АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
AUTOMATIC CIRCUIT BREAKER

Данное изобретение относится к автоматическому выключателю электрической цепи.
В области низковольтных автоматических выключателей электрической цепи известно использование камеры гашения электрической дуги, снабженной пакетом металлических пластин и парой нижнего и верхнего рогов для поглощения электрической энергии, связанной с электрической дугой. В частности, при переключении электрического тока, проходящего между неподвижным контактом и подвижным контактом автоматического выключателя, размыкание контактов обычно сопровождается образованием электрической дуги, которую называют межэлектродной дугой, потому что она создается между контактами автоматического выключателя. Таким образом, конфигурация рогов обеспечивает направление электрической дуги вовнутрь дугогасительной камеры, в которой электрическая дуга сначала удлиняется, а потом разрывается, с помощью металлических пластин. Вместе с тем, размыкание контактов также может сопровождаться неполным повторным замыканием из-за механического дребезга. Это способствует повторяющемуся появлению напряжения перекрытия между контактами без поглощения электрической энергии электрической дуги в дугогасительной камере и может приводить к отказу переключения автоматического выключателя.
В этой связи отметим, что, например, из документа EP-A-0306382 известно снабжение дугогасительной камеры парой направляющих электрическую дугу щек. Каждая из этих щек имеет профиль, который полностью соответствует форме металлических пластин и имеет конфигурацию, обеспечивающую перевод электрической дуги из центральной зоны к боковой зоне дугогасительной камеры. Таким образом, электрическая дуга перемещается на более холодные поверхности автоматического выключателя, что способствует ее гашению. Вместе с тем, направляющие щеки имеют большую площадь поверхности, что может приводить к значительным давлениям при переключении в дугогасительной камере. Помимо этого, каждая направляющая щека представляет собой экран между подвижным контактом и стальными деталями автоматического выключателя.
В этой связи отметим также, что, например, из документа EP-A-0410902 известно снабжение нижнего направляющего дугу рога губкой или утолщением, чтобы ускорить перемещение электрической дуги вдоль этого нижнего рога к дугогасительной камере. Вместе с тем, этот подход не может предотвратить повторяющееся напряжение перекрытия между контактами при неполном повторном замыкании.
Конкретнее, изобретение направлено на устранение именно этих недостатков за счет того, что предложен новый автоматический выключатель электрической цепи, который позволяет избежать любого повторяющегося напряжения перекрытия и не создавать избыточные давления внутри дугогасительной камеры.
Поэтому изобретение относится к автоматическому выключателю электрической цепи, содержащему по меньшей мере одну первую неподвижную контактную площадку, узел опоры, снабженный по меньшей мере одной второй контактной площадкой и выполненный с возможностью поворота вокруг главной оси между первым положением, в котором вторая контактная площадка находится в контакте с первой контактной площадкой, и вторым положением, в котором вторая контактная площадка отделена от первой контактной площадки, и дугогасительную камеру, содержащую пакет пластин, верхний направляющий дугу рог, нижний направляющий дугу рог, снабженный по меньшей мере одним отгибом, и экран, выполненный из изолирующего материала, окружающий нижний направляющий дугу рог. Автоматический выключатель также содержит два выступа, выполненные из газогенерирующего материала, которые установлены на экране, расположены между нижним направляющим дугу рогом и верхним направляющим дугу рогом и обращены к отгибу нижнего направляющего дугу рога, причем выступы имеют призматическую или псевдопризматическую форму.
Посредством изобретения, выступы дают возможность заново центрировать электрическую дугу, охлаждая ее при этом за счет генерирования газа. Охлаждение пространства между контактами предотвращает любое повторяющееся напряжение перекрытия несмотря на механический дребезг контактного пальца. На практике, пространство между контактами имеет электрическую емкость, которая больше нормальной. Помимо этого, выступы имеют уменьшенный размер, чтобы не оказывать негативное влияние на эффективность переключения автоматического выключателя электрической цепи и на его коммутационную износостойкость.
В соответствии с полезными, но необязательными аспектами изобретения, такой автоматический выключатель электрической цепи включает в себя один или несколько следующих признаков, взятых в любой технически допустимой комбинации:
- нижний направляющий дугу рог снабжен двумя параллельными отгибами, образующими край, а два выступа расположены по обе стороны отгибов нижнего направляющего дугу рога;
- выступы симметричны относительно центральной плоскости дугогасительной камеры;
- по меньшей мере один выступ имеет высоту, находящуюся в диапазоне между 12 и 30 мм, предпочтительно равную 18 мм, ширину, находящуюся в диапазоне между 18 и 30 мм, предпочтительно равную 28 мм, и максимальную толщину, находящуюся в диапазоне между 3 и 13 мм, предпочтительно равную 11 мм;
- по меньшей мере один выступ имеет минимальную толщину в диапазоне между 0 и 5 мм, предпочтительно равную 3 мм;
- газогенерирующий материал по меньшей мере одного выступа является синтетическим, в частности представляет собой стеклонаполненный полиамид типа 66;
- верхний направляющий дугу рог содержит по меньшей мере одно отверстие для выпуска газа, генерированного по меньшей мере одним выступом;
- узел опоры содержит множество вторых контактных площадок, количество которых находится в диапазоне между 4 и 12, а предпочтительно составляет 10;
- верхний и нижний направляющие дугу рога выполнены из стали;
- выступы составляют неотъемлемую часть экрана.
Изобретение станет более понятным, а очевидность остальных его преимуществ станет нагляднее в свете нижеследующего описания автоматического выключателя электрической цепи в соответствии с изобретением, которое приводится исключительно в качестве неограничительного примера и со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:
- на фиг.1 представлено поперечное сечение вдоль плоскости P автоматического выключателя электрической цепи в соответствии с изобретением, когда автоматический выключатель электрической цепи находится в замкнутом положении;
- на фиг.2 представлено поперечное сечение, аналогичное показанному на фиг.1, когда автоматический выключатель электрической цепи находится в разомкнутом положении;
- на фиг.3 представлено частичное перспективное изображение дугогасительной камеры автоматического выключателя электрической цепи согласно фиг.1;
- на фиг.4 представлено перспективное изображение нижнего направляющего дугу рога и экрана, выполненного из изолирующего материала, дугогасительной камеры согласно фиг.3;
- на фиг.5 представлен вид компонентов согласно фиг.4, соответствующий стрелке V, показанной на фиг.4; и
- на фиг.6 представлено изображение в разобранном виде элементов, представленных на фиг.4.
На фиг.1 и 2 показан автоматический выключатель 1 электрической цепи. Конфигурация автоматического выключателя 1 электрической цепи обеспечивает прекращение протекания электрического тока в электрической цепи. На практике, конфигурация автоматического выключателя 1 электрической цепи обеспечивает прекращение протекания всех токов, а в частности - токов короткого замыкания, в электрической цепи. Например, автоматический выключатель 1 электрической цепи представляет собой низковольтный высокоамперный автоматический выключатель, имеющий конфигурация обеспечивает переключение тока некоторого промежуточного уровня, например - в диапазоне между 10 и 35 кА (среднеквадратическое значение), и электрического напряжения в диапазоне, например, между 400 и 700 В.
Автоматический выключатель 1 электрической цепи содержит изолирующий корпус 2. Корпус 2 содержит основание 3. Основание 3 определяет плоскость P3 корпуса 2. Внутри изолирующего корпуса 2 расположены устройство 4 с отделяемыми контактами, дугогасительная камера 6, первая неподвижная область 8 контакта и вторая неподвижная область 10 контакта.
Первая и вторая области 8 и 10 контакта представляют собой области контактов электрических соединений, имеющие конфигурацию, которая обеспечивает электрическую связь электрической цепи с контактными площадками автоматического выключателя 1. Первая и вторая области 8 и 10 контакта неподвижны на основании 3 корпуса 2.
Конфигурация устройства 4 с отделяемыми контактами обеспечивает размыкание или замыкание электрической цепи, в которой установлен автоматический выключатель 1. Устройство 4 автоматического выключателя 1 электрической цепи содержит контактный механизм 12, узел 14 опоры и неподвижный главный контакт 16.
Конфигурация контактного механизма 12, которая сама по себе известна, обеспечивает перемещение узла 14 опоры между первым положением, в котором происходит замыкание автоматического выключателя 1 электрической цепи, и вторым положением, в котором происходит размыкание автоматического выключателя 1 электрической цепи. Таким образом, механизм 12 выполнен с возможностью перемещения узла 14 опоры между его первым положением и его вторым положением с помощью рукоятки 20 и основан на принципе электромагнитного и/или механического управления. Помимо прочих деталей, контактный механизм 12 содержит пружинное устройство.
С учетом этого, отметим, что автоматический выключатель 1 содержит электромагнитный исполнительный механизм и механический исполнительный механизм, которые не представлены на чертежах.
Электромагнитный исполнительный механизм содержит сердечник, катушку и систему кулачков. На практике, когда по электрической цепи проходит ток перегрузки или ток короткого замыкания, электромагнитный исполнительный механизм передает в контактный механизм 12 команду разомкнуть автоматический выключатель 1.
Механический исполнительный механизм содержит рычаг, который пользователь может перемещать между поднятым положением и опущенным положением. Таким образом, когда пользователь хочет осуществить замыкание или размыкание автоматического выключателя 1, механический исполнительный механизм передает команду в контактный механизм 12.
Главный контакт 16 автоматического выключателя 1 электрической цепи соединен с первой областью 8 контакта корпуса 2 и содержит первую контактную площадку 18, которую поэтому называют неподвижной контактной площадкой. Таким образом, первая контактная площадка 18 неподвижного главного контакта 16 электрически соединена с первой областью 8 контакта. Первая контактная площадка 18 имеет плоскую удлиненную прямоугольную форму, как можно увидеть на фиг.3.
Как вариант, главный контакт 16 может содержать некоторое количество контактных площадок 18.
Главный контакт 16 также содержит площадку 17 контакта с дугой. Площадка 17 контакта с дугой электрически соединена с первой областью 8 контакта и таким образом - с первой контактной площадкой 18. Площадку 17 контакта называют неподвижной площадкой контакта с дугой. Площадка 17 контакта с дугой имеет прямоугольную удлиненную форму. Ее длина, например, меньше, чем длина контактной площадки 18.
И наконец, главный контакт 16 содержит выемку 40 и две ступени 41. Выемка 40 простирается параллельно контактным площадкам 17 и 18 с той стороны контактной площадки 17, которая противоположна контактной площадке 18. Ступени 41 расположены по обе стороны выемки 40.
Узел 14 опоры выполнен из изолирующего материала. Узел 14 ограничивает первую ось X14 поворота и снабжен множеством подвижных контактов 15.
Подвижные контакты 15 параллельны друг другу и имеют одинаковую длину. На практике, подвижные контакты 15 простираются поперечно по отношению к контактным площадкам 17 и 18, в направлении, перпендикулярном оси X14. Каждый подвижный контакт 15 содержит выступающую часть 21 и вторую контактную площадку 22. Выступающая часть 21 каждого подвижного контакта 15 содержит площадку 23 контакта с дугой. Конфигурация площадок 23 контакта с дугой, принадлежащих подвижным контактам 15, обеспечивает взаимодействие с неподвижной площадкой 17 контакта с дугой.
На практике, узел 14 содержит множество вторых контактных площадок 22, количество которых находится в диапазоне между 4 и 12, а предпочтительно составляет 10.
Как вариант, узел 14 может содержать один-единственный подвижный контакт 15.
Подвижные контакты 15 узла 14 выполнены с возможностью перемещения относительно узла 14 и вокруг второй оси X15, параллельной первой оси X14, между так называемым опущенным положением, в котором подвижные контакты 15 замкнуты на неподвижный главный контакт 16, и так называемым поднятым положением, в котором подвижные контакты 15 отделены от неподвижного главного контакта 16.
Пружинное устройство механизма 12 опирается на подвижные контакты 15, и поэтому его конфигурация вынуждает поворот подвижных контактов 15 вокруг оси X15 в направлении против часовой стрелки на фиг.1.
Узел 14 опоры также содержит внутреннее электрическое соединение, которое не представлено на чертежах и конфигурация которого обеспечивает электрическую связь контактных площадок 22 и 23 подвижных контактов 15 со второй областью 10 контакта автоматического выключателя 1.
Узел 14, а значит - и подвижные контакты 15, выполнены с возможностью перемещения относительно корпуса 2 и поворота вокруг оси X14 поворота между первым положением замыкания, в котором вторые контактные площадки 22 находятся в контакте с первой контактной площадкой 18, и вторым положением размыкания, в котором вторые контактные площадки 22 отделены от первой контактной площадки 18. Таким образом, можно сказать, что площадки 23 контакта с дугой и вторые контактные площадки 22 выполнены с возможностью перемещения.
В частности, узел 14 и подвижные контакты 15 расположены так, что повороты вокруг соответствующих осей X14 и X15 имеют противоположные направления. Например, когда узел 14 переходит из положения замыкания в положение размыкания, узел 14 поворачивается вокруг оси X14 в направлении по часовой стрелке, тогда как подвижные контакты 15 переходят из поднятого положения в опущенное положение и поворачивается вокруг оси X15 в направлении против часовой стрелки.
Конфигурация дугогасительной камеры 6 обеспечивает поглощение электрической энергии, генерируемой электрической дугой, которая образуется между первой контактной площадкой 18 и вторыми контактными площадками 22, когда подвижные контакты 15 перемещаются из своего первого положения в свое второе положение, то есть, когда вторые контактные площадки 22 отделены от первой контактной площадки 18. На практике, конфигурация дугогасительной камеры 6 обеспечивает стимуляцию, прежде всего, удлинения, а затем - разрыва и гашения электрической дуги.
Дугогасительная камера 6 содержит пакет пластин 24, верхний рог 26, нижний рог 28 и экран 30, выполненный из изолирующего материала. Камера 6 дополнительно содержит две боковые стенки 25 и нижнюю стенку 27. Стенки 25 и 27 ограничивают с помощью рогов 26 и 28 и экрана 30 клетку камеры 6. Символ P обозначает центральную плоскость дугогасительной камеры 6, перпендикулярную плоскости P3 основания 3 корпуса 2. Таким образом, плоскость P определяет центральную главную плоскость автоматического выключателя 1.
Нижняя стенка 27 снабжена пористой системой фильтрации, которая дает возможность охлаждать газ, присутствующий в камере 6. Охлаждение газа дает возможность поддерживать требуемое давление внутри камеры 6 и таким образом избегать избыточного давления, которое могло бы снизить эффективность переключения дугогасительной камеры 6. Как вариант, нижняя стенка 27 может и не иметь системы фильтрации. Пластины 24 являются металлическими, а их конфигурация обеспечивает возбуждение деионизации электрической дуги, когда последняя присутствует в дугогасительной камере 6. Каждая пластина 24 камеры 6 содержит V-образный центральный вырез 32, расположенный между двумя промежуточными дугоприемными краями 34. Края 34 симметричны относительно плоскости P камеры 6 и могут быть прямолинейными или чашевидными. На практике, плоскость P камеры 6 проходит через вырезы 32 пластин 24.
Верхний и нижний рога 26 и 28 выполнены из стали, а их конфигурация обеспечивает направление электрической дуги от положения, где она зарождается, между первой контактной площадкой 18 и вторыми контактными площадками 22 вовнутрь дугогасительной камеры 6.
Верхний рог 26 содержит наклонный участок 36. Участок 36 снабжен отгибом 38, который отогнут вниз в направлении, по существу, перпендикулярном плоскости P3 основания 3 корпуса 2. Отгиб 38 верхнего рога 26 расположен поперечно пластинам 24. Верхний рог 26 снабжен отверстием 29, позволяющим отводить ионизированный газ, генерируемый в камере 6 во время прекращения протекания токов короткого замыкания. Выпуск газа через это отверстие 29 дает возможность облегчить восстановление газообразной среды между подвижными контактами 15 и неподвижным контактом 16. Выпуск газа также дает возможность поддерживать требуемое давление внутри камеры 6 и таким образом избегать избыточного давления, которое могло бы снизить эффективность переключения дугогасительной камеры 6. Как вариант, верхний рог 26 может быть снабжен некоторым количеством выпускных отверстий.
Нижний рог 28 простирается между неподвижным главным контактом 16, который крепится к первой контактной площадке 8, и дугогасительной камерой 6. На практике, нижний рог 28 электрически связан с неподвижным главным контактом 16. Нижний рог 28 представляет собой одну из концевых пластин 24 дугогасительной камеры 6 и содержит язычок 42 и два отгиба 44, расположенные с обеих сторон выреза 46.
Язычок 42 нижнего рога 28 расположен в гнезде 43 экрана 30, выполненного из изолирующего материала. На практике, язычок 42 окружен экраном 30, крепится к нему и находится внутри дугогасительной камеры 6.
Отгибы 44 параллельны друг другу и простираются в направлении, параллельном плоскости P3, между неподвижной площадкой 17 для контакта с дугой неподвижного главного контакта 16 и язычком 42. В частности, они выступают в направлении, перпендикулярном плоскости P3, к верхнему рогу 26. В конфигурации автоматического выключателя 1 в сборе, край 45 отгибов 44 расположен в выемке 40 неподвижного главного контакта 16. Отгибы 44 симметричны относительно центральной плоскости P камеры 6. Вырез 46 обращен к неподвижной площадке 17 контакта с дугой главного контакта 16 и к подвижным контактам 15 автоматического выключателя 1 электрической цепи.
Как вариант, нижний рог 28 может содержать один-единственный отгиб 44.
Конфигурация экрана 30, выполненного из изолирующего материала, обеспечивает электрическую изоляцию основания 3 корпуса 2 от дугогасительной камеры 6. Экран 30 содержит гнездо 43 и два плоских участка 50. Плоские участки расположены по обе стороны гнезда 43, а каждый из них содержит конец 52. Концы 52 ограничивают между собой проем 54. Проем 54 предусмотрен для заключения в него главного контакта 16. На практике, конфигурация автоматического выключателя 1 в сборе, предусматривает расположение главного контакта 16 в проеме 54 экрана 30, при этом концы 52 экрана 30 расположены на ступенях 41 главного контакта 16.
Два выступа 48 установлены на плоских участках 50 экрана 30 по обе стороны гнезда 43 и проема 54, в котором располагают главный контакт 16.
Как вариант, автоматический выключатель 1 может содержать один-единственный выступ 48.
Выступы 48 составляют неотъемлемую часть экрана 30.
Выступы 48, выполнены из газогенерирующего материала. Определение «газогенерирующий» следует понимать как означающее, что материал способен генерировать газ, когда подвергается воздействию определенной температуры. На практике, конфигурация выступов 48 обеспечивает генерирование охлаждающего газа, такого, как водород, когда их поверхности подвергается воздействию очень высокой температуры, а именно, порядка 800 °C. Газогенерирующий материал выступов 48 является синтетическим, в частности представляет собой полиамид типа 66, в котором наполнение стекловолокном находится в диапазоне между 10 % и 30 %.
Таким образом, конфигурация автоматического выключателя 1 в сборе предусматривает, что выступы 48 расположены у входа дугогасительной камеры 6 между нижним рогом 28 и верхним рогом 26 и обращены к губкам 44 нижнего рога 28. На практике, выступы 48 расположены в направлении, параллельном оси X14, по обе стороны отгибов 44 нижнего рога 28. Помимо этого, выступы 48 симметричны относительно центральной плоскости P дугогасительной камеры 6.
Выступы 48 имеют призматическую или псевдопризматическую форму. В частности, позиция 56 обозначает основание призмы, образующей выступ 48. Основание 56 имеет, например, трапецеидальную форму.
Символ H обозначает высоту выступов 48. Высота H находится в диапазоне между 12 и 30 мм, а предпочтительно равна 18 мм.
Кроме того, символ L обозначает ширину выступов 48. Ширина L находится в диапазоне между 18 и 30 мм, а предпочтительно равна 28 мм.
В заключение отметим, что символ E обозначает максимальную толщину, а символ e обозначает минимальную толщину выступов 48. Максимальная толщина E находится в диапазоне между 3 и 13 мм, а предпочтительно равна 11 мм, тогда как минимальная толщина e находится в диапазоне между 0 и 5 мм, а предпочтительно равна 3 мм.
Автоматический выключатель 1 работает следующим образом.
Когда автоматический выключатель 1 находится в замкнутой конфигурации, узел 14 опоры находится в положением замыкания и гарантирует прохождение электрического тока. Подвижные контакты 15 находятся в поднятом положении. Подвижные контактные площадки 22 подвижных контактов 15 опираются на контактную площадку 18 неподвижного главного контакта 16. Давление контактных площадок 22 подвижных контактов на контактную площадку 18 гарантируется пружинным устройством механизма 12. Площадки 23 контакта с дугой подвижных контактов 15 отделены от неподвижной площадки 17 контакта с дугой неподвижного главного контакта 16. Между площадками 17 и 23 контакта с дугой существует ненулевое расстояние, определяемое перпендикулярно оси X14. Таким образом, электрический ток проходит исключительно между контактными площадками 18 и 22.
Когда электромагнитный исполнительный механизм или механический исполнительный механизм автоматического выключателя 1 предписывает размыкание электрической цепи, узел 14 опоры поворачивается вокруг оси X14 из первого положения (замыкания) во второе положение (размыкания) контактных площадок 18 и 22. Помимо этого, подвижные контакты 15 поворачиваются вокруг оси X15 из поднятого положения в опущенное положение. На практике, соответствующие повороты узла 14 и подвижных контактов 15 происходят в противоположных направлениях. Ввиду этих противоположных поворотов, до того, как подвижные контактные площадки 22 подвижных контактов 15 можно будет отделить от неподвижной контактной площадки 18 главного контакта 16, площадки 23 контакта с дугой, принадлежащие контактам 15, вступают в контакт на принадлежащей главному контакту 16 неподвижной площадке 17 контакта с дугой. Расстояние, которое существует между контактными площадками 17 и 23 в положении замыкания узла 14, сводится на нет.
Когда узел 14 опоры продолжает свой поворот к положению размыкания, а подвижные контактные площадки 22 подвижных контактов 15 отделяются от неподвижной контактной площадки 18 главного контакта 16, площадки 17 и 23 контакта с дугой остаются упирающимися друг в друга. На практике, размыкание контактных площадок 18 и 22 происходит без образования электрической дуги, а электрический ток проходит через контактные площадки 17 и 23.
И наконец, при продолжении поворота узла 14 опоры, площадки 17 и 23 контакта с дугой отделяются друг от друга, и между последними образуется электрическая дуга. Таким образом, наличие площадок 17 и 23 контакта с дугой предотвращает эрозию контактных площадок 18 и 22 главного контакта.
Форма неподвижной площадки 17 контакта с дугой дает возможность добиться центрирования дуги относительно центральной плоскости P камеры 6. Это уменьшает износ боковых стенок 25 камеры 6, в результате чего получается заметное повышение коммутационной износостойкости автоматического выключателя 1.
38
Ввиду близости отгибов 44 нижнего рога 28 к неподвижной площадке 17 контакта с дугой, электрическая дуга вынуждена мигрировать к нижнему рогу 28. В частности, электрическая дуга устанавливается между краем 45 нижнего рога 28 и отгибом  верхнего рога 26.
Как известно, форма нижнего и верхнего рогов 28 и 26 обеспечивает направление электрической дуги вовнутрь дугогасительной камеры 6. Электрическая энергия, связанная с электрической дугой, рассеивается в виде тепла и вызывает весьма значительное увеличение температуры, которая в столбе дуги достигает, например, 4000°C. Такая температура вызывает испарение поверхности выступов 48 и тем самым - образование охлаждающего газа. Поэтому действие охлаждения электрической дуги, оказываемое этим газом, образуемым выступами 48, интенсифицируется.
Газ, образованный выступами 48, затем выпускается через выпускное отверстие, находящееся в верхнем роге 26 дугогасительной камеры 6.
Вышеуказанный вариант осуществления и его разновидности можно объединять друг с другом для создания новых вариантов осуществления изобретения.