SI24215A - Varovalka z vsaj enim talilnim elementom in zmožnostjo prisilne prekinitve skoznjo potekajočega električnega tokokroga ter s tovrstno varovalko opremljen električni tokokrog - Google Patents

Abstract

Z namenom, da bi bilo možno električni tokokrog (C') iz različnih razlogov prisilno prekiniti tudi kadarkoli pred pojavom nadtoka, predlagana varovalka (1) z vsaj enim talilnim elementom (2), obsegajoča telo (10) iz električno izolacijskega materiala, s katerim je obdan vsakokrat razpoložljiv in nazivni vrednosti (I) električnega toka prirejen talilni element (2), ki je električno povezan z vsakokrat razpoložljivima električnima kontaktoma (11, 12), ki sta razporejena na zunanji površini omenjenega telesa(10) varovalke (1) in preko katerih je varovalka (1) električno povezljiva v vsakokrat razpoložljiv primarni električni tokokrog (C'), ki je s pomočjo varovalke (1) zaščiten proti nadtoku, po izumu pa tovrstna varovalka (1) obsega od električne napetosti odvisen upor (3), namreč varistor, katerega upornost je obratno sorazmerna z napetostjo, kateri je izpostavljen, pri čemer je omenjen upor (3) razporejen neposredno ob vsakokratnem talilnem elementu (2) in torej v toplotno-prevodnem stiku z omenjenimtalilnim elementom (2), in pri čemer je omenjeni upor (3) električno povezan v sekundarni električni tokokrog (C") z vsaj enim stikalom (4), ki ga je možno po potrebi aktivirati neodvisno od razmer v primarnem tokokrogu (C').

Description

Razvojni center ENEM novi materiali d.o.o.

MPK⁸:

H 01 H 85/00 H 01 C 07/02

Varovalka z vsaj enim talilnim elementom in zmožnostjo prisilne prekinitve skoznjo potekajočega električnega tokokroga ter s tovrstno varovalko opremljen električni tokokrog

Izum se nanaša na varovalko z vsaj enim talilnim elementom, ki jo je možno tudi v primeru, kadar električni tok skoznjo še ne preseže vnaprej določene nazivne vrednosti, po potrebi deaktivirati in s tem prisilno prekiniti električni tokokrog.

Po mednarodni razvrstitvi patentov izum te vrste spada na področje varovalk s talilnim elementom, ki so namenjene za zaščito električnega tokokroga proti preobremenitvam. Nadalje je tak izum lahko razvrščen tudi na področje elektrotehnike in v okviru slednje k osnovnim električnim komponentam, namreč k prenapetostnim zaščitnim komponentam na osnovi varistorjev s pozitivno temperaturno karakteristiko.

Pri tem je izum osnovan na problemu, kako zasnovati varovalko z vsaj enim talilnim elementom, pri kateri bo brez znatnega povečanja števila sestavnih delov in zahtevnosti njene izdelave in torej nas ekonomičen način zagotovljena možnost prisilne prekinitve skoznjo potekajočega električnega tokokroga tudi v primeru, kadar električni tok v omenjenem tokokrogu še ne preseže vnaprej določene nazivne vrednosti, pri kateri pride do prekinitve vsakokratnega talilnega elementa.

• ·

Strokovnjakom so znane varovalke s talilnim elementom, ki sestojijo iz telesa iz električno neprevodnega materiala, npr. iz keramike, v katerem je na voljo skoznji prehod, v katerem je vstavljen talilni element iz električno prevodnega materiala, ki je električno povezan s kontaktoma, ki sta nameščena na zunanji površini omenjenega telesa. Talilni element je običajno obdan s sredstvom za gašenje obloka, prednostno s kremenčevim peskom ali podobnim. Omenjen talilni element je tako dimenzioniran, da skozenj lahko teče električni tok določene jakosti, ob pojavu nadtoka pa se talilni element stali, zaradi česar se tokokrog skozi varovalko prekine.

Po drugi strani je strokovnjakom znano, da v določenih primerih uporaba tovrstne varovalke ne zagotavlja povsem zanesljive zaščite električnega tokokroga. Še zlasti v primeru visokonapetostnih enosmernih tokokrogov z enosmerno napetostjo npr. 1.500 V (DC) in tokom približno 100 A (DC), obstoji možnost pojavljanja okvar, ki so npr. lahko povezane s pojavom obloka v stikalih in posledično sprijemanja kontaktnih elementov, ali podobnih, do česar pa lahko prihaja tudi v primerih, kadar tok skozi varovalko ne preseže nazivne vrednosti in torej varovalka tokokroga ne prekine. Taki primeri nastopijo npr. v večjih sklopih za akumuliranje električne energije, v fotovoltaičnih napravah in podobnih. Tačas precej aktualno področje predstavljajo tudi električno gnana vozila, pri katerih je v primeru trkov ali drugih nezgod ali tudi okvar potrebno iz preventivnih razlogov v trenutku prekiniti električni tokokrog. V tem kontekstu je tudi znano, da so v vozilih večidel vgrajeni senzorji za zaznavanje določenih fizikalnih veličin, npr. pospeškov, s pomočjo katerih je potem zagotovljeno proženje napihljivih varnostnih blazin ali po izbiri aktiviranje drugih varnostnih naprav. Zahvaljujoč tem spoznanjem je bila v DE 203 15 849 U predlagana varovalka s talilnim elementom, kateri je prigrajen pirotehnični prožilni sklop, ki se ga pod določenimi pogoji aktivira, tako da s pomočjo eksplozije prekine talilni element tudi v primeru, ko električni tok skozi talilni element še ne preseže vnaprej določene nazivne vrednosti. Vgradnja omenjenega pirotehničnega sklopa znatno poveča število sestavnih delov in zapletenost same varovalke, obenem pa narekuje uporabo povsem drugačne tehnologije izdelave in je zato razmeroma neekonomična. Uporaba tovrstne varovalke pri vozilu v primeru trka in ob razlitju hlapljivih tekočin ali v primeru uhajanja plinov lahko ob aktiviranju omenjenega pirotehničnega sklopa izzove popolnoma nepredvidljive učinke.

Nadalje je iz EP 1 577 906 A2 znana varovalka s talilnim elementom, ki predstavlja del primarnega električnega tokokroga in ki se obenem nahaja v toplotno prevodnem stiku s temperaturno odvisnim uporom, skozi katerega poteka sekundami električni tokokrog, v katerem sta načeloma v območju varovalke predvidena med seboj razmaknjena električno prevodna kontakta, ki sta med seboj električno povezana preko talilnega elementa, kateremu se med naraščanjem temperature povečuje električna upornost. Ko je temperatura dovolj visoka, se upornost poveča do te mere, da element postane praktično neprevoden, kar v običajnih razmerah pomeni njegovo stalitev in s tem prekinitev tokokroga. Varovalka s talilnim elementom predstavlja zaščito primarnega električnega tokokroga proti preobremenitvi. Sekundarni tokokrog je predviden zgolj za prisilno prekinitev primarnega tokokroga v primeru, kadar nazivni tok v prvem tokokrogu ne preseže nazivne vrednosti in se talilni element še ne stali zaradi nadtoka. V takem primeru se ob primernem impulzu aktivira omenjen sekundarni tokokrog, v katerem tok teče skozi temperaturno spremenljiv upor, v katerem se generira toplota, ki zahvaljujoč omenjenemu toplotno-prevodnemu stiku prehaja na talilni element, ki se potem stali. Tudi v tem primeru je za vzpostavitev funkcije prisilnega odklopa potrebnih več dodatnih sestavnih delov. Ker je omenjen talilni element v toplotno prevodnem stiku z omenjenim dodatnim temperaturno odvisnim uporom, je po prekinitvi primarnega tokokroga zaradi nadtoka načeloma možno, da se preko omenjenega elementa, ki je v stiku s talilnim elementom, vsaj začasno vzpostavi obvodni tokokrog, tako da je električni tokokrog kljub prekinjenemu talilnemu elementu vsaj določen čas lahko še vedno vzpostavljen.

Izum se nanaša na varovalko z vsaj enim talilnim elementom in z zmožnostjo prekinitve skoznjo potekajočega električnega tokokroga, obsegajoča telo iz električno izolacijskega materiala, s katerim je obdan vsaj en vsakokrat razpoložljiv in nazivni vrednosti električnega toka prirejen talilni element, ki je električno povezan z vsakokrat razpoložljivima električnima kontaktoma, ki sta razporejena na zunanji površini omenjenega telesa varovalke, in preko katerih je varovalka električno povezljiva v vsakokrat razpoložljiv primarni električni tokokrog, kije s pomočjo varovalke zaščiten proti nadtoku.

Po izumu je predvideno da tovrstna varovalka nadalje obsega od električne napetosti odvisen upor, namreč varistor, katerega upornost je obratno sorazmerna z napetostjo, kateri je izpostavljen, pri čemer je omenjen upor razporejen neposredno ob vsakokratnem talilnem elementu in torej v toplotno-prevodnem stiku z omenjenim talilnim elementom, in pri čemer je omenjeni upor električno povezan v sekundami električni tokokrog z vsaj enim stikalom, ki ga je možno po potrebi aktivirati neodvisno od razmer v primarnem tokokrogu.

Nadalje je po izumu predvideno, da je vsakokraten talilni element skupaj z omenjenim uporom v notranjosti telesa varovalke obdan s polnilom za gašenje električnega obloka, še zlasti s kremenčevim peskom.

Še nadalje je po izumu predvideno, da sekundami tokokrog, ki vključuje omenjen upor, vključuje tudi stikalo, kije daljinsko upravljivo stikalo.

Še nadalje je po izumu predvideno, da sta na telesu varovalke, prednostno na zunanji površini le-tega, poleg z vsakokratnim talilnim elementom električno povezanih električnih priključkov za povezavo varovalke v primarni električni tokokrog predvidena še vsaj dva z omenjenim uporom električno povezana električna priključka za povezavo varovalke v sekundami električni tokokrog.

Po izumu je predvidena varovalka, ki obsega več kot en talilni element, še zlasti npr. dva talilna elementa, pri čemer pa je vsak izmed vsakokrat razpoložljivih talilnih elementov razporejen v toplotno-prevodnem stiku z omenjenim uporom.

Izum se nanaša tudi na električni tokokrog, obsegajoč vir električne napetosti in vsaj en porabnik, pri čemer tovrsten tokokrog vključuje tudi vsaj eno varovalko po kateremkoli od zahtevkov, omenjeni vir električne napetosti pa prednostno predstavlja vir enosmerne električne napetosti.

Izum bo v nadaljevanju obrazložen s primerom izvedbe, ki je prikazan na priloženi skici, kjer kaže

Sl. 1 shematično ponazorjen talilni element varovalke z dodanim varistorjem,

Sl. 2 konkretizirano shemo talilnega elementa po Sl. 1,

Sl. 3 shematično ponazorjeno izvedbo standardne varovalke tipa CH,

Sl. 4 shematično ponazorjeno izvedbo standardne varovalke tipa NV,

Sl. 5 pa električni tokokrog z vgrajeno varovalko po izumu.

Po izumu je predvidena varovalka 1 vsaj enim talilnim elementom 2 (Sl. 1 in 2) in z zmožnostjo prekinitve skoznjo potekajočega električnega tokokroga. Tovrstna varovalka 1 je v standardni izvedbi tipa CH z enim talilnim elementom 2 prikazana na Sl. 3, v prav tako standardni izvedbi tipa NV z enim talilnim elementom 2 pa na Sl. 4.

Varovalka 1 obsega telo 10 iz električno izolacijskega materiala, s katerim je obdan vsakokrat razpoložljiv in nazivni vrednosti I električnega toka v tokokrogu C' prirejen talilni element 2, ki je električno povezan z vsakokrat razpoložljivima električnima kontaktoma 11, 12, ki sta razporejena na omenjenem telesu 10 varovalke 1, v prikazanih primerih na zunanji površini le-tega, in preko katerih je varovalka 1 električno povezljiva v vsakokrat razpoložljiv primarni električni tokokrog C', ki je na ta način s pomočjo varovalke 1 zaščiten proti nadtoku.

Po izumu je predvideno, da omenjena varovalka 1 nadalje obsega od električne napetosti odvisen upor 3, namreč varistor, katerega karakteristika je tako izbrana, da je njegova upornost obratno sorazmerna z električno napetostjo in tokom, katerima je izpostavljen. Omenjeni upor 3 je razporejen neposredno ob talilnem elementu 2, ki je v tem primeru en sam, in torej v toplotno-prevodnem stiku z omenjenim talilnim elementom 2. Obenem pa je omenjeni upor 3 električno povezan v sekundarni električni tokokrog C, kije opremljen z vsaj enim stikalom 4, ki je po izbiri daljinsko upravljano in ki ga je možno po potrebi aktivirati popolnoma neodvisno od razmer v primarnem tokokrogu C', tako da skozenj teče tok Γ, ki povzroči segrevanje omenjenega upora 3. Pred aktiviranjem omenjenega stikala 4 je namreč sekundami tokokrog C razklenjen, upornost omenjenega upora 3 pa je zelo visoka, tako da neposredno ob talilnem elementu 2 nameščen upor 3 v takem stanju nima nikakršnega vpliva na dogajanje v primarnem tokokrogu C'. Ob pojavu nadtoka v primarnem tokokrogu C' se torej talilni element 2 vsaj na enem mestu stali in varovalka 1 deluje popolnoma enako kot doslej znane tovrstne varovalke.

Kadar tok I v primarnem tokokrogu C' ne presega nazivne vrednosti, vendar bi kljub temu želeli primarni tokokrog C' iz različnih razlogov nemudoma prekiniti, se z vklopom stikala 4 sklene sekundami tokokrog C in se ga poveže z virom napetosti, nakar skozi upor 3 steče tok Γ, pri čemer se uporu 3 zniža upornost, obenem pa se upor 3 hitro in zelo intenzivno segreje. Generirana toplota se z upora 3 prevede na talilni element 2, ki se zato vsaj na enem mestu stali, s čimer se tudi v odsotnosti nadtoka prisilno prekine primarni tokokrog C'.

Nadalje je po izumu predvideno, da je talilni element 2 skupaj z omenjenim uporom 3 v notranjosti telesa 10 varovalke 1 obdan s polnilom za obvladovanje učinkov oz. gašenje električnega obloka, še zlasti s kremenčevim peskom.

V skladu s povedanim sta torej na zunanji površini telesa 10 varovalke 1 (Sl. 3 in 4) poleg s talilnim elementom 2 električno povezanih električnih priključkov 11, 12 za povezavo varovalke 1 v primarni električni tokokrog C' predvidena še vsaj dva z omenjenim uporom 3 električno povezana električna priključka 13', 13 za povezavo varovalke 1 v sekundami električni tokokrog C.

V primeru zmogljivejše varovalke za zaščito tokokrogov z višjim nazivnim tokom, sta lahko predvidena vsaj dva talilna elementa 2. V takem primeru je vsak od vsakokrat razpoložljivih talilnih elementov 2 razporejen v toplotno-prevodnem stiku z omenjenim uporom 3.

Predmet izuma je tudi električni tokokrog, ki obsega vsaj vir 5 električne napetosti, še zlasti enosmerne napetosti, in vsaj en porabnik 6, obenem pa tudi vsaj eno varovalko 1 s predhodno navedenimi značilnostmi.

Claims (7)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Varovalka (1) s talilnim elementom (2) in z zmožnostjo prekinitve skoznjo potekajočega električnega tokokroga, obsegajoča telo (10) iz električno izolacijskega materiala, s katerim je obdan vsakokrat razpoložljiv in nazivni vrednosti (I) električnega toka prirejen talilni element (2), ki je električno povezan z vsakokrat razpoložljivima električnima kontaktoma (11, 12), ki sta razporejena na zunanji površini omenjenega telesa (10) varovalke (1) in preko katerih je varovalka (1) električno povezljiva v vsakokrat razpoložljiv primarni električni tokokrog (C'), ki je s pomočjo varovalke (1) zaščiten proti nadtoku, označena s tem, da nadalje obsega od električne napetosti odvisen upor (3), namreč varistor, katerega upornost je obratno sorazmerna z napetostjo, kateri je izpostavljen, pri čemer je omenjen upor (3) razporejen neposredno ob talilnem elementu (2) in torej v toplotno-prevodnem stiku z omenjenim talilnim elementom (2), in pri čemer je omenjeni upor (3) električno povezan v sekundami električni tokokrog (C) z vsaj enim stikalom (4), ki ga je možno po potrebi aktivirati neodvisno od razmer v primarnem tokokrogu (C’).
2. 2. Varovalka po zahtevku 1, označena s tem, daje talilni element (2) skupaj z omenjenim uporom (3) v notranjosti telesa (10) varovalke (1) obdan s polnilom za gašenje električnega obloka, še zlasti s kremenčevim peskom.
3. 3. Varovalka po zahtevku 1 ali 2, označena s tem, da sekundami tokokrog (C), ki vključuje omenjen upor (3), vključuje stikalo (4), kije daljinsko upravljivo stikalo.
4. 4. Varovalka po kateremkoli od predhodnih zahtevkov, označena s tem, da sta na telesu (10), prednostno na njegovi zunanji površini, poleg s talilnim elementom (2) električno povezanih električnih priključkov (11, 12) za povezavo varovalke (1) v primarni električni tokokrog (C') predvidena še vsaj dva z omenjenim uporom (3) električno povezana električna priključka (13', 13) za povezavo varovalke (1) v sekundami električni tokokrog (C).
5. 5. Varovalka po kateremkoli od predhodnih zahtevkov, označena s tem, da obsega več kot en talilni element (2), pri čemer pa je vsak izmed vsakokrat razpoložljivih talilnih elementov (2) razporejen v toplotno-prevodnem stiku z omenjenim uporom (3).
6. 6. Električni tokokrog, obsegajoč vir (5) električne napetosti in vsaj en porabnik (6), označen s tem, da vključuje tudi vsaj eno varovalko (1) po kateremkoli od zahtevkov 1-4.
7. 7. Električni tokokrog po zahtevku 6, označen s tem, da vir (5) električne napetosti predstavlja vir enosmerne električne napetosti.