ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕПЕЙ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Область техники
Настоящая полезная модель относится к электрическому коммутирующему устройству, в частности, автоматическому выключателю или размыкателю, предпочтительно, используемому в цепях низкого напряжения.
Предшествующий уровень техники
Как известно, коммутирующие устройства, используемые в электрических цепях низкого напряжения (то есть для использования при напряжениях до 1000 В переменного тока/1500 В постоянного тока), обычно выключатели, автоматические выключатели, размыкатели и контакторы, обычно называемые "коммутирующими устройствами" и в данном документе в совокупности называемые "выключателями", представляют собой устройства, предназначенные для обеспечения исправной работы конкретных частей электрических цепей и нагрузок, оперативно соединенных с ними. Выключатели могут быть реализованы в различных конфигурациях, например, в так называемых "фиксированных", "подключаемых" или "съемных" исполнениях, и обычно содержат корпус, вмещающий один или более полюсов, причем каждый полюс содержит, по меньшей мере, один неподвижный контакт и один соответствующий подвижный контакт, которые соединены с соответствующими выводами для входного/выходного соединения с соответствующей электрической цепью. Электрические полюса доступны в различных решениях, которые должны обеспечивать надлежащие электрические и механические характеристики.
Специальный приводной механизм вызывает относительное перемещение пар контактов, так что они могут принимать положение соединения (замкнутый выключатель) и положение разъединения (разомкнутый выключатель). Соединение/разъединение контактов происходит в специальных дуговых камерах.
Воздействие приводного механизма на подвижные контакты обычно осуществляется посредством основного стержня, который оперативно соединен с подвижными контактами, или посредством подвижного элемента, который оперативно поддерживает их. Подвижный элемент обычно может быть выполнен как одно целое или посредством конструкции модульного типа, содержащей множество модулей, соединенных посредством соединительных элементов, таких как планки или стяжки.
Приводной механизм обычно состоит из опорной рамы, которая поддерживает кинематическую цепь, содержащую, по меньшей мере, один элемент, оперативно соединенный с основным стержнем или с подвижным элементом, обеспечивая их перемещение.
Приводной механизм обычно включает в себя, по меньшей мере, один размыкающий элемент, приводимый в движение защитным устройством выключателя всякий раз, когда в цепи, в которой установлен выключатель, возникает сбой, например короткое замыкание или перегрузка; причем данное защитное устройство может быть, например, термическим, магнитным, термомагнитным или электронным. Обычно приводной механизм взаимодействует с защитным устройством посредством размыкающего стержня.
И наконец, выключатели могут содержать ряд вспомогательных устройств, включая, например, дополнительные контакты для сигнализации состояния выключателя (разомкнут, замкнут или отключен), исполнительные механизмы для размыкания, замыкания или приведения в исходное состояние, соленоидные исполнительные механизмы, электродвигательные приводы, устройства с пружинной нагрузкой, механизмы размыкания при минимальном и максимальном напряжении, датчики температуры и др.
Вообще, вне зависимости от схемы исполнения коммутирующие устройства должны быть быстродействующими и надежными при приведении в действие, должны гарантировать надлежащий ресурс и, наконец, должны иметь конструкцию, которая является по возможности компактной, удобной для сборки и удобной для установки и может быть реализована с возможностью легкого приспособления и с конкурентоспособными затратами.
Патент ЕР 1464063 раскрывает коммутирующее устройство в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы полезной модели.
Краткое описание полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является создание коммутирующего устройства данного типа, которое имеет улучшенные функции и характеристики.
Поставленная задача достигается посредством коммутирующего устройства, выполненного в соответствии с тем, что указано в прилагаемой формуле и описано ниже.
Коммутирующее устройство в соответствии с настоящей полезной моделью будет описано ниже с использованием термина "выключатель", ссылаясь на один из вариантов его осуществления в виде автоматического выключателя; в частности, будет сделана ссылка на многополюсный выключатель с двойным разъединением, то есть предусматривающий две пары контактов для каждого полюса. Такую ссылку, очевидно, следует понимать только в качестве примера, и то, что описано и проиллюстрировано, следует рассматривать как применимое к низковольтным коммутирующим устройствам с любым количеством полюсов (например, однополюсным, двухполюсным, трехполюсным и четырехполюсным), с одним разъединением, а также с двойным разъединением.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем полезная модель поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает общий вид варианта осуществления выключателя в соответствии с настоящей полезной моделью;
фиг.2 изображает выключатель, показанный на фиг.1, соединенный с поворотным рычагом;
фиг.3 изображает вид с пространственным разделением элементов полюса с одним разъединением с соответствующими контактами и электрическими выводами, который может быть использован в выключателе в соответствии с настоящей полезной моделью;
фиг.4 изображает вид с пространственным разделением элементов полюса с двойным разъединением с соответствующими контактами и электрическими выводами, который может быть использован в выключателе в соответствии с настоящей полезной моделью;
фиг.5 изображает полюс, показанный на фиг.4, в собранном виде;
фиг.6 изображает общий вид трех полюсов выключателя, показанного на фиг.1, которые находятся в фазе взаимного соединения и в фазе соединения с приводным механизмом подвижного элемента выключателя;
фиг.7 изображает вид множества полюсов, соединенных друг с другом и с приводным механизмом;
фиг.8 изображает сборку полюсов и приводного механизма в фазе соединения с крышкой выключателя;
фиг.9 изображает вид с пространственным разделением модулей подвижного элемента трехполюсного выключателя;
фиг.10 изображает подвижный элемент четырехполюсного выключателя, собранный с соединительным стержнем приводного механизма, воздействующим на сам подвижный элемент;
фиг.11 изображает внутреннюю часть опорного модуля подвижного элемента, в котором размещается подвижный контакт с двумя рычагами, соединенными с соответствующими неподвижными контактами;
фиг.12 изображает общий вид спереди выключателя в соответствии с данной полезной моделью, содержащего дифференциальное защитное устройство;
фиг.13 изображает блок-схему электронного защитного устройства;
фиг.14 изображает общий вид опорного модуля подвижного элемента, устройства принудительного перемещения и элемента рычажного фиксатора приводного механизма, собранных друг с другом;
фиг.15 изображает общий вид четырехполюсного выключателя, соединенного с электродвигательным приводом, с соответствующим соединительным устройством в разъединенном положении;
фиг.16 изображает штепсельное исполнение трехполюсного выключателя, соединенного с соответствующим переходным устройством;
фиг.17 изображает фазу сборки выключателя в штепсельном исполнении с переходным устройством, которое в свою очередь соединено с системой распределительных стержней;
фиг.18 изображает общий вид стенки переходного устройства, показанного на фиг.17, которая соединяется с системой распределительных стержней;
фиг.19 изображает вид спереди стенки переходного устройства, показанного на фиг.17, которая соединяется со стенкой выключателя, показанного на фиг.17;
фиг.20 изображает общий вид стенки выключателя, показанного на фиг.17, которая соединяется с переходным устройством;
фиг.21 изображает внутреннюю часть распределительного щита, содержащую два переходных устройства, соединенных с системой стержней, и выключатель, соединенный с одним из таких переходных устройств;
фиг.22 и 23 изображают общие виды задней и передней стенок рамы, соответственно, для распределительного щита, показанного на фиг.21;
фиг.24 изображает подробно крюкообразный элемент на раме, показанной на фиг.22 и 23.
Описание предпочтительных вариантов воплощения полезной модели
Со ссылкой на приведенные чертежи выключатель 1 содержит основной корпус, содержащий коробку 2 и крышку 3 (хорошо видны в фазе сборки, показанной на фиг.8), которые соединены таким образом, что они образуют объем, внутри которого размещаются элементы выключателя 1, которые будут описаны ниже. В частности, в объеме коробки 2 определена зона размыкания выключателя 1, а нижняя часть крышки 3 ограничивает объем 4 для размещения, предназначенный для вмещения, по меньшей мере, одного защитного устройства.
Крышка 3 содержит переднюю раму 6 с отверстием 7, из которого выступает вперед движущий рычаг 8, причем передняя рама 6 может быть удалена оператором, чтобы иметь частичный доступ к внутренним частям выключателя 1. С передней панелью 6 может быть соединено вспомогательное устройство выключателя 1, которое пригодно для приведения в движение движущего рычага 8, такое как поворотный рычаг 9 (фиг.2) или электродвигательный привод с аккумулированием энергии (фиг.15).
Когда коробка 2 и крышка 3 соединены вместе, выключатель 1 содержит, со ссылкой на фиг.1, переднюю стенку 11 и нижнюю стенку 13, определенные посредством крышки 3, заднюю стенку 12, определенную посредством коробки 2, верхнюю стенку 14 и две боковые стенки 15, определенные посредством крышки 3 и коробки 2.
На наружных поверхностях нижней стенки 13 и верхней стенки 14 определены направляющие 48, которые пригодны для приема и удерживания на своих внутренних ребрах (не показаны на чертежах) в рабочем положении. Такие ребра выполнены из изолирующего материала и улучшают общую электрическую изоляцию полюсов выключателя 1.
Кроме того, для улучшения общей изоляции выключателя 1 к основному корпусу могут быть подсоединены первый элемент 16 крышки и второй элемент 17 крышки, или концевые крышки 16, 17, имеющие по существу L-образную форму (фиг.2).
Выключатель 1 содержит один или более полюсов, которые на чертежах в целом обозначены ссылочной позицией 18, каждый из которых содержит изолирующий корпус 19.
В случае выключателя 1 с одним разъединением (фиг.3) внутри корпуса 19 содержится, по меньшей мере, один первый неподвижный контакт 25 и соответствующий поворотный подвижный контакт 27, содержащий центральный элемент 28, из которого выступает вперед первый рычаг 29. На конце первого рычага 29 определена первая активная поверхность 32, которая выполнена с возможностью соединения/разъединения с первым неподвижным контактом 25 в первой камере 33 размыкания.
Корпус 19 также вмещает первый электрический вывод 36 и второй электрический вывод 37, которые электрически соединены, соответственно, с первым неподвижным контактом 25 и с подвижным контактом 27 таким образом, чтобы обеспечить входное/выходное электрическое соединение в/из полюса 18, например, с фазовым проводом цепи, в которой установлен сам полюс. В частности, второй электрический вывод 37 соединен с подвижным контактом 27 посредством гибкого электрического провода, такого как пара проводящих оплеток 38.
В случае выключателя 1 с двойным разъединением корпус 19 вмещает (фиг.4) второй неподвижный контакт 26, который электрически соединен со вторым электрическим выводом 37; в данном случае второй рычаг 30, который является симметричным первому рычагу 29 относительно оси 31 поворота подвижного контакта 27, выступает вперед из центрального элемента 28 подвижного контакта 27. На конце второго рычага 30 определена вторая активная поверхность 34, которая выполнена с возможностью соединения/разъединения со вторым неподвижным контактом 26 во второй камере 35 размыкания. Вторая камера 35 размыкания расположена в корпусе 19 в нижнем положении относительно первой камеры 33, со ссылкой на вертикальную установку выключателя 1, как показано на фиг.1; причем обе камеры 33, 35 размыкания содержат пластины разъединения дуги (не показаны на чертежах).
Предпочтительно, неподвижные контакты 25, 26 и подвижный контакт 27 выполнены из меди или материала на основе меди, и контактные пластины, содержащие, по меньшей мере, один слой на основе сплава серебра (например, Аg/Мо, Аg/WC или подобного), приварены к ним, предпочтительно, посредством лазера. Таким образом, определены активные поверхности 32, 34 подвижного контакта 27 и соответствующие активные поверхности неподвижных контактов 25, 26, которые выполнены с возможностью соединения/разъединения друг с другом.
Каждый корпус 19 содержит две полуоболочки 40, которые взаимно соединяются друг с другом вдоль соответствующих соединительных поверхностей таким образом, чтобы образовать самостоятельную конструкцию. Полуоболочки 40 выполнены с возможностью определения при их соединении внутреннего объема 41, пригодного для размещения первого неподвижного контакта 25, подвижного контакта 27 с соответствующим первым рычагом 29 и первой камеры 33 размыкания, а в случае выключателя 1 с двойным разъединением также второго неподвижного контакта 26, второго рычага 30 подвижного контакта 27 и второй камеры 35 размыкания. Дополнительно определены первый отсек 42 и второй отсек 43, которые вмещают, соответственно, первый электрический вывод 36 и второй электрический вывод 37.
Соединительные поверхности полуоболочек 40 выполнены с дополняющей геометрией и содержат выступающие кромки 44 (фиг.3 и 4) и соответствующие пазы для размещения (не показаны на чертежах), которые соединяются друг с другом таким образом, чтобы обеспечить уплотнение корпуса 19 по отношению к ионизированным газам, которые образуются при разделении контактов 25-27, 26-27 выключателя 1. Соединение двух полуоболочек 40 также определяет, по меньшей мере, один вентиляционный канал для ионизированных газов. Во внутренней части полюса 18, показанного на фиг.5, определены первый вентиляционный канал 45 и второй вентиляционный канал 46, которые приводят первую камеру 33 размыкания и вторую камеру 35 размыкания в соединение с отверстиями, которые определены на нижней стенке 13 и верхней стенке 14 выключателя 1, соответственно. Таким образом, концевые крышки 16 и 17, если они предусмотрены, содержат решетки, содержащие щели 49 у таких отверстий.
Выключатель 1 может, предпочтительно, содержать средство, пригодное для изменения химических и физических характеристик газов, удаляемых через вентиляционные каналы 45 и 46, делая их более приемлемыми для выпуска в атмосферу, или для обеспечения изоляции некоторых частей выключателя 1 от самих газов. Посредством использования металлических материалов или материала с высокой теплоемкостью можно, например, снизить температуру удаления газов, а использование пластмассы или веществ с газифицирующими свойствами позволяет изменять состав газов.
В корпусе 19 также имеется отверстие 51, которое обеспечивает прохождение подвижного элемента 52 выключателя 1; на фиг.3-5 можно видеть только одну секцию подвижного элемента 52, которая выполнена с возможностью размещения и приведения в движение подвижного контакта 27 полюсов 18. Подвижный элемент 52 поворачивается в соответствии с действием приводного механизма 56, который оперативно соединен с ним, поэтому ограничивающие поверхности отверстия 51 выполнены с возможностью обеспечения относительного перемещения подвижного элемента 52 относительно корпуса 19 и существенного уплотнения отверстия 51 по отношению к ионизированным газам, которые образуются в камерах 33, 35 размыкания.
В случае многополюсного выключателя 1 зона размыкания самого, выключателя 1 образована посредством соединения друг с другом нескольких полюсов 18 вышеописанного типа; такие полюса 18 расположены рядом, и конструкция, образованная посредством сближения корпусов 19, представляет собой коробку 2 выключателя 1, которая соединяется с крышкой 3, образуя основной корпус.
В варианте осуществления, показанном на чертежах, множество полых штырей 54 поперечно выступает из соединительной поверхности одной из полуоболочек 40, а на соединительной поверхности другой полуоболочки 40 определено множество соответствующих сквозных отверстий 55. Таким образом, взаимное соединение между штырями 54 и отверстиями 55 определяет изолирующие каналы, которые проходят поперечно через боковые стенки 22 каждого корпуса 19 и обеспечивают соединение полюса 18 с дополнительными полюсами 18. Предпочтительно, полые штыри 54 и соответствующие отверстия 55 расположены на соединительных поверхностях таким образом, чтобы не проходить через внутренние отсеки корпуса 19, которые вмещают в себя контакты 25, 26, 27 и электрические выводы 36, 37 полюса 18.
Полюса 18 расположены рядом таким образом, чтобы обеспечить выравнивание друг с другом как соответствующих отверстий 51, так и изолирующих каналов. В частности, в изолирующих каналах рядом с задними стенками 23 корпусов 19 собраны стяжки 57, которые обеспечивают механическую прочность конструкции коробки 2, а в изолирующих каналах рядом с передними стенками 24 установлены поперечные соединительные элементы 58 для соединения с приводным механизмом. На фиг.7 показан результат сборки элементов, которые образуют коробку 2 выключателя 1, а на фиг.8 показана сборка коробки 2 с крышкой 3, осуществляемая при помощи, по меньшей мере, одного штыря 59, который выступает вперед из передних стенок 24 корпусов 19 каждого полюса 18.
В предпочтительном варианте осуществления подвижный элемент 52 многополюсного выключателя 1 имеет модульную конструкцию, которая содержит множество опорных модулей 61, расположенных вдоль оси 60 поворота подвижного элемента 52. Каждый опорный модуль 61 установлен в соответствующем отверстии 51 корпуса 19, и гнездо 62 для размещения подвижного контакта 27 определено на нем таким образом, чтобы структурно поддерживать его и обеспечить его необходимое перемещение.
На фиг.9 показан вид с пространственным разделением элементов модульного подвижного элемента 52 трехполюсного выключателя 1, а на фиг.10 показан подвижный элемент 52, который собран для четырехполюсного выключателя; как можно видеть, соединительный модуль 63 расположен между двумя опорными модулями 61, которые расположены последовательно вдоль оси 60 поворота.
Опорные модули 61 представляют собой цилиндрический корпус, содержащий первое основание и второе основание, расположенные друг против друга вдоль оси 60 поворота, на которых определены первые соединительные средства. Объединительные модули 63 также представляют собой цилиндрический корпус, содержащий первое основание и второе основание, расположенные друг против друга вдоль оси 60 поворота, на которых определены вторые соединительные средства, которые соединяются друг с другом при помощи соответствующего первого соединительного средства двух модулей 61. Предпочтительно, первое соединительное средство представляет собой три соединительных выемки 64, а второе соединительное средство представляет собой три соответствующих зубца 65. Первое и второе соединительные средства помимо того, что они обеспечивают соединение в одно целое модулей 61, 63, выполняют функцию элементов, передающих движение, обеспечивающих одновременное перемещение модулей 61, 63 при повороте подвижного элемента 52.
Кроме того, центрирующий штырь 66 выступает вперед из центрального положения двух оснований соединительного модуля 63 с возможностью размещения в соответствующей полости 67 опорных модулей 61.
Приводной механизм 56 оперативно соединен с подвижным элементом 52 (фиг.7) таким образом, чтобы приводить его в движение, и содержит пару пружин 68, пригодных для аккумулирования и выдачи механической энергии, которая необходима для соединения и разъединения контактов выключателя 1. В частности, на корпусе соединительных модулей 63 определена прорезь 69, которая расположена между двумя зубцами 65. Через прорезь 69 и два зубца 65 проходит сквозное отверстие, которое принимает штырь для соединения (не показано на чертежах) с приводным механизмом 56. В частности, концы соединительного стержня 70 приводного механизма 56 проходят в соответствующие прорези 69 двух соединительных модулей 63 (фиг.10) и прикрепляются к ним посредством соединительных штифтов.
На корпусе соединительных модулей 63 можно дополнительно определить средство взаимодействия, которое оперативно взаимодействует, посредством выступа 71, с устройствами сигнализации состояния (разомкнут, замкнут или отключен) выключателя 1.
Для того чтобы увеличить размыкающую способность выключателя 1, току, протекающему в каждом полюсе 18, сообщается заданная траектория, так что при возникновении короткого замыкания между контактами образуются электродинамические отталкивающие силы.
Для этого два электрических вывода 36 и 37 выполнены, предпочтительно, в U-образной форме таким образом, что направление протекания тока через подвижный контакт 27 противоположно направлению протекания тока через секцию выводов 36 и 37, обращенную к самому подвижному контакту 27. Выключатель 1 дополнительно содержит средство, пригодное, при электродинамическом отталкивании, для предотвращения явления отскакивания подвижных контактов 27 по направлению к неподвижным контактам 25, 26 и последующего, повторного образования электрической дуги. Со ссылкой на фиг.11 в гнезде 62 для размещения подвижного контакта 27 определен первый штырь 72, который соединен с отверстием в центральном элементе 28 подвижного контакта 27 таким образом, чтобы обеспечить поворот вокруг оси 31 поворота. Дополнительно, на центральном элементе 28, посредством противоположных частей относительно оси 31 поворота, определены первая криволинейная поверхность 73 и вторая криволинейная поверхность 74.
В пределах опорного модуля 61 также расположены: второй штырь 75 и четвертый штырь 78, которые выполнены с возможностью перемещения относительно самого опорного модуля 61 и пригодны для оперативного взаимодействия с первой криволинейной поверхностью 73 и второй криволинейной поверхностью 74, соответственно, и третий штырь 76 и пятый штырь 79, прикрепленные к опорному модулю 61. Со ссылкой на вид сбоку опорного модуля 61, показанный на фиг.11, второй штырь 75 и пятый штырь 79, а также третий штырь 76 и четвертый штырь 78 расположены на частях, которые являются симметричными друг другу относительно первого штыря 72.
Концы второго штыря 75 и третьего штыря 76 соответственно соединены с концами пятого штыря 79 и четвертого штыря 78 посредством пары соединительных стержней (показанных пунктирными линиями на фиг.11 и обозначенных ссылочной позицией 173), которые ограничивают перемещение подвижных штырей 75 и 78. К двум штырям 75 и 76 прикреплены концы двух первых пружин 80, расположенных на противоположных друг другу частях относительно первого рычага 29 подвижного контакта 27, а к двум штырям 78 и 79 прикреплены концы двух вторых пружин 81, расположенных друг против друга относительно второго рычага 30 подвижного контакта 27. Таким образом, пружины 80 и 81 оперативно соединены с подвижным контактом 27 и выполняют функцию обеспечения, когда выключатель 1 находится в замкнутом состоянии с надлежащим контактным давлением между активной поверхностью 32 подвижного контакта 27 и первым неподвижным контактом 25, и между активной поверхностью 34 подвижного контакта 27 и вторым неподвижным контактом 36.
В случае замкнутого выключателя 1 второй штырь 75 и четвертый штырь 78 под действием пружин 80 и 81 примыкают к стенкам первой криволинейной поверхности 73 и второй криволинейной поверхности 74, соответственно, таким образом, чтобы создавать механический момент, который стремится удержать рычаги 29, 30 подвижного контакта 27 соединенными с неподвижными контактами 25, 26. В тот момент, когда образуются электродинамические отталкивающие силы, подвижный контакт 27 поворачивается под давлением второго штыря 75 и четвертого штыря 78, определяющих удлинение пружин 80 и 81. На данной фазе второй штырь 75 и четвертый штырь 78 взаимодействуют с первой криволинейной поверхностью 73 и второй криволинейной поверхностью 74, соответственно, оставаясь в прямом контакте с ними. За пределами заданного угла поворота подвижного контакта 27 взаимодействие штырей и кулачков создает механический момент, который соответствует самому повороту таким образом, чтобы способствовать отделению рычагов 29, 30 от неподвижных контактов 25, 26. Такое взаимодействие также поддерживает подвижный контакт 27 в достигнутом положении полного отделения, предотвращая его возможное отскакивание.
В качестве альтернативы, концы второго штыря 75 и четвертого штыря 78 установлены с возможностью скольжения вдоль пазов, которые определены параллельно друг другу на опорном модуле 61.
Очевидно, в случае выключателя 1 с одним разъединением, достаточно использования только второго штыря 75 и третьего штыря 76, к которым прикреплены первые пружины 80.
На центральном элементе 28 подвижного контакта 27 также определена первая поверхность 82 примыкания и вторая поверхность 83 примыкания, которые контактируют с первой криволинейной поверхностью 73 и второй криволинейной поверхностью 74, соответственно, и пригодны для оперативного взаимодействия с первой сопряженной поверхностью 84 и второй сопряженной поверхностью 85, определенными в гнезде 62 для размещения. Во время поворота подвижного контакта 27 под действием электродинамических отталкивающих сил первая поверхность 82 примыкания и вторая поверхность 83 примыкания примыкают к первой сопряженной поверхности 84 и второй сопряженной поверхности 85, соответственно, с последующей передачей части кинетической энергии подвижного контакта 27 подвижному элементу 52. Таким образом, забирается энергия от возможного столкновения с основным корпусом выключателя 1; такая энергия, предпочтительно, используется для инициирования поворота подвижного элемента 52 перед приведением в действие одного или более защитных устройств на размыкающем стержне 86 приводного механизма 56. В выключателе 1 такие защитные устройства представляют собой, по меньшей мере, одно электронное защитное устройство 88 (обозначенное ниже как "устройство 88") и магнитное защитное устройство 87 (обозначенное ниже как "магнитная пластина 87"), соединенные с каждым полюсом 18.
Устройство 88 расположено внутри объема 4 для размещения крышки 3 и содержит катушку отключения и датчики, которые детектируют токи, протекающие в полюсах 18. Предпочтительно, электроника управления устройства 88 реализует способ быстрого обнаружения (в течение порядка нескольких миллисекунд) режима короткого замыкания; в частности, она принимает из датчиков величины мгновенных токов, которые протекают в полюсах 18, которые соответствующим образом преобразуются в цифровую форму посредством аналого-цифрового преобразователя. На основе этих цифровых данных электроника управления производит оценку величин пиковых токов, которые могут быть достигнуты: если одна из таких оцененных величин превышает заданный пороговый уровень, выдается сигнал предупреждения о коротком замыкании. Предпочтительно, электроника управления дополнительно содержит дифференциатор, выполненный с возможностью вычисления первой производной мгновенных токов по времени, причем данная производная также используется как полезная информация для оценки пиковых токов.
Электрическое защитное устройство 88 может быть соединено электронным образом с амперометрическим дисплеем 89, расположенным на передней раме 6 выключателя 1 (фиг.1), например, рядом с движущем рычагом 8. Амперометрический дисплей 89 используется для отображения величин электрических параметров, измеренных устройством 88, таких как один из токов, протекающих в полюсах 18, или величины напряжения или частоты, которые могут быть связаны с ними; обычно как настройка по умолчанию отображается максимальный ток из токов, протекающих в полюсах 18. Рядом с амперометрическим дисплеем 89 расположены средства для управления им, например, две нажимные кнопки 90, которые оператор может использовать для выбора отображаемого параметра и конфигурации отображения, например, можно настраивать яркость, контрастность или другие параметры.
Защитные средства выключателя 1 могут также содержать дифференциальное защитное устройство 91, которое детектирует величину векторной суммы токов, протекающих в полюсах 18, с возможностью обнаружения дифференциальных условий отказа. Дифференциальное защитное устройство 91 соединено с основным корпусом выключателя 1 и содержит устройство 93 интерфейса с пользователем (фиг.12) с нажимными кнопками, рукоятками и двухрядным переключателем для настройки параметров.
ampl
R
R
В одном из своих предпочтительных вариантов осуществления дифференциальное защитное устройство 91 выполнено с возможностью измерения и обработки как переменных, так и непрерывных токов. В частности (фиг.13), магнитный сердечник 94 окружает один или более электрических проводов 95, внутри которых протекают токи, которые проходят через полюса 18, и обмотка 96 намотана на сердечник 94 и электрически соединена, предпочтительно последовательно, с резистором 97. К концам такого резистора 97 подсоединено средство 98 усиления, пригодное для генерирования сигнала V напряжения, который пропорционален току I, который протекает через резистор 97, и представляет собой входной сигнал блока 99 схемы управления с обратной связью. Такой схемный блок 99 приводит в действие источник 100 напряжения, который подает на концы обмотки 96 напряжение возбуждения, которое обеспечивает генерирование тока возбуждения. Предпочтительно, источник 100 напряжения приводится в действие с возможностью инвертирования напряжения возбуждения и, соответственно, знака величин тока возбуждения, когда ток I достигает заданных величин, которые установлены с возможностью оптимизации цикла намагничивания сердечника 94.
R
ampl
out
Ток I определяется посредством совмещения тока возбуждения с измеряемым током; такой измеряемый ток наводится в обмотке 96 посредством токов полюсов 18, которые протекают в проводах 95. Фильтр 101 нижних частот, такой как RC-фильтр, принимает входной сигнал V напряжения, удаляет его высокочастотные составляющие, вносимые током возбуждения, и выдает сигнал V напряжения, который пропорционален току, наводимому токами, протекающими в проводниках 95.
В случае неправильной установки выключателя 1 с недостаточной размыкающей способностью в цепи или в случае недостаточной защиты выключателя 1 возникновение токов короткого замыкания высоких значений может повредить сам выключатель 1. Для того чтобы предотвратить эту возможность, в выключателе 1 предусмотрены защитные устройства, которые способны оперативно приводиться в действие, предупреждая оказание воздействия на размыкающую ось 86 устройства 88. Таким образом, магнитная пластина 87 расположена вдоль траектории тока каждого полюса 18 (фиг.3, 4 и 7), в частности, она расположена вокруг второго электрического вывода 37 и отделена от него заданным промежутком. Когда возникают критические режимы короткого замыкания, увеличенное магнитное поле, создаваемое в результате протекания тока во втором электрическом выводе 37, возвращает магнитный якорь 172 к магнитной пластине 97 (фиг.7). Во время своего перемещения магнитный якорь 172 прихватывает размыкающий стержень 86, вызывая поворот подвижного элемента 52 и приведение схемы и выключателя 1 в безопасное состояние.
Возникновение токов короткого замыкания высокого значения, таких как токи, которые вызывают приведение в движение магнитной пластины 87, может привести к привариванию контактов 25, 26, 27. Для того чтобы надлежащим образом оповестить о данной критической ситуации, предусмотрено так называемое "принудительное перемещение" для выключателя 1, в соответствии с которым движущий рычаг 8 приводного механизма 56 не может достичь положения с отметкой "Разомкнуто"/"Выключено"/"0", если одна из пары контактов 25-27, 26-27 не способна разделиться (контакты приварены).
Данная задача решается посредством устройства принудительного перемещения, содержащего блокирующий рычаг 102, который выполнен за одно целое с вилкой 103 приводного механизма 56; предпочтительно, рычаг 102 образован посредством консоли, которая выступает вперед из вилки 103. Блокирующий рычаг 102 оперативно взаимодействует с прихватывающим штырем 104, определенным на рычажном фиксаторе 105, и оперативно соединен посредством вилки 103 с подвижным элементом 52. Во время нормального размыкающего перемещения выключателя 1 поворот движущего рычага 8 вызывает аккумулирование заданной потенциальной энергии в пружинах 68, которая передается подвижному элементу 52, когда заданный угол его собственного поворота превышен. Рычажный фиксатор 105 поворачивается с движущем рычагом 8, и прихватывающий штырь 104 захватывает блокирующий рычаг 102 в тот момент, когда потенциальная энергия высвобождается. Таким образом, любое возможное превышение механической энергии, которое проявляется на движущем рычаге 8, относительно потенциальной энергии, обусловленной пружинами 68, предпочтительно, передается подвижному элементу 52 посредством блокирующего рычага 102. В конце размыкающего перемещения прихватывающий штырь 104 устанавливается в положение, в котором он не зацепляется с блокирующим рычагом 102.
В случае приваренных контактов в начальной фазе размыкающего перемещения подвижный элемент 52 начинает поворачиваться, постепенно разгружая пружины 80 и 81, и прихватывающий штырь 104 захватывает блокирующий рычаг 102; однако приваривание контактов препятствует перемещению подвижного элемента 52, который, таким образом, остается в застопоренном положении. В данном застопоренном положении осуществлению поворота пускового рычага 8 препятствует тот факт, что прихватывающий штырь 104 остается удерживаемым блокирующим рычагом 102, который в свою очередь составляет одно целое с подвижным элементом 52.
Выключатель 1 может содержать различные вспомогательные устройства, каждое из которых реализует функцию выключателя 1, такую как индикация, приведение в движение или управление.
Предпочтительно, выключатель 1 содержит в своей внутренней части электронный блок интерфейса, содержащий множество соединительных портов и первую шину связи, которая выполнена с возможностью осуществления интерфейса с одним или более таких вспомогательных устройств, с электронным защитным устройством 88 или дифференциальным защитным устройством 91 или также с другими устройствами самого выключателя 1 в качестве средств сопряжения с пользователем (например, амперометрическим индикатором 89). Вспомогательные устройства, защитные устройства 88, 91 и другие устройства каждое соединено с соответствующим соединительным портом электронного блока интерфейса посредством первой шины связи. В соответствии с предпочтительным решением, первая шина связи образована посредством только двух кабелей, соответственно образуя так называемый парный кабель. Защитные устройства 88, 91 могут быть соответствующим образом соединены посредством второй шины связи, с системой контроля, расположенной за пределами выключателя 1.
Каждый из соединительных портов сконфигурирован так, что он может быть соединен без различия и с возможностью взаимной замены с любым устройством выключателя 1. Таким образом, можно изменять численность и тип устройств, подсоединяя или отсоединяя их от электронного блока интерфейса посредством первой шины связи без необходимости добавлять или удалять кабели и соединительные системы.
В качестве альтернативы или в дополнение к функции связи и управления данными и/или сигналами, электронный блок интерфейса может также управлять распределением электропитания, обеспечиваемого, например, устройством 88, посредством первой шины связи, в различные устройства, подсоединенные к его соединительным портам.
Вспомогательные устройства выключателя 1 могут также принимать или передавать команды или сигналы из и в задействованные части цепи, в которой установлен выключатель 1, например, из и во вспомогательные устройства другого выключателя 1, установленного в той же самой цепи 1. Такие команды и сигналы передаются при помощи соединительных устройств 112, имеющих конструкцию, пригодную для размещения электрического соединительного средства, такого как штепсельные вилки, кабели или штепсельные розетки. В зависимости от типа электрического соединительного средства, установленного в их собственной конструкции, соединительные устройства 112 разделяют на три типа: штепсельный модуль, розетка и переходник и/или удлинительный модуль. На наружных стенках, которые образуют конструкцию соединительных устройств 112, образованы первые механические соединительные средства с выключателем 1 и вторые соединительные средства с дополнительным соединительным устройством 112. Первые механические соединительные средства могут представлять собой один или более зубьев (не показаны на фигурах), а вторые соединительные средства могут быть образованы посредством соединительных средств штекерно-гнездового типа или посредством скользящих средств, образованных профилированными направляющими или пазами.
Посредством взаимодействия между их вторыми соединительными средствами различные соединительные устройства 112 можно размещать рядом или накладывать друг на друга таким образом, чтобы создавать более сложные соединительные блоки.
Соединительные устройства 112 размещаются в гнезде 119 (фиг.15), определенном в, по меньшей мере, одной из боковых стенок 15 выключателя 1, и механически соединяются с ним посредством взаимодействия между кромками гнезда 119 и зубьями. Например, на фиг.15 показан выключатель 1, соединенный с электродвигательным приводом 10, который соединен посредством кабелей 110 со штепсельным, модулем 112 в отсоединенном положении. В гнездо 119 уже вставлен соединительный блок, который образован посредством наложения двух соединительных устройств 112 и электрически соединен с вспомогательным устройством, расположенным, например, внутри самого гнезда 119 или в полости, образованной в крышке 3. После установки в полости 119 штепсельный модуль 112 размещают рядом с соединительным блоком посредством скользящего соединительного средства и электрически соединяют с розеточным модулем 112, который соединен с наружной частью выключателя 1.
Обычно выключатель 1 устанавливают в электрической цепи посредством распределительных щитов. В установочных решениях штепсельного или съемного исполнения используют переходное устройство, которое выполняет функцию элемента интерфейса для обеспечения быстрого механического и электрического соединения между выключателем 1 и проводами, например, систему распределительных стержней, которые имеются в распределительном щите (фиг.17).
На фиг.16 показано переходное устройство (обозначенное ниже как "переходник 120"), соединенное с выключателем 1 в разъемном исполнении и с гнездом 119, совмещенным с соответствующим гнездом 121, образованным на боковой стенке переходного устройства 120, с возможностью образования общего гнезда для размещения. В общем гнезде для размещения установлены: по меньшей мере, одно первое соединительное устройство 112, которое электрически соединено с вспомогательным устройством выключателя 1, второе соединительное устройство 112, которое электрически соединено с наружной частью выключателя 1 посредством кабелей 113, и, наконец, переходный модуль 112, вставленный между каждым первым соединительным устройством 112 и вторым соединительным устройством 112. Таким образом, использование переходных модулей 112 позволяет легко переходить от одного выключателя 1 фиксированного исполнения к выключателю штепсельного или съемного исполнения.
Конструкция переходного устройства 120, показанного на фиг.16-19 (обозначенного ниже как "переходник 120"), содержит первую стенку 122, которая выполнена с возможностью соединения с соединительной стенкой 12 выключателя 1, и вторую стенку 123, противоположную первой стенке 122, которая выполнена с возможностью соединения с системой стержней 124, расположенных внутри распределительного щита 125.
Переходник 120 содержит первые электрические выводы 128, каждый из которых пригоден для электрического соединения со стержнем 124, и вторые электрические выводы 129, каждый из которых может быть соединен с электрическим проводом, предназначенным для электрического соединения с другими частями электрической цепи. Переходник 120 дополнительно содержит первые электрически соединения 130, каждое из которых электрически соединено с одним из первых электрических выводов 128, и вторые электрические соединения 131, каждое из которых электрически соединено с одним из вторых электрических выводов 129.
Один или более захватных элементов 136 выступают вперед из второй стенки 123 рядом с первыми электрическими выводами 128 и сконфигурированы с возможностью образования разъемного механического соединения со стержнями 124 и электрического соединения между одним из самих стержней 124 и соответствующими первыми электрическими выводами 128. В частности, захватные элементы 136 расположены перед второй стенкой 123 и на расстоянии от нее таким образом, чтобы обеспечить размещение, по меньшей мере, одного участка стержня 124. Первые электрические выводы 128 и соответствующие захватные элементы 126 расположены на второй стенке 123 на разных расстояниях и высотах (оцениваемых относительно краев стенки 123) и изолированы друг от друга посредством разделительных перегородок 139.
Первые электрические выводы 128 частично определены посредством данных захватных элементов 136, которые выполнены из металлического материала с возможностью обеспечения электрического, а также механического соединения переходника 120 со стержнями 124. Кроме того, каждый первый электрический вывод 128 содержит проводящую пластину 138 (фиг.18), которая выступает вперед из второй стенки 123 перед захватными элементами 126 таким образом, что они блокируют стержень 124.
Первое электрическое соединение 130 и второе электрическое соединение 131 размещены в гнездах, определенных внутри конструкции переходника 120, и выровнены вдоль направлений 132 выравнивания (фиг.19). В показанном варианте осуществления электрические соединения 130 и 131 имеют "штепсельную" конфигурацию с полым внутри цилиндрическим элементом, соединенным с коллектором, выполненным из проводящего материала, который находится в электрическом контакте с соответствующим первым электрическим выводом 128 и с соответствующим вторым электрическим выводом 129, соответственно.
Предпочтительно, переходник 120 содержит затягивающие винты, каждый из которых находится в зацеплении с резьбовым участком захватных элементов 136, чтобы контактировать с участком стержня 124. Головки затягивающих винтов доступны оператору через полости 148, определенные на первой стенке 122.
Вторые электрические выводы 129 выступают вперед из одной из стенок, которые соединяют первую стенку 122 со второй стенкой 123 и содержат профилированный элемент в проводящем материале, соединенный с одним из вторых электрических соединений 131 посредством винтовых крепежных элементов. Первый конец вторых электрических выводов 129 соединен с соответствующим электрическим проводом 158 за пределами переходника 120 (фиг.21), а второй конец, противоположный первому, соединен с коллектором второго электрического соединения 131.
Переходник 120 содержит направляющее средство для направления правильного соединения выключателя 1 с переходником 120, блокировочное средство для блокирования удаления выключателя 1 из переходника 120, когда контакты полюсов 18 выключателя 1 соединены. Направляющее средство содержит полость 149 выдвижного типа, а блокировочное средство содержит полость 150 для размещения, в которой определен запирающий конец (не показан на фигурах). В конструкции переходника 120 могут быть также определены дополнительные полости 151 для размещения вспомогательных устройств, подобных тем, которые обычно размещают внутри выключателя 1. Кроме того, полые цилиндрические элементы 134, 135 выступают вперед из стенки 122 в электрических соединениях 130 и 131, обеспечивающие электрическую изоляцию самих соединений 130, 131 и выполняющие функцию направляющих, чтобы облегчить соединение переходника 120 с выключателем 1.
На фиг.20 показана задняя стенка 12 выключателя 1 в штепсельном (или съемном) исполнении, которая соединена с первой стенкой 122 переходника 120. Выключатель 1 содержит третьи электрические соединения 152 и четвертые электрические соединения 153, сконфигурированные для механической вставки и электрического соединения с первыми электрическими соединениями 130 и вторыми электрическими соединениями 131, соответственно. В показанном примере электрические соединения 152, 153 сконфигурированы как разъемные соединения и выровнены и расположены друг от друга на расстоянии, эквивалентном расстоянию между электрическими соединениями 130, 131 переходника 120.
Задняя стенка 12 выключателя 1 содержит второе направляющее средство, пригодное для взаимодействия с первым направляющим средством переходника 120, обеспечивая соединение между двумя устройствами 1 и 120. В частности, второе направляющее средство представляет собой направляющую пластину 154, которая выступает поперечно от стенки 12 и образует первую сторону L-образного элемента 155, прикрепленного к задней стенке 12. Направляющая пластина 154 выполнена с возможностью установки в соответствующей полости 149 типа выдвижного ящика переходника 120.
На задней стенке 12 также определен блокировочный рычаг 156 с крюкообразным элементом 157 на его конце. Блокировочный рычаг 156 оперативно соединен с контактами в полюсах 18 или с другими приводными частями таким образом, что его положение указывает на положение подвижных контактов 27, то есть состояние выключателя 1 (замкнут, разомкнут или отключен). При замкнутом положении выключателя 1 крюкообразный элемент 157 зацеплен с запирающим концом, образованным в полости 150 для размещения адаптера 120, препятствуя разделению устройств 1 и 120. И, наоборот, при разомкнутом или отключенном положении выключателя 1 крюкообразный элемент 157 отцеплен от запирающего конца, обеспечивая возможность отделения выключателя 1 от переходника 120.
И наконец, на фиг.21 показан электрический распределительный щит 125, внутри которого расположена система стержней 124 в вертикальной конфигурации, на которой установлены два переходника 120, к одному из которых подсоединен выключатель 1. Описанные технические решения обеспечивают установку переходника 120 даже в системе со стернями 124 в горизонтальной конфигурации, такой как система, показанная на фиг.17.
Электрические распределительные щиты 125 обычно обеспечены смотровыми дверцами 163, снабженными соответствующими окнами 164, чтобы обеспечить обзор и доступ к приводным элементам выключателя 1, размещенного в распределительном щите 125, или другому электрическому или электронному оборудованию, которое может там находиться; по краям окон 164 прикреплены рамы или накладки 165. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.22 и 23, корпус рамы 165 имеет прямоугольное или, в качестве альтернативы квадратное, сечение, и на нем определено отверстие 166, пригодное для размещения, по меньшей мере, одной части выключателя 1.
Предпочтительно, на корпусе рамы 165 образовано соединительное средство, которое представляет собой один или более крюкообразных элементов 167, выполненных с возможностью геометрического соединения с одним из краев окна 164 (фиг.24).
И наконец, на поверхности одной стенки рамы 165, противоположной поверхности, на которой выполнены крюкообразные элементы 167, имеется углубление 171, пригодное для размещения средства для идентификации оборудования, размещенного в отверстии 166, например, индикаторной таблички.