КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2009 года по МПК H01H71/46 

Изобретение относится к коммутационному аппарату.

Коммутационный аппарат или также защитный коммутационный аппарат служит для нацеленного разъединения или, соответственно, соединения одной или нескольких токовых цепей в условиях эксплуатации или, соответственно, в условиях аварийной ситуации. В зависимости от области использования и цели применения в подобных аппаратах наряду с одним или несколькими фазными проводами коммутируемым может быть также нейтральный провод. Находящаяся в токовой цепи нагрузка, например, потребитель при этом в условиях эксплуатации или, соответственно, в условиях аварийной ситуации должен коммутироваться, однако, под нагрузкой только в токовой цепи соответствующего фазного провода и тем самым приблизительно без нагрузки, то есть при токе, который является малым по отношению к расчетному току соответствующего коммутационного аппарата - в токовой цепи нейтрального провода.

Из DE 1062327 В известно коммутационное устройство для источников питания электроэнергией или, соответственно, распределительных устройств с селективно-срабатывающими силовыми выключателями для сил тока короткого замыкания, в которых для селективной ступенчатой уставки выключатели в принципе одинаковой конструкции относительно подвижных деталей выключателя и взаимодействующие с подвижной контакт-деталью расцепляющие звенья (механика) и звенья возбуждения (электрооборудование) снабжены контактами, в которых ток, текущий через контакты, оказывает действие, размыкающее контакты или усиливающее контактное давление.

В основе изобретения лежит задача, создать коммутационный аппарат, который обеспечивает простыми средствами по сравнению с первым коммутационным пунктом задержанное по времени разъединение второго коммутационного пункта.

Эта задача решается согласно изобретения признаками пункта 1 формулы изобретения; предпочтительные формы выполнения являются соответственно предметом дальнейших пунктов формулы изобретения.

За счет присвоения токопровода, находящегося в электрически проводящем соединении с неподвижным контактодержателем, подвижному контактодержателю, нагружаемому приводным усилием, при прохождении тока может достигаться одинаковое с токопроводом направление прохождения тока так, что на действующее на подвижный контактодержатель приводное усилие накопителя энергии за счет обусловленной прохождением тока электромагнитной удерживающей силы влияют в смысле электродинамического эффекта привязки вследствие сопровождающего его общего магнитного поля на токопроводе и на подвижном контактодержателе и за счет этого простыми средствами достигается задержанное по времени разъединение коммутационного пункта. Подключенная к по крайней мере двухполюсному коммутационному аппарату нагрузка, например потребитель, коммутируется следовательно сначала в токовой цепи соответствующего фазного провода и только с задержкой по времени в токовой цепи нейтрального провода. При этом обеспечено, что посредством дугогасительной камеры, расположенной в области коммутационного пункта, принадлежащего фазному проводу, при необходимости, в соединении с высококачественными материалами контактов, а также другими способствующими разъединению нагрузки мерами происходит надежное и быстрое разъединение токовой цепи. Сложные мероприятия, как например, отдельная дугогасительная камера для коммутационного пункта в токовой цепи нейтрального провода, стойкие к обгоранию материалы контактов, пружины, создающие контактное нажатие, или также отдельный расцепитель для подвижной контактной щетки могут быть сэкономлены тем самым вследствие свободного от нагрузки разъединения контакта.

Предпочтительно токопровод в случае подвижного контактодержателя, находящегося в первом коммутационном положении, расположен в основном параллельно к нему так, что магнитное поле, распространяющееся через эти параллельно проходящие области компонентов, создает достаточно высокую удерживающую силу.

Преимущественно токопровод установлен неподвижно относительно корпуса, за счет чего имеет место прочная фиксация относительно подвижного контактодержателя и тем самым гарантия для длительной работоспособности.

Предпочтительным образом токопровод выполнен ступенчатым, в частности, в виде штампованно-гнутого изделия; выполненную в виде штампованно-гнутого изделия деталь можно изготавливать особенно эффективно с точки зрения расхода материала и экономично.

Преимущественно токопровод выполнен вместе с токопроводящей дорожкой как цельная проводящая петля, за счет чего реализовано легко изготавливаемое и простое токопрохождение.

Изобретение, а также предпочтительные формы выполнения согласно признакам дальнейших пунктов формулы изобретения поясняются в последующем более подробно на основе представленных на чертеже примеров выполнения, без ограничения изобретения; при этом показывают:

Фиг.1 схематически представленный коммутационный аппарат с коммутационным пунктом для токовой цепи нейтрального провода и со следующим коммутационным пунктом для токовой цепи фазного провода согласно пункту 1 формулы изобретения; и

Фиг.2-9 различные формы выполнения проводящей петли, предусмотренной в качестве детали коммутационного аппарата, в различных представлениях.

На Фиг.1 показан коммутационный аппарат 1 с корпусом 2, который имеет коммутационное устройство 3 с коммутационным пунктом 4 для токовой цепи нейтрального провода N и со следующим коммутационным пунктом 5 для следующей токовой цепи фазного провода Р. Токовые цепи нейтрального провода N и фазного провода Р ведут на концах, соответственно, к схематически представленным контактным зажимам 6 и 7 так, что, с одной стороны, могут быть подключены источник тока и, с другой стороны, нагрузка, в частности, потребитель. К группе одно- или многополюсных коммутационных аппаратов относятся как контакторы, реле и тому подобное, так и защитные коммутационные аппараты, как например, линейное устройство защиты.

Коммутационный пункт 4 нейтрального провода N состоит из неподвижной контакт-детали 8 и из подвижной контакт-детали 9. Неподвижная контакт-деталь 8 размещена на неподвижном контактодержателе 10, который является частью G-образной токопроводящей дорожки 11.

Токопроводящая дорожка 11, со своей стороны, переходит в пересекающий ее токопровод 12, за счет чего возникает цельная проводящая петля 11, 12. Токопровод 12 удерживается на выбранных местах прочно относительно корпуса с помощью держателей 13 и выполнен ступенчатым.

Подвижная контакт-деталь 9 коммутационного пункта 4 нейтрального провода N находится на подвижном контактодержателе 14, который согласно Фиг.1 показан в своем замкнутом положении. При этом токопровод 12 проходит вблизи и в основном параллельно к подвижному контактодержателю 14, в то время как токопроводящая дорожка 11 расположена на дистанции к токопроводу 12 и подвижному контактодержателю 14. На оси 15 подвижный контактодержатель 14 установлен с возможностью вращения и тем самым с возможностью отклонения в представленное штриховой линией разомкнутое положение. Подвижный контактодержатель 14 соединен с гибкой линией 16, в частности, с многопроволочным гибким проводом, который со своей стороны находится в электрически проводящем соединении с токовой цепью нейтрального провода N.

Посредством физически приданного следующему коммутационному пункту 5 расцепителя 18 и представленной здесь штриховой линией - силы срабатывания F1, подвижный контактодержатель 14 может быть нагружен косвенно через исполнительный блок 17 - представленным в виде линии воздействия - приводным усилием F3. Исполнительный блок 17 при этом выполнен в виде коммутационной механики, в частности, в виде замка коммутационного аппарата. Сила срабатывания F1 действует одновременно на следующий подвижный контактодержатель 19, который снабжен следующей подвижной контакт-деталью 20 и установлен на одной и той же оси с подвижным контактодержателем 14. Подвижные контактодержатели 14, 19 могут быть также установлены на отдельных осях. Вместе с установленной на следующем неподвижном контактодержателе 21 следующей неподвижной контакт-деталью 22 образован следующий коммутационный пункт 5 для токовой цепи фазного провода Р. Токовая цепь фазного провода Р простирается на сторонах следующего неподвижного контактодержателя 21 через подобную ушам область вплоть до схематически представленной дугогасительной камеры 23. На сторонах подвижного контактодержателя 16 он имеет - соответственно гибкой линии 16 - точно так же многопроволочный гибкий провод, который позволяет переход подвижного контактодержателя 19 из замкнутого в разомкнутое положение при сохранении электрически проводящего соединения к токовой цепи фазного провода Р.

Во время соответствующего назначению использования коммутационного аппарата 1 - представленный схематически посредством стрелок течения тока - ток I течет в токовой цепи фазного провода Р через следующий неподвижный контактодержатель 21, через имеющий обе контакт-детали 20, 22 следующий коммутационный пункт 5, через следующий подвижный контактодержатель 19 и, наконец, через многопроволочный гибкий провод до неподвижного относительно корпуса отрезка фазного провода Р. Посредством подключаемого между концом фазного провода Р и началом нейтрального провода N - здесь не показанного - потребителя цепь тока может быть дополнена, причем является возможным символически представленный обратный поток тока I через гибкую линию 16, подвижный контактодержатель 14, коммутационный пункт 4 с соответствующими контакт-деталями 8, 9, неподвижный контактодержатель 10 и, наконец, через проводящую петлю 11, 12.

Если теперь управление или, соответственно, разъединение расцепителя 18 происходит в условиях эксплуатации или аварийной ситуации, то сила срабатывания F1 действует равным образом на следующий подвижный контактодержатель 19 и на исполнительный блок 17. В то время как следующий подвижный контактодержатель 19 переходит в результате из своего замкнутого положения в разомкнутое положение выполненный в виде коммутационной механики исполнительный блок 17 разблокируется силой срабатывания F1 так, что подвижный контактодержатель 14 вследствие не представленного здесь накопителя энергии, например, в виде включающей пружины и имеющейся за счет этого исполнительной силы F3 тендирует к тому, чтобы изменить свое замкнутое положение на разомкнутое положение.

Включающая пружина может быть при этом частью коммутационной механики.

Отрыв следующего коммутационного пункта 5 поддерживается электродинамическим эффектом, который имеет место вследствие направлений течения тока на следующем неподвижном контактодержателе 21 и следующем подвижном контактодержателе 19. Электродинамический эффект при этом проявляется в виде отталкивающей силы F2 настолько, что расположенные по соседству и проходимые током в встречном направлении детали отталкиваются друг от друга. Так как ток I, как показывает Фиг.1, должен проходить U-образный путь в области следующего коммутационного пункта 5, то посредством возникающих при этом и различно действующих магнитных полей следующий подвижный контактодержатель 19 отталкивается относительно следующего неподвижного контактодержателя 21.

В противоположность к прохождению тока в токовой цепи фазного провода Р ток I через коммутационный пункт 4 вследствие U-образного выполнения неподвижного контактодержателя 10 согласно Фиг.1 направляется приблизительно прямолинейно и проходит после этого проводящую петлю 11, 12. Выполненный в виде части проводящей петли 11, 12 токопровод 12 при этом проходит параллельно и с малым расстоянием относительно подвижного контактодержателя 14, что имеет следствием прохождение тока в одинаковом направлении. Так как проходимые током в одинаковом направлении детали вследствие одинаково действующего магнитного поля взаимно притягиваются, при этом можно использовать имеющий решающее значение электродинамический эффект. Этот электродинамический эффект проявляется, правда, через удерживающую силу F4, которая противодействует приводному усилию F3 таким образом, что имеет место уменьшение приводного усилия F3.

Уменьшение действия приводного усилия F3 обуславливает при этом по сравнению с моментом времени управления следующего подвижного контактодержателя 19 смещенное по времени размыкание коммутационного пункта 4. За счет этого нацеленного направления токопротекания электродинамический эффект, как он появляется на следующем коммутационном пункте 5 фазного провода Р в виде отталкивающей силы F2, наоборот может быть сделан полезным и как удерживающая или блокирующая сила F4. Эта мера приводит к тому, что коммутационный пункт 4 за счет отставания подвижного контактодержателя 14 относительно следующего подвижного контактодержателя 19 разъединяется только после следующего коммутационного пункта 5 и таким образом сначала происходит разъединение находящегося под нагрузкой фазного провода Р и затем разъединение свободного от нагрузки нейтрального провода N.

Соответственно возникающая при приведении в действие или расцеплении коммутационного аппарата 1 в режиме нагрузки электрическая дуга нагружает при соблюдении заданной последовательности коммутации только следующий коммутационный пункт 5 фазного провода Р, который снабжен так или иначе имеющейся дугогасительной камерой 23, чтобы возможно быстро привести к гашению электрическую дугу. Так как в коммутационном пункте 4 не возникает никакой электрической дуги, выполнение токовой цепи нейтрального провода N по сравнению с фазным проводом Р можно производить более простыми средствами; сюда относятся меньший объем контактов, более выгодные материалы контактов, меньшие поперечные сечения проводов и исключение как собственного расцепителя, так и собственной дугогасительной камеры.

Так называемые силы стягивания тока, которые могут появляться на обоих коммутационных пунктах 4 или, соответственно, 5 в области стягивания тока между контакт-деталями 8 и 9 или, соответственно, между контакт-деталями 20 и 22, оказывают влияние на электродинамические эффекты в коммутационном пункте 4 нейтрального провода N или, соответственно, в следующем коммутационном пункте 5 фазного провода Р только в ограниченной степени. Поскольку через область стягивания тока в коммутационном пункте 4 должно бы иметь место частичное U-образное направление тока и тем самым нежелательное прохождение тока в противоположном направлении со следствием отталкивающей силы, то эта отталкивающая сила не только компенсируется посредством созданной токопроводом 12 удерживающей силы F4, но обеспечивается результирующая и определяющая задержку времени сила.

Величина удерживающей силы F4 при этом является зависящей от величины тока I; чем выше оказывается подлежащий коммутации ток I, тем большей является удерживающая сила F4, так как сила тока представляет собой меру для напряженности магнитного поля, притягивающего подвижный контактодержатель 14 к токопроводящему проводу 12. Точно так же удерживающая сила F4 определяется длиной и расстоянием расположенного примерно параллельно к находящемуся в замкнутом положении подвижному контактодержателю 14 токопровода 12; чем длиннее токопровод 12 проходит параллельно относительно подвижного контактодержателя 14 и чем меньше свободное от прикосновения расстояние между этими деталями, тем большей является удерживающая сила F4. Появляющиеся в процессе коммутации при известных условиях нежелательные побочные явления, как, например, вибрация, нагрев или износ контакт-деталей 8, 9 коммутационного пункта 4 могут быть исключены за счет подходящего выбора названных ранее параметров.

Чтобы снова замкнуть оба коммутационного пункта 4, 5, то есть перевести оба подвижных контактодержателя из разомкнутого в соответствующее замкнутое положение, можно производить, например, ручной возврат исполнительного блока 17 посредством рычага коммутационного аппарата или также импульса возврата с помощью не представленного здесь, при необходимости, дистанционно управляемого средства возврата. Конструкция коммутационного аппарата 1 при этом может быть выполнена такой, что подвижный контактодержатель 14 коммутационного пункта 4 в процессе включения приводит свою подвижную контакт-деталь 9 в замкнутое положение с соответствущей неподвижной контакт-деталью 8 раньше, чем следующий подвижный контактодержатель 19 посадит свою следующую подвижную контакт-деталь 20 на следующую неподвижную контакт-деталь 22. При этом междуконтактный промежуток между неподвижной и подвижной контакт-деталью 8 и 9 коммутационного пункта 4 может устанавливаться также в случае обгоревших контактов и конструктивно обусловленных допусков меньшим, чем междуконтактный промежуток между неподвижной и подвижной контакт-деталями 20 и 22 следующего коммутационного пункта 5.

На Фиг.2 и 3 или, соответственно, 4 и 5 показана в качестве детали коммутационного устройства определенная проводящая петля 11, 12 в плоскостном и в перспективном представлении. При этом проводящая петля 11, 12 содержит в качестве единого узла, во-первых, дважды отогнутый в виде ступенек токопровод 12 и, во-вторых, дважды отогнутую против направления часовой стрелки токопроводящую дорожку 11, которая на своем свободном конце снабжена неподвижным контактодержателем 10. Проводящая петля 12 или, соответственно, каждая из ее составных частей при этом является устанавливаемой неподвижно относительно корпуса. Токопроводящая дорожка 11 выполнена примерно G-образной и может, как показано на Фиг.3, быть изготовленной в виде штампованно-гнутого изделия из основного материала токопроводящей дорожки 12. Получающееся вследствие положения и формы проводящей петли 11, 12 относительно подвижного контактодержателя 14 согласно Фиг.1 токопрохождение обеспечивает желательный, вызывающий удерживающую силу F3 электродинамический эффект.

На Фиг.6-9 показаны следующие формы выполнения проводящей петли 11, 12 в различных представлениях. Токопроводящая дорожка 11 согласно Фиг.6 и 7 имеет при этом примерно G-образную форму, в то время как согласно Фиг.8 и 9 предусмотрена L-образная форма токопроводящей дорожки 11.

Поясненное выше изобретение может быть обобщено следующим образом:

Чтобы создать коммутационный аппарат 1, который обеспечивает простыми средствами задержанное по времени разъединение коммутационного пункта 4 в токовой цепи нейтрального провода, предусмотрено, что подвижный контактодержатель 14 в замкнутом положении присвоен токопроводу 12, который находится в электрически проводящем соединении с неподвижным контактодержателем 10 и имеет одинаковое с подвижным контактодержателем 14 направление прохождения тока так, что силовое воздействие действующего на подвижный контактодержатель 14 приводного усилия F3 накопителя энергии за счет силового воздействия обусловленной прохождением тока электромагнитной удерживающей силы F4 уменьшается и тем самым происходит задержанный по времени переход в разомкнутое положение.

Коммутационное устройство (3) простыми средствами гарантирует задержанное по времени разъединение коммутационного пункта (4). Для этого предусмотрено, что подвижный контактодержатель (14) в замкнутом положении придан в соответствие токопроводу (12), который находится в электрически проводящем соединении с неподвижным контактодержателем (10) и имеет одинаковое с подвижным контактодержателем (14) направление токопрохождения таким образом, что силовое воздействие действующего на подвижный контактодержатель (14) приводного усилия (F3) накопителя энергии уменьшают путем силового воздействия обусловленной течением тока электромагнитной удерживающей силы (F4) и тем самым производят задержанный по времени переход в разомкнутое положение. 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Коммутационный аппарат (1)
с неподвижным контактодержателем (10) и с подвижным контактодержателем (14) коммутационного пункта (4) в токовой цепи нейтрального провода;
со следующим неподвижным контактодержателем (21) и со следующим подвижным контактодержателем (19) следующего коммутационного пункта (5) в токовой цепи фазного провода;
с расцепителем (18) для нагрузки следующего подвижного контактодержателя (19), с одной стороны, и для нагрузки исполнительного блока (17) с другой стороны;
причем посредством исполнительного блока (17) подвижный контактодержатель (14) и посредством расцепителя (18) соответственно следующий подвижный контактодержатель (19) являются переводимыми из первого коммутационного положения во второе коммутационное положение;
причем подвижный контактодержатель (14) в первом коммутационном положении придан в соответствие токопроводу (12), который находится в электрически проводящем соединении с неподвижным контактодержателем (10) и имеет одинаковое с подвижным контактодержателем (14) направление токопрохождения таким образом, что действующее на подвижный контактодержатель (14) в токовой цепи нейтрального провода приводное усилие (F3) накопителя энергии уменьшается или соответственно уничтожается обусловленной прохождением тока электромагнитной удерживающей силой (F4) и тем самым по сравнению со следующим подвижным контактодержателем (19) в токовой цепи фазного провода происходит задержанный переход подвижного контактодержателя (14) в разомкнутое положение, за счет чего имеет место практически свободное от нагрузки разъединение коммутационного пункта в токовой цепи нейтрального провода.

2. Коммутационный аппарат (1) по п.1, причем исполнительный блок (17) выполнен в виде коммутационной механики, в частности в виде замка коммутационного аппарата.

3. Коммутационный аппарат (1) по п.1 или 2, причем накопитель энергии является частью исполнительного блока (17), в частности, коммутационной механики.

4. Коммутационный аппарат (1) по п.1, причем подвижный контактодержатель (14) является поворотным.

5. Коммутационный аппарат (1) по п.1, причем токопроводящий провод (12) при подвижном контактодержателе (14), находящемся в первом коммутационном положении, расположен в основном параллельно к нему.

6. Коммутационный аппарат (1) по п.1 или 5, причем токопровод (12) установлен неподвижно относительно корпуса.

7. Коммутационный аппарат (1) по п.1 или 5, причем токопровод (12) выполнен ступенчатым, в частности, в виде штампованно-гнутого изделия.

8. Коммутационный аппарат (1) по п.1 или 5, причем токопровод (12) вместе с токопроводящей дорожкой (11) выполнен как единая проводящая петля (11, 12).

9. Коммутационный аппарат (1) по п.8, причем частичная область. токопроводящей дорожки (11) расположена на расстоянии относительно токопровода (12), с одной стороны, и относительно находящегося в первом коммутационном положении подвижного контактодержателя (14), с другой стороны.

10. Коммутационный аппарат (1) по п.8, причем токопроводящий провод (12) выполнен G-образным, углообразным или приблизительно S-образным.

11. Коммутационный аппарат (1) по п.8, причем токопроводящая дорожка (11) выполнена в виде полученного из токопровода (12) штампованно-гнутого изделия.

12. Коммутационный аппарат (1) по п.1, причем неподвижный контактодержатель (10) является частью токопроводящей дорожки (11).

13. Коммутационный аппарат (1) по п.1, причем расцепитель (18) имеет термическую и/или электромагнитную функцию.