Patent CZ-9477-U1 (CZ)
Title: Užitný vzor
Inventor: HR ZA RADEK ING
IPC: H01H71/40
Filed: 1999-11-17
Abstract: Oblast techniky
Technické řešení se týká elektrického přístroje s tepelnou a elektromagnetickou spouští, jako je
jistič, ochranné relé, spouštěč motorů a podobně, zejména pak uspořádání prostoru a prvků pro
zhášení elektrického oblouku po jeho vzniku zkratem v elektrickém obvodu.
Dosavadní stav techniky
Elektrické přístroje s tepelnou a elektromagnetickou spouští, jsou pro zhášení elektrického
oblouku, vzniklého po oddálení pohyblivého spínacího kontaktu při zatíženém elektrickém
obvodu, vybaveny opalovacími pasy, jež mají za úkol dovést vzniklý elektrický oblouk do
příslušné zhášecí komoiy. K tomuto efektu napomáhá u těchto přístrojů svými účinky
magnetické jho, různě úhlově natočené, které je obvykle samo o sobě tvořeno samotným pláštěm
nebo částí pláště držáku elektromagnetické cívky. V těchto případech je zpravidla horní
opalovací pas přinýtován nebo přivařen k řečenému jhu, natvarován do výstupku ve tvaru
ohnutého nosu, jako doraz pro pohyblivý spínací kontakt, načež v úseku, kde se jeho výstupek
vrací zpět k magnetickému jhu, je dále natvarován tak, aby s magnetickým jhem probíhal
rovnoběžně, přičemž pak i všechny lamely zhášecí komory jsou spolu s ním uspořádány
rovnoběžně, včetně výběhové plochy spodního opalovacího pasu.
U jiného obdobného řešení je horní opalovací pas natvarován do zmíněného výstupku, avšak dál
v úseku, kde se vrací zpět k magnetickému jhu, je před zhášecí komorou ukončen a dále ve
směru ke zhášecí komoře, resp. k magnetickému jhu nepokračuje.
Jiné řešení má magnetické jho uspořádáno tak, že jeho spodní část je podélně rozdělena na dvě
části. Rozdělením vznikne tzv. zhášecí smyčka. Na jednu polovinu smyčky je připojen elektrický
obvod. Druhá polovina smyčky pak sloužíjako horní opalovací pas.
Všechny uvedené příklady uspořádání prvků a známého prostředí pro zhášení elektrického
oblouku mají jedno společné. S ohledem na skokově tvarové provedení horního opalovacího
pasu, je elektrický oblouk nucen se v rozhodné fázi před zhášecí komorou náhle natáhnout.
Tomu se elektrický oblouk samozřejmě brání a tím se před zhášecí komorou částečně pozastaví,
rozhodně se ale v dalším postupu do zhášecí komory zbrzdí. V důsledku toho nabere na síle
a nežádoucím pak způsobem taví materiál horního a spodního opalovacího pasu. Protože lamely
známých zhášecích komor jsou u těchto známých řešení uspořádány jako rovnoběžné s horním
a spodním opalovacím pasem, bez jakéhokoliv vzájemného posunu, tvoří jistou, jakoby kolmou
bariéru pro vstup zhášeného elektrického oblouku. Tlakový zhášecí impuls má tak možnost vrátit
značné množství ionizovaného plynu mezi pevný a pohyblivý kontakt elektrického přístroje
a způsobit znovuzápal elektrického oblouku.
Podstata technického řešení
Cílem technického řešení je navržení účelného a optimalizovaného uspořádání prostředí pro
zhášení elektrického oblouku vzniklého v elektrickém přístroji v důsledku vzniku elektrického
zkratu v jištěném elektrickém obvodu a to zvláště u elektrických přístrojů s tepelnou
a elektromagnetickou spouští, typu jistič, ochranné relé, spouštěč motorů a podobně, zahrnujících
obvykle držák elektromagnetické cívky, tvořený například do tvaru U vytvořeného profilu,
jehož otevřený konec je přemostěn jhem, opatřeným výstupkem ve tvaru ohnutého nosu pro
dorazový kontakt pohyblivého spínacího kontaktu, kde za ohybem nosu dorazového kontaktu,
šikmo zpět směrem k držáku elektromagnetické cívky, přechází výstupek do horního opalovacího
pasu vedeného kolem první vnější lamely zhášecí komory, zatím co spodní opalovací pas,
připojený k pevnému kontaktu, je veden kolem druhé vnější lamely zhášecí komory, přičemž
- 1 -
CZ 9477 Ul
uvedeného cíle je podle technického řešení dosaženo v podstatě tím, že horní opalovací pas, je
od výstupku, až alespoň po svůj koncový výběh, tvořen částí rovinné plochy. Tím, že plocha
horního opalovacího pasu nevykazuje za ohybem nosu dorazového kontaktu žádné další náhlé
tvarové změny, jako jsou známá prohnutí a podobně, není postupující elektrický oblouk nucen se
5 v těchto místech náhle natáhnout, prodlužovat se, v důsledku čehož se ve svém dalším postupu
do zhášecí komory nezastavuje, nenabírá tedy na síle a přirozeně pak dál netaví intenzivně
materiál horního, resp. spodního opalovacího pasu.
Dalšího zvýšeného účinku prostředí pro zhášení elektrického oblouku je podle technického
řešení dosaženo tím, že alespoň spodní opalovací pas, v úseku před druhou vnější lamelou
10 zhášecí komory, je opatřen nejméně jedním podélným a jeho středem vedeným výstupkem,
vyklenutým do okolního vnitřního prostoru k vedení elektrického oblouku do zhášecí komory.
Okraje elektrického oblouku pak neoscilují chaoticky po ploše spodního, resp. horního
opalovacího pasu, a usměrněně postupují dál směrem ke zhášecí komoře. Uvedený výstupek
nemusí být tvořen jen například prolisovaným žebrem, ale i elektricky vodivým materiálem
15 o vysoké odolnosti proti opálu, naneseným na kterýkoliv z opalovacích pasů některou ze
známých metod nanášení kovů či jiných látek, které karbonizují a podobně.
Dalších zvýšených účinků se podle technického řešení dosahuje tím, všechny lamely zhášecí
komory, spolu s výběhovou plochou druhého opalovacího pasu, probíhající kolem druhé vnější
lamely zhášecí komory, jsou uspořádány paralelně s rovinnou plochou horního opalovacího pasu,
20 přičemž pak s ohledem na relativně šikmé uspořádání rovinné plochy horního opalovacího pasu
jsou všechny lamely zhášecí komory v podélném směru vzájemně šikmo posunuty. Mezi
vzájemně šikmo uspořádanými lamelami zhášecí komory vzniká efekt, totiž výhodné tříštění
termodynamického rázu a současně s tím se čelí případnému znovuzápalu elektrického oblouku.
Ve vhodné kombinaci se sítem na konci zhášecí komory, které v podstatě není v důsledku
25 navržené konstrukce uspořádáno kolmo na postupující dohasínající elektrický oblouk, se
termodynamický ráz dohasínajícího elektrického oblouku dále tříští.
Uvedené paralelní uspořádání částí opalovacích pasů, probíhajících kolem vnějších lamel
zhášecí komory a ostatních lamel zhášecí komory, kdy ale všechny tyto elementy jsou relativně
uspořádány šikmo, nese sebou vznik dalšího klínovitého prostoru v tělese elektrického přístroje
30 u výběhu spodního opalovacího pasu, kterýžto prostor lze využít jako další přetlakový prostor ke
kompenzaci tlakových efektů zhášeného elektrického oblouku, případně k instalaci a vytvoření
samostatného nebo doplňkového výfukového otvoru pro výron ionizovaných plynů směrem
k upevňovací desce elektrického přístroje, s efektem, že nebudou ožehovány přívodní elektrické
vodiče a podobně.
35 Obdobných zvýšených účinků se podle technického řešení dosahuje také tím, že první vnější
lamela a druhá vnější lamela zhášecí komory mohou být uspořádány paralelně s přivrácenými
plochami horního opalovacího pasu a spodního opalovacího pasu, přičemž ostatní lamely zhášecí
komoiy mohou být uspořádány vzájemně vějířovitě. Vějířovité uspořádání lamel zhášecí komory
má účinky stejné jak uvedeno výše. Uvedené řešení pouze nemá výhodu vzniku dalšího
40 klínovitého prostoru pro kompenzaci tlakových účinků ionizovaných plynů, resp. pro jejich
odvádění samostatným nebo přídavným výfukovým otvorem na zadní straně elektrického
přístroje.
Dalších požadovaných pronikavých účinků prostředí pro zhášení elektrického oblouku se podle
technického řešení dosahuje dále tím, že v kombinaci s horním opalovacím pasem, tvořeném
45 částí rovinné plochy a se spodním opalovacím pasem s nejméně jedním jeho středem vedeným
výstupkem, společně ohraničujícími ze stran vnitřní prostor k vedení elektrického oblouku do
zhášecí komory, je řečený vnitřní prostor mezi horním opalovacím pasem a spodním opalovacím
pasem dále obklopen z obou stran izolačními deskami, uspořádanými s odstupem od vnitřních
stěn skříně elektrického přístroje, přičemž alespoň vnitřní plochy každé z izolačních desek jsou
50 opatřeny nejméně jednou drážkou, probíhající od meziprostoru u pevného kontaktu a začátku
dorazového kontaktu ve směru ke zhášecí komoře. Řečené drážky, obdobně jako podélný
-2-
CZ 9477 Ul
5
10
15
20
25
30
35
40
45
výstupek na kterémkoliv z opalovacích pasů, vhodně usměrňují postup elektrického oblouku
směrem ke zhášecí komoře, snižují opal těchto desek a přispívají ke konstrukci prostředí ke
zhášení elektrického oblouku obecně tak, že elektrický oblouk je pak již v takovém prostředí
dostatečně kontrolován jak z hlediska termodynamického a elektomagnetického, tak zejména
z hlediska okamžitého snižování přetlaku v tomto zhášecím prostředí. Tomuto posledně
zmíněnému efektu přispívá podle technického řešení případně ještě ta kombinace, že alespoň
jedna z drážek na kterékoliv straně izolační desky, má ve svém dnu vytvořený nejméně jeden
průběžný otvor, sloužící pro okamžité snížení přetlaku ve zhášecím prostředí po vzniku
elektrické oblouku, což je prvotní z hlediska jeho zhášení.
Neposledním účinkem se podle technického řešení vyznačuje provedení opalovacích pasů,
spočívající v tom, že plochy horního opalovacího pasu a spodního opalovacího pasu probíhající
kolem první vnější lamely a druhé vnější lamely zhášecí komory, jsou vytvořeny alespoň o šířce
odpovídající šířce těchto lamel, čímž se dosahuje toho, že v důsledku jejich zvýšených
ferodynamických účinků, je elektrický oblouk účinně vtahován mezi lamely zhášecí komory, kde
se efektivně roztříští.
Přehled obrázků na výkresech
Další výhody a účinky technického řešení jsou patrny z připojených výkresů, kde v příkladu
značí obr. 1 mezi přívodními svorkami uspořádanou sestavu tepelné a elektromagnetické spouště
elektrického přístroje s vyznačením pevného kontaktu, pohyblivého kontaktu a dorazového
kontaktu, s ukázáním místa vzniku elektrického oblouku a jeho dalšího šíření ve zhášecím
prostředí po opalovacích pasech do zhášecí komory, jejíž první vnější lamela a druhá vnější
lamela jsou uspořádány paralelně s přivrácenými plochami horního opalovacího pasu a spodního
opalovacího pasu, přičemž ostatní lamely zhášecí komory jsou uspořádány vzájemně vějířovitě,
obr. 2 značí modifikaci zhášecího prostředí se zhášecí komorou, jejíž všechny lamely, spolu
s výběhovou plochou druhého opalovacího pasu, probíhající kolem druhé vnější lamely zhášecí
komoiy, jsou uspořádány paralelně s rovinnou plochou horního opalovacího pasu, a kde, mezi
výběhovou plochou spodního opalovacího pasu a zadní stěnou pláště elektrického přístroje
vytvořený klínovitý prostor, je vybavený výfukovým kanálem.
Příklady provedení technického řešení
Elektrické přístroje, typu jistič, ochranné relé, spouštěč motorů a podobně, obsahují zpravidla
tepelnou a elektromagnetickou spoušť. Za tím čelem jsou v příkladu provedení podle obr. 1
obvykle vybaveny držákem 1 elektromagnetické cívky 2, tvořeném například do tvaru U
vytvořeného profilu, jehož otevřený konec je přemostěn jhem 3, opatřeném výstupkem 4 ve tvaru
ohnutého nosu pro dorazový kontakt 5 pohyblivého spínacího kontaktu 6, kde za ohybem nosu
dorazového kontaktu 5, šikmo zpět směrem k držáku I elektromagnetické cívky 2, přechází
výstupek 4 do horního opalovacího pasu 7, vedeného kolem první vnější lamely 8 zhášecí
komory 9, zatím co spodní opalovací pas 10, připojený k pevnému kontaktu 11. je veden kolem
druhé vnější lamely 12 zhášecí komory 9, přičemž horní opalovací pas 7, je podle technického
řešení od výstupku 4, až alespoň po svůj koncový výběh 13, tvořen částí rovinné plochy 14.
Výběh 13, který je na připojených obrázcích naznačen ve formě koncového prohnutí, nemusí být
použit.
V normálním provozním stavu prochází elektrický proud od přívodního pasu 15 se svorkou 16
a pomocí lanka 17 dvojkovem 18 tepelné spouště, dále držákem 19 dvojkovu 18 do
elektromagnetické cívky 2 a z ní dále flexibilním lankem 20 na pohyblivý spínací kontakt 6.
Zněj pak je elektrický proud sveden na pevný kontakt 11, propojený svýstupním pasem 21,
s druhou svorkou 22.
Při oddálení pohyblivého spínacího kontaktu 6 od pevného kontaktu 11, při zatíženém
elektrickém obvodu, dojde ke vzniku elektrického oblouku 23. Ten je v důsledku působení
-3 -
CZ 9477 Ul
elektrodynamických sil odhozen zpěvného kontaktu 11 na spodní opalovací pas 10 (katoda
elektrického oblouku 23). V části 24 spodního opalovacího pasu 10 se elektrický oblouk 23
natahuje (prodlužuje). Těsně před dotykem (někdy až během dotyku) pohyblivého spínacího
kontaktu 6 s dorazovým kontaktem 5 na výstupku 4, dojde k přeskoku anody elektrického
5 oblouku 23 na horní opalovací pas 7. Po přeskoku elektrického oblouku 23 dochází ke změně
elektrického obvodu. Elektrický proud teče z držáku 19 dvojkovu 18 do magnetického jha,
tvořeného v podstatě držákem i elektromagnetické cívky 2, výstupkem 4 a z něj do horního
opalovacího pasu 7 a přes elektrický oblouk 23 do spodního opalovacího pasu 10 a výstupního
pasu 2L
ío Tím ale, že rovinná plocha 14 horního opalovacího pasu 7 nevykazuje za ohybem nosu
dorazového kontaktu 5 žádné další náhlé tvarové změny, jako jsou její známá prohnutí 25
a podobně, znázorněná na obr. 1 a 2 čárkovaně, není postupující elektrický oblouk 23 nucen se
v těchto místech náhle natáhnout, prodlužovat se, v důsledku čehož se ve svém dalším postupu
do zhášecí komory 9 nezastavuje, nenabírá tedy na síle a přirozeně ani pak dál intenzivně netaví
15 materiál horního, resp. spodního opalovacího pasu 7, 10. Tímto nezbrděným postupem se
elektrický oblouk 23 snadno dostane až do neznázoměných zářezů u první vnější lamely 8, druhé
vnější lamely 12 a všech ostatních vnitřních lamel 34 zhášecí komory 9. Ve zhášecí komoře 9 se
elektrický oblouk 23 rozdělí na řadu elektrických oblouků, prodlouží se, zvýší se jeho obloukové
napětí a uhasíná. Síto 26 tříští termodynamický ráz elektrického oblouku 23 a zároveň zabraňuje
20 hoření elektrického oblouku 23 za zhášecí komorou 9. Zbytek ionizovaného plynu odchází
z elektrického přístroje zhruba ve směru naznačeném šipkou 27.
Prostředí pro zhášení elektrického oblouku 23 je podle technického řešení dále zlepšeno tím, že
alespoň spodní opalovací pas 10. v úseku před druhou vnější lamelou 12 zhášecí komory 9, je
opatřen nejméně jedním podélným a jeho středem vedeným výstupkem 28, vyklenutým do
25 okolního vnitřního prostoru k vedení elektrického oblouku 23 do zhášecí komory 9. Okraje
elektrického oblouku 23 pak neoscilují chaoticky po ploše spodního, resp. horního opalovacího
pasu 10, 7 a usměrněně postupují dál směrem ke zhášecí komoře 9. Uvedený výstupek 28 nemusí
být tvořen jen například prolisovaným žebrem, ale i elektricky vodivým materiálem o vysoké
odolnosti proti opálu, naneseným na kterýkoliv z opalovacích pasů 10, 7 některou ze známých
30 metod nanášení kovů či jiných látek, které karbonizují a podobně.
V příkladu provedení konstrukce elektrického přístroje, naznačeném na obr. 2, jsou všechny
vnější lamely 8, 12 a ostatní lamely 34 zhášecí komory 9, spolu s výběhovou plochou spodního
opalovacího pasu 10. probíhající kolem druhé vnější lamely 12 zhášecí komory 9, uspořádány
paralelně s rovinnou plochou 14 horního opalovacího pasu 7, přičemž pak, s ohledem na
35 relativně šikmé uspořádání rovinné plochy 14 horního opalovacího pasu 7, jsou všechny lamely
8, 12 a 34 zhášecí komory 9 v podélném směru vzájemně šikmo posunuty. Mezi vzájemně šikmo
uspořádanými lamelami 8, 12 a 34 zhášecí komory 9 vzniká efekt, totiž výhodné tříštění
termodynamického rázu elektrického oblouku 23 a současně s tím se čelí případnému
znovuzápalu eklektického oblouku 23. Ve vhodné kombinaci se sítem 26 na konci zhášecí
40 komory 9, které v podstatě není v důsledku navržené konstrukce uspořádáno kolmo na
postupující dohasínající elektrický oblouk 23, se termodynamický ráz dohasínajícího elektrického
oblouku 23 dále tříští, resp. řečený ráz se tímto sítem 26 přejímá od jednoho ze svých okrajů
na postupující vlně, takže ani pak zvukový efekt výronu ionizovaných plynů za zhášecí komorou
9, resp. za výfukovým otvorem není intenzivní, natož pak případně ohlušující. Uvedené paralelní
45 uspořádání částí opalovacích pasů 7, 10, probíhajících kolem vnějších lamel 8, 12 zhášecí
komory 9 a ostatních lamel 34 zhášecí komory 9, kdy jsou všechny tyto elementy uspořádány
vzájemně relativně šikmo, nese sebou vznik dalšího klínovitého prostoru 29 v tělese elektrického
přístroje u výběhu plochy spodního opalovacího pasu 10, kterýžto prostor lze využít jako další
přetlakový prostor ke kompenzaci tlakových účinků zhášeného elektrického oblouku 23,
50 případně k instalaci a vytvoření samostatného nebo doplňkového výfukového otvoru 30 pro
výron ionizovaných plynů směrem kneznázoměné upevňovací desce elektrického přístroje,
s efektem, že nebudou ožehovány neznázoměné přívodní elektrické vodiče a podobně.
-4-
CZ 9477 Ul
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Jak znázorněno na obr. 1, obdobných účinků lze podle technického řešení dosáhnout také tím, že
první vnější lamela 8 a druhá vnější lamela 12 zhášecí komory 9 jsou uspořádány paralelně
s přivrácenými plochami horního opalovacího pasu 7 a spodního opalovacího pasu 10, přičemž
ostatní lamely 34 zhášecí komory jsou uspořádány vzájemně vějířovitě a podle příkladu
provedení nestejné délky. Vějířovité uspořádání ostatních lamel 34 zhášecí komory 9 má účinky
stejné jak uvedeno výše. Uvedené řešení pouze nemá výhodu vzniku dalšího klínovitého prostoru
29.
V kombinaci s horním opalovacím pasem 7, tvořeném částí rovinné plochy 14 a se spodním
opalovacím pasem 10 s nejméně jedním jeho středem vedeným výstupkem 28, společně
ohraničujícími ze stran vnitřní prostor k vedení elektrického oblouku 23 do zhášecí komory 9, je
řečený vnitřní prostor mezi horním opalovacím pasem 7 a spodním opalovacím pasem JO dále
obklopen z obou stran izolačními deskami 31, uspořádanými s odstupem od vnitřních blíže
neznázoměných stěn skříně elektrického přístroje, obr. 2, přičemž alespoň vnitřní plochy každé
z izolačních desek 31 jsou opatřeny nejméně jednou drážkou 32, probíhající od meziprostoru
u pevného kontaktu 11 a začátku dorazového kontaktu 5 ve směru ke zhášecí komoře 9. Řečené
drážky 32, obdobně jako podélný výstupek 28 na kterémkoliv z opalovacích pasů 7, 10. vhodně
usměrňují postup elektrického oblouku 23 směrem ke zhášecí komoře 9, snižují opal těchto
izolačních desek 31 a přispívají ke konstrukci prostředí ke zhášení elektrického oblouku 23
obecně tak, že elektrický oblouk 23 je pak již v takovém prostředí dostatečně kontrolován jak
z hlediska termodynamického a elektromagnetického, tak také zejména z hlediska okamžitého
snižování přetlaku v tomto zhášecím prostředí. Tomuto posledně zmíněnému efektu přispívá
podle technického řešení případně ještě ta kombinace, že alespoň jedna z drážek 32 na kterékoliv
straně izolační desky 31, má ve svém dnu vytvořený nejméně jeden průběžný otvor 33, sloužící
pro okamžité snížení přetlaku ve zhášecím prostoru po vzniku elektrického oblouku 23, což je
prvotní z hlediska jeho zhášení. Izolační desky 31 rovněž mechanicky zpevňují či vymezují
prostorovou polohu alespoň spodního opalovacího pasu 10 v prostředí neznázoměné skříně
elektrického přístroje.
Rovinná plocha M horního opalovacího pasu 7, probíhající kolem první vnější lamely 8 a plocha
spodního opalovacího pasu 10, probíhající kolem druhé vnější lamely 12 zhášecí komory 9, jsou
vytvořeny alespoň o šířce odpovídající šířce těchto vnějších lamel 8, 12, čímž se dosahuje toho,
že v důsledku jejich zvýšených ferodynamických účinků, je elektrický oblouk 23 účinně
vtahován mezi tyto a ostatní lamely 34 zhášecí komory 9, kde se elektrický oblouk 23 efektivně
roztříští.
Průmyslová využitelnost
Navržená koncepce uspořádání tepelné a elektromagnetické spouště spolu s koncepcí uspořádání
prostředí pro zhášení elektrického oblouku, jsou přednostně využitelné v elektrických přístrojích
typu jistič pro ochranu domovních, průmyslových a podobných instalací, typu tepelných
ochranných relé, spouštěčů motorů a podobně, které jsou určeny pro vyšší jmenovité proudy,
a tam, kde je žádána zvýšená vypínací schopnost.