实用新型内容
本实用新型旨在弥补终端配电网络中使用的微型断路器缺乏选择性保护功能的不足,并提供一种能在一定程度上解决上下级开关之间越级跳闸问题的方式。
本实用新型提出了一种选择性保护开关,包括:
主回路,位于进线端和出线端之间,所述主回路包括串联的过电流脱扣器、主触头和电磁机构,其中,电磁机构通过第三工作线路使主触头断开并维持在断开位置;
辅助回路,辅助回路与主回路上的过电流脱扣器、主触头相并联,所述辅助回路包括串联的限流电阻、选择性保护脱扣器、以及辅助触头;
操作机构,所述操作机构具有操作手柄,通过转动操作手柄,该操作机构经第一工作线路和第二工作线路分别作用于主触头和辅助触头,使主触头和辅助触头断开或闭合;
其中,所述过电流脱扣器通过第四工作线路作用于操作机构,使操作机构脱扣;所述选择性保护脱扣器通过第五工作线路作用于操作机构,使操作机构脱扣;操作机构脱扣后,主触头和辅助触头同时断开。
当配电系统发生过载电流时,所述过电流脱扣器延时一段时间后通过第四工作线路作用于操作机构上的推杆,使操作机构脱扣,主触头和辅助触头都断开,起到过载长延时的保护特性;当配电系统发生短路电流时,主回路上的电磁机构动作并通过第三工作线路瞬间作用于操作机构的主触桥上,使主触头断开并维持在断开位置,而此时辅助触头仍保持闭合状态,短路电流从主回路转换到辅助回路上并通过限流电阻进行限流,如果后接的微型短路器能够及时排除故障,那么主回路上的电磁机构停止动作,主触头回复到闭合状态;如果后接的微型断路器不能排除故障,那么选择性保护脱扣器延时一段时间后通过第五工作线路作用于操作机构上的推杆,使操作机构脱扣,主触头和辅助触头断开,起到短路短延时的保护特性。
所述主回路中的过电流脱扣器、主触头、电磁机构和第三工作线路布置在第一工作层面;所述辅助回路中的限流电阻、选择性保护脱扣器、以及辅助触头布置在第二工作层面;所述操作机构横跨所述第一工作层面和第二工作层面,操作机构通过布置在第一工作层面的第一工作线路作用于主触头,而所述过电流脱扣器通过布置在第一工作层面的第四工作线路作用于操作机构使操作机构脱扣;操作机构通过布置在第二工作层面的第二工作线路作用于辅助触头,而所述选择性保护脱扣器通过布置在第二工作层面的第五工作线路作用于操作机构使操作机构脱扣。
该选择性保护开关包括:外壳,包括前部和后部,前部和后部相互配合后包裹所述主回路、辅助回路和操作机构,所述外壳呈倒T字形;该外壳具有前端面,前端侧面,后端面,后端侧面以及安装平面;所述开关通过安装平面安装在卡轨上;所述主回路、辅助回路位于所述倒T字形外壳的下部空间内;所述操作机构为一个独立的模块,安装在倒T字形外壳的突出部,即由所述前端面和前端侧面所限定的空间内。
主触头和辅助触头沿外壳的厚度方向并列布置在操作机构的下方,靠近前端侧面的位置;主触头包含有主触头动触头和主触头静触头,辅助触头包含有辅助触头动触头和辅助触头静触头;主触头动触头和辅助触头动触头可摆动地支承在操作机构上;主触头和辅助触头与安装平面成一角度。
主触头和辅助触头分别配置有主触头灭弧室和辅助触头灭弧室;主触头灭弧室和辅助触头灭弧室沿外壳的厚度方向并联布置,且被放置在主触头和辅助触头的下方、安装平面的上方,主触头灭弧室和辅助触头灭弧室与安装平面成一角度;主触头、主触头灭弧室与辅助触头、辅助触头灭弧室之间通过隔板相互隔开。
过电流脱扣器和选择性保护脱扣器都是由热双金属片制成,其中,过电流脱扣器由主热双金属片构成、而选择性保护脱扣器由选择性保护热双金属片构成;主热双金属片和选择性保护热双金属片沿外壳厚度方向并列布置操作机构和前端侧面的中间,与安装平面相垂直;主热双金属片的一端上装有第一调节螺钉,选择性保护热双金属片的一端上装有第二调节螺钉;当这两个热双金属片中的任意一个热双金属片受热弯曲时,它们将通过第一调节螺钉或第二调节螺钉作用于操作机构上的推杆,使操作机构脱扣。
进线端接线端子和出线端接线端子分别安装在后端侧面和后端侧面处;所述限流电阻由铁铬铝电阻丝绕制而成,放置在进线端接线端子和主触头灭弧室及辅助触头灭弧室之间、安装平面的上方;电磁机构放置在出线端接线端子和主触头灭弧室及辅助触头灭弧室之间、安装平面的上方;电磁机构的中轴线与安装平面相垂直,当电磁机构工作时,电磁机构上的顶杆作用在操作机构上的第一触桥的一端上,使主触头断开并维持在断开位置上;进线端接线端子、限流电阻、主触头灭弧室及辅助触头灭弧室、电磁机构和出线端接线端子顺序排成一列放置在开关的安装平面的上方。
该选择性保护开关的电气连接如下:开关的主回路由进线端、过电流脱扣器、主触头、电磁机构和出线端组成,主热双金属片的一端点焊在进线端接线端子的导电排上,第一编织铜导线的一端点焊在主热双金属片的中间部分,另一端点焊在主触头静触头上;第二编织铜导线的一端点焊在主触头动触头所在的第一触桥上的端部上,另一端点焊在电磁机构的线圈的一端上;线圈的另一端与出线端接线端子的导电排点焊在一起;辅助回路由限流电阻、选择性保护脱扣器、辅助触头组成;第三编织铜导线的一端点焊在进线端接线端子的导电排上,另一端点焊在限流电阻丝的一端上;限流电阻丝的另一端固定在支架上,同时选择性保护热双金属片的一端也点焊在支架上,因此选择性保护热双金属片与限流电阻丝在电气上是连接的;第四编织铜导线的一端点焊在选择性保护热双金属片的中间部分,另一端点焊在辅助触头静触头上;第五编织铜导线的一端点焊在辅助触头动触头所在的第二触桥上,另一端点焊在电磁机构的线圈的一端上。
第六编织铜导线的一端点焊在第一触桥的端部,另一端点焊在主触头动触头的引弧片上,主触头动触头与引弧片在电气上是连接的。
本开关的布局优点是在充分考虑到电流线路布置和发热的条件下对开关内部的组件进行了合理的安排,尽最大可能地有效利用开关的内部空间,符合终端电器的小型化、模数化,使开关的宽度尺寸可做到3个模数(1模数为9mm)。本实用新型的选择性保护开关体积小、成本低廉、装配简便。
具体实施方式
下面结合附图,具体说明本实用新型的技术方案。
参考图1所示,本实用新型提供的选择性保护开关包括:
主回路11,位于进线端13和出线端14之间,主回路11包括串联的过电流脱扣器15、主触头16和电磁机构17,其中,电磁机构17通过第三工作线路26使主触头16断开并维持在断开位置;
辅助回路12,辅助回路12与主回路11上的过电流脱扣器15、主触头16相并联,辅助回路12包括串联的限流电阻18、选择性保护脱扣器19、以及辅助触头20;
操作机构21,操作机构具有操作手柄,通过转动操作手柄,该操作机构21经第一工作线路22和第二工作线路23分别作用于主触头16和辅助触头20,使主触头16和辅助触头20断开或闭合;
其中,过电流脱扣器15通过第四工作线路24作用于操作机构21,使操作机构21脱扣;选择性保护脱扣器19通过第五工作线路25作用于操作机构21,使操作机构21脱扣;操作机构21脱扣后,主触头16和辅助触头20同时断开。
该选择性保护开关的工作过程如下:当配电系统发生过载电流时,过电流脱扣器15延时一段时间后通过第四工作线路24作用于操作机构21上的推杆,使操作机构21脱扣,主触头16和辅助触头20都断开,起到过载长延时的保护特性;当配电系统发生短路电流时,主回路11上的电磁机构17动作并通过第三工作线路26瞬间作用于操作机构21的主触桥上,使主触头16断开并维持在断开位置,而此时辅助触头20仍保持闭合状态,短路电流从主回路11转换到辅助回路12上并通过限流电阻18进行限流,如果后接的微型短路器能够及时排除故障,那么主回路11上的电磁机构17停止动作,主触头16回复到闭合状态;如果后接的微型断路器不能排除故障,那么选择性保护脱扣器19延时一段时间后通过第五工作线路25作用于操作机构21上的推杆,使操作机构21脱扣,主触头16和辅助触头20断开,起到短路短延时的保护特性。
参考图2-4,示出了选择性保护开关的具体结构布置。其中,图2示出了本实用新型的选择性保护开关的主视结构图,其中开关置于“分闸”位置。图3示出了图2所示的选择性保护开关的后视结构图。图4a和图4b示出了图2所示的选择性保护开关去除外壳后的轴视图。
本实用新型的选择性保护开关的一个重要的特点是:
主回路11中的过电流脱扣器15、主触头16、电磁机构17和第三工作线路26布置在第一工作层面;辅助回路12中的限流电阻18、选择性保护脱扣器19、以及辅助触头20布置在第二工作层面;操作机构21横跨第一工作层面和第二工作层面,操作机构21通过布置在第一工作层面的第一工作线路22作用于主触头16,而过电流脱扣器15通过布置在第一工作层面的第四工作线路24作用于操作机构21使操作机构21脱扣;操作机构21通过布置在第二工作层面的第二工作线路23作用于辅助触头20,而选择性保护脱扣器19通过布置在第二工作层面的第五工作线路25作用于操作机构21使操作机构21脱扣。
对于具体结构,该选择性保护开关包括:
外壳,包括前部和后部,前部和后部相互配合后包裹主回路11、辅助回路12和操作机构21,外壳呈倒T字形;
该外壳具有前端面101,前端侧面102、103,后端面104,后端侧面105、106以及安装平面107;开关通过安装平面107安装在卡轨108上;
主回路11、辅助回路12位于倒T字形外壳的下部空间内;
操作机构21为一个独立的模块,安装在倒T字形外壳的突出部,即由前端面101和前端侧面102、103所限定的空间内。
主触头16和辅助触头20沿外壳的厚度方向并列布置在操作机构21的下方,靠近前端侧面103的位置;主触头16包含有主触头动触头69和主触头静触头86,辅助触头20包含有辅助触头动触头77和辅助触头静触头87;主触头动触头69和辅助触头动触头77可摆动地支承在操作机构21上;主触头16和辅助触头20与安装平面107成一角度。
主触头16和辅助触头20分别配置有主触头灭弧室109和辅助触头灭弧室110;主触头灭弧室109和辅助触头灭弧室110沿外壳的厚度方向并联布置,且被放置在主触头16和辅助触头20的下方、安装平面107的上方,主触头灭弧室109和辅助触头灭弧室110与安装平面107成一角度;主触头16、主触头灭弧室109与辅助触头20、辅助触头灭弧室110之间通过隔板相互隔开。
过电流脱扣器15和选择性保护脱扣器19都是由热双金属片制成,其中,过电流脱扣器15由主热双金属片111构成、而选择性保护脱扣器19由选择性保护热双金属片112构成;主热双金属片111和选择性保护热双金属片112沿外壳厚度方向并列布置操作机构21和前端侧面102的中间,与安装平面107相垂直。
主热双金属片111的一端上装有第一调节螺钉113,选择性保护热双金属片112的一端上装有第二调节螺钉114;当这两个热双金属片中的任意一个热双金属片受热弯曲时,它们将通过第一调节螺钉113或第二调节螺钉114作用于操作机构21上的推杆48,使操作机构21脱扣。
进线端接线端子13和出线端接线端子14分别安装在后端侧面105和后端侧面106处;限流电阻18是由铁铬铝电阻丝绕制而成,放置在进线端接线端子13和主触头灭弧室109及辅助触头灭弧室110之间、安装平面107的上方;电磁机构17放置在出线端接线端子14和主触头灭弧室109及辅助触头灭弧室110之间、安装平面107的上方;电磁机构17的中轴线115与安装平面107相垂直,当电磁机构17工作时,电磁机构17上的顶杆116作用在操作机构21上的第一触桥68的一端117上,使主触头16断开并维持在断开位置上;进线端接线端子13、限流电阻18、主触头灭弧室109及辅助触头灭弧室110、电磁机构17和出线端接线端子14顺序排成一列放置在开关的安装平面107的上方。
该选择性保护开关的电气连接如下:开关的主回路11由进线端13、过电流脱扣器15、主触头16、电磁机构17和出线端14组成,主热双金属片111的一端118点焊在进线端接线端子13的导电排119上,第一编织铜导线120的一端点焊在主热双金属片111的中间部分,另一端点焊在主触头静触头86上;第二编织铜导线121的一端点焊在主触头动触头69所在的第一触桥68上的端部117上,另一端点焊在电磁机构17的线圈122的一端123上;线圈122的另一端124与出线端接线端子(14)的导电排125点焊在一起;
辅助回路12由限流电阻18、选择性保护脱扣器19、辅助触头20组成;第三编织铜导线126的一端点焊在进线端接线端子13的导电排119上,另一端点焊在限流电阻丝18的一端127上;限流电阻丝18的另一端128固定在支架129上,同时选择性保护热双金属片112的一端130也点焊在支架129上,因此选择性保护热双金属片112与限流电阻丝18在电气上是连接的;第四编织铜导线131的一端点焊在选择性保护热双金属片112的中间部分,另一端点焊在辅助触头静触头87上;第五编织铜导线132的一端点焊在辅助触头动触头77所在的第二触桥70上,另一端点焊在电磁机构17的线圈122的一端123上。
第六编织铜导线133的一端点焊在第一触桥68的端部117,另一端点焊在主触头动触头69的引弧片134上,主触头动触头69与引弧片134在电气上是连接的。
本实用新型的带有选择性保护功能的电气开关具有过载长延时和短路短延时两段保护特性,在建筑电气安装系统中用来选择性地保护后接回路。
图5-图15示出了本实用新型的选择性开关中使用的操作机构,其中,图5是该操作机构的轴视图。
首先参考图6a和6b,示出了本实用新型的操作机构的支架:第一支架27和第二支架28,通过第一轴29、第二轴30和第三轴31固定在一起。第一支架27上具有第一凸肩41、第一通孔50以及第一弯折臂84,该第一支架27还包括一附加弯折臂85。第二支架28上具有第二凸肩42、第二通孔51以及第二弯折臂81,其中第一凸肩41、第一通孔50以及第一弯折臂84和第二凸肩42、第二通孔51以及第二弯折臂81分别互相对应。
参考图7-9所示,该操作机构中的操作联动结构及锁扣结构包括:
操作手柄32,可转动地支承在第一轴29上,该操作手柄32的一端通过第一联接栓33与第一连杆34相连接;第一连杆34通过第二联接栓35与第二连杆36相联接;第二连杆36通过第三联接栓37与第三连杆38相连接;第三连杆38的另一端可转动地支承在第二轴30上。
锁扣杆39,锁扣杆39的一端有一通孔40,该通孔40与第一支架27上的第一凸肩41和第二支架28上的第二凸肩42相配合,使得锁扣杆39可转动地支承在第一支架27和第二支架28上;锁扣杆39的另一端有一月牙形槽43,第二联接栓35在月牙形槽43内滑动;锁扣杆39在具有月牙形槽43的这一端具有一凸肩46;
跳扣杆44,跳扣杆44的一端可转动地支承在第一轴29上,另一端有一矩形通槽45,锁扣杆39上的凸肩46紧靠在矩形通槽45上,因此操作机构在锁扣位置47构成锁扣;
推杆48,推杆48的中心部分有一凸轴49,该凸轴49固定在第一支架27和第二支架28上的第一通孔50和第二通孔51中,并可绕第一通孔50、第二通孔51的中心转动;推杆48的一端有一U形滑槽52,第四联接栓54在该U形滑槽52内滑动,所述第四联接栓54固定在跳扣杆44上靠近矩形通槽45的第三通孔53中;
操作手柄32内装有第一扭簧55,第一扭簧55具有两臂,其中第一臂56作用在操作手柄32上,第二臂57作用在跳扣杆44上的凹槽内。
参考图10a和10b,示出了本实用新型的操作机构的主触头和辅助触头部分,包括:
第四连杆58同第三连杆38一样固定在第三联接栓37和第二轴30上,第四连杆58随着第三连杆38一同动作,第四连杆58和第三连杆38之间通过第二支架28隔开;第三连杆38和第四连杆58分别各自具有两个相互平行的侧壁,第三连杆38的两个侧壁通过第一鼻架59相连接,而第四连杆58的两个侧壁通过第二鼻架60相连接;
第五连杆61,外形呈U形,第五连杆61具有两个侧壁,两个侧壁通过第三鼻架62相连接;第五连杆61的两个侧壁上有通孔,通过通孔可转动地固定在第三连杆38的两个侧壁内、第二轴30上;
第二扭簧63固定在第五连杆61的两个侧壁内、第二轴30上,它具有两臂,第一臂64固定在第三连杆38第一鼻架59上的第三弯折臂65内,第二臂66固定在第五连杆61上的第四弯折臂67内;在第二扭簧63的作用下,第五连杆61的两个侧壁紧靠在第三连杆38的第一鼻架59上;
第一触桥68,铆接在第五连杆61的第三鼻架62上,第一触桥68的一端是主触头16的动触头69;
第二触桥70的中心部分有一通孔,通过通孔可转动地固定在第四连杆58的两个侧壁内、第二轴30上;第三扭簧71固定在第四连杆58的两个侧壁内、第二轴30上,它具有两臂,第一臂72固定在第四连杆58第二鼻架60上的第五弯折臂73内,第二臂74固定在第二触桥70的凹槽75内;在第三扭簧71的作用下,第二触桥70的一端76紧靠在第四连杆58的第二鼻架60上;第二触桥70的另一端是辅助触头20的动触头77。
该操作机构还包括:第一触头指示装置78,为红色,固定在第四连杆58的一侧壁上;第二触头指示装置88,为绿色,安装在开关外壳内;拉簧79,具有两个耳环,第一耳环80钩在第二支架28上的第二弯折臂81上,第二耳环82钩在第三连杆38一侧壁的第六弯折臂83上。
该操作机构21被制成一个独立的模块,通过第一支架27上的第一弯折臂84和附加弯折臂85固定在选择性保护开关外壳内。
参考图11-15,示出了本实用新型的操作机构的动作过程。其中,图11至图13是本实用新型的操作机构由分闸位置至合闸位置所经历的过程;图14示出了本实用新型的操作机构处于脱扣状态的示意图;图15示出了本实用新型的操作机构处于短路短延时保护状态的示意图。
当顺时针转动操作手柄32使操作机构21合闸时,操作手柄32带动第一连杆34、第一连杆34带动第二连杆36、第二连杆36同时带动第三连杆38和第四连杆58克服拉簧79的拉力使主触头动触头69和辅助触头动触头77向着主触头静触头86和辅助触头静触头87的方向闭合;辅助触头20的触头开距小于主触头16的触头开距,辅助触头20先于主触头16闭合,后于主触头16断开,使开关在正常合、分闸时减少电弧对主触头16的烧损;
绿色的第二触头指示装置88安装在开关外壳内;当操作机构21合闸时,红色的第一触头指示装置78随着第四连杆58一起绕着第二轴30转动,当操作机构21完全合闸的时候,第二触头指示装置88和第一触头指示装置78指示操作机构21已合闸。当操作机构21完全合闸的时候,从视窗方向可以看出,视窗显示的颜色由绿转红,表示操作机构21已合闸;由于红色的第一触头指示装置78安装在第四连杆58上,代表辅助触头20的开、断情况,这表明当配电系统发生故障时,视窗所显示的颜色表示选择性保护开关真正的开、断情况,即指主触头16和辅助触头20都断开。
当操作机构21完全合闸的时候,第一联接栓33和第一轴29的连线与第一联接栓33和第二联接栓35的连线形成一钝角,其值在168°至172°之间;此时,主触头16和辅助触头20的触头压力分别由第二扭簧63和第三扭簧71提供。
当配电系统发生过载电流时,过电流脱扣器15延时一段时间后沿着F1的力的方向作用于推杆48上,使推杆48沿顺时针方向旋转,通过推杆48上U形滑槽52带动第四联接栓54使跳扣杆44绕第一轴29顺时针方向旋转,由于锁扣杆39上的凸肩49失去支承,因此锁扣杆39绕第一支架27和第二支架28上第一凸肩41和第二凸肩42逆时针方向旋转,操作机构21在拉簧79和第一扭簧55的作用下迅速脱扣复位,起到过载长延时的保护特性。
当配电系统发生短路电流时,主回路11上的电磁机构17动作并沿着F2的力的方向作用于第一触桥68的一臂89上,使主触头16处于断开并维持在断开位置,而此时辅助回路20仍保持闭合状态,短路电流从主回路11转换到辅助回路12上并通过限流电阻18进行限流,如果后接的微型短路器能够及时排除故障,那么主回路11上的电磁机构17停止动作,主触头16回复到闭合状态;如果后接的微型断路器不能排除故障,那么选择性保护脱扣器19延时一段时间后沿着F1的力的方向作用于推杆48上,使操作机构21脱扣,主触头16和辅助触头20断开,起到短路短延时的保护特性。
该种操作机构不仅能满足选择性保护开关的需要,同时还具有另一个优点:当通过操作手柄使选择性保护开关合闸时,辅助触头先于主触头闭合,这样做的好处是开关正常合、分闸时减少电弧对主触头的烧损,提高开关的电寿命;另外,当配电系统短路电流还未处理时可以通过选择性保护脱扣器再一次使操作机构脱扣。该操作机构可被制成一个独立的模块,结构简单,装配方便,并具有开关指示装置,能及时地反应开关的合、分闸状态。
本开关的布局优点是在充分考虑到电流线路布置和发热的条件下对开关内部的组件进行了合理的安排,尽最大可能地有效利用开关的内部空间,符合终端电器的小型化、模数化,使开关的宽度尺寸可做到3个模数(1模数为9mm)。本实用新型的选择性保护开关体积小、成本低廉、装配简便。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的,熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下,对上述实施例做出种种修改或变化,因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限,而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。