КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК H01H9/36 

Изобретение относится к коммутационному устройству в соответствии с родовым понятием пункта 1 формулы.

Известны коммутационные устройства, которые при повышенных токах в электрической сети, длящихся в течение заданного времени, отделяют эту электрическую сеть от питающей сети, чтобы предотвратить дальнейшую подачу тока. Кроме того, известны коммутационные устройства, которые в случае короткого замыкания в электрической сети отделяют ее от питающей сети, чтобы предотвратить дальнейшую подачу тока. Поэтому такие коммутационные устройства содержат размыкатель, взаимодействующий с так называемым расцепителем максимального тока или расцепителем тока короткого замыкания, при срабатывании приводящим в действие механический размыкатель, который размыкает коммутирующие контакты коммутационного устройства и предотвращает дальнейшее прохождение тока. При этом, как правило, расцепитель максимального тока или расцепитель тока короткого замыкания механически воздействует на механический расцепляющий механизм размыкателя. Помимо расцепления размыкателя предусмотрен, как правило, исполнительный рычаг, с помощью которого размыкателем можно управлять таким образом, что он разомкнет коммутирующие контакты.

При размыкании коммутирующих контактов вследствие физических условий, описанных в законе электромагнитной индукции, между размыкаемыми коммутирующими контактами возникает дуга. В случае короткого замыкания в электрической сети возникают очень высокие токи в диапазоне 5-25 кА. Если из-за короткого замыкания происходит отключение коммутационного устройства, то коммутирующие контакты должны прерывать очень высокий ток. Возникающая при этом дуга соответственно сильная и в случае коммутационного устройства без специального оборудования привела бы к разрушению коммутационного устройства. Поэтому такие коммутационные устройства имеют, как правило, так называемую дугогасительную камеру, которая направляет возникающую дугу и отбирает у нее энергию до тех пор, пока дуга не погаснет. Для этого дугогасительная камера имеет ряд металлических пластин, называемых также деионными пластинами. Эти, как правило, одинаково выполненные металлические пластины расположены в известных коммутационных устройствах параллельно друг другу и равномерно внутри дугогасительной камеры. Это имеет тот недостаток, что отдельные металлические пластины нагружены дугой часто сильнее, чем другие, в результате чего происходит по-разному сильный износ отдельных металлических пластин внутри дугогасительной камеры. За счет этого может произойти такой сильный износ отдельных металлических пластин, что коммутационное устройство больше не будет обладать прежней безопасностью в эксплуатации. Это тем более опасно, что такие дефекты снаружи не видны и безопасность в эксплуатации коммутационного устройства кажется пользователю прежней.

В DE 3129161 А1 описана дугогасительная камера с веерообразно расположенными дугогасительными пластинами, причем обе ближайшие к неподвижному коммутирующему контакту дугогасительные пластины прилегают друг к другу. Из DE 1020094 В известен автоматический выключатель с дугогасительной камерой, в которой по меньшей мере две пластины прилегают друг к другу в пазах ее боковых стенок. В DE 1290219 раскрыта дугогасительная камера для низковольтных коммутационных устройств с дугогасительной камерой, причем две дугогасительные пластины соединены между собой электропроводящим образом по всему своему периметру.

Задачей изобретения является создание коммутационного устройства описанного выше рода, которое позволило бы избежать перечисленных недостатков и которое даже после повторного отключения обладало бы высокой надежностью и безопасностью в эксплуатации, а также низкой себестоимостью.

Эта задача решается признаками пункта 1 формулы.

Согласно изобретению предложено коммутационное устройство, которое даже после повторного отключения обладает высокой надежностью и безопасностью в эксплуатации. За счет предложенного выполнения дугогасительной камеры особенно сильно нагруженные металлические пластины внутри нее выдерживают эту высокую нагрузку без повреждений в течение длительного периода эксплуатации, благодаря чему не возникает опасностей из-за дефекта дугогасительной камеры. За счет расположения рядом друг с другом двух, в основном, одинаково выполненных металлических пластин производственные издержки могут поддерживаться на низком уровне, поскольку не приходится изготавливать никаких дополнительных специальных деталей и хранить их на складе. Благодаря этому можно надежно предотвратить обгорание наиболее нагруженных металлических пластин внутри дугогасительной камеры.

Зависимые пункты формулы, которые, как и пункт 1, являются частью описания, касаются других предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

Изобретение более подробно поясняется со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых в качестве примера изображены лишь предпочтительные варианты его осуществления. На чертежах изображают:

- фиг.1: предпочтительный вариант выполнения предложенного коммутационного устройства в аксонометрическом разобранном виде;

- фиг.2: дугогасительная камера из фиг.1 в аксонометрическом виде с отсутствующей половиной корпуса.

На фиг.1 изображено коммутационное устройство 1, в частности силовой выключатель, содержащее по меньшей мере один входной 2 и по меньшей мере один выходной 3 зажимы для присоединения электрических проводов, а также первый 4 и второй коммутирующие контакты, которые в замкнутом положении замыкают цепь тока между входным 2 и выходным 3 зажимами, причем предусмотрен размыкатель 6 для размыкания первого 4 и второго коммутирующих контактов, в зоне которых расположена по меньшей мере одна дугогасительная камера 9, в которой расположено заданное число металлических пластин 10, причем по меньшей мере две металлические пластины 10 по меньшей мере отдельными участками прилегают друг к другу.

На фиг.1 изображены узлы предпочтительного варианта выполнения коммутационного устройства 1 в качестве линейного защитного автомата. Он выполнен с тремя коммутируемыми трактами или цепями тока, причем может быть задано любое число коммутируемых трактов или коммутируемых цепей тока. Предпочтительно коммутационное устройство 1 выполнено с одной, двумя, тремя или четырьмя цепями тока. В соответствии с числом цепей тока предусмотрено такое же число входных 2 и выходных 3 зажимов. На чертеже изображены лишь неподвижные детали входных 2 и выходных 3 зажимов. Как правило, входные 2 и выходные 3 зажимы содержат дополнительно к изображенным деталям соответственно по меньшей мере один зажимной винт и предпочтительно по меньшей мере одну подвижную за счет зажимного винта зажимную колодку.

Коммутационное устройство 1 содержит диэлектрический корпус, который в предпочтительном варианте состоит из нижней 17 и верхней 18 половин. По меньшей мере один первый коммутирующий контакт 4 в замкнутом положении прилегает по меньшей мере к одному второму коммутирующему контакту, который в изображенном варианте расположен внутри узла дугогасительной камеры 9.

Коммутационное устройство 1 содержит предпочтительно расцепитель 7 максимального тока и/или расцепитель 8 тока короткого замыкания.

В изображенном предпочтительном варианте расцепитель 8 тока короткого замыкания состоит из U-образной скобы и притягивающегося якоря, причем скоба закреплена на первом проводнике цепи тока, соответствующем предпочтительно входному 2 и/или выходному зажиму 3. На скобе с возможностью вращения установлен притягивающийся якорь, удерживаемый пружиной в исходном положении, в котором он отстоит от скобы. В случае короткого замыкания токи через коммутационное устройство 1 настолько высокие, что скоба притягивает якорь, в результате чего первый конец последнего отклоняется и вызывает дальнейшее срабатывание размыкателя 6 и, следовательно, размыкание коммутирующих контактов 4.

Расцепитель 7 максимального тока содержит биметаллический элемент, закрепленный на первом проводнике. В изображенном предпочтительном варианте биметаллический элемент, через который течет ток, является, следовательно, сам частью цепи тока и нагревается непосредственно им. Однако может быть предусмотрено, чтобы биметаллический элемент нагревался полностью или дополнительно косвенно за счет расположения на нем проводника, через который течет ток. По мере нагрева биметаллического элемента за счет прохождения тока он все больше сгибается. При заданной степени изгиба биметаллического элемента, которая пропорциональна заданному нагреву сети, он перемещает расцепляющий вал 19, который вызывает дальнейшее срабатывание размыкателя 6 и, следовательно, размыкание коммутирующих контактов 4.

Расцепитель 7 максимального тока и/или расцепитель 8 тока короткого замыкания воздействует на размыкатель 6 не непосредственно, а через отклоняющий рычаг, который в данном предпочтительном варианте выполнен в виде расцепляющего вала 19.

В изображенном, особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения размыкатель 6 выполнен в виде коммутирующего замка. Он является аккумулирующим энергию связующим звеном между исполнительным рычагом 20 и коммутирующими контактами 4. В данном выполнении коммутирующий замок на первом этапе натягивается за счет движения исполнительного рычага 20 в первом направлении, причем натягивается пружинный аккумулятор энергии, который при срабатывании коммутирующего замка обеспечивает быстрое и надежное размыкание коммутирующих контактов 4.

Предложенное коммутационное устройство имеет для каждой пары коммутирующих контактов 4, т.е. для каждой пары из по меньшей мере одного неподвижного и по меньшей мере одного подвижного коммутирующих контактов 4, которые соответствуют одному и тому же коммутируемому тракту или коммутируют один и тот же коммутируемый тракт, одну дугогасительную камеру 9, внутри которой расположено заданное число металлических пластин 10, изготовленных преимущественно из термостойкого металла, включающегося в себя, в частности, сталь. В предпочтительном варианте дугогасительная камера 9, подробно изображенная на фиг.2, содержит состоящий из двух частей корпус 14 из диэлектрика, преимущественно реактопласта. Одна из обеих частей корпуса удалена, чтобы показать внутреннее устройство дугогасительной камеры 9. В корпусе 14, в частности в его отдельных частях, выполнено заданное число отверстий для размещения металлических пластин 10. Благодаря этому возможно особенно простое устройство дугогасительной камеры 9, причем расположение металлических пластин 10 в ней может быть свободно задано в широких пределах, а отдельные металлические пластины, расположенные посредством выступа в отверстиях корпуса 14, закреплены надежно и прочно, что еще больше повышает безопасность коммутационного устройства 1 в эксплуатации.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения второй коммутирующий контакт выполнен неподвижным. Дугогасительная камера 9 расположена в зоне второго коммутирующего контакта. В частности, дугогасительная камера 9 ограничивает зону между вторым коммутирующим контактом и разомкнутым положением первого коммутирующего контакта, выполненного подвижным. На фиг.2 второй коммутирующий контакт расположен непосредственно над экранирующей пластиной 5, включающей в себя, в частности, железо, и под металлическими пластинами 10, причем на фиг.2 он закрыт ими. Второй коммутирующий контакт соединен с выходным зажимом 3, который в виде петли выведен из-под дугогасительной камеры 9 и заканчивается им. За счет петлеобразного выполнения второго коммутирующего контакта можно достичь того, что в случае высоких токов, ожидаемых при коротком замыкании, на втором коммутирующем контакте возникнет электродвижущая сила, которая приведет к отталкиванию первого коммутирующего контакта от второго коммутирующего контакта. В результате можно существенно ускорить процесс размыкания первого и второго коммутирующих контактов.

Чтобы перемещать или направлять первый коммутирующий контакт 4 внутри дугогасительной камеры 9, она имеет на первом участке 11 первое отверстие 12 для ввода первого коммутирующего контакта 4. Металлические пластины 10 имеют U-образный вырез 13. За счет этого размыкающийся первый коммутирующий контакт 4 всегда окружен металлическими пластинами, благодаря чему может достигаться быстрый отвод дуги от коммутирующих контактов 4. За счет U-образного выполнения металлических пластин 10 увеличивается их поверхность, в результате чего они охлаждаются особенно эффективно, а у дуги может отбираться столько энергии, что дуга может погаснуть.

По меньшей мере, две металлические пластины 10 по меньшей мере отдельными участками прилегают друг к другу, причем первой, наиболее нагруженной в процессе коммутации металлической пластине 10, 26 соответствует вторая металлическая пластина 10, 27, которая по меньшей мере отдельными участками прилегает к первой металлической пластине 10, 26. Оказалось, что особенно предпочтительно, если обе металлические пластины 10, расположенные ближе всего ко второму коммутирующему контакту, являются теми двумя металлическими пластинами 10, которые по меньшей мере отдельными участками прилегают друг к другу, как это предусмотрено в варианте дугогасительной камеры 9 на фиг.1 и 2. При этом особенно предпочтительно, что обе прилегающие друг к другу металлические пластины выполнены, в основном, одинаково и расположены, в основном, полностью друг на друге. За счет этого можно уменьшить, прежде всего, нагрузку на отдельные металлические пластины 10 в месте непосредственного возникновения дуги.

Согласно одному особенно предпочтительному варианту осуществления изобретения преимущественно предусмотрено, что металлические пластины 10 расположены внутри дугогасительной камеры 9 по меньшей мере отдельными участками веерообразно, благодаря чему можно достичь особенно предпочтительного ведения дуги, а также особенно эффективного и способствующего течению отвода созданных дугой ионизированных газов. Веерообразное расположение является предпочтительно тем видом расположения, при котором расстояние между двумя соседними металлическими пластинами 10 от первого отверстия 12 до выпуска непрерывно возрастает. В этой связи особенно предпочтительно, что металлические пластины 10 следуют за линией движения первого коммутирующего контакта 4.

Первое отверстие закрыто заглушкой 15, имеющей прорезь 16, в которую входит контактодержатель 25 первого коммутирующего контакта 4. В противоположность корпусу 14 дугогасительной камеры 9 заглушка 15 изготовлена из термопласта. В то время как корпус 14 дугогасительной камеры 9 выдерживает, не плавясь, высокие температуры, господствующие вокруг дуги, у изготовленной из термопласта заглушки 15 происходит желаемое удаление материала дугой. В основном, заданная небольшая часть поверхности заглушки 15 испаряется за счет энергии дуги, в результате чего возникает локальное избыточное давление, которое помогает отвести дугу и возникающие ионизированные газы в направлении по меньшей мере одного выпуска, расположенного в или на дугогасительной камере 9 для выпуска ионизированного газа. По меньшей мере, один выпуск на фиг.1 и 2 не виден, однако стрелкой 22 обозначено его приблизительное положение. При этом выпуск расположен в зоне туннеля 23 для зажимного винта, который (туннель) является частью дугогасительной камеры 9.

Помимо прорези 16 заглушка 15 имеет в своем предпочтительном варианте гнезда 24, которые расположены, в основном, параллельно направлению движения первого коммутирующего контакта 4, и в которых расположено по меньшей мере по одной проводящей пластине 21. Эти проводящие пластины 21, выполненные преимущественно из железа, создают в процессе отключения электродвижущую силу, которая ускоряет контактодержатель 25 первого коммутирующего контакта 4 при его движении внутри прорези 16 и способствует, таким образом, быстрому размыканию коммутирующих контактов 4.

Другие варианты осуществления изобретения имеют лишь часть описанных признаков, причем может быть предусмотрена их любая комбинация, в частности, также различных описанных вариантов.

Изобретение относится к коммутационному устройству. Коммутационное устройство содержит, по меньшей мере, один входной зажим и, по меньшей мере, один выходной зажим (3) для присоединения электрических проводов, а также первый коммутирующий контакт и второй коммутирующий контакт, причем коммутирующие контакты в замкнутом положении замыкают цепь тока между входным зажимом и выходным зажимом (3), при этом предусмотрен размыкатель для размыкания первого коммутирующего контакта и второго коммутирующего контакта, причем в зоне коммутирующих контактов расположена, по меньшей мере, одна дугогасительная камера (9), в которой расположено заданное число металлических пластин (10), для достижения высокой надежности и безопасности в эксплуатации даже после повторного отключения предложено, что, по меньшей мере, две металлические пластины (10), по меньшей мере, отдельными участками прилегают друг к другу. Техническим результатом является обеспечение высокой надежности и безопасности в эксплуатации. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Коммутационное устройство (1), содержащее по меньшей мере один входной зажим (2) и по меньшей мере один выходной зажим (3) для присоединения электрических проводов, а также первый коммутирующий контакт (4) и второй коммутирующий контакт, причем коммутирующие контакты в замкнутом положении замыкают цепь тока между входным зажимом (2) и выходным зажимом (3), причем предусмотрен размыкатель (6) для размыкания первого коммутирующего контакта (4) и второго коммутирующего контакта, при этом в зоне по меньшей мере одного из коммутирующих контактов расположена по меньшей мере одна дугогасительная камера (9), в которой расположено заданное число металлических пластин (10), при этом по меньшей мере две металлические пластины (10) по меньшей мере отдельными участками прилегают друг к другу, причем первый коммутирующий контакт (4) выполнен подвижным, и при этом дугогасительная камера (9) имеет на первом участке (11) первое отверстие (12) для ввода первого коммутирующего контакта (4), отличающееся тем, что в зоне первого отверстия (12) расположена заглушка (15) с прорезью (16), при этом с обеих сторон от прорези (16) параллельно ей расположено по меньшей мере по одной проводящей пластине (21).

2. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что металлические пластины (10) расположены внутри дугогасительной камеры (9) по меньшей мере отдельными участками веерообразно.

3. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что второй коммутирующий контакт выполнен неподвижным, при этом дугогасительная камера (9) расположена в зоне второго коммутирующего контакта.

4. Коммутационное устройство по п.3, отличающееся тем, что обе металлические пластины (10), расположенные ближе всего ко второму коммутирующему контакту, по меньшей мере отдельными участками прилегают друг к другу.

5. Коммутационное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что металлические пластины (10) расположены, следуя по линии движения первого коммутирующего контакта (4).

6. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что металлические пластины (10) имеют U-образный вырез (13).

7. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что дугогасительная камера (9) имеет по меньшей мере один выпуск для удаления ионизированного газа.

8. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между двумя соседними металлическими пластинами (10) от первого отверстия (12) до выпуска непрерывно возрастает.

9. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что дугогасительная камера (9) содержит корпус (14), изготовленный из реактопласта.

10. Коммутационное устройство по п.9, отличающееся тем, что в корпусе (14) выполнены проемы для размещения металлических пластин (10).

11. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что заглушка (15) изготовлена из термопласта.

12. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде силового выключателя.