Автоматический выключатель Советский патент 1976 года по МПК H01H77/10 

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к низковольтным электрическим коммутационным аппаратам, в частности к автоматическим выключателям с рычажнозащелочным механизмом свободного расцепления и устройством компенсации электродинамических сил отброса, действующих между контактами выключателя.

Известны автоматические выключатели с рычажно- защелочным механизмом свободного расцепления, в которых для компенсации электродинамических усилий отброса контактов, возникающих при протекании тока по цепи выключателя, применяются устройства, основанные на использовании электродинамического взаимодействия между токоведущими частями вьпслючателя 1 .

Силы, возникающие в таких устройствах при протекании по ним тока замьпсания, используются для удержания системы подвижных контактов выключателя в замкнутом положении. Подобные устройства позволяют значительно повысить электродинамическую устойчивость выключателей и применяются обычно в автоматических выключателях, которые в системах избирательной защиты должны в течение определенного времени вьщержать воздействие токов короткого замьпсания при замкнутых контактах (селективные выключатели). В таких выключателях удается обеспечить необходимую вьщержку времени при отключении токов короткого замыкания, автоматически обеспечиваемую расцепителем аварийного отключения.

Однако в описанных выключателях достижение предельной коммутационной способности, характерной для выключателей без устройств компенсации электродинамических усилий отброса контактов, оказьшается невозможным при наличии задержки на отключение. Причиной этого является значительное механическое (пропорционально квадрату амплитудного значения) и термическое (пропорционально произведению квадрата эффективного значения и первой степени времени протекания) воздействие тока короткого замьпсания на контактную систему и детали механизма в течение выдержки времени.

Известны также автоматические выключатели, содержащие привод для его включения и отключения, CHCTeiviy подвижных контактов, один из которых связан с механизмом свободного расцепления, а второй с электродинамическим компенсатором электродинамических усилий отброса контактов, расдепитель

аварийного отключения, срабатьшающий при токах короткого замыкания с преднамеренной вьщержкой времени, независимой от величины тока. Механизм свободного расцепления имеет защелку, зацепленную за отключающую рейку и удерживающую его во включенном положении, которая освобождается при срабатьшании расцепителя аварийного отключения, вызьшая отключение выключателя при помощи механизма 2.

Такой автоматический вьжлючатель является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Автоматический вьшлючатель имеет предельную коммутационную способность в цепях переменного тока напряжения 380в, вдвое меньшую, чем выключатели тех же размеров, имеющие большинство аналогичных с описанным деталей и узлов, но не имеющие преднамеренной задержки при отключении токов короткого замыкания. STOJ недостаток является следствием повышенных нагрузок на токопровод и механизм свободного расцепления, действующих в течение времени задержки на отключение. Кроме того, вьжлючатель обеспечивает выдержку времени на отключение даже в тех случаях, когда короткое замыкание происходит в цепи непосредственно за выключателем, до первого разветвления, когда между местом короткого замьжания и выключателем нет ни одного другого выключателя. В этом случае ток короткого замьпсания в цепи равен максимально возможному или приближается к нему. В то же время все приемники электроэнергии, получающие питание от данного выключателя лишаются его сразу же в момент возникновения короткого замыкания, в результате этого вьщержка времени теряет смысл. Сохранение выдержки времени при таком режиме является нежелательным, так как приводит к нецелесообразной нагрузке, термической и электродинамической, участка цепи от места короткого замыкания до выключателя самого выключателя и цепей над ним.

Цель изобретения - повышение предельной коммутационной способности выключателя за счет токоограничения при отключении выключателем предельных токов короткого замыкания, а также применение выключателя в цепях с токами короткого замьжания, превышающими ток его электродинамической устойчивости.

Это достигается тем, что известньш выключатель, имеющий привод, систему подвижных контактов, устройство для компенсации электродинамических сил отброса контактов, расцепитель аварийного отключения, механизм свободного расцепления, имеющий защелку и отключающую рейку, снабжен поворотным рычагом, на котором расположена ось вращения защелки, входящей в зацепление с отклоняющей рейкой, причем указанный рьиаг с одной стороны укреплен при помощи пружины.

При токах короткого замыкания, не превьппающих определенного значения, при которых

целесообразно сохранение выдержки времени, пружина удерживает поворотньш рычаг вместе с закрепленной на нем защелкой в положении, соответствующем зацеплению защелки за рейку, в результате чего автоматическое расцепление механизма и отключение вьпслючателя при этих токах производится при помощи расцепителя аварийного отключения.

При превышении током в цепи вьжлючателя определенного значения, выше которого сохранение задержки отключения, имеющейся у расцепителя, нежелательно, электродинамическое усилие, развиваемое электродинамическим компенсатором и передающееся через замкнутые контакты и механизм свободного расцепления на поворотньш рычаг, превыщает усилие удерживающей этот рычаг пружины и, поворачивая его вокруг оси вращения, вызьшает перемещение защелки в сторону расцепления с рейкой, последующее отключение механизма и размыкание контактов без воздействия расцепления. Так как силы, вызывающие размьпсание контактов в этом случае, пропорциональны квадрату величины тока короткого замьпсания, то процесс размыкания происходит в течение времени, необходимого для выключателей, не имеющих задержки при отключении. Это позволяет достигнуть уровня предельной коммутационной способности, характерного для этих вьшлючателей. При отключении предельных токов короткого замыкания электрическая дуга вводится в цепь менее, чем за 5 мсек, что позволяет достигнуть эффекта ограничения величины тока короткого замыкания в предлагаемом выключателе.

На чертеже показан автоматический выключатель во включенном положении в разрезе.

В автоматическом выключателе электродинамический компенсатор вьшолнен в виде неподвижной токоведущей скобы 1, охватывающей подвижньш контактодержатель 2. Второй подвижньш контактодержатель 3 шарнирно связан с механизмом свободного расцепления, вьшолненным по принципу ломающихся звеньев ддя обеспечения моментного замыкания и размыкания контактов. Контакты 4 и 5 укреплены на подвижных контактодержателях 2 и 3 соответственно. Контактодержатель 2 имеет возможность поворачиваться на некоторьш угол внутри скобы 1 относительно оси вращения, укрепленной на этой скобе.

Контактодержатель 3 может поворачиваться относительно оси вращения, укрепленной на неподвижной опоре 6, замьжая и размыкая контакты 4 и 5. Контактодержатель 3 связан гибким соединением 7 с вьтодной шиной 8, предназначенной для присоединения к вьжлючателю внещних цепей. Контактное нажатие во включенном положении создается пружиной 9. Оперирование выключателем вручную производится с помощью рукоятки 10. Расцепляющийся рычаг 11 механизма свободного расцепления зацеплен за защелку 12, которая, в свою очередь, зацеплена за отключающую

рейку 13, имеющую возможность поворачиваться относительно оси вращения, закрепленной на неподви)йюй опоре 14. Защелка 12 имеет возможность поворачиваться относительно оси 15, расположенной на рычаге 16, имеющем возможность поворачиваться против часовой стрелки относительно оси 17. Рычаг 16 удерживается в положении, изображенном на чертеже, при помощи пружины 18 и Зшора 19. Упор 19 может несколько менять свое положение при помощи регулировочного винта с целью точной установки величины зацепления защелки 12 за рейку 13. Усилие пружины 18 регулируется устройством 20. Величина усилия пружины 18 устанавливается такой, при которой можно удерживать рычаг 16 и связанную с ним защелку 12 в положении, изображенном на чертеже, противодействуя сумме усилий: оперирующей пружины механизма свободного расцепления, контактной пружины 9 и усилия Fk,развиваемого электродинамическим компенсатором, в пределах величин токов короткого замыкания, при которых целесообразно срабатьшание с задержкой. При повороте рьлага 16 против часовой стрелки защелка 12 должна перемещаться в сторону уменьшения ее зацепления за рейку 13.

Расцепитель аварийного отключения 21 предназначен для расцепления механизма свободного расцепления при токах, превышающих его уставку тока срабатьшания. Для этого он имеет шток 22.

В зависимости от величины тока короткого замьпсания автоматический выключатель при его отключении работает по-разному. Так при отключении токов короткого замыкания, не превышающих величину, при которой нецелесообразно наличие какой-либо задержки на отключение, выключатель срабатьшает следующим образом. Как только величина тока в цепи выключателя превысит уставку тока срабатьшания расцепителя 21, он своим штоком 22 поворачивает рейку 13. При этом освобождается и начинает поворачиваться вокруг оси 15 по часовой стрелке защелка 12. Поворот защелки приводит к освобождению расцепляющего рьиага 11 и повороту его вокруг своей оси вращения против часовой стрелки. Защелка 12 и рьтг 11 поворачиваются под действием усилия оперирующих пружин механизма свободного расцепления, передаваемого на рьгааг 11 через одно из ломающихся звеньев механизма свободного расцепления. До размыкания контактов 4 и 5 на рьиаг 11 и защелку 12 действуют также усилие контактной Пружины 9 и усилие F|, развиваемое электродинамическим компенсатором. Эти два усилия передаются через контактодержатель 3 и ломающиеся звенья механизма и исчезают в тот момент, когда контактодержатель 2 доходит в своем движении до упора в скобу 1.

Поворот рычага 11 через ломающиеся звенья

механизма вызьтает поворот контактодержателя 3

по часовой стрелке. При этом контактодержатели 2

и 3 занимают положение, соответствующее размыканию контактов 4 5.

При токах короткого замыкания, превышающих величину, при которой нецелесообразно сохранерше какой -либо задержки на отключение, оно осуществляется вне зависимости от работы расцеГ ителя21.

Как только cjTviMapHoe усилие, действующее на рычаг 16 через защелку 12, превысит усилие пружины 18, рычаг 16 поворачивается вокруг оси 17 против часовой стрелки, перемещая защелку 12 в сторону расцепления с рейкой 13. После расцепления защелки 12 с рейкой 13 отключение происходит описанным выше путем. Характерным при этом является значительное ускорение, сообщаемое контактодержателю 3 и связанным с ним деталям до

момента размыкания контактов 4 и 5, обусловленное пропорциональностью действующего на этом этапе усилия Р„ квадрату величины тока в цепи выключателя.

Возможность отключения токов короткого замыкания без задержки, имеющейся у расцепителей аварийного отключения, обеспечивает увеличение предельной коммутационной способности предложенного выключателя не менее, чем в два раза, по сравнению с известными.

Обеспечиваемое за счет использования для отключения электродинамических усилий токоограничение при отключении предельных токов позволяет уменьшить разрушительное действие токов короткого замыкания в цепях.

Формула изобретения

Автоматический выключатель, содержаш11Й привод, систему подвижных контактов, устройство для компенсации электродинамических сил отброса контактов, расцепитель аварийного отключения, механизм свободного расцепления, имеющий защелку и отключающую рейку, отличающийся тем, что, с целью повышения предельной коммутационной способности выключателя, он снабжен поворотным рычагом, на котором расположена ось вращения защелки, входящей в зацепление с отключающейся рейкой, причем указанный рычаг с одной стороны укреплен при помопди пружины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

16

19