorjev in s tem do pregrevanja spajke na vzmetno odklopnem kontaktu, ki se sproži in povzroči lokalno in daljinsko signalizacijo napake. Zaščitne elemente vgrajene v prenapetostni odvodnik po izumu prednostno varistorje prekrijemo s toplotno folijo, ki ima dvojno funkcijo in sicer, da v primeru, da pride do intenzivnega pregrevanja zaščitnega elementa prednostno varistorja , toplota ne preide na ohišje prenapetostnega odvodnika in omenjeno ohišje uniči ali da v primeru normalnega segrevanja zaščitnega elementa prednostno varistorja, nastala toplota služi za pospeševanje spremembe stanja zaščitnega elementa prednostno varistorja.

Prenapetostni odvodnik po izumu ima ozemljitvene sponke izvedene v enem kosu, nadalje so ozemljitvene sponke združene z ozemljitveno letvijo v eno celoto, ki daje mehanski konstrukciji trdnost in odpravlja probleme prehodnih upornosti.

Kratek opis slik

Izum je opisan in prikazan v konkretni izvedbi na naslednjih risbah, kjer bodo še bolj jasno razložene prednosti izuma.

Slika 1a Prostorski prikaz prenapetostnega odvodnika po izumu brez ohišja Slika 1b Prostorski prikaz prenapetostnega odvodnika po izumu brez ohišja iz drugega zornega kota

Slika 2 Prikaz primerov električnih povezav prenapetostnega odvodnika po izumu v nizkonapetostnih omrežjih TNC, TNS, TT

Slika 3a Prikaz izvedbe prenapetostnega odvodnika po izumu

Slika 3b Prikaz odklopnega mehanizma za signalizacijo napak

Slika 4 Pokrov prenapetostnega odvodnika z vgrajenim odklopnim mehanizmom Slika 5 Nosilec ozemljitvenih sponk integriran z ozemljitveno letvijo

Na Slikah 1a in 1b je prikazan omenjeni prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove po izumu, brez ohišja, iz dveh zornih kotov, ki vključuje enega ali več varistorjev 10, razvrščene paralelno in v taki poziciji, da je razdalja med priključnimi sponkami posameznega varistorja 44 in ozemljitvenim kontaktom omenjenega varistorja 48, najkrajša, temperaturno odporno folijo 40, s katero prekrijemo vgrajene varistorje, v ravno linijo razvrščene priključne sponke varistorjev 12, vzmetno odklopne kontakte 14, ki imajo izdelan odklopni mehanizem za preprečitev uničenja zaščitnega elementa , ki vključuje vdelane utore v katere vstavimo priključne sponke varistorja 44, ob stičnih mestih obojestransko prispajkane na omenjene priključne sponke varistorja 44 s temperaturno občutljivo spajko 50, visoko zmogljivi plinski odvodnik 16, skupno ozemljitveno letev 18.

Po izumu že omenjeni odklopni mehanizem za preprečitev uničenja zaščitnega elementa deluje kot sledi: ko pride do preobremenitev in posledično do pregrevanja varistorja 10, se pri vnaprej določeni temperaturi spajka 50 obojestransko stali in vzmetno odklopni kontakt 14 se sproži in električno loči varistor 10 iz tokokroga in prepreči nadaljnje segrevanje varistorja.

Slika 2 prikazuje primere uporabe prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove po izumu v splošnih trifaznih nizko napetostnih omrežjih .

Na sliki 3a je prikazana sestava prenapetostnega odvodnika za visoke odvodne tokove 20 po izumu, ki vključuje varistor 10, vgrajen v podnožje 22, vzmetno odklopni kontakt 14, temperaturno odporno folijo 40, pokrov prenapetostnega odvodnika 46, nosilec priključne sponke 12, impulzni preklopnik preko katerega izvedemo daljinsko signalizacijo.

Slika 3b prikazuje podrobno sestavo odklopnega mehanizma 36, ki vključuje vzmet 26, ki je običajno v napetem stanju in je priključena na pomični odklopnik 32 z vzmetnim mostom 28, ki je v splošnem signalno obarvan, signalno okence 42, vidno z zunanje strani omenjenega prenapetostnega odvodnika, nosilno ploščico 34. Odklopni mehanizem 36 po izumu, ki sproži lokalno in daljinsko signalizacijo napake deluje na naslednji način:

Pri pregrevanju varistorja 10, se sproži vzmetno odklopni kontakt 14 in sunkovito premakne pomični odklopnik 32 v skrajno lego tako, da že omenjeni pomični odklopnik 32 prekrije signalno okence 42 in zagotovi lokalno signalizacijo napake zaščitnega elementa vgrajenega v prenapetostni odvodnik, istočasno odmik pomičnega odklopnika 32 sproži tudi impulzni preklopnik 30, ki zagotovi daljinsko javljanje nastale napake.

Slika 4 vidimo sestavo pokrova prenapetostnega odvodnika za visoke odvodne tokove po izumu 46, ki služi kot fizična zaščita omenjenih zaščitnih elementov pred mehanskimi in atmosferskimi poškodbami in nosi že omenjeni odklopni mehanizma 36, impulzni preklopnik za daljinsko signalizacijo 30, ki javlja okvare v prenapetostni odvodnik vgrajenih zaščitnih elementov.

Na Sliki 5 je prikazan nosilec ozemljitvene sponke 12, ki vključuje vijak 28 , ki je izveden tako, da je spodnji del nosilca oblikovan kot ozemljitvena letev na katero prednostno spajkamo ozemljitvene kontakte varistorja 48.

Claims (7)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove v nizkonapetostnih omrežjih, ki vključuje priklope na napajalne vode in zaščitni vodnik, enega ali več prenapetostno zaščitnih elementov, indikacijo okvar omenjenih prenapetostno zaščitnih elementov, za zaščito pred udarom strele označen s tem, da vključuje v skupnem ohišju, dimenzij do 6 TE, najmanj enega ali več enoslojnih ali večslojnih varistorskih prenapetostnih zaščitnih elementov in plinskih odvodnikov, ki so dimenzionirani tako, da prenapetostni odvodnik po izumu omogoča integracijo vseh treh razredov odvodnikov l+ll+lll po IEC in EN ali B+C+D po VDE .
2. 2. Prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove v nizkonapetostnih omrežjih, označen s tem, da je vključen kot prenapetostni zaščitni element večplastni energetski varistor, ki zdrži nad 100 kA standardnega impulza za direktni udar strele (10/350 mikrosekund) ali primerljivega
3. 3. Prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove v nizkonapetostnih omrežjih po zahtevku 1, označen s tem, da so ozemljitvene povezave izvedene tako, da omogočajo skupno povezavo ozemljitvenih točk prenapetostnih zaščitnih elementov v splošnem brez prehodnih upornosti.
4. 4. Prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove v nizkonapetostnih omrežjih po zahtevku 1, označen s tem, da je nosilec priključne sponke integriran z ozemljitveno letvijo v del.
5. 5. Prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove v nizkonapetostnih omrežjih po zahtevku 1, označen s tem, da je indikator napake vsebuje vzmet (26), ki je običajno v napetem stanju in je priključena na pomični odklopnik (32) z vzmetnim mostom (28), ki je v splošnem signalno obarvan, signalno okence (42), vidno z zunanje strani omenjenega prenapetostnega odvodnika in nosilno ploščico (34).
6. 6. Prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove v nizkonapetostnih omrežjih po zahtevku 1, označen s tem, da so varistorski zaščitni elementi vgrajeni tako, da so njihove vhodne sponke v najmanjši možni razdalji do njihovega ozemljitvenega kontakta.
7. 7. Prenapetostni odvodnik za visoke odvodne tokove v nizkonapetostnih omrežjih, označen s tem, da so prenapetostno zaščitni varistorski elementi prekriti s toplotno folijo.