SK5337Y1 - Varistor overvoltage protection - Google Patents

Description

SK 5337 Υ1

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka varistorovej prepäťovej ochrany, ktorá je tvorená varistorom s účinným tepelným odpojovačom umiesteným v puzdre s úchytmi, ktoré umožňujú ľahké, rýchle a presné osadenie varistora.

Doterajší stav techniky

Varistorové prepäťové ochrany musia byť podľa ustanovení európskych štandardov vybavené účinným tepelným odpojovačom, ktorý ich odpojí od napätia.

Známe technické riešenie využíva ku konštrukcii tepelného odpojovača pružného pripojovaného kontaktu spojeného priletovaním nízko taviteľnou pájkou na vývod varistora. Silu k odpojeniu vytvára svojou pružnosťou tepelný odpojovač. Pri zmene parametrov varistora, napr. v dôsledku starnutia, začne varistorom pretekať nízky prúd, postupne dôjde k ohriatiu varistora nad eutektickú teplotu pájky, ktorá sa roztaví a pružný kontakt sa odpojí od vývodu varistora a odpojí ho od napätia. Iná situácia nastáva, keď je takýto odpojovač vystavený prechodu vysokého prúdu. Odpor varistora i odpojovača je pri tomto zaťažení rádovo rovnaký, čím v dôsledku prechodu vysokého prúdu dôjde k zahriatiu pružného pripojovacieho kontaktu a ten stratí svoje mechanické vlastnosti, najmä svoju pružnosť a nie je schopný vyvodiť potrebnú silu k odpojeniu od vývodu varistora. Limitovaný prierez pružného pripojovacieho kontaktu tiež vedie k tomu, že dôjde k jeho prerušeniu skôr, ako dôjde k zahriatiu spoja s varistorom, alebo pred odpojením prepäťovej ochrany pred radeným ističom alebo poistkou.

Iné známe technické riešenie využíva ku konštrukcii tepelného odpojovača priemyslovo vyrábané tepelné poistky. Tieto súčiastky sú primáme určené pre ochranu zariadení pred účinkami tepla. Ich konštrukcia však nie je schopná znášať vysoké impulzné prúdy. Zaťaženie impulzným prúdom môže viesť k zvareniu odpojovaných kontaktov, čím tepelná poistka stratí svoju funkciu. U iných typov môže nastať explózia s následnou devastáciou mechanickej konštrukcie a možnosťou vzniku požiaru.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky odstraňuje varistorová prepäťová ochrana pre prepäťovú ochranu zariadenia podľa predkladaného riešenia. Varistor je tu osadený v puzdre, z ktorého sú vyvedené oba vývody varistora k chránenému zariadeniu, a toto puzdro je namontované na doske plošného spoja. Podstatou nového riešenia je, že na varistor dolieha pliesok, ktorý je na jednej strane vyvedený von z puzdra a tvorí prívod prúdu z chráneného zariadenia. Tento pliešok je elektricky a tepelne spojený s jedným koncom ohybného zlaneného vodiča, ktorého druhý koniec je ukončený pevnou časťou. Táto pevná časť je nízko taviteľnou pájkou spojená s kontaktom prepojeným s jedným vývodom varistora. Medzi pevnou časťou a puzdrom je umiestnená predpružená pružina.

Vo výhodnom prevedení je kontakt tvorený priamo jedným vývodom varistora.

V j ednom možnom prevedení j e ako predpružená pružina použitá tlačná pružina, ktorá saj edným koncom opiera o puzdro varistora a druhým koncom o pevnú časť obrátenú k puzdru.

V inom možnom prevedení je ako predpružená pružina použitá tvarová pružina tvorená pružným drôtom kruhového alebo obdĺžnikového prierezu. Táto tvarová pružina je jedným koncom upevnená k pliesku alebo k puzdru a druhým koncom sa opiera o pevnú časť obrátenú k puzdru.

V ďalšom možnom prevedení je predpružená pružina tvorená skratkovitou valcovou skrutkou pružinou. Táto valcová skratná pružina je jedným koncom upevnená k pliesku alebo k puzdra a druhým koncom sa opiera o pevnú časť obrátenú k puzdra.

Je výhodné, keď je na doske plošného spoja proti tej strane pevnej časti, ktorá je odvrátená od puzdra, umiestnený kontakt pre pripojenie k obvodu signalizácie poruchy.

Pevná časť zlaneného vodiča môže byť tvorená paketom (zlisovanie a zvarenie) vytvoreným na voľnom konci zlaneného vodiča.

V jednom možnom prevedení je puzdro vybavené úchytmi, a to minimálne jedným pndržovacím úchytom, prvým zabezpečovacím úchytom pre zabezpečenie polohy jedného prívodu varistora, ktorý je týmto prvým zabezpečovacím úchytom pripevnený k doske plošného spoja, tvarovacím a pridržovacím úchytom, ktorým prechádza druhý prívod varistora a je podľa jeho bočnej steny ohnutý a ďalej prechádza drahým zabezpečovacím úchytom, ktorým je vyústený pre pripojenie k pevnej časti.

Vo väčšine aplikácií je puzdro varistorového zvodiča uzavreté vekom.

Nové konštrukčné usporiadanie umožňuje prenos výrazne väčších impulzných a skratových prúdov a zároveň zabezpečuje lepší tepelný prenos z tela varistora pomocou tvarovaného pliešku a výhodne ďalšieho te2

SK 5337 Υ1 pelného prenosu pomocou druhého prívodu varistora, takže pri prípadnom tepelnom preťažení tepelný odpojovač odpojuje v kratšom čase ako v súčasnosti jestvujúce riešenie. Ďalšou výhodou je, že varistor je umiestený v puzdre s úchytmi, čo umožňuje ľahké, rýchle a presné osadenie varistora.

Prehľad obrázkov na výkrese

Technické riešenie bude bližšie vysvetlené pomocou výkresu, kde na obr. 1 je schematicky zobrazený príklad varistora upevneného v puzdre s účinným tepelným odpojovačom. Na obr. 2 je znázornená funkcia odpojovača s kontaktom signalizácie, kedy odpojovač je vybavený tlačnou pružinou. Obr. 3a, 3b a 4a, 4b znázorňujú obdobne funkciu odpojovača s tým rozdielom, že v jednom prípade je teraz použitá tvarová pružina a v druhom skratkovitá valcová skratná pružina. Umiestnenie kompletnej zostavy na doske plošného spoja je uvedené na obr. 5.

Príklad technického riešenia

Jeden možný príklad prevedenia varistorovej prepäťovej ochrany pre prepäťovú ochranu zariadenia je uvedený na obr. 1. Varistor 6 je tu uložený v puzdre 1, z ktorého sú vyvedené oba vývody 61 a 62 varistora 6 k chránenému zariadeniu. Toto puzdro 1 sa potom namontuje na dosku plošného spoja, čo nie je na výkrese naznačené. Na varistor 6 dosadá pliešok 8, ktorý môže byť ľubovoľného tvaru.

Tento pliešok 8 je na jednej strane vyvedený von z puzdra 1 a tvorí prívod prúdu z chráneného zariadenia. Pliešok 8 je elektricky a tepelne spojený s jedným koncom ohybného zlaneného vodiča 9, ktorého drahý koniec je ukončený pevnou časťou 12, ktorá je nízko taviteľnou pájkou spojená s kontaktom 11 prepojeným s varistorom 6. Medzi pevnou časťou 12 a puzdrom 1 je umiestnená predpružená pružina 10, ktorá je v tomto prípade tvorená tlačnou pružinou, ktorá sa jedným koncom opiera o puzdro 1 varistora 6 a druhým koncom o pevnú časť 12 obrátenú k puzdra 1, Kontakt 11 je tu tvorený jedným vývodom 62 varistora 6.

Puzdro 1 je v uvedenom príklade vybavené štyrmi úchytmi. Je tu vytvorený pridržiavací úchyt 2, prvý zabezpečovací úchyt 3 pre zabezpečenie polohy jedného 61 prívodu varistora 6, ktorý je určený k pripojeniu k doske plošného spoja 14, tvarovacím a pridržiavacím úchytom 4, ktorým prechádza druhý prívod 62 varistora 6 a je podľa jeho bočnej steny ohnutý a ďalej prechádza drahým zabezpečovacím úchytom 5, ktorým je vyústený pre pripojenie k pevnej časti 12.

Na puzdro 1 dolieha tvarovaný pliešok 8, a na ktorý je pripevnený zlanený vodič 9 tak, aby bolo zabezpečené elektrické a tepelné prepojenie s tvarovaným plieškom 8. Na druhom konci zlaneného vodiča 9, ktorý má funkciu pohyblivého kontaktu, je vytvorená pevná časť 12 tvorená výhodne paketom (zlisovanie a zvarenie). Na túto pevnú časť 12 pôsobí predpružená pružina 10. Zároveň je tento drahý koniec zlaneného vodiča 9 s vytvoreným pevným paketom (zlisovanie a zvarenie) pripájaný na kontakt 11, ktorý môže byť tvorený jedným vývodom varistora 6 a drahý kontakt 7 môže slúžiť ako signalizačný kontakt prípadnej poruchy. Puzdro 1 je uzavreté vekom 13 a je namontované na plošnom spoji 14. Túto zostavu znázorňuje obr. 5.

Varistorová prepäťová ochrana je tu tvorená varistorom uloženým v puzdre s úchytmi, ktoré umožňujú ľahké, rýchle a presné osadenie varistora 6. Varistor 6 je vybavený účinným tepelným odpojovačom, tvoreným tvarovaným plieškom 8 doliehajúcim na izolované telo varistora 6 a vytvárajúcim efekt tepelného mosta. Tento pliešok 8 zároveň slúži ako prívod pre pripojenie 6 k fázovému, alebo nulovému kontaktu zariadenia. Na tvarovaný pliešok 8 je elektricky vodivo pripevnený ohybný zlanený vodič 9, ktorý je na druhom konci ukončený pevnou časťou 12, s výhodou zvarenia elektricky alebo ultrazvukovo zlaneného vodiča, tzv. paketom tak, aby bolo možné jeho spojenie pripájaním nízko taviteľnou pájkou na vývod varistora a zároveň bolo možné pôsobenie sily prednapnutej pružiny 10. V prípade ohriatia varistora 6 a prekročení eutektickej teploty pájky potom dôjde k rozpojeniu jedného vývodu 61 varistora 6 a pevnej časti tepelného odpojovača a k prípadnému prepnutiu na ďalší kontakt 7 určený k prípadnej signalizácii odpojenia varistora 6 a k indikácii, že pripojené zariadenie už nie je ochránené pred prepätím. Uvedenú funkciu znázorňuje obr. 2.

Na obr. 3a a 3b je uvedený ďalší variant varistorového zvodiča prepätia s naznačením jeho funkcie, ktorá sa od popísaného riešenia líši iba tým, že ako predpružená pružina 10 je použitá tvarová pružina, ktorá je jedným koncom upevnená k pliešku 8 a drahým koncom sa opiera o pevnú časť 12 obrátenú k puzdra 1. Túto tvarovú pružinu je možné taktiež upevniť jedným koncom k puzdra 1. Analogicky je možné použiť ako predpraženú pružinu 10 skratkovitú valcovú skrutnú pružinu, ktorá je tvorená pružným drôtom kruhového alebo obdĺžnikového prierezu, obr. 4a a 4b. Táto skratkovitá valcová skratná pružina môže byť jedným koncom opäť upevnená k pliešku 8 alebo k puzdra 1 a druhým koncom sa opiera o pevnú časť 12 obrátenú k puzdru

1.

SK 5337 Υ1

Priemyselná využiteľnosť

Varistorová prepäťová ochrana podľa predkladaného riešenia je využiteľná na ochranu elektrických a elektronických zariadení pripojovaných k rozvodom nízkeho napätia pred účinkami pulzného prepätia. Konštrukcia varistorovej prepäťovej ochrany umožňuje ľahkú inštaláciu k domovým zásuvkám a iným prístrojom a tiež na doskách plošných spojov vstupných obvodov elektronických prístrojov za účelom ich ochrany pred pulzným prepätím.

Claims (9)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Varistorová prepäťová ochrana pre prepäťovú ochranu zariadenia, kde varistor je osadený v puzdre, z ktorého sú vyvedené obidva vývody varistora k chránenému zariadeniu, a toto puzdro je namontované na doske plošného spoja, vyznačujúca sa tým, že na varistor (6) dolieha pliesok (8), ktorý je na jednej strane vyvedený von z puzdra (1) a tvorí prívod prúdu z chráneného zariadenia, a tento pliešok (8) je elektricky a tepelne spojený s jedným koncom ohybného zlaneného vodiča (9), ktorého druhý koniec je ukončený pevnou časťou (12), ktorá je nízko taviteľnou pájkou spojená s kontaktom (11) prepojeným s jedným vývodom (61) varistora (6) a kde medzi touto pevnou časťou (12) a puzdrom (1) je umiestnená predpružená pružina (10).
2. 2. Varistorová prepäťová ochrana podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že kontakt (11) je tvorený jedným vývodom (61) varistora (6).
3. 3. Varistorová prepäťová ochrana podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúca sa tým, že predpružená pružina (10) je tlačná pružina, ktorá sa jedným koncom opiera o puzdro (1) varistora (6) a druhým koncom o pevnú časť (12) obrátenú k puzdru (1).
4. 4. Varistorová prepäťová ochrana podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúca sa tým, že predpružená pružina (10) je tvarová pnižina a je tvorená pružným drôtom kruhového alebo obdĺžnikového prierezu, ktorá je jedným koncom upevnená k pliesku (8) alebo k puzdru (1) a druhým koncom sa opiera o pevnú časť (12) obrátenú k puzdru (1).
5. 5. Varistorová prepäťová ochrana podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúca sa tým, že predpružená pružina (10) je tvorená skratkovitou valcovou skrutnou pružinou, ktorá je jedným koncom upevnená k pliesku (8) alebo k puzdra (1) a druhým koncom sa opiera o pevnú časť (12) obrátenú k puzdra (1).
6. 6. Varistorová prepäťová ochrana podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4 vyznačujúca sa tým, že na doske (14) plošného spoja je oproti od puzdra (1) odvrátenej strane pevnej časti (12) umiestený kontakt (7) pre pripojenie k obvodu signalizácie poruchy.
7. 7. Varistorová prepäťová ochrana podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž5, vyznačujúca sa tým, že pevná časť (12) je tvorená paketom vytvoreným na voľnom konci zlaneného vodiča (9).
8. 8. Varistorová prepäťová ochrana podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúca sa tým, že puzdro (1) je opatrené úchytmi, a to minimálne jedným pridržiavacim úchytom (2), prvým zabezpečovacím úchytom (3) pre zabezpečenie polohy jedného prívodu varistora (6), ktorý je týmto prvým zabezpečovacím úchytom (3) pripevnený k doske (14) plošného spoja, tvarovacím a pridržiavacim úchytom (4), ktorým prechádza druhý prívod varistora (6) a je podľa jeho bočnej steny ohnutý a ďalej prechádza drahým zabezpečovacím úchytom (5), ktorým je vyústený pre pripojenie k pevnej časti (12).
9. 9. Varistorová prepäťová ochrana podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúca sa tým, že puzdro (1) je uzavreté vekom (13).

   4 výkresy