SI24371A - Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij - Google Patents
Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij Download PDFInfo
- Publication number
- SI24371A SI24371A SI201300125A SI201300125A SI24371A SI 24371 A SI24371 A SI 24371A SI 201300125 A SI201300125 A SI 201300125A SI 201300125 A SI201300125 A SI 201300125A SI 24371 A SI24371 A SI 24371A
- Authority
- SI
- Slovenia
- Prior art keywords
- varistor
- energy absorber
- energy
- zno
- varistors
- Prior art date
Links
Abstract
Predmet izuma je varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij, ki rešuje problem učinkovite zaščite elektronskih in električnih sistemov pred učinki izjemno močnih napetostnih impulzov, ki nastajajo na primer pri hitrih zaustavitvah generatorjev, nenadnih izklopih centralnih fotovoltaičnih inverterjev oziroma povsod tam, kjer se pojavljajo izklopi velikih induktivnih ali kapacitivnih bremen. Vključuje zgornjo in spodnjo zaključno ploščo, eno ali več vmesnih elektrod, ZnO varistorskekeramične elemente, termično in električno povezane v enoten sklop, ki omogoča dobro električno in termično prevodnost in hitro odvajanje toplote v okolico. Ko se na vhodu varistorskega energijskega absorberja pojavi izjemno močan napetostno tokovni impulz in skozenj steče tok na primer do okrog 5kA, ki lahko traja nekaj deset sekund ali celo minut, aktivira njegovo delovanje in prenapetost na vhodu omeji na nenevaren nivo. Energija, ki so jo absorbirali ZnO varistorji se hitro in v večjem delu prenese nakovinske elektrode v obliki toplote od tod pa naprej v prostor. Zaradi velike energije na volumsko enoto (J/cm3) ZnO varistorjev in specifične konstrukcije, ki omogoča intenzivno odvajanje toplote, je podaljšana življenjska doba vgrajenih varistorjev in energijski absorber po izumu lahko absorbira veliko število napetostnih oz. energijskih impulzov v času življenjske dobe naprave. Izum omogoča enostavne tehnične izvedbe, ki so zanesljive in enostavne za servisiranje.
Description
VARISTORSKI ENERGIJSKI ABSORBER ZA ABSORPCIJO VELIKIH ENERGIJ
Področje izuma
Izum se nanaša na varistorski energijski absorber velikih energij, izdelan s tehnologijo ZnO keramike, ki spada v družino prenapetostnih zaščitnih elementov.
Ozadje izuma
Potrebe po energijskih absorberjih za absorpcijo velikih energij so nastale na področju obnovljivih virov energije z zahtevo po učinkoviti zaščiti elektronskih in električnih sistemov pred učinki izjemno močnih napetostnih oz. energijskih impulzov, ki nastajajo na primer pri hitrih zaustavitvah generatorjev, nenadnih izklopih centralnih fotovoltaičnih inverterjev oziroma povsod tam, kjer se pojavljajo izklopi velikih induktivnih bremen. Pri omenjenih prehodnih pojavih stečejo tokovi v razredu do 5kA (ali še večji), ki lahko trajajo nekaj deset sekund ali celo minut. Zahtevana energijska absorpcija se giblje v področju do 200 kJ v določenih aplikacijah tudi več.
Praksa je pokazala, da so klasični prenapetostni zaščitni sistemi, ki ščitijo elektronske in električne naprave pred učinki prenapetosti pri direktnih in indirektnih udarih strele in drugih hitrih prehodnih pojavih za zaščito pred učinki omenjenih velikih impulzov, neustrezni. Za direktne in indirektne udare strele so značilne velike amplitude tokov od nekaj 10kA tudi do 100kA, njihovo trajanje pa je v časovnem področju nekaj μ sekund. Varistorski energijski absorberji za absorpcijo velikih energij po izumu so zgrajeni z zato posebej skonstruiranimi ZnO varistorji, povezanimi v vezave, ki omogočajo hitro odvajanje toplote v okolico. Pri prehodnih pojavih kjer se sproščajo zelo velike energije v
relativno dolgem času, lahko brez večjih poškodb absorbirajo veliko energije. S tem uspešno zaščitijo elektronske in električne sisteme pred uničenjem.
Znano stanje tehnike in tehnični problem
Pri pregledu rešitev po stanju tehnike lahko ugotovimo, da večji del nam znanih patentov opisuje varistorske zaščitne sisteme s standardnimi zaščitnimi moduli za zaščito elektronskih in električnih sistemov. V patentih opisane rešitve so neustrezne, ker je zaščita pred učinki opisanih prehodnih pojavov z izjemno močnimi napetostnimi impulzi, prešibka. Prenapetostni zaščitni elementi po stanju tehnike bi imeli v opisanih pogojih prekratko življenjsko dobo, saj se giblje povprečna energijska sposobnost teh modulov največ do 5kJ (na eno absorpcijo). Zato bi bili potrebni pogosti vzdrževalni posegi povezani z zamenjavo modulov, kar bi podaljšalo izpadne čase in povečalo ekonomsko škodo.
Prav tako niso ustrezne rešitve z SiC varistorji, saj imajo nizek indeks nelinearnosti a v primerjavi z ZnO varistorji, kar pomeni v praksi, da je napetostni nivo ščitenja SiC varistorjev zelo visok v primerjavi z ZnO varistorji in zato občutljivejši elektronski elementi s SiC zaščitnimi sistemi niso dovolj zaščiteni.
Rešitev tehničnega problema
Varistorski energijski absorberji po izumu predstavljajo povsem novo in učinkovito rešitev. Izum učinkovito rešuje problem absorpcije velikih energij do katerih prihaja na primer pri izklopih velikih induktivnih bremen. Po doseženih karakteristikah, vsebini in konstrukciji se izum bistveno razlikuje od vseh do sedaj znanih tovrstnih zaščit na trgu. Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij po izumu je izveden z enim ali večimi omenjenimi ZnO varistorskimi keramičnimi elementi in vmesnimi elektrodami ki so nameščeni med zgornjo in spodnjo zaključno ploščo in so s spojnimi elementi povezani v celoto. Varistorski energijski absorber po izumu bolj uspešno zaščiti občutljive elektronske in električne sisteme pred učinki močnih napetostnih impulzov kot znani prenapetostni zaščitni sistemi.
Omenjeni varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij ima več ključnih prednosti glede na stanje tehnike:
- absorbira lahko veliko energije v relativno dolgem času brez večjih poškodb;
- prenapetostni odvodniki so ZnO varistorji, ki že po svoji strukturi premorejo veliko energijo na volumsko enoto (J/cm3).
- energija, ki jo absorbira ZnO varistor se hitro in v večjem delu prenese na kovinske elektrode v obliki toplote, z elektrod pa v okolico,
- zaradi intenzivnega odvajanja toplote je podaljšana življenjska doba vgrajenih ZnO varistorjev,
- zaradi izvirne konstrukcije lahko v splošnem absorbira veliko število energijskih impulzov.
Nadaljnje prednosti in uporabnosti izuma bodo postale še bolj jasne tudi povprečnemu strokovnjaku iz priloženih slik in opisov.
Slika 1 Varistorski energijski absorber po izumu z dvema ZnO varistorjema v razporeditvenem prikazu,
Slika 2 Prikaz varistorskega energijskega absorberja z električnima priključkoma,
Slika 3 Prikaz izvedbe varistorskega energijskega absorberja s štirimi ZnO varistorji.
Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij 1, prikazan na Sliki 1, je v osnovi sestavljen iz zgornje zaključne plošče 2, prednostno cilindrične oblike. Pod njo so v navpični smeri nameščeni, ZnO varistorski keramični element 6, vmesna elektroda 8, spet ZnO varistorski keramični element 6, ki nalega na spodnjo zaključno ploščo 10.
V stike med navedenimi elementi (zgornja zaključna plošča 2, ZnO varistorska keramična elementa 6, vmesna elektroda 8, spodnja zaključna plošča 10) so, kot to prikazuje Slika 1, lahko nameščene plasti električno in termično prevodnega medija 4, ki so izdelane iz materialov z visoko električno in termično prevodnostjo in namenjene izboljšanju prevodnosti med navedenimi elementi energijskega absorberja 1.
Zgornja zaključna plošča 2, spodnja zaključna plošča 10, vmesna elektroda 8, ZnO varistorska keramična elementa 6, omenjene plasti termično prevodnega medija 4 so med seboj povezani z enim ali več spojnimi elementi prednostno vijaki 12, ki vključujejo
steblo vijaka 16 in matico 14 in zagotavljajo dober mehanski in električni stik med omenjenimi elementi varistorskega energijskega absorberja 1. V zgornjo zaključno ploščo 2 in spodnjo zaključno ploščo 10 so lahko vdelane odprtine 24 za namestitev omenjenih spojnih elementov prednostno vijakov 12.
Vmesne elektrode 8 so lahko različnih oblik, odvisno od zahtevane konstrukcije energijskega absorberja, izdelane so iz termično in električno prevodnih materialov prednostno kovin kot so aluminij, baker, železo in oblikovane kot hladilna telesa (glej, Sliko 1, Sliko 2), da se energija, ki sojo absorbirali ZnO varistorski keramični elementi 6 v čim večjem delu v obliki toplote prenese nanje, od njih pa v okolje.
Število ZnO varistorskih keramičnih elementov 6, ki jih vgradimo v varistorski energijski absorber po izumu, glede na zahteve po obsegu zaščite, lahko variira. Minimalna izvedba ima vgrajen vsaj en ZnO varistorski keramični element 6. Na Sliki 2 je prikazana izvedba z dvema ZnO varistorskima keramičnima elementoma 6, na Sliki 3 pa s štirimi. Število vgrajenih ZnO varistorskih keramičnih elementov 6 je lahko sodo ali liho, odvisno od zahtevane aplikacije. Število vmesnih elektrod 8 določimo glede na zahtevano električno vezavo, potrebno hlajenje in zahtevano absorpcijo energije.
Na zgornjo zaključno ploščo 2, spodnjo zaključno ploščo 10, v kolikor sta električno prevodni (delujeta kot elektrodi) in na vmesne elektrode 8, je glede na električno vezavo, mogoče pritrditi električne priključke 22, ki povezujejo omenjene elektrode s sistemom, ki ga varistorski energijski absorber 1 ščiti. Električni priključek 22 prednostno sestavlja električni kabel 18, izdelan iz električno prevodnega materiala, s presekom, ki mora ustrezati največjemu toku in vijak 20. Omenjeni električni priključek 22 je pritrjen na zgornjo priključno ploščo 2 z vijakom 20 ali je lahko prispajkan ali privarjen. Drugi električni priključek 22 je pritrjen na vmesno elektrodo 8 kot je to prikazano na Sliki 2.
V splošnem so možne različne vezave navedenih elementov varistorskega energijskega absorberja 1. Sestaviti jih je mogoče v navpično, vodoravno ali kombinirano konfiguracijo. Dva primera sta prikazana na Sliki 2 in Sliki 3. Varistorske energijske absorberje po izumu v splošnem vgradimo v zaščitna ohišja prednostno plastična ali kovinska ali jih uporabimo brez ohišja Uporabljamo jih za odvajanje energije v enosmernih, izmeničnih enofaznih in večfaznih sistemih.
Delovanje varistorskega energijskega absorberja 1 in prednosti izuma so pojasnjene na naslednjem primeru.
Varistorski energijski absorber 1 v splošnem ščiti pred uničenjem električne in elektronske dele neke naprave. V primerih nekontrolirane ali kontrolirane sprostitve nakopičene električne energije v obliki močnega tokovno napetostnega impulza varistorski energijski absorber 1 absorbira energijo, ki se je nakopičila v induktivnih/kapacitivnih delih električnih sistemov na primer v navitjih električnih generatorjev. V nedelujočem stanju skozenj teče zanemarljivo majhen tok. V primerih kot so hitre zaustavitve generatorjev, nenadni izklopi centralnih fotovoltaičnih inverterjev oziroma povsod tam, kjer se pojavljajo izklopi velikih induktivnih bremen, se na primer na električnem priključku 22 ki je pritrjen na zgornjo zaključno ploščo 2 (glej Sliko 2), pojavi izjemno močan napetostni impulz in aktivira delovanje varistorskega energijskega absorberja 1, ki prenapetost na vhodu omeji na nenevaren nivo. Ob močnem napetostnem impulzu steče skozi ZnO varistorska keramična elementa 6 in vmesno elektrodo 8 visok tok (do okrog 5kA), ki lahko traja nekaj deset sekund ali celo minut. ZnO varistorska keramična elementa 6 v tem času absorbirata zelo veliko energije. Prejeto toploto oddata v največji meri vmesni elektrodi 8, izdelani iz termično in električno prevodnih materialov, ki jo prenese v okolje in na ta način učinkovito hladi ZnO varistorska keramična elementa 6. Temperatura omenjenih ZnO varistorskih keramičnih elementov 6 v povprečju zaradi učinkovitega hlajenja ne presega za več kot nekaj 10°C temperature okolja. Varistorski energijski absorber po izumu lahko učinkovito absorbira tudi ponavljajoče impulze, na primer več kot 1000 krat v življenjski dobi. Varistorski energijski absorberji za absorpcijo velikih energij po izumu so zgrajeni z ZnO varistorji, povezanimi v sestave, ki omogočajo hitro odvajanje toplote v okolico in imajo številne prednosti glede na stanje tehnike. Absorbirajo lahko veliko energije v relativno dolgem času brez večjih poškodb. Energija, ki jo absorbirajo vgrajeni ZnO varistorji, se hitro in v večjem delu prenese na kovinske elektrode v obliki toplote in od elektrod naprej v prostor. Življenjska doba vgrajenih varistorjev je zaradi intenzivnega odvajanja toplote podaljšana, zaradi omenjene konstrukcije pa varistorski energijski absorber po izumu v življenjski dobi lahko absorbira veliko število napetostnih oz. energijskih impulzov.
Izum omogoča tehnične izvedbe, ki so enostavne za servisiranje in zanesljivo delujejo. Zgornji opis vsebuje veliko posebnosti, ki pa ne omejujejo širine izuma in služijo le kot ponazoritev izvedb izumljenega proizvoda. Obseg izuma ne določajo opisani primeri ampak patentni zahtevki, ki so dodani v nadaljevanju.
Claims (6)
- PATENTNI ZAHTEVKI1. Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij, ki vključuje zgornjo in spodnjo zaključno ploščo, eno ali več vmesnih elektrod, enega ali več ZnO varistorskih keramičnih elementov, označen s tem, da so vmesne elektrode in ZnO varistorski keramični elementi nameščeni med zgornjo in spodnjo zaključno ploščo.
- 2. Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij po zahtevku 1 označen s tem, da so vmesne elektrode izdelane iz temperaturno in električno prevodnega materiala.
- 3. Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij po zahtevkih 1 do 2 označen s tem, da so ZnO varistorski keramični elementi v električnem in mehanskem stiku z vsaj eno elektrodo.
- 4. Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij po zahtevkih 1 do 3 označen s tem, da so v stike med elektrodami in ZnO varistorskimi keramičnimi elementi nameščene plasti električno in termično prevodnega medija.• ·
- 5. Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij po zahtevkih 1 do 4 označen s tem, da so v zgornjo in spodnjo zaključno ploščo vdelane odprtine za namestitev spojnih elementov, prednostno vijakov.
- 6. Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij po zahtevkih 1 do 5 označen s tem, da sta zgornja in spodnja elektroda povezani z najmanj dvema spojnima elementoma, prednostno vijakoma.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201300125A SI24371A (sl) | 2013-05-23 | 2013-05-23 | Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201300125A SI24371A (sl) | 2013-05-23 | 2013-05-23 | Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SI24371A true SI24371A (sl) | 2014-11-28 |
Family
ID=51946249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI201300125A SI24371A (sl) | 2013-05-23 | 2013-05-23 | Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SI (1) | SI24371A (sl) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9634554B2 (en) | 2014-09-24 | 2017-04-25 | Raycap, S.A. | Short-circuit switch having semiconductor switch and arrangement for short-circuiting a three-phase alternating voltage |
| US10319545B2 (en) | 2016-11-30 | 2019-06-11 | Iskra Za{hacek over (s)}{hacek over (c)}ite d.o.o. | Surge protective device modules and DIN rail device systems including same |
| US10340110B2 (en) | 2017-05-12 | 2019-07-02 | Raycap IP Development Ltd | Surge protective device modules including integral thermal disconnect mechanisms and methods including same |
| US10447026B2 (en) | 2016-12-23 | 2019-10-15 | Ripd Ip Development Ltd | Devices for active overvoltage protection |
| US10685767B2 (en) | 2017-09-14 | 2020-06-16 | Raycap IP Development Ltd | Surge protective device modules and systems including same |
| US10707678B2 (en) | 2016-12-23 | 2020-07-07 | Ripd Research And Ip Development Ltd. | Overvoltage protection device including multiple varistor wafers |
| US11223200B2 (en) | 2018-07-26 | 2022-01-11 | Ripd Ip Development Ltd | Surge protective devices, circuits, modules and systems including same |
| US11723145B2 (en) | 2021-09-20 | 2023-08-08 | Raycap IP Development Ltd | PCB-mountable surge protective device modules and SPD circuit systems and methods including same |
| US11862967B2 (en) | 2021-09-13 | 2024-01-02 | Raycap, S.A. | Surge protective device assembly modules |
-
2013
- 2013-05-23 SI SI201300125A patent/SI24371A/sl not_active IP Right Cessation
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9634554B2 (en) | 2014-09-24 | 2017-04-25 | Raycap, S.A. | Short-circuit switch having semiconductor switch and arrangement for short-circuiting a three-phase alternating voltage |
| US10319545B2 (en) | 2016-11-30 | 2019-06-11 | Iskra Za{hacek over (s)}{hacek over (c)}ite d.o.o. | Surge protective device modules and DIN rail device systems including same |
| US10734176B2 (en) | 2016-11-30 | 2020-08-04 | Raycap, Surge Protective Devices, Ltd. | Surge protective device modules and DIN rail device systems including same |
| US10707678B2 (en) | 2016-12-23 | 2020-07-07 | Ripd Research And Ip Development Ltd. | Overvoltage protection device including multiple varistor wafers |
| US10447026B2 (en) | 2016-12-23 | 2019-10-15 | Ripd Ip Development Ltd | Devices for active overvoltage protection |
| US11165246B2 (en) | 2016-12-23 | 2021-11-02 | Ripd Research And Ip Development Ltd. | Overvoltage protection device including multiple varistor wafers |
| US11374396B2 (en) | 2016-12-23 | 2022-06-28 | Ripd Research And Ip Development Ltd. | Devices for active overvoltage protection |
| US11881704B2 (en) | 2016-12-23 | 2024-01-23 | Ripd Research And Ip Development Ltd. | Devices for active overvoltage protection including varistors and thyristors |
| US10679814B2 (en) | 2017-05-12 | 2020-06-09 | Raycap IP Development Ltd | Surge protective device modules including integral thermal disconnect mechanisms and methods including same |
| US10340110B2 (en) | 2017-05-12 | 2019-07-02 | Raycap IP Development Ltd | Surge protective device modules including integral thermal disconnect mechanisms and methods including same |
| US10685767B2 (en) | 2017-09-14 | 2020-06-16 | Raycap IP Development Ltd | Surge protective device modules and systems including same |
| US11223200B2 (en) | 2018-07-26 | 2022-01-11 | Ripd Ip Development Ltd | Surge protective devices, circuits, modules and systems including same |
| US11862967B2 (en) | 2021-09-13 | 2024-01-02 | Raycap, S.A. | Surge protective device assembly modules |
| US11723145B2 (en) | 2021-09-20 | 2023-08-08 | Raycap IP Development Ltd | PCB-mountable surge protective device modules and SPD circuit systems and methods including same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SI24371A (sl) | Varistorski energijski absorber za absorpcijo velikih energij | |
| CN108242805B (zh) | 用于主动过电压保护的装置 | |
| US9634554B2 (en) | Short-circuit switch having semiconductor switch and arrangement for short-circuiting a three-phase alternating voltage | |
| CN102986107B (zh) | 浪涌保护装置 | |
| US9941691B2 (en) | Arrangement for overload protection for overvoltage protection equipment | |
| CN202633928U (zh) | 一种防雷接地的电力二次系统 | |
| US7417841B2 (en) | Apparatus and method for fusing voltage surge and transient anomalies in a surge suppression device | |
| DE502007000217D1 (de) | Überspannungsableiter mit mindestens einem ableitelement, beispielsweise einem varistor | |
| US20070201177A1 (en) | Surge protection device disconnector | |
| CN101752858B (zh) | 多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块 | |
| CN101958540B (zh) | 电涌放电器 | |
| US4866563A (en) | Transient suppressor device assembly | |
| ES2649749T3 (es) | Descargador de sobretensiones para la protección de una planta eléctrica contra sobretensiones transitorias | |
| CN201498291U (zh) | 可拆卸式避雷器 | |
| US11201464B2 (en) | Arrangement for overload protection for overvoltage protection equipment | |
| ES2887399T3 (es) | Protección contra sobretensiones en diseño modular | |
| RU2006127424A (ru) | Устройство защиты электрических установок от перенапряжений с улучшенной способностью отключения сопровождающего тока | |
| RU2755549C2 (ru) | Ограничитель напряжения с защитой от перенапряжения | |
| CN104269392A (zh) | 一种功率器件 | |
| CN203193272U (zh) | 便于拆卸的双重保护电涌保护器 | |
| CN204390825U (zh) | 一种新型的小型化防雷装置 | |
| CN204332799U (zh) | 一种直流隔离开关 | |
| CN214045026U (zh) | 一种tvs管防雷装置 | |
| CN208316272U (zh) | 一种浪涌保护器 | |
| CN216872851U (zh) | 过压保护装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OO00 | Grant of patent |
Effective date: 20141202 |
|
| SP73 | Change of data on owner |
Owner name: CRDCE D.O.O.; SI Effective date: 20170302 |
|
| SP73 | Change of data on owner |
Owner name: RAYCAP D.O.O.; SI Effective date: 20201217 |
|
| KO00 | Lapse of patent |
Effective date: 20170302 |