CN1168114C - 电路断路器 - Google Patents

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Abstract

一种单极或多极断路器，包括动触点装置，具有在打开位置和闭合位置间移动的托架和一个或多个在接触位置和缩回位置间移动的触指。电磁补偿装置保持触指与其他触点装置接触。电磁限制装置将触指驱动到缩回位置，当流入触点装置的电流强度小于极限阈值时，触指保持与其他触点装置接触，当高于上述阈值，触指被驱动到缩回位置。当流入动触点装置的电流强度到达极限阈值时，托架施加到运动连接装置的合力小于高速打开阈值。

Description

电路断路器
技术领域
本发明涉及一种高电力强度的低压多极断路器的操作机构，其包括一个电源电路，电源电路的每一极具有一对补偿接触装置，通过排斥力的电力补偿效果，被保持在闭合位置上。
背景技术
上述机构在申请人提交的文件EP-A-222645中被描述，包括一个连接到跳闸钩和打开弹簧的触发装置，当钩从加载位置到跳闸位置时驱动动触点到一个打开位置；一个绝缘材料制成的连接到触发装置的切换杆，横向延伸到机架并包括一个支承所有极的动触点装置的旋转轴；一个打开棘爪，与跳闸钩一起动作以分别在所说的打开棘爪的锁定位置或解锁位置上执行机构的加载或跳闸；以及一个由跳闸部件操作的一个闩锁，驱动打开棘爪到解锁位置。断路器的电力强度来自触指触点压力弹簧在多个触指上的动作和补偿触点装置的动作，补偿触点装置的铰接轴受到强机械反作用。该机构能够吸收最大短路电流临界值产生的这些反作用。超过这个临界值，反作用易于破坏该机构的某些轴或传动装置，并增加了包括钩、打开棘爪和闩锁在内的这一级的跳闸力。如果断路器的性能必须满足高电力强度和大于130kA断路能力的要求，瞬时断路器的操作要求约10ms的响应时间以获得机构的跳闸，该时间太长。
已经有人提出利用补偿后接触装置的电力补偿产生的机械反作用进行自动跳闸(见文件EP-A-0780380)。打开棘爪包括可分离致动装置，当超过柔性装置确定的一个标定临界值的短路电流出现时，可分离致动装置致使闩锁进行自动解锁，所说的自动解锁由电力补偿效应产生的机械反作用进行，并在跳闸部件动作之前产生闩锁的超快旋转以进行解锁。
考虑到电力强度，上述断路器具有较好的性能，因为自动解锁在实际应用中被用来标定高电平，尤其是大于180KA峰值。为了获得足够的断路能力，电极及其灭弧室还需要具有很大的尺寸，从而影响了总体尺寸和价格。
发明内容
因此本发明的目的是获得具有高电力强度和非常高的断路能力的断路器，当大短路电流产生时需要一个减小了的跳闸力和一个短跳闸时间，这些性能必须能够在一个小空间和低成本前提下获得。
根据本发明，该问题通过具有高电力强度的低压断路器来解决，它包括：一个机架，具有一对触点装置的一个或多个极，这对触点装置包括一个动触点装置和另一个触点装置，动触点装置包括可在一个打开位置和一个关闭位置之间相对于机架移动的支承托架，和一个或多个在其他触点装置的接触位置和一个缩进位置之间相对于支承托架可移动的触指，每一个极还包括电磁补偿装置，在单个或多个触指上施加电磁力以保持单个或多个触指与其他触点装置接触，该断路器还包括：一个用于从一个加载位置释放到一个卸载位置的打开弹簧；一个运动系统，按以下方式同打开弹簧和这对触点装置一起操作：打开弹簧的释放把支承托架驱动到其打开位置，这个系统包括一个用于连接支承托架的运动连接装置；一个打开操作结构，包括一个用于获得一锁定位置的打开锁，在该锁定位置中它防止打开弹簧的释放以及通过脱离其锁定位置释放打开弹簧；和一个致动装置，连同动触点装置和打开锁一起操作，并且当托架施加在运动连接装置上的力的合力超过一个预置超快打开临界值时能够使打开锁超快移动到其解锁位置。单个或多个极还包括用于在单个或多个触指上施加电磁力的电磁限制装置，以把单个或多个触指驱动到它们的缩进位置。电磁补偿装置和电磁限制装置是这样的：当流过这对触点装置的电流强度小于被称为限制临界值的临界值时，单个或多个触指保持与其他触点装置接触，高于所说的临界值则触指被驱动到它们的缩进位置。最后，组件是这样的：当流进动触点装置的电流强度达到限制临界值时，托架施加到运动连接装置的力的合力小于超快打开临界值。触点分离使得在致动装置打开电路所需要的时间期间流进极的短路电流强度受到限制。因此断路器能使得比以前更高的预期电流被断开。限制临界值使得要求的高电磁强度被保持。其部件的致动装置使得断路在传统跳闸装置操作之前在非常短的时间内被完成。
更可取地，致动装置包括确定所说的超快打开临界值的柔性装置。因此，当超快打开临界值超过时致动装置的操作不是即时的。事实上弹簧使打开锁超速打开之前必须经过一特定行程。换句话说，电磁力必须提供一特定能量，对应于超快打开命令被传送之前弹簧的机械压缩功。因此打开进行之前有一个非常短的时间延迟。当柔性装置被标定为超快打开发生在限制的电流强度达到其最大值之后时，这个时间延迟具有特殊的优点。因此打开锁的释放发生在超出最大电流后，而流入极的限制电流开始减弱。从而打开机构的行程止动机构末端上的应力减小，增加了该设备的可靠性。
假设以极高的打开速度进行，有利于集成在该设备中，保证在触指缩回阶段对强短路电流的限制。为此目的，极包括一个灭弧室和一个磁路，磁路被排列成产生一个对应于流入其他触点装置的电流的磁场，并且操纵该磁路以使当触点装置进行分离时在产生的电弧上产生力，而把电弧投入到灭弧室中。
根据一个优选实施例，极包括一个灭弧室和一个磁路，磁路被排列成产生一个对应于流入其他触点装置的电流的磁场，并且操纵该磁路以使当触点装置进行分离时在产生的电弧上产生力，以把电弧投入到灭弧室中。这样，短路电流被大大地限制。
附图说明
通过下面结合附图给出的仅作为非限制性例子的一个实施例的描述，本发明的其他优越性和特征将变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明一个断路器的一个极的示意图，包括处于闭合位置的一个操作机构和接触位置的一个触点装置；
图2是与图1相同的视图，表示处于闭合位置的机构和缩进位置的触点装置；
图3是与图1相同的视图，表示处于打开位置的机构；
图4是沿图1中的A-A面的剖视图；
图5示出了图1的断路器的一个打开棘爪，处于锁定状态；
图6是当闩锁的自动解锁步骤进行时图5中的棘爪的等同视图；
图7示意性地示出了施加在触点装置上的力；
图8示出了当由于短路而进行断开时，在一个可移动垫片和一个固定垫片之间测量的触点装置的电流I、电压U和距离X随时间的变化。
具体实施方式
参考图1到4，一个多极断路器的操作机构被机架12支承，并包括一个触发装置14，触发装置14具有一对铰接在枢轴20上的传动杆16、18。下面的传动杆16被机械连接到一个绝缘材料制成的切换杆22上，切换杆22垂直于机架12的凸缘延伸。切换杆22为所有极共有，由一个旋转安装在电路断路器触点装置的一个打开位置和一个闭合位置之间的轴形成。该断路器是具有高电力强度的高强度型。
在每一个电极的高度处安装一个连接杆24，把切换杆22的一个曲柄25连接到动触点装置28的一个绝缘托架26上。在闭合位置，动触点装置28协同固定触点装置30工作，并通过一编织物32被连接到第一连接片34。固定触点装置30直接被第二连接片36支承。电极包括一个灭弧室35，灭弧室35的入口紧挨着触点装置28和30。
托架26绕轴40枢转地安装在图1的闭合位置和图3的打开位置之间，动触点装置28包括多个平行触指41，触指41铰接在托架26的第二轴42上，位于图1中可见的触点位置和图2中可见的回缩位置之间。在图1的状态中，每一个触指支持一个触点衬垫43，触点衬垫43协同固定触点装置30的触点衬垫45一起工作。触点压力弹簧38被安装在托架26和触指41的上表面之间。
一方面就托架26的旋转轴40而论，另一方面就切换杆22的枢轴而论，连接杆24的纵轴位置表明了具有高电力强度的断路器的特征。实际上，当高强度电流产生的强排斥力被施加到触指时，相对轴40的杆24的大杠杆臂和相对切换杆26之轴的杆24的小杠杆臂保证断路器操作机构不承受太高的力。实际上大部分力被传送到切换杆支承轴承，而连接杆24施加到杆22的转矩保持适中，限制了连接到杆22的机构10的其他元件上应力。
与触发装置14相联的是一个跳闸钩44，在加载位置和跳闸位置之间在主轴46上有限制地摆动。主轴46被固定到机架12，跳闸钩44一端通过轴48铰接在上传动杆18上，而另一个相对端与一个打开棘爪50协同工作。
打开弹簧52被固定在切换杆22的一个销54和机架12的一个固定插销56之间，所说的插销56位于触发装置14之上。打开棘爪50由一个锁定杠杆57形成，锁定杠杆57枢轴地安装在锁定位置和解锁位置之间的轴58上。半月形闩锁60设计用于移动打开棘爪50到解锁位置，从而使机构跳闸。
打开棘爪50的一个回位弹簧62相对轴58与闩锁60相对安装，使打开棘爪50逆时针转动到锁定位置。辊64安装在锁定杠杆57上，位于轴58和闩锁60之间，并在加载位置与跳闸钩44的一个承载表面66协同工作。跳闸钩44的承载表面66有一个凹槽，柱形辊64啮合在凹槽中。回位弹簧68被固定在轴48和插销56之间，使跳闸钩44逆时针旋转到加载位置，打开棘爪50的辊64在加载位置啮合在承载表面66的凹槽中。
打开棘爪50的闩锁60通过跳闸装置70被操作，驱动锁定杠杆57到解锁位置，造成机构10的跳闸和触点装置28、30打开。跳闸装置70可以手动操作，尤其是通过一个按钮，或者自动操作，尤其是通过一个磁热或电子跳闸装置，或对信号敏感的激励释放。
参考图5和6，打开棘爪50包括轴58和自动旋转安装的辊64的一对支承凸缘72。脱离阈值通过两个压缩弹簧74、76被标定，压缩弹簧74和76安装在固定到凸缘72的一个引导板78和铰接在轴58上的一个限制杠杆80之间。限制杠杆80的端部设有一个鼻82，用于在打开棘爪50的锁定位置闭锁在闩锁60上。
行程止动器84的一端被固定到凸缘72，用于限制打开棘爪50在解锁位置的枢转运动。每一个凸缘72包括一个位于限制杆80的鼻82附近的工作斜面86，斜面86的倾斜度被选择成当超出压缩弹簧74、76的标定阈值时闩锁60自动解锁。
打开棘爪50被作为一个可脱离组件安装，使得超出现阈值(以下被称为脱离阈值)的短路电流出现时闩锁60能够进行自动解锁。
触点装置28、30和片34、36形成第一U形电路结构，动触指28的第二铰接轴42位于分隔两个片34、36的1/3距离处。这种电路结构88构成电动排斥力一个补偿系统，用于在出现短路电流时保持触点装置闭合。
固定触点装置形成第二U形电路结构，放置该电路结构使其侧分枝点与触点片34相对。触点衬垫45被该U形的一个凸片支承在其自由端所在的一边。在闭合位置，触指41几乎平行于承载固定触点衬垫45的U形凸片延伸。当电流流过电极时，流入固定触点装置在片36和触点衬垫45之间形成的U形电路结构的电荷产生一个感应电磁场。为了较大地增加衬垫43、45和轴42之间区域中的感应场的值，一个U形磁板被插入固定触点装置形成的U形结构。这种电路的结构90构成一个限制系统，在超过触点压力弹簧38标定的阈值的短路电流出现时，用于把动触点衬垫43与固定触点衬垫45分开。
根据本发明，限制电路断路器的操作如下：
在机构10的闭合阶段，跳闸钩44的承载表面66在辊64上施加一个力F，使打开棘爪50绕轴58顺时针旋转直到鼻82与闩锁60锁在一起。然后断路器处于触点装置30、28的稳定闭合位置。
在流入电极的电流出现时，触指受到图7所示不同的力，首先，流过衬垫43的电流在衬垫平面上产生排斥收缩力FS，该力相对于触指41枢轴42的力矩趋于提升触指。其次，U形电路的第二机构90也产生一个趋于打开触指41的力矩。流入触指41的电荷实际上受到流入固定触点装置30形成的U形结构的电荷产生的场的电磁力作用，并被U形磁体92集中。这些力具有一个合力FL，其作用点位于轴42和衬垫43之间，趋于使触指绕轴42在触点衬垫43、45的分离方向上做枢轴转动。第三，触点压力弹簧38作用在触指41上一个与流入电路的电流无关的力FR，其相对于轴的力矩趋于朝固定触点衬垫45移动动触点衬垫43。第四，第一U形结构88还产生一个趋于使衬垫朝另一个衬垫移动的力矩。在触指41中流动的电荷实际上受到在两个触点片和触指形成的U形结构88中流动的电荷产生的场的电磁力的作用。这些力沿触指41几乎均匀地分布，并具有一个合力FC，FC的作用点位于一段的中间，该段的两端分别由触指41的衬垫43和轴40形成。动触点28的指针的第二铰接轴最好位于分离第一U形结构的两个触点簧片34、36的1/3距离处，这造成一个趋于使触点衬垫43、45一个朝另一个移动的扭矩。
对于一个小的过载电流，触点压力弹簧38和第一U形结构产生的力矩总和大于衬垫43上收缩力和第二U形结构90产生的力矩总和。从而衬垫43、45保持接触。但是，触点压力弹簧和第一U形结构产生的力矩总和随电流的增加没有收缩力和第二U形结构产生的力矩总和增加快。因此存在一个在电极流动的电流强度值LL，以下称为限制阈值，超过这个阈值，触点压力弹簧和第一U形结构产生的力矩总和变得小于收缩力和第二U形结构产生的力矩总和。
当到达的电流超过这个阈值LL时，触指41绕轴42枢轴转动到图2的位置。从而在触点装置区域内被U形磁体集中的电磁场加强了电弧的排出，把电弧排出到灭弧室，促进在电极中流动的电流的快速限制。
在这个阶段，两个U形电路结构产生的电动力对应于施加在托架26的轴42上的机械反作用力F，并被传递到机构10，最终通过跳闸钩44传递到辊64。这个反作用力F是作用在托架26上的相对于托架的枢轴40的力矩的线性函数，从而与模数FS+FL+FC的总和成比例。辊64上的力F是在电源电路中流动的电流强度的增函数。但是，对应于使指针枢轴转动的电流强度阈值的力F不足以使打开棘爪动作。从而触点托架仍处于闭合位置。
如果尽管衬垫分离获得限制作用而电流继续增加，托架上的是磁力也继续增加，并且当流入电极的电流强度到达高于第一值的第二阈值IC时，力F超过弹簧74、76确定的棘爪50的标定阈值，并开始使打开棘爪50顺时针旋转。
在打开棘爪旋转动作的开始，限制杠杆80的鼻82保持与闩锁60啮合，但是棘爪50的凸缘72开始绕轴58顺时针旋转。由于对应于闩锁60的自动解锁阈值的标定力，棘爪50的凸缘72的斜面86与锁60的半月形配合并使在顺时针方向F1上旋转，以此方式释放限制鼻82，使打开棘爪移动到解锁位置(图6)。辊64的释放同时释放了跳闸钩44，导致触点装置30、28被连接到触发装置14的打开弹簧52打开。
通过打开棘爪50的脱离作用而产生的，机构10的解扣，在跳闸装置70动作之前高速进行，跳闸装置70具有一个响应时间，这个响应时间取决于断路器中使用的磁热或电子跳闸装置的类型。具有闩锁的自脱离的打开棘爪50使得断路器以高速方式机械地自动保护，同时保持与跳闸装置的瞬时保护兼容。
弹簧74、76以阈值IC约为LL的110％的方式被校准。机构10的高速自动解锁发生在显著大于100KA的高电流电平时。因此该断路器实际上仍然是一个具有高电力强度的选择断路器。其限制特征仅在于对高于选择性阈值的90％以上灵敏。正是这个限制特征使其具有优秀的断路能力。
电流强度在IL和IC之间的一个相对小的变化对应于力F一个大的变化，这是因为三个分力FS、FL和FC都是电流的增函数。因此易于调节弹簧74、76，获得所需的标定值，排除在极限阈值之前任何触发自动解锁的危险。
作为说明性例子，短路电流出现时按顺序打开的一个例子已经在图8中示出。在时间t1，电流IL流入电极：触指开始分离，一个起弧电压Uarc出现，其作为第一近似值随分离触点衬垫的距离X增加。在时间t2，触指分离足够远，电弧足够大，磁体U把电弧引入灭弧室。从此刻开始，起弧电压增加更快。触指继续它们的排斥移动并在t3、距离XR(图8)处到达它们图2所示的最大排斥位置。在时间t4，电流到达值IC，触发棘爪的打开动作。但是，在弹簧74、76压缩所需要的机械功被传递之前，触点垫片之间的距离不变化。通过释放闩锁60而打开操作机构发生在t4之后的一个时刻。同时，在t4和t6之间，通过灭弧室膨胀，起弧电压继续增加，直到在时间t5到达电流系统电压，然后超过这个电压。在t5，限制的电流强度处于其最大值。因此操作机构10在t6的打开发生在电流强度下降阶段，保证相对较慢地打开，节省了机构10可动部件止动器的末端。在打开结束时，可动衬垫43到达它们图3的位置，与固定衬垫距离为X0处(图8)。
根据图1到6的实施例，凸缘72和打开棘爪50的限制杠杆80之间的相对移动通过小角度范围的旋转移动被实现。显然这个相对移动能够通过借助长椭圆孔的一个平移来实现。
简便起见，参考在单极中出现的力，对上述例子进行了描述。但是，当断路器为多极断路器时，施加在辊上的力F取决于所有极上的应力。

Claims (6)

1.一种具有高电力强度的低压断路器，包括：
·机架(12)
·一个或多个电极，包括：
·一对包括动触点装置(28)和另一个触点装置(30)的触点装置，
动触点装置(28)包括一个可相对于机架(12)在打开位置和闭合位
置之间移动的托架(26)，和一个或多个可相对于托架(26)在与其
他触点装置接触的一个接触位置和一个缩回位置之间移动的触
指(41)。
·电磁补偿装置(88)，能够在一个或多个触指上施加电磁力，以
保持一个或多个触指与其他触点装置接触，
·打开弹簧(52)，用于从加载位置释放到一个卸载位置，
·与打开弹簧(52)和这对触点装置(28，30)一起操作的运动系统，打开弹簧(52)的释放驱动托架(26)到其打开位置，该系统包括用于与支承托架连接的运动连接装置(24)，
·打开操作机构(10)，包括一个用于获取一个锁定位置的打开闩锁(60)，打开闩锁(60)在该锁定位置中防止打开弹簧(52)释放，并通过离开其锁定位置释放打开弹簧(52)，
·与动触点装置(28)和打开闩锁(60)一起操作的致动装置，当托架(26)施加在运动连接装置(24)上的合力超过预置高速打开阈值时，能够使打开闩锁(60)高速移动到其解锁位置，
其特征在于
·单个或多个极还包括电磁限制装置(90)，用于在单个或多个触指(41)上施加电磁力，以驱动单个或多个触指(41)到它们的缩回位置，
·电磁补偿装置(88)和电磁限制装置(90)，当流入这对触点装置(28，30)的电流强度小于称为极限阈值的阈值时，单个或多个触指(41)保持与其他触点装置(30)接触，当超过上述的阈值，单个或多个触指被驱动到其缩回位置，
·  当流入动触点装置(28)的电流强度到达极限阈值时，托架(26)施加到运动连接装置(24)的合力小于高速打开阈值。
2.根据权利要求1的断路器，其特征在于致动装置包括确定所说的高速打开阈值的柔性装置(74，76)。
3.根据权利要求2的断路器，其特征在于柔性装置(74，76)被如此标定：高速打开发生在限制电流强度到达其最大值之后。
4.根据权利要求1到2之一的断路器，其特征在于单个或多个极包括一个灭弧室(35)和一个磁路(92)，两者排列成对应于流入其他触点装置(30)的电流而产生一个磁场，并引导使之在触点装置(28，30)分离而起弧时在电弧上产生力，以把电弧引入电弧灭弧室(35)。
5.根据上述权利要求1、2或3的断路器，其特征在于支承托架(26)相对于机架(12)可绕一固定轴(40)转动，以及单个或多个触指(41)绕一连接到支承托架的轴(42)枢轴转动，并通过与托架(26)一起操作的一个或多个回位弹簧(38)返回到触点位置。
6.根据上述权利要求4的断路器，其特征在于支承托架(26)相对于机架(12)可绕一固定轴(40)转动，以及单个或多个触指(41)绕一连接到支承托架的轴(42)枢轴转动，并通过与托架(26)一起操作的一个或多个回位弹簧(38)返回到触点位置。
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