Улучшенный прерыватель для сильноточных или высоковольтных применений при постоянном токе, например, для промышленных и/или железнодорожных применений
Изобретение относится к улучшенному прерывателю (1) для сильноточных или высоковольтных применений, например для промышленных и/или железнодорожных применений, где сильный ток должен включаться/выключаться или прерываться с высокой эффективностью и очень малым промежуточным периодом. Техническим результатом является повышение эффективности работы устройства. Прерыватель (1) содержит корпус (10), включающее в себя основание (2), механизм (3) приведения в действие коммутирующего средства, содержащий удерживающий механизм (20, 21) и механизм (40) высвобождения, промежуточную часть (4) с коммутирующими или прерывающими контактами, включающую в себя неподвижные контакты (5) и подвижные контакты (6), и верхнюю часть (7) с дугогасительной камерой, закрывающую промежуточную часть (4) с коммутирующими или прерывающими контактами. Технический результат достигается за счет того, что часть (7) с дугогасительной камерой прерывателя (1) выполнена с возможностью перемещения относительно промежуточной части (4) с коммутирующими или прерывающими контактами и снабжена внешними полюсными расширениями (60), которые подсоединены на обеих основных сторонах прерывателя (1). С внешними полюсными расширениями (60) электрически соединены дополнительные полюсные расширения (70), которые связаны с промежуточной частью (4) с коммутирующими или прерывающими контактами в качестве неподвижной части прерывателя (1). 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники
Изобретение относится к улучшенному прерывателю для промышленных и железнодорожных применений.
Более конкретно, но не исключительно, изобретение относится к прерывателю для промышленных и/или железнодорожных применений, в которых, например, сильный постоянный ток должен включаться и выключаться с высокой частотой переключения или должен прерываться с высокой эффективностью и очень малым промежуточным периодом.
Предшествующий уровень техники
Как хорошо известно в этой конкретной области техники, контактор представляет собой дистанционный переключатель с электромагнитным исполнительным механизмом, который может использоваться в промышленной или железнодорожной области применения, где сильный постоянный ток должен включаться и выключаться с относительно высокой частотой переключения.
В целом, контактор может рассматриваться как прерыватель для сильноточных и высоковольтных применений.
Просто для того, чтобы дать представление об условиях работы и диапазоне значений тока, используемых для такого рода контакторов, следует отметить, что такие устройства должны иметь возможность эффективно переключать токи по меньшей мере в диапазоне от 400А до 1800А при рабочем напряжении в диапазоне от 1000В до 4000В.
Хотя упомянутые рабочие диапазоны могут относиться к однополюсному контактору, во многих применениях необходимо иметь двух- или трехполюсную конфигурацию.
Контактор известной конструкции обычно имеет неподвижные контакты, подвижные контакты и по меньшей мере одну катушку контактора. Как только через катушку контактора протекает достаточный пусковой ток, контактор срабатывает и подключает нагрузки, входящие в состав нагрузочной цепи.
Для поддержания контактора в этом состоянии через контактор должен непрерывно протекать ток удержания. После отключения тока удержания контактор отключается. Энергия, запасенная в катушке контактора, рассеивается цепью свободного хода.
Точно так же даже быстродействующий прерыватель тока может рассматриваться как прерыватель для сильноточных и высоковольтных применений.
Прерыватель тока - это прерыватель, предназначенный для защиты электрической цепи от повреждений, вызванных сверхтоком, или перегрузкой, или коротким замыканием. Его основная функция заключается в прерывании тока после того, как защитные реле обнаружат неисправность.
Такие прерыватели используются в различных применениях для защиты оборудования от токов короткого замыкания и от перегрузок; например, они подходят для защиты энергосетей и полупроводников (преобразователей/выпрямителей) в железнодорожной области применения и промышленности.
На рынке доступны фидерные прерыватели цепи и выпрямительные прерыватели цепи с рабочим постоянным током до 8000А и рабочим напряжением до 4400В постоянного тока. Они имеют очень высокую способность прерывания в сочетании с токоограничивающей способностью.
В целом, для получения вышеупомянутой превосходной прерывающей способности и исключительной диэлектрической эффективности необходимо использовать высококачественные материалы, чтобы гарантировать бесперебойность энергоснабжения и защиту во время неблагоприятных системных событий.
Как для контакторов, так и для прерывателей требуется дугогасительная часть, так называемая дугогасительная камера, для надлежащего рассеивания электрической дуги, которая может возникать в высоковольтной части переключателя, где имеются подвижные контакты.
Одной из основных проблем при изготовлении прерывателей для сильноточных и высоковольтных применений является как раз правильное определение размеров дугогасительной части.
Эта фаза проектирования особенно важна, поскольку иногда требуется удлинить и расширить дугогасительную камеру в зависимости от варианта прерывателя, то есть в зависимости от рабочего тока или напряжения, которыми должен управлять прерыватель.
Техническая задача, лежащая в основе изобретения, заключается в создании улучшенного прерывателя для переключения или прерывания сильных токов или высоких напряжений, имеющего конструктивные и функциональные особенности, позволяющие обеспечить более эффективное рассеивание электрической дуги, которая может возникать во время фазы размыкания или замыкания подвижных контактов.
Другой задачей изобретения является создание прерывателя, имеющего более высокую надежность и более длительный срок службы благодаря более высокой эффективности в фазе рассеивания возможной электрической дуги.
Еще одна задача изобретения заключается в создании прерывателя, который может изготавливаться из материалов, характеризующихся разумными производственными затратами.
Раскрытие изобретения
Упомянутая задача решается прерывателем по пункту 1 формулы изобретения. Изобретение получило дальнейшее развитие в зависимых пунктах формулы изобретения. Идея решения, положенного в основу изобретения, состоит в создании части с дугогасительной камерой, которая конструктивно отличается в зависимости от диапазонов напряжения, которое должно коммутироваться, а также от соответствующего типа дугогасительной камеры и энергетической мощности, которая должна рассеиваться в условиях полной безопасности.
Согласно вышеупомянутой идее решения и одному из аспектов изобретения, техническая задача решается посредством улучшенного прерывателя для сильноточных или высоковольтных применений, например, для промышленных и/или железнодорожных применений, в которых сильный ток должен включаться/отключаться с высокой эффективностью и очень малым промежуточным периодом, включающего в своем корпусе:
основание, содержащее механизм приведения в действие коммутирующего средства, включающий в себя удерживающий механизм и механизм высвобождения;
промежуточную часть с коммутирующими или прерывающими контактами, включающую в себя неподвижные контакты и подвижные контакты, и
верхнюю часть с дугогасительной камерой, закрывающую промежуточную часть с коммутирующими или прерывающими контактами,
причем
часть с дугогасительной камерой выполнена подвижной относительно части с коммутирующими или прерывающими контактами и снабжена внешними полюсными расширениями, которые подсоединены на обеих основных сторонах прерывателя;
причем с внешними полюсными расширениями электрически соединены дополнительные полюсные расширения, которые связаны с указанной промежуточной коммутирующей частью в качестве неподвижной части прерывателя.
Каждое из упомянутых полюсных расширений содержит по меньшей мере пару металлических пластин, независимо установленных на каждой основной боковой стороне дугогасительной камеры.
Каждое из дополнительных полюсных расширений содержит по меньшей мере пару пластин, соответствующих пластинам внешних полюсных расширений, связанных с дугогасительной камерой.
Каждая металлическая пластина имеет, по существу, квадратную форму и прикреплена к выполненной из пластмассы на основе синтетической смолы конструкции дугогасительной камеры посредством крепежных пальцев, расположенных на углах пластины.
Дополнительные полюсные расширения перекрыты внешними полюсными расширениями.
Следует отметить, что пара пластин дополнительных полюсных расширений установлена в положении, которое является более внутренним по отношению к промежуточной коммутирующей части, в то время как пластины внешних полюсных расширений связаны с дугогасительной камерой, частично перекрывая упомянутую соответствующую дополнительную пару пластин, устанавливая также электрический контакт.
Кроме того, частичное перекрытие соответствующих пластин позволяет установить скользящий контакт с примыканием, обеспечивающий электропроводимость между упомянутыми пластинами.
Множество металлических пластин различной формы и размера связаны с обеими сторонам дугогасительной камеры в качестве внешних полюсных расширений.
Упомянутая пара металлических пластин дополнительного полюсного расширения расположена на обеих сторонах прерывателя в соответствии с рассеивающими катушками, расположенными вблизи промежуточной части с коммутирующими или прерывающими контактами.
В целом, промежуточная часть с коммутирующими или прерывающими контактами включает в себя вспомогательные неподвижные и подвижные дугогасительные контакты, связанные с соответствующими дугогасительными бегунками, электрически соединенными с соответствующими рассеивающими катушками, предназначенными для рассеивания электрической дуги, возникающей во время фазы размыкания упомянутых подвижных дугогасительных контактов; упомянутая пара металлических пластин дополнительного полюсного расширения расположена на обеих сторонах прерывателя в соответствии с упомянутыми рассеивающими катушками.
Последнее, но не менее важное, дополнительные катушки размещены подобно поясу на каждом внешнем полюсном расширении, чтобы полностью рассевать электрическую дугу, возникающую в дугогасительной камере, удерживая ее внутри дугогасительной камеры; упомянутая дополнительная катушка вставлена в изолированный корпус, выполненный из пластмассы на основе синтетической смолы.
Кроме того, следует отметить, что упомянутый корпус прерывателя имеет промежуточные ограничивающие части, расположенные на обеих сторонах упомянутого корпуса, чтобы ограничивать в поперечном направлении промежуточную часть с коммутирующими контактами и обеспечить боковые направляющие для упомянутой части с дугогасительной камерой; причем часть с дугогасительной камерой установлена с возможностью скольжения между ограничивающими частями; между противоположными промежуточными ограничивающими частями в поперечном направлении проходит по меньшей мере один рычажный механизм для перемещения или подъема дугогасительной камеры в случае проведения осмотра.
Пластины прикреплены к дугогасительной камере и способны перемещаться вместе с дугогасительной камерой, когда она перемещается со скольжением упомянутым рычагом для обеспечения возможности осмотра закрытой прерывающей части.
Полюсные расширения сконструированы в виде сдвоенной группы металлических пластин, одна из которых связана с промежуточной частью с коммутирующими или прерывающими контактами, а другая связана с дугогасительной камерой, и имеют между собой скользящий электрический контакт.
Краткое описание чертежей
Дополнительные особенности и преимущества контакторного устройства согласно изобретению очевидны из последующего описания, приведенного в качестве не носящего ограничительного характера примера со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 схематично показан прерыватель согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг. 2 - прерыватель согласно изобретению, показанный на фиг. 1, со снятой боковой крышкой, вид в перспективе;
на фиг. 3 - прерыватель согласно изобретению, вид в перспективе, с другой стороны по сравнению с фиг. 1;
на фиг. 4 - прерыватель, показанный на фиг. 3, со снятой боковой крышкой, вид спереди;
на фиг. 5 - промежуточная коммутирующая часть прерывателя согласно изобретению;
на фиг. 6 - детали коммутирующей части, показанной на фиг. 5, в различных рабочих положениях;
на фиг. 7 - внутренняя часть прерывателя согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг. 8 - та же внутренняя часть прерывателя, показанного на фиг. 7, но с другой стороны, вид в перспективе.
Варианты осуществления изобретения
Что касается чертежей, то на них под ссылочной позицией 1 в целом и схематично показан прерыватель согласно изобретению.
В последующем описании в качестве предпочтительного варианта осуществления описана конструкция быстродействующего прерывателя, которая рассматривается на примере прерывателя.
Однако специалисту в данной области техники понятно, что принцип изобретения применим также к контакторному устройству для применений, связанных с коммутацией больших токов, в частности, промышленных или железнодорожных применений, в которых должен включаться и выключаться сильный постоянный ток.
Теперь рассмотрим прерыватель 1, имеющий, по существу, форму прямоугольного параллелепипеда с нижней и верхней частями, двумя основными сторонами и двумя боковыми сторонами.
Прерыватель 1 специально предназначен для промышленных или железнодорожных применений, в которых сильный постоянный ток должен прерываться с высокой эффективностью и очень малым промежуточным периодом.
Например, прерыватель 1 согласно изобретению выполнен с возможностью использования в электрическом оборудовании, работающем в присутствии значительных сверхтоков, или перенапряжений, или коротких замыканий, которые могут возникать на подстанциях линии метро.
Однако ничто не мешает использовать этот тип прерывателя 1 во всех областях применения, когда сильный постоянный ток должен прерываться как можно быстрее, например, на железнодорожной станции, в вагоне или на промышленном предприятии.
Просто чтобы дать представление об условиях работы и диапазоне значений тока такого типа контакторов, следует отметить, что эти устройства должны быть способны эффективно прерывать постоянный ток по меньшей мере до 8000А при значениях постоянного рабочего напряжения до 4200В.
Упомянутые рабочие значения могут как раз относиться к однополюсному прерывателю. Однако во многих случаях необходимо иметь двухполюсную конфигурацию и/или трехполюсную конфигурацию.
В этом смысле прерыватель 1 согласно изобретению имеет модульную конструкцию, относящуюся к конфигурации с одним полюсом, которая показана на чертежах, но может быть сдвоена или выполнена в конфигурации с двумя или тремя полюсами, содержащей два или три параллельных модуля в зависимости от требований пользователя.
Кроме того, модульность прерывателя поддерживается даже для различных значений напряжения или тока в том смысле, что устройство сохраняет одни и те же габариты и размер благодаря специальной конструкции дугогасительной камеры.
Далее раскрыта конструкция только однополюсного модуля.
Прерыватель 1 имеет основание 2, поддерживающее механизм 3 приведения в действие, верхняя или промежуточная часть 4 с коммутирующими контактами, включающая в себя неподвижные контакты 5 и подвижные контакты 6, и часть 7 с дугогасительной камерой.
Электрические коммутирующие контакты образуют прерывающую часть устройства, в то время как часть 7 с дугогасительной камерой предназначена для закрывания и/или защиты электрических коммутирующих контактов. В более распространенном вертикальном исполнении основание 2 представляет собой нижнюю часть прерывателя, а часть 7 с дугогасительной камерой является верхней частью; однако прерыватель 1 согласно изобретению может устанавливаться также в горизонтальном положении, так что одна из основных сторон становится нижней частью, в то время как основание 2 и верхний участок (выполненная из керамики) части 7 с дугогасительной камерой становятся боковыми сторонами.
Конструкция всех вышеупомянутых частей раскрыта далее.
Однополюсный модуль прерывателя 1 имеет корпус 10, закрывающий с обеих боковых сторон основание 2 и часть 4 с коммутирующими контактами.
Как упомянуто выше, основание 2 должно рассматриваться просто как ограничивающая стенка корпуса 10, а не обязательно как нижнее основание, поскольку весь прерыватель 1 может устанавливаться вертикально, но также может устанавливаться горизонтально в зависимости от требований пользователя.
На чертежах прерыватель 1 показан в вертикальном положении с основание 2, проходящим горизонтально и соединенным с прямоугольными опорными выступами 21 для прикрепления прерывателя к опорному фундаменту (не показан). Однако ничто не мешает установить прерыватель 1 горизонтально; в таком случае основание 2 будет проходить вертикально.
Корпус 10 включает в себя конструкцию из пластмассы на основе синтетической смолы, имеющей заранее заданный коэффициент изоляции. Такой корпус 10 имеет пару защитных стенок 11, закрывающих с обеих основных сторон основание 2 прерывателя и промежуточную часть 4 с коммутирующими контактами, оставляя открытым только центральное отверстие 12. Такая защитная стенка 11 обеспечивает лучшую и более эффективную изоляцию, чем изоляция, обеспечиваемая воздухом.
Упомянутое отверстие 12 предназначено для быстрого осмотра сбоку.
В корпусе 10 выполнены противоположные промежуточные ограничивающие части 16, 18 для ограничения по бокам промежуточной части 4 с коммутирующими контактами. Эти ограничивающие части 16, 18 также представляют собой две боковые направляющие для части 7 с дугогасительной камерой.
В предпочтительном варианте осуществления часть 7 с дугогасительной камерой установлена с возможностью скольжения в корпусе 10 между вышеупомянутыми противоположными промежуточными ограничивающими частями 16 и 18.
Более конкретно, первая часть 16 выполнена с первой частью или участком 17, который можно рассматривать как расположенный ближе к части 4 с коммутирующими контактами, и со второй частью 19, охватывающей сбоку часть 7 с дугогасительной камерой.
Первая и вторая части 17, 19 выполнены за одно целое из пластмассы на основе синтетической смолы.
Первая часть 17 толще второй части 19 и содержит шарнир 23.
Аналогично, но с немного отличающейся конструкцией, другая ограничивающая часть 18 включает в себя первую часть или участок 27, который находится ближе к части 4 с коммутирующими контактами, и вторую часть 29, охватывающую сбоку часть 7 с дугогасительной камерой. Также в этом случае первая и вторая части 27, 29 выполнены за одно целое из пластмассы на основе синтетической смолы.
Первая часть 27 толще второй части 29 и имеет паз 28, которая проходит, по существу, параллельно внешней боковой поверхности корпуса 10 или части 7 с дугогасительной камерой.
Рычаг 25 имеет один конец 25А, шарнирно присоединенный к шарниру 23 первой части 17 ограничивающей части 16.
Рычаг 25 проходит в поперечном направлении между двумя противоположными промежуточными ограничивающими частями 16 и 18 и параллельно защитным стенкам 11, закрывающим прерыватель 1.
Рычаг 25 имеет противоположный конец 25В, который через палец 30 входит с возможностью скольжения в паз 28, выполненный в первой части другой ограничивающей части 18.
Конструкция, показанная на фиг. 2, поясняет рычаг 25 на одной основной стороне прерывателя 1, тогда как конструкция, показанная на фиг. 4, поясняет другой рычаг на другой основной стороне прерывателя 1. Расположение рычагов 25 является симметричным, чтобы обеспечивать более плавное скользящее перемещение на части 7 с дугогасительной камерой, как это раскрыто далее.
Каждый рычаг 25 на обеих сторонах прерывателя 1 имеет центральную продолговатую часть 33, имеющую палец 32, выступающий от каждого рычага 25 перпендикулярно к внутренней части прерывателя и воздействующий на соответствующий нижний край 35 части 7 с дугогасительной камерой.
Механизм, включающий в себя бесконечный винт, имеется для воздействия на оба рычага 25. Бесконечный винт расположен внутри ограничивающей части 18 дугогасительной камеры и имеет один конец, снабженный блоком, соединенным с шарнирным концом 25B обоих рычагов 25 внутри первой части 27 упомянутой ограничивающей части 18. Винт и его концевой блок не видны на чертеже, т.к. они скрыты внутри ограничивающей части 18.
Когда пара рычагов 25 приводится в действие бесконечным винтом, размещенным внутри ограничивающей части 18 дугогасительной камеры, каждый соответствующий шарнирный конец 25А рычагов 25 поворачивается в угловом направлении вокруг шарнира 23, в то время как противоположные концы 25В могут скользить внутри паза 28.
Это движение обеспечивает дальнейшее перемещение центральной продолговатой части 33 рычага 25, которая толкает палец 32 в направлении стрелки F, что позволяет перемещать часть 7 с дугогасительной камерой посредством скольжения в сторону от промежуточной части 4 с коммутирующими контактами.
В качестве альтернативы, прерыватель 1 согласно изобретению может быть выполнен в горизонтальном исполнении с неким изолирующим опорным лотком. В таком случае бесконечный винт выполнен на резьбовых опорах, прикрепленных к такому лотку. Один конец винта непосредственно соединен с центральной продолговатой частью 33 рычагов 25 так, что скользящее движение упомянутого конца бесконечного винта воздействует непосредственно на центральную часть 33 рычагов 25.
Как в вертикальном, так и в горизонтальном исполнении действие бесконечного винтового механизма позволяет перемещать часть 7 с дугогасительной камерой как в вертикальном, так и в горизонтальном положении прерывателя 1 в зависимости от того, как он был установлен, без использования специального крана или аналогичных устройств, имеющихся в предшествующем уровне техники, для подъема и манипуляции с тяжелой дугогасительной камерой.
В обоих исполнениях механизм перемещения действует симметрично на обоих рычагах 25, поддерживаемых с обеих сторон прерывателей 1, и обеспечивает плавное перемещение части 7 с дугогасительной камерой вдоль направляющих, выполненных в виде противоположных промежуточных ограничивающих частей 16, 18.
Что касается промежуточной части 4 с коммутирующими контактами, то внутренняя схематичная конструкция прерывающей части, включающая в себя электрическое коммутирующее средство согласно изобретению, показана на фиг. 5 и 6.
Прерывающая часть может рассматриваться разделенной на нижнюю низковольтную часть, включающий в себя механизм 3 приведения в действие, и верхнюю высоковольтную часть.
Низковольтная часть специально выполнена для приведения прерывающего действия верхней высоковольтной части.
Прерыватель 1 согласно изобретению может рассматриваться как коммутирующий элемент, снабженный нормально замкнутыми контактами, которые должны размыкаться как можно быстрее в случае короткого замыкания или перегрузки по току, в зависимости от требований пользователя.
В этом отношении, согласно изобретению, прерывающая часть включает в себя неподвижные контакты 5 и подвижные контакты 6.
Следует отметить, что неподвижные силовые контакты 5 представляют собой сдвоенные контакты 13, 14, выполненные из различных проводящих материалов.
Первый неподвижный основной контакт 13 установлен внутри неподвижного блока 9 в положении, которое можно определить как более близкое к механизму 3 приведения в действие.
Такой первый неподвижный основной контакт 13 выполнен из высокопроводящего серебряного сплава.
Второй неподвижный дугогасительный контакт 14 установлен на том же блоке 9 на предварительно определенном расстоянии от первого неподвижного контакта 13. Этот второй контакт 14 можно также определить как вспомогательный дугогасительный контакт.
Этот второй дугогасительный контакт 14 выполнен из сплава, содержащего вольфрам.
Блок 9 соединен с первым нормально замкнутым силовым контактом 8, выступающим в боковом направлении наружу корпуса 10.
Подвижная тяга 39 поддерживает подвижные контакты 6 аналогичной конструкции, имея сдвоенные контакты 23, 24, причем основной контакт 23 и вспомогательный дугогасительный контакт 24 выполнены из различных проводящих материалов. Однако согласно изобретению, между контактами 23 и 24 подвижной тяги 39 конструктивно вставлен упругий элемент 26.
Наличие этого упругого элемента 26 допускает небольшой дисбаланс верхнего вспомогательного дугогасительного контакта 24 по направлению к соответствующему неподвижному вспомогательному дугогасительному контакту 14, так что верхний подвижный контакт 24 может первым касаться соответствующего неподвижного контакта 14 во время фазы замыкания прерывателя 1.
Подвижная тяга 39 способна перемещаться в угловом направлении из исходного или разомкнутого положения в рабочее или замкнутое положение, в котором подвижный контакт 6 упирается в неподвижные контакты 5. Перемещение тяги 39, поддерживающей подвижные контакты 6, по направлению к неподвижным контактам 5 увеличивает упругое усилие упругого средства 40, постоянно смещенного по направлению размыкания контактов.
Также тяга 39 соединена со вторым нормально замкнутым силовым контактом 38, выступающим в боковом направлении наружу корпуса 10 с противоположной стороны относительно другого нормально замкнутого силового контакта 8.
Следует отметить, что в соответствии с изобретением перемещение второй тяги 39 с парой контактов 23, 24 в угловом направлении к неподвижным контактам 13, 14 неподвижного блока 9 и от них осуществляется в два этапа.
Сначала перемещение в угловом направлении приводит к первому контакту между верхними контактами 14 и 24, расположенными ближе к части 7 с дугогасительной камерой, и сразу после этого ко второму контакту между нижними контактами 13 и 23, расположенными ближе к механизму 3 приведения в действие.
Как только подвижные контакты 23, 24 упираются в неподвижные контакты 13, 14, прерыватель удерживается в таком положении замыкания за счет магнитного притяжения, создаваемого катушкой 22, поддерживаемой под неподвижным контактом 5 и питаемой вспомогательным током. Магнитное усилие катушки 22 направлено на анкерный элемент 20 подвижной тяги 39.
Контакт между катушкой 22 и упомянутым анкерным элементом 20 происходит во время фазы замыкания, но до того, как основные контакты 13, 23 соприкоснутся друг с другом, следовательно, до эффективного замыкания силовой электрической цепи.
На начальном этапе могут возникнуть две разные ситуации:
1) Ток, циркулирующий внутри катушки 22, уменьшают до нуля, отключая вспомогательное питание. В таком случае единственное усилие, воздействующее на прерыватель, создается упругим средством, побуждающим прерыватель разомкнуться;
2) Во время возможного короткого замыкания или перенапряжения, внутри катушки 22 вырабатывается сверхток, который достигает предварительно заданного порогового значения. Такой сверхток уменьшает до нуля магнитное поле, удерживающее анкерный элемент 20 в примыкании к катушке, и позволяет упругому средству 40 высвободить свою упругую энергию, размыкая таким образом прерыватель.
Во время фазы размыкания основной и нижний контакты 13 и 23 размыкаются первыми и сразу после того этого происходит размыкание вспомогательных верхних контактов 14 и 24.
Это двухступенчатое движение позволяет в первую очередь уменьшить возможную электрическую дугу, которая обычно возникает между неподвижным и подвижным контактами во время фазы размыкания прерывателя столь сильных токов или высоких напряжений.
Как было раскрыто ранее со ссылкой на ситуации 1 или 2, также важно отметить, что подвижные контакты 6 приводятся в действие посредством высвобождения упругих средств 40, постоянно смещенных в направлении размыкания контактов.
Упомянутое упругое средство 40 выполнено в виде пары пружин 36, 37, которые растянуты, когда прерыватель 1 находится в замкнутой конфигурации.
Один конец каждой пружины 36, 37 соединен с подвижной тягой 39, а противоположный конец соединен с неподвижной частью конструкции прерывателя.
Другими словами, когда подвижные контакты 6 находятся в контакте с неподвижными контактами 5, упругое средство 40 побуждается к тому, чтобы пружины 36, 37 были нагружены. Таким образом, высвобождение пружин зависит от постоянной K упругости, но не от значения рабочего напряжения прерывателя.
В отличие от известных решений, прерывающее действие прерывателя 1 не зависит от катушки, которая находится под напряжением для сохранения положения замыкания, и, следовательно, не зависит от значения напряжения, приложенного к катушке.
Такая прерывающая конструкция позволяет быстрее отделять подвижные контакты от неподвижного контакта и быстрое срабатывание прерывателя.
Более того, в нормальных рабочих условиях достигается экономия энергии, поскольку прерывающее действие прерывателя 1 не зависит от электроснабжения.
Замыкание подвижных контактов выполняется двигательным средством 50, снабжение которого электричеством осуществляется электромеханическим модулятором 52, то есть прерывателем, который непосредственно преобразует входное напряжение постоянного тока в изменяющееся выходное напряжение постоянного тока. Другими словами, как указано со ссылкой на источник питания катушки 20, используемой для поддержания замкнутого состояния контактов 5, 6, обеспечен вспомогательный источник питания для прерывателя 1, а преобразование напряжения обеспечивается схемой преобразователя. Например, выполнена многовольтная схема преобразователя напряжения для питания прерывателя напряжением 24В, в то время как пользователь обеспечивает основное питание напряжением 110В.
Фаза замыкания выполняется примерно за две секунды в зависимости от значения напряжения цепи, в которой установлен прерыватель.
Рабочие характеристики прерывателя согласно изобретению также обусловлены специфической конструкцией дугогасительной камеры.
Часть 7 с дугогасительной камерой может конструктивно отличаться в зависимости от различных диапазонов коммутируемого напряжения, а также от соответствующего типа дугогасительной камеры и энергетической мощности, которая должна рассеиваться в условиях полной безопасности.
Так или иначе, часть 7 с дугогасительной камерой согласно изобретению снабжена внешними полюсными расширениями 60, которые подсоединены на обеих основных сторонах прерывателя 1.
Более конкретно, пара металлических пластин 61, 62 независимо установлена на каждой боковой основной стороне части 7 с дугогасительной камерой.
Каждая пластина 61, 62 имеет, по существу, прямоугольную форму и прикреплена к выполненной из пластмассы на основе синтетической смолы конструкции дугогасительной камеры посредством крепежных пальцев 64 на углах пластины.
Кроме того, дополнительные катушки размещены подобно поясу 63 на каждом внешнем полюсном расширении, чтобы правильно управлять перемещением электрической дуги внутри дугогасительной камеры и удерживать ее внутри дугогасительной камеры в процессе гашения. Каждая катушка вставлена в изолированный корпус из пластмассы на основе синтетической смолы, чтобы изолировать и защищать ее от внешних устройств или соседнего модуля прерывателя.
Специалисту в данной области техники понятно, что другое количество пластин, или одна пластина или пластины различной формы и размера могут быть адаптированы под внешние полюсные расширения на обеих сторонах части 7 с дугогасительной камерой.
Следует отметить, что пластины 61, 62 прикреплены к дугогасительной камере и, следовательно, могут перемещаться вместе с дугогасительной камерой, когда она скользящим образом перемещается рычагом 25 для обеспечения возможности осмотра закрытой прерывающей части.
Тем не менее, согласно изобретению внешнее полюсное расширение 60 электрически соединено с соответствующими дополнительными полюсными расширениями 70, которые связаны с неподвижной частью прерывателя 1, то есть с промежуточной коммутирующей частью 4.
Упомянутые дополнительные полюсные расширения 70 по-прежнему остаются снаружи внутренней структуры прерывателя и перекрываются ранее описанными полюсными расширениями 60.
Более конкретно, также дополнительные полюсные расширения 70 представляют собой пару пластин 71, 72, которые по форме и размерам аналогичны соответствующим пластинам 61, 62 полюсных расширений 60, связанных с дугогасительной камерой.
Пластины 71, 72 также расположены на обеих основных сторонах прерывателя 1. Пластины 71, 72 конструктивно независимы от соответствующих пластин 61 и 62.
Над вспомогательными дугогасительными контактами 14 и 24, но все еще в пределах промежуточной коммутирующей части, размещены соответствующие дугогасительные бегунки (на чертежах не показаны).
Упомянутые дугогасительные бегунки помогают рассеивать электрическую дугу, возникающую во время фазы размыкания подвижных контактов 23, 24. Более конкретно, каждый из дугогасительных бегунков электрически соединен с соответствующими рассеивающими катушками 55, 56, расположенными на заплечике каждого неподвижного или подвижного контакта 5 или 6.
Металлические пластины 71, 72 полюсного расширения 70 расположены на обеих сторонах прерывателя 1 в соответствии с концевыми частями сердечника, вставленными в рассеивающие катушки 55, 56 соответственно.
На всех чертежах упомянутые металлические пластины 71, 72 четко показаны на одной стороне прерывателя, но следует учитывать также наличие соответствующей пластины, расположенной параллельно на другой стороне прерывателя.
Итак, пластины 71, 72 полюсного расширения 70 установлены в положении, которое является более внутренним по отношению к промежуточной коммутирующей части 4, в то время как пластины 61, 62 другого внешнего полюсного расширения 60 связаны с дугогасительной камерой, частично перекрывая соответствующие пластины 71, 72, устанавливая также электрический контакт.
Другими словами, частичное перекрытие пластин позволяет установить скользящий контакт примыкания, обеспечивающий электрическое соединение, чтобы гарантировать электрическую связь между пластинами 61, 71 и 62, 72.
Таким образом, предлагается конструкция с большим полюсным расширением для обеспечения большей дугогасящей способности прерывателя согласно изобретению.
Более того, тот факт, что полюсное расширение сконструировано в виде двойной группы металлических пластин, одна из которых связана с прерывателем, а другая - с дугогасительной камерой, позволяет уменьшить вес части 7 с дугогасительной камерой. Это является дополнительным преимуществом, поскольку дугогасительная камера согласно изобретению может подниматься или перемещаться со скольжением посредством рычажного механизма 25, а уменьшение веса облегчает такое перемещение во время осмотра.
Возвращаясь назад к механизму 3 приведения в действие, следует отметить, что такой механизм включает в себя низковольтную приводную часть со средством поддержания замкнутого состояния прерывающих контактов. Механизм приведения в действие выполнен традиционным образом, чтобы автоматически инициировать размыкание подвижных контактов 6 прерывателя при обнаружении сверхтока.
Такое средство может быть идентифицировано как расцепитель, являющийся частью прерывателя 1, который определяет, когда контакты 6 должны автоматически размыкаться. Как было раскрыто ранее, во время возможного короткого замыкания или перенапряжения, внутри катушки 22 генерируется дополнительный ток, и этот дополнительный ток, превышающий заданное пороговое значение, уменьшает до нуля магнитное поле, удерживающее анкерный элемент 20 в состоянии примыкания к катушке, и позволяет упругому средству 40 высвободить его упругую энергию, таким образом размыкая прерыватель 1.
В термомагнитном прерывателе цепи расцепитель включает в себя элементы, предназначенные для измерения тепла, возникающего в результате режима перегрузки, и большого тока, возникающего в результате короткого замыкания.
В свете предыдущего описания должно быть очевидным функционирование прерывателя 1 согласно изобретению.
В предыдущем описании такие понятия, как «передний», «задний», «вверх», «вниз», «выше», «ниже», «вперед», «назад», «верх», «низ», «боковой», «вертикальный», «горизонтальный», «перпендикулярный» и «поперечный», а также любые другие подобные понятия направления относятся только к устройству, как оно показано на чертежах, и не относятся к возможному использованию такого устройства.
Соответственно, эти понятия направления, используемые для описания прерывателя в его вертикальном или горизонтальном положении, имеют значение только для идентификации положения части устройства относительно другой части, как это показано на чертежах.
Понятие «содержащий» и его производные, используемые в данном документе, должны рассматриваться как открытые понятия, которые указывают на наличие заявленных особенностей, элементов, компонентов, групп, систем и/или этапов, но не исключают присутствие других незаявленных особенностей, элементов, компонентов, групп, систем и/или этапов.
Этот подход также относится к словам аналогичного значения, например, понятиям «иметь», «включать в себя» и их производным.
Кроме того, понятия «часть», «секция», «участок», «деталь» и «элемент» при использовании в единственном числе могут иметь двойственное значение одной части или множества частей.
1. Прерыватель (1) для сильноточных или высоковольтных применений для коммутации или включения/отключения сильного тока с высокой эффективностью и малым промежуточным периодом, например для промышленных и/или железнодорожных применений, включающий в себя:
корпус (10);
основание (2) в корпусе (10), поддерживающее:
механизм (3) приведения в действие коммутирующего средства, включающий в себя удерживающий механизм (20, 22) и механизм (40) высвобождения;
промежуточную часть (4) с коммутирующими или прерывающими контактами, включающую в себя неподвижные контакты (5) и подвижные контакты (6), и
верхнюю часть (7) с дугогасительной камерой, закрывающую промежуточную часть (4) с коммутирующими или прерывающими контактами,
отличающийся тем, что
часть (7) с дугогасительной камерой выполнена подвижной относительно части (4) с коммутирующими или прерывающими контактами и снабжена внешними полюсными расширениями (60), которые подсоединены на обеих основных сторонах прерывателя (1);
причем с внешними полюсными расширениями (60) электрически соединены дополнительные полюсные расширения (70), которые связаны с промежуточной частью (4) с коммутирующими или прерывающими контактами в качестве неподвижной части прерывателя (1).
2. Прерыватель (1) по п. 1, отличающийся тем, что каждое из полюсных расширений (60) содержит по меньшей мере пару металлических пластин (61, 62), установленных независимо на каждой основной стороне части (7) с дугогасительной камерой.
3. Прерыватель (1) по п. 2, отличающийся тем, что каждое из дополнительных полюсных расширений (70) содержит по меньшей мере пару пластин (71, 72), соответствующих пластинам (61, 62) внешних полюсных расширений (60), примыкающих к части (7) с дугогасительной камерой.
4. Прерыватель (1) по п. 2 или 3, отличающийся тем, что каждая металлическая пластина (61, 62) имеет, по существу, прямоугольную форму и прикреплена к выполненной из пластмассы на основе синтетической смолы конструкции части (7) с дугогасительной камерой посредством крепежных пальцев (64), расположенных в углах пластины.
5. Прерыватель (1) по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные полюсные расширения (70) перекрыты внешними полюсными расширениями (60).
6. Прерыватель (1) по п. 3, отличающийся тем, что пара пластин (71, 72) дополнительных полюсных расширений (70) установлена в положении, которое является более внутренним по отношению к промежуточной части (4) с коммутирующими или прерывающими контактами, чем внешнее полюсное расширение (60), в то время как пластины (61, 62) внешних полюсных расширений (60) связаны с частью (7) с дугогасительной камерой, частично перекрывая соответствующую дополнительную пару пластин (71, 72), устанавливая также электрический контакт.
7. Прерыватель (1) по п. 5, отличающийся тем, что частичное перекрытие соответствующих пластин (61, 71; 62, 72) позволяет установить скользящий контакт с примыканием, обеспечивающий электропроводимость между пластинами (61, 71) и (62, 72).
8. Прерыватель (1) по п. 2, отличающийся тем, что множество металлических пластин (61, 62) различных форм и размеров связаны с обеими сторонами части (7) с дугогасительной камерой в качестве внешних полюсных расширений (60).
9. Прерыватель (1) по п. 3, отличающийся тем, что пара металлических пластин (71, 72) дополнительного полюсного расширения (70) расположена на обеих сторонах прерывателя (1) в соответствии с рассеивающими катушками (55, 56), расположенными вблизи промежуточной части (4) с коммутирующими или прерывающими контактами.
10. Прерыватель (1) по п. 3, отличающийся тем, что промежуточная часть (4) с коммутирующими или прерывающими контактами включает в себя вспомогательные неподвижные и подвижные дугогасительные контакты (14, 24), связанные с соответствующими дугогасительными бегунками, электрически соединенными с соответствующими рассеивающими катушками (55, 56), предназначенными для рассеивания электрической дуги, возникающей во время фазы размыкания подвижных дугогасительных контактов (14, 24); при этом пара металлических пластин (71, 72) дополнительного полюсного расширения (70) расположена на обеих сторонах прерывателя (1) в соответствии с рассеивающими катушками (55, 56).
11. Прерыватель (1) по п. 10, отличающийся тем, что дополнительные катушки размещены подобно поясу (63) на каждом внешнем полюсном расширении (60), чтобы полностью гасить электрическую дугу, возникающую в дугогасительной камере, удерживая ее внутри части (7) с дугогасительной камерой; при этом дополнительная катушка вставлена в изолированный корпус из пластмассы на основе синтетической смолы.
12. Прерыватель (1) по п. 1, в котором корпус (10) содержит промежуточные ограничивающие части (16, 18) на обеих боковых сторонах корпуса (10), чтобы ограничивать в боковом направлении промежуточную часть (4) с коммутирующими или прерывающими контактами и обеспечивать боковые направляющие для части (7) с дугогасительной камерой;
причем часть (7) с дугогасительной камерой установлена с возможностью скольжения между ограничивающими частями (16, 18);
между противоположными промежуточными ограничивающими частями (16, 18) в поперечном направлении проходит по меньшей мере один рычаг (25) для перемещения или подъема части (7) с дугогасительной камерой в случае проведения осмотра.
13. Прерыватель (1) по п. 12, в котором пластины (61, 62) внешних полюсных расширений (60) прикреплены к части (7) с дугогасительной камерой и способны перемещаться вместе с частью (7) с дугогасительной камерой, когда она со скольжением перемещается рычагом (25) для обеспечения возможности осмотра закрытой прерывающей части.
14. Прерыватель (1) по п. 1, в котором внешние и дополнительные полюсные расширения (60, 70) образованы в виде сдвоенной группы металлических пластин (61, 71; 62, 72), одна из которых связана с промежуточной частью (4) с коммутирующими или прерывающими контактами, а другая связана с частью (7) с дугогасительной камерой, и имеют между собой скользящий электрический контакт.
