Расцепитель автоматического выключателя

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (11)4 003 3 90

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. санд-ву (БI)М. Кл. (22)Заявлено 25.12.81 (21) 3370586/24-07

Н 01 Н 71/40 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Гасударственный кемитвт

СССР

Опубликовано 07.03.83, Бюллетень М 9 во делам кэобретенкй к открытий (53) УДК 621..316.524 (088.8) Дата опубликования описания 10..д

В.В. Кулакова, 6.А. Лярский и 6... Кузнецов .с (?2) Авторы изобретения "нь„Ленинградское электромашиностроительное объединение

"Электросила" им. С.М. Кирова (?1) Заявитель (54) РАСЦЕПИТЕЛЬ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ, 1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроаппаратостроению и в частности к автоматическим выключателям..

Известны комбинированные расцепители максимального тока автоматичес5 ких выключателей, содержащие для защиты в диапазоне токов перегрузки термобиметаллический элемент и для защиты от токов короткого замыкания электромагнитный элемент, Причем в тех случаях, когда номинальный ток термобиметаллического элемента меньше номинального рабочего тока выключателя, параллельно этому элементу включается специальный шунт, сопротивление которого, как правило, меньше сопротивления термобиметаллического элемента и в который ответвляется избыточная для термобиметалла часть zo тока 513.

Однако в таких расцепителях и термобиметаллический, и электромагнитный элементы обтекаются в аварийном реии2 ме защищаемой цепи одним и тем же током короткого замыкания в течение всего времени отключения цепи автомати ческим выключателем. Чрезмерный нагрев термобиметаллических элементов током короткого замыкания вызывает у них необратимые деформации, недо" пустимые изменения защитных характеристик или термические разрушения.

Поэтому коммутационная способность. выключателей, снабженных такими рас" цепителями, ограничивается токами термической устойчивости термобиметаллического элемента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является расцепитель автоматического выключателя, содержащий связанные токопроводами термоэлемент, электромагнитный элемент и контакты, защищающие термозлемент от разрушающего термического воздействия, из которых один выполнен неподвижным, а другой механически связан с якорем электромаг3 10031 нитного элемента, удерживаемым в исходном положении возвратной пружиной.

В известном расцепителе электро. магнитный элемент и термоэлемент соединены последовательно. Контакты S включены параллельно с термоэлементом и в номинальном режиме работы расцепителя находятся в разомкнутом состоянии 2 1.

К недостаткам такого расцепителя 10 следует отнести, следующие.

Контактное нажатие шунтирующих контактов, которое создается в этом расцепителе силой притяжения якоря электромагнитного элемента, из-за И насыщения его магнитопровода перестает возрастать с увеличением тока короткого замыкания, что приводит к свариванию шунтирующих контактов, Это обстоятельство ограничивает об,ласть применения автоматических выключателей с такими расцепителлми теми цепями, в которых аварийные токи не превышают токов сваривания шунтирующих контактов. Кроме того, проте- д кание токов короткого замыкания непосредственно по шунтирующим контактам в течение всего времени отключе" ния цепи выключателем предопределяет. исполнение. их контакт-деталей с доста-З0 точно большими массогабаритными показателями. Это связано с повышенным расходом дефицитных и дорогостоящих серебросодержащих контактных материалов, из которых обычно выполняют кон такт-детали.

B известном расцепителе сверх обычного усилил, необходимого для воздействия на механизм свободного расцепления выключателя и для преодоления усилия возвратной пружины, электромагнитный элемент должен дополнительно создавать усилие контактного нажатия. Это связано с повышенным расходом электротехнических материалов на

45 изготовление электромагнитного элемента и с увеличением его габаритных показателей.

Кроме того, при присущем данному электромагнитному элементу тяговом усилии увеличение натяжения возврат50 ной пружины (для получения большего тока уставки) неизбежно приводит к уменьшению создаваемого контактного нажатия, что повышает вероятность сваривания контактов и снижает тем самым надежность расцепителя, так как при большем токе уставки возрастает и максимальное мгновенное значение то90 4 ка, протекающего по шунтирующим контактам в процессе отключения выключателем защищаемой цепи.

Следует также отметить, что в случаях, когда номинальный ток термобиметаллического элемента меньше номинального рабочего тока выключателя, применение шунтирующих контактов в таком расцепителе не исключает необходимости включения параллельно термобиметаллическому элементу специально изготовленного шунта.

Очевидно, что указанными недостатками будут обладать все расцепители с шунтирующими контактами, которые, помимо электромагнитного элемента, содержат термоэлемент, реагирующий на тепловую энергию электрического тока, протекаюцего по нему или его нагревателю. Кроме термобиметаллических, к таким элементам можно отнести позисторные, термомагнитные и т.п.

Цель изобретения — повышение надежности и снижение расхода электротехнических материалов, в том числе дефицитных серебросодержащих контактных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в расцепителе автоматического выключателя, содержащем связанные токопроводами термоэлемент, электромагнитный элемент и контакты, защищающие термоэлемент от разрушающего термического воздействия, из которых один выполнен неподвижным, а другой механически связан с якорем электромагнитного элемента, удерживаемым в исходном положении возвратной пружиной, электромагнитный элемент и термоэлемент соединены параллельно, а контакты включены последовательно с термоэлементом и замкнуты в исходном положении якоря электромагнитного элемента, . При выполнении предлагаемого технического решения значительно (в сотни раз) снижается максимально возможная величина тока, протекаюцего через контакты расцепителя, в результате чего исключается возможность их сваривания при возникновении токов короткого замыкания в защищаемой выключателем цепи и.соответственно уменьшается количество контактного

"материала, расходуемого при изготовлении контакт-деталей, а также снизить -величину контактного нажатия, работа расцепителя не отличается от работы расцепителя, содержащего только термобиметаллический элемент с шунтом. Однако роль этого шунта здесь выполняет токовая цепь катушки 12 электромагнитного элемента между токоподводами 3 и 9, сопротивление которой меньше сопротивления токовой цепи термобиметаллического элемента между этими токоподводами, В этом случае (фиг. 2) ток защищаемой цепи своей меньшей частью I ответвляется .в цепь термобиметаллического элемента, а большей частью

1> — в цепь электромагнитного элемента Ток 1, протекая по последовательному соединению термобиметаллической пластины 1, нагревателя 2, токопровода 4, гибкого соединения 5 и контактов 6 и 8, вызывает нагрев и деформацию (изгиб) пластины 1 в направлении, показанном на фиг. 2 стрелкой. При этом пластина 1 своим свободным концом воздействует через систему поворотных рычагов 14 на механизм свободного расцепления 15 выключателя. Время срабатывания расцепителя уменьшается с возрастанием тока перегрузки защищаемой. цепи. Другая большая часть тока 1 э, протекающая по катушке 12, недостаточна в этом случае для притяжения якоря 7 к сердечнику 13.

При больших токах короткого замыкания в зацищаемой выключателем цепи ток быстро достигает значения тока уставки электромагнитного элемента, который обычно составляет от 3 до

15 1о номий Якорь 7 электромагнита приходит в движение, преодолевая уси" лие пружины 11, и в самом начале своего движения размыкает контакты 6 и

8 в цепи термобиметаллического элемента, а затем (в конце движения) воздействует своим рычагом через систему поворотных рычагов 14 на механизм свободного расцепления 15 выключателя. При этом максимальное значение тока !-т в цепи термобиметаллического элемента не может превысить его номинального значения 1-, но„, в число раз большее, чем кратность уставки электромагнитного элемента.

Если в цепь термобиметаллического элемента ответвляется третья часть тока I о защищаемой цепи, то даже при наибольшем значении тока уставки 15 номин ток через контакты 6 и 8 не превысит 5 Iо но,иин защищаемой цепи.

5 1003190 d

При этом соответственно снижается величина необходимого тягового усилия электромагнитного элемента и следрвательно, количество электротехнических материалов, требуемых для 3 его изготовления.

Кроме того, отпадает необходимость выполнять специальный шунт для термоэлемента, так как его функцию несет включенная параллельно токовая цепь электромагнитного элемента, сопротивление которой значительно меньше сопротивления токовой цепи термоэлемента.

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого расцепителя; на фиг. 2 — электрическая схема расцепителя; на фиг. 3 - кривые изменения тока в цепях термоэлемента и электромагнитного элемента при отключе- 20 нии короткого замыкания выключателем, снабженным предлагаемым расцепителем.

Расцеоитель автоматического выключателя содержит (фиг. 1) термоэлемент, состоящий из термобиметалличес-.25 кой пластины 1 и намотанного на нее в виде спирали нагревателя 2. Одним концом пластина 1 жестко закреплена на токоподводе 3, а другой свободный ее конец металлически скреплен.(напри 30 мер точечной сваркой) с началом спирали нагревателя 2, образуя последовательное электрическое соединение нагревателя с пластиной 1. Конец спира- . ли нагревателя 2 соединен с токопроводом 4, который через гибкое. соединение:

5 электрически связан с подвижным кон- ., тактом 6, укрепленным на якоре 7 электромагнитного элемента. Неподвижный контакт 8 установлен в изоляционном корпусе выключателя, электрически соединен с токоподводом 9 и служит упором для якоря 7, поворачивающегося на оси 10 и удерживаемого в исходном положении пружиной 11. Катушка 12 электромагнитного элемента размещена на его сердечнике 13, укрепленном в корпусе выключателя, и электрически соединена с токоподводами 3 и 9.

На электрической схеме устройства (фиг. 2) показано распределение тока защищаемой цепи на ток в цепь термоэлемента IT и в цепь электромагнитного элемента 1 .

Расцепитель автоматического выЯ ключателя работает следующим образом.

При небольших аварийных токах, меньших тока уставки 1 се электромагнитного элемента (токи перегрузки), тем больше и величина, контактного нажатия, т.е. изменение этих параметров согласуется автоматически, сохраняя надежность контактного соединения и расцепителя в целом.

При использовании в качестве шунта для термобиметаллического элемента токовой цепи электромагнитного элемента отпадает необходимость затрат на изготовление специального шунта и сокращается, следовательно, расход электротехнических материалов, Использование предлагаемого расцепителя возможно на предприятиях электротехнической промышленности, разрабатывающих низковольтные автоматические выключатели.

Формула изобретения

Расцепитель автоматического выключателя, содержащий связанные токопроводами термоэлемент, электромагнитный элемент и контакты, защищающие термоэлемент от разрушающего термического воздействия, из которых один выполнен неподвижным, а другой механически связан с якорем электромагнитного элемента, удерживаемым в исходном положении возвратной пружиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности расцепителя и снижения расхода электротехнических материалов, электромагнитный элемент и термоэлемент соединены, параллельно, а контакты включены последовательно с термоэлементом и замкнуты в исходном положении якоря электромагнитного элемента.

Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе

1. Родштейна Л,А. Электрические аппараты, Л., "Энергия", 1971, с. 260, рис. 16-8.

2. Патент США 1Р 4080582, кл, 335-37, 1973.

7 1003190

Поэтому размеры и масса контакт"де" талей в таком расцепителе значительно меньше, чем в известной конструкции, благодаря чему достигается существен" ная экономия дорогостоящих и дефицит- S ных серебросодержащих контактных материалов. Кроме того, при таких значениях максимального тока в цепи термоэлемента не требуется создания больших контактных нажатий и легко обес- 16 печиваются те нажатия, при которых отсутствует сваривание контактов, что повышает надежность расцепителя.

После размыкания контактов 6 и 8 в момент времени и (Фиг. 3) ток Iq 15 переходит в цепь электромагнитного элемента, вследствие чего возрастает сила притяжения якоря 7 к сердечнику

13„ Форсируется его движение и исключается возможность замыкания кон- 2О тактов 6 и 8 в процессе отключения тока короткого замыкания выключателем. При этом снижается время срабатывания электромагнитного элемента, что повышает предельную коммутацион- И ную способность снабженного таким расцепителем выключателя.

В отличие от прототипа в предлагаемом расцепителе электромагнитный элемент не должен создавать дополни- зв тельное тяговое усилие для обеспечения контактного нажатия, так как это нажатие здесь обеспечивается самой возвратной пружиной 11 якоря 7. По-этому при прочих равных условиях экс- yg плуатации на изготовление. электромаг нитного элемента в предлагаемом расцепителе расходуется меньше электротехнических материалов.

Повышение тока уставки электромагнитного элемента осуществляется одновременным увеличением натяжения и плеча зацепления возвратной пружины

11 при перемещении ее конца по рычагу якоря 7. Следовательно,.чем выше мак- симально возможное значение тока в цепи термоэлемента и контактов, 6 и 8,. l003190

ВНИИПИ Заказ 1577/38 Тираж 701 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4