FI124010B

FI124010B - Erotinväännin ja erotin

Info

Publication number: FI124010B
Application number: FI20125070A
Authority: FI
Inventors: Timo Jokiniemi; Harri Pollari; Esko Latvala
Original assignee: Abb Oy
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2014-01-31
Also published as: FI20125070A; EP2807665A4; EP2807665A1; CN104067364B; CN104067364A; WO2013110855A1; EP2807665B1

Description

Erotinväännin ja erotin

Keksinnön kohteena on erotinväännin, joka käsittää kahvaosan, joka on sovitettu kääntymään ensimmäisen ja toisen asennon välillä, jolloin ero-5 tinväännin on sovitettu ohjaamaan erottimen koskettimet olemaan ensimmäisessä kahvaosan asennossa auki-asennossa ja toisessa kahvaosan asennossa kiinni-asennossa ja joka kahvaosa on varustettu asennonosoittimella ja lukitussalvalla, jonka avulla kahvaosa voidaan lukita paikalleen kun kahvaosa pysyy auki-asennossa. Keksinnön kohteena on edelleen myös erotin.

10 Erotin on kytkinlaite, jonka avulla sähköinen kuorma voidaan erottaa virtapiiristä kun erotin on virraton. Erottimella aikaansaadaan näkyvä avausväli erottimen kosketinten välille. Edellä kuvattuun seikkaan liittyen on huomattava, että ainakin pienjännitekytkinlaitteissa hyväksytään näkyvän avausvälin sijaan myös luotettava asennonosoitus.

15 Edellä kuvattu toiminto on välttämätön, jotta voitaisiin turvallisesti tehdä sähkölaitteisiin kohdistuvaa työtä. Esimerkkinä tällaisista töistä voidaan mainita kytkinlaitoksilla olevien katkaisijoiden huoltaminen tarpeen vaatiessa.

Termi erotin on tulkittava tässä yhteydessä laajasti. Ko. termi kattaa tässä yhteydessä myös esimerkiksi kuormaerottimen (switch disconnector), jol-20 ta edellytetään tietty kytkentä- ja katkaisukyky ja lisäksi erottimelta vaadittavat ominaisuudet. Edellä kuvattua pienjännite-kuormaerotinta nimitetään joissakin yhteyksissä myös termillä erotuskytkin.

Erotin on varustettava luotettavalla asennonosoittimella, Lisäksi tarvitaan mahdollisuus lukita erotin auki-asentoon. Auki-asennolla tarkoitetaan 25 tässä asentoa, jossa erottimen koskettimet ovat erillään toisistaan, ts. kosketin-ten välissä on näkyvä avausväli. Tämä seikka on määritelty standardissa IEC 5 60947-1 7.1.7.

(M

^ Kytkinten käyttö erottimena edellyttää, että standardin IEC 60947-3 ° 8.2.5.3.1. vaatimat testaukset on hyväksyttävästi tehty. Erottimen lukitusmah- ^ 30 dollisuus auki-asentoon kosketinten ollessa kiinni-asennossa, ts. kiinni toisis- | saan, on ei-sallittu ominaisuus. Erottimen kosketinten ollessa hitsautuneena o kiinni-asentoon ts. asentoon, jossa ne ovat kiinni toisissaan, erotinta ohjataan N- g avaussuuntaan erotinvääntimellä standardissa IEC 60947-3 8.2.5.3.1. määri- £ tellyllä koevoimalla. Ohjauksen aikana ei saa olla mahdollista lukita erotin- ™ 35 väännintä auki-asentoon koevoiman vaikuttaessa.

2

Yleensä erottimena käytetyn kytkimen erotinvääntimen ohjausmo-mentti joudutaan nostamaan suhteellisen suureksi, jotta saavutetaan riittävä kosketinnopeus ja näin riittävä katkaisukyky erottamiseen vaaditussa luokassa. Luotettavan asennon osoittamisen ja lukitusmahdollisuuden täyttyminen taas 5 vaatii puolestaan suhteellisen lyhyen vääntimen. Edellä mainitut seikat saavat kokonaisuutena aikaan sen, että erotinväännin on liian lyhyt ohjusmomenttiin nähden eli erotinväännintä on vaikea ohjata luontevalla tavalla.

Edellä esitetyt seikat ovat johtaneet siihen, että alalla on kehitetty hyvin monia erilaisia ratkaisuja hyvän lopputuloksen aikaansaamisesi. Esi-10 merkkeinä voidaan mainita DE-julkaisussa 42 06 378 A1, DE-julkaisussa 44 39 373 C1, GB-julkaisussa 2 279 810 A, US-julkaisuissa 6 797 903 B1, US-julkaisussa 6 969 813 B1 ja US-julkaisussa 2010/0294632 A1 esitetyt ratkaisut.

Edellä mainittujen tunnettujen ratkaisujen epäkohtana on niiden 15 monimutkaisuus, josta seuraa kustannusten nousu. Lisäksi edellä mainittujen tunnettujen ratkaisujen käyttöominaisuudet eivät ole parhaat mahdolliset.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan erotinväännin ja erotin, jonka avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat pystytään eliminoimaan. Tähän on päästy keksinnön mukaisen erotinvääntimen ja erottimen avulla. 20 keksinnön mukainen erotinväännin on tunnettu siitä, että kahvaosa on varustettu irrotettavalla jatko-osalla, joka on sovitettu käytön aikana estämään kah-vaosassa olevan lukitussalvan käytön.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea sen yksinkertaisuus, jolloin keksinnön käyttöönotto ja käyttö muodostuvat edulliseksi. Yksinkertaisesta raken-25 teestä seuraa myös hyvä toimintavarmuus, keksinnön etuna on myös se, että keksintöä voidaan edullisella tavalla soveltaa kaikkien tunnettujen erotinvään-5 ninten yhteydessä. Vääntimen käytettävyys saadaan keksinnön avulla para-

C\J

^ nemaan olennaisesti aiempaan verrattuna, sillä vääntimen pituus ei ole enää ° rajoittava tekijä lukittavan erotinominaisuuden aikaansaamiseksi. Tämä näkyy 30 käyttäjälle erottimen aiempaa kevyempänä ohjauksena ja lukituksen virhe-| mahdollisuuden poistumisena.

o Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheises- g sa piirustuksessa kuvattujen sovellutusesimerkkien avulla, jolloin ™ kuviot 1 - 2 esittävät periaatteellisina kuvantoina erotinta, jossa käy- 00 35 tetään keksinnön ensimmäistä sovellutusmuotoa, 3 kuvio 3 esittää periaatteellisena kuvantona erotinta, jossa käytetään keksinnön toista sovellutusmuotoa, kuviot 4-6 esittävät periaatteellisina kuvantoina kuvion 3 mukaisen sovellutusmuodon kahvaosaa, 5 kuviot 7-8 esittävät periaatteellisina kuvantoina keksinnön kolman nen sovellutusmuodon mukaista kahvaosaa, kuviot 9-10 esittävät periaatteellisina kuvantoina erotinta jossa käytetään kuvioiden 7-8 mukaista kahvaosaa, kuviot 11 ja 12 esittävän kuvioiden 1 - 6 mukaisen sovellutusmuo-10 don vaihtoehtoista toteutusmuotoa ja kuviot 13-16 esittävät kuvioiden 7-10 mukaisen sovellutusmuodon vaihtoehtoista sovellutusmuotoa.

Kuvioissa 1 - 2 on esitetty periaatteellisesti erotin, jossa käytetään keksinnön ensimmäisen sovellutusmuodon mukaista erotinväännintä. Erotin on 15 merkitty yleisesti viitenumerolla 1. Erottimessa 1 on erotinväännin, joka käsittää kahvaosan 2. Kuviossa 3 on puolestaan esitetty periaatteellisesti erotin, jossa käytetään keksinnön toisen sovellutusmuodon mukaista erotinväännintä. Kuvion 3 mukaisessa sovellutuksessa käytetty kahvaosa 2 on esitetty tarkemmin kuvioissa 4-6.

20 Erotinvääntimen kahvaosa 2 on sovitettu kääntymään ensimmäisen ja toisen asennon välillä, jolloin erotinväännin on sovitettu ohjaamaan erottimen 1 koskettimet olemaan ensimmäisessä kahvaosan 2 asennossa auki-asennossa ja toisessa kahvaosan 2 asennossa kiinni-asennossa. Kahvaosa 2 on myös varustettu asennonosoittimella 3 ja lukitussalvalla 4, jonka avulla kah-25 vaosa 2 voidaan lukita paikalleen kun kahvaosa pysyy auki-asennossa. Erotti-men koskettimet ovat erottimen 1 sisällä, joten niitä ei näy kuvioissa. Asen-5 nonosoitin voidaan muodostaa hyvin erilaisilla tavoilla, kahvaosassa voi esi-

C\J

^ merkiksi olla jokin merkki, joka siirtyy käännettäessä tiettyyn kohtaan, koko ° kahvaosa voi toimia asennonosoittimen jne.

CD

30 Lukitussalvan 4 tarkoituksena on mahdollistaa kahvaosan lukitus | auki-asentoon. Lukitus voi tapahtua esimerkiksi nostamalla lukitussalpa luki- o tusasentoon ja sovittamalla esimerkiksi riippulukko lukitussalvan aukkoon 6.

g Tällainen tilanne näkyy periaatteellisesti esimerkiksi kuviossa 5.

™ Erottimen ja erotinvääntimen rakenteet ja toiminnat ovat itsestään 00 35 selviä asioita alan ammattihenkilölle, joten ko. seikkoja ei esitetä tarkemmin 4 tässä yhteydessä. Yleisesti tunnetun tekniikan osalla tässä yhteydessä viitataan esimerkiksi tunnettuna tekniikkana mainittuihin julkaisuihin.

Keksinnön olennaisena ajatuksena on se, että normaalin lukitussalvalla 4 varustetun kahvaosan 2 yhteyteen sovitetaan irrotettava jatko-osa 5.

5 Jatko-osa 5 lukkiutuu paikalleen kahvaosaan 2. Tämä vaihe on esitetty periaatteellisesti kuvioissa 4-6.

Jatko-osa 5 voidaan sovittaa muodostamaan yksipuolisen kahvan, ts. yksikäsi vääntimen tai kaksipuolisen kahvan eli kaksikäsi vääntimen. Yksi-käsi vääntimellä tarkoitetaan tässä kahvatyyppiä, jossa irrotettava jatko-osa 5 10 on sovitettu muodostamaan jatkeen vain kahvaosan 2 kääntöakselin toiselle puolelle. Kaksikäsi vääntimellä tarkoitetaan puolestaan sovellutusta, jossa irrotettava jatko-osa 5 on sovitettu muodostamaan jatkeen kahvaosan 2 kääntö-akselin molemmille puolelle.

Yksikäsi periaatetta käyttävä keksinnön sovellutus on esitetty kuvi-15 oissa 1 ja 2. Kaksikäsi periaatetta käyttävä sovellutus on puolestaan esitetty kuviossa 3-6.

Jatko-osa 5 estää lukitussalvan 4 nostamisen ohjauksen aikana, ts. silloin kun jatko-osa 5 on asennettuna kahvaosaan 2 ja kahvaosaa käännetään. Edellä mainittu seikka tulee selvästi esille kuvioista 4-6. Tällainen toi-20 minta estää lukituksen kytkimen ohjauksen aikana. Esimerkiksi tilanteessa, jossa erottimen koskettimet ovat hitsautuneena kiinni-asentoon ja kun kahva-osaa käännetään kohti auki-asentoa, niin ei ole edes mahdollista yrittää nostaa lukkosalpaa 4 lukitusta varten. Ohjausvaiheen jälkeen, ts. tilanteessa, jossa ohjausvoima ei enää vaikuta kahvaosaan, voidaan jatko-osa 5 ottaa pois, jol-25 loin lukitus on mahdollinen. Tämä tilanne näkyy periaatteellisesti kuviossa 5.

Edellä kuvatun perusperiaatteen mukaisella ratkaisulla mahdolliste-o taan lukittava erotinominaisuus kaikissa tunnetuissa kytkinmalleissa. Lisäksi

CvJ

^ käytettävyys paranee huomattavasti aiemmin tunnettuihin ratkaisuihin verrat- ° tuna, koska kahvaosan pituus ei enää ole rajoittava tekijä erotinominaisuuden

CO

30 aikaansaamiseksi. Tämä seikka näkyy aiempia ratkaisuja kevyempänä ohja-| uksena sekä lukitusmahdollisuuden poistumisena.

o Keksinnön perusajatusta voidaan muunnella monin eri tavoin. Kuvi in g oissa 1 - 6 on esitetty sovellutus, jonka perusperiaatteena on se, että irrotetta- £ va jatko-osa 5 on sovitettu kiinnitettäväksi kahvaosan 2 päälle. Tässä sovellu- 00 35 tuksessa jatko-osa voidaan esimerkiksi painaa kuvioiden mukaisessa tilan teessa ylhäältä päin kahvaosan 2 päälle kuten kuvioissa 4-6 esitetään. On 5 kuitenkin huomattava, että sovellutus, jossa jatko-osa 5 sovitetaan kahvaosan 2 päälle, voidaan muodostaa myös niin, että jatko-osa työnnetään kuvioiden mukaisessa tilanteessa vaakasuunnassa kahvaosan 2 päälle.

Kuvioissa 7 -10 on esitetty sovellutus, jonka perusajatuksena on se, 5 että irrotettava jatko-osa 5 on sovitettu ainakin osittain ympäröimään kahva-osaa 2. Kuvioissa 7 - 10 on käytetty vastaavissa kohdissa samoja viitenumerolta kuin kuvioissa 1 - 6.

Kuvioiden 7-10 sovellutuksessa jatko-osassa 5 oleva lukituslevy 7 kulkee kahvaosan 2 ali silloin kun jatko-osa 5 on sovitettu kahvaosaan 2. Täl-10 lainen tilanne on esitetty kuviossa 8.

Kuvioissa 7 - 8 on esitetty periaatteellisesti tällaisen sovellutusmuo-don kahvaosa 2 ja jatko-osa 5 ja kuvioissa 9 ja 10 vastaavasti erotin joka on varustettu erotinvääntimellä, jossa käytetään kuvioiden 7-8 mukaista sovellutusta.

15 Kuvioiden 7-10 mukaisessa sovellutusmuodossa jatko-osa 5 pujo tetaan kuvioiden tilanteessa vaakasuunnassa kahvaosaan. Edellä mainittu seikka näkyy selvästi kuvioissa 7 ja 8.

Keksintöä voidaan käyttää erilaisten erotinten yhteydessä. Mikäli kyseessä on ratkaisu, jossa on useita kytkimiä päällekkäin, eli jos kyse on ns. 20 transfer switch rakenteesta, niin keksintöä voidaan soveltaa periaatteessa seuraavasti.

Jos tällaisessa rakenteessa on päällekkäin esimerkiksi kaksi kytkintä, niin ko. rakenteen yhteydessä ohjausmomentti on vähintään kaksinkertainen yksittäiseen kytkimeen nähden. Luotettavassa asennonosoituksen testa-25 uksessa koevoima on kolme kertaa normaalin ohjausmomentin suuruinen. Yk-sittäiseen kytkimeen kohdistuu tällöin lähes kuusinkertainen voima. Useissa 5 tapauksissa kytkimen rakenne ei kestä kyseistä voimaa, vaan kytkimen ohja-

C\J

^ usmekanismi rikkoutuu ja tällöin asennonosoitus voi jäädä virheelliseksi. Täl- ° lainen tilanne ei ole hyväksyttävä, koska se voi johtaa vakaviin vaaratilateisiin.

30 Asennonosoituksen merkitys tulee esille edellä mainittujen päällekkäin pinottu- | jen ratkaisujen yhteydessä, sillä vaikka useissa pienjännitemoduuleissa on o yleensä läpinäkyvä ikkuna, niin tällaisissa pinotussa ratkaisuissa alemman kyt- g kimen ikkunaa ei voida nähdä. Koska alemman kytkimen avattuja koskettimia ™ tällaisessa rakenteessa ei voida todentaa silmin, niin asennonosoittimen merki- o ’ 00 35 tys on suuri.

6

Edellä mainittuihin seikkoihin viitaten keksintöä voidaan soveltaa niin, että vaaratilanteet voidaan eliminoida myös niissä tilanteissa, joihin on viitattu edellä. Tällaiset keksinnön sovellutukset on esitetty kuvioissa 11 - 16. Kuvioiden 11-12 mukainen sovellutus perustuu kuvioiden 1 - 6 mukaiseen sovel-5 lutukseen, ts. sovellutukseen, jossa jatko-osa 5 kiinnitetään ylhäältä päin kah-vaosan 2 päälle. Kuvioiden 13-16 mukainen sovellutus pohjautuu puolestaan kuvioiden 7-10 mukaiseen sovellutukseen, ts. sovellutukseen, jossa jatko-osa 5 pujotetaan vaakasuunnassa kahvaosaan 2.

Kuvioiden 11 - 12 ja vastaavasti 13 - 16 mukaisissa sovellutuksissa 10 ohjausmomentin ollessa normaali, kahvaosassa 2 oleva jatko-osa 5 pysyy paikallaan, koska jatko-osa 5 on lukkiutunut kahvaosaan, kuten edellä on todettu. Kun ohjausmomentti nousee riittävästi yli normaalin ohjausmomentin, esimerkiksi kosketinten kiinni hitsautumisen johdosta, niin tällöin jatko-osa irtoaa ennen kuin kytkin rikkoutuu. Samalla säilyy myös asennonosoitus.

15 Kuvioiden 11-12 mukaisessa sovellutusmuodossa edellä kuvattu jatko-osan irtoaminen tietyllä ennalta määrätyllä vääntövoimalla on saavutettu jatko-osan lukitusvälineinä toimivien reunojen 8, 9 rakenteella ja muodolla. Lisäksi voidaan myös käyttää jatko-osan valmistuksessa käytettävän materiaalin valintaa oikeanalaisen toiminnan aikaansaamiseksi.

20 Kuvioiden 11-12 esimerkissä lukitusvälineet on muodostettu reu noista 8, 9. Tämä ei kuitenkaan ole ainoa mahdollisuus, vaan on täysin mahdollista muodostaa lukitusvälineet toisellakin tavalla, esimerkiksi muodostamalla kahvaosan yläpintaan pinnat ja jatko-osan alapintaan vastinpinnat, jotka lukittuvat toisiinsa kun jatko-osa painetaan kahvaosan päälle.

25 Kuvioiden 13-16 esimerkissä edellä kuvattu kahvaosan 5 irtoami nen on toteutettu muodostamalla lukituslevyyn 7 ainakin yksi heikennyskohta 5 10. Kuvioiden 13-16 esimerkissä heikennyskohta on muodostettu kahden hei-

C\J

^ kennysuran avulla, kuten kuviosta 15 tulee esille. On luonnollisesti myös mah- ° dollista käyttää vain yhtä heikennysuraa jne. Normaalin ohjausmomentin ylitty- 30 essä riittävästi heikennyskohdat antavat periksi ja lukituslevy irtoaa, jolloin jat- | ko-osa 5 irtoaa ennen kuin kytkin rikkoutuu. Myös tässä sovellutusmuodossa o asennonosoitus säilyy. Tässäkin sovellutusmuodossa jatko-osan 5 oikea-aikai li g nen irtoaminen saadaan aikaan lukituksen tietynlaisella konstruktiolla, ts. va- ™ rustamalla lukituksen aikaansaava elementti heikennyskohdilla. Jatko-osan 00 35 valmistusmateriaalin valinnalla voidaan osaltaan myös vaikuttaa jatko-osan oi- kea-aikaiseen irtoamiseen.

7

Edellä kuvatuilla sovellutuksilla voidaan estää kytkimen rikkoutuminen ja samalla myös säilyttää luotettava asennonosoitus tietyissä rakenteissa, esimerkiksi edellä mainittujen transfer switch ratkaisujen yhteydessä.

Keksintöä on selostettu edellä muutaman sovellutusesimerkin avul-5 la. Sovellutusesimerkkejä ei kuitenkaan ole mitenkään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin vapaasti. Näin ollen esimerkiksi jatko-osan ei tarvitse olla juuri sellainen kuin kuvioissa on esitetty, vaan muunlaisetkin ratkaisu ovat mahdollisia, ts. muotoja ja dimensiota voidaan muunnella täysin vapaasti kulloisenkin tarpeen 10 mukaan.

't δ c\j δ

CD

X

cc

CL

O

o m c\j δ c\j

Claims

1. Erotinväännin, joka käsittää kahvaosan (2), joka on sovitettu kääntymään ensimmäisen ja toisen asennon välillä, jolloin erotinväännin on sovitettu ohjaamaan erottimen (1) koskettimet olemaan ensimmäisessä kahva- 5 osan asennossa auki-asennossa ja toisessa kahvaosan (2) asennossa kiinni-asennossa ja joka kahvaosa (2) on varustettu asennonosoittimella ja lukitus-salvalla (4), jonka avulla kahvaosa voidaan lukita paikalleen kun kahvaosa (2) pysyy auki-asennossa, tunnettu siitä, että kahvaosa (2) on varustettu irrotettavalla jatko-osalla (5), joka on sovitettu käytön aikana estämään kahva-10 osassa olevan lukitussalvan (4) käytön.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen erotinväännin, tunnettu siitä, että irrotettava jatko-osa (5) on sovitettu kiinnitettäväksi kahvaosan (2) päälle.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen erotinväännin, tunnettu επί 5 tä, että irrotettava jatko-osa (5) on sovitettu ainakin osittain ympäröimään kah- vaosaa (2).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen erotinväännin, tunnettu siitä, että irrotettava jatko-osa (5) on sovitettu muodostamaan jatkeen kahvaosan (2) kääntöakselin toiselle puolelle.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen erotinvään nin, tunnettu siitä, että irrotettava jatko-osa (5) on sovitettu muodostamaan jatkeen kahvaosan (2) kääntöakselin molemmille puolelle.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen erotinväännin tunnettu siitä, että jatko-osaan (5) on sovitettu lukitusvälineet (8, 9) jotka on sovitettu 25 avautumaan tietyllä ennalta määrätyllä vääntövoimalla ja näin aikaansaamaan jatko-osan irtoamisen kahvaosasta.

7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen erotinväännin, tunnettu sii- C\J ^ tä, että jatko-osa (5) on varustettu kahvaosan (2) ali ulottuvalla lukituslevyllä ° (7), joka on varustettu ainakin yhdellä heikennyskohdalla (10), joka on sovitettu CO 30 antamaan periksi tietyllä, ennalta määrätyllä vääntövoimalla ja näin aikaan- | saamaan jatko-osan (5) irtoamisen kahvaosasta (2).

8. Erotin, tunnettu siitä, että erotin käsittää jonkin edellisen vaa- g timuksen 1 - 7 mukaisen erotinvääntimen. CVJ δ CVJ