SU231421A1 - УСТРОЙСТВО дл ЗАЩИТЫ низковольтных ЦЕПЕЙ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ - Google Patents

Description

Известны устройства дл  защиты от перенапр жений низковольтных цепей, содержащие корпус из изол ционного материала, размещенные в нем два плоскопараллельных металлических электрода из хорошо провод щего материала, прижатых друг к другу своими поверхност ми, между которыми проложена электроизол ционна  прокладка и полупроводниковые элементы, образующие пакеты с одним или более запирающим слоем. В предложенном устройстве дл  повышени  чувствительности, надежности работы и срока службы указанные электроды снабжены выемками, образующими полость, переход щую в зазор между электродами. В полости размещены пакеты из полупроводниковых элементов. В устройстве предусмотрен также указатель срабатывани , который состоит из штыр , воздействующей на него пружины и проводника, удерживающего штырь в первоначальном положении и пропускающего проход щий через полупроводниковые элементы ток, и закреплен на токопровод щих детал х устройства, например тарельчатых пружинах, укрепленных в выемках электродов, с помощью легкоплавкого материала. Между электродами предусмотрены промежуточные электроды из провод щего материала, отделенные ОДНИ от другого и от основных электродов зазорами . Указанные выемки в электродах выполнены цилиндрической формы и наход тс  в центре электродов таким образом, что пакеты полупроводниковых элементов, расположенные в полости, образованной этими выемками , окружены кольцевыми зазорами. Выемки в электродах могут быть выполнены кольцевыми, и зазоры между электродами наход тс  в центре кольцеобразных пакетов полупроводниковых элементов, расположенных в полости, образованной этими выемками . Каждый из полупроводниковых элементов пакета, выполненный, например, из поликристаллического материала, состоит из двух металлических пластин, на которые с одной или двух сторон нанесен слой полупроводникового материала, между которыми проложен слой провод щего, плав щегос  при низкой температуре материала, например припо . Полупроводники могут быть размещены в центре имеющих, например, цилиндрическую форму электродов и окружены кольцевым зазором. Но большие поверхности полупроводников и вместе с этим более продолжительный срок службы защиты в качестве разр дника перенапр жений получаетс , если полупроводниковые пакеты окружают расположенный в центре зазор. Дл  более высокпх папр жеппй реагпровани  (срабатывани ) с целью распределени  напр жений включают один за одпим несколько полупроводпиковых пакетов таким образом, что получаетс , по меньшей мере, один зазор между двум  провод щими электродами . Промежуточное электроды целесообразно иметь в виде колец, состо щих из металла, которые расположены собствеипо между электродами устройства. Зазор между электродами и промежуточными кольцами, соответственно между этими кольцами, образуетс  с помощью прокладок из изол ционного материала . В простейшей форме исполненп  изобретени , если возникают только одинаковые напр жени  посто нной пол рности, полупроводниковый пакет состоит лишь из полупроводникового элемента с соответствующим образом пол ризованным запирающим слоем. В отношении переменных напр жений дл  защиты от перенапр жений целесообразно включать подр д два таких элемепта с противоположными направлепп ми пропускани  тока («пропускными направлени ми). Устройство также просто п выгодно получаетс  за счет введени  выполненного, например , в виде шайбы полупроводникового монокристалла таким образом, что на его обеих поверхност х, в зависимости от обсто тельств, образуетс  запирающий слой. Так можно получить , например, шайбу из кремниевого монокристалла с электронной проводимостью за счет введени  па обеих сторонах по одной зоне дырочной проводимости, благодар  чему образуетс  полупроводник р-п-уО-типа с двум  запирающими сло ми противоположных «иропускных направлений. Соответственно может быть изготовлеи полупроводиик п-р-«-типа. Запирающие слои целесообразно контактировать так, что при по влении более высокпх температур в полупроводниках, вследствие большой нагрузки от запирающего (локирующего) тока, происходит изменение агрегатного состо ни  коитактного материала в теле полупроводников. Вместо включенных монокристаллических, полупроводников, как кремний или германий, дл  предлагаемой защиты могут быть применены также поликристаллические полупроводники , как селен. При этол целесообразно на две металлические иесущие пластины нанести с одиой или с обеих сторон слой поликристаллического полупроводника и между образованными таким образом иластинами предусмотреть слой из легкоплавкой эвтектики , наприлшр припо . При этом контактирование может происходить так, что при нагреве , превышаюшем определенное значение, контактный материал проникает в запирающие слои, запирающа  возможность которых повышаетс , и при протекающих затем больших токах попадает в зазоры и между электродами . На фиг. 1 а и 1 б изображено иредложениое устройство с одним зазором между электродами; на фиг. 2 а и 2 б - устройство с несколькими зазорами, окружающими полупроводниковый пакет; на фиг. 3 - устройство с несколькими зазорами, окруженными полупроводниковым пакетом. Электроды У и 7 из хорошо провод щего материала, такие как медь или алюминий, имеют в центре выемки, в которых находитс  пОоТупроводпиковый пакет 2, состо щий из слоев 3, 4 и 5 соответственно 4 и 5. Между электродами / и / предусмотрен зазор 6, ширина которого определ етс  относительно тонкой изолирующей кольцевой прокладкой 7. Зазор расшир етс  по направлению к размещающим полупроводниковый иакет выемкам в электродах. Отдельные слои полупроводникового пакета сжимаютс  с помощью пружины 8, например, тарельчатого типа из провод щего материала. В качестве примера исполнени  полупроводниковый пакет состоит из селеновых слоев 4 и 4, которые нанесены на металлические несущие пластины 5 и 5, служащие в качестве проводников тока. Между селеновыми сло ми находитс  слой 3 припо . Запирающие слои полупроводникового пакета расположеиы так, что обладают блокирующим действием в обоих направлени х тока. Устройство работает следующим образом. Если напр жение на обоих электродах достигает пробивного напр жени  встроенного запирающего сло , то начинает проходить повышенный блокирующий (запирающий) ток, который, прежде всего, преп тствует повышению напр жени . С повышением выделени  тепла в заиирающем слое уменьшаетс  его запираюша  сиособность. Этот ироцесс можно поддерживать, соответственно ускор ть с помощью диффузии контактного материала или припо  в запирающий слой. Если ток, проход щий через полупроводниковый пакет, настолько велик, что полупроводниковый материал или припой становитс  жидким или испар етс , то часть материала сло  3 из припо  н, возможно, полупроводникового материала попадает в относительно узкий зазор 6, где, наиример, благодар  пламени электрической дуги, привод щей к сварке электродов, образуетс  длительно провод щее соединение. Благодар  этому полупроводниковый пакет падежно шунтирует, причем через сваренные электроды могут протекать высокие токи короткого замыкани . На фиг. 2 а и 2 б иоказано три включенных дин за одним полупроводниковых пакета 2, , 2 с одинаковым числом пристроенных ольцевых зазоров 6, 6 и 6 между электроами / и /. В зазорах между промежуточныи электродами 1а и 16 размещены тонкие рокладки 7, Т и 7. Конструкци  приспособена дл  более высоких напр жений реагиротродами благодар  их сварке при пробое. Нежелательное срабатывание устройства вследствие электростатических зар дов предохран емых элементов установки надежно предотвращаетс .

Требующиес  дл  оборудовани  запирающего сло  полупроводники, которые не ограничиваютс  упом нутым в примере исполнени  селеном, могут легко настраиватьс  на требуемую характеристику срабатывани  (напр жение реагировани ) защиты, так что при малых, по сравнению с производственным напр жением, но еще очень опасных дл  человека напр жени х достигаетс  высока  надежность срабатывани .

Предмет изобретени 

Claims (6)

1. Устройство дл  защиты низковольтных цепей от перенапр жений, содержащее корпус из изол ционного материала, размещенные в нем два плоскопараллельных металлических электрода из хорошо провод щего материала, прижатых друг к другу своими поверхност ми, между которыми проложена электроизол ционна  прокладка и полупроводниковые элементы, образующие пакеты с одним или более запирающим слоем , отличающеес  тем, что, с целью повыщени  чувствительности, надежности работы и срока службы, указанные электроды снабжены выемками, образующими полость, переход щую в зазор между электродами, в которой размещены пакеты из полупроводниковых элементов , и предусмотрен указатель срабатывани , который состоит из штыр , воздействующей на него пружины и проводника, удерживающего указанный штырь в первоначальном положении, пропускающего проход щий через полупроводниковые элементы ток, и закреплен на токопровод щих детал х устройства , например тарельчатых пружинах, укрепленных в выемках электродов, с помощью легкоплавкого материала.

2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что между электродами предусмотрены промежуточные электроды из провод щего материала , отделенные один от другого и от основных электродов зазорами.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающеес  тем, что указанные выемки в электродах выполнены цилиндрической формы и наход тс  в центре электродов таким образом, что пакеты полупроводпиковых элементов, расположенные в полости, образованной этими выемками , окрул ены кольцевыми зазорами.

4.Устройство по пп. 1-3, отличающеес  тем, что указанные выемки в электродах выполнены кольцевыми, и зазоры между электродами наход тс  в центре кольцеобразных

пакетов полупроводниковых элементов, расположенных в полости, образованной этими выемками.

5.Устройство по пп. 1-4, отличающеес  тем, что каждый из полупроводниковых элементов пакета, например, из поликристаллического материала состоит из двух металлических пластин, на которые с одной или двух сторон нанесен слой полупроводникового, например , полнкристаллнческого материала,

между которыми проложен слой провод щего , плав щегос  при низкой температуре материала , например припо .

вани  и ее способ действи  в основном не отличаетс  от устройства, показанного на фиг. 1. Каждый кольцевой зазор также шунгируетс  благодар  расплавленному или иарообразному полуироводниковому материалу, и, возможно, припою соответствующего полунроводникового пакета, который ироникает в зазор, так что между электродами и промежуточными электродами, соответственно между самими промежуточными электродадти, образуютс  сварные места. При этом количество полупроводниковых пакетов может быть больше, чем число зазоров.

На фиг. 3 полупроводниковые пакеты 2, 2 и 2 в виде кольца опо сывают расположенные в центре промежуточные электроды /а и 16, которые оп ть же разделены друг от друга с помощью прокладок 7, 7 и 7.

Пакеты полупровод щих элементов подпружинены тарельчатой пружиной 5 из провод щего материала или двум  тарельчатыми прул инами, соединенными между собой как проводники только в узловом месте.

Преимущество устройства, данного на фиг. 3, заключаетс  в том, что поверхности полупроводннковых пакетов существенно больще, чем при центральном располол еиии, так что устройство в качестве разр дника перенапр жений может принимать больше энергии . Благодар  этому замена устройства требуетс  только после энергоемких перенапр жений .

Указатель срабатывани , изображенный на фиг. 1 а, состоит из цилиндрического штыр  9, пружины W и легкоплавкой проволоки 11, проход щей внутри изол ционной трубки /2 и соедин ющей щтырь с пружиной 8а, котора  поднимает полупроводниковый пакет и упираетс  на пластину 13 из изол ционного материала. При этом схематически изображенна  пружина 10 находитс  в сжатом положении . Протекающий через полупроводнивый пакет ток проходит через тарельч тую пружину 8а, легкоплавкую проволоку // и указательный щтырь 9. Когда ток достигает определенного значени , при котором срабатывает устройство, легкоплавка  проволока расплавл етс  и пружина 10 выжимает штырь наружу, что указывает на срабатывание устройства.

Указатель срабатывани , показанный на фиг. 1 б, отличаетс  от устройства на фиг. 1 а тем, что пружина 86 имеет сужающеес  место , к которому крепитс  проволока 11, не  вл юща с  теперь легкоплавкой проволокой. Эта проволока оп ть проходит через изол ционную трубку 12 и соедин етс  со щтырем 9, подл имаемым при этом прулсиной 10. Пружина 86 может состо ть, например, из расположенных одна над другой тарельчатых пружин из провод щего материала, которые только в сул ающемс  (узловом) месте соединены собой как проводники, в то врем  как на друг от др лока закреплеиа легкоплавким припоем. Благодар  сильномз, проход щему через сул :ающеес  место при срабатывании защиты току проволока отпаиваетс , так что пружина 10 отлсимает щтырь нарул у.

Прули-1ны 8а и соответственно 86 поддерживают процесс проникновени  контактного материала в зазор 6 благодар  тому, что они одновременно иодлсимают расплавленный материал полупроводникового пакета и выл :1 мают его нарул у.

Указатель срабатывани , данный на фиг. 2 а, состоит из соединенной со штырем 9 проволоки 11, котора  закреплена с помощью

легкоплавкого припо  в точке 14 на полупроводниковом пакете 2. Если при срабатывании защиты полупроводниковый материал очень сильно нагреваетс , то проволока отдел етс  от него, так что пружина 10

щтырь наружу.

Указательное устройство срабатывани  на фиг. 2 б наиболее простого типа и состоит из штыр  9 и небольшого реактивного зар да 15, который за счет образующегос  при срабатывании защиты тепла воспламен етс  и при этом выталкивает штырь наружу. Дл  защиты от влал{ности реактивный зар д покрываетс  тонкой пленкой легкоплавкого лака .

Указательное устройство срабатывани , изобралсенное на фиг. 3, состоит из штыр  9, который напр л ением Ю через легкоплавкую проволоку 11 соедин етс  с листовой 16. Листова  пружина изолирована по отношению к электроду / с помощью кольцевой пластины 13. На ней, кроме того, закреплена не обладающа  проводимостью проволока /7 или нить, например , из искусственного материала, удерживающа  контакты 18, 18 и 18, которые св заны с промежуточными электродами 1а и 16, соответственно с электродом /, в таком положении , что они не шунтируют зазоры 6, 6 и

6. Правда, ток в представленной конструкции протекать оп ть же через тарельчатую 8 из провод щего материала , через листовую пружину, легкоплавкую проволоку и указательный штырь. Если легкоплавка  проволока отпаиваетс , то пружина 10, во-первых, выл имает штырь нарул у и, во-вторых, подпружинивает листовую пружину 16 вверх, так что контакты 18, 18 и 18 прилегают, в зависимости от необходимости, к размещенным на ними электродам 1, соответственно к промежуточным электродам 1а и 16. Процесс сваривани  в отдельных щел х эффективно замен етс  провод щими соединени ми . Преимущества предлагаемой защиты состо т в том, что, несмотр  на больщой, легко устанавливающийс  с помощью относительно толстой электроизол ционной прокладки промел уток, меледу электродами достигаетс  чительное иапр л :ение реагировани  и провод щее соединение между элек/ /; 3

5ff 3 2 6 77

/3