АВТОМАТИЧЕСКИЙ СЕЛЕКТИВНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Полезная модель относится к низковольтным селективным выключателям, предназначенным для защиты электрических сетей, от токов короткого замыкания.
Известен токоограничивающий выключатель по авторскому свидетельству СССР №1453473 от 1989 г., который содержит в каждом полюсе контактодержатель на изоляционной траверсе, кинематически связанную с механизмом свободного расцепления, включающим систему "ломающихся" рычагов, взаимодействующих посредством пружины с рукояткой и с расцепляющимся рычагом, имеющим зацепление с защелкой, а защелка - с поворотной отключающей рейкой. Выступ рейки взаимодействует с подвижным элементом максимального расцепителя тока. Неподвижный контакт выполнен в виде петли для создания электродинамического взаимодействия. Подвижный контакт соединен гибким проводником с токовой цепью максимального расцепителя и подпружинен относительно контактодержателя.
Известный выключатель имеет большие тепловые потери в области контактов, обусловленные размерами токовых элементов, которые определяются динамическими характеристиками контактной системы.. Недостаточно усилие, создаваемое пружиной между рукояткой и "ломающимися" рычагами. В известной конструкции это усилие не превышает 60-70 кгс во избежание выхода из строя поворотной рейки и выключателя в целом. Также при больших усилиях становится предельно тяжелой эксплуатация аппарата.
CW
Технической задачей полезной модели является повышение надежности выключателя; снижение его габаритов; повышение значения кратковременно выдерживаемого тока автоматического селективного выключателя I.
Для решения указанной задачи заявляется автоматический селективный выключатель, содержащий корпус, упоры для фиксации механизмов, на оси корпуса установлена поворотная изоляционная траверса, с которой шарнирно соединены на каждом полюсе подвижные контакты, подпружиненные относительно траверсы для прижима коммутирующих элементов и соединенные гибким проводником с внешним выводом; траверса кинематически связана с механизмом свободного расцепления, который содержит систему рычагов, взаимодействующих посредством пружины с рукояткой оперативного управления, а расцепляющийся рычаг указанного механизма установлен шарнирно в корпусе с возможностью входить в зацепление с поворотным относительно корпуса рычагом механизма передачи вращения рейки, имеющей выступ, взаимодействующий с подвижным элементом расцепителя. В отличии от прототипа, на каждом полюсе подвижные контакты выполнены в виде группы из четырех главных контактов, установленных на одной оси с дугогасительным контактом с зазором между собой и расположенных попарно симметрично относительно
продольной оси дугогасительного контакта, соединены все подвижные контакты электрически параллельно, при этом коммутирующий элемент дугогасительного контакта выдвинут далее главных контактов от оси к периферии выключателя на 20-30 мм, а коммутирующие элементы неподвижного контакта расположены непосредственно на однонаправленном внешнем выводе токовой цепи; поворотный рычаг механизма передачи вращения рейки выполнен в виде скобы, установленной с возможностью входить в зацепление с защелкой, также установленной с возможностью входить в зацепление с отключающей рейкой, при этом линия зацепления расцепляющегося рычага и поворотной скобы удалена от центра оси поворотной скобы на 2-3 мм.
На фигуре 1 показан автоматический селективный выключатель во включенном состоянии, на фигуре 2 - разомкнутое положение выключателя при автоматическом отключении токов короткого замыкания, на фигуре 3 - разомкнутое положение выключателя после отключения вручную.
В корпусе 1 выключателя установлена поворотная изоляционная траверса 2 на оси 3. С траверсой посредством шарнира 4 з соединены на каждом полюсе четыре главных контакта 5 и дугогасительный контакт 6, имеющие коммутирующие элементы 7 и 8. Кинематическая схемы, включающая четыре главных и один дугогасительный контакт, позволяет увеличить суммарное сечение коммутирующих элементов, что приводит к снижению тепловыделения на контактах. Одновременно достигается повышение величины кратковременно выдерживаемого тока короткого замыкания, что позволяет использовать заявляемый выключатель как селективный. Уменьшение величины тока на коммутирующих элементах подвижных контактов и снижение тепловыделения на контактах позволило уменьшить массогабариты выключателя в целом.
Главные контакты и дугогасительный контакт установлены на одной оси 4 с зазором между собой и электрически соединены параллельно. На внутренних боковых гранях контактов выполнены выступы 9, которые обеспечивают зазор между контактами и свободное перемещение относительно друг друга. Главные контакты расположены попарно симметрично относительно продольной оси дугогасительного контакта для обеспечения динамического равновесия контактов на полюсе. Коммутирующий элемент дугогасительного контакта 8 выдвинут в направлении от оси к периферии на 20-30 мм для цели удаления зоны дугогашения и исходя из условия сохранения электрического соединения с внешней токоведущей цепью до момента разъединения всех главных контактов.
Коммутирующие элементы 10, 11 неподвижного однонаправленного контакта 12 соединены с внешней токовой цепью. Прижатие контактов 5, 6 во включенном состоянии дополнительно усиливают четыре пружины 13 на четырех главных
контактах и пружины 14 на дугогасительном контакте. Суммарное действие пяти пружин составляет приблизительно 50-60 кгс во включенном состоянии. Использование предлагаемого автоматического селективного выключателя на больших токах короткого замыкания стало возможным благодаря установке пружин 13, компенсирующих электродинамические силы отброса.
Подвижные контакты, установленные на траверсе 2, электрически соединены посредством гибкого проводника 15 с внешней токовой цепью 16. Кинематически траверса 2 с помощью шарнира 17 соединена с механизмом свободного расцепления, который включает "ломающиеся" рычаги 18 и 19, шарнирно связанные между собой и с расцепляющимся рычагом 20, закрепленным в корпусе на оси 21. Между шарниром 22 взаимодействия рычагов 18, 19 и рукояткой 23 установлена пружина 24, которая в статическом состоянии уравновешена, благодаря закрепленному положению шарнира 25, принадлежащего расцепляющемуся рычагу 20.
Механизм передачи вращения рейки содержит поворотный рычаг в виде П-образной скобы 26. Скоба установлена в корпусе на оси 27 с возможностью входить в зацепление с защелкой 28, которая также установлена с возможностью входить в зацепление с отключающей рейкой 29. Оси скобы 26, защелки 28 и рейки 29 подпружинены (на фигурах не показано), что позволяет им занимать исходное положение при взводе. С выступом 30 рейки взаимодействует подвижный элемент 31 расцепителя 32. Рычаг 20 установлен в корпусе с возможностью входить в зацепление с поворотной скобой 26. Линия зацепления 33 расцепляющегося рычага и скобы удалена от центра оси 27 на 2-3 мм. Упоры 34 и 35 принадлежат корпусу, а упором 36 снабжена рукоятка 23.
Автоматический селективный выключатель работает следующим образом. 1. Во включенном положении, при протекании через главную цепь аппарата, состоящую из гибкого проводника 15, подвижных контактов 5, 6, коммутирующих элементов 7, 8, внешних выводов 12, 16 номинального кратковременно выдерживаемого тока 1с\у, на подвижные контакты 5, 6 (на каждом полюсе) действуют силы отброса. Для компенсации этих сил и обеспечения надежного соединения коммутирующих элементов между траверсой и подвижными контактами установлены пружины сжатия 13, 14. Расчет показывает, что при протекании токов с амплитудой около 80 кА на каждом полюсе необходимо компенсировать суммарные усилия отброса более 50 кг. При увеличении нажатия снижается переходное сопротивление в зоне контактирования, что в условиях протекания через главную электрическую цепь номинального тока уменьшает тепловые потери выключателя в целом. Коммутация тока на каждом полюсе осуществляется подвижным контактом, состоящим из пяти контактов, соединенных электрически параллельно. Пропорционально числу контактов снизилась величина тока через каждый коммутирующий элемент, и более, чем в 5 раз,
снизилось электродинамическое взаимодействие между контактами. Это позволило использовать пружины 13, 14 с более низким коэффициентом жесткости по сравнению с известной конструкцией, имеющей на каждом полюсе один подвижный контакт. В части технологии изготовления и эксплуатации предпочтительнее применять такие пружины.
Существенно уменьшилось тепловыделение на контактах внутри корпуса выключателя, что является большим преимуществом заявляемой полезной модели. Исполнение подвижных контактов выключателя составными на одном полюсе позволяет применять выключатель одного габарита на разные номиналы тока, например, на 1,0 кА, 1,6 кА и на 2,0 кА.
Вместе с тем, суммарное усилие прижатия коммутирующих элементов на всех трех полюсах велико, порядка 200 кг, которое удерживается траверсой 2. Сила отброса траверсы во включенном равновесном состоянии уравновешена пружиной 24 с большим коэффициентом жесткости порядка 300 кгс/мм. Пружина 24 оперативного управления, скрепленная с шарниром 22, прижимает рычаг 19 к оси-упору 21 так, что линия действия сил пружины, рычагов 18 и 19 геометрически находится между упором 21 и шарниром 25, что обеспечивает фиксированное положение также рычага. 18 и траверсы.
2. Ручное отключение выключателя оператором. При повороте рукоятки 23 изменяется направление действия силы пружины 24. В промежуточном положении оси пружины 24 и шарниров 22 и 25 находятся на одной линии. В этом положении пружина имеет максимальное растяжение и развивает максимальную силу воздействия на шарнир 22 (порядка 300 кг). При дальнейшем движении рукоятки растянутая пружина 24 мгновенно поднимает вверх шарнир 22, рычаг 18 и траверсу 2 с шарниром 17. Шарнир 4, принадлежащий траверсе, установлен так, что при повороте траверсы относительно шарнира 3 коммутирующие элементы подвижных главных контактов 5 размыкаются без дуги, так как электрическое соединение сохраняется в точке коммутации дугогасительного контакта 6, коммутирующий элемент которого выдвинут далее главных контактов в направлении к периферии выключателя на 20-30 мм и расположен в зоне дугогасительной камеры (на фигуре не показана). Дугогасительный контакт на полюсе размыкается последним. При полном отключении траверса доходит до упора 35. Удлиненный дугогасительный контакт 6 позволяет создать более благоприятные условия дугогашения, также увеличивается срок службы главных контактов и выключателя в целом.
3. В режиме автоматического отключения токов короткого замыкания подвижный элемент 31 расцепителя 32 взаимодействует с выступом 30 рейки 29. Рейка поворачивает защелку 28 (также функционирующую как рычаг), вместе с защелкой осуществляет поворот скоба 26 до выхода из зацепления защелки 28 и скобы 26.
Скоба находится в зацеплении с рычагом 20. После расцепления скобы и защелки 28 скоба теряет равновесное состояние и под воздействием силы со стороны рычага 20 скоба 26 поворачивается против часовой стрелки до выхода из зацепления скобы 26 и рычага 20. После расцепления скобы 26 и рычага 20 нарушается равновесное состояние "ломающихся" рычагов.
Под воздействием пружины 24 рычаг 20 с шарниром 25 поворачивается по часовой стрелке, а рычаг 19, закрепленный на шарнире 25, поворачивается по часовой стрелке относительно упора 34. При этом рукоятка, скрепленная с пружиной 24, остается в статическом состоянии, благодаря упору 35, а шарнир 22 поворачивается по часовой стрелке и рычаги 18 и 19 "ломаются" без возможности осуществлять колебательные возвратные повороты. При переходе шарнира 22 и вместе с ним пружины 24 линии между осью вращения рукоятки 23 и точки крепления пружины 24 на рукоятке рукоятка 23 поворачивается (отбрасывается) по часовой стрелке до соприкосновения упора 36 и рычага 20. Это обеспечивает устойчивое положение рычага 18, а вместе с ним траверсы 2 с подвижными контактами в разомкнутом состоянии. При перемещении шарнира 22 по часовой стрелке рычаг 18 и шарнир 17 поднимаются вверх и поворачиваются против часовой стрелки. Подъем траверсы и размыкание контактов аналогично вышеописанному.
4. Взвод и включение автоматического селективного выключателя. При вращении рукоятки против часовой стрелки при положении выключателя "выключен" (фиг.4) упор 36, принадлежащий рукоятке, поворачивает рычаг 20 вместе с шарниром 25 против часовой стрелки. Подпружиненные скоба 26, защелка 28, рейка 29 с выступом занимают исходное положение, приводя механизм расцепителя 32 во взведенное положение, после чего вращение рейки прекращается. Рычаг 20 и скоба 26 входят в зацепление по линии взаимодействия 33. Сила взаимодействия скобы 26 и рычага 20 велика и соизмерима с усилием максимального растяжения пружины 24 (300 кг). Для снижения сил взаимодействия в месте взаимодействия защелки и рейки 29 линия зацепления 33 (фиг.1) расцепляющегося рычага 20 и скобы 26 удалена от центра оси 27 скобы на 2-3 мм. Это позволило увеличить соотношение плеч рычага-скобы 26 и понизить в 40-50 раз силу взаимодействия защелки и рейки 29, ориентировочно оцениваемую в 50-100 кг. Срок службы рейки возрос, примерно, на порядок; увеличилась надежность выключателя.
Для включения выключателя рукоятку 23 поворачивают по часовой стрелке до упора 35. При вращении рукоятки и вместе с ней пружины 24 относительно шарнира 22 рычаг 19 остается неподвижным до тех пор, пока точка крепления пружины к рукоятке не пересечет линию, проходящую через центры шарниров 22 и 25, и момент сил, действующих на рычаг 19, изменит направление на противоположное. Рычаг 19 повернется вокруг шарнира 25 до взаимодействия с упором 21. При вращении рычага
19 также поворачивается рычаг 18, шарнир 17 и траверса 2. Дугогасительные контакты, закрепленные на траверсе, перемещаются до соприкосновения коммутирующих элементов и неподвижного вывода 12. При дальнейшем движении траверсы контакты сжимают пружины 13, 14. Суммарное усилие прижатия коммутирующих элементов на всех трех полюсах составляет порядка 200 кг. Движение контактов прекращается, когда рычаг 19 останавливается.