CN102064057A - 小型断路器限流装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小型断路器限流装置，其电动斥力机构包括设置成电流方向相反而又平行的静触头和动触头，动、静触头相互接触，动、静触头的分合由包括有储能器的肘节连杆锁扣的操作系统控制，动触头与液压电磁脱扣器的电流线圈电连接，操作系统与液压电磁脱扣器共用肘节连杆锁扣，断路器分断由液压电磁脱扣器推动肘节连杆锁扣而解锁实现，较佳地，静触头设置有磁性铁片和导弧板，动触头设置有弧角，肘节连杆锁扣包括跳扣、锁扣、连接板、支撑件及拉杆，或连杆、肘节、顶杆、支撑件和拉杆，液压电磁脱扣器还包括支架、极靴、衔铁和油阻尼器，本发明设计独特、结构简单、动作迅速、分断能力强、稳定性好、节能安全、适于大规模推广应用。

Description

小型断路器限流装置

技术领域

本发明涉及电路控制技术领域，特别涉及断路器技术领域，更具体地，是指一种小型断路器限流装置。

背景技术

现有的小型断路器已广泛应用在建筑物和住宅配电箱中作为电气线路的过载、短路保护之用。但这些断路器的过载保护都采用双金属片热元件而短路电流保护则采用电磁式脱扣器。这是由于双金属片热元件在短路电流时引起双金属片过热和弯曲过度，在排除故障后双金属片就不会回复到原来的位置，使分断特性发生变化，为改变那种传统脱扣器的模式，1957年ABB公司发明了“限流型”小型断路器，其采用双金属片过载保护外，另加一个独立的锤形电磁脱扣器在严重过载或短路时，电流线圈会产生足够的电磁力，快速推动锤形电磁铁将动触头和静触头分离，使线路预期短路电流尚未完全形成时就将故障电流切断，起到限流作用，该技术已采用了半个多世纪，目前仍在热磁式断路器使用。

随着社会进步与技术发展对线路保护提新的更高要求，这类双金属热元件加电磁式脱扣断路器即热磁式技术受到挑战。一种液磁式断路器即液压电磁式断路器已出现竞争之势。如1998年的一种“模板组装直立油阻尼式断路器”(ZL98225693.0)将热磁式断路器的双金属热元件和电磁铁脱扣器合并成为一种液压电磁式脱扣器，它集合过载短路保护于一体，初步达到使用不受环境温度影响和节能的效果，但却失去了它原有的限流功能，这将给线路保护带来很大隐患。

美国是最早发明液压电磁式断路器的国家之一，其为适应恶劣环境下的军事活动需要，就在二十世纪初由AIRPAX公司和CARLING公司相继研制了军用的液压电磁式断路器，主要为保护电气线路上的设备与装置。所以短路电流一般都只有二千安培左右。但其独特的结构使产品的一致性、稳定性、选择性得到保证。本发明人在我国在1982年也为满足国防军工需要，1992年为满足通信产业上海贝尔电话公司需要，先后研发了二种液压电磁式设备用断路器(ZL94227603.5)(ZL96229277.X)，并实现了产业化，但品种较单一。为实现多功能需要，2001年“多功能电磁液压式低压断路器”(ZL01210475.2)进入市场，2008年“DPN液压电磁式过流保护器”(ZL200820054622.2)问世，第一次将这类液压电磁式结构应用到导轨式的导线保护断路器上。

鉴于上述所阐述的背景技术，这类设备用断路器的液压电磁式结构的短路分断能力有限。要满足导线保护，必须能提高其短路电流的分断能力，使其达到6000A甚至10000A，要切实解决提高短路电流分断能力，在无法利用热磁式断路器的锤形电磁脱扣器实现限制短路电流的情况下，需要提供一种新装置来达到限流的目的。

发明内容

本发明的主要目的就是针对以上存在的问题与不足，提供一种小型断路器限流装置，该小型断路器限流装置设计独特、结构简单、动作迅速、分断能力强、稳定性好、节能安全、适于大规模推广应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

该小型断路器限流装置，其特点是，包括电动斥力机构、操作系统、液压电磁脱扣器，所述电动斥力机构包括设置成电流方向相反而又平行的静触头和动触头，所述动触头与所述静触头相互接触，所述动触头与所述静触头的分合由包括肘节连杆锁扣的所述操作系统控制，所述动触头与所述液压电磁脱扣器的电流线圈电连接，所述操作系统与所述液压电磁脱扣器共用所述肘节连杆锁扣，断路器分断由所述液压电磁脱扣器推动所述肘节连杆锁扣而解锁实现。

较佳地，所述静触头一侧设置有磁性铁片，另一侧设置有第一银触点，所述静触头一端设置有导弧板，所述动触头设置有与所述第一银触点接触的第二银触点，所述动触头一端设置有与所述导弧板相对的弧角，另一端设置有长腰孔且软连接与所述电流线圈相连的带电体，所述长腰孔中穿设第一轴销和第一储能弹簧。

更佳地，所述第一储能弹簧是扭簧。

较佳地，所述肘节连杆锁扣包括跳扣、锁扣、连接板、支撑件及拉杆，所述连接板由所述锁扣锁住，所述连接板一端连接跳扣，另一端分别连接所述支撑件和所述拉杆，所述拉杆连接所述动触头，所述断路器分断由所述液压电磁脱扣器推动所述锁扣而解锁实现。

较佳地，所述肘节连杆锁扣包括连杆、肘节、顶杆、支撑件和拉杆，所述肘节一侧设置有限位部件，所述肘节两端分别连接所述连杆和所述顶杆，且所述连杆和所述顶杆由所述限位部件限位，所述顶杆分别连接所述支撑件和所述拉杆，所述拉杆连接所述动触头，所述断路器分断由所述液压电磁脱扣器推动所述肘节而解锁实现。

更佳地，所述支撑件的自由端设置有轴孔，所述轴孔穿设第二轴销和第二储能弹簧。

更进一步地，所述第一储能弹簧是扭簧。

较佳地，所述液压电磁脱扣器还包括支架、极靴、衔铁和油阻尼器，所述衔铁可活动安装在所述支架上，所述极靴设置在所述电流线圈的一端，所述油阻尼器穿设在所述电流线圈中并安装在所述支架上且与所述衔铁和所述极靴组成磁回路，所述断路器分断由所述衔铁推动所述肘节连杆锁扣而解锁实现。

本发明的有益效果如下：

1.本发明采用电流方向相反的平行导体动静触头组成的电动斥力限流装置，设计独特、结构简单、动作迅速、分断能力强、稳定性好、节能安全、适于大规模推广应用，结束了热磁式脱扣器的锤形电磁铁限流装置半个世纪一统天下的局面。

2.本发明利用液压电磁式脱扣替代热磁式脱扣器，丢弃了热双金属片，使用的环境温度对其无影响。天南地北、高山平地都可使用，给设计选用提供了方便，不用考虑排列使用的降容问题，而且达到节能效果。

3.本发明在18mm宽的模数下，断路器绝缘外壳内安装了本发明人的实用新型专利技术“多功能电磁液压式低压断路器”(ZL01210475.2)和“DPN液压电磁过流保护断路器”(ZL200820054622.2)的液压电磁脱扣器及操作机构有很强的通用性、继承性，为组合式终端电器提供不受环境温度影响的导线保护限流性能的断路器，提高了分断能力，方便设计选用。

4.本发明的液压电磁脱扣器具有独特的可变性和设定性，可以满足不同用户的不同需要，能够提供进线断路器和分支断路器的选择性保护，避免因发生过载或短路而引发上下级保护级同时跳闸的事情发生，保证了用电安全运行。

5.本发明的液压电磁脱扣器应用了跳扣，半轴式锁扣的肘节机构和带有平衡件的衔铁，能耐受振动与冲击而不发生误动作，从而扩大了使用范围。

附图说明

图1是导轨式DPN液压电磁过流保护断路器内部结构示意图。

图2是本发明的一具体实施例的接通状态结构示意图。

图3a是本发明的肘节连杆锁扣分断状态的一具体实施例的示意图。

图3b是本发明的肘节连杆锁扣分断状态的另一具体实施例的示意图。

图4是图3a中锁扣的部分结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，现结合实施例进一步说明如下：

请参阅图1～图4所示，本发明的小型断路器限流装置包括电动斥力机构、操作系统、液压电磁脱扣器，所述电动斥力机构包括设置成电流方向相反而又平行的静触头5和动触头6，所述动触头6与所述静触头5相互接触，所述动触头6与所述静触头5的分合由包括肘节连杆锁扣4的所述操作系统控制，所述动触头5与所述液压电磁脱扣器的电流线圈15电连接，所述操作系统与所述液压电磁脱扣器共用所述肘节连杆锁扣4，断路器分断由所述液压电磁脱扣器推动所述肘节连杆锁扣4而解锁实现。

在本发明的具体实施例中，所述静触头5一侧设置有磁性铁片7，另一侧设置有第一银触点，所述静触头5一端设置有导弧板8，所述动触头6设置有与所述第一银触点接触的第二银触点，所述动触头6一端设置有与所述导弧板8相对的弧角19，另一端设置有长腰孔且软连接与所述电流线圈15相连的带电体12，所述长腰孔中穿设第一轴销和第一储能弹簧9a，固定于绝缘外壳11与C点，所述第一储能弹簧9a可以分别抵靠所述动触头拐臂和所述的带电体12上。所述第一储能弹簧9a优选扭簧。

较佳地，所述肘节连杆锁扣4包括跳扣26、锁扣20、连接板25、支撑件23及拉杆24，所述连接板25由所述锁扣20的半轴槽口27锁住跳扣26，所述连接板25一端连接跳扣26，另一端分别连接所述支撑件23和所述拉杆24，所述拉杆24连接所述动触头6，所述断路器分断由所述液压电磁脱扣器衔铁3推动所述锁扣20的推杆28而实现解锁。在本发明的具体实施例中，所述支撑件23的自由端设置有轴孔，所述轴孔穿设第二轴销和第二储能弹簧9b，固定于绝缘外壳B点，所述第二储能弹簧9b可以分别抵靠所述轴孔和所述第二轴销，也可以在安装时分别抵靠所述支撑件23拐臂和支架2底部。所述第二储能弹簧9b优选扭簧。

或者，所述肘节连杆锁扣4包括连杆30、肘节31、顶杆32、支撑件23和拉杆24，所述肘节31一侧设置有限位部件33，所述肘节31两端分别连接所述连杆30和所述顶杆32，且所述连杆30和所述顶杆32由所述限位部件33限位，所述顶杆32分别连接所述支撑件23和所述拉杆24，所述拉杆24连接所述动触头6，所述断路器分断由所述液压电磁脱扣器推动所述肘节31而实现解锁。

在本发明的具体实施例中，所述液压电磁脱扣器还包括支架2、极靴17、有平衡体的衔铁3和油阻尼器13，所述衔铁3可活动安装在所述支架2上，所述极靴17设置在所述电流线圈15的一端，所述油阻尼器13穿设在所述电流线圈15中并安装在所述支架2上且与所述衔铁3和所述极靴17组成磁回路，所述断路器分断由所述衔铁3推动所述的锁扣20而实现解锁。

本发明安装时，安装在断路器的绝缘外壳11内，两接线端分别与静触头5和电流线圈15连接，断路器手柄1与跳扣26(或连杆30)连接，第一轴销和支架2分别与绝缘外壳11固定于A点，第二轴销可以与绝缘外壳11固定于B点，也可以与支架2固定于B点，弧角19朝向灭弧室10，导弧板8延至灭弧室10底部。

本发明的工作原理具体描述如下：

本发明的小型断路器限流装置，是为提高小型液压电磁断路器的短路分断能力所提出的技术解决方案，当电气线路发生短路时，线路上会出现极大的短路电流，如不及时切断线路将危及线路安全引起火灾，使用电设备烧损，甚至危及生命。

正常工作状态由手柄1、上操作力经A点传至跳扣26、锁扣20、连接板25将操作力传递到支撑件23并将操作力储藏于第二储能弹簧9b，拉杆24则将操作力的一部分传递给动触头6使其在C点将操作力储藏于第一储能弹簧9a中，此时动触头6和静触头5接触，断路器完成接通。

短路电流流经小型断路器的限流装置时，由静触头5通过第一银触点流入动触点6的第二银触点时由于触点间导电斑点的存在使电流线收缩产生了Holm力(欧姆力)，动触头6和静触头5平行导电板回路间因电流方向相反就产生了Lorentz力(椤次力)，这二种力合成为巨大的电动斥力，使动、静触头6和5迅速分离，动、静触头6和5分离时形成电弧，此时弧电阻串联到线路中，迫使短路电流瞬间减少起到限流作用。当开断电流尚未达到预期短路电流峰值之前，液压电磁脱扣器在短路电流通过电流线圈15时，油阻尼器13来不及反应，在强大磁场强度下，衔铁3瞬时被极靴17吸合，衔铁3的推杆14立即推开半轴式锁扣20解锁，见图4中，锁扣20的半轴式圆柱体推杆28作顺时针旋转，使原来锁住的跳扣26无法扣住而迅速从半轴槽口27中滑出，操作系统的肘节连杆锁扣4在支撑件23的B点的第二储能弹簧9a的反向扭距作用下向上迅速提升时带动连杆24把动触头6绕C点拉开脱离静触头5，其引成电弧在动触头6的弧角19和静触头5的磁性铁片7推动下沿导弧板8向磁场强度弱的方向转移，进入灭弧室10，电弧被吸入灭栅片后又将电弧切成许多短弧，使电弧冷却，游离气体扩散后，电弧被熄灭。整个断开时间大大降低到几个毫秒，迫使总的短路电流的能量I²t在较小范围内，应达到附合EN60898标准规定的能量限制等级，从而为电子设备防过电流提供最大的安全可靠性。

若电路出现过载情况时，通过限流装置的电流不足以产生巨大的电动斥力，动、静触头6和5不能斥开，不起限流作用，此时，液压电磁脱扣器的电流线圈15上的电流就增加，当电流上升到规定值，在电流线圈15的磁场强度的作用下，油阻尼器13按设定的保护特性脱扣时间吸合衔铁3推动半轴式锁扣20使肘节连杆锁扣4解锁，在支撑件23的第二储能弹簧9b释放的扭距作用下，拉杆24立即把动触头6拉开，动触头6在其第一储能弹簧9a的扭矩反力推动下，用更快的速度完成断路器的分闸动作，切断线路电流。

本发明的小型断路器限流装置，在线路过载短路分断电流不大时，电动斥力较小不足以发挥作用分离动、静触头6和5，仍由液压电磁脱扣器完成断开操作。

当短路电流很大时，在平行导体回路和动静触头6和5的触点之间所产生的电动斥力就很大，把动静触头6和5推开引成电弧，弧电阻串联到线路中，当开断电流尚未到达预期短路电流峰值之前就断开电路，迫使短路电流瞬间减少起到限流作用，而使断路器断开仍是液磁脱扣器，在短路电流下油阻尼器13来不及反应，衔铁3就已经被极靴17吸上并推开锁扣20解锁，拉杆24随之动作，把动触头6拉开，避免触头被熔焊，电弧被引入灭弧室10被熄灭，切断了线路短路电流。

要提高小型断路器限流装置的限流效果，提高断路器分断速度是非常重要的，电弧能量用I²t表示。这样短路电流峰值被限止后如何缩短分断时间成了关键。本发明的肘节连杆锁扣4采用了脱扣力很小的半轴式锁扣20，在支撑件23上安装储能扭簧，又在与拉杆24相连的动触头6的长腰孔上也安装了储能扭簧，而扭簧的储能释放最快，所以操作时间也最短。而且二个储能扭簧同时动作，大大提高了断路器的分断速度，缩短了分断时间，保证了电动斥力限流装置的限流效果，有效保护了电气线路上的电缆设备和装置的安全。

上述所描述的是图3a的采用半轴式锁扣20的肘节连杆结构4，还可以采用图3b所示的另一种肘节连杆锁扣4，为对接式连杆锁扣结构，其中同样采用支撑件23和拉杆24，其动作原理是：正常工作状态由手柄1、上操作力经A点传至连杆30、肘节31、顶杆32将操作力传递到支撑件23并将操作力储藏于第二储能弹簧9a，拉杆24则将操作力的一部分传递给动触头6使其在C点将操作力储藏于第一储能弹簧9a中，此时动、静触头6和5接触，断路器完成合闸，线路接通；当过载短路时，液压电磁脱扣器动作油阻尼器13的极靴17将衔铁3吸合，其推杆就将肘节31向前推，当连杆30和顶杆32都脱离肘节31的限位部件33时，肘节机构移动出死区，对接式变成曲折式，在支撑件23的第二储能弹簧9b释放扭距时，把对接式肘节机构(图3b)向上提升同时拉杆24将动触头6在第一储能弹簧9a的反力下快速离开静触头5完成了过载短路的保护分断。

本发明是一种在小型液压电磁式断路器应用的电动斥力式限流装置。该限流装置包括设置成电流方向相反的平行导体静动头5和动触头6。当电气线路发生短路电流时，在平行导体回路和动静触点6和5的接点之间就会产生极大的电动斥力克服了断路器本身的接触压力，使两触头迅速分离，触头分断引成电弧，弧电阻迫使短路电路瞬间减少起到限流作用，此时液压电磁式脱扣器在短路电路作用下来不及反应就迅速脱扣，使断路器在预期短路电流尚未达到峰值前就快速切断短路电流，以此替代传统的热磁式脱扣器锤形电磁铁驱动动静触头分离的限流装置。

本发明采用了高灵敏度的液压电磁脱扣器和有储能器的肘节连杆式锁扣机构。断路器处于正常接通状态时，其操作力由肘节连杆锁扣4保持住，动触头6在支撑件23和拉杆24的推动下，动静触头6和5之间保持正常的接触压力，当线路发生过载或短路电流时，脱扣器线圈测得过载电流后产生相应磁动势，液磁脱扣器按设定的保护特性动作吸合衔铁3直接使肘节连杆锁扣4解锁。原来的操作力经第二储能弹簧9b释放使连接板25(或顶杆32)向上快速提起拉杆，拉动动触头6速离静触头5，断路器断开完成过载保护。

综上所述，本发明的小型断路器限流装置设计独特、结构简单、动作迅速、分断能力强、稳定性好、节能安全、适于大规模推广应用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种小型断路器限流装置，其特征在于，包括电动斥力机构、操作系统、液压电磁脱扣器，所述电动斥力机构包括设置成电流方向相反而又平行的静触头和动触头，所述动触头与所述静触头相互接触，所述动触头与所述静触头的分合由包括有储能器的肘节连杆锁扣的所述操作系统控制，所述动触头与所述液压电磁脱扣器的电流线圈电连接，所述操作系统与所述液压电磁脱扣器共用所述肘节连杆锁扣，断路器分断由所述液压电磁脱扣器推动所述肘节连杆锁扣而解锁实现。

2.根据权利要求1所述的小型断路器限流装置，其特征在于，所述静触头一侧设置有磁性铁片，另一侧设置有第一银触点，所述静触头一端设置有导弧板，所述动触头设置有与所述第一银触点接触的第二银触点，所述动触头一端设置有与所述导弧板相对的弧角，另一端设置有长腰孔且软连接与所述电流线圈相连的带电体，所述长腰孔中穿设第一轴销和第一储能弹簧。

3.根据权利要求2所述的小型断路器限流装置，其特征在于，所述第一储能弹簧是扭簧。

4.根据权利要求1所述的小型断路器限流装置，其特征在于，所述肘节连杆锁扣包括跳扣、锁扣、连接板、支撑件及拉杆，所述连接板由所述锁扣锁住，所述连接板一端连接跳扣，另一端分别连接所述支撑件和所述拉杆，所述拉杆连接所述动触头，所述断路器分断由所述液压电磁脱扣器推动所述锁扣而解锁实现。

5.根据权利要求1所述的小型断路器限流装置，其特征在于，所述肘节连杆锁扣包括连杆、肘节、顶杆、支撑件和拉杆，所述肘节一侧设置有限位部件，所述肘节两端分别连接所述连杆和所述顶杆，且所述连杆和所述顶杆由所述限位部件限位，所述顶杆分别连接所述支撑件和所述拉杆，所述拉杆连接所述动触头，所述断路器分断由所述液压电磁脱扣器推动所述肘节而解锁实现。

6.根据权利要求4或5所述的小型断路器限流装置，其特征在于，所述支撑件的自由端设置有轴孔，所述轴孔穿设第二轴销和第二储能弹簧。

7.根据权利要求6所述的小型断路器限流装置，其特征在于，所述第二储能弹簧是扭簧。

8.根据权利要求1所述的小型断路器限流装置，其特征在于，所述液压电磁脱扣器还包括支架、极靴、衔铁和油阻尼器，所述衔铁可活动安装在所述支架上，所述极靴设置在所述电流线圈的一端，所述油阻尼器穿设在所述电流线圈中并安装在所述支架上且与所述衔铁和所述极靴组成磁回路，所述断路器分断由所述衔铁推动所述肘节连杆锁扣而解锁实现。

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