CN1585064A

CN1585064A - 一种小型断路器

Info

Publication number: CN1585064A
Application number: CN 200410044896
Authority: CN
Inventors: 刘国兴; 孔军; 王振宇; 陈翔; 李棣楠
Original assignee: Legrand Low Voltage Wuxi Co Ltd
Current assignee: Legrand Low Voltage Wuxi Co Ltd
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: CN1298003C

Abstract

一种小型断路器，包含了接触系统、灭弧系统、操作机构和自由脱扣机构、过电流保护系统、短路保护系统以及绝缘外壳、操作手柄等功能单元的小型断路器，通过手柄传动使操作机构带动接触系统中的动触头运动，使小型断路器接通和分断，实现对电气线路电力能量流的控制；通过对电流的热和磁的效应的感测，对电气线路发生过载、短路等故障时实施保护。多个单极的小型断路器，通过将操作手柄、自由脱扣机构等连接为一体，构成多极的小型断路器。多极小型断路器可用于多相线路和多相设备的保护。

Description

一种小型断路器

技术领域

本发明涉及一种具有过电流保护和短路保护的小型断路器。

背景技术

在一个单元尺寸范围内，包含了接触系统、灭弧系统、操作机构和自由脱扣机构、过电流保护系统、短路保护系统以及绝缘外壳、操作手柄等功能单元的小型断路器，通过手柄传动使操作机构带动接触系统中的动触头运动，使小型断路器接通和分断，实现对电气线路电力能量流的控制；通过对电流的热和磁的效应的感测，对电气线路发生过载、短路等故障时实施保护。

多个单元尺寸的结构通过将操作手柄、自由脱扣机构等连接为一体，构成多极的小型断路器。多极小型断路器可用于多相线路和多相设备的保护。多极小型断路器通过连接成一体的操作手柄实现多极同步操作；至少一相线路中产生过载、短路等原因而出现要求分闸的信号时，通过连接成一体的自由脱扣机构实现多极小型断路器同时断开，保护整个多相系统的线路或设备。

当动静触头间接触并形成足够的接触压力时，小型断路器接通电气回路，通过双金属元件感测小型断路器的局部温度的变化，判断回路系统的电流大小，实现过电流保护功能。即当回路电流保持在小型断路器设定的额定电流及以下时，该电流产生的热效应所形成的小型断路器的局部温度不足以使双金属元件的热变形产生的位移，推动自由脱扣机构解扣；反之，当回路的电流超过设定的额定电流时，小型断路器的局部温度升高，双金属元件产生足够的热变形，推动自由脱扣机构解扣，操作机构在弹簧的作用下带动动触头快速地打开，切断电流回路，实现过电流保护。

短路保护系统由螺管式电磁铁感应回路电流的变化，当回路电流处于正常值或设定的短路保护值以下时，螺管式电磁铁的动铁心在反力弹簧的作用下，保持在初始位置；当电流回路发生短路故障，电流急剧增加，作用在螺管式电磁铁动铁心的电磁力克服弹簧反力，推动推杆作用于自由脱扣机构，机构解扣，带动动触头快速地打开，切断电流回路，实现短路保护。

自由脱扣机构的作用是当回路内存在类似于短路故障时，或存在其他的禁止合闸的命令信号时，即使操作小型断路器的手柄，欲使其合闸，小型断路器的动触头依然保持在断开位置；以及当回路出现过载、短路等类似故障而发出分闸指令时，使小型断路器脱扣，切断电流回路。

操作机构的作用是传递操作手柄的作用，带动接触系统的动触头闭合或分断，过程中为了使动静触头间达到并保持足够的接触压力，而使动触头产生足够的超程，以及在动静触头断开过程中为了实现限流作用和对线路、用电设备等保护，而要求动触头有足够的断开速度；为了使小型断路器在断开状态有足够的绝缘强度，而必须使动静触头间具有足够的开距。

灭弧系统的作用是当小型断路器动、静触头分断大的断路电流时，通过对所产生的电弧的作用，实现限制电气线路中的电流继续增加的趋势，即限流作用，并最终将电弧熄灭。当电弧进入灭弧室时，被灭弧室内的金属栅片分隔成许多段，每段电弧都在金属栅片上产生一个阴极压降和一个阳极压降，使整个电弧的压降迅速提高，并使电弧迅速冷却而熄灭。

在传统的小型断路器中，串联的磁吹回路中一般没有考虑软联结部分的作用及其所引起的其他效应，因为软联结部分所承载的电流与其他刚性结构的导电部分所承载的电流值是相同的，其磁场效应对吹弧效果的影响是不应该忽略的。

此外，在传统的小型断路器的串联磁吹回路中，当动静触头间因为分断短路电流而产生的电弧在进入灭弧室之前，要完成电弧从动(静)触头向导弧板转移以及经过导弧板与引弧角之间的弧道，才能进入灭弧室，在这个过程中，电弧的弧根从动触头转移到导弧板的瞬间，磁吹回路对电弧作用的电动力会发生一个突变，因为弧根转移后，电流的流通回路发生了变化，即此时的电流已不通过软联结和动触头，有效的磁吹回路的几何尺寸变短了，磁吹的作用力减弱了，电弧经过弧道进入灭弧室变得更困难了。

模制的绝缘外壳除了提供小型断路器的基本绝缘外，还是安装各种部件的机架，因此，模制的绝缘外壳必须具有足够的电气强度和机械强度，才能满足小型断路器的性能要求。

发明内容

本发明的目的在于设计一种小型断路器，

按照本发明所提供的设计方案，在塑料绝缘外壳内安装有由导弧板、动触头、静触头和灭弧室构成的触头灭弧系统；由杠杆、跳扣件、弹簧、连杆和手柄构成的操作机构和自由脱扣机构；由双金属片、拉杆和跳扣件构成的过电流保护系统；由电磁铁和推杆构成的短路保护系统，其特征在于，在操作机构和自由脱扣机构中，弹簧的一端安装于外壳的弹簧固定座上，另一端与动触头尾部的弹簧安装面接触，动触头与杠杆的铰接点为支点，弹簧对动触头的作用力矩的方向为绕支点顺时针方向，杠杆的中部利用铰支轴安装于外壳上，在杠杆上有一个动触头的止档面，在小型断路器处于打开状态时，动触头停靠在杠杆的止档面上，在动静触头完全闭合后，杠杆的止档面与动触头之间形成一个夹角，杠杆的一端与连杆铰接，连杆的另一端与手柄铰接。

在动触头尾部的弹簧安装面上有一个用于定位弹簧的凸点。

杠杆与跳扣件利用支点轴相互铰接，该支点轴靠近杠杆与连杆的铰接点，跳扣件的另一个角上安装滑杆，该滑杆位于弧形槽内，弹簧穿过跳扣件后与动触头尾部的弹簧安装面接触，在跳扣件靠近支点轴的部位与杠杆上靠近铰支轴的部位之间连接复位弹簧。

在动触头上连接软联结，软联结另一端与双金属片连接，使软联结成一个“U”形结构，该“U”形结构的平面与动静触头所构成的平面平行，并趋于与动静触头所构成的平面重合。软联结的“U”形结构的开口方向朝向动触头的头部，软联结的“U”形底部的一部分含于杠杆的“U”形腔内。

在触头灭弧系统中，在灭弧室内，动、静触头的两侧设置隔弧壁及导磁片，隔弧壁所用的材料在电弧的高温作用下，释放一种能产生辅助熄弧作用的气体。在静触头上设置引弧角，在导弧板与引弧角之间设置一个最小距离点，该点位于导弧板的中部，且靠近灭弧室的电弧入口处，该点处的最小距离大于等于动静触头间的开距。

在过电流保护系统中，拉杆的一端与双金属片连接，另一端与跳扣件铰接，在双金属片的另一端有调节螺钉。在短路保护系统中，推杆位于螺管形电磁铁内，推杆的外端可以与跳扣件接触。

小型断路器由多个单元并排组合而成，每个单元均包含触头灭弧系统、操作机构和自由脱扣机构、过电流保护系统及短路保护系统，相邻两个单元之间利用销轴固定连接，每个单元的手柄利用一个手柄套连接在一起。

附图说明

图1-小型断路器打开位置图。

图2-小型断路器闭合位置图。

图3-触头、灭弧系统剖面图(旋转)。

图4-多极小型断路器中连接自由脱扣机构的结构图。

图5-多极小型断路器中连接多极手柄的结构图。

具体实施方式

图1、图2、图3所示为一个单元的小型断路器。在塑料绝缘外壳内安装有由导弧板1、动触头3、静触头21、导磁铁片26、隔弧片25和灭弧室23构成的触头灭弧系统；由杠杆14、跳扣件18、弹簧16、连杆15和手柄17构成的操作机构和自由脱扣机构；由双金属片6、拉杆10、调节螺钉4和起支架作用的导弧板1构成的过电流保护系统；由电磁铁20和推杆19构成的短路保护系统。

外壳用适当的金属铆钉铆合，构成一个小型断路器的单元(极)结构；再将一个小型断路器单元并排组合成多个单元，每个单元均包含触头灭弧系统、操作机构和自由脱扣机构、过电流保护系统及短路保护系统，相邻两个单元之间利用销轴28固定连接，见图4，每个单元的手柄17利用一个手柄套29连接在一起见图5。构成多极的小型断路器。

其中，上接线片、电磁线圈20、静触头21等导电部件用点焊连接，静铁芯与磁轭、静触头铆合组成；动触头3、软联结8、双金属片6、导弧板1、导电片5、接线端子7等零件之间采用电阻焊或电阻钎焊的方式焊接在一起；动触头3与杠杆14、杠杆14与跳扣件18采用单边的过盈配合铆接的方式组成，杠杆的主轴固定在外壳(基座)上，其它零件按图示装入即可。

在该操作机构中，弹簧16的一端安装于外壳(基座)的弹簧固定座上，一端安装于动触头3尾部的弹簧安装面上，在该安装面上有一个用于定位弹簧16的凸点，动触头3与杠杆14的铰链点为支点9，弹簧16对动触头8的作用力矩的方向为绕支点9顺时针方向，杠杆14的中部利用铰支轴11安装于外壳上，在杠杆14上有一个动触头的止档面，当小型断路器处于打开状态时，动触头3停靠在杠杆14的止档面上，逆时针转动手柄17至水平位置，动静触头开始接触时，由于弹簧16的作用，使动触头具有一定的初压力，当动静触头完全闭合后，杠杆14的止档面与动触头3之间形成一个夹角，构成动触头的超行程，以及动静触头间的终压力。杠杆14的一端与连杆15铰接，连杆15的另一端与手柄17铰接。

杠杆14与跳扣件18利用支点轴12相互铰接，该支点轴12靠近杠杆14与连杆15的铰接点，跳扣件18的另一个角上安装滑杆，该滑杆位于弧形槽内，弹簧16穿过跳扣件18后与动触头3尾部的弹簧安装面接触，在跳扣件18靠近支点轴12的部位与杠杆11上靠近铰支轴11的部位之间连接复位弹簧13。

逆时针操作小型断路器的手柄17，带动连杆16作用于杠杆14，使动触头3顺时针方向运动，当手柄17位于水平位置时，动触头3与静触头21开始接触，当手柄17运动到正常的接通位置时，动静触头间达到要求的超行程和触头压力，小型断路器完成接通过程的操作；在小型断路器的接通状态顺时针操作手柄17越过机构的死点时，机构杠杆14在弹簧的作用下迅速打开到断开位置。

由于采用弹簧16作为机构弹簧并兼有触头弹簧的作用，在保证动静触头间有足够压力的前提下，从机构的打开位置到机构的闭合位置，可以使弹簧的变形量更小，有利于弹簧的稳定性以及使用寿命的提高，有利于改善小型断路器的操作手感，提高小型断路器的性能；杠杆的作用之一是机构的主要传动部件，此外还兼有软联结的夹持件的功能以及配合跳扣件组成自由脱扣机构的功能。因此，该实用新型的设计充分体现了一件多用的设计思想，在正常操作时是按照四连杆机构的原理运动，在机构解扣时简化为反力弹簧作用于一个单独的带有转动支点的杠杆运动，最大限度地解除其他杆件的转动惯量，提高机构的断开速度，并且结构简单，动作可靠，易于制造和组装。

在传统的小型断路器中，串联的磁吹回路中一般没有考虑软联结部分的作用及其所引起的其他效应，因为软联结部分所承载的电流与其他刚性结构的导电部分所承载的电流值是相同的，其磁场效应对吹弧效果的影响是不应该忽略的。本发明的特点之一既是充分地考虑到这一因素，在动触头3上连接软联结8，软联结8另一端与双金属片6连接，使软联结8成一个“U”形结构，软联结8的“U”形结构的开口方向朝向动触头3的头部，软联结8的“U”形底部的一部分含于杠杆14的“U”形腔内。将软联结构成的“U”形平面设置为与动静触头所构成的平面平行并趋于与该平面重合，使整个磁吹回路更完整，以获得最好的吹弧效果。

此外，在传统的小型断路器的串联磁吹回路中，当动静触头间因为分断短路电流而产生的电弧在进入灭弧室之前，要完成电弧从动(静)触头向导弧板转移以及经过导弧板与引弧角之间的弧道，才能进入灭弧室，在这个过程中，电弧的弧根从动触头转移到导弧板的瞬间，磁吹回路对电弧作用的电动力会发生一个突变，因为弧根转移后，电流的流通回路发生了变化，即此时的电流已不通过软联结和动触头，有效的磁吹回路的几何尺寸变短了，磁吹的作用力减弱了，电弧经过弧道进入灭弧室变得更困难了。为此，在本发明中，在静触头21上设置引弧角30，在导弧板1与引弧角30之间设置一个最小距离点，形成一个电弧移动过程的极点，该点位于导弧板1的中部，且靠近灭弧室23的电弧入口处，该点处的最小距离大于等于动静触头间的开距。当动静触间的电弧弧根转移到导弧板上时电弧在静触头与导弧板间燃弧，弧根在导弧板上最初的点与静触头间构成的电弧长度要大于极点处的导弧板与静触头引弧角间的距离，因此，电弧将迅速地、自然地过渡到极点上，在极点位置上由导弧板的前半部分与引弧角之间形成的新的磁吹回路对极点处的电弧施加的电磁力已足够大，而且极点处距灭弧室入口的距离已相对较短，所以，电弧很快进入灭弧室内。这一结构能很好地实现吸引电弧通过弧道进入灭弧室的加速吹弧作用。

在触头灭弧系统中，在灭弧室23内，动、静触头3、21的两侧设置隔弧壁25及导磁片26，隔弧壁22、25用一种高分子聚酰胺树脂制成，在电弧的高温作用下，释放一种能产生辅助熄弧作用的气体，其作用体现在能增加电弧等离子体的压力、降低电弧等离子体的温度、增加电弧等离子体的电阻等的限流作用；导磁片26也设置在动静触头的两侧，以增加弧道局部的磁场强度，使磁吹回路对电弧等离子体产生更强的夹持作用和更强的吹弧效果。

在过电流保护系统中，拉杆10的一端与双金属片6连接，另一端与跳扣件18铰接，在双金属片6的另一端有调节螺钉4。过载保护功能部分采用直热式双金属片，在出现过载电流时产生的局部热效应使双金属片弯曲，驱动与自由脱扣机构中的跳扣件18连接的拉杆，使机构解扣，小型断路器的动触头打开到断开位置。

在短路保护系统中，推杆19位于螺管形电磁铁20内，推杆19的外端可以与跳扣件18接触。短路瞬动保护功能部分由电磁铁20中的动铁心推动推杆19作用于自由脱扣机构的跳扣件18使机构解扣，小型断路器打开到断开位置；当机构解扣后，跳扣件上的推杆19的作用面与推杆19迅速脱离，使机构的打开过程避免了推杆19施加于跳扣件18以及整个机构的磨擦阻力。

图3中27为小型断路器的模制绝缘外壳，模制的绝缘外壳除了提供小型断路器的基本绝缘外，还是安装各种部件的机架。

图4中的18a、18b分别指两个相互并列的小型断路器单元中的跳扣件，19a与19b分别指两个相互并列的小型断路器中推杆。

Claims

1、一种小型断路器，在塑料绝缘外壳内安装有由导弧板(1)、动触头(3)、静触头(21)和灭弧室(23)构成的触头灭弧系统；由杠杆(14)、跳扣件(18)、弹簧(16)、连杆(15)和手柄17构成的操作机构和自由脱扣机构；由双金属片(6)、拉杆(10)和跳扣件(18)构成的过电流保护系统；由电磁铁(20)和推杆(19)构成的短路保护系统，其特征在于，在操作机构和自由脱扣机构中，弹簧(16)的一端安装于外壳的弹簧固定座上，另一端与动触头(3)尾部的弹簧安装面接触，动触头(3)与杠杆(14)的铰接点为支点(9)，弹簧(16)对动触头(3)的作用力矩的方向为绕支点(9)顺时针方向，杠杆(14)的中部利用铰支轴(11)安装于外壳上，在杠杆(14)上有一个动触头(3)的止档面，在小型断路器处于打开状态时，动触头(3)停靠在杠杆(14)的止档面上，在动静触头完全闭合后，杠杆(14)的止档面与动触头(3)之间形成一个夹角，杠杆(14)的一端与连杆(15)铰接，连杆(15)的另一端与手柄(17)铰接。

2、根据权利要求1所述的小型断路器，其特征在于，在动触头(3)尾部的弹簧安装面上有一个用于定位弹簧(16)的凸点。

3、根据权利要求1所述的小型断路器，其特征在于，杠杆(14)与跳扣件(18)利用支点轴(12)相互铰接，该支点轴(12)靠近杠杆(14)与连杆(15)的铰接点，跳扣件(18)的另一个角上安装滑杆，该滑杆位于弧形槽内，弹簧(16)穿过跳扣件(18)后与动触头(3)尾部的弹簧安装面接触，在跳扣件(18)靠近支点轴(12)的部位与杠杆(11)上靠近铰支轴(11)的部位之间连接复位弹簧(13)。

4、根据权利要求1所述的小型断路器，其特征在于，在动触头(3)上连接软联结(8)，软联结(8)另一端与双金属片(6)连接，使软联结(8)成一个“U”形结构，该“U”形结构的平面与动静触头(3)、(21)所构成的平面平行，并趋于与动静触头(3)、(21)所构成的平面重合。

5、根据权利要求1或4所述的小型断路器，其特征在于，软联结(8)的“U”形结构的开口方向朝向动触头(3)的头部，软联结(8)的“U”形底部的一部分含于杠杆(14)的“U”形腔内。

6、根据权利要求1所述的小型断路器，其特征在于，在触头灭弧系统中，在灭弧室(23)内，动、静触头(3)、(21)的两侧设置隔弧壁(22)、(25)及导磁片(26)，隔弧壁(22)、(25)所用的材料在电弧的高温作用下，释放一种能产生辅助熄弧作用的气体。

7、根据权利要求6所述的小型断路器，其特征在于，在静触头(21)上设置引弧角(30)，在导弧板(1)与引弧角(30)之间设置一个最小距离点，该点位于导弧板(1)的中部，且靠近灭弧室(23)的电弧入口处，该点处的最小距离大于等于动静触头间的开距。

8、根据权利要求1所述的小型断路器，其特征在于，在过电流保护系统中，拉杆(10)的一端与双金属片(6)连接，另一端与跳扣件(18)铰接，在双金属片(6)的另一端有调节螺钉(4)。

9、根据权利要求1所述的小型断路器，其特征在于，在短路保护系统中，推杆(19)位于螺管形电磁铁(20)内，推杆(19)的外端可以与跳扣件(18)接触。

10、根据权利要求1所述的小型断路器，其特征在于，小型断路器由多个单元并排组合而成，每个单元均包含触头灭弧系统、操作机构和自由脱扣机构、过电流保护系统及短路保护系统，相邻两个单元之间利用销轴(28)固定连接，每个单元的手柄(17)利用一个手柄套(29)连接在一起。