电路断路器中的电磁增强的触头的分离
技术领域
本文中提出的实施例大体上涉及使用电路断路器的电路中断,如涉及具有模制盒式电路断路器(MCCB)中的磁芯的双断路线性触头组件。
背景技术
当电气故障状态存在时,电路断路器用于中断AC或DC的单相或多相电路。电气故障状态可包括超过预先限定的瞬时电流极限(即,电气短路存在)的电路中的瞬时电流,或超过预先限定的长期电流极限(即,电气过载存在)的长期电流。单断路MCCB典型地包括安装于静止电流回路的一个静触头,以及安装于各相的可旋转接触臂的可移动触头。双断路MCCB包括各相的两个静触头和两个可移动触头。在正常操作中,当电流流过装置时,可移动触头与静触头接触,并且断路器处于闭合状态。在电气故障存在的情况下,电流的流动通过使可移动触头与静触头分开来中断,并且断路器从闭合状态转为跳闸状态。接触臂借助于作用在接触臂上的机构来从闭合位置移动至跳闸位置。
用以移动接触臂的能量还可来自电磁场,其由于流过这些构件的电气故障电流而围绕静电流回路和接触臂发展。电磁场与故障电流之间的相互作用导致了静电流回路与接触臂之间的排斥力,这在常规途径中引起接触臂旋转并且使可移动触头与静触头分开。当可移动触头开始分开时,弧可形成在静触头与可移动触头之间。由于电磁场,故将存在作用在弧上且影响其路径的电弧力。在故障电流和电磁场强度下降时,以及在旋转接触臂相对于静电流回路和相对于电磁场的对准由于接触臂旋转而变得不太有利时,排斥力和电弧力的大小减小。
接触臂从闭合位置至跳闸位置的移动必须为快的以限制电流,并且最小化可使触头退化的弧的形成。电路断路器机构还必须具有适合的尺寸,以配合在预先限定的电路断路器外壳或配电板中。因此,所需的是最大化使接触臂加速的排斥力和减小机构的尺寸。
发明内容
在一个实施例中,提供了一种电路断路器。电路断路器包括构造成释放和接合电路断路器的托架的闩锁组件,以及构造成在闩锁组件接合于托架时在开启位置与闭合位置之间移动的手持轭。电路断路器还包括双断路线性触头组件,其包括:构造成传导性地连接静母线排的桥接连接器;附接于桥接连接器且限定桥接连接器的线性移动路径的导杆;以及围绕线性移动路径设置且包括至少一组灭弧槽板的磁芯。电路断路器还包括机械地联接托架、手持轭和导杆的连结组件,连结组件具有弹簧,该弹簧在操作电流水平下,在闩锁组件和托架接合时和在手持轭处于闭合位置时将桥接连接器保持在静母线排处的适当位置。
在附加实施例中,提供了一种双断路器线性触头组件。触头组件包括构造成传导性地连接两个静母线排的触头的桥接连接器。在电流穿过静母线排和桥接连接器时,电磁排斥力生成,并且作用在桥接连接器上。电磁力将桥接连接器推离静母线排。触头组件还包括偏压弹簧构件,其在电流低于电流阈值时施加与电磁排斥力相反的力来保持桥接连接器构件与静母线排接触。
在又一个实施例中,提供了一种用于中断电路路径的方法。根据该方法,静母线排与桥接连接器构件连接。当电流穿过静母线排和桥接连接器构件时,电磁排斥力生成来作用在桥接连接器构件上。电磁排斥力将桥接连接器构件推离静母线排。当电流低于指定阈值时,相反的力施加于桥接连接器构件,以克服电磁排斥力。当电流超过指定阈值时,桥接连接器构件与静母线排分开。当电流超过指定阈值时,电磁排斥力超过相反的力。
技术方案1.一种电路断路器,包括:
闩锁组件,其构造成释放和接合所述电路断路器的托架;
手持轭,其构造成在所述闩锁组件接合于所述托架时在开启位置与闭合位置之间移动;
双断路线性触头组件,其包括:
桥接连接器,其构造成传导性地连接静母线排;
导杆,其附接于所述桥接连接器并且限定所述桥接连接器的线性移动路径;以及
磁芯,其围绕所述线性移动路径设置并且包括至少一组灭弧槽板;
连结组件,其机械地联接所述托架、所述手持轭和所述导杆,所述连结组件包括弹簧,所述弹簧在操作电流水平下在所述闩锁组件和所述托架接合时和在所述手持轭处于所述闭合位置时将所述桥接连接器保持在所述静母线排处的适当位置。
技术方案2.根据技术方案1所述的电路断路器,其特征在于,所述桥接连接器为弯曲连接器。
技术方案3.根据技术方案2所述的电路断路器,其特征在于,所述弯曲连接器为马蹄形或U形连接器。
技术方案4.根据技术方案1所述的电路断路器,其特征在于,所述桥接连接器为成角的连接器。
技术方案5.根据技术方案4所述的电路断路器,其特征在于,所述成角的连接器为V形连接器。
技术方案6.根据技术方案1所述的电路断路器,其特征在于,所述弹簧校准成在所述托架与所述闩锁组件接合时和在所述手持轭处于所述闭合位置时克服作用在所述桥接连接器上且在所述操作电流水平下生成的排斥力。
技术方案7.根据技术方案1所述的电路断路器,其特征在于,所述电路断路器还包括与所述导杆相对的附接于所述桥接连接器的绝缘构件。
技术方案8.根据技术方案1所述的电路断路器,其特征在于,所述磁芯还包括顶芯,所述顶芯包括圆顶结构。
技术方案9.根据技术方案1所述的电路断路器,其特征在于,所述托架在与所述闩锁组件接合时和在所述手持轭处于所述开启位置时允许所述弹簧移动,以使所述弹簧不将所述线性触头组件的桥接连接器偏压成与所述静母线排接触。
技术方案10.根据技术方案1所述的电路断路器,其特征在于,在未与所述闩锁组件接合时,所述托架允许所述弹簧移动,以使所述弹簧不将所述线性触头组件的桥接连接器偏压成与所述静母线排接触。
技术方案11.一种双断路线性触头组件,包括:
桥接连接器,其构造成传导性地连接两个静母线排的触头,其中当电流穿过所述静母线排和所述桥接连接器时,电磁排斥力生成并且作用在所述桥接连接器上,其中所述电磁力将所述桥接连接器推离所述静母线排;以及
偏压弹簧构件,其施加与所述电磁排斥力相反的力来在所述电流低于电流阈值时保持所述桥接连接器构件与所述静母线排接触。
技术方案12.根据技术方案11所述的双断路线性触头组件,其特征在于,所述偏压弹簧构件包括校准的弹簧。
技术方案13.根据技术方案11所述的双断路线性触头组件,其特征在于,所述双断路线性触头组件还包括磁芯,所述磁芯构造成在所述桥接连接器与所述静母线排分开并且穿过所述磁芯时增强所述电磁排斥力。
技术方案14.根据技术方案13所述的双断路线性触头组件,其特征在于,所述磁芯包括一系列磁性灭弧槽板。
技术方案15.根据技术方案13所述的双断路线性触头组件,其特征在于,所述磁芯包括顶芯,所述顶芯包括圆顶结构。
技术方案16.根据技术方案11所述的双断路线性触头组件,其特征在于,所述桥接连接器构件为弯曲连接器。
技术方案17.一种用于中断电路路径的方法,包括:
使静母线排与桥接连接器构件连接,其中当电流穿过所述静母线排和所述桥接连接器构件时,电磁排斥力生成来作用在所述桥接连接器构件上,其中所述电磁排斥力将所述桥接连接器构件推离所述静母线排;
当所述电流低于指定阈值时,将相反的力施加于所述桥接连接器构件来克服所述电磁排斥力;以及
当所述电流超过所述指定阈值时,使所述桥接连接器构件与所述静止母线排分开,其中所述电磁排斥力在所述电流超过所述指定阈值时超过所述相反的力。
技术方案18.根据技术方案17所述的方法,其特征在于,施加所述相反的力包括构造至少一个弹簧来将所述相反的力施加于所述桥接连接器构件。
技术方案19.根据技术方案17所述的方法,其特征在于,所述桥接连接器构件包括弯曲或成角的连接器。
技术方案20.根据技术方案17所述的方法,其特征在于,所述方法包括在所述桥接连接器构件与所述静母线排分开并且穿过一系列灭弧槽板时增强所述电磁排斥力。
附图说明
当参考附图阅读下列详细描述时,将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点,其中,同样的标记在所有附图中表示同样的部件,其中:
图1绘出了根据本公开的方面的具有处于闭合状态的双断路线性触头组件的电路断路器的实施例的示意性视图;
图2绘出了根据本公开的方面的具有处于开启状态的双断路线性触头组件的电路断路器的实施例的示意性视图;
图3绘出了根据本公开的方面的具有处于跳闸状态的双断路线性触头组件的电路断路器的实施例的示意性视图;
图4绘出了根据本公开的方面的双断路线性触头组件的第一实施例的透视近视图;
图5绘出了根据本公开的方面的双断路线性触头组件的第二实施例的示意性近视图。
具体实施方式
如本文中所述的双断路线性触头组件可适用于住宅、商业或工业应用中使用的MCCB,如,电压高达1,000V DC或AC、操作电流高达2,000A和故障电流高达100kA的应用。如本文中所述,描述了双断路线性触头组件的各种实施例,其中可移动桥接连接器在电路断路器处于闭合构造时用作导电路径的一部分。尽管桥接连接器可具有多种形状,包括直的,但在某些实施例中,连接器是非直的,如,弯曲的(例如,U形或马蹄形)或成角的(例如,V形)。
在电气故障的情况下,连接于双断路线性触头组件的电路断路器的机构跳闸,并且双断路线性触头组件中的桥接连接器线性地移位远离在其它情况下由桥接连接器电性地连接的两个静母线排,因此开启电路。在一个此类实施例中,双断路线性触头组件使用故障电流来生成力,以将桥接连接器线性地推离静母线排,开启了电路。在一个实施例中,当桥接连接器移离静母线排时,故障电流引起的场导致电弧力,其偏转存在于灭弧槽附近的任何弧。在此类实施例中,灭弧槽用于增强磁场,以增大排斥力和电弧力的大小。此外,在一个实施例中,电隔离介质可提供成在桥接连接器从固定触头线性地移位时插置在两个静母线排之间。以该方式,当桥接连接器与静母线排分开时,电绝缘介质可有助于防止电弧在两个静母线排之间或在两个可移动触头之间跳动。
如下文更详细论述的,根据本途径的双断路线性触头组件的实施例可使用一个或更多个磁芯,其增强电磁场,并且因此增强在电气故障电流存在的情况下生成的排斥力和电弧力。排斥力作用成将桥接连接器移离静母线排,并且电弧力作用成使电弧朝灭弧槽板偏转。在一个实施例中,圆顶结构可增强磁路,并且因此增大分离事件附近和结束时的排斥力和电弧力。
鉴于前文,并且转到图1,绘出了根据本公开的具有连接于机构222的双断路线性触头组件220的电路断路器100的实施例的某些构件的示意性视图。在该实例中,机构包括可由使用者移动(如,在开启状态与闭合状态之间,或通过电路断路器100自身的操作来移动,如,在电路断路器100跳闸时)的手持轭102。在绘出的实例中,电路断路器100处于闭合状态,如可通过桥接连接器160(这里绘制为弯曲或马蹄形的连接器)与静母线排(例如,第一静母线排162和第二静母线排164)之间的接触看到。当桥接连接器160与静母线排接触时(即,当电路断路器100处于闭合状态时),电流可流过电路断路器100。
在绘出的实例中,绘出了闩锁组件,其在接合时,当手持轭102处于对应的闭合位置时,作用成将桥接连接器160保持在闭合位置。绘出的闩锁组件包括主闩锁件104,其可在一个表面处与托架106接合,并且在第二表面处与次级闩锁件108接合。如将认识到的,绘出的闩锁组件为双闩锁组件(即,存在两个接合表面,主闩锁件104与次级闩锁件108之间的第一接合表面,以及主闩锁件104与托架106之间的第二接合表面)。在其它实施例中,闩锁组件可不同,如,为主闩锁件与托架之间的单个闩锁组件,或具有两个以上的闩锁件的三或更多闩锁组件。
在绘出的实例中,托架106经由连结组件操作地连结于桥接连接器160,并且连结于手持轭102,该连结组件包括第一连杆110、第二连杆112和弹簧114,连同用于该组件的相应的销和其它构件。在其它实施例中,托架106、手持轭102和桥接连接器160可连结和/或可通过其它结构特征联接,如,在一个实施例中,具有不同稳定状态的挠曲件,该不同稳定状态转化成电路断路器100的不同构造(如,闭合状态、开启状态和跳闸状态)。
上文所述的构件的机械运动由提供为组件的一部分的各种回转接头来确定(或约束)。例如,回转接头中的某些可相对于电路断路器100的框架或支承结构固定,如,基于框架壁或表面的延伸部或特征的回转接头。例如,托架枢转销120形成回转接头,托架106相对于电路断路器100的壁或框架围绕该回转接头旋转,主闩锁枢转销122形成回转接头,主闩锁件104相对于电路断路器100的壁或框架围绕该回转接头旋转,次级闩锁枢转销124形成回转接头,次级闩锁件108相对于电路断路器100的壁或框架围绕该回转接头移动,并且手持轭枢转销126形成回转接头,手持轭102相对于电路断路器100的壁或框架围绕该回转接头旋转。在绘出的实例中,各种固定回转接头以及由成对的可移动构件限定的回转接头响应于内部和外部施加的力限定绘出的构件的可用运动和范围。
在绘出的实例中,桥接连接器160的中心或中间部分连接于导杆166,如,通过桥接连接销168。如下文更详细论述的,导杆166作用成基于电路断路器100的状态(即,电路断路器100是否开启、闭合或跳闸)使桥接连接器160远离和朝向第一母线排162和第二母线排164的触头移动。
在绘出的实例中,桥接连接器160远离静母线排的移动可涉及使桥接连接器160移动穿过由一系列灭弧槽板172限定的磁芯,并且在一个实施例中,穿过可层叠的圆顶结构170或进入圆顶结构170中。图4绘出了桥接连接器160、灭弧槽板172和圆顶结构170的实施例的透视近视图。在一个实施中,间隔开的灭弧槽板172可定位在电绝缘支承框架174内。在绘出的实例中,导杆166可行进穿过设置在圆顶结构170中或附近的非传导线性套管176。如图1-3中所示,导杆166可经由连接销178连接于连结组件的第一连杆110。第一连杆110继而可直接或间接地连结于手持轭102、托架106和闩锁组件。
转到图5,绘出了双断路线性触头组件的实施例的示意性近视图。该实施例包括定位在桥接连接器160与圆顶结构170之间的次级偏压弹簧210(截面中示出)。次级偏压弹簧210被压缩,并且将弹簧力施加在桥接连接器160上,以便保持桥接连接器160与静止母线排162,164接触。
如将认识到的,在绘出的实例中,流过第一静止母线排162的水平部分和第二静止母线排164的水平部分的电流大小相等并且方向相反,从而生成了作用在桥接连接器160上的排斥力,其作用成将桥接连接器160推离静母线排162,164。然而,在绘出的实例中,在正常操纵状态下(即,没有短路且没有过流),连结组件的次级偏压弹簧210和弹簧114可校准或尺寸确定成克服该排斥力,同时闩锁组件保持接合(即,在未触发状态下),并且手持轭102保持在闭合位置。如将认识到的,在其它实施例中,次级偏压弹簧210和弹簧114可为能够将指定的偏压力施加于桥接连接器160并克服排斥力的一种类型的偏压构件。然而,在短路情形中,在短路故障电流存在的情况下生成的排斥力克服由次级偏压弹簧210提供的偏压力,引起桥接连接器160与静母线排162,164分开,并且移离静母线排162,164。随后,电磁活瓣190使机构222跳闸。
在绘出的实例中,还示出了柔性导线180(例如,柔性铜编织线),其连接第二静母线排164和与闩锁组件接触的双金属带182。在此类实施例中,如下文更详细论述的,双金属带182可形成可引起闩锁组件与托架106解除接合的跳闸机构的一部分。在过流情形中,双金属带可经历构型变化,以及托架106通过闩锁组件的随后释放(即,电路断路器100的跳闸)。在此类情形中,托架106与闩锁组件的解除接合引起弹簧114移动。这允许了排斥力作用在桥接连接器160上以使桥接连接器160与静母线排162,164分开,因此开启电路并且使电路断路器100跳闸。
转到图1-3,电路断路器100示为处于三个不同的操作构造,图1中闭合、图2中开启,并且图3中跳闸。例如,图1绘出了处于闭合构造的电路断路器100的示意性视图。在该实例中,桥接连接器160连接第一静母线排162和第二静母线排164的触头。具体而言,闩锁组件与托架106接合,并且手持轭102处于闭合位置,导致了正常操作期间弹簧114的力克服排斥力,该弹簧114的力作用在桥接连接器160上以将桥接连接器160保持在闭合构造。
大体上,可合乎需要的是使电路断路器100在绘出的闭合位置与开启位置之间移动,而不使电路断路器100跳闸。即,可合乎需要的是允许使用者以不同于使电路跳闸的方式开启电路。鉴于此,并且转到图2,图1的电路断路器100绘出为处于开启位置,如由与第一静母线排162和第二静母线排164的触头分开的桥接连接器160所示。
电路断路器100可通过使用者将手持轭102从图1中所示的位置移动至图2中所示的位置来以该方式开启。在该开启构造中,闩锁组件保持与托架106接合,然而,手持轭102的移动转化并且使弹簧114旋转,这导致由第一连杆110上的弹簧114施加的力大小和力方向的变化。结果,第二连杆112围绕回转接头177沿逆时针方向旋转,这还使第一连杆110、导杆166和桥接连接器160移动。以该方式,手持轭102从闭合位置到开启位置的移动引起桥接连接器160远离静母线排162,164的静触头的线性平移。如将在该实例中注意的,电路开启,而不使电路断路器100跳闸(即,主闩锁件104、次级闩锁件108和托架106所有都保持接合)。即,电路断路器100可开启,而不使电路断路器100跳闸。
如上文提到的,除开启状态和闭合状态之外,电路断路器100还可存在于电路开启的跳闸状态中。大体上,一旦跳闸,则电路断路器100必须在移动至闭合构造之前移动至开启构造。即,由于在电路断路器100跳闸时闩锁组件解除接合,故使手持轭102移动至图2中所示的开启位置的动作作用成再接合主闩锁件104、次级闩锁件108和托架106(即,使MCCB100复位),允许了手持轭102接着移动至图1的闭合位置,其中闩锁组件接合。
如上文提到的,关于电路断路器100的跳闸,可存在至少两个不同的机构,通过该至少两个不同的机构,电路断路器100可跳闸,如,机械跳闸机构和电性跳闸机构。例如,电路断路器100可在电气过载的情况下跳闸。在该情形中,示为双金属带182的双金属材料在达到阈值温度(指示穿过电路断路器100的过大电流)时可加热并且可变形(即,改变形状或构造),引起闩锁组件的释放,以及电路断路器100通过机械力和位移的跳闸,如上文所述。在其它情形中,电磁活瓣190可在短路故障电流存在的情况下被触动。活瓣190可提供力和位移,这使闩锁组件解除接合,引起电路断路器100跳闸。
此外,如本文中所述,电气故障电流可导致作用在桥接连接器160上的排斥力克服由弹簧114提供的力,从而引起桥接连接器160与静母线排分开,开启了电路。当桥接连接器160与母线排162,164上的静触头分开时,由故障电流引起的电磁力可将任何所得的弧推入灭弧槽板172中,这用于吸收弧能量和提高电磁场两者的双重功能,这继而增大了作用在桥接连接器160上的电磁力以将桥接连接器160驱动离静母线排。因此,在该实施例中,灭弧槽板172增强电磁场,并且因此增大作用在弧上的电弧力和作用在桥接连接器160上的排斥力。即,由灭弧槽板172形成的磁芯增强了磁场,以及因此,在短路期间生成的电磁力,这使电路开启并且使形成的任何弧熄灭。此外,圆顶结构170在行程结束时提供了附加的力增强。
图3中绘出了根据本途径的跳闸的电路断路器100的实例。在该实例中,闩锁组件已经解除接合(即,已经跳闸),如由托架106与主闩锁件104分离或解除接合所示。此外,手持轭102可响应于组件的作用移动至跳闸位置,该跳闸位置位于手持轭102的开启位置与闭合位置之间。尽管绘出的实例使用了刚性连杆来连结托架106、手持轭102、导杆166、第二连杆112和第一连杆110的运动,但如上文提到的,在其它实施例中,这些构件的运动的协调可改为由固定件的操作来调节,该固定件构造成响应于电路断路器闭合、开启或跳闸来在稳定状态之间过渡。
在数字实验中,假定10kA的恒定故障电流,并且使用围绕桥接连接器160设置的磁芯(呈灭弧槽板170和圆顶结构170的形式),发现力最初分别在短路为60N和3N的情况下作用在桥接连接器160和弧上。此外,在该设置中,在发现短路分别为62N和22N之后,在桥接连接器远离固定触头行进10mm之后,发现力作用在桥接连接器160上和弧上。即,与给定的故障电流相关联的排斥力很大程度地独立于桥接连接器160的位置,其中作用在桥接连接器160上的力在故障开始时的初始位置以及在桥接连接器160远离静触头行进10mm之后两者非常相似。因此,如本文所述,使用磁性灭弧槽板和圆顶结构增强作用在桥接连接器160上的电磁力,以引起在电气故障情况下的分离,并且甚至在电路断路器最初开启之后继续提供强排斥力。此外,如本文中所述,在使用磁性灭弧槽时看到的增大的电弧力相对于没有此类灭弧槽的实施产生了较高的电弧力,并且因此产生了相称地较快的灭弧。
本发明的技术效果包括具有双断路线性触头组件的电路断路器,该双断路线性触头组件具有桥接连接器,该桥接连接器以线性非旋转轨迹行进,以与静母线排分开,并且开启电路。本发明的技术效果还包括电路断路器和具有磁芯的双断路线性触头组件,以增强电磁场和施加于桥接连接器的排斥力,以在开启电路时使桥接连接器与第一静母线排和第二静母线排的静触头分开。本发明的技术效果还包括使用通过故障电流流过第一静母线排和第二静母线排生成的电磁力,以在电气故障状态的情况下排斥连接第一静母线排和第二静母线排的桥接连接器。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式),并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件,或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件,则这些其它实例意图在权利要求的范围内。