АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬНОЙ СВЯЗЬЮ
AUTOMATIC BREAKER WITH AUTOMATIC ISOLATING LINK

[Область техники]
Изобретение относится вообще к автоматическому выключателю, а в частности, к автоматическому выключателю с автоматической разъединительной связью, способной предотвращать повреждение и деформацию деталей путем автоматического разъединения связи до того, как ударная нагрузка в результате электрического импульса, создаваемая изнутри автоматического выключателя сильным током короткого замыкания, вызовет повреждение и деформацию размыкательно-замыкательной связи.
[Предыдущий уровень техники]
В общем случае автоматический выключатель представляет собой электрическое защитное устройство, устанавливаемое между источником электропитания и единицами нагрузки для защиты единиц нагрузки, таких как электродвигатель и трансформатор, а также электрической линии от аномального тока (сильного тока, вызванного, например, коротким замыканием и замыканием на землю), возникшего в электрической цепи, такой как линия электропередачи, распределительная линия и частные трансформаторные установки. Другими словами, автоматический выключатель представляет собой автоматический электрический переключатель, который прерывает либо ограничивает протекание электрического тока во внезапно перегруженной или по-иному аномально нагруженной электрической цепи. Автоматический выключатель обеспечивает автоматическое прерывание тока в контролируемой цепи при возникновении нежелательных ситуаций сверхтока. Ситуация сверхтока включает, например дуговые замыкания, перегрузки, замыкания на землю и короткие замыкания.
Кроме того, автоматический выключатель, изолированный изоляционным материалом на отключающем механизме, позволяет вручную размыкать или замыкать электрическую линию в нормальном состоянии использования, размыкать или замыкать линию с удаленного расстояния с помощью электрического устройства управления, расположенного снаружи металлического контейнера, и автоматически отключать линию при возникновении сверхтока и тока короткого замыкания для защиты силового оборудования и единиц нагрузки.
Для отключения линии автоматический выключатель оснащается неподвижным контактором и подвижным контактором на отключающем механизме, в котором протекание тока в нормальном состоянии обеспечивается посредством соединения неподвижного контактора и подвижного контактора, а при возникновении сбоя в любой части линии, приводящего к возникновению сильного тока, подвижный контактор мгновенно отделяется от неподвижного контактора, чтобы разомкнуть цепь.
Ток нормальной нагрузки течет при подключенном (рабочем) положении, в котором подвижный контактор и неподвижный контактор полностью соединены, так что выключатель может выдерживать ударную нагрузку, вызываемую током короткого замыкания, в течение заданного времени в зависимости от тока короткого замыкания в соответствии с допустимой нагрузкой автоматического выключателя. Ток короткого замыкания, выдерживаемый автоматическим выключателем, воспринимается реле расцепления и исполнительным устройством, чтобы расцепить рабочий механизм.
ФИГ.1 представляет собой схематичную конфигурацию обычного автоматического выключателя, в котором пружина расцепления сжата с возможностью отключения точки контакта; ФИГ.2 представляет собой схематичную конфигурацию обычного автоматического выключателя, в котором пружина расцепления растянута с возможностью отключения точки контакта; и ФИГ.3 представляет собой схематичную конфигурацию, в которой пропускают сверхток для отключения точки контакта в примере осуществления, показанном на ФИГ.2.
Согласно ФИГ.1-3, верхний или нижний вывод (1, 2), состоящий из неподвижной точки контакта и подвижной точки контакта, может быть неподвижным, и автоматический выключатель может включать подвижный электропроводный узел (3), установленный с возможностью поворота на верхнем или нижнем выводе (1, 2), и рабочий механизм (10), поворачивающий подвижный электропроводный узел (3), чтобы включить или отключить подвижную точку контакта и неподвижную точку контакта,
В положении соединения (ВКЛЮЧЕНО) размыкательный рычаг (23) и размыкательная защелка (22) взаимно соединены для обеспечения состояния ВКЛЮЧЕНО, в котором подвижный электропроводный узел (3) и неподвижная точка контакта соприкасаются, и в случае обнаружения сильного тока, вызванного разрушительными условиями (включающими, но не исчерпывающимися перегрузкой по току, замыканиями на землю, условиями превышения напряжения и дуговыми замыканиями), соленоид расцепления (19) может поворачивать размыкательный рычаг (23), чтобы освободить состояние контакта между размыкательным рычагом (23) и размыкательной защелкой (22), осуществляя таким образом операцию отделения подвижного электропроводного узла (3) от верхнего вывода (1).
Более конкретно, ФИГ.1 относится к отключенному состоянию точки контакта на подвижном электропроводном узле (3) автоматического выключателя, в котором размыкательно-замыкательная ось (14) рабочего механизма (10) повернута, чтобы войти в контакт со стопором (18) размыкательно-замыкательной оси. Как показано на ФИГ.1, соединительная пружина (56) сжимается поворотным ведущим рычагом (16) за счет поворота кулачка (12) под действием мотора или воздействия вручную (не показано). Кулачок (12), в котором сжимается соединительная пружина (56), может поддерживать равновесие с помощью рычага включения (20), контактирующего с соединительной защелкой (13). Соединительное звено включения (17), контактирующее с соединительной кнопкой (25) или соединительным соленоидом (не показан), может находиться в положении, обеспечивающем поворот рычага включения (20).
При перемещении соединительного звена включения (17) вниз для поворота рычага включения (20) соединительная защелка (13) освобождает кулачок (12), и усилие соединительной пружины (56) сообщается переключательному звену (15) через ведущий рычаг (16), при этом размыкательно-замыкательная ось (14) поворачивается по часовой стрелке, чтобы растянуть размыкательную пружину (57), как показано на ФИГ.2. Подвижный электропроводный узел (3) может контактировать с неподвижной точкой контакта верхнего вывода (1) в ответ на поворот размыкательно-замыкательной оси по часовой стрелке, чтобы проводить ток в нижний вывод (2) и верхний вывод (2). Одновременно также сжимается пружина сжатия (58), чтобы обеспечить автоматическому выключателю сопротивление на короткий период времени (способность проведения тока короткого замыкания в течение одной секунды). Пружина сжатия (58) сообщает усилие на размыкание подвижного электропроводного узла (3).
Как показано на ФИГ.2, равновесие автоматического выключателя в соединенном состоянии поддерживается с помощью размыкательной защелки (22), запирающей размыкательный рычаг (23) через переключательное звено (15) и соединительное звено (28). При этом операция отключения такова, что если размыкательный рычаг (23) поворачивается посредством размыкательной кнопки (26), пластины отключения или соленоида расцепления (19), размыкательная защелка (22) поворачивается, чтобы освободить переключательное звено (15), переключенное в соединенное состояние, для обеспечения поворота размыкательно-замыкательной оси (14) против часовой стрелки посредством размыкательной пружины (57) и пружины сжатия (58) и для обеспечения отключенного состояния точек контакта, как показано на ФИГ.3. Кулачок (12) может повторно поворачиваться, чтобы сжать соединительную пружину (56), как показано на ФИГ.1.
Если сверхток протекает, когда автоматический выключатель находится в соединенном состоянии, как показано на ФИГ.2, из-за эффекта электродинамической компенсации возникает ударная нагрузка в результате электрического импульса за счет тока между подвижным электропроводным узлом (3) и неподвижной точкой контакта верхнего вывода. Через передаточное звено (4) ударная нагрузка может передаваться элементам в различных рабочих механизмах (10), например переключательному звену (15), соединительному звену (28) и размыкательной защелке (22).
Хотя автоматический выключатель может выдерживать ударную нагрузку в пределах его сопротивления в течение кратковременного периода за счет силы сжатия пружины сжатия (58) и переключательного звена (15), в случае, если ток короткого замыкания, превышающий нормальный, протекает в подвижном электропроводном узле (3), через передаточное звено (4) рабочим механизмам передается большая ударная нагрузка, деформирующая или повреждающая переключательное звено (15) до того, как реле расцепления (не показано) и соленоид расцепления (19) освободят размыкательный рычаг (23).
[Техническая проблема]
Настоящее изобретение создано в связи с вышеприведенными проблемами, и указанные выше и другие недостатки и дефекты известного уровня техники устраняются либо сводятся к минимуму благодаря автоматическому выключателю с автоматической разъединительной связью, способной предотвращать повреждение и деформацию деталей путем автоматического разъединения связи до того, как ударная нагрузка в результате электрического импульса, создаваемая изнутри автоматического выключателя сильным током короткого замыкания, приведет к повреждению и деформации размыкательно-замыкательной связи.
Вышеизложенные и другие цели, признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеприведенного подробного описания настоящего изобретения и примеров осуществления в сочетании с приложенными чертежами.
[Техническое решение]
Автоматический выключатель с автоматической разъединительной связью для достижения вышеупомянутых целей, включающий подвижный электропроводный узел (3) для пропускания тока избирательно через первый вывод (2) и второй вывод (1) путем контактирования со вторым выводом (1) при электрическом соединении с первым выводом (2), и размыкательно-замыкательную связь, включающую соединительное звено (140) для передачи ударной нагрузки от подвижного электропроводного узла (3) расцепительному ролику (55) в качестве действующей силы, при этом автоматический выключатель содержит: размыкательный рычаг (190), второе звено (160), выполненное с возможностью поворота вокруг стопорной оси (150а), третье звено (170) со сцепляемой боковой поперечной поверхностью, запирающейся внешней круговой поверхностью размыкательного рычага (190) при перемещении относительно второго звена (160) посредством фиксации с возможностью поворота расцепительного ролика (55), и пружину (180), расположенную между вторым звеном (160) и третьим звеном (170) таким образом, чтобы приложить силу упругости (Fs) по линии действия (99), при этом составляющая (77р) действующей силы (77), направленная по линии действия, противодействует силе упругости (Fs), а запертое размыкательным рычагом (190) состояние боковой поперечной поверхности третьего звена (170) освобождается в любой момент при любых обстоятельствах, когда составляющая (77р) превышает силу упругости (Fs) на заданный уровень.
Примеры осуществления этого аспекта могут включать один или более следующих признаков.
Второе звено (160) может быть выполнено с выступом на его боковой поверхности в виде фрикционного штифта (161), а третье звено (170) может быть выполнено с пробивкой продолговатого отверстия (172), в которое в продольном направлении может вставляться фрикционный штифт (161) со стороны боковой поверхности, обращенной ко второму звену (160), для перемещения относительно второго звена (160).
Соединительное звено (140) может быть выполнено со стопорной поверхностью (140с) на поверхности, соприкасающейся с расцепительным роликом (55), причем стопорная поверхность (140с) предотвращает дальнейшее перемещение соединительного звена (140), контактирующего с расцепительным роликом (55), когда возникает относительное перемещение соединительного звена (140) на заданное расстояние под действием ударной нагрузки (88).
Третье звено (170) может включать криволинейную поверхность (170а) на боковой поперечной поверхности, контактирующей с размыкательным рычагом (190) для сцепления с внешней круговой поверхностью размыкательного рычага (190), и заостренную вершину (170b), выполненную на удаленном конце криволинейной поверхности (170а).
Продолговатое отверстие (172) в третьем звене (170) может располагаться параллельно линии действия (99) пружины (180).
Третье звено (170) может также включать пару опор (181) пружин, выполненных на каждой стороне второго звена (160) для неподвижного закрепления между парой третьих звеньев (170), а пружина (180) выполнена с возможностью сжатия или растяжения между опорой (181) пружины и вторым звеном (160).
[Преимущества использования]
Автоматический выключатель с автоматической разъединительной связью в соответствии с первым примером осуществления действует таким образом, что пружиной создается упругая сила так, что боковая поперечная поверхность третьего звена может сцепляться с размыкательным рычагом, при этом составляющая действующей силы, создаваемой соединительным звеном относительно расцепительного ролика, закрепленного с возможностью поворота на третьем звене, может противодействовать упругой силе, за счет чего боковая поверхность третьего звена может освобождаться, находясь в сцеплении с внешней круговой поверхностью размыкательного рычага даже в том случае, если ударная нагрузка от подвижного электропроводного узла воздействует значительно, способствуя автоматическому снятию сопротивления между размыкательно-замыкательной связью и расцепительным роликом и эффективно предотвращая поломку элементов размыкательно-замыкательной связи, включающей размыкательно-замыкательную ось, переключательное звено и соединительное звено.
[Описание чертежей]
ФИГ.1 представляет собой схему конфигурации автоматического выключателя, на которой соединительная пружина сжата для отключения точки контакта.
ФИГ.2 представляет собой схему конфигурации автоматического выключателя, на которой соединительная пружина растянута для включения точки контакта.
ФИГ.3 представляет собой схему конфигурации автоматического выключателя, на которой пропускается сверхток для отключения точки контакта в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.2.
ФИГ.4 представляет собой схему конфигурации основных элементов, на которой показано состояние соединения размыкательно-замыкательной связи и автоматической разъединительной связи в автоматическом выключателе в соответствии с примером осуществления.
ФИГ.5 представляет собой схему конфигурации рабочего состояния автоматического разъединения в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4.
ФИГ.6 представляет собой схему конфигурации завершенного рабочего состояния автоматического разъединения в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4.
ФИГ.7 представляет собой вид сбоку первого звена в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4.
ФИГ.8 представляет собой вид сбоку второго звена в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4.
ФИГ.9 представляет собой вид сбоку третьего звена в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4.
ФИГ.10 представляет собой вид сбоку автоматической разъединительной связи в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4.
ФИГ.11 представляет собой общий вид примера осуществления, показанного на ФИГ.10.
[Лучший пример осуществления]
Примеры осуществления автоматического выключателя с автоматической разъединительной связью в соответствии с настоящим новым принципом будут описаны подробно со ссылкой на приложенные чертежи, предпочтительно ФИГ.1-3. Для ясности изобретения подробное описание в отношении известного уровня техники или конструкции опускается.
ФИГ.4 представляет собой схему конфигурации основных элементов, на которой показано состояние соединения размыкательно-замыкательной связи и автоматической разъединительной связи в автоматическом выключателе в соответствии с примером осуществления; ФИГ.5 представляет собой схему конфигурации рабочего состояния автоматического разъединения в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4; ФИГ.6 представляет собой схему конфигурации завершенного рабочего состояния автоматического разъединения в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4; ФИГ.7 представляет собой вид сбоку первого звена в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4; ФИГ.8 представляет собой вид сбоку второго звена в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4; ФИГ.9 представляет собой вид сбоку третьего звена в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4; ФИГ.10 представляет собой вид сбоку автоматической разъединительной связи в соответствии с примером осуществления, показанным на ФИГ.4; ФИГ.11 представляет собой общий вид примера осуществления, показанного на ФИГ.10.
Автоматический выключатель в соответствии с настоящим изобретением может включать размыкательно-замыкательные связи (110, 120, 130, 140, далее называемые  ′110-140′), прикладывающие действующую силу (77) к расцепительному ролику (55) в ответ на получение ударной нагрузки (88) от подвижного электропроводного узла (3), и автоматические разъединительные связи (150, 160, 170, 180, далее называемые ′150-180′), выполненные для автоматического снятия сцепленного состояния размыкательным рычагом (190), поперечная поверхность которого имеет форму полукруглого столбика и находится в контакте с третьим звеном (170), когда действующая сила (77) размыкательно-замыкательных связей (110-140) действует чрезмерно.
Размыкательно-замыкательные связи (110-140) могут включать размыкательно-замыкательную ось (110), выполненную с возможностью поворота относительно неподвижной оси шарнира (110а) в направлении, показанном позицией 110d, когда передается ударная нагрузка (88) от подвижного электропроводного узла (3); первое переключательное звено (120), взаимно соединенное с возможностью поворота размыкательно-замыкательной осью (110) и первой соединительной осью (120а); второе переключательное звено (130), взаимно соединенное с возможностью поворота первым переключательным звеном (120) и переключательной осью (130а); и соединительное звено (140), взаимно соединенное с возможностью поворота вторым переключательным звеном (130) и второй соединительной осью (130b) и расположенное с возможностью поворота относительно неподвижной оси шарнира (140а).
Размыкательно-замыкательные связи (110-140) могут прикладывать действующую силу (77) к расцепительному ролику (55), контактирующему с удаленной поперечной поверхностью (140с) соединительного звена (140), в ответ на ударную нагрузку (88) от подвижного электропроводного узла (3).
Автоматические разъединительные связи (150-180) могут включать первое звено (150), выполненное с возможностью поворота относительно стопорной оси (150а); второе звено (160), целиком сцепленное с первым звеном (150) и соединительной осью (152р) для поворота относительно стопорной оси (150а) и размещенное с фрикционным штифтом (161), выполненным выступающим на каждой его боковой поверхности; третье звено (170), включающее криволинейную поверхность (170а), выполненную с продолговатым отверстием (172), сквозь которое может проходить фрикционный штифт (161) второго звена (160), заостренную вершину (170b), выполненную на удаленном конце криволинейной поверхности (170а), и пружину (180), установленную сжатой на заданную величину между опорой пружины (181), зафиксированной на третьем звене (170), и вторым звеном (160).
Согласно ФИГ.7 и 11 первое звено (150), или, точнее, пара первых звеньев (150) может быть выполнена с каждой боковой поверхности второго звена (160). Первое звено (150) может быть выполнено с пробивкой по центру одиннадцатого соединительного отверстия (151) для размещения стопорной оси (150а). Первое звено (150) может быть выполнено с пробивкой двенадцатого соединительного отверстия (152), заклепанного соединительной осью (152р) для полного сцепления со вторым звеном (160). Первое звено (150) может быть выполнено с пробивкой тринадцатого соединительного отверстия (153), в которое вставляется штифт, соединяющий пару первых звеньев (150).
Согласно ФИГ.8 и 11 второе звено (160), или, точнее, пара вторых звеньев (160) может быть выполнена с перекрытием по внутренней стороне первого звена (150). Второе звено (160) может быть выполнено с пробивкой фрикционного отверстия (161а), в которое может вставляться фрикционный штифт (161). Второе звено (160) может быть выполнено с выступом (162) для надежной фиксации удаленного конца пружины (180). Второе звено (160) может быть выполнено с пробивкой по центру двадцать первого соединительного отверстия (163) для размещения стопорной оси (150а). Второе звено (160) может быть выполнено с пробивкой двадцать второго соединительного отверстия (164), заклепанного вставленной в него соединительной осью (152р), целиком сцепленной с первым звеном (150). Первое и второе звенья (150, 160) могут быть выполнены по отдельности в виде отдельных элементов, но могут быть выполнены как одно целое в виде единого тела.
Согласно ФИГ.9 и 11 третье звено (170), или, точнее, пара третьих звеньев может быть выполнена с наружной стороны второго звена (160). Третье звено (170) может включать продолговатое отверстие (172), выполненное вдоль линии действия (99) так, что фрикционный штифт (161) может перемещаться по нему с возможностью скольжения; выполненное пробивкой отверстие (173) для фиксации опоры пружины, в которое вставляется выступ (181 а) опоры (181) пружины для фиксации опоры (181) пружины; и сквозное отверстие (174), в которое вставляется ось вращения расцепительного ролика (55) для сцепления расцепительного ролика (55) с возможностью поворота. Таким образом, третье звено (170) может перемещаться по всей длине, соответствующей длине продолговатого отверстия (172) относительно второго звена (160).
Согласно ФИГ.11 пружина (180) с заданной силой сжатия размещена по линии действия (99) между опорой (181) пружины и вторым звеном (160). В результате, на третье звено (170) всегда действует усилие (Fs) пружины, и оно стремится к удалению от второго звена (160) по линии действия (99).
[Принцип работы изобретения]
Далее будет описан принцип работы автоматического выключателя с автоматической разъединительной связью.
ФИГ.4 представляет собой схему конфигурации автоматического выключателя, на которой автоматические разъединительные связи (150-180) установлены в положении размыкательной защелки (22), при этом состояние соединения относительно основных элементов автоматического выключателя показано в соответствии с примером осуществления.
Другими словами, размыкательно-замыкательная ось (110) поворачивается по часовой стрелке, чтобы заставить подвижный электропроводный узел (3) взаимно соединиться с верхним и нижним выводами (1 и 2) с обеспечением между ними состояния электропроводности.
В условиях соединения, когда ударная нагрузка (88), созданная подвижным электропроводным узлом (3), действует на размыкательно-замыкательную ось (110), ударная нагрузка (88) приводит к тому, что на расцепительный ролик (55) автоматических разъединительных связей (150-180) действует сила (77) в направлении, показанном на ФИГ.5, через первое и второе переключательные звенья (120, 130). Эта сила предотвращает поворот первого и третьего звеньев (150, 170) против часовой стрелки относительно стопорной оси (150а) под действием упругой восстанавливающей силы пружины (180) и заставляет третье звено (170) и размыкательный рычаг (190) взаимно соединиться, тем самым обеспечивая переключательным звеньям (120, 130) сохранение переключенного и соединенного состояния. Если ударная нагрузка (88, например, сила, вызванная током короткого замыкания, равным 100 кА) является силой, которую способен выдержать автоматический выключатель, размыкательный рычаг (190) должен повернуться с помощью кнопки расцепления (не показана) и соленоида расцепления (не показан), так что расцепление может быть реализовано, как показано на ФИГ.3.
Однако, если на размыкательно-замыкательную ось (110) в состоянии соединения (см. ФИГ.4) действует ударная нагрузка (88), вызванная током короткого замыкания (например, 150 кА) выше заданного уровня, операция расцепления осуществляется посредством автоматических разъединительных связей (150-180) как автоматическое размыкание контакта с размыкательным рычагом (190), что передается размыкательно-замыкательным связям (110-140) автоматического выключателя, чтобы предотвратить повреждение переключательных звеньев (120, 130) или соединительного звена (140).
Более конкретно, действующая сила (77), перпендикулярно воздействующая на поверхность контакта между расцепительным роликом (55) и соединительным звеном (140), может быть разложена на составляющую (77р) силы, которая параллельна упругому усилию пружины (Fs), которая воздействует на автоматическую разъединительную связь (150-180) в направлении действующей силы (99), и вертикальную составляющую (77v) силы, перпендикулярную усилию пружины (Fs). Параллельная составляющая (77р) силы может воздействовать на расцепительный ролик (55) третьего звена (170) и выдерживать постоянную силу трения, действующую на продолговатое отверстие (172) третьего звена (170) и фрикционный палец (161), и стремящуюся сжать пружину (180).
Если параллельная составляющая (77р) силы больше усилия пружины (Fs) и силы трения из-за сильного тока короткого замыкания, третье звено (170) и расцепительный ролик (55) перемещаются до стопорной поверхности (140с) соединительного звена (140). Стопорная поверхность (140с) находится там, где перемещение относительно расцепительного ролика уже не возникает, когда ударная нагрузка воздействует на соединительное звено (140), соприкасающееся с расцепительным роликом (55), чтобы вызвать относительное перемещение заданной величины, как показано на ФИГ.4.
В то же время, как показано на ФИГ.5, поверхность контакта между размыкательным рычагом (190) и третьим звеном (170) расцепляется, а автоматические разъединительные связи (150-180) поворачиваются вокруг стопорной оси (150а) (см. ФИГ.6) для поворота размыкательно-замыкательной оси (110) и переключательных звеньев (120, 130), посредством чего осуществляется расцепление автоматического выключателя.
Несмотря на то, что настоящее изобретение показано и описано только на примерах его осуществления, общий принцип изобретения не ограничивается вышеизложенными примерами осуществления. Специалистам в данной области техники будет понятно, что возможны разнообразные изменения формы и деталей без отступления от сущности и объема настоящего изобретения, определенного в следующей формуле изобретения.