RU2160941C2 - Автоматический выключатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области электротехники. Автоматический выключатель содержит корпус с крышкой, механизм свободного расцепления с рейкой, контактную систему с дугогасительными камерами, тепловой и электромагнитный расцепители максимального тока в каждом полюсе, кроме того, тепловой расцепитель электрически соединен с электромагнитным, а электромагнитный электрически - с подвижным контактом контактной системы гибким токопроводом, причем токопровод каждого полюса разделен на две электрически параллельные части, одна из которых жестко закреплена с одним из расцепителей. Новым в автоматическом выключателе является жесткое крепление второй параллельной части токопровода на термочувствительном элементе теплового расцепителя. Выключатель характеризуется стабильностью условий нагрева термочувствительного элемента теплового расцепителя и соответственно повышенной надежностью срабатывания. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим выключателям.

Известен автоматический выключатель, содержащий механизм свободного расцепления, биметаллическую пластину, жестко закрепленную одним концом, а другим, свободным, концом установленную с возможностью взаимодействия с механизмом свободного расцепления, и два токоподвода, один из которых закреплен на свободном конце, а второй установлен на закрепленном конце биметаллической пластины, со стороны которого установлен соединенный с биметаллической пластиной шунт. (Авторское свидетельство СССР N 1415267, H 01 H 71/16, БИ N 29 от 07.08.88).

В таком автоматическом выключателе установка шунта снижает чувствительность биметаллической пластины из-за повышения ее жесткости. Кроме того, выполнение шунта, как правило, осуществляется из меди или латуни, что в свою очередь связано с расходованием остродефицитных материалов, таких как медь, латунь и термобиметалл. Дополнительный расход термобиметалла обусловлен тем, что повышение противодействующих усилий со стороны шунта тепловым деформациям термочувствительного элемента требует увеличения толщины термоэлемента для компенсации дополнительных противодействующих усилий.

Известен также максимальный расцепитель тока автоматического выключателя, содержащий термочувствительный элемент, изготовленный из материала с обратимой памятью формы и выполненный U-образным с боковыми сторонами, содержащими круглые петли, расположенные в плоскостях, проходящих через боковые стороны и перпендикулярных плоскости расположения боковых сторон. (Авторское свидетельство СССР N 970505, H 01 H 73/22, H 01 H 75/08, БИ N 40 от 30.10.82).

Такой расцепитель обладает высокой чувствительностью, однако он имеет ограниченный диапазон номинальных токов для каждого исполнения термочувствительного элемента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автоматический выключатель, содержащий корпус с крышкой, механизм свободного расцепления с рейкой, контактную систему с дугогасительными камерами, тепловой и электромагнитный расцепители максимального тока в каждом полюсе, кроме того, тепловой расцепитель электрически соединен с электромагнитным, а электромагнитный расцепитель электрически - с подвижным контактом контактной системы гибким токопроводом, причем токопровод каждого полюса разделен на две электрически параллельные части, одна из которых жестко закреплена с одним из расцепителей, а вторая часть проходит, минуя расцепитель, и жестко закреплена за следующим за расцепителем узлом. (Патент Российской Федерации N 2095875, H 01 H 73/48, H 01 H 71/74, БИ N 31 от 23.08.97).

В таком автоматическом выключателе достигается расширение диапазона номинальных токов для каждого исполнения термочувствительного элемента теплового расцепителя, но снижается надежность срабатывания из-за возможности изменения положения в процессе эксплуатации части гибкого токопровода, может произойти в результате изменения положения автоматического выключателя под действием электродинамических сил, резко возрастающих при токах короткого замыкания, в результате изменения температуры внутри корпуса выключателя под действием ударов и вибраций. Следствием изменения положения части гибкого токопровода может быть замыкание параллельных участков гибкого токопровода в неопределенных местах с перераспределением тока между ними и соответствующим изменением тока срабатывания или изменением условий теплообмена, также сказывающееся на токе срабатывания теплового расцепителя. Кроме того, гибкий токопровод выполнен из медного провода типа ПЩ (провод щеточный), и потому сохраняется относительно большой расход меди.

В основу изобретения поставлена задача создания такого автоматического выключателя, в котором путем крепления части гибкого токопровода на термочувствительном элементе теплового расцепителя, замены этого участка гибкого токопровода другим, выполненным из менее дефицитного материала, достигалась бы стабильность теплообмена на участке размещения теплового расцепителя и соответственно повышалась надежность срабатывания выключателя при меньшем расходе меди.

Поставленная задача решается тем, что в автоматическом выключателе, содержащем корпус с крышкой, механизм свободного расцепления с рейкой, контактную систему с дугогасительными камерами, тепловой и электромагнитный расцепители максимального тока в каждом полюсе, кроме того, тепловой расцепитель электрически соединен с электромагнитным, а электромагнитный электрически - с подвижным контактом контактной системы гибким токопроводом, причем токопровод каждого полюса разделен на две электрически параллельные части, одна из которых жестко закреплена с одним из расцепителей, вторая параллельная часть жестко закреплена на термочувствительном элементе теплового расцепителя. Для автоматического выключателя с биметаллическим термочувствительным элементом теплового расцепителя вторая параллельная часть жестко закреплена на биметаллическом элементе в двух его участках на расстоянии между этими участками не менее 1/3 длины биметаллического элемента со стороны активного слоя. Для автоматического выключателя с биметаллическим термочувствительным элементом теплового расцепителя вторая параллельная часть токопровода выполнена в форме пластины из стали, вдоль которой жестко крепится одним своим концом термочувствительный элемент, а второй конец пластины из стали соединен со вторым, свободным, концом термочувствительного элемента гибким токопроводом, длина которого не менее допустимых тепловых деформаций свободного конца термочувствительного элемента. Для автоматического выключателя с термочувствительным элементом из материала с обратимой памятью формы вторая параллельная часть жестко закреплена на термочувствительном элементе в участках, соответствующих минимальной величине тепловых деформаций.

Сущность изобретения состоит в том, что фиксация гибкого токопровода на термочувствительном элементе теплового расцепителя исключает изменение их относительного положения в процессе эксплуатации, сохраняя тем самым условия теплообмена, при которых осуществлялась калибровка расцепителя. Крепление в двух точках максимально удаленных друг от друга, со стороны активного слоя термочувствительного элемента из биметалла при сохранении условий нормального функционирования теплового расцепителя исключает влияние отходящих от термочувствительного элемента участков гибкого токопровода. Замена фиксируемого гибкого токопровода на термочувствительном элементе теплового расцепителя пластиной из стали уменьшает, кроме того, материалоемкость меди и позволяет при одних и тех же параметрах термочувствительного элемента обеспечить большее количество номинальных токов теплового расцепителя. Для термочувствительного элемента из материала с обратимой памятью формы крепление в участках с минимальными тепловыми деформациями сохраняет характерную для этих элементов высокую чувствительность к нагреву на отдельных участках, определяемых особенностями конструкции и термомеханической обработкой, при сохранении неизменного положения токопровода. Таким образом, повышение надежности срабатывания предлагаемого автоматического выключателя является прямым следствием жесткого крепления гибкого токопровода на термочувствительном элементе и особенностей этого крепления при замене гибкого токопровода стальной пластиной и для термочувствительных элементов с различной природой и соответствующими особенностями их тепловых деформаций.

На фиг.1 показан вариант предлагаемого автоматического выключателя с биметаллическим термочувствительным элементом теплового расцепителя. На фиг.2 и фиг. 3 показаны варианты теплового расцепителя, у которых вторая параллельная часть токопровода выполнена соответственно из гибкого медного провода и в форме пластины из стали.

Автоматический выключатель содержит корпус 1, в котором размещены механизм свободного расцепления 2, контактная система 3, тепловой и электромагнитный 4 расцепители в каждом полюсе. Термочувствительный элемент 5 теплового расцепителя выполнен из биметалла. Токопровод каждого полюса разделен на две электрически параллельные части 6 и 7 гибкого токопровода. Часть 6, обеспечивающая прямой нагрев током термочувствительного элемента 5, включена с ним последовательно и жестко закреплена на концах элемента 5. Часть 7 гибкого токопровода включена параллельно термочувствительному элементу 5 и приварена к нему в точках 8 и 9 (фиг. 2). В случае выполнения части 7 гибкого токопровода из стальной пластины к ней приварен термочувствительный элемент 5 одним из своих концов в точке 9, а к свободному концу термочувствительного элемента 5 приварена часть 6 гибкого токопровода в т. 8. Причем часть 6 гибкого токопровода имеет длину не менее допустимых тепловых деформаций свободного конца термочувствительного элемента 5 (фиг. 3).

В рабочем положении ток в автоматическом выключателе в области размещения теплового расцепителя протекает по двум параллельным частям 6 и 7. Протекающий в части 6 ток проходит через термочувствительный элемент 5 и нагревает его, вызывая тепловые деформации изгиба, величина которых определяется величиной тока в элементе 5, зависящей от тока нагрузки и от соотношения величин токов в частях 6 и 7, которое устанавливается в зависимости от требуемого номинального тока. При недопустимых токах перегрузки тепловые деформации изгиба достигают величины, при которой свободный конец термочувствительного элемента 5 воздействует на механизм свободного расцепления 2, осуществляющий размыкание контактов контактной системы 3. При больших кратностях тока перегрузки срабатывает электромагнитный расцепитель 4 тока. В процессе нагрева и тепловых деформаций термочувствительного элемента 5 его теплообмен с расположенными рядом элементами, в частности с токоведущей частью 7, не изменяется, поскольку эта часть неподвижно закреплена на самом элементе 5 в точках 8 и 9. Крепление исключает влияние на тепловой контакт и внешних воздействий, таких как, например, удары и вибрации. Размещение закрепленного участка со стороны активного слоя термочувствительного элемента 5 исключает возможность возникновения механических помех при взаимодействии теплового максимального расцепителя тока с механизмом свободного расцепления.

Аналогично действует тепловой расцепитель, у которого часть 7 гибкого токопровода, проходящая минуя термочувствительный элемент 5, выполнена в виде пластины из стали, к которой одним концом, т.е. консольно, приварен термочувствительный элемент 5 (фиг. 3). Часть 6 гибкого токопровода, обеспечивающая прямой нагрев током термочувствительного элемента 5, включена с ним последовательно. Т. к. термочувствительный элемент 5 расположен вдоль на стальной пластине 7 активным слоем к ней, то при его нагреве свободный конец термочувствительного элемента 5 за счет тепловых деформаций изгиба термочувствительного элемента 5 отходит от стальной пластины 7 в сторону механизма свободного расцепления. Так как длина гибкого токопровода 6 не менее допустимых тепловых деформаций свободного конца термочувствительного элемента 5, то стальная пластина 7 не оказывает механических сил сопротивления изгибу термочувствительного элемента 5. Поэтому термочувствительный элемент 5 может быть выполнен из более тонкого термобиметалла. Варьируя только толщиной стальной пластины 7 можно одним и тем же термоэлементом 5 обеспечить широкий ряд номинальных токов теплового расцепителя. Например, для автоматического выключателя АЕ2046 ММ на I_н = 10 А размеры стальной пластины 7,15 • 0,8 • 1 мм, а на I_н = 160 A - 15 • 2,5 • 61 мм. При этом весь ряд номинальных токов от 10 до 160 А для данного типа автоматических выключателей закрывается одним и тем же термочувствительным элементом 5 из термобиметалла ТБ200/113 с размером 8 • 0,8 • 50 мм. Этим достигается высокая унификация и экономия остродефицитных материалов, таких как медь и термобиметалл (ранее для автоматических выключателей с I_н = 160 A использовался, как правило, термобиметалл толщиной 1,6 мм).

Приведенный на иллюстрации вариант автоматического выключателя не исключает других вариантов исполнения. В частности, в случае необходимости может быть исключен электрический контакт части 7 гибкого токопровода с термочувствительным элементом теплового расцепителя путем прокладки между ними изоляции и выполнения крепления посредством зажима.

Таким образом, предлагаемый автоматический выключатель характеризуется стабильностью условий нагрева термочувствительного элемента теплового расцепителя и соответственно повышенной надежностью срабатывания. Кроме того, обеспечивается экономия остродефицитных материалов, таких как медь и термобиметалл.

Claims (4)

1. Автоматический выключатель, содержащий корпус с крышкой, механизм свободного расцепления с рейкой, контактную систему с подвижным контактом и дугогасительными камерами, тепловой и электромагнитный расцепители максимального тока в каждом полюсе, кроме того, указанный тепловой расцепитель электрически соединен с указанным электромагнитным расцепителем, а электромагнитный расцепитель электрически соединен с подвижным контактом контактной системы гибким токопроводом, причем гибкий токопровод каждого полюса разделен на две электрически параллельные части, одна из которых жестко закреплена с одним из указанных расцепителей, отличающийся тем, что вторая параллельная часть гибкого токопровода жестко закреплена на термочувствительном элементе теплового расцепителя.

2. Автоматический выключатель по п.1, отличающийся тем, что для автоматического выключателя с биметаллическим термочувствительным элементом теплового расцепителя вторая параллельная часть гибкого токопровода жестко закреплена на биметаллическом термочувствительном элементе теплового расцепителя в двух его участках, расположенных на расстоянии друг от друга не менее 1/3 длины биметаллического термочувствительного элемента теплового расцепителя со стороны активного слоя.

3. Автоматический выключатель по п.1, отличающийся тем, что для автоматического выключателя с биметаллическим термочувствительным элементом теплового расцепителя вторая параллельная часть токопровода выполнена в форме пластины из стали, вдоль которой жестко крепится одним своим концом биметаллический термочувствительный элемент теплового расцепления, причем конец пластины из стали соединен со вторым, свободным, концом биметаллического термочувствительного элемента теплового расцепителя с помощью первой из указанных частей гибкого токопровода, длина которой не менее допустимых тепловых деформаций свободного конца биметаллического термочувствительного элемента теплового расцепителя.

4. Автоматический выключатель по п.1, отличающийся тем, что для автоматического выключателя с термочувствительным элементом теплового расцепителя из материала с обратимой памятью формы вторая параллельная часть гибкого токопровода жестко закреплена на термочувствительном элементе теплового расцепителя в участках, соответствующих минимальной величине тепловых деформаций.

Images