КАМЕРА ГАШЕНИЯ ДУГИ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ, СОДЕРЖАЩЕЕ ЕЕ
ARC EXTINGUISHING CHAMBER FOR ELECTRICAL PROTECTION DEVICE AND ELECTRICAL PROTECTION EQUIPMENT COMPRISING SAME

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к камере гашения дуги для устройства электрической защиты, содержащего камеру образования дуги, содержащую неподвижный контакт и подвижный контакт, которые при их разделении образуют между собой дугу, причем упомянутая камера образования дуги сообщается с входом второй камеры, называемой камерой гашения дуги.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В известных выключателях, в частности в миниатюрных токоограничивающих выключателях, было замечено, что после переключения дуги и смещения последней к разрывной камере в направлении камеры гашения возникает феномен повторного пробоя, который более или менее ухудшает качество прерывания.
Некоторые из этих устройств, такие как описанные, например, в документах EP 1017072 или FR 2471661, содержат элементы, образующие изоляционные решетки, расположенные ниже по потоку от камеры гашения дуги, отверстия которых выполнены так, чтобы обеспечивать прохождение газов, образующихся, когда осуществляется разрыв дуги. Роль этой пластиковой решетки, расположенной напротив камеры гашения дуги и ниже по потоку от последней, заключается в удалении выходящего потока газа и управлении им, чтобы предотвращать повторный пробой между ребрами сзади камеры гашения и предотвращать возникновение дуги ниже по потоку.
Эта изоляционная решетка, помещенная ниже по потоку от камеры гашения, образована либо посредством дополнительной неплавкой детали (термоотверждаемое волокно или пластик), что увеличивает стоимость, либо посредством добавления подходящей формы, отлитой с термопластичным кожухом, которая плавится, когда устройство подвергается нескольким последовательным коротким замыканиям, что дополнительно нарушает удаление газов пробоя.
Известно, что эти феномены повторного пробоя возникают из-за плохого включения дуги в камере гашения, причем это дефектное включение является следствием плохо управляемого потока газов.
На самом деле, в большинстве прерывателей цепи, газы доходят в первую очередь до некоторых ребер, в результате чего получается поток газов по рассматриваемым ребрам.
Газы фактически следуют по наиболее прямому пути и, следовательно, легче проходят к стороне камеры, противоположной контактам, а не к другой стороне камеры, причем точкой отправления газов является область контакта.
В зависимости от устройства каналов удаления ниже по потоку от камеры, эта первая циркуляция может задерживать или даже предотвращать циркуляцию горячих газов между другими ребрами, посредством этого предотвращая уравновешенное включение дуги по всей высоте камеры. Следовательно, дуга фактически включает саму себя там, где газы являются наиболее горячими, в месте, где газы являются наиболее проводящими.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении решается эта проблема и предлагаются камера гашения дуги для устройства электрической защиты, и устройство электрической защиты, содержащее ее, обеспечивающие улучшение качества выключения, чтобы улучшить энергоемкость устройства.
Для этого задачей настоящего изобретения является разработка камеры гашения дуги упомянутого выше типа, причем эта камера гашения отличается тем, что она содержит стенку, называемую уравновешивающей стенкой, по существу, сплошную по меньшей мере в ее центральной части, причем упомянутая стенка расположена ниже по потоку от камеры гашения дуги и образована и расположена по отношению к камере гашения дуги таким образом, чтобы замедлять выходящий поток газов пробоя на стороне камеры гашения дуги, на которой газы проходят в первую очередь, и улучшать поток выходящих газов на противоположной стороне, причем выходящие газы останавливаются центральной частью стенки и выходят через края стенки.
Посредством этих характеристик, изобретение позволяет повторно уравновешивать поток газов, в это же время ограничивая поток в некоторых местах, где он является достаточным, с выгодой для другого места, где он является недостаточным.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, упомянутая камера гашения дуги содержит пакет охлаждающих элементов, проходящих, по существу, параллельно друг другу, причем эта камера отличается тем, что упомянутая выше стенка находится очень близко от камеры гашения дуги на стороне, на которой выходящие газы проходят в первую очередь, и постепенно отдаляется от упомянутой камеры по мере увеличения расстояния от этой стороны камеры, чтобы находиться на удалении от упомянутой камеры на стороне, противоположной предыдущей стороне упомянутой камеры гашения дуги.
Этот признак имеет дополнительное преимущество, заключающееся в исключении использования изоляционной решетки, обычно используемой для предотвращения самостоятельной установки дуги снизу камеры и обычно расположенной в силу необходимости очень близко к камере. Эта решетка, фактически, имела недостаток, заключающийся в плавлении во время возникновения пробоя, что образовывало препятствие, перекрывающее поток выходящих газов.
Эта уравновешивающая перегородка, фактически, выполняет те же функции, что и решетка, помимо ее первой функции, которая заключается в уравновешивании потока газов, не нуждается в расположении так же близко к камере гашения, как решетка, имеет очень ограниченное плавление и испарение, что позволяет ей не нарушать поток газов, но является достаточным для удерживания дуги в камере. К тому же, эта перегородка также имеет преимущество, заключающееся в том, что она является более крепкой, чем решетка, и является более простой для литья.
Согласно конкретному признаку изобретения, упомянутая выше камера гашения дуги содержит уменьшенное количество охлаждающих элементов, позволяющее узлу, образованному совокупностью этих охлаждающих элементов, быть наклоненным по отношению к основанию устройства, и упомянутая выше стенка проходит, по существу, параллельно основанию устройства.
Согласно другому признаку, упомянутая выше стенка проходит с образованием угла, лежащего в диапазоне между 3 и 15° к направлению выравнивания упомянутых выше охлаждающих элементов.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, упомянутая уравновешивающая стенка имеет изменяемую ширину, причем эта ширина является максимальной на стороне камеры гашения дуги, на которой газы проходят в первую очередь, и постепенно уменьшается по мере приближения к другой стороне упомянутой камеры.
Согласно конкретному признаку изобретения, упомянутая выше стенка отлита вместе с кожухом или крышкой устройства.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, упомянутая камера гашения дуги содержит средства для крепления охлаждающих элементов по отношению друг к другу, причем упомянутая выше стенка образует неотъемлемую часть этих средств для крепления охлаждающих элементов.
Преимущественно, эта упомянутая выше уравновешивающая стенка образует неотъемлемую часть задней стенки упомянутых выше средств для крепления охлаждающих элементов, причем упомянутая задняя стенка содержит щели, вокруг упомянутой уравновешивающей стенки, проходящие, по существу, параллельно охлаждающим элементам и имеющие длину, которая меняется от одного конца стенки к другому.
Таким образом, согласно этому варианту осуществления, единственная часть выполняет три функции, то есть крепление ребер, уравновешивание потока газа и ограничение рисков повторного пробоя.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является разработка устройства электрической защиты, содержащего по меньшей мере один полюсный узел, установленный в кожухе, причем упомянутый полюсный узел содержит упомянутые выше признаки, взятые отдельно или в комбинации.
Согласно конкретному признаку, это устройство представляет собой низковольтный электрический выключатель.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие преимущества и признаки изобретения будут лучше поняты из последующего подробного описания, которое относится к прилагаемым чертежам, данным только в качестве примера, на которых:
- фиг. 1 представляет собой вид в плане прерывателя цепи согласно предшествующему уровню техники, на котором проиллюстрированы внутренние части устройства,
- фиг. 2 представляет собой вид в плане, подобный фиг. 1, прерывателя цепи согласно конкретному варианту осуществления изобретения,
- фиг. 3 представляет собой графическое представление, на котором проиллюстрированы напряжение дуги и ток, текущий в устройстве, как функции времени, для устройства согласно предшествующему уровню техники и для устройства согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения,
- фиг. 4 представляет собой вид в плане, подобный фиг. 1 и 2, прерывателя цепи согласно второму варианту осуществления изобретения,
- фиг. 5 представляет собой вид снизу уравновешивающей перегородки, которой оснащена камера гашения дуги выключателя согласно фиг. 4,
- фиг. 6 представляет собой вид в плане, подобный фиг. 1, 2 и 4, прерывателя цепи согласно другому варианту осуществления изобретения,
- фиг. 7 и 8 представляют собой виды снизу элемента, называемого серым волокном, выполненного, соответственно, для оснащения прерывателя цепи согласно предшествующему уровню техники и выключателя согласно фиг. 6, и
- фиг. 9 и 10 представляют собой виды, подобные фиг. 1, 2, 4 и 6, прерывателя цепи соответственно согласно двум другим вариантам осуществления изобретения.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1, 2, 4, 6, 9, 10 можно видеть полюс p миниатюрного прерывателя цепи, содержащий изоляционный кожух B, имеющий ручку M управления на его передней панели и соединительные зажимы 1, 2 на его двух панелях узкой стороны. Подвижный контакт 3 и неподвижный контакт 4 расположены внутри кожуха так, как это само по себе известно.
Подвижный контакт 3 управляется механизмом C управления, соединяющим упомянутую выше ручку M с подвижным контактом для замыкания или размыкания контактов.
Тепловое расцепляющее устройство 5 и электромагнитное расцепляющее устройство 6, выполненные с возможностью осуществления автоматического размыкания контактов 3, 4 в случае перегрузки или короткого замыкания, также расположены в этом кожухе.
Нижняя часть кожуха B содержит разрывную камеру 7, образованную первой камерой, называемой камерой 8 образования дуги, сообщающейся с входом второй камеры, называемой камерой гашения дуги, причем последняя содержит ребра 10.
Подвижный контакт 3 проходит, по существу, перпендикулярно плоскости, в которой проходят пластины, чтобы зажигать дугу между контактами, когда происходит разделение последних, исходное направление которой, по существу, параллельно пластинам.
Упомянутая выше разрывная камера 7 обведена в поперечном направлении d разрядными рогами 11, 12, соответственно находящимися в электрическом соединении с упомянутыми выше двумя зажимами. Эти разрядные рога выполнены так, чтобы принимать дугу, зажигаемую между контактами, когда происходит разделение последних.
Такой прерыватель цепи хорошо известен специалистам, и более подробное описание его устройства и работы не является полезным.
На фиг. 1 камера 9 гашения дуги прерывателя цепи просто содержит в ее части ниже по потоку решетку 13, выполненную из пластика, преимущественно отлитую с кожухом или крышкой устройства. Функция этой решетки заключается в предотвращении повторного образования дуги за ребрами ниже по потоку от камеры гашения дуги.
На фиг. 2 согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения камера 9 гашения дуги содержит стенку, называемую уравновешивающей стенкой 14, проходящую в наклонной плоскости P по отношению к направлению D выравнивания разделителей 10, или основной плоскости 22 устройства, с углом α предпочтительно около 5°, таким образом, чтобы уравновешивающая стенка 14 была расположена ближе к разделителям 10 на стороне i, на которой газы в первую очередь входят в камеру 9 гашения дуги (сторона справа на чертеже, и дальше от другой стороны j (сторона слева на чертеже). Преимущественно, эта стенка проходит, по существу, по всей ширине разрывной камеры, причем эта ширина образована параллельно основанию устройства и перпендикулярно плоскости крепления устройства. Эта стенка находится очень близко к сборке ребер, то есть почти в соприкосновении с последними.
Можно заметить, что величина упомянутого выше угла будет преимущественно лежать в диапазоне между 3 и 15° и предпочтительно составлять 5°.
Можно заметить, что сторона, на которой стенка 14 является самой близкой, соответствует стороне, противоположной неподвижному контакту 4 и подвижному контакту 3.
Таким образом, на фиг. 2 можно видеть, что стенка 14 находится ближе к камере 9 гашения дуги на стороне, на которой разрядный рог 12 расположен на стороне крепежной поверхности устройства, и постепенно отдаляется от этой камеры при перемещении в направлении к другой стороне.
Преимущественно, эта стенка 14 отлита вместе с кожухом или крышкой устройства.
Как проиллюстрировано на фиг. 4, согласно другому варианту осуществления изобретения, изменение выпускного поперечного сечения на этот раз достигается перегородкой 14, проходящей, по существу, параллельно задней поверхности сборки ребер и имеет ширину l, которая постепенно уменьшается, как проиллюстрировано на фиг. 5, чтобы создавать постепенно увеличивающееся выпускное поперечное сечение от одной стороны стенки 14 к другой стороне, причем выпускное поперечное сечение s является самым маленьким на стороне, на которой газы в первую очередь входят в камеру 9 гашения дуги. Преимущественно, эта стенка имеет форму трапеции.
На фиг. 6 согласно другому варианту осуществления изобретения используется часть, уже присутствующая в устройстве, причем эта часть, называемая серым волокном 15, окружает сборку разделителей 10 на выходной стороне и выполнена с возможностью закрепления этих разделителей так, чтобы образовывать сборку ребер A, составляющих камеру 9 гашения дуги. Эта часть является частью, независимой от перегородок кожуха или крышки, и, следовательно, имеет лучшую термостойкость, чем у пластикового материала, используемого для перегородок устройства. Следовательно, ее не нужно располагать на расстоянии как в случае, когда используется наклонная стенка, сформованная со стенками кожуха.
Согласно этому конкретному варианту осуществления, изменение размера выпускного поперечного сечения s осуществляется посредством выполнения отверстий 17, всех с одинаковой шириной, в упомянутой выше части, на каждой стороне сплошной части 16, причем, тем не менее, длина отверстий увеличивается в направлении конца камеры, расположенного на стороне j, на которой расположен неподвижный контакт 4, чтобы создавать больше выходного потока на этой стороне и меньше на противоположной стороне i.
Согласно вариантам осуществления, проиллюстрированным на фиг. 9 и 10, размер камеры 9 гашения дуги уменьшен из-за факта того, что количество охлаждающих ребер 18 равно 10 по сравнению с количеством ребер, то есть 12, используемым в описанных ранее вариантах осуществления.
Согласно варианту осуществления с фиг. 9 направление D выравнивания ребер проходит, по существу, параллельно основанию 22 устройства, и именно стенка 14 наклонена по отношению к этому направлению D выравнивания и к этому основанию 22.
Согласно варианту осуществления с фиг. 10 именно сборка A ребер наклонена по отношению к основанию 22 устройства, что возможно из-за факта того, что количество ребер уменьшено. В этом случае уравновешивающая стенка 14 проходит в плоскости, параллельной основанию 22 устройства, и наклонена по отношению к направлению D выравнивания ребер 18 камеры предпочтительно на угол около 5°.
На фиг. 1, 2, 4, 6, 9 и 10 поток газов, образуемых при осуществлении прерывания, представлен стрелками, расположенными внутри камеры гашения дуги.
Можно заметить, что изобретение во всех описанных вариантах осуществления позволяет исключить изоляционную решетку, предусмотренную в предшествующем уровне техники.
Также можно заметить, что когда уравновешивающая перегородка имеет однородную ширину, последняя должна быть обязательно наклонена на угол α, лежащий в диапазоне между 3 и 15°, по отношению к направлению выравнивания или к нижней поверхности охлаждающих элементов.
В варианте осуществления изобретения, в котором уравновешивающая перегородка имеет форму трапеции, эта перегородка предпочтительно параллельна задней поверхности охлаждающих элементов. В этом случае форма перегородки или угла наклона может быть отрегулирована, причем последний может быть изменен между 0 и 15°.
Далее в этом документе со ссылкой на чертежи будет описана работа устройства согласно предшествующему уровню техники и согласно разным вариантам осуществления изобретения.
На фиг. 1 можно видеть, что поток газа из-за образования дуги разделяется на часть b, проходящую через камеру 9 гашения дуги на стороне i этой камеры, тогда как другая часть c газов выпускается в область y турбулентности, причем изоляционная решетка 13, помещенная ниже по потоку от камеры 9 гашения дуги, таким образом имеет область u прямого выхода и выпускную область v.
Таким образом, как объяснено ранее, газы в первую очередь достигают одной i из сторон i, j камеры 9 гашения дуги, вызывая протекание потока газов по ребрам 18a, расположенным на этой стороне. Этот первый поток ухудшает или даже предотвращает поток газов между другими ребрами 18b. Это ведет к выпуску газов выше по потоку от камеры 9 гашения дуги, посредством этого предотвращая уравновешенное включение дуги по всей высоте камеры 9 гашения дуги.
На фиг. 2, выходящие газы останавливаются центральной частью 19 наклонной стенки 14 и выходят через наружные края 20 перегородки 14 в направлении выпускного выхода 21, предусмотренного в кожухе B.
Наличие наклонной стенки 14 создает область W замедленного потока, ниже по потоку от камеры 9 гашения дуги, на стороне, на которой перегородка 14 находится ближе всего к камере 9 гашения дуги, и область x облегченного потока на стороне, на которой перегородка 14 находится дальше всего от камеры 9 гашения дуги.
Таким образом достигается восстановление равновесия потока газов через камеру 9 гашения дуги, ограничивая поток между первыми ребрами 18a с выгодой для других ребер 18b.
К тому же, этот предпочтительный вариант осуществления изобретения позволяет исключить пластиковую решетку, расположенную очень близко от камеры, с выгодой для этой перегородки, которая находится дальше, ограниченное плавление и испарение которой не нарушает поток газов, но является достаточным для сохранения дуги в камере.
Таким образом, посредством изобретения достигается управление потоком газа ниже по потоку от камеры, что позволяет увеличить среднее напряжение дуги, как проиллюстрировано на фиг. 3, на которой представлен график напряжения дуги и тока, текущего через прерыватель цепи, как функций времени, для продукта, называемого исходным продуктом, соответствующего предшествующему уровню техники, и для устройства согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения. Таким образом, кривые d и e представляют напряжения дуги соответственно для исходного продукта и для устройства согласно изобретению, тогда как графики f, g представляют потоки, текущие через прерыватель цепи соответственно для этих же устройств. Можно также заметить существование уменьшения давления примерно на 14% в случае устройства согласно изобретению. Ток, представленный на шкале слева, выражен в амперах, тогда как напряжение, представленное на шкале справа, выражено в вольтах. Время на оси x выражено в секундах.
Таким образом, на этих кривых можно видеть, что посредством изобретения напряжение дуги увеличивается быстрее и достигает более высокого значения, таким образом обеспечивая лучшее ограничение (то есть, ток, который увеличивается меньше, и нулевой ток, достигаемый быстрее). Следовательно, передаваемая энергия (I²dt) уменьшается с точки зрения энергии. Таким образом, достигается улучшение на 20%:
(I²dt оп - I²dt изобретения)/I²dt оп) = 20%.
Согласно вариантам осуществления, проиллюстрированным на фиг. 4 и 5, перегородка 14 с уменьшающейся шириной позволяет достигать восстановление равновесия потока газа через камеру гашения дуги таким же образом, как для предыдущего варианта осуществления.
Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 6, 7 и 8, используется часть, называемая “серым волокном 15”, как известно, для крепления ребер 18, для образования камеры 9 гашения дуги, причем эта часть окружает камеру на стороне выхода для того, чтобы, с одной стороны, выполнять функцию, связанную с изоляционной решеткой 13, и, с другой стороны, выполнять восстановление равновесия потока газа.
С этой целью можно видеть, что это волокно 15 содержит заднюю стенку 23, содержащую сплошную часть 16, имеющую уменьшающуюся ширину l, как в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 4, причем эта сплошная часть выполняет ту же функцию с теми же результатами, что и перегородка согласно второму варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 5, причем газы пробоя замедляются этой сплошной частью 16 и выходят через края 20 упомянутой перегородки через отверстия 17, предусмотренные вокруг всей этой сплошной части 16.
Поскольку термостойкость волокна лучше, чем у пластикового материала, используемого для изготовления перегородок устройства и, следовательно, изоляционной решетки, это волокно не должно быть обязательно расположено далеко от камеры.
Работа устройств согласно двум вариантам осуществления, проиллюстрированным на фиг. 9 и 10, не будет описана, поскольку она соответствует работе устройства согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 2.
Следовательно, посредством изобретения получена камера гашения дуги, которая имеет простую конструкцию, позволяющую уменьшить повторные пробои из-за плохого включения дуги в камере, причем это плохое включение само по себе является результатом потока газа, который не управляется должным образом. Таким образом, посредством элементов, обеспеченных изобретением ниже по потоку от камеры гашения дуги, увеличен поток газа выше по потоку от камеры, обеспечивая полное включение дуги. Результатом этого является улучшение надежности устройства, без каких-либо дополнительных затрат.
Таким образом, прерывание улучшается посредством управления напряжением дуги.
На самом деле прерывание напряжения дуги позволяет уменьшить энергию, поглощаемую устройством, и улучшить энергоемкость устройства посредством этого ограничивая какое-либо повреждение из-за короткого замыкания.
Изобретение также позволяет исключить изоляционную решетку, которая обычно используется, что ведет к рационализации конструкции устройств, для использования в которых разработана эта камера гашения.
Изобретение естественно не ограничено описанными и проиллюстрированными вариантами осуществления, которые были даны только в качестве примера.
Наоборот, изобретение распространяется на охватывание всех технических эквивалентов описанного средства, а также их комбинаций, если последние достигнуты согласно сущности изобретения.