АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В НИЗКОВОЛЬТНЫХ ЦЕПЯХ
AUTOMATIC CIRCUIT BREAKER FOR APPLICATION IN LV CIRCUITS

Область техники
Настоящее изобретение относится автоматическому низковольтному выключателю, в частности к автоматическому низковольтному выключателю, обладающему множеством функций и в то же время имеющему чрезвычайно компактную конструкцию.
Предшествующий уровень техники
Автоматические низковольтные выключатели являются обыкновенными, известными электрическими устройствами. Обычно они используются в электрических установках (таких, как жилые, промышленные или коммерческие установки) для обеспечения защиты электрической установки и безопасности для пользователей посредством автоматического размыкания самого выключателя с последующей отсечкой питания при возникновении ситуации, связанной с неисправностью.
Такими ситуациями неисправности обычно являются короткие замыкания, перегрузки и утечки на "землю". Для того чтобы обеспечить защиту от этих неисправностей c собственно выключателем связаны одно или несколько защитных устройств, которые могут отличать нормальную рабочую ситуацию от ситуаций, связанных с неисправностями. Эти устройства обычно содержат силовой привод, который, отслеживая конкретную ситуацию неисправности, воздействует на кинематический механизм выключателя для включения автоматического расцепления и размыкания контактов.
Наиболее обычными широко известными защитными устройствами являются магнитотермические устройства, которые обеспечивают защиту от коротких замыканий и перегрузок, и дифференциальные устройства, которые обеспечивают защиту от токов утечки на землю.
Один из часто встречающихся недостатков обуславливается тем фактом, что в некоторых применениях в состав защитных устройств входят дополнительные модули, связанные с выключателем для наделения его специальными защитными функциями. Говоря конкретно, выключатель и защитные устройства размещены внутри отдельных корпусов, имеющих ширину предопределенного модульного типа (для 1 DIN-модуля равна 17,5 мм). Корпуса затем соединяются и подключаются для получения требуемого типа защиты.
Это влечет за собой увеличение стоимости, поскольку для размещения различных устройство необходимо иметь множество корпусов, кроме того, необходимость соответствующих средств соединений и согласования для правильного соединения с выключателем, плюс соответствующие косвенные трудозатраты на установочные работы.
Кроме того, даже там, где защитные устройства и действующая часть выключателя заключены в одном корпусе, обычно это получается довольно громоздко по размерам (например, ширина получается больше, чем два стандартных модуля), особенно когда производится защита обоих полюсов. Следует также заметить, что в этих случаях обычные известные защитные устройства требуют специального механизма для подключения к расцепляющему кинематическому механизму с последующими усложнениями на стадии проектирования защиты и производства выключателя и связанных с ним устройств.
Как видно из вышеизложенного описания, обычные известные автоматические выключатели демонстрируют ряд недостатков, для которых предлагались соответствующие решения, но которые так и не являются полностью удовлетворительными.
Краткое изложение существа изобретения
Основной задачей настоящего изобретения является создание автоматического низковольтного выключателя, способного преодолеть описанные выше недостатки.
В контексте вышесказанного одной задей настоящего изобретения является создание автоматического низковольтного выключателя, который позволяет реализовать множество защитных функций, но с уменьшенным количеством компонентов.
Другой задачей настоящего изобретения является создание автоматического низковольтного выключателя, в котором различные компоненты выключателя, а также защитные устройства заключены в один корпус.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание автоматического низковольтного выключателя, в частности биполярного выключателя, в котором оба полюса являются защищенными и в котором различные компоненты выключателя, а также защитные устройства заключены в один корпус.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение автоматического низковольтного выключателя, в котором упрощено соединение между защитными устройствами и расцепляющим кинематическим механизмом выключателя.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение автоматического низковольтного выключателя, который по своим размерам, а именно по ширине, является как можно более узким.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение автоматического низковольтного выключателя, содержащего уменьшенное количество частей, который прост в сборке и установке.
И еще одной задачей настоящего изобретения является создание автоматического низковольтного выключателя, который является чрезвычайно надежным, относительно прост в изготовлении и имеет конкурентоспособную стоимость.
Эта задача, а также эти и другие задачи, которые далее будут пояснены более подробно, достигнуты в автоматическом низковольтном выключателе, который содержит корпус из изолирующего материала, который включает:
первый полюс, содержащий первый контакт и второй контакт, выполненные с возможностью взаимно соединяться/разъединяться друг с другом;
второй полюс, содержащий третий контакт и четвертый контакт, выполненные с возможностью взаимно соединяться/разъединяться друг с другом;
кинематический механизм замыкания/размыкания, соединенный с первым и вторым полюсом для выполнения действия соединения/разъединения между первым и вторым контактами, и третьим и четвертым контактами;
первое, второе и третье защитные устройства, предназначенные для активизации расцепления кинематического механизма замыкания/размыкания и размыкания контактов как следствия соответствующей первой, второй или третьей ситуации неисправности в электрической установке, связанной с выключателем;
средство соединения, которое соединяет кинематический механизм замыкания/размыкания с первым, вторым и с третьим защитными устройствами.
Благодаря своей конструкции и функциональности, выключатель в соответствии с настоящим изобретением может значительно упростить производство механизмов и соединения между различными компонентами выключателя. Другими словами, в отличие от других, обычных известных выключателей, посредством одного механизма средство соединения способно подключать защитные устройства к расцепляющему кинематическому механизму выключателя, сокращая количество механических компонентов и оптимизируя заполненное внутри корпуса пространство.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой общий вид первого варианта исполнения автоматического выключателя в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 - вид сбоку выключателя по фиг.1;
Фиг.3 - функциональную схему расположения выключателя по фиг.1;
Фиг.4 - первый вид сбоку некоторых элементов выключателя по фиг.1;
Фиг.5 - второй вид сбоку некоторых элементов выключателя по фиг.1;
-Фиг.6, 7 и 8 - подробные виды, которые показывают первый коммутационный цикл автоматического выключателя в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.9 и 10 - подробные виды, которые показывают второй коммутационный цикл автоматического выключателя в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.11 - общий вид второго варианта исполнения автоматического выключателя в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.12 - функциональную схему расположения выключателя по фиг.11;
Фиг.13 - общий вид некоторых элементов выключателя по фиг.11;
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Со ссылкой на приложенные чертежи, автоматический низковольтный выключатель 1 в соответствии с настоящим изобретением, в своем наиболее общем варианте исполнения относящийся к биполярному выключателю, содержит корпус 10 из изолирующего материала, который включает в себя первый полюс 20 и второй полюс 30. Задняя часть 11 корпуса 10, которому придана соответствующая форма, представляет средство для подсоединения к направляющей DIN. Корпус 10 предполагает использование кабеля подсоединением к специальным выводам соответствующих проводников или шин. Кроме того, передняя часть корпуса 10 предполагает соединение с крышкой, не показанной на чертеже, чтобы этот выключатель был полностью закрыт.
Первый полюс 20 содержит первый контакт 21 и второй контакт 22, которые могут взаимно соединяться/разъединяться друг с другом, а второй полюс 30 содержит третий 31 и четвертый контакты 32 (на фиг. не показаны), которые могут взаимно соединяться/разъединяться друг с другом. Контакты 22 и 32 находятся в неподвижном положении, в то время как контакты 21 и 31 является подвижными, действующими между разомкнутым положением, при котором они не соединены с соответствующими неподвижными контактами, и замкнутым положением, в котором они соединены с неподвижными контактами.
Выключатель содержит также кинематический механизм 40 замыкания/размыкания, который соединен с первым и вторым полюсами 20, 30 для выполнения действия соединения/разъединения первых и вторых контактов 21, 22, а также третьих и четвертых контактов 31, 32. Более конкретно, - кинематический механизм 40 замыкания/размыкания содержит рычаги, которые передают контактам перемещение головки 42, управляемой пользователем, для выполнения операции размыкания или замыкания выключателя; кроме того, рычаги вызывают размыкание контактов в случае возникновения в связанной с этим выключателем 1 электрической установке ситуации неисправности. С этой целью кинематический механизм 40 замыкания/размыкания, предпочтительно, содержит средство, предназначенное для удержания подвижного контакта в замкнутом положении, а также средство для расцепления кинематического механизма, разрешающее автоматическое размыкание выключателя 1. В одном варианте исполнения кинематический механизм 40 замыкания/размыкания содержит, по меньшей мере, одну пару рычагов, например захватывающий рычаг 43 и расцепляющий рычаг 41, которые, будучи сцепленными друг с другом, удерживают контакты в замкнутом положении. В случае неисправности расцепляющий рычаг 41 высвобождается от захватывающего рычага 43 за счет вращения вокруг центра 418, расцепляя кинематический механизм, чтобы можно было осуществить операцию автоматического размыкания с помощью механизма, который далее будет описан более подробно.
Выключатель в соответствии с настоящим изобретением предназначен для обеспечения защиты электрических установок (таких, как жилые, промышленные или коммерческие установки), а также самого пользователя посредством автоматического размыкания этого выключателя с последующей отсечкой подачи питания в соответствии с первой, второй и третьей ситуацией неисправности. Обычно под этими ситуациями неисправности имеются в виду короткое замыкание, перегрузка и утечка на "землю".
С этой целью автоматический выключатель 1 в соответствии с настоящим изобретением содержит первое 50, второе 60 и третье 70 защитные устройства, предназначенные для активизации расцепления кинематического механизма 40 замыкания/размыкания и размыкания контактов 21, 22 и 31, 32 в соответствии с первой, второй или третьей ситуацией неисправности, имеющей отношение к выключателю 1.
Защитными устройствами являются обычно устройства известного типа. Первое 50 и второе 60 защитные устройства обычно объединены вместе и образуют магнитотермическое устройство, содержащее магнитный приводной механизм (обычно содержащий катушку, подвижный сердечник, неподвижный сердечник, ползун или, в общем, штырь и пружину), который обеспечивает защиту от коротких замыканий и тепловой приводной механизм (обычно состоящий из биметаллической полоски) для обеспечения защиты от токов перегрузки. Третье защитное устройство 70 обычно является дифференциальным приводным механизмом, который обеспечивает защиту против токов утечки на "землю" и обычно содержит реле и тороидальную катушку. Дифференциальная защита детектирует ток утечки на "землю" в результате дисбаланса между токами двух фаз или между фазой и нейтралью, в зависимости от ситуации.
Автоматический выключатель 1 в соответствии с настоящим изобретением содержит также средство 80 соединения, которое соединяет кинематический механизм 40 замыкания/размыкания с первым 50, вторым 60 или третьим 70 защитным устройством. Вообще говоря, в отличие от обычных известных выключателей, в выключателе в соответствии с данным изобретением механические импульсы защитных устройств 50, 60 и 70 передаются на расцепляющий кинематический механизм через единственный механизм, значительно упрощающий конструкцию выключателя по сравнению с обычными решениями, которые требуют для каждого защитного устройства специального механического действия.
Первый вариант исполнения автоматического выключателя 1 в соответствии с настоящим изобретением, показанный на фиг. от 1 до 5, обеспечивает защиту только одного из полюсов, тем самым образуя типичную конфигурацию так называемых выключателей 1P+N. Практически, в соответствии с настоящим изобретением первое 50 и второе 60 защитные устройства оперативно связаны с первым полюсом 20, образуя магнитотермическую защиту (от токов короткого замыкания и токов перегрузки) этого полюса, в то время как третье устройство 70 обеспечивает дифференциальную защиту выключателя.
Второй вариант исполнения автоматического выключателя 1 в соответствии с настоящим изобретением, показанный на фиг. от 11 до 13, обеспечивает защиту для обоих полюсов, образуя конфигурацию выключателя с двумя защищенными полюсами в двух модулях (2Р2М).
Говоря конкретно, в соответствии с этим вариантом исполнения первое 50 и второе 60 защитные устройства связаны с первым полюсом 20, образуя магнитотермическую защиту для этого полюса; выключатель содержит также четвертое 55 и пятое 65 защитное устройство, связанные со вторым полюсом 30, при этом четвертое защитное устройство 55 обеспечивает защиту от токов короткого замыкания, а пятое защитное устройство 65 обеспечивает защиту от токов перегрузки для второго полюса 30. И в этом случае третье устройство 70 обеспечивает дифференциальную защиту выключателя 1.
На фиг.6-10 показаны варианты выполнения, иллюстрирующие операцию автоматического размыкания в выключателе в соответствии с настоящим изобретением.
Как указано выше, вариант выполнения кинематического механизма 40 замыкания/размыкания, предпочтительно, содержит первый расцепляющий рычаг 41, предназначенный для расцепления механизма 40 замыкания/размыкания за счет высвобождения третьего соединяющего рычага 43 для обеспечения возможности размыкания контактов 21, 22 и 31, 32. Соединительное средство 80 содержит, например, первый расцепляющий вал 81, который соединяет кинематический механизм 40 замыкания/размыкания с первым и вторым защитными устройствами 50 и 60, а также с четвертым и пятым защитными устройствами 55 и 65, когда они установлены. В соответствии этим вариантом выполнения соединительное средство 80 содержит также второй воздействующий рычаг 82, который соединяет кинематический механизм 40 замыкания/размыкания с третьим защитным устройством 70. Первый расцепляющий вал 81 и второй воздействующий рычаг 82 соединены с первым расцепляющим рычагом 41. Другими словами, соединительное средство 80 образует единственное механическое сопряжение, например, с помощью первого расцепляющего вала 81 и второго воздействующего рычага 82, через которое механический импульс, созданный различными защитными устройствами 50, 55, 60, 65, 70, связанный с возникновением соответствующей ситуации неисправности, передается на кинематический механизм 40 замыкания/размыкания, например, воздействием на расцепляющий рычаг 41.
На фиг.6 и 9 показан вариант, когда выключатель замкнут и никаких неисправностей нет, при этом кинематический механизм 40 замыкания/размыкания поддерживается заблокированным в замкнутом положении посредством взаимодействия третьего соединительного рычага 43 с первым расцепляющим рычагом 41. В частности, в соответствии с этим вариантом исполнения один конец рычага 43 зацеплен посредством соответствующего выступа в тело рычага 41, вследствие чего предотвращается вращение рычага 43 против часовой стрелки (и результирующее расцепление выключателя).
Операция автоматического размыкания в случае неисправности, вызванной коротким замыканием, показана на фиг.6 и 7. Первое защитное устройство 50 (и четвертое защитное устройство 55, когда оно присутствует) содержит ползун 501, укрепленный на подвижном сердечнике. В нормальных условиях (см. фиг.6) часть ползуна 501 расположена вблизи первого удлинения 810 первого расцепляющего вала 81.
В случае возникновения короткого замыкания защитное устройство 50 срабатывает, втягивая подвижный сердечник внутрь и, в результате, перемещая прикрепленный ползун 501 (см. фиг.7, на которой показано перемещение ползуна 501 в направлении направо). Вследствие такого изменения положения ползун 501 воздействует на первое удлинение 810 вала 81, который поворачивается по часовой стрелке вокруг своей собственной точки 815 поворота. Вал 81 представляет связанное с этим валом второе удлинение 811, которому придана соответствующая форма. Вследствие вращения вала 81 второе удлинение 811 взаимодействует с первым расцепляющим рычагом 41, вызывая его вращение против часовой стрелки вокруг своего собственного центра 418 вращения. В результате расцепляющий рычаг 41 высвобождается от третьего соединяющего рычага 43, позволяя ему перемещаться и расцепляя кинематический механизм 40 замыкания/размыкания, который переходит в разомкнутое положение, отсоединяя подвижные контакты 21 и 31 от соответствующих неподвижных контактов 22 и 32.
Фиг.6 и 8 иллюстрируют операцию автоматического размыкания в случае неисправностей, связанных с токами перегрузки. Защитное устройство 60 (и пятое защитное устройство 65, когда оно присутствует) содержит биметаллическую полоску, которая при прохождении по цепи тока перегрузки должна изгибаться. В нормальных условиях (см. фиг.6) один участок полоски 60 расположен вблизи третьего удлинения 812 первого расцепляющего вала 81.
В случае возникновения тока перегрузки в результате изгиба биметаллической полоски срабатывает защитное устройство 60 (см. фиг.8, на которой показано перемещение полоски 60 в направлении вниз). Вследствие такого перемещения полоска 60 воздействует на удлинение 812 вала 81, который вращается по часовой стрелке вокруг своей собственной точки 815 поворота. Вследствие этого вращения второе удлинение 811 вала 81 взаимодействует с первым расцепляющим рычагом 41, вызывая его вращение и описанное ранее автоматическое размыкание контактов.
Магнитотермическая защита уже была описана применительно к однополюсному варианту. Очевидно, в тех случаях, когда защищены оба полюса, конструкция, в основном, имеет симметричный вид, соответствующий двум полюсам 20 и 30 соответственно и защитным устройствам 50, 60 и 55, 65, которые могут воздействовать независимо друг от друга на соединительное средство 80 (и, следовательно, на вал 81) и вызывать открывание выключателя 1.
Фиг.9 и 10 показывают операцию автоматического размыкания в случае возникновения неисправности, связанной с током утечки на землю. Защитное устройство 70 содержит поршень 701, выполненный с возможностью скольжения при возникновении тока утечки на землю, а значит, при возникновении дисбаланса тока в проводниках, связанных с полюсами. В нормальных условиях (см. фиг.9) один конец поршня 701 расположен вблизи плеча 822 второго воздействующего рычага 82. Воздействующий рычаг 82 расположен должным образом на оси в точке 820 с возможностью поворота в этой точке и соответствующими пружинами удерживается в состоянии покоя. Второй воздействующий рычаг 82 оснащен также средством 821 для соединения с первым расцепляющим рычагом 41. В случае, показанном на приложенных чертежах, воздействующее средство образовано из выступа 821, предназначенного для взаимодействия с участком 410 расцепляющего рычага 41.
В случае возникновения тока утечки на землю защитное устройство 70 срабатывает, вызывая перемещение поршня 701 в направлении внешней части реле (см. фиг.10, на которой показано перемещение поршня 701 в направлении направо). Вследствие такого перемещения поршень 701 воздействует на плечо 822 рычага 82, который проворачивается против часовой стрелки вокруг своей собственной точки 820 поворота. В результате такого вращения выступ 821 воздействующего рычага 82 взаимодействует с участком 410 первого расцепляющего рычага 41, вызывая его вращение против часовой стрелки и автоматическое размыкание контактов, как описано ранее.
В добавление к значительным упрощениям с механической точки зрения, выключатель в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнен чрезвычайно компактно с выгодным размещением различных его компонентов внутри корпуса 10.
Например, фиг.3 и 12 показывают, что первый полюс 20 и второй полюс 30 предпочтительно расположены симметричным образом слева и справа от продольной оси 100 выключателя 1, если смотреть спереди. Поэтому кинематический механизм 40 замыкания/размыкания может быть, предпочтительно, размещен в центре относительно первого и второго полюсов 20 и 30.
В том случае, когда защищается только один полюс, на фиг.3 показано, что первое и второе защитные устройства 50 и 60 расположены, например, над первым полюсом 20 и размещены рядом с кинематическим механизмом 40 замыкания/размыкания. Более конкретно, устройства 50 и 60 для магнитотермической защиты обычно сгруппированы в единый блок (и по этой причине они на фиг.3 показаны как единый функциональный блок) и расположены вблизи полюса, в переднем положении, если смотреть с передней стороны выключателя 1). Поэтому устройства 50 и 60 связаны с полюсом 20 для создания защиты от коротких замыканий и перегрузок и соединены с кинематическим механизмом 40 замыкания/размыкания для активизиции действия автоматического расцепления.
В этой конфигурации третье защитное устройство 70, которое обычно обеспечивает защиту против от утечек на землю, размещено в поперечном положении по отношению к продольной оси 100 и смежно с кинематическим механизмом 40 замыкания/размыкания. Другими словами, если смотреть с передней стороны выключателя, третье защитное устройство 70 расположено в более низком положении относительно первого и второго защитных устройств 50 и 60 и по отношению к кинематическому механизму 40 замыкания/размыкания.
Подобным же образом, что и в предыдущем случае, в тех случаях, когда защищены оба полюса, первое и второе защитные устройства 50 и 60 расположены над первым полюсом 20 и смежно с кинематическим механизмом 40 замыкания/размыкания, в то время как четвертое и пятое защитные устройства 55 и 65 расположены над вторым полюсом 30 и смежно с кинематическим механизмом 40 замыкания/размыкания на противоположной стороне относительно первого и второго защитных устройств 50 и 60. И в этом случае третье защитное устройство 70 размещено в поперечном положении по отношению к продольной оси 100 и смежно с кинематическим механизмом 40 замыкания/размыкания, и поэтому, если смотреть с передней стороны выключателя, оно находится в более низком положении по отношению к первому, второму, третьему и четвертому защитным устройствам, а также ниже и по отношению к кинематическому механизму 40 замыкания/размыкания.
Получившаяся в результате конструкция является чрезвычайно рациональной и компактной. Компоновка компонентов внутри корпуса 1 в основном симметрична и обеспечивает оптимальное использование внутреннего пространства корпуса. Следовательно, размеры выключателя могут быть сохранены очень компактными, в частности, ширина получилась равной двум стандартным DIN-модулям (35 мм) со значительными преимуществами с точки зрения модульности.
В соответствии с вышеприведенным описанием очевидно, что выключатель в соответствии с настоящим изобретением достиг всех поставленных целей и выполняет все задачи, как и предполагалось. Действительно, выключатель в соответствии с настоящим изобретением может обеспечить большое количество функций при уменьшенном количестве компонентов и пониженной стоимости.
Более того, при использовании одного механизма между защитными устройствами и кинематическим механизмом 40 замыкания/размыкания можно упростить конструкцию выключателя при обеспечении всего диапазона защиты (магнитная, тепловая и дифференциальная) одновременно по одному или по обоим полюсам.
Кроме того, в отличие от выключателей современного уровня техники, которые требуют специальных механизмов для каждого типа защиты и/или использования дополнительных модулей, использование единого коммутационного механизма между защитными устройствами и кинематическим механизмом 40 замыкания/размыкания обеспечивает значительное сокращение стоимости производства.
Следует заметить, что особенно в варианте конфигурации, при котором защищены оба полюса, устройство в едином корпусе по настоящему изобретению может быть наделено большим количеством функций с последующей экономией в стоимости производства и установки. Более того, благодаря чрезвычайно высокой компактности и рациональному размещению компонентов внутри корпуса, внешние размеры значительно уменьшены. В частности, можно выполнить выключатель с шириной, равной двум стандартным DIN-модулям, с двумя защищенными полюсами со значительными преимуществами в смысле модульности и рациональности установки.
В соответствии с приведенным здесь описанием специалистам в данной области техники очевидны дополнительные характеристики, изменения и усовершенствования, которые могут быть ими внесены в изобретение. Эти характеристики, изменения и усовершенствования поэтому должны рассматриваться как неотъемлемая часть настоящего изобретения. Практически, все использованные материалы, а также размеры и связанные с ними формы и контуры могут быть любого типа в соответствии с требованиями современного уровня техники и технологии.