разрядник для защиты от перенапряжения

Формула изобретения

1. Разрядник для защиты от перенапряжения, содержащий пакет из нескольких цилиндрических варисторных элементов (10), выполненных предпочтительно из оксида металла, установленных друг за другом в осевом направлении между верхним концевым электродом (11) и нижним концевым электродом (12) и окруженных удлиненным электроизоляционным наружным кожухом (19) из резины или другого полимерного материала, причем концевые электроды (11, 12) соединены друг с другом с помощью зажимных элементов (15) из изоляционного материала для достижения требуемого контактного давления в пакете варисторных элементов, отличающийся тем, что зажимные элементы (15) включают по меньшей мере три хомута из непрерывно намотанной пряди, а между нижним концевым электродом (12) и самым нижним варисторным элементом (10) пакета варисторных элементов расположены поворотные средства, содержащие расположенные по центру осевой стержень (17), выступающий от нижнего концевого электрода и осуществляющий контакт с прижимной пластиной (14), опирающейся на самый нижний варисторный элемент (10) пакета варисторных элементов, для обеспечения возможности поворота во всех поперечных направлениях.

2. Разрядник для защиты от перенапряжения по п.1, отличающийся тем, что поворотные средства содержат винт (17) для создания предварительного напряжения в пакете варисторных элементов.

3. Разрядник для защиты от перенапряжения по п.1, отличающийся тем, что осевой стержень (17) содержит по меньшей мере одну прокладку.

4. Разрядник для защиты от перенапряжения по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что прижимная пластина (14) выполнена с наклонными краями.

5. Разрядник для защиты от перенапряжения по п.4, отличающийся тем, что прижимная пластина (14) выполнена с вогнутыми краями.

6. Разрядник для защиты от перенапряжения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что осевой стержень (17) выполнен с плоской поверхностью, находящейся в контакте с прижимной пластиной (14).

7. Разрядник для защиты от перенапряжения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поворотные средства (17) или прижимная пластина (14) выполнены с выпуклой контактной поверхностью.

8. Разрядник для защиты от перенапряжения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поворотные средства содержат упругую пластину, установленную между прижимной пластиной (14) и концевым электродом (12).

9. Разрядник для защиты от перенапряжения по п.8, отличающийся тем, что упругая пластина выполнена электроизоляционной, а прижимная пластина (14) снабжена элементом для электрического соединения.

10. Разрядник для защиты от перенапряжения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что концевые электроды снабжены выступающими в радиальном направлении заплечиками (16), с которыми находятся в контакте зажимные элементы (15), при этом каждый заплечик (16), выступающий в радиальном направлении из нижнего концевого электрода (12), имеет неподвижную часть (16а), выполненную за одно целое с концевым электродом (12), и часть (16b), поворотную по отношению к неподвижной части, благодаря чему сочленения (30, 31) способны передавать напряжения сжатия от зажимных элементов (15) на концевой электрод (12) без создания крутящего момента.

11. Разрядник для защиты от перенапряжения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что на каждом концевом электроде (11, 12) расположена концевая обойма (20), снабженная лапками (21) для уменьшения прогиба разрядника, противодействия боковому сжатию зажимных элементов (15) и при осуществлении соединения модулей разрядника - для передачи крутящего момента.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к разряднику для защиты от перенапряжения, содержащему пакет из цилиндрических варисторных шашек, предпочтительно изготовленных из оксида металла, установленных друг за другом между двумя концевыми электродами и окруженных удлиненным электрически изолированным наружным кожухом из резины или другого полимерного материала. Для достижения требуемого контактного давления в пакете варисторных элементов, разрядник для защиты от перенапряжения снабжен одним или несколькими зажимными элементами, проходящими от одного концевого электрода до другого и прикрепленными к ним.

Предшествующий уровень техники

Разрядники для защиты от перенапряжения указанного выше типа известны из патентных документов US-A-5291555, US-A-5291366 и EP-A-0230103. Недостатком этих известных конструкций является их недостаточная стойкость к поперечным механическим нагрузкам на разрядник.

Для пропускания больших токов должно быть обеспечено достаточное контактное давление между варисторными элементами. В известных конструктивных решениях такое контактное давление достигают путем создания предварительного напряжения пакета варисторов с помощью внешнего электрически изолированного механического узла. Благодаря предварительному напряжению элементов пакет варисторов обладает большой жесткостью и поэтому внешняя поперечная нагрузка, прилагаемая к верхнему концевому электроду, поглощается в варисторном пакете в виде напряжения изгиба. Это напряжение изгиба ведет к распределению сил по поверхности варисторных элементов, создавая напряжение сжатия, увеличивающееся к краю в направлении прогиба, и соответствующее ослабление давления в противоположном направлении. Уменьшение давления недопустимо, так как оно приводит к тому, что контактное давление оказывается недостаточным. Известно решение, предусматривающее увеличение усилия предварительного напряжения для достижения достаточного контактного давления по всей поверхности варисторных элементов. Однако варисторные элементы хрупки и легко могут растрескиваться под воздействием больших напряжений сжатия на краях. Поэтому известные конструктивные решения основаны на компромиссе между поддержанием достаточного контактного давления и предотвращением превышения предела прочности варисторных элементов в отношении опорного давления.

Разрядник для защиты от перенапряжения описанного выше типа может быть активной частью разрядника для защиты от перенапряжения для систем со средними величинами напряжения. Несколько разрядников могут быть соединены друг с другом подобно модулям в составной (последовательно соединенный) разрядник, предназначенный для более высокого напряжения. При поперечной нагрузке на такой собранный из нескольких модулей разрядник изгибающий момент возникает по всему разряднику. Поэтому варисторные элементы самого нижнего модуля в разряднике подвергаются очень большим напряжениям сжатия и растяжения. Таким образом, еще одним недостатком этих известных конструкций является значительное уменьшение сопротивления разрядника к внешним поперечным нагрузкам, когда разрядник собирают из нескольких модулей.

Сущность изобретения

Целью данного изобретения является создание разрядника для защиты от перенапряжения упомянутого типа, способного выдерживать более высокие внешние поперечные нагрузки, чем известные разрядники.

Это достигается тем, что в разряднике для защиты от перенапряжения, содержащем пакет из нескольких цилиндрических варисторных элементов, выполненных предпочтительно из оксида металла, установленных друг за другом в осевом направлении между верхним концевым электродом и нижним концевым электродом и окруженных удлиненным электроизоляционным наружным кожухом из резины или другого полимерного материала, причем концевые электроды соединены друг с другом с помощью зажимных элементов из изоляционного материала для достижения требуемого контактного давления в пакете варисторных элементов, согласно изобретению зажимные элементы включают по меньшей мере три хомута из непрерывно намотанной пряди, а между нижним концевым электродом и самым нижним варисторным элементом пакета варисторных элементов расположены поворотные средства, содержащие расположенный по центру осевой стержень, выступающий от нижнего концевого электрода и осуществляющий контакт с прижимной пластиной, опирающейся на самый нижний варисторный элемент пакета варисторных элементов, для обеспечения возможности поворота во всех поперечных направлениях.

Зажимные элементы в виде хомутов соединяют концевые электроды друг с другом по меньшей мере в трех точках, так что во всех направлениях изгибающий момент, вызванный прогибом, поглощается в виде усилий растяжения и сжатия в зажимных элементах. Также и внешний изгибающий момент, действующий на верхний концевой электрод, будет создавать силы растяжения и сжатия в зажимных элементах. Поэтому составленный из нескольких модулей разрядник для защиты от перенапряжения приобретает способность выдерживать значительно большие внешние поперечные нагрузки, чем известный составной разрядник.

Внешние поперечные силы, действующие на модуль разрядника для защиты от перенапряжения, снабженный поворотными средствами, вызывают появление изгибающего момента в верхнем концевом электроде. Это ведет к распределению по поверхности самого верхнего варисторного элемента механической нагрузки, такой же по величине, как и в разряднике без поворотных средств, но направленной в противоположную сторону. В случае идеального поворота момент в нижний конец пакета передаться не может и поэтому не возникает распределения сил по поверхности самого нижнего варисторного элемента. Путем выполнения поворотных средств таким образом, что они способны частично передавать изгибающий момент, обеспечивается дополнительное преимущество. В этом случае изгибающий момент может быть передан от нижнего концевого электрода на нижнюю часть пакета варисторов, при этом изгибающий момент направлен в противоположном направлении по отношению к моменту в верхней части пакета варисторов. Возникающие таким образом изгибающие моменты могут уравновешивать друг друга, так что на поверхности варисторных элементов возникает значительно более низкое опорное давление. В результате могут быть выдержаны значительно большие поперечные нагрузки.

Согласно одному варианту осуществления изобретения поворотные средства содержат винт для создания предварительного напряжения в пакете варисторных элементов.

Согласно другому варианту осуществления изобретения осевой стержень содержит по меньшей мере одну прокладку.

Прижимная пластина может быть выполнена с наклонными краями.

Кроме того, прижимная пластина может быть выполнена с вогнутыми краями.

Осевой стержень может быть выполнен с плоской поверхностью, находящейся в контакте с прижимной пластиной.

При этом достигается дополнительное преимущество, суть которого состоит в том, что точка поворота при прогибе разрядника перемещается в направлении прогиба, в результате чего изменяются плечи крутящего момента, приложенного к зажимным элементам. Плечо крутящего момента, относящееся к зажимному элементу, находящемуся под растягивающей нагрузкой, становится при прогибе длиннее, что приводит к снижению растягивающей нагрузки в этом элементе. Таким образом, разряднику придается начальная жесткость, а это значит, что нужно выдержать определенный изгибающий момент до того, как произойдет больший прогиб.

Целесообразно, чтобы поворотные средства или прижимная пластина были выполнены с выпуклой контактной поверхностью.

Поворотные средства могут содержать упругую пластину, установленную между прижимной пластиной и концевым электродом.

Указанная упругая пластина может быть выполнена электроизоляционной, а прижимная пластина может быть снабжена элементом для электрического соединения.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения концевые электроды снабжены выступающими в радиальном направлении заплечиками, с которыми находятся в контакте зажимные элементы, при этом каждый заплечик, выступающий в радиальном направлении из нижнего концевого электрода, имеет неподвижную часть, выполненную за одно целое с концевым электродом, и часть, поворотную по отношению к неподвижной части, благодаря чему сочленения способны передавать напряжения сжатия от зажимных элементов на концевой электрод без создания крутящего момента.

Хомуты, образованные непрерывно намотанными прядями из стекловолокна, заделанными в полимерный материал, зажаты на указанных заплечиках, выступающих из концевых электродов, например, как это описано в заявке Германии P 43066917. Благодаря поворотным средствам разрядник для защиты от перенапряжения будет иметь большую амплитуду прогиба при воздействии поперечных усилий по сравнению с известными конструкциями. Это означает, что когда происходит прогиб, хомуты, закрепленные на заплечиках, выступающих из нижнего концевого электрода, подвергаются неблагоприятному распределению усилий в направлении прогиба. При таком прогибе концевые электроды не только смещаются параллельно, но и располагаются под углом друг к другу. Смещение и изменение угла означают, что поперечное сечение хомута в аксиальной плоскости, параллельной направлению прогиба, будет испытывать различные силы на внутреннем и наружном краях этого сечения. Таким образом, нагрузка на краях становятся определяющей для общей способности хомута поглощать нагрузку. При этом возникает проблема, состоящая в том, что способность хомута воспринимать нагрузку снижается, если одновременно должен быть допустим прогиб.

Перечисленные проблемы решаются согласно данному изобретению путем обеспечения поворота нижней, воспринимающей нагрузку части заплечика относительно верхней части заплечика, выполненной за одно целое с концевым электродом, с помощью сочленения в тангенциальном направлении. Тогда на ту часть заплечика, которая находится в контакте с хомутом, происходит передача усилия, которое равномерно распределяется по поперечному сечению хомута. Тогда это усилие может передаваться, не создавая крутящего момента, к неподвижной части этого заплечика через указанное сочленение, которое может представлять собой закругление нижней части заплечика.

Целесообразно, чтобы на каждом концевом электроде была расположена концевая обойма, снабженная лапками для уменьшения прогиба разрядника, противодействия боковому сжатию зажимных элементов и, при осуществлении соединения модулей разрядника, для передачи крутящего момента.

Краткое описание чертежей

Данное изобретение будет разъяснено более детально в описании вариантов его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает в аксонометрии предлагаемый разрядник для защиты от перенапряжения с частично удаленным кожухом;

фиг. 2 изображает разрез по оси разрядника для защиты от перенапряжения, и

фиг. 3 изображает альтернативный вариант выполнения нижней части разрядника для защиты от перенапряжения.

Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения

Показанные на фиг.1 и 2 модули разрядника для защиты от перенапряжения содержат пакет из круглых цилиндрических варисторных элементов 10 из оксида цинка. Пакет варисторных элементов зажат между верхним концевым электродом 11 и нижним концевым электродом 12 через промежуточные прижимные пластины 13, 14. Концевые электроды и прижимные пластины могут быть выполнены из подходящего электропроводного материала, например, из алюминия. Осевое сжатие пакета варисторных элементов осуществляется с помощью четырех неэлектропроводных хомутов 15, намотанных из непрерывной пряди стекловолокна с образованием множества витков и заделанных в термореактивную смолу. Хомуты прикреплены к концевым электродам, которые для этого снабжены четырьмя выступающими в радиальном направлении заплечиками 16 с круговыми цилиндрическими контактными поверхностями. Хомуты могут быть изготовлены отдельно и затем закреплены на пакете, собранном из варисторных элементов, шайб и электродов путем затягивания винта 17, который ввернут в нижний концевой электрод и который одновременно выполняет функцию присоединительного винта или клеммы.

Верхний концевой электрод модуля разрядника снабжен резьбовым отверстием 18 для винта, предназначенного для резьбового соединения (последовательное соединение) с подобным модулем или в качестве клеммы. На каждом конце разрядник снабжен концевой обоймой 20, содержащей четыре выполненные на шайбе лапки 21, при этом каждая лапка заходит на заплечик 16 и контактирует с выступающей опорой 22 на каждом заплечике. Назначение лапок 21 состоит в уменьшении прогиба разрядника и в противодействии боковым силам сжатия в хомутах 15. Концевые обоймы 20 также предназначены для передачи крутящего момента, когда модуль разрядника привинчивается к другим модулям или к концевому соединителю. Модуль разрядника снабжен кожухом 19, изготовленным путем литья предпочтительно из эластомера, например силиконовой резины или этилен-пропиленового трехзвенного полимера (EPDM резина).

На фиг. 3 показан альтернативный вариант выполнения нижнего концевого электрода 12. Каждый выступающий из концевого электрода заплечик 16 содержит верхнюю неподвижную часть 16a, объединенную с концевым электродом, и нижнюю поворотную часть 16b, которая имеет полукруглую контактную поверхность, обращенную к хомуту 15. Неподвижная часть 16a имеет плоскую контактную поверхность 30, расположенную в плоскости, перпендикулярной разряднику на одном уровне с опорой 22. В этой же плоскости находится цилиндрическая контактная поверхность 31 нижней поворотной части 16b заплечика 16, при этом контактная поверхность 31 расположена тангенциально к осевой плоскости, проходящей через центр заплечика. Таким образом, контактные поверхности 30 и 31 образуют сочленение, через которое усилия от хомута 15 могут передаваться концевому электроду 12 без создания крутящего момента. По этой причине не возникает неравномерной нагрузки в поперечном сечении хомута при прогибе разрядника. Прилегающая к винту 17 пластина 14 отличается от предшествующего примера тем, что ее края выполнены вогнутыми.

Согласно усовершенствованному варианту изобретения поворотные средства выполнены настолько жесткими, что способны частично передавать изгибающий момент. Возникающий на нижнем конце пакета варисторных элементов изгибающий момент может быть такой величины, чтобы частично противодействовать изгибающему моменту на верхнем конце пакета варисторных элементов. Благодаря такой конструкции разрядник для защиты от перенапряжения может воспринимать значительно большие поперечные нагрузки, чем известные разрядники, не превышая при этом допустимое опорное давление, действующее на варисторные элементы. Это свойство может быть обеспечено путем замены поворотных средств на упругую пластину из материала с модулем упругости в несколько сот МПа, вставленную между прижимной пластиной 14 и концевым электродом 12. При необходимости иметь изолированную опору может быть использована упругая пластина, изготовленная из электроизоляционного упругого материала. В этом варианте выполнения подвод электричества может быть осуществлен к прижимной пластине 14.

Способность частично передавать изгибающий момент может быть также достигнута путем придания плоской контактной поверхности винту 17, проходящему через концевой электрод 12. В этом случае плоская контактная поверхность винта должна иметь достаточный диаметр, образуя небольшое плечо крутящего момента, которое равно расстоянию от центра до края винта и благодаря которому можно передавать часть внешнего изгибающего момента на пакет варисторных элементов. Таким образом, точка поворота смещается в направлении прогиба, при этом плечи крутящего момента, действующего на хомуты 15, изменяются так, что в хомутах 15 возникают меньшие усилия растяжения.