CN109559944A - 大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开低压电器领域中的大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置，由衔铁、支架、扭簧、连接轴和磁轭组成，磁轭是左右水平布置的U型结构，主回路导体从下向上穿过U型开口，由基座、底板和磁轭形成相对密闭空间；磁轭的U型开口前端下方是由衔铁、支架、扭簧和连接轴连接成的一个位于相对密闭空间外部的整件，衔铁和支架后端通过左右水平的连接轴连接，衔铁能绕连接轴的轴心旋转，扭簧的中心孔套在连接轴的中间段，断路器机构的左右水平布置的脱扣轴外壁上固定设置有凸台，凸台向衔铁的上表面方向延伸；通过磁轭的电流即为通过断路器的电流，可产生足够大的电磁力，在主回路的实际短路电流较小的情况下也可以驱动脱扣轴使断路器脱扣。

Description

大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置

技术领域

本发明涉及低压电器技术领域，具体是塑壳断路器的脱扣装置，在断路器主回路有短路电流时使断路器脱扣，尤其是壳架等级大于1250A的大容量塑壳断路器的脱扣装置。

背景技术

大容量塑壳断路器为满足载流量、参数指标的需求，其结构与小容量的塑壳断路器不同。小容量塑壳断路器具有机构、转轴、灭弧栅片、动触头和静触头组成的触头灭弧系统，该触头灭弧系统安装在一个相对密闭的空间内部。而大容量塑壳断路器，其转轴、灭弧栅片、动静触头安装在相对密闭的空间内部，而机构则安装在密闭空间之外。

现有的大容量塑壳断路器的快速脱扣装置的脱扣原理是：多片动触头中的一片动触头先斥开，带动联动部件位移后再驱动机构脱扣轴使断路器脱扣。例如：中国专利申请号为200580039350.8、名称为“带有由活动触点制动的跳闸装置的自动断路器”，其运动跳闸装置操作地连接至动触点，并且包括适于致动操作机构的操作构件，由动触点远离固定触点的第一分离运动驱动操作机构，操作机构作用于动触点，从而使动触点的第二快速分离运动远离固定触点。这种跳闸装置存在以下几点问题：1、大容量塑壳断路器是多片动触头，通常是大于等于5片动触头共同承载电流，在静触头与单片动触头所产生的电动斥力和维持触头压力的弹簧力合力的作用下，动触头片才斥开，带动联动部件运动，驱动机构脱扣轴使断路器脱扣，通过单片动触头的电流占比小，只有当短路电流足够大时才能完成脱扣动作，实际应用环境所产生的短路电流通常不足以实现以上动作。2、当静触头与单片动触头所产生的电动斥力克服维持触头压力的弹簧力但不足以驱动脱扣轴时，由于动触头没有卡住装置，动触头会回复与静触头再接触，从而会产生触头弹跳，造成断路器烧损。3、由于机构在密闭空间之外，受空间位置的限定，不可避免地在基座上开孔，联动部件是由基座开孔处伸出相对密闭空间之外的，机构脱扣轴通过基座开孔处伸入相对密闭空间之内，两者连接后，由联动部件驱动机构脱扣轴使断路器脱扣，当分断大电流时，相对密闭空间内的气压增大，会有部分气体通过此开孔泄露，其一影响灭弧效果，其二会有颗粒物质喷出进入机构内部。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种独立于触头灭弧系统所在相对密闭空间之外、可产生足够脱扣驱动力、性能更加安全可靠的大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置。

本发明所述的大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置采用的技术方案是：其由衔铁、支架、扭簧、连接轴和磁轭组成，磁轭是左右水平布置的U型结构，断路器的主回路导体从下向上穿过磁轭的U型开口，磁轭固定连接在断路器的基座和底板之间且其U型开口朝向正前方，由基座、底板和磁轭形成一个相对密闭空间；磁轭的U型开口前端下方是由衔铁、支架、扭簧和连接轴连接成的一个位于所述的相对密闭空间外部的整件，支架固定连接于基座，衔铁和支架后端通过左右水平的连接轴连接，衔铁能绕连接轴的轴心旋转，衔铁上表面设有扭簧支撑卡槽，扭簧的中心孔套在连接轴的中间段，扭簧的上支脚支撑在扭簧支撑卡槽上，扭簧的下支脚支撑在基座上；断路器机构的左右水平布置的脱扣轴外壁上固定设置有凸台，凸台向衔铁的上表面方向延伸且当衔铁旋转时能带动凸台旋转。

本发明采用上述技术方案后显示出的有益效果是：

1、本发明通过磁轭的电流即为通过断路器的电流，可产生足够大的电磁力，在断路器主回路的实际短路电流较小的情况下也可以驱动机构的脱扣轴使断路器脱扣。

2、本发明独立安装在独立于触头灭弧系统所在相对密闭空间之外，使得触头灭弧系统可以独立设计，触头压力可按照温升、短耐指标最有益的数值独立设计，不用兼顾驱动机构脱扣轴。只要设计合适的快速脱扣反力弹簧，就可在电流大于短耐值时快速地使断路器脱扣，不存在触头弹跳的临界情况，避免因触头弹跳引起的烧损。也使动触头安装更加方便，避免了动触头的小空间多零件的复杂安装方式。

3、本发明中的可动部件位于相对密闭空间之外，避免分断时产生的粒子进入可动区域，影响下一次分断动作；相对密闭空间的基座不用在衔铁与机构脱扣轴驱动处开孔，当分断大电流时，相对密闭空间的气压增大，减少气体泄露，高压气体可更好地通过灭弧出气孔，还可避免粒子通过开孔进入机构内部及附件安装区域。

附图说明

图1是低压塑壳断路器的机构14、主回路导体9、触头灭弧系统所在的相对密闭空间与磁轭8的装配结构示意图；

图2是本发明所述的大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置与低压塑壳断路器的基座1、脱扣轴3的装配结构轴侧示意图；也是图1隐藏了机构14、主回路导体9和相对密闭空间后的左视立体图，显示出断路器的三极脱扣；

图3是本发明的大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置在初始状态时的一极脱扣装配结构示意图；

图4是图3中磁轭8的立体结构放大图；

图5是图3中衔铁4的立体结构放大图；

图6是图5的后视轴侧图；

图7是图3中支架5的立体结构放大图；

图8是图5所示的衔铁4和图7所示的支架5与扭簧6、连接轴7装配成一个整件的结构示意图；

图9是图8的后视轴侧图；

图10是断路器在脱扣状态，本发明中的衔铁4旋转到极限位置时状态图；

图11是在断路器在脱扣后，扭簧6作用于衔铁4使其复位的状态图。

图中：1.基座；2.底板；3.脱扣轴；4.衔铁；5.支架；6.扭簧；7.连接轴；8.磁轭；9.主回路导体；10.转轴；11.动触头；12.灭弧栅片；13.静触头；14.断路器机构；

1-1.基座凹槽；3-1.凸台；4-1.导磁部分；4-2.非导磁部分；4-3.扭簧支撑卡槽；4-4.衔铁同轴孔；5-1.第一侧壁；5-2.第二侧壁；5-3.前壁；5-4.底壁；5-5.支架同轴孔；5-6.第一安装孔；5-7.第二安装孔；6-1.扭簧上支脚；6-2.扭簧下支脚；8-1.第一侧壁；8-2.第二侧壁；8-3.底壁；8-4安装孔。

具体实施方式

参见图1、图2所示，规定本发明的空间方位如下：灭弧栅片12在“上”，磁轭8在“下”；断路器的机构14在“前”，断路器的底板2在“后”，脱扣轴3是左右水平布置。

参见图1、图2所示，低压塑壳断路器本身具有基座1、底板2、机构14、转轴10、灭弧栅片12、动触头11、静触头13和主回路导体9，其中，基座1在底板2的前侧，与底板2围成一个空腔，在该空腔内安装有转轴10、灭弧栅片12、动触头11和静触头13。主回路导体9从空腔的下方向上伸进空腔内与动触头11相连接。机构14位于空腔的外部前侧，即位于基座1前侧且刚性连接基座1，机构14自有的脱扣轴3左右水平布置，脱扣轴3可饶自身轴心旋转，在断路器合闸状态时，其旋转可使断路器脱扣。在主回路导体9前侧的基座1处设有基座凹槽1-1，该凹槽1-1向主回路导体9方向向后凹，留出空间方便安装本发明装置。凹槽1-1有三个，结构完全相同，从左至右对应布置在断路器三极的位置，位于三相主回路导体9的正前方。

参见图1、2、3所示，本发明所述的大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置由衔铁4、支架5、扭簧6、连接轴7和磁轭8组成。其中，磁轭8的结构参见图4所示，磁轭8固定连接在基座1和底板2之间，位于动触头11的下方。磁轭8是U型结构，左右水平布置，套在主回路导体9的外部，主回路导体9从下方向上穿过磁轭8的U型开口。磁轭8的U型开口朝向正前方。

每一相主回路导体9穿过一个磁轭8，因此本发明共三个磁轭8，对应于断路器的三极。三个磁轭8的结构完全相同，从左至右对应布置在断路器三极的位置。

每个磁轭8都由第一侧壁8-1、底壁8-3和第二侧壁8-2组成，底壁8-3左右水平布置，与脱扣轴3相平行。主回路导体9靠近底壁8-3穿过磁轭8。底壁8-3上开有安装孔8-4，磁轭8通过安装孔8-4固定联接在底板2上。这样，由基座1、底板2和磁轭8形成一个相对密闭空间，断路器的转轴10、灭弧栅片12、动触头11和静触头13位于该相对密闭空间内，通过驱动转轴10旋转达到动触头11和静触头13触点析接触和分离，实现断路器合分闸。而本发明中的衔铁4、支架5、扭簧6、连接轴7则安装在该相对密闭空间的外部，机构14也在该相对密闭空间的外部。

在每个磁轭8的U型开口前端下方是由一个衔铁4、一个支架5、一个扭簧6和一个连接轴7连接成的一个整件，该一个整件对应于断路器的每一极。因此，本发明共有三个磁轭8、三个衔铁4、三个支架5、三个扭簧6和三个连接轴7。

在脱扣轴3的外壁上设置三个相同的凸台3-1，三个凸台3-1都沿其直径方向向对应的三个磁轭8的U型开口前端下方延伸，一个凸台3-1对应于一个磁轭8的位置，即对应于断路器的每一极。

参见图5和图6所示的衔铁4的结构，衔铁4具有导磁部分4-1和非导磁部分4-2，两者固定连接成一个整体。非导磁部分4-2由非导磁材料制成，导磁部分4-1由导磁材料制成。导磁部分4-1在非导磁部分4-2的前侧，与脱扣轴3平行，是一个板状结构，或从中间略折弯。非导磁部分4-2的后段是连接臂，连接臂左右布置，连接臂上开有左右水平的衔铁同轴孔4-4。非导磁部分4-2的前段是板状，前段板状向导磁部分4-1的下方延伸。

每个导磁部分4-1在一个凸台3-1的下方，凸台3-1向对应的导磁部分4-1的上表面方向延伸，当导磁部分4-1旋转时，凸台3-1并且能接触到导磁部分4-1的上表面。

在导磁部分4-1和非导磁部分4-2连接处的上表面设有两个扭簧支撑卡槽4-3，用于支撑扭簧6的两上支脚。

参见图7所示的支架5结构，支架5是由不导磁材料制成，其前段是平板状的前壁5-3，左右水平布置。后段是由第一侧壁5-1、第二侧壁5-2和底壁5-4组合成的U型结构，第一侧壁5-1和第二侧壁5-2左右布置。后段U型结构的开口朝向前方。前壁5-3嵌入在U型结构的U型开口内部，偏向U型开口的下侧，并固定连接于U型结构。在第一侧壁5-1和第二侧壁5-2上开有左右水平的支架同轴孔5-5，支架同轴孔5-5与前壁5-3不干涉。第一侧壁5-1和第二侧壁5-2在U型开口处各向两侧延伸，伸出部分分别开有前后水平的第一安装孔5-6和第二安装孔5-7，通过两个安装孔5-6、5-7，再采用螺栓将支架5固定连接在基座1上。

参见图8和图9所示，衔铁4和支架5通过连接轴7连接在一起，连接轴7为非导磁材料制成。衔铁4的后段非导磁部分4-2伸在支架5后段U型结构中，并且使衔铁同轴孔4-4和支架同轴孔5-5相对应，左右水平的连接轴7同时穿过衔铁同轴孔4-4和支架同轴孔5-5，连接轴7的左右两端固定连接在支架5上。衔铁同轴孔4-4与连接轴7有间隙地连接，使衔铁4能绕连接轴7的轴心旋转。

在连接轴7和衔铁4之间连接一个扭簧6，扭簧6由中心通孔、上支脚和下支脚组成，扭簧6的中心通孔套在连接轴7的中间段外，也就是连接轴7同时还穿过扭簧6的中心通孔。扭簧6的上支脚6-1支撑在衔铁4上所设的两个扭簧支撑卡槽4-3中，扭簧6的下支脚6-2支撑在基座1上。

由衔铁4、支架、连接轴7和扭簧6组成的整件整体安装在基座1的凹槽1-1内，这样，扭簧6的下支脚6-2就扭转地支撑在凹槽1-1的下槽壁上。扭簧6的圈数大于1，扭簧6安装时，使其具有初始扭转力矩，使衔铁4的非导磁部分4-2的前段紧密贴合在支架5的前壁5-3上方。

本发明工作时，参见图3所示的初始状态，此时，断路器在合闸状态，在扭簧6的初始扭力作用下，衔铁4与支架5紧密贴合，机构脱扣轴3的凸台3-1位于衔铁4上方并指向导磁部分4-1，两者留有小间隙。如图10和图11所示，当短路电流通过主回路导体9穿过磁轭8时，经过磁轭8和衔铁4的可导磁部分4-1形成闭合磁路，电磁力驱动衔铁4，衔铁4在磁力的作用下克服扭簧6向上方向顺时针旋转，随着衔铁4运动，越接近磁轭8，衔铁4所受磁力越大，其速度和加速度越大，当衔铁4顺时针向上旋转∠α1时就与凸台3-1相接触。凸台3-1与衔铁4的导磁部分4-1有间隙是为了在衔铁4驱动脱扣轴3之前具有一个初速度。然后，衔铁4继续顺时针向上旋转∠α2，便驱动脱扣轴3逆时针旋转∠β，使得机构14驱动断路器快速脱扣，参见图10所示的断路器在脱扣状态，此时，衔铁4旋转到最大角度的位置处，旋转到极限位置。在断路器脱扣后，通过主回路导体9短路电流消失，主回路导体9周围的磁场消失，磁轭8和导磁部分4-1形成的闭合磁路消失，参见11所示，衔铁4在扭簧6的作用下向逆时针旋转∠α，直至与支架5的前壁5-3紧密贴合，使衔铁4复位，其中∠α=∠α1+∠α2。此时机构14通过外力再扣后，脱扣轴3顺时针旋转∠β，又恢复到图3所示的初始状态。短路电流通过断路器的任意一极的主回路导体9，均使断路器脱扣。

Claims (6)

1.一种大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置，其特征是：其由衔铁（4）、支架（5）、扭簧（6）、连接轴（7）和磁轭（8）组成，磁轭（8）是左右水平布置的U型结构，断路器的主回路导体（9）从下向上穿过磁轭（8）的U型开口，磁轭（8）固定连接在断路器的基座（1）和底板（2）之间且其U型开口朝向正前方，由基座（1）、底板（2）和磁轭（8）形成一个相对密闭空间；磁轭（8）的U型开口前端下方是由衔铁（4）、支架（5）、扭簧（6）和连接轴（7）连接成的一个位于所述的相对密闭空间外部的整件，支架（5）固定连接于基座（1），衔铁（4）和支架（5）后端通过左右水平的连接轴（7）连接，衔铁（4）能绕连接轴（7）的轴心旋转，衔铁（4）上表面设有扭簧支撑卡槽（4-3），扭簧（6）的中心孔套在连接轴（7）的中间段，扭簧（6）的上支脚（6-1）支撑在扭簧支撑卡槽（4-3）上，扭簧（6）的下支脚（6-2）支撑在基座（1）上；断路器机构的左右水平布置的脱扣轴（3）外壁上固定设置有凸台（3-1），凸台（3-1）向衔铁（4）的上表面方向延伸且当衔铁（4）旋转时能带动凸台（3-1）旋转。

2.根据权利要求1所述的一种大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置，其特征是：磁轭（8）由第一侧壁（8-1）、底壁（8-3）和第二侧壁（8-2）组成，底壁（8-3）左右水平布置，与脱扣轴（3）相平行，主回路导体（9）靠近底壁（8-3）穿过磁轭（8），底壁（8-3）固定联接在底板（2）上，主回路导体（9）靠近底壁（8-3）穿过磁轭8。

3.根据权利要求1所述的一种大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置，其特征是：

衔铁（4）具有固定连接的导磁部分（4-1）和非导磁部分（4-2），导磁部分（4-1）在非导磁部分（4-2）的前侧，与脱扣轴（3）平行，非导磁部分（4-2）的后段是两个相同的左右布置的连接臂，两个连接臂上开有左右水平的衔铁同轴孔（4-4），非导磁部分（4-2）的前段是板状，前段板状向导磁部分（4-1）的下方延伸；扭簧支撑卡槽（4-3）设在导磁部分（4-1）和非导磁部分（4-2）连接处。

4.根据权利要求3所述的一种大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置，其特征是：支架（5）是由不导磁材料制成，其前段是左右水平布置的平板状的前壁（5-3），左右水平布置，后段是由第一侧壁（5-1）、第二侧壁（5-2）和底壁（5-4）组合成的U型结构，第一侧壁（5-1）和第二侧壁（5-2）左右布置，后段U型结构的开口朝向前方，前壁（5-3）固定嵌入在后段U型结构的U型开口内部，偏向U型开口的下侧，在第一侧壁（5-1）和第二侧壁（5-2）上开有左右水平的支架同轴孔（5-5）；衔铁（4）的非导磁部分（4-2）伸在支架（5）后段U型结构中，衔铁同轴孔（4-4）和支架同轴孔（5-5）相对应，连接轴（7）同时穿过衔铁同轴孔（4-4）和支架同轴孔（5-5）。

5.根据权利要求4所述的一种大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置，其特征是：初始位置时，衔铁（4）的非导磁部分（4-2）的前段紧密贴合在支架（5）的前壁（5-3）上方。

6.根据权利要求1所述的一种大容量低压塑壳断路器的快速脱扣装置，其特征是：在主回路导体（9）前侧的基座（1）处设有基座凹槽（1-1），该基座凹槽（1-1）向主回路导体（9）方向向后凹，由衔铁（4）、支架（5）、扭簧（6）和连接轴（7）连接成的整件设在凹槽（1-1）内，扭簧（6）的下支脚（6-2）支撑在凹槽（1-1）的下槽壁上。