CN1169583A - 过电流断路器的解扣装置 - Google Patents

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Abstract

一种过电流断路器的,例如断路开关的解扣装置,包括一个控制一闭锁机构(20)并被一线圈(3)控制的解扣衔铁(1),被监控电流流过该线圈(3),这样解扣衔铁(1)能被衔铁(5)间接控制,衔铁(5)能被线圈(3)直接移动,且由至少一个弹性连接元件(4)与解扣衔铁(1)相连接,且解扣衔铁(1)由能够产生的吸持力保持在其静止位置。

Description

过电流断路器的解扣装置
本发明涉及一种过电流断路器的，例如断路开关的解扣装置。它包括一个控制闭锁机构并由线圈所控制的解扣衔铁(trippingarmature)，被监控的电流流过该线圈。
过电流断路器主要一方面用熔断片(fuse links)，它只能用于一次性的断路过程，另一方面用自动保护装置，它可以再一次被接入，因此可以多次使用。
在电力系统中，所说的这种过载保护通常在供电线路分成相互并联的多个电路之前设置在供电线路中。每个这种电路都有包括人身保护(剩余电流装置或类似装置)和系统保护(断路开关、熔断片等等之类)的保护装置。这些电路，就它们本身来说，如果需要，可以进一步分成分电路，这些分电路同样用保护装置保护。
在这种电路结构中，供电线路中的保护装置、电路和分电路构成一个串联电路。
如果一个不能接受的高电流在分电路中产生，希望只有分配给这个分电路的断路开关自动跳闸，因此将它的分电路从主电路断开，但是所有的上游断路开关保持接通，因此这使所有的电路和没有毛病的分电路与主电路保持连接。只有当产生的过电流大到以致于不再是这个分路的断路开关所断开时，更高一级的断路开关才发生响应。上游断路开关的这种时间延迟转换称之为“选择性”。
在熔断片的情况下，这种选择性取决于熔丝所需要的热能，这种热能与电流的平方和过电流作用的时间成正比。
一般情况下，在断路开关中设置两种解扣装置，第一种装置用于断开稍大于系统额定电流而作用时间比较长的过电流。
第二种装置，所谓的短路电流断路器，通常有一个流过被监控电流的线圈，它有一个能引起断开的活动衔铁。被监控电流流过的热双金属片用来模仿延迟。这种延迟在熔断片的范围已经被说明，并且取决于热能，因此也取决于电流的大小和时间。这些双金属片的变形类似于熔丝，与电流的平方和时间成正比。并且利用这种变形的手段，使得短路电流断路器的延时转换操作成为可能。
这些双金属片是这样的元件，它一方面需要精确地机械调整，另一方面需要附加的电连接。总之，它使断路开关的设计变得相当复杂。并且因此导致功能可靠性降低，以及制造更加困难。
本发明的目的是提供一种开头提到的那种有选择性的跳闸动作的解扣装置。为此目的，这种解扣装置除了常规的跳闸线圈之外，只有少量安装简单的不灵敏的元件。
本发明的进一步的目的是提供一种尽可能简单的产生所说的吸持力和选择性可以调节的装置，并按照本发明设计断路装置的范例，它在实际上能够实现，功能可靠。这些靠引用从属权利要求中的措施来实现。
在过电流断路器的，例如断路开关的解扣装置中，包括一个控制闭锁机构并且被一个线圈所控制的解扣衔铁，被监控的电流流过该线圈。按照本发明，这个目的是这样实现的，解扣衔铁被一个衔铁间接控制，这个衔铁由线圈直接移动，并且由至少一个弹性连接元件与解扣衔铁相连，并且可以有一个或多个辅助衔铁，并且解扣衔铁由一个能够预置的吸持力保持在它的静止位置。
转换操作的时间延迟可以用机电措施或机电结构来实现，这种延迟方案比电一热一机解决方案在功能上更可靠。
按照本发明的第一种方案，吸持力可以是一种机械方式产生的力。根据本发明，这种机械方式使得解扣装置的结构既坚固又紧凑。
关于这一点，吸持力可以是一个由与解扣衔铁相接触的元件产生的静摩擦力。
改变解扣衔铁上元件的接触压力可以十分容易地调整吸持力。
根据本发明的另一个实施例，用弹性元件产生吸持力是可能的。该弹性元件，例如一个速动弹簧作用在解扣衔铁上。
这样用一种简单的方式能得到一个相当大的吸持力，因此能实现一个长的时间延迟。
根据本发明的最佳实施例，吸持力可以是一种磁力，它由作用在解扣衔铁上的至少一个永久磁铁或电磁铁产生。
这样的系统有能相当准确地预知的磁特性，并且相对于周围环境的影响是恒定不变的。因此提供给系统的解扣装置在整个寿命期中实际表现出的时间延迟是一个常量。
作用在解扣衔铁上的吸持力可变是非常有利的，因为用这种方法解扣过程的时间延迟是可变的，并且按照本发明装备有解扣装置的转换装置能与它下游的保护装置相匹配。
在这一点上，吸持力的变化是被监控电流的函数是特别有利的。
这使解扣装置有适应性，相应的断路延迟根据短路电流的大小自动增加。
在本发明的研制中，吸持力可以用一个由磁铁产生，一个与被监控电流成正比的电流流经该电磁铁。
这使得上面所说的取决于电流的吸持力的变化用一种特别简单的且功能上十分可靠的方式实现。
本发明进一步的特点是由螺旋弹簧构成至少一个弹性连接元件，因为这种元件占据的空间小，同时有很好的弹性，且弹性保持不变。
按照本发明一个特别的最佳实施例，至少衔铁的零件可以布置在线圈的内部。
衔铁因此可以以一种准确可预知的方式由被监控电流的磁力移动。
在上述最佳实施例的研制中，解扣衔铁可以被设置在线圈的内部，解扣衔铁由非磁性材料制成。
这使得解扣装置有一个相当紧凑的机械尺寸。
可以将衔铁设计成一个一端封闭的管，并且可以将解扣衔铁和至少一个连接元件至少部分地布置在由衔铁构成的空腔里。
这样，根据本发明可以进一步减小解扣装置的几何尺寸，解扣装置现在主要只取决于线圈的大小，并且除此之外，没有其他活动元件。
本发明的进一步改进方案中，解扣衔铁有一个辅助装置，它穿过衔铁，并且最好是与线圈的纵轴平行。吸持力作用在辅助装置上。
引进吸持力的元件因此能布置在线圈外面，这样无论如何不会妨碍线圈里面的元件的运动自由度。
下面结合附图对本发明作更详细的说明：
图1是本发明解扣装置的正面剖视示意图。
图2是按照图1具有一个附加辅助衔铁的解扣装置。
图3a、3b是根据图1具有施加机械吸持力元件的解扣装置。
图4是本发明一个可能的特定方案的正面剖视图。
图5是按照本发明的解扣装置另一种可能的方案的正面剖视图。
图6所示为根据图5增加了解扣装置两种可能的不同电路的方案。
图1所示的过电流断路器的，例如断路开关的解扣装置，有一个衔铁5，它由磁性材料，例如铁制成。衔铁5可以由线圈3直接移动。流经线圈3的电流实际上是被监控电流，且可能被断开。而且解扣衔铁1可以控制闭锁机构20，该闭锁机构20打开流过被监控电流的触头21。如图所示，这一动作是通过松放销2而发生的，松放销2与解扣衔铁构成一体，但作为这种方案的另一种选择，它也可以由解扣衔铁1本身直接实现。
解扣衔铁1和衔铁5由一个弹性连接元件4机械地相互连接，该弹性连接元件最简单的形式是一个螺旋弹簧。解扣衔铁1安装成不能随意活动，而被可以预置的吸持力FH保持在它的静止位置上。为了使解扣衔铁1在跳闸后能再次回到它的静止位置，设置一个复归弹簧6，它一端连接在解扣衔铁1上，另一端连接在壳体部分7上，这只是示意性的图示。
如果一个必须断开的不可接受的高过电流发生，这个装置能够实现延时跳闸。
所说的跳闸可以分为两个阶段，下面将予以描述。在立即跟随产生的过电流的第一个跳闸阶段，过电流经过线圈3产生一个正比于所说的过电流的磁场，并向解扣衔铁1的方向移动衔铁5。这个移动通过弹性连接元件4传递给解扣衔铁1，解扣衔铁1受作用在它上面的吸持力FH的控制暂时保持在它的静止位置。随着衔铁5的继续偏移，弹性元件4被预加的应力越来越大，结果作用在解扣衔铁1上的力增大。在这个跳闸阶段，衔铁5和弹性连接元件表示一个被过电流产生的磁力所激励的振荡系统。衔铁5给弹性连接元件施加预应力直到它超过吸持力FH并使解扣衔铁1从它的静止位置被偏移所需要的时间产生了一个时间延迟，按照本发明即为解扣装置的选择性。
当过电流产生的力超过吸持力FH时发生第二个跳闸阶段。这时，解扣衔铁1突然移动，结果闭锁机构20动作。并且随着该过程的继续，过电流保护装置的触头21被打开。在这个跳闸阶段，衔铁5和解扣衔铁1的质量被连接在一起，它们连同复归弹簧6一起代表一个振荡系统。和由线圈及衔铁构成的常规磁断路器一样，这个系统控制由电流力一吸持力力系统的合力产生的激励力。
因此，总之，跳闸不是由被过电流直接控制衔铁起动的，而是由于衔铁5移动的结果间接地发生的。衔铁5能够由线圈3直接移动并用弹性连接元件4与解扣衔铁1连接。
跳闸时间延迟主要发生在第一个跳闸阶段，并主要取决于由衔铁的质量、连接元件4的弹簧特征和衔铁的移动组成的振荡系统的机械特性和电流力。正如所知，电流力正比于电流的平方，结果衔铁5的移动同样也正比于电流的平方，因此延迟也正比于电流的平方。这和开头提到的电一热操作的延时装置完全一样。
虽然按照本发明，将使解扣装置的设计更复杂，但如图2所示，可以在衔铁5和解扣衔铁1之间设置一个辅助衔铁11，也可以多于1个。这些辅助衔铁11进一步通过弹性连接元件40机械地相互连接。与解扣衔铁1类似，吸持力FH在他们的静止位置作用在他们上面。多个衔铁的机械串联导致他们的吸持力FH相加，同样也增加了衔铁5必须完成的偏移运动，其结果是延迟时间变长。
所述的吸持力FH原则上能以任何方式产生。图3a、3b所示为用机械方式产生吸持力的例子。根据图3a，吸持力FH是由元件8产生的静摩擦力。元件8与解扣衔铁1相接触，并将解扣衔铁1夹在他们之中。
根据图3b的另一种选择方案，吸持力FH由作用在解扣衔铁1上的弹性元件9，例如速动弹簧产生。这个速动弹簧9设计成片簧，它的两端被夹住，并在阻止解扣衔铁1运动的方向施加预应力。如果作用在它上面的力足够大，它将朝着与施加预应力相反的方向弯曲，并使解扣衔铁1能够移动。
不同于这些机械方式产生吸持力FH的一种方式是磁力产生的吸持力，它由作用在解扣衔铁1上的至少一块永久磁铁或电磁铁产生。这种例子可以在图4、5、6中看到。这些图表示能够实际应用的本发明的不同设计。
在这种情况下，线圈3布置在一个非磁性绕组骨架10上，衔铁5的另件被布置在线圈3的内部。此外，设置一个由磁性材料制成的支架23，它的大部分在线圈3的外边，有一个附件24，从靠近闭锁机构的线圈3的端部伸入线圈3中，线圈电流产生的磁场穿过支架23、衔铁5、工作气隙a和支架附件24。
这种结构相当于磁断路器的常规的正常设计。解扣衔铁1也布置在线圈3的内部。为此目的，解扣衔铁1必须用例如铝或塑料等非磁性材料制成，为的是它不会因线圈3产生的磁力而移动。
衔铁5设计成一个一端封闭的管，解扣衔铁1和连接元件4被布置在由衔铁5构成的空腔内。
解扣衔铁1有一个松放销2，它伸出线圈3外，并且类似于图1所示的方式，能被复归弹簧6移回到它的静止位置。
为了使吸持力能作用在解扣衔铁1上，解扣衔铁1有一个辅助装置12，它从衔铁5中伸出，最好是与线圈3的纵轴平行。这个辅助装置12有能够自由进入的部分，因此力能够作用于它。
辅助装置12并非是必不可少的，只是为了能实现本发明的目的，使吸持力FH能直接作用在解扣衔铁1上。然而这样做，为了这个目的所需的元件应当布置在线圈3的内部。为了这些元件必须在衔铁5上设置切口，为了不影响衔铁5的移动自由度。
正如已经提到的，在这个实施例中的吸持力FH是用磁装置产生的，特别是用永久磁铁13产生的。为此，衔铁26固定在辅助装置12的上端。衔铁26与轭铁25和永久磁铁13一起构成永久磁铁13产生的磁场的磁路。按照图4，轭铁25同时用作机械地约束永久磁铁13。这个装置在衔铁26和轭铁25之间产生的吸持力使解扣衔铁1保持在图示的静止位置。
在所说的由衔铁26、轭铁25和永久磁铁13所构成的磁路中，在衔铁26与轭铁25之间有气隙27，永久磁铁13与衔铁26之间有气隙28，改变气隙27、28的大小可以改变所产生的吸持力的大小。用例如选择永久磁铁13的高度、轭铁25与衔铁26之间不同厚度的非磁性衬垫、改变轭铁边缘的长度或其他类似的措施等可以使空气隙的大小发生变化。
如果产生短路电流，运行在衔铁5和支架附件24之间的气隙a中的磁场强度将增加，作用在衔铁5和附件24之间的吸引力因此也增加，其结果，衔铁5朝附件24的方向移动。因为解扣衔铁1仍然静止，衔铁5与解扣衔铁之间的距离现在正被减小，弹簧4被压缩，一旦通过弹簧4传递给解扣衔铁1的力超过永久磁铁13的吸持力FH时，解扣衔铁1也发生移动，移动的结果是通过闭锁机构20发生断开。
衔铁5在走完整个距离d之前不会引起解扣衔铁1的任何移动。走完d时，衔铁5碰在解扣衔铁1上，并带着解扣衔铁1进一步向下移动。两个衔铁相互碰击的这个动作导致一个碰撞过程，在这个过程中，衔铁5失去动能，这又一次延迟转换操作，并对该装置的选择断开动作起作用。
距离a、b、c和d的大小对正确运行所述的装置是十分重要的。特别是衔铁5与解扣衔铁1之间的距离d必须小于衔铁5和附件24之间的距离a，这样保证在衔铁5可能移动的距离末尾，它撞击在支架附件24上，解扣衔铁1操作闭锁机构20。此外，在解扣衔铁1移动的过程中，衔铁26一定不能碰撞绕组骨架10并因此使解扣衔铁1停止，这是靠距离C大于距离b来实现。
总之，距离a、b、c和d之间的关系可用下面的表达式表示：a＞b且a＞d以及c＜b。
根据图5的特别最佳实施例的大部分与图4相当。但在这种情况下，永久磁铁13被由绕组15和轭铁25组成电磁铁所取代。如上所述，设置一个与辅助装置12相连并与轭铁25一起构成磁路的衔铁26。设置一个分离的元件14为了机械地约束电磁铁。距离的大小取决于描述图4时所述的那些因素。再说一次，吸持力FH的变化能用调节气隙27、28的宽度来实现。在这种情况下，最好是不设置气隙27，也就是说，衔铁26放在轭铁25上，并设计轭铁25的零件25’，它在绕组25的内部，绕组25在绕组15的纵轴方向是可以移动的吸持力FH因此能用机械装置调节。
除了有用机械方式改变吸持力FH的能力之外，也能用改变流过绕组15的电流来改变吸持力FH。然而改变吸持力FH的这种能力并未丝毫限制磁力的产生。图3a所示的元件8也能移动其结果是能够改变对解扣衔铁1的压力，并因此而改变吸持力FH。
如果吸持力的变化是被监控电流的函数，这将特别有利，按照图5的设计方案，这很容易实现。流经绕组15的电流正比于被监控电流。
为了使电路尽可能简单，所说的比例性用流过电磁铁绕组15的过电流本身是最容易实现的。为此，绕圈3和绕组15相互串联，如图6的实线16、17所示；为了同样的目的，线圈3和绕组15也可以相互并联，见虚线18、19。在这种情况下，串联阻抗可以接在绕组15的线路中，以调节产生的吸持力。
虽然这样做将使复杂性增加，但对本发明的目的是十分合理的，即给绕组15加一个与被监控电流没有直流电连接的电流，并且如果需要的话，经过适当的控制电路，使这个电流的变化与被监控电流成比例。
按照本发明所述的解扣装置最好的应用场所是用在断路器中，但这并不妨碍它用在其他断开过电流的设备中。

Claims (14)

1.过电流断路器的，例如断路开关的解扣装置，包括一个控制一闭锁机构(20)的并被一线圈(3)所控制的解扣衔铁(1)，被监控电流流过线圈(3)，其特征在于解扣衔铁(1)能够被衔铁(5)间接控制，衔铁(5)被线圈(3)直接移动，并用至少一个弹性连接元件(4)与解扣衔铁(1)连接，并且可能有一个或多个辅助衔铁(11)，并且解扣衔铁(1)由产生的吸持力(FH)保持在它的静止位置。
2.根据权利要求1的解扣装置，其特征在于吸持力(FH)是一个由机械装置产生的力。
3.根据权利要求2的解扣装置，其特征在于吸持力(FH)是一个静摩擦力，它可以由与解扣装置(1)相接触的元件(8)产生。
4.根据权利要求2的解扣装置，其特征在于吸持力(FH)可用作用在解扣衔铁(1)上的弹性元件(9)，例如速动弹簧产生。
5.根据权利要求1的解扣装置，其特征在于吸持力(FH)是一个由作用在解扣衔铁(1)上的至少一个永久磁铁或电磁铁(13；14；15)产生的磁力。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求的解扣装置，其特征在于作用在解扣衔铁(1)上的吸持力(FH)是可变的。
7.根据权利要求6的解扣装置，其特征在于吸持力(FH)的变化是被监控电流的函数。
8.根据权利要求7的解扣装置，其特征在于吸持力(FH)可以由一个电磁铁产生，一个正比于被监控电流的电流流过该电磁铁。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求的解扣装置，其特征在于至少一个弹性连接元件(4)由螺旋弹簧构成。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求的解扣装置，其特征在于至少衔铁(5)的另件设置在线圈(3)的内部。
11.根据权利要求10的解扣装置，其特征在于解扣衔铁(1)也设置在线圈的内部，解扣衔铁(1)由非磁性材料构成。
12.根据权利要求11的解扣装置，其特征在于衔铁(5)被设计成一个一端封闭的管，并且解扣衔铁(1)和至少一个弹性连接元件(4)至少部分地设置在由衔铁(5)构成的空腔里。
13.根据权利要求10、11或12的解扣装置，其特征在于解扣衔铁(1)有辅助装置(12)，它穿过衔铁(5)，且最好是与线圈(3)的纵轴平行，吸持力(FH)作用在辅助装置(12)上。
14.根据上述权利要求中的任一权利要求的解扣装置的用途，用作断路开关的短路电流解扣装置。
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