АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H01H9/30 

Изобретение относится в частности, к линейному защитному выключателю.

Известны выключатели [1] , содержащие внутри корпуса, выполненного из изолирующего материала, камеру с гасящими пластинами, предназначенными для эффективного гашения электрической дуги, возникающей при отключении короткого замыкания.

Известна усовершенствования гасящая камера [2]. Общим для всех гасящих камер является то, что они содержат несколько расположенных на расстоянии друг от друга гасящих пластин и две пластины, которые расположены поперечно перед ними с примыканием к контактному устройству, выполнены из изолирующего материала и расположены в так называемой предварительной области камеры. Состоящие в большинстве случаев из керамики или пластмассы пластины из изолирующего материала расположены на удалении от стенок корпуса. В результате этого существует возможность обтекания пластин газами электрической дуги или компенсации давления.

Недостатком всех гасящих камер является то, что обе дополнительные пластины из изолирующего материала помимо расходов на их изготовление требуют соответствующих расходов на монтаж. К тому же, если керамические пластины при закрывании частей корпуса вложены неточно или соскальзывают со своей позиции, существует опасность их разрушения. В результате этого могут возникать функциональные нарушения работы переключателя, обусловленные разрушением пластин из изолирующего материала внутри выключателя.

Известен линейный защитный выключатель, который с целью отказа от пластин из изолирующего материала может быть снабжен встроенными средствами для направления электрической дуги в предварительной зоне камеры [3]. Эти средства состоят из противолежащих сформованных рядов ребер, расположенных на стенках корпуса камеры дуги. Между рядами ребер, которые имеют структуру, напоминающую дерево, или могут быть выполнены в качестве отдельных прямолинейных стенок, остается центральный канал. В зависимости от формы ребер они окружены пазами или насечками, которые содержат деионизированный холодный резерв газа и при отключении должны обеспечивать отвод газа в направлении контактной зоны. Ряды ребер, свободно расположенные приблизительно в центре предварительной зоны камеры, лишь расширяют путь тока утечки, не обеспечивая целевого направления коммутационной дуги и газа дуги. При этом форма и положение пазов ориентированы в основном на то, чтобы соблюдать равномерную толщину ребер для исключения влияния впадин и неровностей частей корпуса. Таким образом, при исполнении рядов ребер этого выключателя на переднем плане стоят меры геометрического, а также технического (относящегося к технике прессования) характера. При использовании такого рода гасящей камеры не обеспечиваются оптимальный обратный отвод газа, а также быстрое прохождение дуги от контактного места к гасящим пластинам.

Целью изобретения является упрощение конструкции и обеспечение улучшенного направления дуги, а также достижение в предварительном пространстве камеры особо низкой величины сопротивления прохождению дуги за счет быстрого прохождения коммутационной электрической дуги от контактного места к пакету гасящих пластин.

Цель достигается с помощью автоматического выключателя. Соответствующее изобретению исполнение гасящей камеры является предпочтительным по той причине, что коммутационная электрическая дуга под воздействием магнитного поля шин для прохождения дуги ограничивается узким боковым пространством между выступающими верхними сторонами вплотную прилегающих там перегородок, а также торцовыми поверхностями нескольких, расположенных в предварительном пространстве камеры стоек или цапф и проходит в узком зазоре. Тем самым наряду с улучшенным направлением дуги достигается высокая величина ускорения дуги при малом давлении газа. Одновременно приводное действие отдающего газ материала перемычек и стоек используется для дополнительного приводного воздействия на дугу. При закрытых боковых пластинах это действие является довольно существенным. Кроме того, возникающее при движении электрической дуги давление газа может уменьшаться в свободных пространствах между стойками, в результате чего коммутационной дуге противодействует лишь незначительное сопротивление потоку в направлении гасящих пластин и, следовательно, обеспечивается возможность быстрого и надежного прохождения дуги от контактного участка. При движении электрической дуги на основании обратного протекания газа между стойками осуществляется эффективная компенсация разности давлений перед и после дуги. Эта компенсация давлений обеспечивает одновременно хорошую деионизацию отличающейся опасностью повторного поджигания в области контактного участка за дугой. Кроме того, выполненные в форме перемычек уплотнительные стенки увеличивают путь тока утечки на контактном участке. Поскольку кромки перемычек нагружаются дугой лишь в незначительной степени, и при разомкнутых контактах достигается высокая пробивная прочность. Особое преимущество изобретения заключается в том, что могут быть достигнуты высокая скорость движения дуги и незначительная величина давления газа в предварительном пространстве камеры в совокупности с описанными выше эффектами за счет непосредственной формовки стоек, а также уплотнительных стенок в процессе изготовления частей корпуса из дуропласта или термопласта, что означает сокращение расходов. За счет отказа от использования обеих обычно использовавшихся ранее пластин из изолирующего материала в предварительной области камеры достигается существенная экономия средств.

На фиг. 1 изображен линейный защитный включатель с открытой в области гасящей камеры верхней половиной корпуса; на фиг. 2 показано сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 - представлена область гасящей камеры одной половины корпуса в перспективе; на фиг. 4 схематически показаны в развернутом виде внутренние контуры обеих отделенных друг от друга половин корпуса в области гасящей камеры.

Выключатель содержит состоящий из двух половин 1 и 2, корпус 3, который имеет в верхней части механизм 4 отключения и инициации. В области цоколя, которая расположена ниже, изготовленный из дуропластической или термопластической формовочной массы корпус 3 имеет гасящую камеру 5, которая заполнена пакетом 6 гасящих пластин, расположенным параллельно поверхности 7 основания выключателя. Глубина гасящей камеры между ее боковыми внутренними поверхностями 8 и 9 определена, исходя из стандартизированной ширины выключателя, внешними стенками 10 и 11 - обычной общепринятой толщиной. Прилегающий своими расположенными слева узкими торцовыми поверхностями к выполненной с выходными отверстиями стенке 12 корпуса пакет 6 гасящих пластин ограничен на верхней и нижней продольных сторонах шинами 13 или 14 для прохождения дуги, которые направлены в область контактного устройства 15, расположенного в предварительном пространстве 16 гасящей камеры. Пакет гасящих пластин, содержащий, например, девять расположенных рядом друг с другом на взаимном удалении гасящих пластин 17 из ферромагнитного материала, полностью заполняет между обеими боковыми поверхностями 8 и 9 имеющую форму коробки части гасящей камеры сбоку от предварительного пространства 16 и крепится там без возможности смещения.

Расположенный на правом верхнем краю гасящей камеры в имеющем приблизительно форму воронки предварительном пространстве 16 контактный участок с простым размыканием состоит из стационарного контактного элемента 18, который через токопроводящие части 19 и инициирующую катушку 20 соединен с выходной клеммой 21, и из контактного рычага 22, поворачиваемого вокруг неподвижной относительно корпуса оси. Рычаг 22 через подвижные линии 23 и 24 с промежуточным использованием теплового размыкателя 25 соединен с входной клеммой 26 и при выполнении процесса отключения поворачивается против часовой стрелки. Стационарный контактный элемент 18 и контактный рычаг 22 образуют на участке соприкосновения контактов с токоподводящими линиями U-образный контур тока, который ориентирован перпендикулярно направлению гасящих пластин 17. Отдельные гасящие пластины имеют на своей обращенной к предварительному пространству 16 камеры торцовой стороне вырез 27, который улучшает вхождение дуги и имеет U-образную форму, и закрывают образованным таким образом торцовым контуром общее открытое поперечное сечение предварительного пространства камеры, которое закрыто относительно прочих областей корпуса в основном частями 28 стенок. В частях 28 стенок выполнена лишь одна необходимая для поворотного движения контактного рычага 22 выемка, в результате чего предварительное пространство 16 камеры в совокупности с шинами 13 и 14 для прохождения дуги выполнено почти герметичным относительно переключающего и инициирующего механизма. Большое значение имеют две узкие перемычки 29 и 30, которые призматически выступают в предварительном пространстве 16 камеры к центру корпуса и имеют прямоугольное поперечное сечение, однако могут быть выполнены в форме трапеции или ступенчатой форме. Они сформованы непосредственно на обеих половинах 1 и 2 корпуса и проходят от основания внешних стенок 10 и 11, приблизительно до плоскости поворота подвижного контакта рычага 22, завершаясь своей верхней стороной на той же высоте от боковых поверхностей. В плоскости гасящей камеры, т.е. в плоскости чертежа по фиг. 1, имеющие приблизительно равномерную ширину перемычки 29 и 30 проходят, однако, с различной дугообразной формой, а именно от области контактного устройства до торцового контура пакета гасящих пластин. При этом верхняя перемычка 29 вплотную прилегает к стационарному контактному элементу 18 и следует форме его контактного рога 31 на обращенной к предварительному пространству камеры стороне вплоть до стенки гасящей камеры в области верхней шины 13 для прохождения дуги. Перемычки 29 обеих половин корпуса охватывают стационарный контактный элемент на стороне контактов, а также на обеих узких сторонах так, что в центре между ними остается лишь один зазор, соответствующий ширине контактного рычага 22 и проходящий вдоль рога 31 световой дуги. То же справедливо в отношении перемычки 30 на участке вдоль нижней шины 14 для прохождения световой дуги. Последняя вплотную охвачена перемычками 30 по обеим сторонам на продольных кромках в направлении предварительного пространства 16 камеры, в результате чего и в этом случае остается лишь зазор с шириной контактного рычага, служащий для образования исходных точек коммутационной дуги 32. Будучи суженной верхними сторонами перемычек 29 и 30, световая дуга может таким образом входить внутрь зазора в пакет гасящих пластин. Незначительно выступающий выгнутый желобок 33 на нижней шине для прохождения световой дуги вблизи зазора дополнительно поддерживает прямолинейность направления распространения исходной точки световой дуги. Благоприятное воздействие на движение световой дуги оказывается, кроме того, со стороны закрытых сбоку перемычками 30 частей более широкой ферромагнитной шины 14 для прохождения дуги, так как большее поперечное сечение материала улучшает движение световой дуги.

В предварительном пространстве 16 камеры расположены стойки или цапфы 34, которые располагаются равномерно в свободном поперечном сечении между перемычками 29 и 30. Стойки 34, имеющие круглое или прямоугольное поперечное сечение, расположены приблизительно на одинаковом расстоянии от перемычек 29 и 30 и друг от друга и простираются от боковых поверхностей 8 и 9 почти до плоскости поворота контактного рычага 22, так что между их торцовыми поверхностями 35 остается лишь узкий сквозной зазор. Торцовые поверхности обеих стоек определяют боковое ограничение по ширине возникающей на контактном участке коммутационной дуги 32 в совокупности с имеющими предпочтительно ту же высоту перемычками 29 и 30, в то время как ее исходные точки растягиваются на контактном роге 31, а также на шинах 13 и 14 для прохождения дуги и выводятся с ускорением из контактного участка в направлении пакета 6 гасящих пластин 36, 37 световой дуги. Стойки 34 расположены предпочтительно с легким зигзагообразным смещением относительно центральной линии между обеими перемычками 29 и 30 от участка установления контакта в направлении торцовых сторон гасящих пластин, однако могут располагаться непосредственно в ряду на этой центральной линии. Лишь в расширяющейся в форме воронки области непосредственно перед гасящими пластинами 17 (фиг. 1 и 3) две стойки располагаются идеально. В каждой половине 1 и 2 корпуса в соответствии с примером исполнения семь стоек 34 сформованы непосредственно при изготовлении частей корпуса, причем стойки выполнены предпочтительно в форме усеченного конуса с центральным диаметром около 2 мм и высотой около 6 мм. Так как применительно к линейным защитным выключателям возможны различные целесообразные с технической точки зрения решения для исполнения предварительного пространства камеры, с одной стороны, на основании формы контактного устройства и его расположения относительно шин для прохождения дуги, а также, с другой стороны, на основании количества гасящих пластин и их расположения в гасящей камере, конструктивное исполнение стоек 34 зависит от названных критериев. Количество стоек в каждой части корпуса зависит в основном от размера предварительного пространства камеры, причем применительно к их положению они должны быть по возможности равномерно распределены между зоной контактного участка и торцовыми сторонами гасящих пластин. В идеальном случае группы стоек расположены в обеих половинах корпуса смещенными от так, как это показано, в частности, на фиг. 2. В результате, несмотря на узкое направление коммутационной дуги 32, уменьшается действующее на нее трение, обусловленное стойками 34, так как при прохождении дуги поочередно действует лишь одна поверхность обеих групп стоек.

Независимо от количества, размера и положения стоек они занимают исходную площадь, составляющую приблизительно от 5 до 15% от остающейся между перемычками 29 и 30 поверхности предварительного пространства камеры, в результате чего вокруг них остаются открытые каналы 38 потока, которые изолированы от остальных частей выключателя перемычками 39, 30 и частями 28 и стенок, которые действуют в качестве уплотнительных стенок. В результате малого объема стоек 34 по отношению к общему предварительному пространству камеры обеспечивается оптимальное по размеру пространство для расширения газа, хотя дуга направляется с сужением, и поэтому ее плотность тока поддерживается высокой. Обусловленный этим высокий эффект электродинамического привода, а также ничтожно малое трение на торцовых поверхностях стоек обуславливают надежное и быстрое прохождение коммутационной дуги от контактного участка в пакет гасящих пластин. Расширительное пространство и каналы вокруг стоек одновременно обуславливают небольшое давление газа, которое ведет к концентрации ионов и уменьшает опасность повторного поджигания за световой дугой. В качестве своего рода буфера, а также в качестве охлаждающего резерва воздушной массы при этом может служить пространство, расположенное за стационарным контактным элементом 18, если перемычка 29, захватывающая контактный рог вплоть до верхней шины 13 прохождения дуги, заканчивается приблизительно на верхней стороне контактного участка. В результате этого между концом перемычки 29 и частью 28 стенки остается поперечным канал 39 потока, который обеспечивает возможность компенсации давлений выше контактного участка в направлении к предварительному пространству 16 камеры.

Описанная конструкция стоек, а также форма исполнения предварительного пространства камеры для линейного защитного выключателя, могут использоваться и для других автоматических выключателей. При этом в каждом отдельном случае производится согласование стоек и перемычек с пространственными размерами гасящей камеры и предварительного пространства камеры, не выходя за рамки изобретения.

Использование: линейные защитные выключатели. Сущность изобретения: в предварительном пространстве камеры на внутренних боковых поверхностях сформированы две выступающих в плоскость размыкания поворачиваемого контактного рычага перемычки, которые проходят с тесным прилеганием к контактому устройству вдоль шин до пакета гасящих пластин. Между перемычками расположено, кроме того, несколько поднимающихся от основания боковых поверхностей, приблизительно равномерно распределенных стоек, которые во взаимодействии с перемычками обуславливают узкое боковое направление коммутационной дуги. Возникающее перед движущейся дугой давление газа может разряжаться в каналах потока между стойками. Соответствующее изобретению исполнение предварительного пространства камеры может особо удачно использоваться для гасящих камер защитных линейных выключателей с компактной конструкцией. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий корпус из изоляционного материала, в котором установлен переключающий механизм и который охватывает дугогасительную камеру, имеющую проходящее сбоку от контактного устройства, содержащего подвижный контактный рычаг и неподвижный контактный элемент, предварительное пространство камеры, снабженное вспомогательными средствами, предназначенными для вхождения коммутационной электрической дуги с места контакта в зону гашения электрической дуги и выполненными в виде пакета дугогасительных пластин, и воронкообразно расширяющееся от контактного устройства до дугогасительных пластин, в предварительном пространстве камеры расположены шины для перехода дуги, на удаленной от места контакта стороне расположен пакет дугогасительных пластин, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения сопротивления перемещению электрической дуги, в предварительном пространстве камеры по крайней мере на одной внутренней боковой поверхности корпуса расположены дополнительно введенные перемычки из изоляционного материала, причем внутренние боковые поверхности параллельны плоскости движения размыкания контактов контактного рычага, перемычки начинаются на контактном устройстве и расположены вдоль контактного рога и шин для перехода дуги, прилегая к ним, перемычки охватывают контактный рог и шины для перехода дуги до зазора в плоскости поворота контактного рычага к предварительному пространству камеры и одновременно образуют уплотнительные стенки для переключающего механизма, в предварительном пространстве камеры между перемычками и частью стенки корпуса расположено с равномерным распределением несколько выступающих из основания боковых поверхностей в направлении плоскости поворота контактного рычага стоек так, что стойки торцевыми поверхностями и во взаимодействии с перемычками обеспечивают узкое боковое направление коммутационной электрической дуги, а между стойками имеется пространство для расширения дуги. 2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен из двух одинаковых частей, а в предварительном пространстве камеры в области поворота контактного рычага в канале, образованном верхней и нижней шинами для перехода дуги и перемычками, стойки равномерно расположены между зоной контактного участка и торцевыми сторонами гасящих пластин. 3. Выключатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что стойки расположены внутри канала между уплотнительными стенками и распределены относительно друг друга так, что проведенные вокруг их исходных точек оснований окружности одинакового диаметра соприкасаются как одна с другой, так и с уплотнительными стенками. 4. Выключатель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что стойки расположены на одинаковом расстоянии одна от другой в одном ряду точно одна над другой. 5. Выключатель по одному из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что стойки расположены своими исходными точками на линии дуги между перемычками, в частности, в центре. 6. Выключатель по одному из пп. 1 - 4, отличающийся тем, что стойки расположены в канале своими исходными точками в виде зигзагообразной линии на боковых поверхностях корпуса с равномерным распределением между перемычками. 7. Выключатель по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что стойки одной боковой поверхности корпуса расположены относительно стоек другой боковой поверхности корпуса смещенными на величину промежутка. 8. Выключатель по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что стойки одной боковой поверхности корпуса выполнены имеющими ту же высоту, что и соответствующие перемычки, и имеют расположенные в одной плоскости торцевые поверхности. 9. Выключатель по одному из пп.1 - 8, отличающийся тем, что предпочтительно от пяти до девяти стоек расположены на каждой торцевой стороне корпуса внутри предварительного пространства камеры. 10. Выключатель по одному из пп.1 - 9, отличающийся тем, что ребра выполнены для позиционирования и крепления, с одной стороны, неподвижного контактного элемента вместе с контактным рогом и, с другой стороны, нижней шины для прохождения электрической дуги.