Автоматический выключатель

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 531214

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51) М. Кл о H 01 H 77/10 (22) Заявлено 22.01.74 (21) 1990861/07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.10.76. Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 14.04.77

Гасударственный комитет

Саввтв Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.316.573 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Я. Гущин, Г. Ф. Мицкевич, В. Ф. Мостипан и И. Н. Недайвода (71) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к низковольтным электрическим коммутационным аппаратам, в частности к автоматическим выключателям с рычажнозащелочным механизмом свободного расцепления и устройством компенсации электродинамических

<ял отброса, действующих между контактами выключателя.

Известны автоматические выключатели с рычажно- защелочным механизмом свободного расцепления, в которых для компенсации электродинамических усилий отброса контактов, возникающих при протекании тока по цепи выключателя, применяются устройства, основанные на использовании электродинамического взаимодействия между токоведущими частями выключателя (1 ) .

Силы, возникающие в таких устройствах при протекании по ним тока замыкания, используются для удержания системы подвижных контактов выключателя в замкнутом положении. Подобные устройства позволяют значительно повысить электродинамиче скую устойчивость выключателей и применяются обычно в автоматических выключателях, которые в системах избирательной защиты должны в течение определенного времени выдержать воздействие токов короткого замыкания при замкнутых контактах (селективные выключатели). В таких вьнслючателях удается обеспечить необходимую выдержку времени при отключении токов короткого замыкания, автоматически обеспечиваемую расцепителем аварийного отключения.

Однако в описанных выключателях достижение предельной коммутационной способности, харак10 терной для выключателей без устройств компенсации электродинамических усилий отброса контактов, оказывается невозможным при наличии задержки на отключение. Причиной этого является значительное механическое (пропорционально квадрату амлли15 тудного значения) и термическое (пропорционально произведению квадрата эффективного значения и первой степени времени протекания) воздействие тока короткого замыкания на контактную систему и детали механизма в течение выдержки времени.

20 Известны также автоматические выключатели, содержащие привод для его включения и отключения, систему подвижных контактов, один из которых связан с механизмом свободного расцепления, а второй с электродинамическим компенсатором электроди25 намических усилий отброса контактов, расцепитель

531214 аварийного отключения, срабатывающий при токах короткого замыкания с преднамеренной выдержкой времени, независимой от величины тока.

Механизм свободного расцепления имеет защелку, зацепленную за отключающую рейку и удерживающую его во включенном положении, которая освобождается при срабатывании расцепителя аварийного отключения, вызывая отключение выключателя при помощи механизма (2).

Такой автоматический выключатель является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Автоматический выключатель имеет предельную коммутационную способность в цепях переменного тока напряжения 380в, вдвое меньшую, чем выключатели тех же размеров, имеющие большинство аналогичных с описанным деталей и узлов, но не имеющие преднамеренной задержки при отключении токов короткого замыкания. Этот недостаток является следствием повышенных нагрузок на токопровод и механизм свободного расцепления, действующих в течение времени задержки на отключение. Кроме того, выключатель обеспечивает выдержку времени на отключение даже в тех случаях, когда короткое замыкание происходит в цепи непосредственно за выключателем, до первого разветвления, когда между местом короткого замыкания и выключателем нет ни одного другого выключателя. В этом случае ток короткого замыкания в цепи равен максимально возможному или приближается к нему. В то же время все приемники электроэнергии, получающие питание от данного выключателя лишаются его сразу же в момент возникновения короткого замыкания, в результате этого выдержка времени теряет смысл. Сохранение выдержки времени при таком режиме является нежелательным, так как приводит к нецелесообразной нагрузке, термической и электродинамической, участка цепи от места короткого замыкания до выключателя самого выключателя и цепей над ним.

Цель изобретения - повышение предельной коммутационной способности выключателя за счет токоограничения при отключении выключателем предельных токов короткого замыкания, а также применение выключателя в цепях с токами короткого замыкания, превышающими ток его электродинамической устойчивости.

Это достигается тем, что известный выключатель, имеющий привод, систему подвижных контактов, устройство для компенсации электродинамических сил отброса контактов, расцепитель аварийного отключения, механизм свободного расцепления, имеющий защелку и отключающую рейку, снабжен поворотным рычагом, на котором расположена ось вращения защелки, входящей в зацепление с отклоняющей рейкой, причем указанный рычаг с одной стороны укреплен при помощи пружины.

При токах короткого замыкания, не превьппающих определенного значения, при которых

60 целесообразно сохранение выдержки времени, пружина удерживает поворотный рычаг вместе с закрепленной на нем защелкой в положении, соответствующем зацеплению защелки за рейку, в результате чего автоматическое расцепление механизма и отключение выключателя при этих токах производится при помощи расцепителя аварийного отключения.

При превышении током в цепи выключателя определенного значения, выше которого сохранение задержки отключения, имеющейся у расцепителя, нежелательно, электродинамическое усилие, развиваемое электродинамическим компенсатором и передающееся через замкнутые контакты и механизм свободного расцепления на поворотный рычаг, превышает усилие удерживающей этот рычаг пружины и, поворачивая его вокруг оси вращения, вызывает перемещение защелки в сторону расцепления с рейкой, последующее отключение механизма и размыкание контактов без воздействия расцепления. Так как силы, вызывающие размыкание контактов в этом случае, пропорциональны квадрату величины тока короткого замыкания, то процесс размыкания происходит в течение времени, необходимого для выключателей, не имеющих задержки при отключении. Это позволяет достигнуть уровня предельной коммутационной способности, характерного для этих выключателей. При отключении пре— дельных токов короткого замыкания электрическая дуга вводится в цепь менее, чем за 5 мсек, что позволяет достигнуть эффекта ограничения величины тока короткого замыкания в предлагаемом выключателе.

На чертеже показан автоматический выключатель во включенном положении в разрезе.

В автоматическом выключателе электродинамический компенсатор выполнен в виде неподвижной токоведущей скобы 1, охватывающей подвижный контактодержатель 2. Второй подвижный контактодержатель 3 шарнирно связан с механизмом свободного расцепления, выполненным по принципу "ломающихся звеньев" для обеспечения моментного замыкания и размыкания контактов. Контакты 4 и 5 укреплены на подвижных контактодержателях 2 и 3 соответственно. Контактодержатель 2 имеет возможность поворачиваться на некоторый угол внутри скобы 1 относительно оси вращения, укрепленной на этой скобе.

Контактодержатель 3 может поворачиваться относительно оси вращения, укрепленной на неподвижной опоре 6, замыкая и размыкая контакты 4 и 5. Контактодержатель 3 связан гибким соединением 7 с выводной шиной 8, предназначенной для присоединения к выключателю внешних цепей. Контактное нажатие во включенном положении создается пружиной 9. Оперирование выключателем вручную производится с помощью рукоятки 10. Расцепляющийся рычаг 11 механизма свободного расцепления зацеплен за защелку 12, которая, в свою очередь, зацеплена за отключающую

531214 рейку 13, имеющую возможность поворачиваться относительно оси вращения, закрепленной на неподвижной опоре 14. Защелка 12 имеет возможность поворачиваться относительно оси 15, расположенной на рычаге 16, имеющем возможность пово- 5 рачиваться против часовой стрелки относительно оси 17. Рычаг 16 удерживается в положении, изображенном на чертеже, при помощи пружины 18 и упора 19. Упор 19 может несколько менять свое положение при помощи регулировочного винта с )0 целью точной установки велиины зацепления защелки 12 за рейку 13. Усилие пружины 18 регулируется устройством 20. Величина усилия пружины 18 устанавливается такой, при которой можно удерживать рычаг 16 и связанную с ним защелку 12 15 в положении, изображенном на чертеже, противодействуя сумме усилий: оперирующей пружины механизма свободного расцепления, контактной пружины 9 и усилия F g, развиваемого электродинамическим компенсатором, в пределах величин токов 20 короткого замыкания, при которых целесообразно срабатывание с задержкой. При повороте рычага 16 против часовой стрелки защелка 12 должна перемещаться в сторону уменьшения ее зацепления за рейку 13. 25

Расцепитель аварийного отключения 21 предназначен для расцепления механизма свободного расцепления при токах, превьппающих его уставку тока срабатывания. Для этого он имеет шток 22.

35 (3I

Автоматический выключатель, содержащий

40 привод, систему подвижных контактов, устройство для компенсации электродинамических сил отброса контактов, расцепитель аварийного отключения, механизм свободного расцепления, имеющий защелку и отключающую рейку, о т л и ч а ю ш и и с я

45 тем, что, с целью повышения предельной коммутационной способности выключателя, он снабжен поворотным рычагом, на котором расположена ось вращения защелки, входящей в зацепление с отключающейся рейкой, причем указанный рычаг с

50 одной стороны укреплен при помощи пружины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Книга Р.С.Кузнецов . Аппараты распределения электрической энергии на напряжение до 1000 В, 55 "Энергия", М., 1970, стр. 214 — 226.

2. Авт.св. N 277915, Н 01 Н 77 10, 1970 (прототип) .

В зависимости от величины тока короткого замыкания автоматический выключатель при его отключении работает по-разному. Так при отключении токов короткого замыкания, не превышающих величину, при которой нецелесообразно наличие какой-либо задержки на отключение, выключатель срабатывает следующим образом. Как только величина тока в цепи выключателя превысит уставку тока срабатывания расцепителя 21, он своим штоком 22 поворачивает рейку 13. При этом освобождается и начинает поворачиваться вокруг оси 15 по часовой стрелке защелка 12. Поворот защелки приводит к освобождению расцепляющего рычага 11 и повороту его вокруг своей оси вращения против часовой стрелки. Защелка 12 и рычаг 11 поворачиваются под действием усилия оперирующих пружин механизма свободного расцепления, передаваемого на рычаг 11 через одно из "ломающихся звеньев". механизма свободного расцепления. До размыкания контактов 4 и 5 на рычаг 11 и защелк; 12 действуют также усилие контактной пружины 9 и усилие Fy, развиваемое электродинамическим компенсатором. Эти два усилия передаются через контактодержатель 3 и "ломающиеся звенья" механизма и исчезают в тот момент, когда контактодержатель 2 доходит в своем движении до упора в скобу 1.

Поворот рычага 11 через "ломающиеся звенья" механизма вызывает поворот контактодержателя 3 по часовой стрелке. При этом контактодержгтели 2 и 3 занимают положение, соответствующее размыканию контактов 4,и 5.

При токах короткого замыкания, превышающих величину, при которой нецелесообразно сохранение какой-либо задержки на отключение, оно осуществляется вне зависимости от работы расцепителя 21.

Как только суммарное усилие, действующее на рычаг 16 через защелку 12, превысит усилие пружины 18, рычаг 16 поворачивается вокруг оси 17 против часовой стрелки, перемещая защелку 12 в сторону расцепления с рейкой 13. После расцепления защелки 12 с рейкой 13 отключение происходит описанным выше путем. Характерным при этом является значительное ускорение. сообщаемое контактодержателю 3 и связанным с ним деталям до момента размыкания контактов 4 и 5, обусловленное пропорциональностью действующего на этом этапе усилия F квадрату величины тока в цепи К выключателя.

Возможность отключения токов короткого замыкания без задержки, имеющейся у расцепителей аварийного отключения, обеспечивает увеличение предельной коммутационной способности предложенного выключателя не менее, чем в два раза, по сравнению с известными.

Обеспечиваемое за счет использования для отключения электродинамических усилий токоограничение при отключении предельных токов позволяет уменьшить разрушительное действие токов короткого замыкания в цепях.

Формула изобретения

531214

Со ставитель В. Кузнецова

Техред А. Богдан Корректор А. Гриценко

Редактор В. Фельдман

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

Заказ 5435/210 Тираж 963 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб, д.4/5