Устройство защиты от перенапряжения с сигнализацией состояния

Устройство защиты от перенапряжения с сигнализацией состояния

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение касается защиты от перенапряжения с сигнализацией состояния, которая содержит по крайней мере один нелинейный резистивный элемент с отключающим устройством, сопряженным с устройством сигнализации состояния защиты от перенапряжения.

Уровень техники

Защита от перенапряжения содержит защитный элемент, в качестве которого, как правило, применяется нелинейный резистивный элемент (варистор), электрическое сопротивление которого постепенно уменьшается под действием электрической токовой нагрузки и импульсной нагрузки защищаемой сети. Вследствие этого увеличивается ток, протекающий через защитный элемент, и увеличивается нагрев этого элемента. Поэтому защита от перенапряжения также снабжена температурным устройством отключения, служащим для отключения защитного элемента от сети в случае достижения определенной температуры защитного элемента, так как защитный элемент вследствие нагрева не способен дальше правильно выполнять свою функцию. Отключение защитного элемента от сети сигнализируется или оптически непосредственно на устройстве защиты от перенапряжения, или путем передачи на расстояние соответствующего сигнала. В случае отключения защитного элемента от сети сеть становится незащищенной и поэтому необходимо возобновить состояние защиты путем замены защитного элемента устройства защиты от перенапряжения.

Главным образом для устройств защиты от перенапряжения категории II по IEC 61643-11 требуется оптическая сигнализация состояния защиты от перенапряжения. Эта сигнализация различает два состояния, а именно „исправное" - зеленый цвет и „неисправное" - красный цвет. Эти состояния, кроме такого различения цветом, могут быть представлены и другим способом. Недостатком такой сигнализации является то, что она никоим образом не представляет состояние, в котором защита от перенапряжения уже частично повреждена, но при помощи встроенного отключающего устройства еще не отключена от защищаемой цепи. Вследствие того что сигнализируется только состояние подключения к защищаемой цепи или отключения от защищаемой цепи, в промежуток времени с момента отключения защиты от перенапряжения вследствие ее повреждения до момента, когда недействующая (отключенная) защита от перенапряжения заменена действующей, соответствующая электрическая цепь оказывается незащищенной и, следовательно, увеличивается риск повреждения незащищенных электрических установок вследствие перенапряжения.

Известно решение, в котором между фазным и нейтральным или заземляющим проводами включены два параллельно включенных варистора, при этом каждый варистор имеет свое устройство отключения от защищаемой цепи. При отключении первого варистора вследствие расплавления теплового предохранителя подвижная часть под действием пружины сжатия переместится в положение, в котором она действует на качающуюся часть таким образом, что последняя заслоняет примерно половину окошка оптической сигнализации состояния защиты от перенапряжения, за счет чего создается оптическая информация о частичном повреждении защиты от перенапряжения. Подвижная часть при изменении ее положения одновременно активизирует телесигнализацию состояния защиты от перенапряжения. При отключении второго варистора одинаковым способом осуществляется полное экранирование окошка оптической сигнализации, за счет чего создается оптическая информация о полном отключении всей защиты от перенапряжения от защищаемой цепи.

Недостатком этого решения является его значительная сложность и удвоение целого ряда функциональных элементов, а с этим связаны и большие производственные затраты.

Также известно устройство, сигнализирующее частичное повреждение защиты от перенапряжения при помощи пары параллельно включенных варисторов, которые снабжены парой отключающих механизмов, при этой каждый механизм имеет свою пружину. Функция обоих отключающих механизмов всегда зависит от температуры обоих варисторов, при этом один отключающий механизм срабатывает при более низкой температуре варисторов, чем второй. В исправном состоянии защиты от перенапряжения окошко оптической сигнализации имеет зеленый цвет. Вследствие нагрузки при эксплуатации и старения варисторов они нагреваются вплоть до момента срабатывания отключающего устройства с более низкой температурой отключения, а под действием первого отключающего устройства окошко оптической сигнализации заслоняется желтым цветом, за счет чего создается оптическая информация о частичном повреждении защиты от перенапряжения, но функциональность этой защиты сохраняется. При движении первого отключающего механизма одновременно активизируется телесигнализация состояния защиты от перенапряжения. Вследствие дальнейшего повышения температуры варисторов за счет взаимодействия второй пружины происходит отключение второго отключающего механизма, а при его движении окошко оптической сигнализации заслоняется красным цветом, означающим полное повреждение защиты от перенапряжения и ее отключение от защищаемой цепи.

Недостатком этого решения является его значительная сложность, заключающаяся в применении пары отдельных комплектных отключающих механизмов, имеющих, кроме прочего, разное конструктивное выполнение, а следствием этого являются высокие затраты на такую защиту от перенапряжения.

Целью изобретения является устранение или по крайней мере минимизация недостатков существующего состояния техники.

Сущность изобретения

Цель изобретения достигается защитой от перенапряжения с сигнализацией состояния, сущность которой заключается в том, что она содержит единственное отключающее устройство, которое снабжено средствами для по крайней мере двухступенчатого движения исполнительного элемента в зависимости от температуры нелинейного резистивного элемента, при этом исполнительный элемент сопряжен с устройством сигнализации ступенчатого движения исполнительного элемента.

Благодаря применению только одного отключающего устройства уменьшится количество деталей защиты от перенапряжения, упростится ее изготовление и уменьшатся затраты на защиту от перенапряжения - все это при сохранении полной функциональности, в сопоставлении с состоянием техники, когда применяются два отключающих устройства.

Согласно целесообразному варианту изобретения исполнительный элемент образован подвижной частью, которая с возможностью передвижения и с нажимным противодействием низкоплавкому соединению тросика и электрода нелинейного резистивного элемента расположена в корпусе вставного защитного элемента и снабжена по крайней мере одной поверхностью для оказания воздействия на рычаг оптической сигнализации, а также снабжена по крайней мере одной поверхностью для оказания воздействия на позиционирующий элемент телесигнализации, расположенный в держателе, при этом подвижная часть одним своим концом соответствует тросику, на котором при помощи низкоплавкого соединения с температурой плавления, необходимой для его освобождения, ниже температуры освобождения низкоплавкого соединения тросика и электрода нелинейного резистивного элемента, закреплен упор, в который упирается подвижная часть на расстоянии от места ее воздействия на тросик после освобождения низкоплавкого соединения упора и тросика.

Согласно другому варианту исполнительный элемент образован Т-образным рычагом, сопряженным с пружиной, при этом Т-образный рычаг своим одним плечом противодействует токоведущему соединительному элементу, который на одном своем конце при помощи припоя с меньшей температурой плавления соединен с промежуточной деталью, которая при помощи припоя с более высокой температурой плавления соединена с электродом нелинейного резистивного элемента, при этом выполнено электропроводящее соединение промежуточной детали с контактом защиты от перенапряжения, а соединительному элементу соответствует упор, ограничивающий движение соединительного элемента.

Согласно следующему варианту исполнительный элемент образован токоведущим соединительным элементом, сопряженным с пружиной, при этом выполнено электропроводящее соединение соединительного элемента с электродом нелинейного резистивного элемента и тросиком контакта защиты от перенапряжения, при этом с электродом при помощи электропроводящего припоя, имеющего более высокую температуру плавления, соединен промежуточный элемент, который при помощи электропроводящего припоя, имеющего более низкую температуру плавления, соединен с токоведущим соединительным элементом, а промежуточный элемент снабжен упором токоведущего соединительного элемента.

Согласно следующему варианту исполнительный элемент образован рычагом, сопряженным с пружиной и с токоведущей лентой, которая проходит через отверстие в электроде нелинейного резистивного элемента, при этом в исходном состоянии, когда защита от перенапряжения находится в полностью исправном состоянии, токоведущая лента при помощи припоя с более низкой температурой плавления присоединена к электроду нелинейного резистивного элемента, а на конце токоведущей ленты, за электродом, эта лента снабжена теплочувствительным упором с более высокой температурой освобождения, чем температура плавления припоя.

При этом целесообразно, чтобы теплочувствительный упор был выполнен из припоя, обладающего более высокой температурой плавления, чем температура плавления припоя.

Описание чертежей

Схематическое изображение изобретения показано на чертежах, где: фиг.1 - расположение элементов первого примерного исполнения защиты от перенапряжения, вид сбоку; фиг.2 - расположение элементов первого примерного исполнения защиты от перенапряжения, перспектива; фиг.3а - пример исполнения подвижного элемента, изображенного на фиг.1 и 2; фиг.3b - пример исполнения подвижного элемента, изображенного на фиг.1 и 2; фиг.4а - расположение элементов второго примерного исполнения защиты от перенапряжения, перспектива; фиг.4b - расположение элементов второго примерного исполнения защиты от перенапряжения, перспектива с видом подвижного элемента в разрезе; фиг.5а - расположение элементов третьего примерного исполнения защиты от перенапряжения, перспектива; фиг.5b - расположение элементов третьего примерного исполнения защиты от перенапряжения, перспектива с видом подвижного элемента в разрезе; фиг.6а1, 6а2, 6а3 - расположение элементов четвертого примерного исполнения защиты от перенапряжения с сигнализацией переходного состояния защиты от перенапряжения (положение „все в порядке"), вид сверху, главный вид, вид снизу; фиг.6b1, 6b2, 6b3 - расположение элементов четвертого примерного исполнения защиты от перенапряжения с сигнализацией переходного состояния защиты от перенапряжения (положение „переходное состояние"), вид сверху, главный вид, вид снизу; фиг.6с1, 6с2, 6с3 - расположение элементов четвертого примерного исполнения защиты от перенапряжения с сигнализацией переходного состояния защиты от перенапряжения (положение „цепь не защищена"), вид сверху, главный вид, вид снизу; фиг.6d - расположение элементов одного исполнения подвижной части, тросика и упора, вид в разрезе; фиг.6е - расположение элементов следующего исполнения подвижной части, тросика и упора, вид в разрезе; фиг.7а - исполнение вставного защитного элемента с кодирующим устройством и устройством, обеспечивающим возможность поворота вставного защитного элемента на 180° без оказания влияния на его функцию, боковой разрез; фиг.7b - вид в направлении «В» по фиг.7а; фиг.7с - деталь исполнения кодирующего устройства и устройства для обеспечения поворота вставного защитного элемента на 180° без оказания влияния на его функцию; фиг.8 - следующее альтернативное исполнение защиты от перенапряжения с сигнализацией переходного состояния защиты от перенапряжения; фиг.9 - другое альтернативное исполнение защиты от перенапряжения с сигнализацией переходного состояния защиты от перенапряжения; фиг.10 - следующее альтернативное исполнение защиты от перенапряжения с сигнализацией переходного состояния защиты от перенапряжения.

Примеры осуществления изобретения

Защита от перенапряжения содержит держатель , в котором с возможностью замены расположен вставной защитный элемент . В одном держателе могут быть расположены рядом несколько вставных защитных элементов , например, для каждой фазы трехфазной линии электропередачи и т.д. Также несколько однополюсных держателей могут быть соединены в одно целое, например, при помощи заклепок. Держатель содержит в своих плечах и не изображенные зажимы для присоединения электропроводов защищаемой цепи. В показанном примере исполнения защиты от перенапряжения с телесигнализацией изменения состояния держатель далее содержит в своей нижней части позиционирующий элемент телесигнализации с не изображенной пружиной сжатия. Держатель снабжен средствами для механического и электрического присоединения вставного защитного элемента . Для электрического присоединения вставного защитного элемента и держателя держатель снабжен токопроводами и контактами, а вставной защитный элемент снабжен контактами и .

В корпусе вставного защитного элемента в качестве защитного элемента присоединен по крайней мере один нелинейный резистивный элемент, например варистор , или группа параллельно включенных варисторов. Вывод нижнего электрода варистора при помощи низкоплавкого припоя соединен с одним концом тросика , который может быть обработан для повышения его жесткости, например, путем сварки отдельных проволок, образующих тросик, и т.д., при этом тросик своим вторым концом соединен с контактом вставного защитного элемента . Вывод верхнего электрода варистора соединен с контактом вставного защитного элемента , например, при помощи соединительного элемента , который может быть выполнен как неподвижная деталь контакта или как отдельный элемент, прикрепленный к выводу верхнего электрода и к контакту .

Далее в корпусе расположен идентификатор , снабженный идентификационными элементами , которые во введенном состоянии вставного защитного элемента в держателе входят в идентификатор на держателе , что является подтверждением правильного положения держателя и вставного защитного элемента , или же того, что в держатель введен вставной защитный элемент , имеющий необходимые защитные свойства.

В корпусе вставного защитного элемента расположена с возможностью перемещения подвижная часть , которая при помощи пружины сжатия оказывает прямое противодействие тросику и таким образом действует на низкоплавкое соединение тросика и вывода нижнего электрода варистора . В показанных исполнениях пружина сжатия размещена в полости подвижной части и опирается на стенку корпуса вставного защитного элемента , а подвижная часть за счет соединения тросика и нижнего электрода варистора удерживается в своем основном положении в состоянии, когда пружина сжатия сжата. В примере исполнения, показанном на фиг.6а-6е, на верхней стороне тросика в области его соединения с нижним электродом варистора при помощи соответствующего теплочувствительного припоя, обладающего меньшей температурой, необходимой для его освобождения, чем соединение тросика и нижнего электрода , закреплен упор . В этом исполнении подвижная часть опирается на упор (прижимается к упору под действием пружины ) и, следовательно, оказывает первичное противодействие соединению упора и тросика , за счет которого удерживается в своем основном положении в состоянии, когда пружина сжатия сжата. При этом подвижная часть через посредство упора действует и на соединение выводы нижнего электрода и тросика . В примере исполнения, показанном на фиг.6d, подвижная часть в исходном положении опирается только на загиб упора . В исполнении согласно фиг.6е подвижная часть в исходном положении опирается на загиб упора , а также на концевую часть упора . В исполнении по фиг.6а-6е подвижная часть снабжена нажимной стенкой для воздействия на торцевую стенку тросика , за счет чего улучшается действие подвижной части на тросик . Также исполнения по фиг.1-5b могут быть приспособлены для исполнения с упором , описание назначения и функции которого будет приведено далее.

В примерах исполнения, показанных на фиг.1-4b, в подвижную часть между ее стенками и вдвинуто нижнее плечо , выполненное на одном конце плоского рычага , который поворотно расположен на цапфе , образованной в корпусе , вне горизонтальной плоскости проекции пространства для варистора или варисторов . В примере исполнения на фиг.5а и 5b подвижная часть вместо стенок и снабжена ступенчатой стенкой , на которую опирается нижнее плечо рычага , поворотно расположенного на цапфе , образованной в корпусе . Нижнее плечо рычага находится в постоянном контакте со ступенчатой стенкой подвижной части под действием пружины растяжения , один конец которой расположен на корпусе , а второй конец соединен с рычагом . В не показанном здесь исполнении пружина растяжения заменена расположенной соответствующим способом пружиной сжатия. В примерах исполнения на фиг.6а-6с подвижная часть снабжена стенками и , образующими изогнутую канавку, в которую вдвинуто нижнее плечо , выполненное на одном конце плоского рычага , поворотно расположенного на цапфе , образованной в корпусе , вне горизонтальной плоскости проекции пространства для варистора или варисторов .

Рычаг на своем втором конце снабжен сигнализационным плечом , имеющим цветную площадку или цветные площадки для оптической сигнализации состояния защиты от перенапряжения. С этой целью корпус снабжен отверстием оптической сигнализации, при этом напротив отверстия оптической сигнализации выполнена площадка в корпусе или в этот корпус установлена вставка , имеющая цвет, соответствующий оптической сигнализации в исходном состоянии защиты от перенапряжения, в котором сигнализационное плечо не находится в соответствии с отверстием в корпусе .

Нижняя стенка корпуса и идентификатор снабжены овальными отверстиями и , через которые проходит вышеописанный позиционирующий элемент , опирающийся на подвижную часть . При введенном в держатель вставном защитном элементе позиционирующий элемент в состоянии, когда подвижная часть находится в основном положении, своим концом прикасается к подвижной части , и его положение создает информацию о состоянии защиты от перенапряжения для телесигнализации, что обеспечивается за счет не изображенного размещения соответствующих функциональных элементов в держателе . В выведенном положении подвижной части (как будет приведено дальше) позиционирующий элемент введен своим концом в корпус вставного защитного элемента . Идентификатор снабжен идентификационными выступами , входящими в соответствующие отверстия в держателе .

На фиг.7а-7с показано исполнение, позволяющее повернуть вставной защитный элемент в держателе на 180°, не оказывая влияния на защитную и сигнализационную (телесигнализацию и оптическую сигнализацию) функции вставного защитного элемента . В этом исполнении позиционирующий элемент в держателе располагается вне оси симметрии контактов , или же вне центра расстояния между контактами , и одновременно вне продольной оси вставного защитного элемента . Овальные отверстия и расположены под углом к осям и . Подвижная часть снабжена опорной стенкой со ступенчатым концом , при этом в каждой части наклонных овальных отверстий и расположена часть , опорной стенки подвижной части . Таким образом, в основном положении подвижной части конец напружиненного позиционирующего элемента в одном положении вставного защитного элемента прикасается к первой части опорной стенки подвижной части , при этом в положении вставного защитного элемента , повернутого на 180°, конец напружиненного позиционирующего элемента прикасается к другой части опорной стенки подвижной части . В отведенном положении подвижной части обе части , опорной стенки расположены вне траектории движения напружиненного позиционирующего элемента и, следовательно, не препятствуют его вхождению через наклонные овальные отверстия и в корпус вставного защитного элемента для телесигнализации состояния защиты от перенапряжения. С угловыми шагами по окружности вокруг расположенных под углом овальных отверстий , выполнены идентификационные выступы , которые в обоих положениях вставного защитного элемента (исходном и повернутом на 180°) входят в соответствующие отверстия в держателе . В не показанном здесь примере исполнения вставной защитный элемент выполнен без возможности поворота в держателе .

В примерах исполнения, показанных на фиг.1-3b, все элементы устройства отключения нелинейного резистивного элемента от сети и все элементы сигнализации (оптической и дистанционной) состояния защиты от перенапряжения, находящиеся внутри корпуса вставного защитного элемента , в любом состоянии защиты от перенапряжения располагаются полностью вне пространства, ограниченного контуром нелинейного резистивного элемента (варистора ) при виде в направлении, перпендикулярном боковой плоскости нелинейного резистивного элемента (варистора ), т.е. в направлении ширины корпуса . При такой компоновке в корпусе одного типоразмера вставного защитного элемента можно, без необходимости выполнения переделки устройства для отключения нелинейного резистивного элемента от сети и устройства для сигнализации состояния защиты от перенапряжения, расположить рядом нужное число параллельно включенных нелинейных резистивных элементов (варисторов ) в направлении ширины корпуса . В случае, когда число примененных нелинейных резистивных элементов (варисторов ) меньше максимального, оставшееся пространство корпуса между боковой стенкой нелинейных резистивных элементов (варисторов ) и боковой стенкой корпуса свободно, и в него не входит ни один из элементов устройства для отключения нелинейного резистивного элемента от сети или элементов сигнализации (оптической сигнализации и телесигнализации) состояния защиты от перенапряжения.

В примерах исполнения, показанных на фиг.4а-6с, цапфа , на которой поворотно расположен рычаг , располагается вне пространства, ограниченного контуром нелинейного резистивного элемента (варистора ) при виде в направлении, перпендикулярном боковой плоскости нелинейного резистивного элемента (варистора ), т.е. в направлении ширины корпуса , при этом рычаг выполнен плоским в направлении, параллельном боковой стенке нелинейного резистивного элемента (варистора ), а нижнее плечо и сигнализационное плечо расположены вне пространства, ограниченного контуром нелинейного резистивного элемента (варистора ), при виде в направлении, перпендикулярном боковой стенке нелинейного резистивного элемента (варистора ), т.е. в направлении ширины корпуса . Пружина растяжения , примененная в примере исполнения на фиг.5а и 5b, тоже расположена в плоскости, параллельной боковой стенке нелинейного резистивного элемента (варистора ). В исполнениях, показанных на фиг.4а-6с, в корпусе одинаковых наружных размеров и с такими же средствами присоединения для ввода в держатель , какие имеет корпус в примерах исполнения на фиг.1-3b, можно разместить нелинейные резистивные элементы (варисторы ) больших размеров (а также большей мощности), чем в исполнениях, показанных на фиг.1-3b, следовательно, для обоих „типов" защиты от перенапряже