ПОДКЛЮЧАЕМОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕТРИЧЕСКОГО ТОКА, ИМЕЮЩЕЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАННУЮ ЗАДНЮЮ ПАНЕЛЬ
CONNECTED ELECTRICAL DEVICE FOR ELECTRIC CURRENT SWITCHING, HAVING AN IMPROVED REAR PANEL

Данное изобретение относится к подключаемому электрическому устройству для переключения электрического тока, имеющему усовершенствованную заднюю панель.
Уже известны электрические устройства для переключения электрического тока, такие, как автоматические выключатели или разъединители, которые включают в себя неподвижный каркас (т.е. неподвижный корпус), выполненный с возможностью установки в распределительном щите, и съемную часть, также обозначаемую как «отключающий элемент», которая содержит электрическое переключающее устройство, выполненное с возможностью переключения электрического тока. Съемная часть выполнена с возможностью перемещения относительно каркаса между подключенным и неподключенным положениями. О таком электрическом устройстве также говорят как о подключаемом.
В подключенном положении, съемная часть заключена внутри корпуса неподвижного каркаса, предусмотренного для этой цели, тем самым обеспечивая возможность электрического соединения электрического переключающего устройства с соединительными клеммами электрической установки, которые соединены с каркасом. В неподключенном положении, съемная часть, по меньшей мере, частично удалена из корпуса каркаса. Тогда электрическое переключающее устройство больше не соединено с электрической установкой. В типичном случае, устройство работает лишь тогда, когда оно находится в подключенном положении.
Эти подключаемые устройства облегчают операции технического обслуживания и ремонта, потому что оператор может удалить съемную часть таким образом, что при этом не нужно касаться соединений между каркасом и электрической установкой или демонтировать эти соединения.
Такое электрическое устройство известно, например, из документа WO-01/33682-A1.
В этом устройстве съемная часть включает в себя заднюю панель, изготовленную из композиционного материала, полученного посредством пултрузии. Роль этой задней панели состоит в том, чтобы гарантировать, что электрическое устройство обладает приемлемой механической прочностью и стойкостью к статическим и динамическим механическим напряжениям, воздействию которых устройство подвергается, когда оно находятся в эксплуатации.
Например, в подключенном положении, съемная часть подвергается воздействию статических напряжений из-за массы электрических соединителей, в типичном случае - систем электрических шин, изготовленных из меди, которые служат для соединения электрического устройства с электрической установкой. Во время прерывания электрического тока, съемная часть также подвергается воздействию кратковременных механических напряжений, генерируемых под влиянием электромагнитных сил, появляющихся во время переключения электрического тока. В частности, эти силы велики в устройствах с высокой мощностью отключения, например - в устройствах, предназначенных для токов переключения, превышающих 100 кA, при которых они могут генерировать механические напряжения, эквивалентные тем, которые прикладываются посредством массы в несколько тонн. Это ослабляет заднюю панель и даже может разрушить ее, тем самым снижая качество работы электрического устройства.
Однако эта известная задняя панель не вполне удовлетворительна. Производственный процесс пултрузии имеет недостаток, заключающийся в том, что его осуществление сложно и он имеет технические ограничения. Задняя панель, полученная таким образом, имеет высокую стоимость единицы продукции и существенную толщину, а это подразумевает, что неподвижный каркас оказывается крупнее, чем должен быть, и аналогично этому получается крупноразмерное электрическое устройство.
Конкретнее, подразумевается, что изобретение должно способствовать преодолению именно этих недостатков за счет того, что предложено подключаемое электрическое устройство для переключения электрического тока, включающее в себя a заднюю панель, которая экономичнее в изготовлении и имеет малый объем, будучи при этом способной выдерживать механические напряжения, прикладываемые во время его эксплуатации.
Для достижения этой цели, изобретение относится к подключаемому электрическому устройству для переключения электрического тока, включающему в себя:
- неподвижный каркас, включающий в себя жесткую заднюю панель, прикрепленную к каркасу;
- соединительные клеммы, выполненные с возможностью соединения с электрической установкой; и
- съемную часть, включающую в себя устройство для переключения электрического тока, причем эта съемная часть выполнена с возможностью выборочного перемещения между:
подключенным положением, в котором съемная часть заключена вовнутрь соответствующего корпуса неподвижного каркаса и при этом переключаемая система электрически соединена с соединительными клеммами, и
неподключенным положением, в котором съемная часть находится вне корпуса и в котором переключаемая система электрически изолирована от соединительных клемм.
В соответствии с изобретением, задняя панель изготовлена из термореактивного полимера и включает в себя усиливающие балки, встроенные в заднюю панель и простирающиеся в вертикальном направлении.
Благодаря изобретению, задняя панель обладает хорошей механической прочностью, в частности, ввиду наличия вертикальных балок, которые предотвращают концентрацию механических напряжений на локализованных участках задней панели и - наоборот - способствуют их равномерному распределению по задней панели. Таким образом, последняя обладает механической прочностью, которая также удовлетворительна, как в случае известных задних панелей, одноосно ориентированных в результате пултрузии согласно уровню техники. В дополнение к этому, оказывается возможным упрощенное изготовление задней панели, например - посредством формования, что снижает ее стоимость и обеспечивает больше свободы при выборе ее размеров, допуская, в частности, уменьшение ее объема.
В соответствии с преимущественными, но не обязательными, аспектами изобретения, такое электрическое устройство может предусматривать один или несколько следующих признаков, которые могут быть воплощены в любой технически возможной комбинации:
- задняя панель крепится к каркасу посредством крепежных элементов, при этом электрическое устройство дополнительно включает в себя поддерживающие планки, которые простираются вертикально вдоль боковых краев задней панели, причем поддерживающие планки прижаты к боковым краям крепежными элементами;
- поддерживающие планки изготовлены из стали;
- крепежные элементы включают в себя болты с потайными головками.
- крепежные элементы выступают относительно грани каждой поддерживающей планки, которая обращена назад от электрического устройства, на 3 мм или менее;
- задняя панель выполнена как цельная деталь;
- задняя панель изготовлена из полиэфира;
- задняя панель изготовлена посредством формования;
2
2
2
- площадь поперечного сечения каждой из усиливающих балок составляет 5 см или более, предпочтительно - 10 см или более, а предпочтительнее - 20 см или более;
- задняя панель имеет толщину, находящуюся в диапазоне между 0,5 см и 5 см.
Изобретение, и другие его преимущества  поясняется в соответствии с нижеследующим описанием одного варианта осуществления электрического устройства, который приводится просто в качестве примера и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:
- фиг.1 - схематическое изображение вида в перспективе электрического устройства для переключения электрического тока в соответствии с изобретением;
- фиг.2 - схематическое изображение вида в перспективе частично разобранного электрического переключающего устройства согласно фиг.1;
- фиг.3 - схематическое изображение вида с частичным вырезом электрического устройства согласно фиг.1 и 2, рассматриваемого в плоскости III поперечного сечения согласно фиг.1; и
-  фиг.4 - детализированный вид зоны IV согласно фиг.3.
На фиг.1 и 2 показано подключаемое электрическое устройство 2 для переключения электрического тока. Конфигурация электрического устройства 2 обеспечивает прерывание электрического тока в ответ на некоторую помеху во время работы или заранее определенную команду. Например, электрическое устройство 2 представляет собой автоматический выключатель или разъединитель.
В этом примере, электрическое устройство 2 представляет собой низковольтный автоматический воздушный выключатель переменного тока, предназначенный, например, для электрического напряжения, превышающего или равного 440 В, и для электрических токов, превышающих 630 A. Мощность отключения при коротком замыкании этого автоматического выключателя составляет 150 кА при 440 В. Электрическое устройство 2 в данном случае является многополюсным, т.е. способным работать с многофазной электрической установкой, например - устройством с тремя или четырьмя полюсами. Как вариант, автоматический выключатель представляет собой автоматический выключатель постоянного тока.
Электрическое устройство 2 включает в себя неподвижный каркас 3 и съемную часть, которая не изображена.
Каркас 3 включает в себя переднюю грань 4, заднюю грань 6 и боковые грани 8 и 10. В этом примере, форма каркаса 3 является формой призмы с прямоугольником в основании. Боковые стенки 8 и 10 в данном случае являются плоскими и параллельными друг другу. Каркас 3 ограничивает корпус для заключения в нем подвижной части электрического устройства 2 через проем в передней грани 4. Продольная ось электрического устройства 2, которая простирается горизонтально и параллельно боковым граням 8 и 10 и перпендикулярно передней и задней граням 4 и 6, обозначена символом «Х».
В этом описании, вертикальное направление определяется в соответствии с направлением силы притяжения Земли. Поэтому силы, обуславливаемые массами различных элементов, действуют на электрическое устройство 2 в этом вертикальном направлении, в частности - когда конфигурация электрического устройства 2 предусматривает его установку в распределительном щите.
Задняя грань 6 включает в себя заднюю панель 20, которая крепится к каркасу 3, и электрические соединительные клеммы 24 электрического устройства 2, которые расположены вровень с задней панелью 20. Более подробное описание задней панели 20 приводится ниже.
Соединительные клеммы 24 предназначены для электрического соединения с электрической установкой, например, посредством системы соединительных шин в распределительном щите. Электрическая установка представляет собой, например, электрическую схему, которую желательно защитить посредством электрического устройства 2 или которой желательно управлять с его помощью. Соединительные клеммы 24 изготовлены из электропроводного материала, такого, как медь.
Съемная часть выполнена с возможностью выборочного перемещения между подключенным и неподключенным положениями. В подключенном положении, она заключена внутри корпуса, ограниченного каркасом 3 и соединена с соединительными клеммами 24. В неподключенном положении подвижная часть находится вне корпуса, ограниченного каркасом 3. Устройство для переключения тока отсоединено от соединительных клемм 24. Перемещение съемной части между ее подключенным и неподключенным положениями достигается посредством поступательного движения вдоль оси X.
Кроме того, съемная часть, хотя это и необязательно, может иметь третье положение, именуемое тестовым положением, которое является промежуточным между подключенным и неподключенным положениями. В этом тестовом положении съемная часть лишь частично заключена внутри корпуса, ограниченного каркасом 3, а устройство для переключения тока отсоединено от соединительных клемм 24.
Съемная часть включает в себя устройство для переключения электрического тока (не изображено), которое выполнено с возможностью и предназначено для выборочного прерывания электрического тока, протекающего между соединительными клеммами 24 заданного полюса, когда съемная часть находится в подключенном положении. Примеры съемной части электрического устройства 2 описаны в документе FR 2783366 A1 и в документе FR 2777696 A1.
Функция задней панели 20 состоит в увеличении механической прочности каркаса 3, в частности - чтобы обеспечить последней возможность выдерживать уровень напряжений, прикладываемых с помощью электрических соединительных клемм 24. Задняя панель 20 имеет секцию плоской формы, лежащую в неподвижной вертикальной геометрической плоскости P. В данном случае, плоскость P перпендикулярна оси X и боковым стенкам 8 и 10,
Задняя панель 20 является жесткой и изготовлена из термореактивного полимера, например - полиэфира. Под определением «жесткая» понимается тот факт, что модуль упругости задней панели 20 при изгибе, больше или равен 9,5 ГПа.
В данном случае, задняя панель 20 представляет собой цельную деталь. Задняя панель 20 предпочтительно изготовлена посредством формования. Таким образом, задняя панель 20 является технологичной и имеет низкую стоимость единицы продукции, обладая при этом приемлемыми свойствами механической прочности.
В качестве иллюстративного примера отметим, что задняя панель 20 имеет толщину, находящуюся в диапазоне между 5 мм и 50 мм, а предпочтительно - находящуюся в диапазоне между 8 мм и 15 мм. Толщину задней панели 20 предпочтительно измеряют параллельно оси X, вровень с планарным сечением этой задней панели 20, например - на одном краю этой задней панели 20. Задняя панель 20 имеет ширину 440 мм, измеряемую в плоскости P, перпендикулярной оси X, и высоту 330 мм, измеряемую по вертикали в плоскости P.
В данном случае, задняя панель 20 снабжена - в центральной зоне - множеством сквозных проемов 22, через которые соединительные клеммы 24 выходят из каркаса 3 на задней стороне электрического устройства 2. В этом примере, соединительные клеммы 24 расположены попарно. Соединительные клеммы 24 каждой пары смещены по вертикали друг относительно друга. Пары соединительных клемм 24 выровнены по горизонтали вдоль задней грани 6. Каждая пара соединительных клемм 24 соответствует одному электрическому полюсу автоматического выключателя.
Задняя панель 20 также включает в себя усиливающие балки  26 и 28, которые встроены в заднюю панель 20, чтобы увеличить механическую прочность задней панели 20. Усиливающие балки  26 и 28 встроены в заднюю панель 20 и выступают относительно плоской секции задней панели 20 назад из задней панели 20. Эти ребра 26, 28 жесткости простираются продольно вдоль вертикальных осей, которые обозначены символами Z26 и Z28, соответственно. В данном случае, усиливающие балки  26 и 28 находятся на каждой стороне центральной зоны задней панели 20, в пределах которой находятся проемы 22.
Ребра 26 и 28 жесткости в данном случае идентичны. Поэтому в нижеследующем тексте будет подробно описано лишь усиливающая балка 26 .
2
2
2
Как изображено на фиг.3 и 4, усиливающая балка 26  имеет площадь сквозного поперечного сечения 5 см или более, предпочтительно - 10 см или более, а предпочтительнее - 20 см или более. В данном примере, это сквозное поперечное сечение имеет существенно многоугольную форму, которая вписана, например, в трапецию. Площадь сквозного поперечного сечения в данном случае измеряется в горизонтальный геометрической плоскости, перпендикулярный оси Z26.
Форма усиливающей балки 26  предпочтительно такова, что ее сквозное поперечное сечение не имеет острых краев, т.е. в ней нет таких краев, которые образуют угол между двумя последовательными краями, измеряемый в поперечной плоскости изнутри от усиливающей балки 26 , составляющий 60° или менее, или - предпочтительно - 45° или менее. Конкретно, такие острые края способствуют появлению точек механического разрыва, когда усиливающая балка 26  подвергается воздействию механического напряжения, особенно - сжимающего напряжения в направлении Z26. В отсутствие таких острых краев, хрупкость усиливающие балки 26  является малой.
Усиливающие балки  26 и 28, когда электрическое устройство 2 установлено в распределительном щите, обеспечивают механическую прочностью задней панели 20, достаточную не только для того, чтобы выдерживать статические механические напряжения, обуславливаемые, например, массой систем соединительных шин, нагрузка от которой прикладывается к соединительным клеммам 24, но и чтобы также выдерживать электродинамические механические напряжения, когда переключающее устройство прерывает протекание электрического тока.
Усиливающая балка 26 преимущественно снабжено пазом 27, который простирается вдоль усиливающие балки 26 , т.е. вдоль направления Z26. Этот паз 27 в данном случае имеет ширину 5 мм, измеряемую по горизонтали в плоскости P, и глубину 8 мм, измеряемую параллельно оси X.
Задняя панель 20 крепится к каркасу 3 - надежно и без какой-либо степени свободы - посредством крепежных элементов, которые подробнее рассматриваются ниже.
Электрическое устройство 2 также включает в себя поддерживающие планки 30, 32 расположены вровень с задней гранью задней панели 20. Точнее, каждая из поддерживающих планок 30, 32 находится на боковых краях 34, 36 задней панели 20. В данном случае, поддерживающая планка 30 находится на боковом краю 34 задней панели 20, расположенном на той же стороне, что и боковая стенка 8. Аналогичным образом, задняя планка 32 находится на боковом краю 36 задней панели 20, т.е. на краю, расположенном на той же стороне, что и боковая стенка 10.
Поддерживающие планки 30 и 32 играют одну и ту же роль по отношению к боковым краям 34 и 36, соответственно. Поэтому ниже приводится подробное описание только поддерживающей планки 30.
Поддерживающая планка 30 имеет продолговатую форму, простираясь по вертикали параллельно оси Z26. В данном случае, поддерживающая планка 30 имеет форму прямоугольного параллелепипеда, длина которого простирается в направлении высоты задней панели 20. В качестве иллюстрации, отметим, что поддерживающая планка 30 имеет высоту 330 мм, измеряемую по вертикали в плоскости P, и ширину 10 мм, измеряемую по горизонтали в плоскости P.
Когда электрическое устройство 2 установлено, поддерживающие планки 30 и 32 зажаты, находясь в контакте у соответствующих боковых краев 34, 36, посредством крепежных элементов.
В этом примере, задняя панель 20 крепится болтами к каркасу 3. Каждый крепежный элемент включает в себя узел болт-гайка, состоящий из болта 50 и соответствующей гайки 52. Как вариант, возможны и другие крепежные элементы, например, заклепки.
Поддерживающая планка 30 снабжена множеством сквозных отверстий 38, 40, 42. Аналогичным образом, боковой край 34 снабжен множеством сквозных отверстий 34, 46 и 48. Когда поддерживающая планка 30 находится в положении установки на боковом краю 34, отверстия 38, 40 и 42 выровнены с соответствующими отверстиями 44, 46, 48 бокового края 34, соответственно. Отверстия 38, 40 и 42 поддерживающей планки 30 и отверстия 44, 46, 48 бокового края 34 предпочтительно имеют один и тот же диаметр. Боковая стенка 8 имеет загнутый край, снабженный отверстиями, которые выровнены с отверстиями 38, 40 и 42 поддерживающей планки 30 и с отверстиями 44, 46, 48 бокового края 34. Каждый болт 50 вставлен в одно из выровненных отверстий 38 и 44, 40 и 46 или 42 и 48 поддерживающей планки 30 и в одно отверстие загнутого края боковой стенки 8 и поддерживается зажатым посредством одной из соответствующих гаек 52, как изображено на фиг.1 и 2. Как вариант, количество отверстий в поддерживающей планке 30, на боковом краю 34 и на загнутом краю боковой стенки 8 может быть другим.
Когда устройство установлено, крепежные элементы - в данном случае болты 50 и гайки 52 - обуславливают приложение силы зажима к поддерживающим планкам 30 и 32 и на боковых краях 34 и 36 задней панели 20. Таким образом, задняя панель 20 зажата вровень с ее боковыми краями 34 и 36 между поддерживающими планками 30 и 32 и соответствующими задними краями боковых стенок 8 и 10, соответственно. Например, болты 50 обуславливают приложение силы зажима, составляющей 5 Н⋅м или более.
Таким образом, сила зажима крепежных элементов - в данном случае болтов 50 и гаек 52 - распределяется по всей протяженности боковых краев 34 и 36. Поэтому поддерживающие планки 30 и 32 способствуют приемлемому распределению механических напряжений, прикладываемых к задней панели 20. Вследствие этого можно избежать концентрации механических напряжений в определенных локализованных точках задней панели 20, то есть предотвратить нечто такое, что могло бы оказать пагубное влияние на прочность задней панели 20 и что могло бы способствовать преждевременному механическому разрыву.
Каждый из болтов 50 преимущественно имеет потайную головку 54. Таким образом, головка 54 не выступает из поддерживающей планки 30, а толщина головки, на которую та выпячивается, когда болт 50 установлен в устройстве 2, минимизируется. Например, промежуток или расстояние между дистальным концом головки 54 и задней гранью поддерживающей планки 30, измеряемый или измеряемое параллельно оси X, составляет 3 мм или менее, предпочтительно - 1 мм или менее, а еще предпочтительнее - 0,5 мм или менее. Задняя грань поддерживающей планки 30 - это грань, которая обращена наружу от электрического устройства 2.
Такое расположение является особенно предпочтительным. Конкретно, в типичном случае, удобно использовать в распределительных щитах плоские поверхности задней грани электрических устройств для крепления к ним барьеров, которые выступают в направлении от и назад за электрическое устройство. В данном случае, такие барьеры предпочтительно расположены на плоских поверхностях боковых краев 34, 36 устройства 2.
Функция этих барьеров состоит в том, чтобы отделять друг от друга электрические устройства, установленные в заданном распределительном щите, и чтобы защитить операторов, когда они работают на заданном устройстве, от случайного соприкосновения с теми из электрических клемм соседних устройств, которые находятся под напряжением. Такие барьеры также служат для локализации электрических дуг в случае электрических отказов и для ограничения их распространения между соседними электрическими устройствами в распределительном щите.
Когда головка 54 не потайная, существует большой риск, что она будет выступать из поддерживающей планки 30, а это значит, что толщина головки будет выпирать относительно поддерживающей планки 30 и мешать герметичной установке такого барьера. Тогда возникает большой зазор между основанием барьера и поддерживающей планкой 30, так что электрическая дуга сможет пройти через этот зазор, в частности, во время выброса газа из электрического устройства 2 при разъединении. Следовательно, это снижает эффективность и полезность такого барьера.
Как вариант, когда крепежный элемент представляет собой заклепку, его головка предпочтительно будет располагаться опять таким образом, чтобы предотвратить ее выпирание относительно поддерживающей планки 30 с той же самой целью.
В этом примере, поддерживающие планки 30, 32 изготовлены из металла, такого, как сталь. Например, используют планку в соответствии со стандартом NF EN 10139, изготовленную из легированной стали «DC03 C490».
Варианты осуществления и их разновидности, рассмотренные выше, можно объединять друг с другом, создавая новые варианты осуществления.