CN101436492B - 用于断路器的辅助跳闸系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于断路器的辅助跳闸系统。这里公开了一种用于断路器触点臂(44)的机构，其能够通过缩短断开时间来限制电流。辅助跳闸组件(64)布置成由于在不希望的电状态(例如短路)期间产生的磁力而致动。辅助跳闸系统(64)释放触点臂载体(58)，从而使触点臂(44)能够旋转至中断电流的断开位置。

Description

用于断路器的辅助跳闸系统
技术领域
这里所述的主题涉及一种用于断路器的机构。特别是，这里所述的主题涉及一种与触点臂联接的机构，用于通过减少断开时间来提供电流限制功能。
背景技术
空气断路器通常用于配电系统。普通的空气断路器包括用于使电源与称为负载的电力消耗装置连接的部件组件。该部件称为主触点组件。在该组件中，主触点通常断开(中断电从源向负载运行的通路)或闭合(提供电从源向负载运行的通路)。在特殊类型的断路器中(称为空气断路器)，断开或闭合主触点组件所需的力由压缩弹簧结构来提供。当压缩弹簧释放时，它们施加力，该力提供了断开或闭合主触点所需的能量。提供用于闭合主触点的力的压缩弹簧通常称为闭合弹簧。提供用于断开主触点的力的压缩弹簧通常称为触点弹簧。
用于控制压缩弹簧的机构包括在锁栓轴和驱动装置之间的机械联接件结构。驱动装置可以手动或电动操作。电动操作的驱动装置通常在检测到特殊电状态时操作，例如过电流或短路状态。在断路器中的驱动装置通常在联接组件上施加力。然后，联接组件将来自驱动装置的力转变成施加在锁栓轴上的旋转力。然后，锁栓轴旋转。该旋转通过机械联接件转变成闭合弹簧或触点弹簧的开锁或起动。通常，与闭合弹簧机械联接的第一锁栓轴称为闭合轴。与触点弹簧机械联接的第二锁栓轴称为跳闸轴。
当各驱动装置通过相应联接组件而作用在锁栓轴上时，联接组件用作杠杆，它将来自驱动装置的直线力转换成在锁栓轴上的旋转力。用于使驱动装置电起动以及使该机构和触点组件开始移动所需的时间可能较长。当存在不希望的电状态时，断开触点组件所需的该时间期限可能比希望的更长。
尽管现有的断路器适用于它们的预定用途，但是仍然需要改进，特别是对于断路器的操作以及在高电流和短路状态下断开触点所需的时间。
发明内容
这里提供了一种断路器，它有可在闭合和断开位置之间移动的触点结构。触点载体与触点结构联接，其中，触点载体有狭槽。第一机构通过布置在狭槽中的轴而与触点载体联接。该轴可在狭槽中在第一位置和第二位置之间旋转和移动。第二机构与该轴操作联接，其中，第二机构包括与轴联接的第一联接件以及与该第一联接件操作联接的电枢。
还提供了一种用于断路器的磁跳闸装置，它包括可在断开位置和闭合位置之间移动的电枢。第一联接件可在第一位置和第二位置之间移动，并与所述电枢操作联接。轴联接成与第一联接件一起旋转，其中，轴上有圆柱形部分和平面部分。具有狭槽的触点臂载体定位成使得轴布置在该狭槽中，该狭槽有第一端和第二端。
还提供了一种多极断路器，它有可在第一和第二位置之间移动的机构。第一触点臂组件有圆形部分和细长部分，该第一触点臂组件包括至少一个触点臂和具有狭槽的触点臂载体。第一联接件通过定位在狭槽中的轴而联接于该机构和触点臂载体之间。其中，所述轴布置成在狭槽圆形部分中在第一位置和第二位置之间旋转。电枢操作联接成使轴从第一位置旋转至第二位置。
附图说明
现在参考附图，该附图为示例性和非限定的，且相同元件以相同标号表示：
图1是示例实施例的多极断路器的示意俯视图；
图2是根据示例实施例的图1的断路器的侧视平面图，该断路器处于闭合位置；
图3是图1的断路器处于断开位置时的侧视平面图；
图4是图1的断路器的侧视平面图，其中触点臂处于跳闸位置；
图5是图2的触点臂机构的局部侧视平面图；
图6是图5的触点臂机构的透视图；
图7是图4的触点臂载体组件的局部透视图；
图8是图1的断路器的侧视平面图，其中辅助跳闸系统起动；
图9是图8的触点臂载体组件的局部透视图；以及
图10是图4的触点臂载体组件处于跳闸位置时的局部平面图。
部件列表
20  断路器
22  机构
24  副轴
26  电极1
28  电极2
30  电极3
32  导体
34  导体
36  壳体
38  触点臂组件
40  销
42  销
44  触点臂
46  活动触点
48  电弧触点
50  带
52  静止触点
54  电弧触点
56  灭弧槽
58  触点臂载体
60  固定芯
62  活动电枢
63  框架
64  联接组件
65  第二联接组件
66  轴
68  联接件
70 联接件
72 联接件
74 联接件
76 销
78 联接件
80 轴的圆柱形部分
82 轴的平面部分
84 狭槽
86 狭槽的圆形部分
88 狭槽的矩形部分
具体实施方式
图1表示了具有主机构22的多极断路器20。机构22包括副轴(layshaft，“L/S”)组件24，该副轴组件24将机构22联接至电极组件26、28、30。该机构为操作人员提供了打开、关闭和复位该电极组件26、28、30的装置，且通常包括操作人员界面。该机构还包括跳闸单元(未示出)，该跳闸单元检测不希望的电状态，并当检测到这样的状态时起动该机构22。如将在这里更详细描述的那样，电极组件26、28、30传导电流通过断路器20，并提供了用于使受保护的电路与电源连接和断开的装置。
在该示例实施例中，多极断路器20的各电极承载不同的电相。各电极组件26、28、30与一对导体32、34联接，该对导体32、34将断路器20连接至该受保护的负载和该电源。通常，壳体36包围该机构22和电极组件26、28、30，以便保护这些部件并防止操作人员无意中与电流接触。
在图2中，断路器20表示为电极26处于闭合位置。副轴组件24通过销40联接至触点臂组件38。如将这里更详细描述的那样，如图2中所示的触点臂组件38处于锁定位置，并传递来自机构22的能量，该能量是断开和闭合触点臂44所需要的。触点臂组件38安装在断路器20中，以便绕销42枢转，从而在闭合、断开和跳闸位置之间移动。其它电极组件28、30也各自包括触点臂组件38，且各触点臂组件通过副轴组件24联接至该机构。
触点臂组件38包括触点臂44，该触点臂44有活动触点46和安装在一个端部的电弧触点48。例如由编织铜电缆制成的柔性导电带50安装在活动触点46的相对端部。该柔性带50将触点臂44与导体32电联接，该导体32允许电流流过断路器20。电流流过触点臂组件38，并经由活动触点46而离开。然后，电流经过静止触点52且通入导体34中，并在该导体34处电流传递给负载。应当知道，“负载”和“电线”只是为了方便，对于某些断路器用途，与负载和电源的连接可以相反。触点46、52通常由银钨合金和银石墨复合物来制造，以便使电阻最小。另一电弧触点54安装在导体34上。电弧触点48、54帮助断路器20将触点臂44断开时形成的任何电弧转移至灭弧槽56中。压缩弹簧90安装在断路器20上，以便在触点臂44的底侧施加力，并帮助触点臂组件38断开。应当知道，触点臂44可以是单个部件，或者可以包括多个平行的触点臂，如图6中所示。在该实施例中，触点臂组件38还将包括多个触点臂载体58，该触点臂载体58支承和分开各个触点臂44。
断路器20还包括辅助跳闸组件59。辅助跳闸组件59包括磁装置，该磁装置包括固定芯60和活动电枢62。固定芯60与导体32电联接，并布置成产生与流过导体32的电流成正比的磁场。在该示例实施例中，固定芯和活动电枢由磁性材料制成，例如钢。如图6中所示，一对弹簧63偏压电枢62使该电枢62与固定芯60分离。可选择地，可以使用超过两个弹簧来偏压电枢离开固定芯。在示例实施例中，电枢62与具有一个或多个狭槽67的框架57联接。在电枢62由于固定芯60产生的磁场而进行移动时，狭槽67引导该电枢的运动。
联接组件64、65与电枢62联接。各联接组件包括第一联接件78，该第一联接件78在一个端部处借助销联接至电枢62，该销允许联接件78相对于电枢62旋转。第二取接件74有枢轴76，该枢轴76安装至框架57。第二联接件74在一个端部处与第一联接件78联接，在相对端部处与第三联接件72联接。第三联接件又将第二联接件74与第四联接件70联接。第四联接件70安装在轴66上。如后面更详细所述，联接组件64将电枢62的直线运动转变成轴66的旋转移动。
轴66将联接件70、触点臂载体58和联接件68相联接。联接件68利用销40将触点臂组件38与副轴组件24连接。轴66布置成在触点臂载体狭槽84中旋转。轴66安装至联接件68、70，使得轴66和联接件68、70之间没有相对运动。如图7中所示，轴66包括圆柱形部分80和平面部分82。轴66布置成在触点臂载体58中的狭槽84内旋转。狭槽84包括圆形部分86和细长部分88。当触点臂组件38处于如图2和图3中所示的锁定位置时，轴的圆柱形部分80位于狭槽的圆形部分86中。当处于该锁定位置时，通过触点臂组件38传递的任何力都大致通过轴66和销40的中心。由于轴66这样布置和定位在狭槽的圆形部分86中，因此防止了与副轴组件24的移动无关的触点臂组件38移动。这样，在正常操作过程中，当机构22使副轴24旋转时，触点臂组件38、轴66和联接件68多少作为单个刚性联接件而移动。这使得该主机构能够断开和闭合触点臂组件32，而不会改变触点臂组件38中的部件相对于轴66的位置。
在该断开过程中，操作人员可能希望从受保护电路中除去电力，以便能够例如对与该电路连接的设备进行维护。为此，通过例如一关按钮来起动主机构22，从而使得副轴组件24旋转至断开位置，如图3中所示。副轴组件24的旋转移动通过联接件68而转变成触点臂载体58的运动，从而使得触点臂组件38绕枢轴42旋转。触点臂组件38的该旋转导致活动触点46与静止触点52分离，并中断电流流动。为了重新起动电流流动，操作人员通过移动例如一闭合按钮而重新起动该主机构，从而使得副轴组件24转回图1中所示的位置。
在某些情况下，与导体34连接的负载可能经受不希望的状态，例如短路。在这些状态下，流过断路器的电流水平将剧烈增加。例如，在正常工作状态下，断路器20可以在690V下承载400-5000A的电流。在短路状态下，电流水平可能是正常工作水平的很多倍。例如，取决于安装有该断路器20的设备，电流水平可能达到100kA以上。该高水平电流是不希望的，操作人员通常希望在这些状态下限制流过断路器20的电流量。如上所述，固定芯60布置成与导体32电接触，以便产生磁场。在某些电故障状态下(例如短路状态)，由固定芯60产生的磁力将足以使得电枢62移动。
辅助跳闸组件59和触点臂组件38的移动将参考图7-10来介绍。应当知道，为了清楚，一些部件已经从图7-10中除去。活动电枢62和联接组件64布置成这样，即，当固定芯60和活动电枢62之间的磁力达到预定水平时，电枢62将朝着固定芯60移动。例如，电枢62在对应于25kA-100kA(更优选是50kA)的磁力时开始移动。电枢62移动对应的不同阈值将取决于断路器20以及其它下游馈电断路器(未示出)的选择。电枢62的移动导致联接件78使得联接件74绕枢轴76旋转。该旋转继而导致联接件72使得联接件70、轴66和联接件68旋转。
辅助跳闸组件59布置成使得轴66旋转，直到平面部分82大致平行于狭槽的细长部分88的侧壁。当到达该位置时，轴66沿狭槽的细长部分方向施加在触点载体58上的任何反作用力都被除去，从而使得轴66和触点载体相互独立地移动。当触点臂组件38从图2中所示的闭合位置旋转至图4的跳闸位置时，轴66在狭槽84中从圆形部分86移动至细长部分88。触点臂组件38的移动可以是由于弹簧90产生的力，或者是由于在导体34和触点臂44之间由短路过程中的高电流所产生的磁力。触点臂组件38的移动继续进行，直到轴66到达狭槽的细长部分88的端部。该位置(通常称为“跳闸”位置)在图4和图10中表示。在该示例实施例中，狭槽细长部分88的端部是弯曲的，以便与该轴的圆柱形部分80的曲率匹配。触点臂组件38的旋转使得活动触点46与静止触点52分离。在触点46、52之间产生的任何电弧都将通过电弧触点48、54而传递给灭弧槽56，来自电弧的能量将在该灭弧槽56中耗散。
为了复位对该轴66的定位并允许触点臂组件38断开和闭合，操作人员起动该断路器机构22。这使得副轴组件24旋转至断开位置，从而使得联接件68和轴66在狭槽84中旋转并移动。联接件68、轴66和狭槽84布置成这样，即，当副轴组件24到达断开位置时，轴66定位在狭槽的圆形部分86中。一旦轴定位在狭槽的圆形部分86中，联接件68、轴66和触点臂组件38再次处于锁定位置，从而使它们能够作为单个部件而断开和闭合。
在断路器20的工作中，触点臂组件38能够在没有机构22的帮助下与静止触点52分离将很有利。断路器20越快断开触点臂组件38，受保护负载所经受的电流就越小。通过利用电枢62和辅助跳闸组件59，与只通过使用机构22的情况相比，断路器20可以更快地对不希望的电状态作出反应。在该示例实施例中，预计辅助跳闸组件59将使触点臂组件38能够在8-10毫秒内分离，而对于机构22则超过30毫秒。在该示例实施例中，可以设想机构22将在到达跳闸位置后移动至断开位置，从而允许断开与断路器相关的其它电极。
这里的说明书利用实例来说明本发明，包括最佳模式，还使得本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所述方法。本发明的可专利范围由权利要求书来限定，并可以包括本领域技术人员显而易见的其它实例。当这些其它实例具有的结构元件与权利要求的书面语言没有不同时，或者当它们包括与权利要求的书面语言没有实质性区别的等效结构元件时，它们将在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种断路器，包括：
触点结构(38)，该触点结构能够在闭合位置和断开位置之间移动；
触点载体(58)，该触点载体与所述触点结构(38)联接，所述触点载体(58)中有狭槽(84)；
副轴组件(24)，该副轴组件利用布置在所述狭槽(84)中的轴(66)而与所述触点载体联接，所述轴(66)能够在所述狭槽(84)中在第一位置和第二位置之间旋转并移动；
第一联接组件(64)，该第一联接组件与所述轴(66)可操作地联接，所述第一联接组件(64)包括与所述轴(66)联接的第一联接件(70)以及与所述第一联接件(70)可操作地联接的电枢(62)；
与所述电枢形成磁性关系的固定芯，所述固定芯相对于所述断路器而言是不能移动的；以及
被布置在所述固定芯与所述电枢之间的至少两个弹簧。
2.根据权利要求1所述的断路器，其中：所述电枢(62)布置成在断开位置和闭合位置之间移动，所述第一联接组件(64)布置成响应所述电枢(62)从所述断开位置至所述闭合位置的移动而使所述轴(66)从所述第一位置旋转并平移至所述第二位置。
3.根据权利要求2所述的断路器，其中：所述轴(66)还布置成在所述狭槽(84)中移动至第三位置。
4.根据权利要求3所述的断路器，其中：所述轴(66)还布置成当所述轴(66)旋转至所述第二位置时从所述第二位置移动至所述第三位置。
5.根据权利要求4所述的断路器，其中，所述狭槽(84)有圆形部分(86)和细长部分(88)，该圆形部分与所述轴(66)的第一位置相对应，所述细长部分(88)有邻近所述圆形部分(86)的第一端部和与所述圆形部分(86)相对的第二端部，所述细长部分(88)的第二端部对应于所述轴(66)的第三位置。
6.一种用于断路器的磁跳闸装置，包括：
电枢(62)，该电枢能够在断开位置和闭合位置之间移动；
与所述电枢形成磁性关系的固定芯，所述固定芯在所述磁跳闸装置内是不能移动的；
被布置在所述固定芯与所述电枢之间的至少两个弹簧；
能够在第一位置和第二位置之间移动的第一联接件(70)，所述第一联接件(70)与所述电枢可操作地联接；
轴(66)，该轴联接成与所述第一联接件(70)一起旋转，所述轴(66)上有圆柱形部分(80)和平面部分(82)；以及
触点臂载体(58)，该触点臂载体具有狭槽(84)，该狭槽有第一端部和第二端部，所述触点臂载体(58)定位成使得所述轴(66)布置在所述狭槽(84)中。
7.根据权利要求6所述的用于断路器的磁跳闸装置，还包括：
第二联接件(78)，该第二联接件有第一端部和第二端部，所述第二联接件(78)的第一端部与所述电枢联接；
第三联接件(74)，该第三联接件有第一端部和第二端部以及在它们之间的枢轴(76)，所述第三联接件(74)与所述第二联接件(78)的第二端部联接；以及
第四联接件(72)，该第四联接件联接在所述第一联接件(70)和所述第三联接件(74)的第二端部之间。
8.根据权利要求7所述的用于断路器的磁跳闸装置，其中：所述触点臂载体的狭槽(84)有圆形部分(86)和细长部分(88)。
9.根据权利要求8所述的用于断路器的磁跳闸装置，其中：所述轴布置成响应所述第一联接件(70)从所述第一位置至所述第二位置的移动而从所述圆形部分(86)移动至所述细长部分(88)。
10.根据权利要求9所述的用于断路器的磁跳闸装置，其中：当所述联接件(70)处于所述第一位置时，所述轴的圆柱形部分(80)与所述狭槽的圆形部分(86)同轴。
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