CN101061561B - 带有由活动触点致动的跳闸装置的自动断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于低压应用中的自动单极或多极断路器(1)。断路器(1)包括与第一动触点(20)耦合/断开的至少一个第一固定触点(10)。后者操作地连接至使得能够实现其移动的操作机构(5)。根据本发明的断路器(1)包括通过动触点(20)远离固定触点(10)的第一分离运动驱动的运动跳闸装置。运动跳闸装置包括能够使操作机构(5)跳闸的操作构件，该操作机构(5)又对动触点(20)施加作用，从而确定第二快速分离运动直到到达断路器跳闸位置为止。

Description

带有由活动触点致动的跳闸装置的自动断路器
技术领域
本发明属于优选地用于低压电力系统中的自动单极或多极断路器。
背景技术
自动断路器为设计成用于通过自动地断开电路而保护电网和与其相连的负载以防异常事件例如过载和短路的装置。自动断路器通常包括固定的和运动的主触点、接触弹簧、用于实现所述动触点的受控运动的装置、电流检测装置、安全装置和自动释放装置。
安全装置通常可为热、磁、热磁或电子类型。所述安全装置用于每当发生异常事件时使断路器的自动释放器跳闸的主要用途。跳闸控制通常利用杆或螺线管机械地传递，所述杆或螺线管通过跳闸轴对自动释放器施加作用，从而释放为所述用途而设置的弹簧中包含的势能。所述势能被通过运动链系适当地输送至动触点，该动触点在跳闸操作结束时必须与固定触点分离。
除了上述安全装置以外，或者作为上述安全装置的替代方案，还可使用所谓的电流限制器。所述设备在已知的现有技术中以不同的形式存在并且用于当发生短路时使得断路器的触点分离的目的，而不管安装的其它安全装置采取的动作如何。最常见类型的限制器是基于触点和相关电极的特定构型，其被设计成用于在如果发生短路时保证由于电动力学作用力引起的动触点远离固定触点的自发排斥力。已知的是，当自动断路器处于闭合位置时，这些力沿接触弹簧施加的力的相反方向起作用。所述排斥力取决于电流的强度，在额定电流状态下，它们必须保持显著地低于接触弹簧施加的力以便保证断路器的最佳导电性。限制器设计成使得只有在给定值的短路电流下，电力学排斥力才可克服接触弹簧施加的力因而导致产生动触点与固定触点的分离。
在触点由于所述电动力学排斥力分离以后，必须有其它装置来防止动触点返回抵靠固定触点-即防止电弧重新点火的危险-以及有其它装置来提供开关装置外部的适当信号来指示触点的分离状态，或″装置跳闸″。这种双重目的通常通过为限制器安装能够检测触点分离的传感器以及随后使释放装置跳闸而实现，而不管安全装置采取任何动作。
在触点已经分离以后为了使释放装置跳闸而在已知的现有技术中使用的传感器的操作是基于对附随于触点分离的电动力学现象的检测。
举例来说，专利申请US 5103198示出了一种传感器，该传感器在发生短路时对触点附近出现的压力的局部增加敏感。这种类型传感器的一种替代方案在专利申请US 4644307中进行了描述，该专利申请示出了一种断路器，其中限制器与传感器形成一体，该传感器对触点分离时电弧区域周围产生的磁场敏感。
上述两种类型的传感器存在若干缺点。
举例来说，基于局部压力记录的方案不仅结构有些复杂因而成本昂贵，并且还需要良好的维护状态以便能够以适当的可靠程度行使功能。而且，这些传感器的调节可能由于它们的敏感表面因例如断路器断开之后的局部升华材料的沉积而导致的逐渐退化而随时间退化。
就上述缺点而论，对磁场敏感的常规型方案一般更可靠，但是众所周知的饱和现象使得它们难以调节，特别是当需要高设置的时候。
使用转导链来传递信号导致所述信号的不可避免的变化，降低了断路器的精度并且在断路器的响应中引入了不希望有的延迟。
发明内容
由于以上原因，本发明的主要目的是提供一种能够克服上述缺点的自动单极或多极低压断路器。
在所述目的的范围内，本发明的第一目的是提供一种自动断路器，其中触点跳闸操作通过便于装配在一起的数量有限的组件实现。
本发明的第二目的是提供一种自动断路器，该自动断路器不需要复杂的和成本高的维护操作来保证触点跳闸操作的完美功能。
本发明的另一个目的是提供自动断路器，其设置合理地不受正常操作可能引起的任何变化的影响。
本发明的另一个目的是提供一种容许实现较宽范围的可能设置的自动断路器。
本发明的另一个目的是提供一种高可靠性的、比较易于以有竞争力的价格制造的自动断路器。
这种目标和上述目的以及其它目的根据说明书将更加清楚，它们通过根据所附第一种技术方案的自动断路器来实现。即，一种用于低压应用的自动单极或多极断路器1，包括：适于与第一动触点20耦合/断开的至少一个第一固定触点10；操作地连接至所述动触点20的操作机构5，其特征在于，该断路器1包括运动跳闸装置，所述运动跳闸装置操作地连接至所述动触点20并且包括适于致动所述操作机构5的操作构件，所述运动跳闸装置被所述动触点致动，以便由所述动触点20远离所述固定触点10的第一分离运动驱动并且致动所述操作机构5，该操作机构5相应地作用于所述动触点20，从而确定所述动触点20远离所述固定触点10的第二快速分离运动。
根据本发明的自动断路器使得不仅能够直接采用动触点来用于其主要功能，而且还能够致动运动跳闸系统和相应的控制机构，因此不需要使用通常用于所述目的的其它附加的装置或传感器如压力传感器或电磁传感器。而且，使用基本上机械的运动跳闸系统使得能够根据确定的设置情况获得非常快速和精确的断路器响应。
附图说明
本发明的其它特征和优点通过对根据本发明的自动断路器的优选但并非排他的、作为附图中非限制性的示例的实施例将变得显而易见，图中：
图1为示意图，示出了处于闭合位置的根据本发明的自动断路器的第一实施例；
图2为图1的断路器的示意图，其处于由于电动力学作用力的作用引起的触点排斥的初始阶段；
图3为图1的断路器的示意图，其处于所述断路器的跳闸的初始阶段；
图4为图1的断路器在已经到达断路器跳闸位置之后的示意图；
图5为示意图，示出了根据本发明的自动断路器的第二实施例。
具体实施方式
参考上述各图，根据本发明的自动断路器1包括至少一个第一固定触点10和至少一个第一动触点20，它们在第一有效耦合区域15附近彼此耦合和断开。
图1示出了所述触点的一种可能设置。特别是，第一固定触点10连接至电极90，该电极90又连接至电网并且具有特定的″钩状″构型，该构型适于在靠近有效耦合区域15的触点部分附近产生基本上相反的电流。如果发生短路，如此产生的电流足以生成自发的触点排斥力。
图1中所示的第一动触点20为通过操作地与其相连的操作机构5驱动的旋转触点。操作机构5(说明书中稍后将说明其一个可能实施例)使得能够通过操作人员的手动作用闭合断路器1，即其能够快速实现触点10、20的耦合，例如这通常使用操作杆100实现。操作机构5还使得触点10、20能够快速分离，即快速断开断路器1以便到达断路器1的通常限定为″跳闸″的状态。
根据本发明的自动断路器1特征在于其包括运动跳闸装置，该运动跳闸装置操作地连接至所述动触点20并且用于通过操作构件致动所述操作机构5。运动跳闸装置由动触点20远离固定触点10的第一分离运动直接致动，该第一分离运动通过由于两个耦合触点10、20中的基本上相反的电流而导致的所述有效耦合区域15附近产生的电动力学推斥作用所引起。当运动跳闸装置移动时，其使得所述操作机构5能够通过产生动触点20的第二快速运动直到其到达与断路器跳闸状态相对应的预定位置为止而完成触点10、20的分离。这种状态根据标准的需要通过操作杆100所占据的位置而被适当地指示，该操作杆100由于操作机构5启动而被移动。
按这种方式设计的自动断路器1保证了通过利用借助于电动力学排斥力所产生的动触点20的移动而快速分离触点。基本上，动触点20起运动跳闸装置的致动器就是说操作机构5的作用。相反地，已知的解决方案是通过利用借助于电磁排斥力(例如，磁场中的压力增加或变化)导致的附随作用，而非如动触点20的移动之类的直接机械作用来使得触点分离。
参考图1，在其可能实施例之一中，断路器1包括优选地由绝缘材料制成的运动部件30，该运动部件30包含以上所述为旋转式的动触点20的至少一部分。运动部件30自由地绕着第一转动中心101转动，该第一转动中心101相对于断路器1固定，而动触点20绕着第二转动中心102转动，该第二转动中心102相对于运动部件30固定。举例来说，如图2中所示，第一动触点20的终端部分从所述运动部件延伸以便在所述第一耦合区域15附近与所述第一固定触点10匹配。
在所述运动部件30内部，存在至少一个接触弹簧32，接触弹簧32在一端33紧固至所述运动部件30而在另一端34紧固至动触点20。接触弹簧32作用于动触点20上以便对抗电磁排斥力的作用(至少在所需操作条件中)。显然，弹簧32的选择对于断路器1的校准非常重要，因为其限定了后者的功能。实际上，接触弹簧32的机械特性确定了电负载的界限，超过该界限触点就开始分离。
根据本发明的一个优选实施例，断路器1包括跳闸轴40，跳闸轴40的移动直接致动操作机构5。在所示的情况中，跳闸轴5的运动为其绕着第三固定旋转中心103的旋转并且是通过运动跳闸装置的操作构件直接导致的。
在图1至4中所示的解决方案中，所述运动跳闸装置的操作构件包括滑杆11，该滑杆11的一个操作末端11a适于作用于跳闸轴40以便导致其移动。更确切地说，所述第一操作末端11a作用于从所述跳闸轴40延伸的成形突起41。运动部件30包括用于滑动地容纳滑杆11的第一座8a。所述第一座8a将杆11导向跳闸轴40以便将杆11导向所述成形突起41。
在一个优选实施例中，第一动触点20包括第二座8b，滑杆11的第二操作末端11b滑动地接合于其中。根据以上描述，图1至4中所示的运动跳闸装置具有三个通过两个运动对偶彼此联接的构件。更具体地说，第一动触点20通过具有两个自由度的运动对偶联接至滑杆11，而滑杆11通过基本上轴向的运动对偶联接至所述运动部件30，其中第一座8a只容许所述滑杆11的相对平移运动。
在迄今所示的运动跳闸装置中，动触点20一移动，滑杆11就运动，因为这两个元件通过确定的连接而彼此联接因此结构上相连接。本发明的构思自然地还包括以下解决方案，其中滑杆11结构上并不连接至所述动触点20，而是在所述动触点20经受特定移动以后才运动。
而且，应当指出，迄今所示的断路器1的一些部件可以由其它等同的部件完全替换，而不会防碍根据本发明的运动跳闸装置的适用性。举例来说，运动部件30可被传统型触点移动轴代替。
本发明的构思还包括所述第一动触点20通过刚性或弹性的延伸部分而移动跳闸轴40的可能方案。在这种情况下，动触点20的延伸部分因此用作运动系统的操作构件。
通过以上描述可以看到，运动跳闸装置将动触点20操作地连接至跳闸轴40以便使得断路器1的跳闸与动触点20远离固定触点10的预定第一分离运动相合。在如迄今所述的带有旋转触点的断路器中，应当指出，触点之间的打开角度α取决于弧的动力，其指示短路的实体。使用这种类型的运动跳闸装置，可以根据经过的弧的动力通过选择适当的角度α来调节跳闸阈值，运动跳闸装置的操作构件的跳闸与该角度相关。
类似的推理适用于当第一动触点为轴向式时的情况，即第一动触点具有轴向位移而不是角位移。在这种情况下，可以通过适当地选择轴向位移进行调节，装置的跳闸与该轴向位移相关。
提供的附图示出了操作机构5的一个优选而不是排他性的实施例。更确切地说，这种机构包括铰接至支撑侧55并操作连接至跳闸轴40的第一旋转体51。触发器99优选地位于跳闸轴40和第一旋转体51之间，其用途将稍后描述。第一连接杆61和第一轴104成一直线而铰接至第一旋转体51，而第二连接杆62铰接至所述运动部件30。这两个连接杆61、62通过运动曲材63彼此连接，该运动曲材63基本上包括带有旋转接头的运动对偶。操作弹簧95作用在所述运动曲材63上并且通过操作杆100预加载。
为了理解断路器1的工作原理和跳闸机构5的使用方式，以下进一步讨论了这些图，强调了断路器组件占据的相应位置。
图1示出了处于闭合位置的断路器。第一动触点20在第一有效耦合区域15附近耦合至固定触点并且由接触弹簧33保持压于其上。操作杆100处于表示断路器闭合状态的位置，同时致动弹簧95处于加载状态。
图2示出了初始触点释放阶段。动触点20的旋转推动滑杆11沿着运动部件30中的第一座8a运动。当滑杆11的第一操作末端11a作用于跳闸轴40时，操作机构5开始跳闸。
参考图3，跳闸轴40成形为适于在绕着其自身的轴线103进行预定的旋转之后释放触发器99。当触发器99释放时，其容许第一旋转体51绕着相应旋转轴105旋转，使得操作弹簧95能够将以前储存的能量释放于运动曲材63上。这使得所述曲材向下移动，导致第二连接杆62的相应运动，该相应运动又引起运动部件30旋转，从而使得能够进行触点的第二快速分离运动。
图4示出了触点的分离已经完成之后断路器1中的组件的相应位置。
应当指出，以上所示的操作机构5的实施例纯粹为举例说明，因为所述的运动跳闸装置及其他可能等同物可以使得任何类型的通常已知的操作机构跳闸。
图5示出了根据本发明的自动断路器1的第二实施例。在该第二实例中，断路器1为″双中断″类型并且包括第二固定触点10a，该第二固定触点10a与和第二有效耦合区域16成一直线的第二动触点20a耦合和断开。更确切地说，如图中清楚地所示的那样，第一和第二动触点20、20a被制成单个主体，且部分地包含在运动部件30内。
第二实施例中使用的运动跳闸装置包括通过第一铰接件47彼此联接的第一和第二构件45、46。第一构件45还通过第二铰接件48联接至所述动触点20，同时第二构件通过第三铰接件49与所述运动部件相连。基本上，在这种解决方案中，运动跳闸装置利用两个通过运动对偶联接的构件实现，它们自身可以用作运动系统的操作构件，如我们可从图5清楚看到的那样。第一动触点20的旋转使得第一铰接件47移动，其作用于跳闸轴40或优选地作用于从跳闸轴40凸出的成形齿6b。作为图5中所示的方案的代替方案，运动系统的两个构件45、46可以在它们中间的一个点处彼此铰接：例如，这有利地使得两个构件之一的一个自由端用于移动跳闸轴。
以上在本发明的两个可能实施例中所示的两种运动跳闸系统完全等效和可互换，并且还可以被其它适于通过运动作用致动跳闸轴的功能等同的运动系统代替，其中该运动作用开始于断路器的至少一个动触点的电力学分离运动。
以上所示的运动跳闸装置同样能以固定或可调节的型式实现以便容许不同的跳闸阈值。例如，在图1至4中所示的运动系统中，可以通过利用测微螺杆11c改变滑杆11的长度进行调节，该测微螺杆11c例如和第一操作末端11a成一直线安装。可代替地，通过使得跳闸轴40上的突起41的位置可调而进行调节。在图5中所示的方案中，例如，所述调节可以利用第一和第二构件45、46之间的架式连接实现。
所采用的技术方案充分实现了前文说明的目标和目的。就是说，按这种方式构思的自动断路器1容许充裕的可能设置范围。使用由断路器的动触点之一的移动驱动的运动跳闸装置保证了非常及时的响应，因此保证了高跳闸精度。根据本发明的运动跳闸装置还非常可靠，简单并且由有限数目的构件组成，使得便于装配并且只需日常维修。
根据本发明的自动断路器可进行许多改变并且可具有众多变型，它们全部被本发明的构思包括。而且，所有部件可以由其它技术上等同的组件代替。
实际上，材料和尺寸可以根据需要和技术条件而改变。

Claims (15)

1.一种用于低压应用的单极或多极自动断路器(1)，包括：
-适于与第一动触点(20)耦合/断开的至少一个第一固定触点(10)；
-操作地连接至所述动触点(20)的操作机构(5)，
其特征在于，该断路器(1)包括运动跳闸装置，所述运动跳闸装置操作地连接至所述动触点(20)并且包括适于致动所述操作机构(5)的操作构件，所述运动跳闸装置被所述动触点致动，以便由所述动触点(20)远离所述固定触点(10)的第一分离运动驱动并且致动所述操作机构(5)，该操作机构(5)相应地作用于所述动触点(20)，从而确定所述动触点(20)远离所述固定触点(10)的第二快速分离运动。
2.根据权利要求1的自动断路器，其特征在于，其包括运动部件(30)，该运动部件(30)包含所述动触点(20)的至少一部分。
3.根据权利要求2的自动断路器(1)，其特征在于，其包括包含在所述运动部件(30)内的接触弹簧(32)，所述接触弹簧(32)在一端(33)紧固至所述运动部件(30)而在另一端(34)紧固至所述第一动触点(20)。
4.根据权利要求2的自动断路器(1)，其特征在于，其进一步包括跳闸轴(40)，该跳闸轴(40)的运动致动所述操作机构(5)，所述跳闸轴(40)由所述运动跳闸装置的所述操作构件的运动直接驱动。
5.根据权利要求4的自动断路器(1)，其特征在于，所述操作构件包括滑杆，该滑杆(11)具有用于移动所述跳闸轴(40)的第一操作末端(11a)，所述滑杆(11)具有固定或可调节长度。
6.根据权利要求5的自动断路器(1)，其特征在于，所述滑杆(11)可通过与所述操作末端(11a)相关联的测微螺杆调节。
7.根据权利要求5或6的自动断路器(1)，其特征在于，所述跳闸轴(40)包括适于与所述滑杆(11)的所述第一操作末端(11a)接合的成形突起(41)。
8.根据权利要求2或5的自动断路器(1)，其特征在于，所述运动部件(30)包括用于滑动地容纳所述滑杆(11)的第一座(8a)。
9.根据权利要求8的自动断路器(1)，其特征在于，所述动触点(20)包括第二座(8b)，所述滑杆(11)的第二操作末端(11b)滑动地插入第二座(8b)中。
10.根据权利要求4的自动断路器(1)，其特征在于，所述运动跳闸装置包括通过第一铰接件(47)彼此联接的第一构件(45)和第二构件(46)，所述第一构件(45)通过第二铰接件(48)与所述运动部件(30)相关联，并且所述第二构件(46)通过第三铰接件(49)联接至所述运动部件(30)，所述跳闸轴(40)通过所述运动跳闸装置的所述第一构件(45)和/或所述第二构件(46)直接致动和/或通过所述第一铰接件(47)直接致动。
11.根据权利要求10的自动断路器(1)，其特征在于，所述跳闸轴(40)包括适于与所述第一构件(45)和/或所述第二构件(46)接合的成形齿(6b)。
12.根据权利要求1的自动断路器(1)，其特征在于，其包括适于在第二耦合表面(16)处与第二动触点(20a)耦合/断开的第二固定触点(10a)，所述第二动触点(20a)与所述第一动触点(20a)制成单个主体。
13.根据权利要求4的自动断路器(1)，其特征在于，所述操作机构(5)包括：
-铰接至刚性支承侧(55)并且操作地连接至所述跳闸轴(40)的第一旋转体(51)；
-铰接至所述第一旋转体(51)的第一连接杆(61)；
-铰接至所述运动部件(30)并且还通过运动曲材(63)铰接至所述第一连接杆(61)的第二连接杆(62)；
操作地连接至所述运动曲材(63)并且适合于通过操作杆(100)预加载的操作弹簧(95)，所述跳闸轴(40)使得能够实现所述第一旋转体(51)的运动和所述操作弹簧(95)储存的能量的相应地释放。
14.根据权利要求13的自动断路器(1)，其特征在于，所述操作机构(5)包括位于所述跳闸轴(40)和所述第一旋转体(51)之间的触发器(99)，所述触发器(99)通过借助于所述运动跳闸装置而使所述跳闸轴(40)移动，从而释放所述旋转体(51)。
15.根据权利要求1的自动断路器(1)，其特征在于，所述操作构件包括所述第一动触点(20)的刚性或弹性的延伸部分。
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