CN2286347Y - 一只按钮控制的高性能塑壳式断路器 - Google Patents

Abstract

一只按钮控制的高性能塑壳式断路器为低压电器—空气断路器领域中一种用一只延时按钮控制电磁铁吸合带动摆轮达到触头组合、分的壳架等级200A及以下的塑料外壳式断路器,当有短路电流发生时,触头组可自行打开切断电源。解决了目前断路器与电操作机构分体、100A壳架等级无电操机构且极限分断能力低的难题。可作为额定工作电压660V电流200A及以下极限分断能力要求200KA的三相电路中不频繁接通与分断之用。

Description

一只按钮控制的高性能塑壳式断路器

本实用新型是低压电器——空气断路器领域中一个高分断能力的塑料外壳式断路器，可作为额定电压660V及以下额定电流200A及以下极限分断能力要求200KA(380V)的电路中作不频繁接通与分断之用。

目前，现有技术是一中等分断能力的断路器，加上分断组件，如果要是电操作还必须再加上一个电操作机构，体积有本发明的三倍大，且壳架等级为100A根本就没有与之配套的电操机构。

国内外产品据我所知具备本实用新型性能的塑料外壳式断路器本身是没有电操作的，也少有双动触头型——触头(7)，(10)都可活动(见图1)，除分断组件与本发明双动触头相类似，因其不能分断只能跟断路器联用。

见文献(注1)、(注2)、(注3)

本实用新型的目的在于解决目前塑壳式断路器体积大、本身无电操、极限分断能力低等缺陷。

其工作原理如下：

由具有延时功能的按钮开关(1)给电磁铁(19)线圈接通电源，电磁铁(19)吸合，带动杆(18)拉动摆轮(6)绕轴(15)旋转，摆轮(6)上滚子(16)迅速脱离锁紧位置，跳扣(14)在主弹簧(21)力作用下绕固定轴(13)旋转，通过活动轴(12)，连杆(11)，轴(8)，带动触头组(10)，绕固定方轴轴心(9)旋转，使触头组(10)与触头组(7)分离，同时摆轮(6)与扭簧(5)压紧杆(18)使其向下方偏转簧片(2)按动微动开关(3)作分断显示，完成断开动作(见图2)。合闸动作也通过按钮开关(1)给电磁铁(19)线圈通电，电磁铁(19)吸合，带动杆(18)拉动摆轮(6)旋转，摆轮(6)与滚子(16)带动跳扣(14)旋转，通过杆(11)推动触头组(10)旋转，达到合闸之目的。同时扭簧(17)推动杆(18)向上方摆动，簧片(2)复位，微动开关(3)作合闸显示(见图1)，从而完成合、分一循环。

当有较小过载电流产生时，电流互感器(20)拾取电流信号，通过半导体脱扣器(在电磁铁侧面，图上看不见，方框图见图六)的电压比较器输出推动晶闸管给电磁铁线圈通电，完成分闸动作，同时给予过载指示(此环节有5～10分钟延时)。

当有较大过载电流(5～12倍)产生时，电流互感器(20)拾取电流信号给另一电压比较器，比较器翻转，推动晶闸管给电磁铁(19)线圈通电，完成分闸动作，同时给予重过载指示。

当有特大短路电流(200千安～10千安)发生时，触头组(7)与触头组(10)在强大电磁斥力作用下，迅速反向旋转分开(见图3)，完成切断电源的任务，触头组(10)不复位，只有电流互感器(20)给半导体脱扣器过载信号，电磁铁(19)完成分闸动作，触头组(10)才复位成图二所示形状。

两触头的摆放通电时是相斥的：一种力是触头臂中电流所产生的磁通互相作用而产生的，另一种是触头中电流所产生的磁通互相作用而产生的。上述两种情况中，力和电流的关系是很复杂的，与零件的几何形状有关。但其关系可用简单的方程式来近似表达：

触头臂的斥力可用平行载流园导体间的力来表示： $F=\frac{\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\π}}\×I^2\frac{L}{d}=2I^2\frac{L}{d}\×{10}^{-7}$ 式中：F--力(N)

  I--电流(A)

  L--导线长度(mm)

  d--导线间的距离(mm)

  一对触头间的斥力可用下式近似表示： $F=2.25I^2\mathrm{Ln}\frac{R}{r}\×{10}^{-7}$ 式中：R--触头的半径mm(或等效面积换算)

  r--实际接触半径mm(或等效面积换算)

本实用新型200A塑壳式断路器中触头臂长52MM，相距8MM，因为使用弧触头，R(等效半径)8MM，r估计为0.02MM。触头压力为20N。线路通200A电流时，每一臂受到斥力为0.052N，触头产生斥力0.0054N，两力合起来相比20N而言可忽略不计。当电流为2000A时分别为5.2N和0.52N，还是不足以斥开触头，当电流达10000A时，两力分为120N与13.5N，这么大的力足以使触头迅速打开。因为一对触头受力一样(方向相反，大小相等)，两触头以同样速度打开，比传统的断路器的一个动触头打开速度快一倍多，因而极大的提高了极限分断能力。

触头(10)在正常分断时除电斥力，触头压力所产生的推力，还有主弹簧(21)的拉力，所以分断速度也很快。

主弹簧设计为两根，每根30N用体积相当于普通70N的电磁铁，线圈比原来匝数少点，电流大些，是完全能胜任的。电磁铁设计介绍资料很多，设计起来不困难，无非先给定电磁力，算出磁通，由磁通算出安匝数，再稍作处理就行了，这里就不作介绍了。

本实用新型的特点之一：是靠摆轮(6)上的两根扭簧(5)，(17)与杆(18)绝妙配合，解决了一只电磁铁既可合、又可分断触头，通常这类开关(例如交流接触器或60A以下交流接触器式断路器)工作期间，电磁铁一直有电，或靠永磁力来保持。

本实用新型的特点之二：一个开关既具备一般断路器作为分、合电路用，又具备分断组件的高分断能力(200千安/380伏及以下)。

本实用新型的特点之三：具备电操作机构，并只用一只开关控制，能远距离操作，便于同计算机网络联网。

本实用新型的特点之四是使用了本设计的有延时功能的按钮(见图5)，解决了电磁铁可能长期大电流通电烧毁问题(因为操作力较大，电磁铁体积有限，只有用通断持续率10％增大励磁电流，达到较大操作力之目的)。

塑料外壳式断路器是一个量大面广的产品。此断路器成本只有带电操高分断型的三分之一，且解决了100A以下没有电操的难题；还可用于660V的电网中，补充了国产DZ20系列之不足；分断特性也比DZ20系列高的多。同时由于该产品性能价格比特高，在国际上很有竞争力。现有生产低压电器中的接触器、断路器的厂家在不增加设备的情况下均可生产。附图1图面说明

此图的外接线布置可作板前用。触头为闭合状态

1.按钮开关  2.簧片      3.微动开关   4.灭弧栅    5.扭簧

6.摆轮      7.触头组    8.轴         9.方轴心    10.触头组

11.杆       12.活动轴   13.固定轴    14.跳扣     15.轴

16.滚子     17.扭簧     18.杆        19.电磁铁   20.电流互感器

21.主弹簧@32，32&20＝1附图2图面说明

此图的内接线布置可作板后接线用，亦可作插接用。触头为打开状态附图3图面说明

触头所示为短路电流(10000A以上)发生瞬间状态附图4图面说明

触头所示为短路电流(10000A以上)发生后状态附图5延时按钮图面说明

1.压盖 2.推杆 3.弹簧 4.触头 5.外壳 6.压圈 7.弹片 8.膜片

9.孔   10.引出线

工作原理：按动压盖(1)推杆(2)压下膜片(8)，弹片(7)向上弹起接通触头(4)，此时手松开，压盖(1)在弹簧(3)的推动下复位。膜片(8)由于小孔(9)的慢慢进气向上鼓起，推动推杆(2)使弹片(7)复位，从而延时一段后触头(4)断开，延时时间由孔(9)的大小决定。附图6图面说明  半导体脱扣器方框图

注1：万邵尤著《低压空气断路器》

注2：《低压电器》杂志87，4，P56《不用熔断器

     限制故障电流》

注3：《低压电器》杂志91，5，P37、6，P47《国外

     低压断路器技术发展动向(I、II)》

Claims (4)

1.一只按钮控制的高性能塑壳式断路器，在绝缘外壳中，主要由触头组、灭弧机构、操作机构、脱扣机构组成，其特征是：触头组由二动触头组组成、且一动触头组有不回位装置；操作机构由动作机构和电磁铁、按钮组成；加上脱扣器灭弧机构。

2.如权项1要求的断路器，其特征是：不回位装置的动触头组包括二个布置在二连杆形式触头两边的拉簧，使二连杆的一杆在死点两边有两个固定位。

3.如权项1要求的断路器，其特征是：动作机构包括两个对衬布置在半扇形轮两边轴上的扭簧和一个电磁铁拉杆。

4.如权项1要求的断路器，其特征是：按钮包括弹簧、触头组、橡皮膜、压圈、推杆，放置合中组成具有延时特性的按钮。

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