ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ АВТОМАТИЧЕСКИЙ Российский патент 1999 года по МПК H01H73/02 H01H73/48 H01H73/18 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к выключателям автоматическим для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях и перегрузках.

Известен выключатель автоматический (патент РФ N 2020634, МПК H 01 H 73/02), содержащий изоляционный корпус, в каждом полюсе подвижный контакт в виде петли, дугогасительную камеру с изоляционной перегородкой с отверстиями, примыкающей к выходу дугогасительной камеры, механизм расцепления и электромагнитный расцепитель тока.

Недостатком таких выключателей является то, что не обеспечивается достаточная скорость втягивания дуги, образующейся при токах короткого замыкания (далее КЗ).

Известен также выключатель автоматический (а.с. СССР N 922910, МПК H 01 H 73/48), содержащий изоляционный корпус, состоящий из основания и крышки, в каждом полюсе неподвижные контакты, закрепленные на основании, и подвижные контакты на контактодержателях, жестко соединенных между собой изоляционной траверсой и установленных на неподвижно закрепленной оси с возможностью вращения, максимальный расцепитель тока, механизм свободного расцепления, дугогасительные камеры (прототип).

Этот выключатель также не обеспечивает достаточной скорости втягивания дуги, образующейся при токах КЗ, не обеспечивается достаточная теплостойкость дугогасительной камеры при токах КЗ, что приводит к необходимости увеличения габаритов дугогасительной камеры для предотвращения ее разрушения.

Технической задачей данного изобретения является при прочих эквивалентных признаках по отношению к прототипу решить проблему быстрого выведения газов из дугогасительной камеры при токах КЗ, не увеличивая габаритов устройства, увеличить теплоемкость выключателя автоматического и обеспечить возможность неоднократного его использования после работы в режиме токов КЗ.

Указанная техническая задача решается путем того, что в выключателе автоматическом, содержащем изоляционный корпус, состоящий из основания и крышки, в каждом полюсе неподвижные контакты, закрепленные на основании, подвижные контакты на контактодержателях, жестко соединенных между собой посредством скоб на изоляционном валу с возможностью вращения, как минимум один максимальный расцепитель тока, механизм свободного расцепления, содержащий рукоятку, как минимум одну пружину и систему рычагов в виде передаточно-рычажного механизма, соединенного с контактодержателем и связанного с максимальным расцепителем тока, дугогасительные камеры, установленные в каждом полюсе выключателя и содержащие корпус из электроизоляционного материала и деионную решетку в виде пластин, изолятор подвижной контактной системы, неподвижные контакты выполнены в виде петли с изоляционной прокладкой между ее ветвями, имеющей паз по продольной оси с расположением в нем ребра жесткости основания корпуса, а стенки корпуса дугогасительной камеры состоят из пары внутренней и внешней щечек каждая, причем для внешних щечек использован более теплостойкий материал, чем для внутренних, а каждая дугогасительная камера имеет перфорированные искрогасительные пластины: внешние - металлические, а внутренние из электроизоляционного материала, кроме того, изолятор, отделяющий неподвижную контактную систему от подвижной контактной системы, выполнен коробчатой конструкции с лабиринтным пазом по периметру и с креплением к основанию корпуса.

Именно выполнение неподвижного контакта в виде петли с изоляционной прокладкой между ее ветвями, с пазом по продольной оси и расположением в нем ребра жесткости основания корпуса обеспечивает ускорение процесса втягивания дуги дугогасительной решеткой.

Выполнение стенок корпуса дугогасительной камеры из пары внешних и внутренних щечек каждая с использованием для внешних щечек более теплостойкого материала, чем для внутренних, а также выполнение внешних перфорированных искрогасительных пластин металлическими, а внутренних из электроизоляционного материала увеличивают теплостойкость дугогасительной камеры, предотвращая ее выгорание при токах КЗ.

На фиг. 1 изображен общий вид в разрезе выключателя автоматического; на фиг. 2 - вид сбоку неподвижного контакта; на фиг. 3 - вид сверху фиг. 2; на фиг. 4 - вид сбоку неподвижного контакта, дугогасительной камеры, фрагмента основания корпуса и подвижного контакта; на фиг. 5 - вид сверху фиг. 2.

Выключатель автоматический имеет изоляционный корпус, состоящий из основания 1 и крышки 2, соединенных между собой, например, винтами. На основании 1 смонтированы все части выключателя. Основание 1 и крышка 2 имеют внутри перегородки, отделяющие друг от друга каждый полюс выключателя автоматического.

Выключатель автоматический имеет подвижную контактную систему, состоящую из трех подвижных контактов 3, контактодержателя 4, скобки 7, пружины 8, верхнего колпачка пружины 9 и нижнего колпачка 10, регулировочного винта 12 и изоляционного вала 13, соединяющего все три контакта с помощью скоб 14.

Механизм свободного расцепления состоит из двух фигурных щек 15, закрепленных к основанию 1, оси вращения 16 подвижной контактной системы. Фигурные щеки 15 соединены между собой валиком 17 и валиком 18. Фигурные щеки 15 имеют с внутренней стороны два шипа 19, которые являются осью вращения элемента 20 вместе с расположенной на нем рукояткой 21.

Ось контакта 6 при повороте рукоятки 21 испытывает силовое воздействие от четырех главных пружин 22, заставляя перемещаться контактодержатель 4, а с ним и подвижный контакт 3 посредством тяг 23, соединенных с одной стороны о осью контакта 6, а с другой стороны с двумя пластинами 24 посредством оси 25.

К каждой из двух пластин 24 прикреплены по две главные пружины 22.

На оси 25 расположены, кроме того, два упора 26, в пазах которых размещен валик 27 рычага 28. Рычаг 28 имеет ось вращения 29, размещенную в фигурных щеках 15, и шип 30, ходящий по пазу собачки 31. Хвостик собачки 32 может входить в зацепление с осью 33 рейки 34, вращающейся в пазах фигурных щек 15.

В каждом полюсе выключателя автоматического имеется неподвижный контакт 35 в виде петли, расположенный в специальных пазах основания 1 и прикрепленный к основанию 1 посредством винтов 36.

Основание 1 и крышка 2 имеют внутри перегородки (не показаны) для разделения друг от друга каждой контактной пары (подвижных контактов 3 и неподвижных 35).

Описанная ранее система рычагов механизма свободного расцепления в виде передаточно-рычажного механизма, соединенного с контактодержателем 4, связана с максимальными тепловым и электромагнитным расцепителями тока.

Тепловой магнитный расцепитель тока состоит из термобиметаллической пластинки 37, сваренной с шунтом 38 (для раздваивания пути прохождения тока) и прикрепляемой к основанию 1 винтом 39.

Электромагнитный максимальный расцепитель тока состоит из элемента 41, якоря 42 со штоком 43, пружины 44, регулируемой втулкой 45, уголка 46, склепанного с выводом 47.

Дугогасительные камеры установлены в каждом полюсе выключателя и представляют собой деионные решетки в виде пластин 48 (стальных), наклонно установленных в корпусе дугогасительной камеры, который состоит из пары внутренних щечек 49, изготовленных из фибры электротехнической, и пары внешних щечек 50 из стеклотекстолита, причем внешние щечки 50 имеют большую теплостойкость (путем выбора соответствующего материала), чем внутренние щечки 49. Внутренние щечки 49 способствуют гашению дуги, внешние щечки 50 служат для придания пространственной жесткости. Между нами образуется воздушный порог, что позволяет обеспечить безопасность работы дугогасительной камеры, не увеличивая ее размеров. Кроме того, дугогасительная камера содержит перфорированные искрогасительные пластины 51 (из электротехнической фибры) и перфорированные искрогасительные пластины 52 (стальные), расположенные на выходе газов из корпуса выключателя автоматического, перфорированной искрогасительной пластиной 52 сверху.

В неподвижном контакте 35 предусмотрены изоляционные прокладки 53 из стеклотекстолита, чтобы не закорачивать петлю 54 неподвижного контакта 35, представляющего собой медную пластину 55, изогнутую в пространстве с образованием петли 54 с серебряной напайкой 56 в месте контакта с подвижным контактом 3.

Неподвижный контакт 35 имеет резьбовое отверстие 57 для крепления к основанию 1 и резьбовое отверстие 58 для крепления потребительских проводов главной цепи (на фиг. не показаны).

По продольной оси неподвижного контакте 35 предусмотрен паз 59, предназначенный для расположения в нем ребра жесткости 60 основания 1, обеспечивая компактность и прочность устройства. Паз 59 с размещенным в нем ребром жесткости 60 основания 1 обеспечивает прохождение тока по неподвижному контакту 35 и, как следствие, уменьшение разброса величины тока срабатывания всего контура, приводит к лучшему центрированию электрической дуги. Кроме того, размещение паза 59 в ребре жесткости 60 основания 1 обеспечивает жесткую фиксацию неподвижного контакта 35.

Для более жесткого соединения элементов дугогасительной камеры друг с другом пластины 48 снабжены выступами 61, которые предусмотрены для введения в пазы 62 внутренних и внешних щечек 49, 50 с последующим разворотом (например, специнструментом), что обеспечивает жесткость конструкции даже при взрывных процессах (при токах КЗ).

Деионные решетки способствуют втягиванию дуги между подвижным и неподвижным контактами 3 и 35 соответственно внутрь и дуга гасится. Но при больших токах (токах КЗ) этот процесс растягивается во времени и нарушается теплостойкость конструкции, что приводит к ее разрушению. Для обеспечения процесса втягивания дуги по стрелке Б (см. фиг. 4) и выполнена петля 54 неподвижного контакта 35. На участке A этого изгиба направление тока I противоположно направлению токов в подвижном контакте 3.

С целью обеспечения изоляции неподвижного контакта 35 с подвижной контактной системой при возникновении дуги и для увеличения пути поверхностного пробоя изолятора в конструкции предусмотрен коробчатый лабиринтный изолятор 63 с пазом по периметру, который выполнен из изоляционного материала (например, МФЕ) и прикреплен к корпусу (основанию 1).

Выключатель автоматический работает следующим образом.

Для включения выключателя автоматического, находившегося в расцепленном положении (положение "Отключено автоматически"), механизм должен быть взведен путем перемещения рукоятки 21 выключателя в направлении знака "0" (не показано) до упора. При этом система рычагов, образующихся из описанных элементов, при отведении рукоятки 21 до упора в положение "0" приводит к тому, что собачка 31 входит в зацепление с осью 33, неподвижно фиксируя шип 30 рычага 28 в пазу собачки 31.

Последующее включение осуществляется переключением рукоятки 21 в направлении знака "1" до упора.

Предыдущее переведение рукоятки 21 в положение "0" позволяет при переведении рукоятки в положение "1" перераспределить нагрузку главных пружин 22 с помощью упоров 26, вращающихся вокруг неподвижного валика 27.

Контактное нажатие при включении обеспечивается за счет смещения подвижных контактов 3 относительно контактодержателей 4.

Автоматическое отключение выключателя автоматического происходит при повороте рейки 34 любым из максимальных расцепителей независимо от положения рукоятки 21 выключателя, при этом рукоятка занимает промежуточное положение между знаком "0" и "1", указывая, что выключатель отключен автоматически.

Это происходит следующим образом. Рейка 34 поворачивается, хвостик 32 собачки 31 соскальзывает с оси 33, валик 27 перестает быть неподвижным, упор 26 перемещается, подвижные контакты 3 размыкаются.

Включенный выключатель автоматический в нормальном режиме длительно проводит ток в защищаемой цепи (неподвижный контакт 35, подвижный контакт 3, гибкое соединение 5, шунт 38, уголок 46, вывод 47).

Если в защищаемой цепи хотя бы одного полюса ток достигает величины, равной или превышающей значение уставки по току срабатывания максимальных расцепителей тока в зоне токов перегрузки или токов короткого замыкания, срабатывает соответствующий максимальный расцепитель и выключатель автоматический отключает защищаемую цепь.

Тепловой расцепитель защищает от токов перегрузки. При прохождении тока в режиме перегрузки биметаллическая пластинка 37 нагревается и ее свободный конец перемещается в направлении винтов 40, расположенных в рейке 34, при этом рейка 34 поворачивается и механизм расцепляется.

Электромагнитный расцепитель выполняет функцию мгновенной защиты от токов КЗ. При прохождении токов, превышающих определенное значение "Уставка", якорь 42 стремится замкнуть магнитный виток (якорь-сердечник). При этом шток 43 якоря 42 поворачивает рейку 34 и расцепляет механизм.

При размыкании подвижного контакта 3 и неподвижного контакта 36 под напряжением между ними возникает электрическая дуга, которая втягивается внутрь деионной решеткой, образованной пластинами 48.

При угасании дуги и ее выгорании газы продуваются на выход через искрогасительные пластины 51 и 52.

Таким образом, предлагаемый выключатель автоматический по сравнению с прототипом обеспечивает центрирование и интенсивное втягивание электрической дуги в деионную решетку в режиме токов короткого замыкания; обеспечивает прочность устройства при работе выключателя автоматического в критических режимах; обеспечивает изоляцию неподвижного контакта 35 от подвижной контактной системы в критических режимах.

Использование: в электротехнике, а именно в выключателях автоматических для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях и перегрузках. Сущность изобретения: выключатель состоит из изоляционного корпуса, состоящего из крышки и основания, имеет в каждом полюсе неподвижные контакты, подвижные контакты на контактодержателях, жестко соединенных между собой с возможностью вращения на общем изоляционном валу, как минимум один максимальный расцепитель тока, механизм свободного расцепления, дугогасительные камеры. Неподвижный контакт выполнен в виде петли с изоляционной прокладкой между ее ветвями и имеет паз по продольной оси с расположением в нем ребра жесткости основания корпуса, а стенки корпуса состоят из внутренних и внешних щечек каждая с использованием для внешних щечек более теплостойкого материала, чем для внутренних. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Выключатель автоматический, содержащий изоляционный корпус, состоящий из основания и крышки, в каждом полюсе неподвижные контакты, закрепленные на основании, подвижные контакты на контактодержателях, жестко соединенных между собой посредством скоб на изоляционном валу с возможностью вращения, как минимум один максимальный расцепитель тока, механизм свободного расцепления, содержащий рукоятку, как минимум одну главную пружину и систему рычагов в виде передаточно-рычажного механизма, соединенного с контактодержателем, связанных с максимальными расцепителями, дугогасительные камеры, установленные в каждом полюсе выключателя и содержащие корпус из электроизоляционного материала и деионную решетку в виде пластин, изолятор подвижной контактной системы, отличающийся тем, что неподвижный контакт выполнен в виде петли с изоляционной прокладкой между ее ветвями, имеющей паз по продольной оси с расположением в нем ребра жесткости основания корпуса, а стенки корпуса дугогасительной камеры состоят из пары внутренней и внешней щечек каждая, причем для внешних щечек использован более теплостойкий материал, чем для внутренних, а каждая дугогасительная камера имеет перфорированные искрогасительный пластины внешние - металлические, а внутренние - из электроизоляционного материала. 2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что изолятор, отделяющий неподвижную контактную систему от подвижной контактной системы, выполнен коробчатой конструкции с лабиринтным пазом по периметру.