ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С ВЫСОКИМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ Российский патент 2013 года по МПК H01H1/54 

Изобретение относится к электрическим приборам, в частности к выключателю электрической цепи, как определено в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

В современном оборудовании распределения электрической энергии ощущается необходимость оснащения такого оборудования электрическими выключателями, обеспечивающими соответствующие характеристики селективности оборудования. Селективность оборудования распределения электрической энергии необходима для того, чтобы гарантировать максимально возможную согласованность функционирования такого оборудования в случае аварии. Действительно, после аварии в электрической распределительной сети, например в случае короткого замыкания, сверхток, который создается в электрической сети, повреждает все выключатели в той части оборудования, которая заключена между распределительным пунктом (обычно трансформатор среднего/низкого напряжения) и местом аварии.

Таким образом, чтобы обеспечить максимальную согласованность в работе оборудования и продлить до максимально возможного предела срок службы выключателей, необходимо, чтобы авария была быстро изолирована от выключателя, например, с помощью автоматического управления, который расположен непосредственно за местом аварии, и требуется, чтобы выключатели, которые расположены на более высоком уровне, то есть еще выше по отношению к упомянутому выключателю, поддерживали соответствующие электрические контакты в замкнутом положении даже при высоких сверхтоках, создаваемых в результате аварии. Таким способом обеспечивается непрерывность работы ветвей электрической сети, которые не вышли из строя в результате аварии.

В данном случае следует отметить, что в оборудовании распределения электрической энергии вышеупомянутого типа обычно применяются выключатели в литом корпусе, которые содержат неподвижные и подвижные электрические контакты, которые обычно состоят из неподвижных и подвижных электропроводных контактных площадок. В таких выключателях неподвижные контактные площадки расположены на соответствующих опорных элементах, которые являются единым целым с внешним изолирующим корпусом выключателя, тогда как подвижные контактные площадки расположены на соответствующих опорных элементах, которые прикрепляются к держателю контактов. Такой держатель может приводиться в действие с помощью специального исполнительного устройства, чтобы приводить подвижные контактные площадки в соответствующие рабочие положения в соответствии с разомкнутым и замкнутым состоянием выключателя. Что касается подвижных контактов, то они не прикреплены к держателю контактов, а поддерживаются таким образом, чтобы сохранять потенциальную способность двигаться по отношению к указанному держателю. Цель этого - скомпенсировать неизбежные несовпадения между неподвижными контактными площадками выключателя и/или зазоры, вызванные истиранием неподвижных и подвижных контактных площадок. Таким образом, достигается надлежащий контакт между неподвижными и подвижными контактными площадками выключателя.

Однако выключатели с литым корпусом, имеющие вышеупомянутую конструкцию, обладают довольно низким верхним пределом величины электрического тока, для которого обеспечивается надлежащий контакт между неподвижными и подвижными контактными площадками выключателя. Практически такие выключатели не способны выдерживать высокие сверхтоки, наведенные в результате аварии в другой части электрической сети.

Действительно, когда через выключатель проходит электрический ток, создаются отталкивающие электродинамические силы, интенсивность которых возрастает с ростом электрического тока, стремящиеся отделить подвижные контактные площадки от неподвижных контактных площадок. Подобным отталкивающим электродинамическим силам между контактными площадками выключателя вплоть до заданного предела величины электрического тока противодействуют силы, создаваемые соответствующими пружинами сжатия, установленными между держателем контактов и опорными элементами подвижных контактных площадок, чтобы обеспечить правильную установку подвижных контактных площадок и надлежащее контактное усилие меду этими контактными площадками и неподвижными контактными площадками. В случае если отталкивающие электродинамические силы превышают заданную предельную величину, то произойдет нежелательное отделение неподвижных контактных площадок от подвижных контактных площадок. Такое отделение происходит в результате того, что подвижные контактные площадки, как указано выше, могут двигаться относительно держателя контактов, даже когда держатель находится в фиксированном положении с помощью соответствующего исполнительного устройства.

Известные технические решения для улучшения характеристик селективности электрических выключателей, т.е. для увеличения порогового значения электрического тока, при котором происходят процессы отделения неподвижных контактных площадок от подвижных за счет взаимного отталкивания, основываются главным образом на следующих двух технических приемах:

- увеличение механического давления между подвижными и неподвижными контактными площадками путем усиления сжатия пружин;

- увеличение количества электрических контактных поверхностей для каждого контакта выключателя с помощью применения нескольких опорных элементов для подвижных контактных площадок, которые соединены параллельно для каждого контакта.

Однако оба вышеуказанных технических приема имеют недостатки, которые делают эксплуатационные показатели известных выключателей в литом корпусе не отвечающими современным требованиям в этой области.

Действительно, в первом случае возрастание контактного усилия между подвижной и неподвижной контактными площадками обязательно требует увеличения силы, которая необходима для исполнительного устройства, чтобы сжать пружины сжатия и, следовательно, силы, которая действует на рукоятку управления выключателя для запуска вышеуказанного исполнительного устройства. Поскольку приведение в действие обычно является ручной операцией, то из этого следует, что для силы, которая может быть приложена к неподвижной и подвижной контактным площадкам, существуют верхние пределы, которые устанавливаются путем фактической возможности управления выключателем пользователем.

Во втором случае дробление опорных элементов для подвижных контактных площадок допускает распределение тока за пределами нескольких контактных зон, за счет чего уменьшается порог отталкивания для каждой конкретной подвижной контактной площадки. Общий результат воздействия на один контакт выключателя состоит в том, чтобы поднять порог отталкивания целой группы подвижных контактных площадок. Однако также и в этом случае имеются ограничения, связанные с размерами выключателей и силы, необходимой для управления ими. Действительно, увеличение количества опорных элементов для подвижных контактных площадок влечет за собой, с одной стороны, увеличение размера выключателя и, с другой стороны, возрастание для каждого контакта общего усилия, требуемого для создания надлежащего давления подвижных контактных площадок на неподвижные контактные площадки.

Вышеуказанные недостатки являются причиной того, что известные выключатели в литом корпусе не в состоянии осуществлять надлежащий контакт между подвижными и неподвижными контактными площадками при значениях тока выше приблизительно 20 кА. В особенности подобное ограничение абсолютно не отвечает требованиям современного электрического оборудования с точки зрения селективности. Поэтому в настоящее время в современном электрооборудовании с целью достижения более высоких показателей селективности необходимо применять выключатели, обычно называемые «воздушными выключателями». Такие выключатели, для которых характерно наличие устройства накопления электрической энергии, действительно создают силы настолько высокие, чтобы сжимать пружины сжатия при высокой нагрузке и, следовательно, осуществлять надлежащий контакт между соответствующими контактными площадками вплоть до значений тока порядка 100 кА. Однако воздушные выключатели отличаются большими размерами и высокой стоимостью, а также имеют сложную конструкцию по сравнению с вышеуказанными выключателями в литом корпусе.

Целью настоящего изобретения является создание выключателя, в котором устранены вышеуказанные недостатки, присущие известным аппаратам и выключателям.

В частности, цель настоящего изобретения - создание выключателя, который отличается таким исполнением, которое позволяет производить электрическое оборудование, имеющее высокие показатели с точки зрения характеристик селективности.

Более конкретно, цель настоящего изобретения - создание выключателя, который допускает повышение максимального значения тока, при котором гарантируется надлежащий контакт между соответствующими электрическими контактами, без увеличения усилия, приложенного с помощью исполнительного устройства выключателя.

Эта и другие цели достигаются с помощью выключателя, как определено в пункте 1 прилагаемой формулы изобретения в его более общем виде и в зависимых пунктах формулы изобретения в виде некоторых конкретных вариантов реализации изобретения.

Изобретение будет более понятным из дальнейшего подробного описания вариантов его осуществления, которые являются иллюстративными и не ограничивают изобретение, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 представлен электрический выключатель в литом корпусе, вид в перспективе;

на фиг.2 представлен вид в перспективе, где первый опорный элемент, содержащий несколько электрических контактов выключателя, изображенного на фиг.1, и первую деталь выключателя, которая связана с данным опорным элементом, показаны расположенными отдельно друг от друга;

на фиг.3 представлен вид в перспективе узла, содержащего первый опорный элемент и первую деталь, изображенную на фиг.2, в сборе;

на фиг.4 представлено поперечное сечение узла, изображенного на фиг.3;

на фиг.5 представлен вид в перспективе второго опорного элемента, содержащего несколько электрических контактов выключателя, изображенного на фиг.1;

на фиг.6 представлен вид в перспективе, где показан держатель контактов выключателя, изображенного на фиг.1;

на фиг.7 представлен вид в перспективе узла, содержащего второй опорный элемент, изображенный на фиг.5, и держатель контактов, изображенный на фиг.6, которые находятся в сборе, а также содержит исполнительное устройство держателя контактов;

на фиг.8 представлен вид в перспективе узла, изображенного на фиг.7, где данный узел показан под другим углом;

на фиг.9 представлено поперечное сечение, где узел, изображенный на фиг.3, и узел, изображенный на фиг.8, частично показаны в первом рабочем положении;

на фиг.10 представлено поперечное сечение, где узел, изображенный на фиг.3, и узел, изображенный на фиг.8, частично показаны во втором рабочем положении;

на фиг.11 представлено поперечное сечение, подобное изображенному на фиг.10, где схематически стрелками указаны пути протекания электрического тока, текущего через первый опорный элемент, изображенный на фиг.2, и через второй опорный элемент, изображенный на фиг.5, а также электромагнитная сила между контактами;

на фиг.12а представлен вид в перспективе, где показаны первый опорный элемент и первая деталь, изображенные на фиг.2, и где, в частности, показан первый опорный элемент в соответствии со вторым вариантом реализации и несколько частей отсоединены;

на фиг.12b представляет вид сверху узла, содержащего компоненты, изображенные на фиг.12а, в сборе;

на фиг.12с - сечение по линии А-А узла, изображенного на фиг.12b;

на фиг.13а представлен вид в перспективе, где показаны первый опорный элемент и первый компонент, изображенные на фиг.2, и где, в частности, показан первый опорный элемент в соответствии с третьим вариантом реализации в отсутствие нескольких отсоединенных частей;

на фиг.13b представлен вид сверху узла, содержащего компоненты, изображенные на фиг.13а, в сборе;

на фиг.13с - сечение по линии В-В узла, изображенного на фиг.13b;

на фиг.13d представлен вид в перспективе, где показаны компоненты, изображенные на фиг.13а, в сборе;

на фиг.14а представлен вид в перспективе, где показаны первый опорный элемент и первый компонент, изображенные на фиг.2, и где, в частности, показан первый опорный элемент в соответствии с четвертым вариантом реализации при отсутствии нескольких отсоединенных частей;

на фиг.14b представлен вид сверху узла, содержащего компоненты, изображенные на фиг.14а, в сборе;

на фиг.14с - сечение по линии С-С узла, изображенного на фиг.14b;

на фиг.14d представлен вид в перспективе, где показаны компоненты, изображенные на фиг.14а, в сборе;

на фиг.14е - сечение по линии С-С частей узла, изображенного на фиг.14b;

на фиг.15 представлен вид сбоку первого опорного элемента, изображенного на фиг.2, в соответствии с пятым вариантом реализации изобретения;

на фиг.16 представлен вид сбоку первого опорного элемента, изображенного на фиг.2, в соответствии с шестым вариантом реализации, где стрелки схематически указывают протекание электрического тока и электромагнитную силу;

на фиг.17 представлен вид сбоку первого опорного элемента, изображенного на фиг.13а, где стрелки схематически указывают протекание электрического тока и электромагнитную силу;

на фиг.18 представлен вид в перспективе первого опорного элемента, изображенного на фиг.2, в соответствии с седьмым вариантом реализации изобретения;

на фиг.19 представлен вид в перспективе первого опорного элемента, изображенного на фиг.18, где этот элемент показан под другим углом.

На чертежах одинаковые или сходные элементы обозначены одними и теми же ссылочными номерами.

На фиг.1 в качестве иллюстрации, не ограничивающей изобретение, показан вариант реализации электрического выключателя, везде обозначенного цифрой 1. В конкретном варианте реализации на фиг.1 выключателем 1 является, например, так называемый выключатель в литом корпусе, который применяется в оборудовании распределения низкого электрического напряжения. В данном примере электрический выключатель 1 состоит из автоматического трехполюсного выключателя в литом корпусе, что не является ограничительным условием. Выключатель 1 имеет кожух 3, содержащий коробчатый корпус 5, изготовленный из электроизоляционного материала, который выполняет опорную функцию для внутренних устройств выключателя.

Корпус 5 имеет переднюю сторону 7, из которой выступает рукоятка 9, которая предназначена для управления выключателем, и заднюю сторону 11, снабженную соответствующими фиксирующими средствами, не показанными ввиду их известности, для крепления выключателя 1 к распределительному щиту.

На верхней стороне 13 корпуса 5 имеются входные клеммы (не показаны) для соединения выключателя 1 с проводами электрического оборудования. Выходные клеммы, аналогичные входным клеммам (не показаны), расположены на нижней стороне 15 корпуса 5.

В соответствии с фиг.2 выключатель 1 содержит, по меньшей мере, первый электрический контакт 20, который прикреплен к первому опорному элементу 22 или первой контактной опоре. Предпочтительно, чтобы, как в примере на фиг.9, первый опорный элемент прикреплялся к корпусу 5 выключателя с помощью винтов 22А. Предпочтительно, чтобы первый опорный элемент выполнялся из меди или медных сплавов, например, медно-латунного сплава.

В варианте реализации, показанном на фиг.2, первый электрически контакт 20 содержит первые несколько контактов, в этом примере четыре электрических контакта. Предпочтительно, чтобы эти электрические контакты были сделаны в форме первых электропроводных контактных площадок 23. Предпочтительно, чтобы эти контактные площадки были получены спеканием из сплавов серебра. Предпочтительно, чтобы первая контактная опора 22 содержала неподвижную часть 24, предназначенную для прикрепления к кожуху 3 выключателя и которая была в данном примере электрическим выводом. В дальнейшем без введения любых ограничений неподвижная часть будет также именоваться электрическим выводом 24. Первая контактная опора 22 также содержит подвижную часть 26, которая подвижно соединена с неподвижной частью 24. В соответствии с вариантом реализации подвижная часть 26 соединяется вращательно с выводом 24. В частности, на примере показано, что подвижная часть 26 шарнирно соединяется с выводом 24. Следует подчеркнуть, что подвижная часть 26 электрически соединяется с выводом 24. Как показано на фиг.2, первые контактные площадки 23 прикреплены, предпочтительно посредством сварки, к подвижной части 26.

В соответствии с вариантом реализации на фиг.2 подвижная часть 26 содержит несколько рычажков 28, в данном примере четыре, которые подвижным образом соединены с неподвижной частью 24. В соответствии с этим вариантом реализации каждый рычажок 28 снабжен соответствующей первой контактной площадкой 23. В соответствии с вариантом реализации каждый рычажок 28 содержит соединительную часть 28А (фиг.4), которая служит для входа в соответствующую соединительную выемку 29 (например, как показано в варианте реализации на фиг.12А), которая находится между парой стенок 29А, 29В вывода 24. В соответствии с вариантом реализации вывод 24 имеет гребнеобразную концевую часть, заключающую в себе несколько соединительных выемок 29, находящихся между зубьями указанной гребенки. В соответствии с изобретением особенно подходящими для высокомощных выключателей являются соединительные выемки 29, полученные способом вырезания, например, фрезерования и т.п.

Далее на фиг.5 показан второй электрический контакт 30 выключателя 1. Второй электрический контакт 30 прикрепляется ко второму опорному элементу 32 или второй контактной опоре. В соответствии с вариантом реализации второй электрический контакт 30 содержит вторые несколько электрических контактов, в этом примере четыре контакта. Предпочтительно, чтобы данные электрические контакты выполнялись в виде вторых электропроводных контактных площадок 33. Предпочтительно, чтобы вторые контактные площадки 33 приваривалась ко второй контактной опоре 32.

В соответствии с вариантом реализации вторая контактная опора 32, которая изготовлена из электропроводного материала, содержит первый электропроводный участок или первую пластинку 35, к которой прикрепляются вторые контактные площадки 33, и второй электропроводный участок или вторую пластинку 37, которая соединяется с первой пластинкой с помощью гибких электрических проводников 39.

Вторые контактные площадки 33 способны принимать первое рабочее положение или закрытое рабочее положение (фиг.10 и 11) и второе рабочее положение или открытое рабочее положение (фиг.9). В частности, в закрытом рабочем положении контактные площадки 33 второй группы упираются торцом в контактные площадки 23 первой группы, для того чтобы установить выключатель 1 в замкнутое положение. И наоборот, в открытом положении вторые контактные площадки 33 установлены на заданном расстоянии от первых контактных площадок 23, для того чтобы установить выключатель 1 в разомкнутое положение.

В данном случае на основании фиг.6-8 следует отметить, что выключатель 1 содержит подвижные устройства 40, 42, позволяющие вторым контактным площадкам 33 принимать закрытое и открытое рабочее положение, соответственно. В соответствии с вариантом реализации подвижные устройства содержат держатель 40 контактов (фиг.6) и исполнительный или рабочий механизм 42 (частично видимый на фиг.7 и 8) для приведения в действие данного держателя. В частности, держатель 40 контактов, заключающий в себе вторую контактную опору 32, приводится в действие при помощи исполнительного механизма 42, для того чтобы дать возможность вторым контактным площадкам 33 принимать закрытое (фиг.10) и открытое (фиг.9) рабочие положения. Следует отметить, что хотя на фиг.1 показан трехполюсный выключатель, фиг.7 и 8 иллюстрируют в качестве не ограничивающего изобретение примера контактный держатель для четырехполюсного выключателя, содержащего, в частности, четыре вторые контактные опоры 32. Однако ясно, что специалисты могут легко видоизменять конструкцию контактного держателя 40, изображенного на фиг.7 и 8, чтобы приспособить его для выключателей, имеющих любое количество полюсов, т.е. любое количество вторых контактных опор 32.

Что касается фиг.9 и 10, то следует отметить, что рычажки 28 первой контактной опоры 22 функционально располагаются между выводом 24 и второй контактной опорой 32.

Также со ссылкой на фиг.9 и 10 следует отметить, что выключатель 1 содержит электромагнитные средства защиты. В соответствии с вариантом реализации электромагнитные средства защиты содержат, по меньшей мере, первое электромагнитное защитное устройство 50 или первый ферромагнитный экран, который располагается между рычажками 28 и второй контактной опорой 32. В соответствии с другим вариантом реализации выключатель 1 содержит несколько первых ферромагнитных экранов 50 (не показаны), количество которых равно количеству первых контактных опор 22, т.е. количеству полюсов выключателя 1.

Первый вариант реализации первого ферромагнитного экрана 50 станет более понятным из рассмотрения фиг.2 и 3. На этих чертежах первый экран 50 в целом имеет форму оболочки, охватывающей конечную часть 52 первой контактной опоры 22. Другими словами, как видно из чертежей, первый ферромагнитный экран выполнен в форме оболочки, охватывающей вывод 24 и подвижную часть 26. В соответствии с вариантом реализации первый экран 50 содержит, по меньшей мере, стенку 54 экрана, механически обращенную ко второй контактной опоре 32. В соответствии с вариантом реализации данная стенка 54 экрана в основном расположена от первых контактных площадок 23 примерно до соединительной части 28А рычажков 28 (фиг.4). В соответствии с первым вариантом реализации в примере, изображенном на фиг.3, первый экран 50 содержит стенку 54 экрана, пару противостоящих относительно друг друга боковых стенок, которые соединяются со стенкой экрана, и скрепляющие элементы или скрепляющие пластинки 58, которые прикрепляются к двум боковым стенкам и которые расположены перпендикулярно по отношению к этим двум стенкам. В частности, скрепляющие элементы, в данном примере две скрепляющие пластинки 58, служат для взаимодействия с выводом 24, чтобы обеспечить прикрепление первого экрана 50 к первой контактной опоре 22. Как следует из прилагаемых чертежей, скрепляющие пластинки 58 служат в частности для соединения с задней стенкой вывода 24, т.е. стенкой вывода, которая является противоположной стенке, обращенной к задней стороне рычажков 28. В соответствии с вариантом реализации, изображенным на фиг.3, первый экран 50 в частности содержит скрепляющие средства для прикрепления первого экрана 50 к первой контактной опоре 22. Подобные скрепляющие средства могут иметь отверстия (не показаны), находящиеся на скрепляющих пластинках 58, через которые могут вставляться соответствующие стопорные винты 59. Другими словами, первый экран 50 хорошо приспособлен для того, чтобы соединяться подвижным образом с первой контактной опорой 22.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения электромагнитные средства защиты могут содержать, по меньшей мере, дополнительное электромагнитное устройство защиты или дополнительный ферромагнитный экран 60 (фиг.3 и 4), который связан с подвижной частью 26. В соответствии с вариантом реализации электромагнитные средства защиты содержат несколько дополнительных ферромагнитных экранов 60. Например, на фиг.2 показаны четыре дополнительных экрана 60, каждый из которых прикреплен к соответствующему рычажку 28 первой контактной опоры 22. В частности, принимая во внимание, что каждый рычажок 28 имеет переднюю сторону, на которой крепятся контактные площадки 23, и заднюю сторону, которая обращена к выводу 24, дополнительные экраны 60 располагаются сбоку вдоль сторон каждого рычажка 28. Еще раз обратившись к фиг.2, можно увидеть, что каждый из дополнительных экранов 60 содержит соответствующую верхнюю часть 62, в данном примере имеющую крючкообразную или дугообразную форму, которая расположена рядом со второй контактной площадкой 23 соответствующего рычажка.

В соответствии с вариантом реализации изобретения электромагнитные средства защиты содержат, по меньшей мере, второе электромагнитное устройство 70 защиты или второй ферромагнитный экран (фиг.9), который помещается между первым экраном 50 и второй контактной опорой 32. На фиг.6 показаны несколько вторых экранов 70, в частности четыре экрана, которые составляют одно целое с держателем 40 контактов. Как можно видеть в этом чертеже, каждый из вторых экранов 70 имеет место 72 для установки соответствующей второй контактной опоры 32. Обратившись к фиг.7 и 8, можно заметить, что вторые экраны 70 охватывают каждый промежуточный элемент, который не содержит вторые контактные площадки 33 соответствующей второй контактной опоры 32. В варианте на фиг.7 и 8, в частности, каждый из вторых экранов 70 содержит, по меньшей мере, соответствующую защитную стенку 74, которая примерно располагается от вторых контактных площадок 33 до гибких электрических проводов 39.

Снова обратившись к фиг.2, можно увидеть, что первая контактная опора 22 содержит первые упругие компоненты 80, которые помещаются между рычажками 28 и выводом 24. Эти упругие компоненты, в примере на Фиг.2 содержащие винтовые пружины 82 сжатия, предназначены для воздействия на рычажки 28, чтобы увеличить сжатие контактов между первыми 23 и вторыми 33 контактными площадками, когда вторые контактные площадки достигают замкнутого рабочего положения (фиг.10).

Далее описывается работа выключателя в соответствии с настоящим изобретением.

Обратившись к фиг.9, где вторые контактные площадки 33 показаны в разомкнутом рабочем положении, можно заметить, что рычажки 28 под действием осевого усилия винтовых пружин 82 имеют тенденцию отделяться от вывода 24, Однако перемещение рычажков 28 ограничено первым экраном 50, в который эти рычажки могут упираться торцом. Это позволяет легко сохранять достаточное расстояние между первыми 23 и вторыми 33 контактными площадками выключателя.

Обратившись к фиг.10, где вторые контактные площадки 33 показаны в замкнутом рабочем положении, можно заметить, как вторые контактные площадки 33 оказывают давление на первые контактные площадки, для того чтобы рычажки 28 передвигались по направлению к выводу 24 против действия винтовых пружин 82 сжатия. В частности, передвижение рычажков 28 является достаточным, например, чтобы компенсировать отклонение от заданного положения и/или износ первых 23 и вторых 33 контактных площадок, обеспечивая надлежащий контакт между аналогичными контактными площадками. И еще сжатие винтовых пружин 82 позволяет создать требуемое контактное усилие.

На фиг.11, где изображен выключатель в таком же рабочем состоянии, как на Фиг.10, схематически показано протекание электрического тока, в общем обозначенного I, который может проходить через первую 22 и вторую 32 контактную опору в рабочих состояниях выключателя 1. В частности, на этом чертеже можно увидеть, что через вывод 24 происходит протекание электрического тока I в заданном направлении, тогда как через рычажки 28 при работе протекает электрический ток I₂, имеющий противоположное направление, и в данном примере параллельно, по отношению к направлению тока I, проходящего через вывод 24. Взаимодействие между токами I₁, I₂ вызывает отталкивающую электромагнитную силу F (схематически показанную стрелкой на фиг.11), которая способна отдалять рычажки 28 от вывода 24, тем самым способствуя повышению сжатия контактов между первыми 23 и вторыми 33 контактными площадками. Еще обратившись к фиг.11, можно увидеть, однако, что через вторую контактную опору 32 в рабочем состоянии проходит электрический ток I₃, имеющий противоположное направление, в данном примере параллельно, по отношению к направлению тока I₂, проходящего через рычажки 28. Из этого следует, что создаются условия для образования дополнительной отталкивающей электромагнитной силы, которая стремится отделить рычажки 28 от второй контактной опоры 32, тем самым усиливая явление отталкивания, которое обычно имеет место в контактной зоне между первыми 23 и вторыми 33 контактными площадками. Этот негативный процесс устраняется с помощью первого 50 и второго 70 ферромагнитного экрана. Действительно, данные экраны 50, 70 в основном подавляют магнитные поля, создаваемые токами I₂, I₃, протекающими через рычажки 28 и вторую контактную опору 32 соответственно, от взаимодействия с этими токами. Таким образом, в основном исключается возможное формирование дополнительной электромагнитной силы, которая в противном случае будет и далее усиливать процесс отталкивания между первыми 23 и вторыми 33 контактными площадками.

Стоит отметить, что дополнительные экраны 60 при их наличии могут помочь создавать положительный эффект в отношении удержания контакта между первыми 23 и вторыми 33 контактными площадками. Действительно, дополнительные экраны 60 взаимодействуют электромагнитным способом с первым экраном 50, будучи притянутыми или продвинутыми к этому экрану. Конкретнее, дополнительные экраны могут взаимодействовать с первым экраном 50 таким образом, чтобы создавать пару электромагнит/якорь, где первый экран 50 является электромагнитом, а дополнительные экраны 60 являются якорем. Таким образом, дается возможность для создания электромагнитной силы, которая притягивает рычажки 28 к первому экрану 50 и которая, следовательно, помогает сохранению контакта между первыми 23 и вторыми 33 контактными площадками.

В итоге действие, оказываемое винтовыми пружинами 82 сжатия, дополняется за счет отталкивающих электромагнитных сил между рычажками 28 и выводом 24, которые способны противодействовать отталкивающей электромагнитной силе, нормально создаваемой в контактной зоне между первыми 23 и вторыми 33 контактными площадками выключателя 1.

На основании вышеописанного можно понять, каким образом выключатель согласно настоящему изобретению способен устранить указанные выше недостатки, присущие известным аналогам.

Особенно следует отметить, что в выключателе согласно настоящему изобретению благодаря усилию, прилагаемому подвижной частью 26, не требуется дополнительной силы от исполнительного механизма для сохранения надлежащего контакта между первыми и вторыми контактными площадками выключателя.

Преимуществом является то, что в выключателе согласно настоящему изобретению имеется возможность при одном и том же усилии, создаваемом исполнительным механизмом, заметно поднять по сравнению с известными выключателями пороговое значение электрического тока, при котором происходит отделение первых 23 и вторых 33 контактных площадок выключателя. Особенность заключается в том, что выключатель согласно настоящему изобретению имеет значительно улучшенные характеристики с точки зрения селективности по сравнению с теми, что предлагаются рынком в настоящее время, даже если обеспечен надлежащий контакт между контактными площадками выключателя вплоть до 40 кА и выше.

Таким образом, выключатель согласно изобретению полностью отвечает требованиям в части селективности современного электрического распределительного оборудования, имеет явно меньший размер и стоимость по сравнению, например, с современными воздушными выключателями.

Кроме того, следует отметить, что в электрическом выключателе вышеописанного типа благодаря тому, что отсутствуют дополнительные электромагнитные силы, которые обусловливают непосредственное притяжение подвижных и неподвижных контактных площадок, отсутствуют силы, противодействующие свободному размыканию выключателя с помощью исполнительного механизма. Следовательно, отсутствует ухудшение функционирования выключателя в отношении отключающей способности при коротком замыкании. В этой связи также необходимо отметить, что электромагнитная сила, создаваемая между дополнительными экранами 60 и первым электромагнитным экраном 50, будучи предназначенной для притяжения подвижной части 26 к первому ферромагнитному экрану, т.е. ко второй контактной опоре 32, не препятствует свободному размыканию выключателя исполнительным механизмом. Следовательно, эта характерная особенность также позволяет эффективно повышать характеристики селективности выключателя без ухудшения или негативного влияния на управление выключателем.

Надо заметить, что определенная конфигурация первого ферромагнитного экрана в основном в виде оболочки, охватывающей неподвижную часть и подвижную часть 26 первой контактной опоры, кроме того, что осуществляет оптимальное электромагнитное экранирование первой контактной опоры, еще значительно упрощает сборку узла, состоящего из первой контактной опоры и первого электромагнитного экрана, а также установку этого узла в соответствующую установочную нишу, которая находится внутри выключателя.

Более того, следует отметить, что подобная конфигурация первого ферромагнитного экрана обусловливает многофункциональность ферромагнитного экрана, который, кроме того, что является особенно эффективным в части обеспечения соответствующей электромагнитной защиты, позволяет удерживать заранее заданное расстояние между первыми и вторыми контактными площадками выключателя, когда вторые контактные площадки установлены в разомкнутом положении. В частности, это позволяет получить весьма рациональную конфигурацию узла, состоящего из первого экрана и первой контактной опоры, а следовательно, и выключателя.

В дальнейшем описываются некоторые модификации выключателя в соответствии с настоящим изобретением только в качестве примеров, не ограничивающих изобретение.

В соответствии с вариантом реализации выключателя 1 он может содержать устройство повышения электрической проводимости между выводом 24 и рычажками 28. В частности, такое устройство помещают между выводом и этими рычажками.

Как показано на фиг.2, устройство повышения электрической проводимости содержит электропроводный шарнирный стержень 100 для шарнирного крепления вывода 24 и рычажков 28. Предпочтительно, чтобы стержень 100 был выполнен из материалов с высокой электропроводностью, таких как медь с серебряным покрытием, что не является ограничивающим условием.

В особенно полезном варианте реализации, представленном на фиг.12а-12с, шарнирный стержень 100 состоит из нескольких шарнирных стержней 102, которые расположены вдоль одной и той же шарнирной оси X. Как видно на фиг.12а-12с, шарнирный стержень 100 может быть подразделен на несколько более коротких шарнирных стержней для шарнирного прикрепления, например, соответствующего рычажка 28. Благодаря такому решению появляется возможность увеличить общее количество контактных зон между шарнирным стержнем 100 и выводом 24 по сравнению с тем случаем, где используется только один шарнирный стержень 100.

В соответствии с вариантом реализации устройство повышения электрической проводимости может содержать, дополнительно или альтернативно к тому, что ранее и в дальнейшем описано и изображено, второе упругое приспособление, предназначенное для соединения рычажков 28 с целью увеличения контактного сжатия между указанными рычажками и выводом 24. Согласно варианту реализации, показанному на фиг.14а-14е, второе гибкое приспособление содержит, по меньшей мере, одну тарельчатую пружину 104, которая помещается между каждым рычажком 28 и стенками 29А, 29В, которые определяют границы соответствующей соединительной выемки 29. Если более конкретно, то в этом варианте, например, используется тарельчатая пружина 104, которая расположена между соединительной частью 28А каждого рычажка 28 и одной из стенок 29А, 29В соответствующей соединительной выемки 29. В соответствии с вариантом, представленным на фиг.13а-13d, вывод 24 может содержать расширенные соединительные выемки 29, причем каждая служит для того, чтобы принимать соединительные части 28А пары рычажков 28. В частности, в данном примере одна пара тарельчатых пружин 104 устанавливается между двумя рычажками 28, принятыми в соответствующей расширенной соединительной выемке 29.

В соответствии с вариантом реализации, который рассматривается как дополнительный или как альтернативный по отношению к тому, что было и будет описано и изображено, устройство повышения электрической проводимости может содержать, по меньшей мере, один гибкий токопроводящий элемент (не показан), который соединен с выводом 24 и рычажками 28 соответственно.

В соответствии с вариантом реализации, который рассматривается как дополнительный или как альтернативный по отношению к тому, что было и будет описано и изображено, первое упругое приспособление 80 может содержать пружины другого типа, а не спиральные пружины 82 сжатия (фиг.2). Например, в варианте на Фиг.15 показано использование плоской пружины 110, предпочтительно одной для каждого рычажка 28.

В соответствии со следующим вариантом первое упругое приспособление 80 может содержать пружины растяжения вместо пружин сжатия. Например, в варианте на фиг.18 и 19 показано использование спиральной пружины 112 растяжения. В частности, конец такой пружины 112 зацепляется за стержень 114 вывода 24, а второй конец соединяется с рычажками 28.

В соответствии с вариантом реализации, который рассматривается как дополнительный или как альтернативный по отношению к тому, что было и будет описано и изображено, первая контактная опора 22 содержит средства электрической изоляции, помещенные между рычажками 28 и выводом 24. Например, согласно вариантам, изображенным на фиг.13d и 14d, показаны средства 120, 122 электрической изоляции, которые помещены между рычажками 28 и первым упругим устройством 80, во избежание электризации и вследствие этого повреждения из-за перегрева.

В соответствии с вариантом реализации, который рассматривается как дополнительный или как альтернативный по отношению к тому, что было и будет описано и изображено, первая контактная опора 22 содержит средства взаимного сближения электрических токов I₁, I₂, которые протекают через вывод 24 и рычажки 28 соответственно. В соответствии с вариантом реализации средство взаимного сближения электрических токов содержит элемент 130 уменьшенной толщины (фиг.17) вывода 24. Элемент 130 уменьшенной толщины может, например, устанавливаться с помощью канавки 132, которая находится на выводе 24 на стороне, противоположной рычажкам 28. На фиг.16 и 17 показаны два варианта первой контактной опоры 22 с элементом 130 уменьшенной толщины и без него, соответственно. На этих чертежах схематически стрелками указаны токи I₁, I₂, протекающие через вывод 24 и рычажки 28, а также отталкивающая электромагнитная сила F, создаваемая между этими элементами. В частности, на этих чертежах величина отталкивающей электромагнитной силы F прямо пропорциональна количеству соответствующих стрелок. При сравнении фиг.16 и 17 можно увидеть, что электрический ток I, протекающий через вывод 24, благодаря элементу 130 уменьшенной толщины вынужден течь по направлению к электрическому току I₂, протекающему через рычажки 28, так чтобы обеспечить увеличение электромагнитной отталкивающей силы F межу выводом 24 и рычажками 28.

В соответствии с весьма экономичным вариантом, который рассматривается как дополнительный или как альтернативный по отношению к тому, что было и будет описано и изображено, первая контактная опора 22 содержит средство быстрого соединения для соединения с возможностью съема даже без применения инструментов первого ферромагнитного экрана 50 с первой контактной опорой 22.

Например, согласно вариантам, изображенным на фиг.16, 17 и 14е, средство быстрого соединения содержит соединительную выемку 140 на выводе 24 для быстрого соединения.

Например, согласно фиг.14е, когда первый экран 50 соединен с первой контактной опорой 22, скрепляющие пластинки 58 первого экрана входят внутрь выемки 140 быстрого соединения. Конкретнее, при этом первый экран 50 остается крепко соединенным с первой контактной опорой за счет давления, оказываемого на этот экран рычажками 28 с помощью первого упругого устройства 80.

Такой узел, если не вмонтирован в выключатель 1, может, следовательно, легко передвигаться без угрозы случайного разъединения.

Если указанный узел установлен в выключатель 1 на соответствующее посадочное место (не показано), то конфигурация посадочного места препятствует разъединению первого экрана 50 с первой контактной опорой 22, когда рычажки 28 не находятся в контакте с этим экраном.

На фиг.18 и 19 показан вариант первой контактной опоры 22, которая подходит конкретно для выключателя низкого напряжения. В этих выключателях, где вывод 24 имеет относительно малую толщину, стенки 29А, 29В, которые устанавливают границы соединительной выемки 29, могут на самом деле выполняться путем сгибания двух частей 150 вывода 24 вместо такой механической операции, как резание.

Следует отметить, что описание изобретения дано только как пример со ссылкой на выключатели с одним разрывом в литом корпусе. Однако специалисты могут легко применять положения данного изобретения для выключателей другого типа, в частности таких, как выключатели с двойным разрывом в литом корпусе.

На базе основных принципов изобретения, вариантов его реализации и конструктивных особенностей имеется возможность широко варьировать то, что было описано и изображено в качестве не ограничивающего изобретение примера в пределах объема изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к электрическим приборам. В электрическом выключателе электрический ток протекает через первую (22) и вторую (32) контактную опору. Через вывод (24) проходит электрический ток (I₁) заданного направления, в то время как через рычажки протекает электрический ток (I₂), имеющий прямо противоположное направление и параллельный по отношению к току (I₁). Взаимодействие между токами (I₁ I₂) создают отталкивающую электромагнитную силу (F), которая способна держать рычажки на расстоянии от вывода, создавая дополнительное сжатие между контактами. Даже, несмотря на то, что через вторую контактную опору проходит электрический ток (I₃), имеющий прямо противоположное направление и параллельный по отношению к току (I₂), создание дополнительной электромагнитной силы, которая способствовала бы отделить рычажки от второй контактной опоры, нежелательное электромагнитное отталкивание между контактами устраняется с помощью первого (50) и второго (70) ферромагнитного устройства. Техническим результатом является упрощение и удешевление конструкции выключателя. 17 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Электрический выключатель (1), содержащий: кожух (3);
по меньшей мере, первый электрический контакт (20); по меньшей мере, один опорный элемент (22) для указанного первого электрического контакта (20), содержащий неподвижную часть (24), прикрепляемую к телу (3) выключателя; по меньшей мере, второй электрический контакт (30), установленный с возможностью занимать первое замкнутое рабочее положение, при котором он упирается торцом в первый электрический контакт (20) для установки выключателя (1) в замкнутое положение и с возможностью занимать разомкнутое рабочее положение, при котором он расположен на заданном расстоянии по отношению к первому электрическому контакту (20) для установки выключателя (1) в разомкнутое рабочее положение; по меньшей мере, второй опорный элемент (32) для указанного второго электрического контакта (30); и подвижное устройство (40) второго опорного элемента (32), обеспечивающее возможность второму электрическому контакту (30) занимать замкнутое и разомкнутое положение соответственно; при этом указанный первый опорный элемент (22) содержит подвижную часть (26), заключающую в себе первый электрический контакт (20) и подвижным образом соединенную с неподвижной частью (24), характеризующийся тем, что выключатель содержит средства экранирования (50, 60, 70), содержащие, по меньшей мере, первый электромагнитный экран (50), который расположен между указанной подвижной частью (26) и вторым опорным элементом (32), при этом указанный первый электромагнитный экран (50) имеет форму оболочки, охватывающей неподвижную часть (24) и подвижную часть (26) первого опорного элемента (22).

2. Выключатель (1) по п.1, отличающийся тем, что указанная подвижная часть (26) связана вращательно с неподвижной частью (24).

3. Выключатель (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанная подвижная часть (26) расположена между неподвижной частью (24) и указанным вторым опорным элементом (32).

4. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что подвижная часть (26) установлена с возможностью пропускать электрический ток (I₁) в заданном направлении, а неподвижная часть (24) установлена с возможностью пропускать ток (I₂) в противоположном направлении по отношению к направлению тока, проходящего через неподвижную часть (24) для создания отталкивающей электромагнитной силы (F), которая поддерживает расстояние между подвижной частью (26) и неподвижной частью (24) за счет взаимодействия между указанными токами (I₁, I₂).

5. Выключатель (1) по п.4, отличающийся тем, что указанный первый опорный элемент (22) содержит средства (130, 132) взаимного сближения указанных электрических токов (I₁, I₂), которые протекают через неподвижную часть (24) и подвижную часть (26) соответственно.

6. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что первый электромагнитный экран (50) содержит, по меньшей мере, стенку (54) экрана, которая обращена ко второму опорному элементу (32), две боковые взаимно противоположные стенки, соединенные со стенкой (54) экрана, и скрепляющие элементы (58), которые соединены с указанными двумя боковыми стенками и установлены перпендикулярно по отношению к ним, причем указанные скрепляющие элементы (58) объединены с неподвижной частью (24) для обеспечения прикрепления первого электромагнитного экрана (50) к первому опорному элементу (22).

7. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанная подвижная часть (26) упирается торцом в указанный первый электромагнитный экран (50).

8. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанный первый электромагнитный экран (50) подвижным образом соединен с указанным первым опорным элементом (22).

9. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанные электромагнитные средства (50, 60, 70) экранирования содержат, по меньшей мере, дополнительный электромагнитный экран (60), который связан с подвижной частью (26), и предназначен для электромагнитного взаимодействия с первым электромагнитным экраном (50) таким образом, чтобы быть притянутым к указанному экрану (50).

10. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, содержащий первые упругие средства (82, 110, 112), расположенные между неподвижной частью (24) и подвижной частью (26), причем указанные первые упругие средства служат для воздействия на указанную подвижную часть (26) с целью увеличения контактного давления между первым (20) и вторым (30) электрическими контактами, когда данный контакт (30) достигает замкнутого рабочего положения.

11. Выключатель (1) по п.10, содержащий средства (120, 122) электрической изоляции, которые расположены между неподвижной частью (24) и подвижной частью (26).

12. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, содержащий средства (100, 102, 104) повышения электрической проводимости, расположенные между неподвижной частью (24) и подвижной частью (26).

13. Выключатель (1) по п.12, отличающийся тем, что указанные средства (100, 102, 104) повышения электрической проводимости содержат электропроводный шарнирный стержень (100) для шарнирного крепления неподвижной части (24) и подвижной части (26) друг к другу.

14. Выключатель (1) по п.12, отличающийся тем, что указанный шарнирный стержень (100) состоит из нескольких шарнирных стержней (102), которые установлены в один ряд по одной и той же оси (X) стержня.

15. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанные средства (100, 102, 104) повышения электрической проводимости содержат второй упругий элемент (104), предназначенный для введения в контакт подвижной части с целью увеличения сжатия контактов между подвижной частью (26) и неподвижной частью (24).

16. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанные средства (100, 102, 104) повышения электрической проводимости содержат, по меньшей мере, гибкий электропроводный элемент, который соединен с неподвижной частью (24) и подвижной частью (26) соответственно.

17. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, содержащий средство (140) для быстрого соединения с возможностью съема без применения инструментов указанного первого электромагнитного экрана (50) с первым опорным элементом (22).

18. Выключатель (1) по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанная неподвижная часть (24) содержит, по меньшей мере, две стенки (29А, 29В) для образования соединительной выемки (29), чтобы вместить соединительную часть (29А) подвижной части (26), причем указанные, по меньшей мере, две стенки (29А, 29В) изготовлены посредством сгибания.