РАСЦЕПИТЕЛЬ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может использоваться в автоматических выключателях на большие токи, предназначенных для отключения токов перегрузки и коротких замыканий, а также оперативных включений и отключений электрических цепей в объектах электроснабжения.
Для отключения максимальных токов короткого замыкания в автоматических выключателях широко применяются электромагнитные расцепители двойного действия, которые одновременно выполняют функции защиты от токов перегрузки и токов короткого замыкания [Кузнецов P.C. Аппараты распределения электрической энергии на напряжение до 1000 В. Изд. 3-е, переработ, и доп. - М.: «Энергия», 1970].
Существенным недостатком таких расцепителей является ограничение возможностей реализации большого разнообразия защитных характеристик, требуемых для защиты широкой номенклатуры современных потребителей электроэнергии.
Известны автоматические выключатели типа NZM 2 фирмы Moeller [Каталог продукции 2011 г., Автоматические выключатели NZM], в которых применяются электронный расцепитель, реализующий защиты от токов перегрузки с большим разнообразием регулируемых характеристик, и электромагнитный расцепитель для защиты от больших токов короткого замыкания, превышающих номинальные токи свыше 25 раз. По технической сущности такой электромагнитный расцепитель максимального тока является наиболее близким к заявляемой полезной модели и принят за прототип.
Известный расцепитель максимального тока выключателя NZM 2 (фиг. 1) содержит токопроводящую шину прямоугольного сечения 1, плоский якорь из магнитного материала 2, пружину возвратную 3 и отключающий рычаг 4, которые выполняют основную функцию расцепителя. Кроме этого, в узел расцепителя входят шина для присоединения монтажных проводов 5, токопроводящий стержень 6 и обмотка 7, предназначенная для выдачи сигнала на электронный расцепитель. Шина 1 имеет прямоугольное сечение, две стороны которого существенно больше двух остальных.
Шина 1 и якорь 2 представляют собой электромагнит с разомкнутой магнитной системой, в которой отсутствует магнитопровод. Под действием магнитного потока, создаваемого током короткого замыкания 1КЗ в шине 1 и замыкающегося через якорь 2, происходит перемещение якоря 2 в область максимального градиента магнитного поля, т.е. якорь 2 притягивается к поверхности шины 1. При этом он своим подвижным концом воздействует на отключающий рычаг 4, который в свою очередь приводит в действие механизм свободного расцепления, и осуществляется мгновенное отключение автоматического выключателя. Возврат якоря 2 в исходное состояние после отключения тока короткого замыкания происходит под действием возвратной пружины 3.
кз
Недостатком прототипа является его низкая устойчивость к механическим воздействиям, т.к. система подвески якоря в нем представляет собою классический вариант неуравновешенной системы. При определенных значениях ускорений вибраций или удара с направлением воздействия, например, совпадающим с направлением движения якоря (см. фиг. 1), якорь 2 начинает двигаться под действием сил инерции массы (при отсутствии тока I), и происходит ложное отключение выключателя. Как правило, для таких систем подвески значения ускорения устойчивой работы не превышают нескольких единиц g.
Целью предлагаемого технического решения является повышение устойчивости к механическим воздействиям расцепителя максимального тока автоматического выключателя, предназначенного для отключения максимальных токов короткого замыкания.
Поставленная цель достигается благодаря тому, что в расцепителе максимального тока автоматического выключателя, содержащем токопроводящую шину прямоугольного сечения с двумя рабочими параллельными гранями, имеющими площадь поверхности значительно больше площади боковых граней, плоский якорь из магнитного материала, размещенный на токопроводящей шине с возможностью поворота, пружину возвратную и отключающий рычаг, выполнено в центральной части якоря прямоугольное отверстие, через которое пропущена токопроводящая шина, причем якорь закреплен симметрично с помощью оси, параллельной рабочим граням токопроводящей шины, также введена переходная колодка, установленная на общей оси с якорем и с возможностью обеспечения передачи воздействия якоря на отключающий рычаг. Токопроводящая шина и якорь выполнены в средней (центральной) части с изгибом ступенчатой формы.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является уравновешивание подвижного якоря, установленного на токопроводящей шине, вследствие чего существенно увеличивается устойчивость конструкции к воздействиям вибраций и ударов.
Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежами представленными на фиг. 2, 3 и 4, где приняты следующие обозначения:
1 - токопроводящая шина;
2 - плоский якорь из магнитного материала;
3 - пружина возвратная;
4 - отключающий рычаг;
5 - шина для присоединения монтажных проводов;
6 - стержень токопроводящий;
7 - обмотка;
8 - ось;
9 - переходная колодка;
Б - прямоугольное отверстие в центральной части якоря 2.
Предложенный расцепитель максимального тока автоматического выключателя содержит токопроводящую шину 1 прямоугольного сечения с двумя рабочими гранями, имеющими площадь поверхности значительно больше площади поверхности боковых граней, плоский якорь из магнитного материала 2, пружину возвратную 3, отключающий рычаг 4, шину для присоединения монтажных проводов 5, стержень токопроводящий 6, обмотку 7, ось 8 и переходную колодку 9.
кз
Элементами конструкции расцепителя, реализующими его основную функцию защиты от токов I, являются шина 1, якорь 2, пружина 3 и рычаг 4.
В средней (центральной) части якоря 2 выполнено по крайней мере прямоугольное отверстие Б, через которое пропущена токопроводящая шина 1. Якорь 2 установлен симметрично на оси 8, которая проходит через круглые отверстия, выполненные в якоре 2 и токопроводящей шине 1. Причем геометрические оси этих отверстий якоря 2 совпадают (совмещены) с осью симметрии якоря, проходящей перпендикулярно его боковым граням, а геометрическая ось токопроводящей шины 1 находится параллельно его рабочим граням (перпендикулярно боковым граням). Таким образом соединение шины 1 и якоря 2 представляет собой систему, подобную системе «ножниц». Для обеспечения прилегания рабочих поверхностей шины 1 и якоря 2 в притянутом (сработанном) состоянии якоря 2, шина 1 и якорь 2 (или по крайней мере один из них) выполнены в средней (центральной) части с изгибом ступенчатой формы. С целью достижения надежной передачи усилия от якоря 2 на отключающий рычаг 4 введена переходная колодка 9, которая установлена на той же оси 8.
Расцепитель работает следующим образом.
При появлении в токопроводящей шине 1 больших токов короткого замыкания (сверхтоков) резко возрастает магнитный поток (магнитное поле) вокруг этой шины 1. Так как любое ферромагнитное тело, помещенное в магнитное поле, стремится переместиться в направлении максимального градиента магнитного поля, а градиент поля максимален вблизи поверхности токопроводящей шины, якорь 2 обоими концами притягивается к шине 1, поворачиваясь вокруг оси 8. При этом он воздействует через переходную колодку 9 на отключающий рычаг 4, который в свою очередь снимает защелку механизма свободного расцепления (МСР) автоматического выключателя и осуществляется его отключение.
Благодаря выполнению отверстия в якоре представляется возможным соединить две плоские детали (шину и якорь) в систему, подобную системе «ножниц», а их установка на общей оси обеспечивает надежную осесимметричную фиксацию относительно друг друга. При этом может быть достигнуто уравновешивание подвижного якоря с высокой точностью, что является необходимым и достаточным для достижения высокой устойчивости системы (конструкции) к воздействию механических факторов (вибрации и удара).
Предлагаемая конструкция расцепителя максимального тока использована в рабочей конструкторской документации на автоматические выключатели на номинальные токи 160 и 250 А, предназначенные для эксплуатации в жестких условиях.