ЗАЩИТНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H01H81/02 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, электроснабжению низковольтных потребителей и может быть применено для защиты питающих трансформаторов от повреждения токами перегрузками и короткого замыкания, например, для защиты трансформаторов, подключенных к высоковольтной линии автоблокировки на железных дорогах.

Известен защитный выключатель типа АВМ-1, состоящий из консольно закрепленных биметаллической и латунной контактных пластин и перекидной пружины (Евсеев И.Г. Защита устройств СЦБ от опасных напряжений и токов. М. Транспорт, 1971, с. 69). При номинальном токе выключателя нагрев и изгиб биметаллической контактной пластины незначительны, контакты замкнуты. При значительном превышении номинального тока происходит нагрев биметаллической контактной пластины. Это вызовет ее изгиб и размыкание контактов. После охлаждения биметаллической контактной пластины происходит обратная деформация ее и замыкание контактов. В случае, если в защищаемой цепи имеет место устойчивая перегрузка или короткое замыкание, происходит многократное повторение включений выключатели, что приводит к выгоранию контактов защитного выключателя и источника питания, например, понижающего трансформатора. Это свидетельствует о низкой надежности данного защитного выключателя.

Из известных устройств наиболее близким к заявляемому является защитный выключатель, содержащий консольно закрепленные биметаллическую и латунную контактные пластины, перекидную пружину и устройство управления повторными включениями. (А.с. СССР N 675478, кл. H 01 H 81/02, H 01 H 9/24). Устройство управления повторными включениями состоит из пружины-толкателя, двух храповых колес различным числом и направлением зубьев, например, 9 и 6, блокировочного рычага, кнопки разблокировки и возвратной пружины. Пружина-толкатель одним концом жестко связана с биметаллической контактной пластиной, а другой ее конец имеет механический контакт с храповым колесом с большим числом зубьев. Блокирующий рычаг одним концом жестко связан с кнопкой разблокировки, а другой его конец имеет механический контакт с храповым колесом меньшим числом зубьев.

При протекании через устройство тока короткого замыкания происходит нагрев биметаллической контактной пластинки и размыкание контактов. Биметаллическая контактная пластина перемещает жестко связанную с нею пружину-толкатель. Рабочий конец пружины-толкателя, скользнув по спинке одного зуба храпового колеса с большим числом зубьев, перескакивает на спинку другого зуба и поворачивает храповое колесо. От дальнейшего проворачивания храпового колеса в направлении движения рабочего конца пружины толкателя предохраняется стопорящая пружина, которая своим концом упирается в упорную плоскость одного из зубьев храпового колеса.

Охлажденная биметаллическая пластина возвращается в исходное положение и замыкает контакты. При этом она перемещает пружину-толкатель, которая своим рабочим концом упирается в упорную плоскость зуба и поворачивает колесо еще на один зуб. Происходит первое АПВ (автоматическое повторное включение). Во время этого поворота стопорящая пружина перескакивает на спину очередного зуба храпового колеса с большим числом зубьев. Одновременно происходит поворот храпового колеса с меньшим числом зубьев, при этом спинка первого зуба колеса проскальзывает под блокирующим рычагом, а упругая плоскость плоского очередного зуба приближается к боковой поверхности блокирующего рычага. Для разблокировки выключателя осуществляют нажатие кнопки разблокировки, при этом поднимается блокирующий рычаг, освобождая зуб храпового колеса с меньшим числом зубьев, и оба храповых колеса поворачиваются под действием остывшей биметаллической пластины, которая перемещает пружину-толкатель. Под действием возвратной пружины происходит отжатие кнопки и блокирующий рычаг опускается на спинку очередного зуба храпового колеса с меньшим числом зубьев.

Недостатком данного защитного выключателя является низкая надежность работы, обусловленная большой механической нагрузкой на биметаллическую контактную пластину.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, является то, что в процессе эксплуатации защитного выключателя биметаллическая контактная пластина совершает работу по перемещению пружины-толкателя и храповых колес, а также то, что за время шестикратного АПВ в биметаллической контактной пластине накапливаются усталостные явления, которые влекут за собой большой разброс защитных характеристик самого выключателя, а иногда и выход из строя самой биметаллической пластины.

В основу изобретения поставлена задача создания защитного выключателя, в котором новое исполнение механизма управления повторными включениями обеспечивает меньшую механическую нагрузку на термобиметаллическую контактную пластину и осуществляет многократное (заданное количество АПВ, а затем полное отключение защищаемой цепи, что повышает надежность работы выключателя.

Поставленная задача решается следующим образом. Защитный выключатель содержит консольно закрепленные термобиметаллическую и латунную контактные пластины, перекидную пружину и механизм управления повторными включениями. Согласно изобретению механизм управления повторными включениями выполнен в виде шагового элемента, свободно насаженного на ось. Один конец оси установлен внутри вала и поджат установочной пружиной, расположенной внутри вала. Другой конец оси установлен во втулке и снабжен насаженной на него рабочей пружиной. Один конец рабочей пружины закреплен на втулке, другой на шаговом элементе.

На обращенной к свободному концу термобиметаллической контактной пластине плоскости шагового элемента выполнены выступы, радиально расположенные по дугам большего и меньшего радиусов шагового элемента в шахматном порядке. Количество выступов шагового элемента зависит от заданного числа необходимых отключений и автоматических повторных включений (АПВ). Последний выступ шагового элемента, расположенный по дуге меньшего радиуса, выполнен с наклонной поверхностью, обращенной в сторону детали, жестко закрепленной на свободном конце термобиметаллической контактной пластины для осуществления механической связи с выступами шагового элемента.

Шаговый элемент может быть выполнен в виде сектора с выступами.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достижением технического результата заключается в следующем. Выполнение защитного выключателя указанным выше образом обеспечивает механической нагрузки на термобиметаллическую контактную пластину и многократное (заданное) количество АПВ, а затем полное отключение выключателя. Это достигается благодаря следующему. Перед первым отключением деталь, закрепленная на свободном конце термобиметаллической контактной пластины и осуществляющая механическую связь с ее выступами шагового элемента, зацеплена за первый выступ шагового элемента, находящийся на дуге меньшего радиуса, и не позволяет провернуться шаговому элементу под действием рабочей пружины. В этом положении термобиметаллической контактной пластины контакты замкнуты и по термобиметаллической пластине протекает ток контролируемой цепи. При протекании тока перегрузки или тока короткого замыкания термобиметаллическая пластина нагревается и деформируется. В результате этого контакты размыкаются и упомянутая выше деталь, закрепленная на термобиметаллической пластине, освобождает выступ шагового элемента.

Шаговый элемент под действием рабочей пружины проворачивается до упора своим выступом, находящимся на дуге большего радиуса, в деталь, закрепленную на термобиметаллической пластине. При охлаждении термобиметаллической пластины (ток отсутствует) контакты замыкаются. Происходит первое АПВ, освобождается первый выступ шагового элемента, находящийся на дуге большего радиуса, шаговый элемент под действием рабочей пружины поворачивается своим вторым выступом, находящимся на дуге меньшего радиуса, до упора его в деталь, закрепленную на термобиметаллической пластине. В дальнейшем при протекании тока перегрузки или короткого замыкания цикл повторяется заданное количество раз до тех пор, пока при охлаждении термобиметаллической пластины деталь, закрепленная на ней, упрется в наклонную поверхность последнего выступа, находящегося на меньшем радиусе шагового элемента. Наклонная поверхность выступа препятствует возврату термобиметаллической пластины в исходное положение, т.е. замыканию контактов.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков позволяет решить поставленную задачу, а именно, снизить механическую нагрузку на термобиметаллическую контактную пластину и осуществить заданное количество отключений и АПВ, а затем полное отключение цепи, что повышает надежность работы выключателя и защищаемой электроустановки (например, трансформатора).

На фиг. 1- 3 изображена реальная конструкция защитного выключателя; на фиг. 4 6 поясняется его работа.

Защитный выключатель содержит консольно закрепленные термобиметаллическую контактную пластину 1, латунную контактную пластину 2, перекидную пружину 3, шаговый элемент 4, свободно установленный на оси 5. Один конец оси 5 установлен внутри вала 6 и поджат установочной пружиной 7, а другой конец оси 5 установлен во втулке 8 и снабжен рабочей пружиной 9. На плоскости шагового элемента 4, обращенной к термобиметаллической контактной пластине 1, выполнены выступы 10. На свободном конце термобиметаллической контактной пластины 1 жестко закреплена деталь 11, выполняющая функции связи термобиметаллической пластины с выступами шагового элемента. Вместо жестко закрепленной детали 11 ее функцию может выполнять выступ термобиметаллической пластины. Вал 6 на торце, обращенном к шаговому элементу 4, имеет выступы 12, соответственно которым на шаговом элементе 4 выполнены пазы 13. На другом конце вала 6 выполнен шлиц 14. Контакты 15 и 16 (фиг. 4, 5, 6) защитного выключателя закреплены на биметаллической пластине 1 и латунной пружинящей пластине 2.

Защитный выключатель работает следующим образом.

Перед началом рабочего цикла с помощью отвертки, введенной в шлиц 14 на валу 6, перемещают вал вдоль оси до упора в торце шагового элемента 4. При этом выступы 12 вала 6 входят в пазы 13 шагового элемента 4 и смешают его в том же направлении. При этом выступы шагового элементы выходят из зацепления с деталью, закрепленной на термобиметаллической пластине. Затем вал 6 вместе с шаговым элементом 4 поворачивают по часовой стрелке до упора и, не поворачивая вал 6 в обратном направлении, возвращают его в шаговый элемент в исходное положение. При этом вал 6 выходит из зацепления с шаговым элементом 4, а первый выступ 10a шагового элемента под действием рабочей пружины упирается в деталь 11.

При протекании тока перегрузки или короткого замыкания через защитный выключатель происходит нагрев и деформация термобиметаллической контактной пластины 1. В результате этого под действием перекидной пружины 3 термобиметаллическая пластина переходит в положение, обозначенное пунктиром на фиг. 4, размыкаются контакты и одновременно деталь 11 освобождает выступ 10a шагового элемента. Под действием рабочей пружины 9 шаговый элемент 4 проворачивается до упора своим выступом 10б в деталь 11 (фиг. 4, пунктир).

После охлаждения термобиметаллическая пластина возвращается в исходное положение, контакты замыкаются, деталь 11 освобождает выступ 10б шагового элемента и шаговый элемент проворачивается до упора выступа 10в в деталь 11. Закончен первый цикл работы (отключение АПВ). Если не устранена причина перегрузки ли короткого замыкания, или они возникли вновь, цикл повторяется до тех пор, пока после очередного отключения термобиметаллическая пластина своей деталью 11 не упрется в наклонную поверхность Ж последнего выступа 10п шагового элемента 4, который препятствует возврату термобиметаллической пластины в исходное состояние и замыканию контактов (фиг. 6). Наклонная поверхность выступа 10п при повороте шагового элемента выбирает зазор между ним и деталью 11. Это не дает возможности уменьшения воздушному зазору между контактами. Дальнейшая работа защитного выключателя осуществляется, как описано выше.

За все описанные циклы работы выключателя термобиметаллическая пластина не совершает механической работы по перемещению деталей механизма, она только освобождает движущиеся части механизма и, следовательно, не несет существенных механических нагрузок. Кроме этого, нагрузка на термобиметаллическую пластину не зависит от изменяющихся в процессе работы параметров механизма, например, изменения коэффициентов трения в подвижных частях механизма и т.п.

Таким образом, в заявленном защитном выключателе новое выполнение механизма управления повторными включениями позволило получить возможность осуществления заданного количества АПВ, а затем и полного отключения защищаемой цепи, а также существенно снизить механическую нагрузку на термобиметаллическую пластину по сравнению с прототипом, а следовательно, повысить надежность работы выключателя и защищаемого объекта (например, трансформатора).

Использование: в электротехнике, в частности для электроснабжения низковольтных потребителей, может быть применено для защиты маломощных питающих трансформаторов от повреждения токами перегрузки и короткого замыкания, например, для защиты, трансформаторов, подключенных к высоковольтной линии автоблокировки на железных дорогах. Существо изобретения заключается в том, что в защитном выключателе содержащем консольно закрепленные биметаллическую и латунную контактные пластины, перекидную пружину и механизм управления поворотными включениями, он снабжен деталью, жестко закрепленной на свободном конце термобиметаллической контактной пружины и предназначенной для связи с механизмом управления повторными включениями механизм управления повторными включениями выполнено в виде шагового элемента, свободно насаженного на ось. Один конец оси установлен внутри вала и поджат установочной пружиной. Другой конец оси установлен во втулке и снабжен насаженной на него рабочей пружиной. Шаговый элемент может быть выполнен в виде сектора. Один конец рабочей пружины закреплен на втулке, а другой - на секторе. На плоскости сектора, обращенной к биметаллической контактной пластине, выполнены выступы, радиально расположенные по дугам большего и меньшего радиусов в шахматном порядке. Их количество зависит от заданного числа повторных отключений и автоматических повторных включений. Последний выступ, расположенный на дуге меньшего радиуса выполнен с наклонной поверхностью на дуге меньшего радиуса выполнен с наклонной поверхностью, обращенной в сторону упомянутой детали. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Защитный выключатель, содержащий консольно закрепленные термобиметаллическую и латунную контактные пластины, перекидную пружину и механизм управления повторными включениями, отличающийся тем, что он снабжен деталью, жестко закрепленной на свободном конце термобиметаллической контактной пластины и предназначенной для механической связи с механизмом управления повторными включениями, механизм управления повторными включениями выполнен в виде шагового элемента, оси, вала, установочной пружины, втулки и рабочей пружины, шаговый элемент насажен на ось, один конец которой установлен внутри вала и поджат установочной пружиной, расположенной внутри вала, другой конец указанной оси установлен во втулке и снабжен рабочей пружиной, один из концов которой закреплен на втулке, а другой на шаговом элементе, на плоскости шагового элемента, обращенной к свободному концу термобиметаллической пластины, выполнены выступы, радиально расположенные по дугам большого и меньшего радиусов шагового элемента в шахматном порядке, количество выступов шагового элемента зависит от заданного числа необходимых отключений и автоматических повторных включений, последний выступ шагового элемента, расположенный на дуге меньшего радиуса, выполнен с наклонной поверхностью, обращенной в сторону упомянутой детали, установленной с возможностью взаимодействия с выступом шагового элемента. 2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что шаговый элемент выполнен в виде сектора с выступами.