FI65687B

FI65687B - LEDNINGSSKYDDSBRYTARE

Info

Publication number: FI65687B
Application number: FI831323A
Authority: FI
Inventors: Tauno Olavi Pyoekaeri
Original assignee: Tauno Olavi Pyoekaeri
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1984-02-29
Also published as: FI65687C; FI831323A0

Description

1 656871 65687

JohdonsuojakatkaisijaMCB

Keksinnön kohteena on johdonsuojakatkaisija, jossa on ainakin yksi liikkuva kosketin sekä sen pidättäjä laa-5 keroituina samalle akselille ja ainakin yksi kiinteä kosketin sekä laukaisujousi.The invention relates to a circuit breaker having at least one movable contact and its retainer laa-5 wound on the same shaft and at least one fixed contact and a trip spring.

Johdonsuojakatkaisija on suojalaite, joka katkaisee piirinsä sähkövirran sen ylittäessä katkaisijan valvomat arvot.A circuit breaker is a protection device that cuts off the electrical current to its circuit when it exceeds the values monitored by the circuit breaker.

10 Johdonsuojakatkaisjaa käytetään tavallisen varok- keen tilalla kaikkialla missä vaaditaan nopeaa ja helppoa jälleenkytkentää. Käyttö on yleistä teollisuus- ja tutkimuslaitoksissa, laivoissa, kouluissa jne. Myös asunnoissa on sen käyttö yleistymässä.10 The circuit breaker is used instead of a standard fuse wherever quick and easy reconnection is required. Use is common in industrial and research facilities, ships, schools, etc. Its use is also becoming more common in housing.

15 Johdonsuojakatkaisijalle asetetut teknilliset vaa timukset määritetään useissa standardeissa, joista kansainvälinen standardi CEE 19 on keskeisin. Vaatimuksista tärkein on katkaisijan kyky rajoittaa katkaistavan virran neliön aikaintegrali eli ns lämpöläpäisy 20 Q = Ji2at enintään sallittuun arvoon.15 The technical requirements for a circuit breaker are defined in several standards, of which the international standard CEE 19 is the most important. The most important of the requirements is the ability of the circuit breaker to limit the time integral of the square of the current to be cut off, i.e. the so-called thermal transmittance 20 Q = Ji2at to a maximum allowed value.

Katkaisijat jaetaan kolmeen lämpöläpäisyluokkaan 1, 2 ja 3. Ankarimmassa luokassa 3 katkaisijan, jonka leimattu katkaisukyky on 10000 A, on kyettävä rajoittamaan 2 25 lämpöläpäisy arvoon Q = 70000 A s.Circuit breakers are divided into three thermal conductivity classes 1, 2 and 3. In the strictest class 3, a circuit breaker with a marked breaking capacity of 10000 A must be able to limit 2 25 thermal conductivity to Q = 70,000 A s.

Johdonsuojakatkaisijoita koskevat standardit eivät koske laitteita, joiden katkaisukyky 1^ > 10000 A. Sähkölaitokset eivät salli verkoissaan katkaisijoita, jotka eivät täytä standardien vaatimuksia.The standards for circuit breakers do not apply to equipment with a breaking capacity of 1 ^> 10000 A. Electrical installations do not allow circuit breakers in their networks that do not meet the requirements of the standards.

30 Käytäntö asettaa johdonsuojakatkaisijoille lisävaa timuksia, joista tärkeimpiä ovat käyttövarmuus ja asennus-syvyys. Kehitys on johtanut yhä pienempiin rakennekokoi-hin, josta johtuen erityisesti pienen Q-arvon saavuttaminen on muodostunut varsin vaikeaksi tehtäväksi. Toisaalta, 35 jos standardi on täytetty, hyvyyskriteereiksi jäävät toimintavarmuus ja katkaisijan koko erityisesti sen asennus-syvyys .30 The practice imposes additional requirements on circuit breakers, the most important of which are operational reliability and installation depth. The development has led to smaller and smaller structural sizes, due to which achieving a particularly low Q value has become quite a difficult task. On the other hand, 35 if the standard is met, the reliability criteria remain the reliability and the size of the circuit breaker, especially its installation depth.

2 656872 65687

Aikaisempia johdonsuojakatkaisijarakenteita on kuvattu esim. seuraavissa patenttijulkaisuissa: SE-354 150, CH-543 173, FI 49 890, US-4 047 134, GB-1 552 180, EP-0008558, DE-291 917, DE-291 977 ja EP-0054499. Useimpien 5 yllä mainittujen patenttien kuvaamat johdonsuojakatkaisi-jat ovat kuitenkin rakenteeltaan varsin monimutkaisia ja siten tilaavieviä ja myös valmistuskustannuksiltaan varsin kalliita. Esillä olevan keksinnön tavoitteena onkin esittää johdonsuojakatkaisija, joka on rakenteeltaan sii-10 nä määrin yksinkertainen ja kompakti, että se mahdollistaa aikaisempaa alhaisemman asennussyvyyden.Previous circuit breaker structures have been described, for example, in the following patents: SE-354,150, CH-543,173, FI 49,890, US-4,047,134, GB-1,552,180, EP-0008558, DE-291,917, DE-291,977 and EP -0054499. However, the circuit breakers described in most of the above 5 patents are quite complex in construction and thus bulky and also quite expensive in manufacturing costs. It is therefore an object of the present invention to provide a circuit breaker which is so simple and compact in construction that it allows a lower installation depth than before.

Tämä on saavutettu keksinnön mukaisella johdonsuoja-katkaisijalla, jolle on tunnusomaista, että kosketin ja pidättäjä on sidottu yhtenevään kiertoliikkeeseen laukai-15 sujousen avulla.This is achieved by a circuit breaker according to the invention, which is characterized in that the contact and the retainer are connected in a congruent rotational movement by means of a trigger spring.

Seuraavassa keksinnön yksityiskohtaisempaa rakennetta kuvataan viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista johdonsuojakat-kaisijaa katkaisijan ollessa suljettuna, 20 kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen katkaisijan avoimessa asennossaan, ja kuvio 3 esittää leikkausta kuvioiden 1 ja 2 rakenteesta kuvion 2 linjaa A-A pitkin.A more detailed structure of the invention will now be described with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a circuit breaker according to the invention with the circuit breaker closed, Figure 2 shows the circuit breaker of Figure 1 in its open position, and Figure 3 shows a section of Figures 1 and 2 along line A-A.

Kuvio 1 esittää keksinnönmukaista johdonsuojakat-25 kaisijaa kiinni-asennossa, jolloin sähkövirta kulkee liittimestä 1 sähkömagneetin 2 käämin, lämmöstä taipuvan, esim. bimetallisen liuskan 3 ja johtimen 4 kautta liikkuvaan koskettimeen 5 sekä edelleen kiinteän koskettimen 6 kautta toiseen liittimeen 7. Tässä tilassa laite toimii 30 seuraavasti:Figure 1 shows a circuit breaker according to the invention in the closed position, in which electric current flows from the terminal 1 through the coil of the electromagnet 2, the heat-flexible, e.g. bimetallic strip 3 and the conductor 4 to the movable contact 5 and further through the fixed contact 6 to the second terminal 7. 30 as follows:

Kun sähkövirran voimakkuus ylittää tietyn, laitteelle ominaisen arvon, taipuu liuska 3 ja kääntää liipaisinta 8 vastapäivään kunnes akselille 9 laakeroitu pidättäjä 10 vapautuu liipaisimen 8 hakasesta H. Tällöin laukaisujousi 35 11 palauttaa sekä liikkuvan koskettimen 5 että pidättäjän 10 auki-asentoon, kuvio 2. Tämä tapahtuu siten, että lau-kaisujousen 11 toinen pää on käännetty kohtisuoraan kulmaan, 3 65687 kuvioissa 1 ja 2 kuvatasoon päin, ja lävistää sekä pidät-täjässä 10 että koskettimessa 5 olevat reijät. Näin taivutettu jousen 11 pää sitoo toisiinsa osien 5 ja 10 kiertoliikkeen yhteisen akselin 9 ympäri. Tämä on keksinnölle 5 olennainen halpa rakenneratkaisu. Tähän liittyy toinenkin oivallus: Kun liikkuvassa koskettimessa olevan reijän halkaisija tehdään suuremmaksi kuin jousilangan 11 halkaisija, niin taivutettu jousenpää irroittaa koskettimet 5 ja 6 toisistaan iskunomaisesti. Täten koskettimien kiinni-10 hitsautumisvaara vähenee.When the electric current exceeds a certain device-specific value, the strip 3 bends and turns the trigger 8 counterclockwise until the retainer 10 mounted on the shaft 9 is released from the hook H of the trigger 8. The release spring 35 11 returns both the movable contact 5 and the retainer 10 to the open position, Fig. takes place so that the other end of the release spring 11 is turned at a perpendicular angle, 3 65687 towards the image plane in Figures 1 and 2, and pierces the holes in both the retainer 10 and the contact 5. The end of the spring 11 thus bent binds the rotation of the parts 5 and 10 about a common axis 9. This is an inexpensive structural solution essential to the invention. There is another insight involved: When the diameter of the hole in the movable contact is made larger than the diameter of the spring wire 11, the bent spring end separates the contacts 5 and 6 from each other in an impact-like manner. Thus, the risk of welding the contacts closed-10 is reduced.

Johdon suojaaminen oikosulkutapauksissa vaatii hyvin nopean katkaisun. Tässä tapauksessa sähkömagneetin 2 ankkuri 12 sekä siihen sidottu vetovarsi 13 liikkuvat oikealle kuviossa 1. Vetovarsi 13 koskettaa liipaisimen 8 15 alapäähän kääntäen haan H auki. Välittömästi tämän jälkeen ankkuri 12 antaa vetovarren 13 välityksellä sen lävistävälle koskettimelle 5 suuren alkukiihtyvyyden.Protecting the cable in the event of a short circuit requires a very quick cut. In this case, the anchor 12 of the electromagnet 2 and the drawbar 13 connected thereto move to the right in Fig. 1. The drawbar 13 contacts the lower end of the trigger 8 15 by turning the hook H open. Immediately thereafter, the anchor 12, via the pull arm 13, imparts a high initial acceleration to the contact 5 penetrating it.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista johdonsuojakat-kaisijaa asennossa auki, ja kuvio 3 leikkausta A-A siitä 20 johdin 4 selvyyden vuoksi poistettuna. Kuvioon 2 on pilk-kuviivoin S1, S2, S3 ja S4 merkitty sähkövalokaaren asemat katkaisuprosessin eri hetkinä. Valokaari S1 syttyy koskettimien 5 ja 6 irtautuessa ja se palaa koskettimen 5 liikeajan. Tämän loppuvaiheessa syttyy valokaari S2 kos-25 kettimen 5 ja vastajohteen 14 välille. Prototyyppikokeil-la on osoitettu, että tähän hetkeen kuluu aikaa enintäin 1 ms eli n. 20 % koko katkaisuprosessin kestoajasta. Viimeistään tällöin alkaa sähkövirta kulkea tietä liitin 1, vastajohde 14, valokaaret S2 ja SI, kiinteä kosketin 6 ja 30 liitin 7. Myös galvaanisen kosketuksen aikaansaaminen koskettimen 5 ja vastajohteen 14 välille on mahdollista, jolloin valokaari S2 palaa vain hyvin lyhyen ajan. Joka ta-tapauksessa suurelle virtarasitukselle herkät osat, magneetti 2 ja lämpöliuska 3 sekä taipuisa johdin 4 erottu-35 vat virtapiiristä jo prosessin alkuhetkillä.Fig. 2 shows the circuit breaker according to the invention in the open position, and Fig. 3 a section A-A 20 with the conductor 4 removed for clarity. In Fig. 2, the positions of the electric arc at different moments of the cutting process are indicated by the exploded lines S1, S2, S3 and S4. The arc S1 lights up when the contacts 5 and 6 come off and lights up for the travel time of the contact 5. At the end of this, the arc S2 between the kos-25 chain 5 and the counter conductor 14 lights up. Prototype experiments have shown that this time takes a maximum of 1 ms, i.e. about 20% of the duration of the entire cutting process. At the latest, the electric current begins to flow through the terminal 1, the counter conductor 14, the arcs S2 and S1, the fixed contact 6 and the terminal 7. It is also possible to make a galvanic contact between the contact 5 and the counter conductor 14, the arc S2 lit only for a very short time. In any case, the components sensitive to high current stress, the magnet 2 and the heat strip 3 as well as the flexible conductor 4 are separated from the circuit already at the beginning of the process.

Ns. magneettipuhalluksen ansiosta valokaaret S1 ja S2 yhtyvät pian valokaareksi S3, joka etenee kahden sivu- 4 65687 levyn 15 rajoittamassa kaarikammiossa vastajohteen 14 ohjaamana sammutuslevyjen 16 väleihin osavalokaariksi S4.Due to the so-called magnetic blowing, the arcs S1 and S2 soon merge into an arc S3, which advances in the arc chamber bounded by the two side plates 65657, guided by a counter conductor 14, between the extinguishing plates 16 into a partial arc S4.

Nämä sammuvat kun piirin kenttäenergia on kulunut loppuun.These go out when the field energy of the circuit is exhausted.

5 Valokaarien S1 ja S2 nopea irtautuminen liikkuvas ta koskettimesta 5 vaatii voimakkaan magneettipuhallus-kentän. Keksinnössä tämä vaatimus on täytetty siten, että kaarikammion sivulevyt ovat osaksi ferromagneettista ainetta 17, joka yhtenä U:n tai kahtena L:n muotoisena ra-10 kenteena ympäröi kiinteän koskettimen 6. Tällöin sähkövirta magnetoi osat 17 aikaansaaden kaarikammioon voimakkaan, valokaarelle poikittaisen kentän. Ferromagneettiset levyt 17 sähköeristetään jollakin lämpöä kestävällä aineella esim. siten, että sivulevyt 15 tehdään koteloiksi, 15 joihin ferromagneettiset levyt työnnetään.5 The rapid detachment of the arcs S1 and S2 from the movable contact 5 requires a strong magnetic blowing field. In the invention, this requirement is met so that the side plates of the arc chamber are part of a ferromagnetic material 17 which, as one U or two L-shaped structures, surrounds a fixed contact 6. The electric current magnetizes the parts 17 to create a strong field transverse to the arc. The ferromagnetic plates 17 are electrically insulated with a heat-resistant material, e.g. so that the side plates 15 are made into housings 15 into which the ferromagnetic plates are inserted.

Keksinnön mukaisen katkaisijan käyttömekanismi selviää kuviosta 2. Kääntämällä käyttövipua 18 vastapäivään siirtyy sen liike taipuvan työjousen 19 välityksellä kään-tövarteen 20, joka on laakeroitu akselille 9. Liipaisin 8 20 on puolestaan laakeroitu kääntövarteen 20, sen toiseen haaraan. Kääntövarren 20 kiertyessä myötäpäivään, se vie liipaisimen 8 mukanaan ja tämä puolestaan kääntää hakasen H tartunnalla pidättäjää 10 akselin 9 ympäri. Lau-kaisujousi 11 kiristyy ja liikkuva kosketin 5 lähenee 25 kosketintä 6. Kun koskettimet yhtyvät, kuvio 1, ei kääntö- varren liike voi jatkua. Seurauksena tästä työjousi 19 taipuu yhä enemmän kaarelle ja osien 18 ja 19 muodostama nurjahdusakseli lukittuu jatkoliikkeen esteeseen, kuviossa 1 magneetin 2 ikeeseen. Nurjahdusakselin toinen varsi 30 19 on joustava sillä jäykkyydellä, että se ylläselostetun liiketehtävänsä lisäksi voittaa laukaisujousen pidättä-jään 10 kohdistaman momentin niin että koskettimien 5 ja 6 välinen tarpeellinen kosketusvoima syntyy.The drive mechanism of the circuit breaker according to the invention is shown in Fig. 2. By turning the operating lever 18 counterclockwise, its movement is transmitted by means of a flexible working spring 19 to the pivot arm 20 mounted on the shaft 9. The trigger 8 20 is in turn mounted on the pivot arm 20. As the pivot arm 20 rotates clockwise, it carries the trigger 8 with it and this in turn pivots the retainer 10 about the axis 9 by gripping the hook H. The release spring 11 is tightened and the movable contact 5 approaches the contact 6. When the contacts converge, Fig. 1, the movement of the pivot arm cannot continue. As a result, the work spring 19 bends more and more in an arc and the buckling shaft formed by the parts 18 and 19 locks into the obstacle of further movement, in Fig. 1 to the yoke of the magnet 2. The second arm 30 19 of the buckling shaft is flexible in such a way that, in addition to its movement function described above, it overcomes the moment exerted by the release spring retainer 10 so that the necessary contact force between the contacts 5 and 6 is generated.

Katkaisun jälkeen käyttövivun 18 kääntöjousi 21 35 palauttaa osat 18, 19, 20 ja 8 kiinni-asennostaan auki-asentoon.After cutting, the pivot spring 21 35 of the operating lever 18 returns the parts 18, 19, 20 and 8 from their closed position to the open position.

Yllä selostettu ja kuvattu suoritusmuoto on vain yksi monista, joihin patenttivaatimukset kohdistuvat.The embodiment described and described above is only one of many to which the claims apply.