CN105448613B - 用于断路器的脱扣器 - Google Patents

Abstract

本公开的实施方式涉及一种用于断路器的脱扣器，包括：接线导体(1)，用于与所述断路器的工作电路连接；电流互感线圈(2)，其围绕所述接线导体(1)设置；以及热脱扣机构和/或磁脱扣机构(3)，其具有电连接到所述电流互感线圈(2)的电流引导元件(4)；其中，所述热脱扣机构和/或磁脱扣机构(3)被配置为基于所述电流互感线圈(2)所感应的电流而动作以使得所述断路器脱扣。该脱扣器能用于大额定电流场合，并且针对不同额定电流的脱扣器的制造能够标准化。

Description

用于断路器的脱扣器

技术领域

本公开的各实施方式涉及断路器领域，尤其涉及断路器的脱扣器。

背景技术

热磁脱扣器是断路器的实现过载和短路保护功能的元件，由此组成的断路器因其出色的性价比而深受广大用户的喜爱。通常的热磁脱扣器中的热保护的工作原理是：线路中通过正常电流时，发热元件发热使双金属片弯曲至一定程度(刚好接触到传动机构)并达到动态平衡状态，双金属片不再继续弯曲。若出现过载现象时，线路中电流增大，使得发热元件的发热量增大而导致双金属片继续弯曲，并通过传动机构推动自由脱扣机构释放主触头，主触头在分闸弹簧的作用下分开，切断电路起到过载保护的作用。

由于热磁脱扣器的工作原理所限，当额定电流大于800A时，现有技术的热磁脱扣器因温升过高以及对发热元件的体积的限制等原因而难以实现。

现有技术的较大额定电流断路器的过载脱扣器为电子式的。它通过将流过断路器的电流大小与设定电流值作比较来进行过载判断，并基于判断结果来驱动脱扣机构动作。这种电子式过载脱扣器不能侦测由于断路器内、外联结不好所产生的过热，并且由于采用电子器件而具有较高的成本。

因此，由于经济性的原因及功能性的原因，热磁脱扣器的需求在较大额定电流的断路器上同样存在。

发明内容

鉴于上述原因，本公开的实施例提供了一种用于断路器的脱扣器，包括：接线导体，用于与所述断路器的工作电路连接；电流互感线圈，其围绕所述接线导体设置；以及热脱扣机构和/或磁脱扣机构，其具有电连接到所述电流互感线圈的电流引导元件；其中，所述热脱扣机构和/或磁脱扣机构被配置为基于所述电流互感线圈所感应的电流而动作以使得所述断路器脱扣。通过电流互感线圈与接线导体形成的电流互感器的电流变比，脱扣器能够通过检测和响应相对小的感应电流来进行热脱扣和磁脱扣，以针对大的断路器工作电流实现过流和短路保护。而且，由于可以针对不同大小的额定工作电流设置不同的电流变比，使得感应电流大小相同，因此能够使用相同规格的热/磁脱扣机构实现不同额定电流的断路器的过流和短路保护，使得产品制造标准化。

根据本公开的另一方面，所述电流引导元件被配置为引导由所述电流互感线圈感应所述接线导体中的工作电流而产生的感应电流。

根据本公开的另一方面，所述电流引导元件被配置为当所述感应电流流经时发热并产生变形，并且当所述感应电流超过过流阈值时，所述电流引导元件产生足够的变形以使得热脱扣机构动作而使所述断路器脱扣。

根据本公开的另一方面，所述电流引导元件可以为双金属片。

根据本公开的另一方面，所述磁脱扣机构还包括：围绕所述电流引导元件设置的磁轭；以及衔铁；其中当所述电流引导元件中的所述感应电流超过短路电流阈值时，所述磁轭与所述衔铁之间所产生的磁吸力使得所述衔铁动作以使所述断路器脱扣。

根据本公开的另一方面，所述热脱扣机构和/或磁脱扣机构还包括锁扣和击锤；并且其中当所述热脱扣机构动作时，所述电流引导元件弯曲以推动所述锁扣枢转，从而释放所述击锤，使击锤运动而驱动所述断路器脱扣。另外，也可以使用本领域已知的或将来出现的各种热/磁脱扣机构来替换前述的热脱扣机构和/或磁脱扣机构。

根据本公开的另一方面，提供一种断路器，包括上述的脱扣器。该断路器同样具有本发明的脱扣器的上述优点。

附图说明

当结合附图阅读下文对示范性实施方式的详细描述时，这些以及其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的脱扣器的示意图；

图2示出了图1中的脱扣器的热脱扣机构的动作；

图3示出了图1中的脱扣器的磁脱扣机构的动作。

具体实施方式

现在将仅通过示例性方式来详细地描述本公开的各种实施方式。

图1是根据本发明的实施方式的脱扣器的示意图。该脱扣器构成断路器的一部分。该脱扣器包括接线导体1，用于与断路器的工作电路连接。具体地，接线导体1一端可作为断路器的一个接线端子供用户连接到工作电路，其另一端电连接到断路器的开关的一个触头。在图1所示的实施方式中，该接线导体1为断路器的客户接线铜排。

该脱扣器还包括一个电流互感线圈2，其围绕接线导体1设置，由此形成一个电流互感器。在接线导体1中通过交变电流时，根据电磁感应定律，在电流互感线圈2中能够产生感生电动势。该感生电动势的大小取决于接线导体1中流经的电流大小以及电流互感线圈2的电磁特性。

该脱扣器还包括热脱扣机构和/或磁脱扣机构3，其具有电连接到电流互感线圈2的电流引导元件4。该电流引导元件4串联在电流互感线圈2的两个末端之间，从而形成一个封闭的回路。在接线导体1中通过交变电流时，在电流互感线圈2中产生的感生电动势将在该封闭回路中生成感应电流。

热脱扣机构和/或磁脱扣机构3在流经其电流引导元件4的感应电流足够大时，将进行动作以使得断路器脱扣而分闸，实现过流和/或短路保护。该热脱扣机构和/或磁脱扣机构3可以是各种已知的热磁脱扣装置。通常的热磁脱扣装置具有额定的工作电流，额定的过流热脱扣电流值和额定的短路磁脱扣电流值。当电流引导元件4中的感应电流不超过热磁脱扣装置具有额定的工作电流值时，该热磁脱扣装置不会动作；而当电流引导元件4中的感应电流达到热磁脱扣装置的过流热脱扣电流值时，热脱扣机构将动作以使断路器脱扣分闸；而当电流引导元件4中的感应电流达到热磁脱扣装置的短路磁脱扣电流值时，磁脱扣机构将动作以使断路器脱扣分闸。

根据电磁感应定律，电流互感线圈2中的感应电流的大小将与流经接线导体1的工作电流的大小成正比。本领域技术人员能够了解，通过设置电流互感线圈2的线圈直径及匝数，可以调整电流互感线圈2的感应电流大小与接线导体1中流经的工作电流大小的比值。因此，通过适当设置电流互感线圈2的参数，可以使得流经电流引导元件4的感应电流相对于流经接线导体1的工作电流被缩小数倍，以使其被缩小到处于热脱扣机构和/或磁脱扣机构3的额定工况范围内。通过电流互感线圈2感应的感应电流对额定工作电流和过流时的工作电流是成相同比例缩小的。因此，缩小后的感应电流在发生过流时相对于额定值的比值与工作电流在过流时的值相对于其额定值的比值也是相同的。这样，由于热脱扣机构和/或磁脱扣机构3的过流电流值和短路电流值都是基于额定工作电流的倍数来设定的(例如热脱扣电流阈值设定为额定工作电流的1.05倍，磁脱扣电流阈值通常设定为额定工作电流的1.3倍)，因此，被缩小后的感应电流能够完全相同地反映接线导体1中的相对大的工作电流的过流和短路状态。也就是说，当接线导体1中的工作电流达到额定工作电流的预定过流倍数时，此时感应电流也将达到额定工作电流下的感应电流的同样的过流倍数。因此，通过适当设定电流互感线圈2的电流变比，使得热脱扣机构和/或磁脱扣机构3的额定电流与断路器的额定工作电流按该变比缩小后的值相匹配，用于相对小电流的热脱扣机构和/或磁脱扣机构3就能够用来准确地检测相对大电流的过流和短路检测及保护。

使用一种热磁脱扣机构3，其可分为热脱扣机构和磁脱扣机构。热脱扣机构包括电流引导元件4。该电流引导元件4能够在感应电流流经时发热并产生变形，以朝向一侧弯曲。该电流引导元件4例如是双金属片。电流引导元件4底部端电连接到电流互感线圈2的一端，电流引导元件4的另一端(自由端)通过一根导电辫9电连接到电流互感线圈2的另一端，以与电流互感线圈2形成闭合回路。该热脱扣机构3还包括锁扣5和击锤6。锁扣5枢转安装并被一复位弹簧(未示出)保持在锁定位置。击锤6被可水平运动地安装，并被一偏压弹簧(未示出)抵靠。由于锁扣5被复位弹簧保持在水平位置，击锤6被偏压弹簧抵靠加载而水平抵靠锁扣5，因此击锤6向锁扣5施加的力由于通过锁扣5的枢轴而无法使锁扣5枢转，因而锁扣5将保持在水平位置以将击锤6锁定在原位置而不动作。电流引导元件4与锁扣5之间有一定间隙，以允许在额定工作电流状态下，电流引导元件4因发热而产生一定的弯曲，但不会抵靠锁扣5，或者即使抵靠锁扣5也不能推动锁扣5枢转足够的角度以释放击锤6。

如图2所示，当接线导体1中流经的工作电流达到或超过过流电流时，电流互感线圈2所感应的电流也将达到或超过热脱扣机构3的过流电流。此时，电流引导元件4将产生更大的热量并因而产生更大的弯曲变形，使得能够推动锁扣5枢转足够的角度以释放击锤6。被释放的击锤6将在偏压弹簧的作用下向图2中的左侧运动，以触发断路器发生脱扣而分闸，从而实现过流保护功能。断路器的用于脱扣分闸的具体机构是本领域的已知的技术，因而在此不再赘述。

回到图1，该热磁脱扣机构3的磁脱扣机构也利用该电流引导元件4，并另外包括一枢转安装的衔铁7和固定安装在电流引导元件4下部的磁轭8。该磁轭8部分围绕电流引导元件4设置。衔铁7和磁轭8都由软磁体组成。当电流引导元件4中产生感应电流时，衔铁7和磁轭8围成的导磁路径中产生磁场，使得衔铁7和磁轭8之间产生磁吸力。由于衔铁7被一复位弹簧(未示出)约束，在额定工作电流内，感应电流所产生的磁吸力不足以克服复位弹簧的约束力而使得衔铁7枢转足够的角度以推动锁扣5。而当发生短路时(参考附图3)，感应电流相应增大，使得衔铁7和磁轭8之间产生的磁吸力也大到足以使衔铁7克服复位弹簧的约束力而枢转到推动锁扣5的位置。与过流的情况类似，锁扣5将被推动枢转足够的角度以释放击锤6。被释放的击锤6将在偏压弹簧的作用下向图3中的左侧运动，以触发断路器发生脱扣而分闸，从而实现短路保护功能。因此，该锁扣5和击锤6也构成磁脱扣机构的一部分。

通过电流互感线圈2和接线导体1形成的电流互感器结构，能够将断路器的工作电流按比例缩小为感应电流。因此，热磁脱扣机构只需满足该较小的感应电流即可正常工作。这使得无需提供针对相对大的工作电流(例如800A以上的电流)的发热元件(即电流引导元件)，而针对相对大的工作电流提供发热元件通常是困难的，因为其发热量过大而元件的尺寸受到限制。因此，通过用于小电流的热磁脱扣机构即可实现对大电流的过流和短路保护。

另一方面，由于可以通过设置不同的电流互感线圈2参数而调节感应电流与工作电流的变比，因此针对不同大小的额定工作电流，可以使用相同规格的热磁脱扣机构，而仅通过调节该电流变比，使不同大小的工作电流都能感应出在该热磁脱扣机构的额定电流范围内的感应电流，使得该热磁脱扣机构能够适用于不同电流范围的过流和短路保护。例如，针对800A工作电流的断路器，将电流互感器的电流变比设置为1:18.8，则感应电流对应42.6A。按照1.05倍额定电流作为热脱扣电流阈值，1.3倍额定电流作为磁脱扣电流阈值计算，用于本发明的脱扣器的热磁脱扣机构的热脱扣和磁脱扣阈值电流分别为44.7A和55.3A。为了使用相同规格的热磁脱扣机构，针对1000A、1250A和1600A额定工作电流的断路器，只需分别将电流互感器的电流变比设置为1:23.5,1:29.4和1:37.6，所产生的感应电流将同样是42.6A，而同样按照1.05倍和1.3倍额定电流作为热脱扣和磁脱扣电流阈值时，热磁脱扣机构的热脱扣和磁脱扣时感应电流也都分别为44.7A和55.3A。因此，针对断路器的不同额定工作电流，可以使用相同规格的热磁脱扣机构。这避免了针对不同工作电流范围设计和制造多种不同规格热磁脱扣机构及脱扣器的需要，使得脱扣器的制造能够标准化，其制造成本能够得到降低。

应当理解，可以使用现在已知或将来出现的各种热脱扣和/或磁脱扣机构来代替图1的实施方式中所采用的热磁脱扣机构3，并且不必同时具有热脱扣机构和磁脱扣机构。并且，本发明的脱扣器可以用于各种断路器等电气设备中。

应当了解，出于方便描述的目的，本文基于脱扣器的接线导体1水平放置的方位进行描述。本文中的“上、下、左、右”的方向都是基于该定位而描述的。显然，根据需要，该脱扣器可以以各种朝向进行布置。而本文中所述的各特征之间的“上、下、左、右”的方向性描述都将随着脱扣器放置朝向的变化而相应的变化，但各特征之间的相对位置关系将不会变化。

已经出于示出和描述的目的给出了本公开的说明书，但是其并不意在是穷举或者限制于所公开形式。本领域技术人员可以想到很多修改和变体。

因此，实施方式是为了更好地说明本公开的原理、实际应用以及使本领域技术人员中的其他人员能够理解以下内容而选择和描述的，即，在不脱离本公开精神的前提下，做出的所有修改和替换都将落入所附权利要求定义的本公开保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于断路器的脱扣器，包括：

接线导体(1)，用于与所述断路器的工作电路连接；

电流互感线圈(2)，其围绕所述接线导体(1)设置；以及

热脱扣机构和磁脱扣机构(3)，其具有电连接到所述电流互感线圈(2)的电流引导元件(4)，所述电流引导元件(4)的一端电连接到所述电流互感线圈(2)的第一端、并且所述电流引导元件(4)的另一端电连接到所述电流互感线圈(2)的第二端，从而与所述电流互感线圈(2)形成闭合回路，使得所述电流引导元件(4)被配置为引导由所述电流互感线圈(2)感应所述接线导体(1)中的工作电流而产生的感应电流，所述感应电流相对于流经所述接线导体(1)的工作电流被缩小数倍；

其中，所述热脱扣机构和磁脱扣机构(3)被配置为基于所述电流互感线圈(2)所感应的电流而动作以使得所述断路器脱扣；

其中所述磁脱扣机构还包括：

围绕所述电流引导元件设置的磁轭(8)；以及

衔铁(7)；

其中当所述电流引导元件(4)中的所述感应电流超过短路电流阈值时，所述磁轭(8)与所述衔铁(7)之间所产生的磁吸力使得所述衔铁(7)动作以使所述断路器脱扣。

2.根据权利要求1所述的脱扣器，其中所述电流引导元件(4)被配置为当所述感应电流流经时发热并产生变形，并且当所述感应电流超过过流阈值时，所述电流引导元件产生足够的变形以使得热脱扣机构动作而使所述断路器脱扣。

3.根据权利要求2所述的脱扣器，其中所述电流引导元件(4)为双金属片。

4.根据权利要求2-3之一所述的脱扣器，其中所述热脱扣机构还包括锁扣(5)和击锤(6)；并且

其中当所述热脱扣机构动作时，所述电流引导元件(4)弯曲以推动所述锁扣(5)枢转，从而释放所述击锤(6)，使击锤(6)运动而驱动所述断路器脱扣。

5.根据权利要求3所述的脱扣器，其中所述磁脱扣机构还包括锁扣(5)和击锤(6)；并且

其中当所述热脱扣机构动作时，所述电流引导元件(4)弯曲以推动所述锁扣(5)枢转，从而释放所述击锤(6)，使击锤(6)运动而驱动所述断路器脱扣。

6.一种断路器，包括根据前述权利要求之一所述的脱扣器。