NO179960B - Trippeinnretning for en elektrisk bryter - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en trippeinnretning av den art som angitt i innledningen til krav 1.

En trippeinnretning av denne typen, basert på det såkalte suge- eller inntrekkarmaturprinsippet, er brukt blant annet for å aktivere elektrisk brytermekanismen i brytere for beskyttelse av elektrisk energifordelingsinstallasjoner og er i og for seg kjent fra US-patent nr. 4 288 770.

Denne kjente trippeinnretning omfatter et tilnærmet U-formet åk av magnetisk materiale mellom hvis ben i det minste en magnetvikling og permanentmagneten er anordnet inntil hverandre. Den i det minste ene magnetvikling er sylindrisk i form og inne i denne kan en stempeltypearmatur av magnetisk materiale bevege seg. Med dette arrangement befinner en ende av armaturen seg motstående til den permanente magneten mens den andre enden, opplagret av et skille, strekker seg til utsiden ved den åpne enden av åket. Denne utstrekkende enden er utstyrt med et hodeelement, en kompres jonsf jaer som er innpasset mellom nevnte hodeelement og skillet i åket og som påtrykker en kraft på armaturen hvilken kraft er rettet mot utsiden i forhold til åket. Bimetallinnretningene som er inngrep med armaturen reagerer med den omgivende temperatur i huset til bryter i hvilken trippeinnretningen brukes.

I den normale arbeidsposisjonen holdes armaturen i den første posisjonen under innvirkning av permanentmagneten mot kraften til kompresjonsfjæren. Posisjonen til armaturen kan nå påvirkes av magneten som består av i det minste en vikling. For dette formål blir magnetviklingen energisert ved hjelp av en elektronisk krets så snart, for eksempel, strømmen som skal overvåkes har overskredet en forutinnstilt grenseverdi. Magnetfeltet som genereres utøver så en kraft på armaturen som er motstående til kraften fra permanentmagnetfeltet som virker på armaturen, men som virker i samme retningen som kraften som utøves på armaturen av kompresjonsfjæren. Når kraften som påtrykkes armaturen av magnetviklingen og kompresjonsfjæren er større enn kraften til permanentmagneten som virker på armaturen, vil armaturen bli flyttet til den andre posisjon. Denne bevegelse kan anvendes for å aktivere en brytermekanisme.

Dersom omgivelsestemperaturen stiger over en bestemt grenseverdi, for eksempel som følge av en overbelastnings-situasjon, vil armaturen bli forflyttet til den andre posisjonen via bimetallinnretningene. Dette signalerer bare indirekte via omgivelsestemperaturen at overbelastningsstrøm-mer er detektert. I praksis kan avskruing av en bryter i samsvar med standardiserte strøm/tidkurver utføres utilstrek-kelig nøyaktig ved hjelp av denne type indirekte detektering av overbelastningsstrømmer.

US-patent nr. 4 731 692 viser også en trippeinnretning av sugearmaturtypen anordnet for anvendelse i en bryter for å avbryte strømmer over en forutinnstilt grenseverdi, så som for eksempel kortslutningsstrømmer. Så snart som strømmen som skal overvåkes har overskredet den innstilte grenseverdien, vil den i det minste ene magnetviklingen bli energisert på en slik måte at armaturen blir forflyttet til den andre posisjonen under virkningen av det magnetiske feltet generert på denne måten og ved hjelp av fjærinnretningen og mot virkningen av permanentmagnetfeltet, med det resultat at bryteren blir skrudd av.

Når imidlertid strømmen som skal overvåkes flyter gjennom en leder, eksempelvis en strømskinne, som befinner seg i nærheten av trippeinnretningen, kan magnetfeltet generert av denne strømmen bli så kraftig at det motvirker magnetfeltet til permanentmagneten og til og med demper dette sistnevnte feltet i en slik grad at armaturen vil bli forflyttet til den andre posisjonen under virkningen av kompresjonsfjæren til og med før den innstilte grenseverdien er blitt overskredet. For å kunne eliminere denne påvirkningseffekt er det tilføyd en hjelpevikling som kompenserer for det interfererende magnetiske feltet ved å generere et likt like kraftig, men motsatt rettet magnetisk felt hvilket assisterer virkningen til permanentmagneten på armaturen. Energiseringen av denne hjelpeviklingen blir satt ut av drift så snart som magnetviklingen mottar en utkoblingskommando via en elektronisk krets.

For å kunne være i stand til å arbeide på den ønskede måte er trippeinnretningen nødvendigvis utstyrt med en elektrisk krets. Anvendelsen av en elektrisk krets gir imidlertid en økning i totalkostnadene til innretningen og en økning i mulighetene for sammenbrudd.

Som beskrevet ovenfor, er den kjente trippeinnretning primært anordnet for anvendelse i brytere for å avbryte kortslut-ningsstrømmer over en forutinnstilt grenseverdi. For vekslende strømanvendelser er det imidlertid en viktig forutsetning, nemlig at utkobling av den bestemte strømmen fortrinnsvis må initieres i øyeblikket hvorved den forutbestemte grenseverdien blir overskredet, uten hensyn til polariteten til nevnte strøm. Uten ekstra mål, for eksempel i form av en elektronisk krets, har anordningene i samsvar med de nevnte US-patenter en polaritetsavhengig utkoblings-funksjon. Dette betyr at under visse forhold blir utkob-lingen effektuert feilaktig, dvs. når økningen i strømmen over den forutinnstilte grenseverdien finner sted i halvcyk-lusen i hvilken retningen til strømmen er motsatt strømret-ningen for å dempe det magnetiske feltet til permanentmagneten .

I praksis må elektriske energifordelingsinstallasjoner og separat utstyr (så som motorer) ofte beskyttes ikke bare mot overbelastning og/eller kortslutningsstrømmer, men også mot jordfeilstrømmer. Selv om de elektriske installasjonene og utstyret kan beskyttes ved hjelp av separate anordninger mot disse feilsituasjonene, er det et løpende behov, ikke bare med bakgrunn i økonomiske betraktninger, men også ut fra pålitelighetssynspunkt, å kombinere de forskjellige beskyt- telsesfunksjonene i en innretning. Videre er siktemålet å holde størrelsen på disse innretninger så liten som mulig slik at dimensjonene til installasjonsboksene som er i vanlig bruk for sammensetning av disse innretninger kan forbli ubegrenset, eller slik at så mange innretninger som mulig kan innlemmes i en installasjonsboks med forutbestemte dimen-sj oner.

Formålet som oppfinnelsen er basert på er nå i første rekke å tilveiebringe en trippeinnretning av typen spesifisert i innledningen, hvilken innretning kan gjøres mer egnet på en enkel måte for å inneha, etter ønske, enten en av de forannevnte beskyttelsesfunksjoner eller en kombinasjon av to eller flere av disse beskyttelsesfunksjoner, og med hvilken i det minste kortslutningskretsen og overbelastningstrøm-beskyttelsesfunksjonene er uavhengige av polariteten til strømmen som skal overvåkes, uten behov for elektroniske styrekretser. Innretningen må også ha kompakt utforming.

Ovenfornevnte formål tilveiebringes ved hjelp av en trippeinnretning av den innledningsvis nevnte art hvis karak-teristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige kravene.

Som en konsekvens av egnet valg og gjensidig balansering av de elektrotermiske bimetallinnretningene, styrken av permanentmagneten, utformingen av den magnetiske kretsen og styrken til f jaerinnretningene, er trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen spesielt egnet for anvendelse i automatiserte elektriske brytere for å beskytte elektriske energifordelingsinstallasjoner i samsvar med standardiserte strøm/tidkurver.

Bruk av en ytterligere magnetisk krets i en sugetypearmatur-trippeinnretning i samsvar med oppfinnelsen for å påvirke den magnetiske kraften som virker på armaturen, for eksempel under virkningen av strømmen som skal overvåkes som strømmer direkte i den i det minste ene magnetvikling, på en slik måte at nevnte armatur kan forflyttes til dens andre posisjon ved hjelp av fjærinnretningen, gir mulighet for utførelser hvor en magnetisk kraft som virker direkte på armaturen kan genereres ved hjelp av den ytterligere magnetiske krets, eller for utførelsesformer ved hvilke permanentmagnetfeltet, som virker på armaturen, kan påvirkes ved hjelp av den ytterligere magnetiske krets. I teksten som følger er disse utførelser angitt som de respektive "aktive" eller "passive" prinsipper. Kombinasjoner av de to prinsippene er selv-følgelig mulig.

Generelt kan en trippeinnretning basert på det passive prinsippet ha kompakt utforming, men på den annen side er denne mer følsom for ekstern magnetisk påvirkning. En trippeinnretning basert på det aktive prinsippet er mye mindre følsom for eksterne magnetiske påvirkninger, men den vil vanligvis når det gjelder dimensjoner være større.

I en utførelse av trippeinnretningen i samsvar med oppfinnelsen, basert på det aktive prinsippet, omfatter den ytterligere magnetkretsen et ytterligere åk av magnetisk materiale som inneholder nevnte endeseksjon av armaturen, og hvor enden av nevnte endeseksjon går inn i et hodeelement som har en høyere magnetisk motstand enn armaturen, hvilket hodeelement strekker seg fra en overflate til det ytterligere åk mot utsiden, og nevnte ende befinner seg, i den første posisjonen til armaturen i en avstand fra overflaten til det ytterligere åk gjennom hvilket hodeelementet strekker seg, og den i det minste ene magnetvikling er anordnet rundt endeseksjonen til armaturen.

I den første posisjonen til armaturen danner endeseksjonen og hodeelementet, sammen med det ytterligere åket en ytterligere magnetisk krets som har en høyere magnetisk motstand enn magnetkretsen som permanentmagneten danner en del av. Dette betyr at i nevnte endeseksjon til armaturen er det ikke noe, eller neglisjerbart lite, magnetisk felt med utspring fra permanentmagneten. Under virkningen av en elektrisk strøm som flyter gjennom den i det minste ene magnetvikling blir imidletid et magnetfelt generert i den ytterligere magnetiske kretsen, hvilket magnetfelt forsøker å danne en lukket bane via det ytterligere åket og endeseksjonen til armaturen. Uten hensyn til polariteten til dette magnetfeltet blir en kraft i retningen til overflaten til det ytterligere åket gjennom hvilken hodeelementet strekker seg til utsiden følgelig utøvd på endeseksjonen til armaturen. Dersom denne magnetkraften er større enn magnetkraften med utspring i permanentmagneten og som virker på armaturen, blir en resultantkraft som virker på armaturen generert, og som følge av denne blir nevnte armatur forflyttet, også under innvirkning av fjærinnretningen til dens andre posisjon.

I henhold til en ytterligere utførelse av oppfinnelsen oppnås en geometrisk kompakt konstruksjon ved at de to åkene er kombinert i en enkelt strukturelt enhet hvor hvert åk har et åpent eller lukket eller tilsynelatende lukket U-formet tverrsnitt. Egnede kombinasjoner er bl.a. disse hvorved de to åkene som en helhet har et hovedsakelig U-, S-, E-, 8-eller 9-formet tverrsnitt, idet to nabooverflater av åkene er utstyrt med en gjennomløpende åpning for armaturen.

Selv om konstruksjoner av denne typen således kan være fremstilt av to separate åk, er i en ytterligere utførelse av oppfinnelsen de to åkene integrert for å danne en enkel enhet. Ved å forme de to åkene som en enkel helhet unngås et antall konstruksjonsproblemer med hensyn til fastgjøringen av separate åk, innretningen av gjennomløpsåpningene for armaturen og forhindringen av uønskede luftgap mellom kontaktoverflåtene og åkene.

For også å besørge at bimetallinnretningen griper inn med hodeelementet til armaturen i disse utførelsene av anordningen i henhold til oppfinnelsen, hvilken bimetallinnretning for eksempel kan være av den direkte oppvarmede typen hvor strømmen som skal beskyttes, eller en verdi avledet av denne, flyter direkte gjennom selve bimetallet, er det fordelaktig å fremstille hodeelementet av plast. Både god elektrisk isolasjon og den tilsiktede høyere magnetiske motstand til den andre magnetiske kretsen oppnås ved denne innretning.

De termiske karakteristikker til trippeinnretningen kan blant annet varieres ved å variere avstanden mellom hodeelementet og bimetall innretningen som er i inngrep med dette. I en utførelse av oppfinnelsen som er egnet for dette formål er hodeelementet og armaturen fastgjort slik at de delvis passer inn i hverandre. En konstruksjon av denne typen gir fleksible justeringsmuligheter. Med hensyn til monteringsteknologi er splint/hull og skrueforbindelser fordelaktige.

En god styring og oppiagring av nevnte endeseksjon til armaturen og hodeelementet oppnås i nok en ytterligere utførelse av den foreliggende oppfinnelse ved at en hylse av magnetisk ikke-ledende materiale er innpasset rundt nevnte endeseksjon til armaturen og delen av hodeelementet inneholdt i det ytterligere åk, idet endene til nevnte hylse strekker seg inn i gjennomløpsåpninger til det ytterligere åket til armaturen og nevnte i det minste ene magnetvikling er anordnet rundt nevnte hylse.

I en utførelse av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen, som er basert på nevnte passive prinsipp for å bevege armaturen til den andre posisjonen, omfatter den ytterligere magnetiske kretsen i det minste et par gjensidig magnetisk adskilte grener av magnetisk ledende materiale, hvilken ytterligere magnetkrets er koblet magnetisk i serie med den ene magnetkretsen og hvor i det minste et par grener er omgitt av den i det minste ene magnetvikling på en slik måte at grenene blir gjensidig motsatt magnetisert av en elektrisk strøm som flyter under drift i den i det minste ene magnetviklingen, slik at det resulterende magnetfeltet som virker på armaturen blir mindre enn magnetfeltet til permanentmagneten som virker på denne, for å kunne bevege armaturen til den andre posisjonen.

Funksjonen til denne innretningen kan forstås av det følgende. Anta at armaturen inntar sin første posisjon under virkningen av magnetfeltet fra permanentmagneten og mot virkningen til fjærinnretningen. For å kunne bringe armaturen til dens andre posisjon ved hjelp av fjærinnretningen, må magnetfeltet i den totale magnetkretsen være riktig dempet. Permanentmagneten er valgt slik at de magnetisk adskilte grenene til den andre magnetkretsen er f ormagnetisert nær til, eller i noen grad inn i, deres metningssområdet. Anta at grenene har identiske magnetiske karakteristikker og er identisk viklet, så vil feltforsterk-ningen forårsaket av den elektriske strømmen i den i det minste ene magnetvikling i en gren, som en konsekvens av den kjente ikke lineære magnetiseringskarakteristikk til magnetisk materiale ved overgangen til metningsområdet, være mindre i størrelse enn feltet som er dempet samtidig i den andre grenen. Følgelig vil der totalt være en netto feltdemping av det magnetiske feltet i den ytterligere magnetiske kretsen uavhengig av polariteten til den elektriske strømmen i det gitte tidspunkt. Siden de to magnetiske kretsene er koblet magnetisk i serie, er resultatet en ønsket polaritetsuavhengig dempning av magnetfeltet i den ene magnetkretsen.

Len europeiske patentsøknad nr. 0 073 002 viser en trippeinnretning for en elektrisk bryter av den såkalte hengslede armaturtypen, med hvilken innretning det passive prinsippet også anvendes for å kunne bevege den hengslede armaturen ved hjelp av elektromagnetiske innretninger uavhengig av polariteten. Med hensyn til utforming og kjennetegn skiller den hengslede flapp armaturkonstruksjonen seg i stor grad fra sugearmaturkonstruksjonen i samsvar med oppfinnelsen. Kombinasjon av flere beskyttelsesfunksjoner, hvilket er hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse, krever vesentlige modifikasjoner i konstruksjonen av trippeinnretninger av den hengslede .armaturtypen. Dette på grunn av den roterende bevegelse til armaturen hvilket forhindrer en direkte påvirkning på armaturen ved hjelp av for eksempel en eller flere magnetviklinger som i trippeinnretninger av sugearmaturtypen. Den hengslede armaturkonstruksjonen gir derfor fagkyndige på området intet grunnlag for å oppnå formålet hvorpå den foreliggende oppfinnelse er basert.

I en fordelaktig ytterligere utførelse av oppfinnelsen, som er enkelt når det gjelder monteringsteknologi, av trippeinnretningen, basert på det passive prinsippet, er den ytterligere magnetiske kretsen tilformet av i det minste en åpning utført i åket, idet delene av åket som slutter inntil denne "i det minste ene åpning danner det i det minste ene par av gjensidige magnetisk separate grener.

I stedet for å innpasse de gjensidig magnetisk separate grenene i selve åket kan dette også utføres med en økning i frihetsgraden ved dimensjoneringen av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen ved å tilforme i det minste et par av gjensidig magnetisk separate grener til den ytterligere magnetiske kretsen i det minste et legeme av magnetisk materiale posisjonert i den langsgående retningen til armaturen. Det magnetiske materialet til dette legemet kan for eksempel ha en forskjellig sammensetning og forskjellige karakteristika enn materialet i åket og/eller armaturen.

I en utførelse av oppfinnelsen som er basert på det ovenstående og som fungerer meget god i praksis, er det i det minste ene legemet hovedsakelig stangformet og har i det minste en åpning som strekker seg i radial retning, slik at delene av det i det minste ene legemet som slutter inntil den i det minste ene åpning, sett i den langsgående retningene, danner det i det minste ene par av gjensidig magnetisk separate grener.

Det er blitt fastslått at dersom styrken til permanentmagneten og dimensjonen til de gjensidig magnetisk separate grenene er valgt på passende måte, kan en i det minste ene magnetvikling som består av en enkelt vinding eller turn være tilstrekkelig. Dersom dimensjoneringen er passende, kan en i det minste ene magnetvikl ing som består av en eller noen få vindinger også være tilstrekkelig i utførelsene av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen som er basert på det aktive prinsippet. Den i det minste ene magnetvikling kan følgelig være innlemmet direkte i kretsen som skal beskyttes og kan være fremstilt med en ledningstykkelse slik at det ikke er noen risiko for utillatelig varmeutvikling eller kraftvirkning som en konsekvens av en kortslutningsstrøm som oppstår i den (veksel )strømkretsen som skal beskyttes. En ytterligere fordel ligger i det faktum at med en magnetvikling som består av en eller noen vindinger, så lian de kompakte dimensjoner til trippeinnretningen også oppretthol-des når det brukes flere magnetvindinger for beskyttelsen av flerfasevekselstrømkretser. Selvfølgelig kan et egnet mål eller en representant for strømmen eller strømmene som skal overvåkes mates til den i det minste ene magnetvikling ved anvendelse av for eksempel en eller flere strømtransfor-matorer.

Som allerede indikert ovenfor, er det også i praksis behov for brytere som kan legge elektriske installasjoner frakoblet som reaksjon på tilstedeværelsen av feilstrømmer mot jord. Generelt blir feilstrømmer mot jord detektert ved hjelp av en ringkjernetransformator og det detekterte signalet blir brukt, etter behandling dersom det er nødvendig, til å aktivere en elektrisk bryter.

For å aktivere en elektrisk bryter under påvirkning av et slikt polaritetsuavhengig deteksjonssignal eller et signal avledet av dette, er en utførelse av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen utstyrt med en ytterligere magnet vikling, anordnet rundt armaturen og innenfor det ene åket for å dempe elektromagnetisk magnetfeltet til permanentmagneten i den ene magnetkretsen med en ytterligere elektrisk strøm for å kunne forflytte armaturen til den andre posi-s j onen.

Siden denne ytterligere magnetviklingen er alt som er anordnet rundt delen av armaturen til den ene magnetkretsen i denne trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen, er det mulig uten å øke de geometriske dimensjonene til trippeinnretningen å utstyre denne ytterligere magnetvikling med et antall vindinger slik at hare en relativt liten elektrisk strøm er nødvendig for å generere et magnetfelt av den ønskede styrken. Dette hr fordelen at elektroniske komponenter av små (elektriske) dimensjoner kan anvendes i behandlingskretsen for å gjøre deteksjonssignalet polari-tet suavhengig.

Som allerede beskrevet ovenfor, er trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen utstyrt med bimetallinnretning for elektrotermisk aktivering av armaturen. I en fordelaktig utførelse av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen omfatter bimetallinnretnigen i det minste et langstrakt elektrotermisk bimetallelement hvis ene ende er fastgjort til åket og den andre er i stand til å inngripe på en fritt bevegbar måte på den utover strekkende endedelen av armaturen eller på hodeelementet for å forflytte armaturen til den andre posisjonen under drift.

Den langstrakte konstruksjonen til bimetallelementet har et antall fordeler. Spesielt er det funnet at dess større lengde bimetallelement dess mindre mengde elektrisk energi er det behov for å besørge den nødvendige forskyvning av nevnte element for å forflytte eller bevege armaturen. Med andre ord kan trippeinnretningen aktiveres av relativt små overbelastningsstrømmer. Etter at en overbelastnigsstrøm er fjernet, for eksempel ved å koble den ut, vil et langstrakt bimetallelement nedkjøles tilstrekkelig hurtig og anta sin opprinnelige posisjon slik at trippeinnretningen kan tilbakestilles, for eksempel manuelt. I tilfellet som betraktes signaleres dette at armaturen har vendt tilbake til sin første posisjon.

I en ytterligere utførelse av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen, som er basert på det ovenforstående, kan det i det minste ene langstrakte bimetallelement være anordnet på en slik måte at dets langsgående akse danner en spiss vinkel med den langsgående aksen til den langstrakte armaturen. Som en følge av dette hellende arrangement kan relativt lange bimetallelementer anvendes med de fordeler som er nevnt foran. Andre praktiske arrangementer med relativt lange bimetallelementer som kan anvendes, er indikert i beskrivelsen av utførelseseksemplene.

Bimetall innretningen kan enten være av den direkte oppvarmede typen eller av den indirekte oppvarmede typen. Den indirekte oppvarmede typen har fordelen at, når trippeinnretningen blir brukt for eksempel i et flerfasevekselstrømssystem, kan bimetallelementene være utstyrt med et antall oppvarmingsele-menter lik antallet faser.

Elektriske energifordelingsinstallasjoner omfatter vanligvis en forsyningsledning som flere såkalte fordelingsledninger er koblet til. Installasjonen som en helhet er beskyttet av en såkalt hovedsikring, innlemmet i forsyningsledningen, og en forgreningssikring, innlemmet i hver forgreningsledning. Dersom det er nødvendig, kan de separate forgrenings- eller fordelingsledningene igjen være ytterligere oppdelt i undergrupper, med tilordnede undergruppesikringer. Siden det i tilfellet en feilsituasjon bare er den sikringen som er nærmest før feilstedet som må utløses, er blant annet en standardisert rekke nominelle strømstyrker som skal beskyttes oppstilt for å være i stand til å effekturere den ønskede utkoblingsselektiviteten.

Både utførelsene av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen som er basert på det aktive prinsippet og de som er basert på det passive prinsippet er i samsvar med en ytterligere utførelse av oppfinnelsen utført egnet justerbare for å reagere på forskjellige nominelle strømstyrker ved å posisjonere en shunt av magnetisk materiale mellom armaturen og permanentmagneten for å kunne påvirke magnetfeltet i den ene magnetkretsen.

Ved egnet innstilling av en magnetisk shunt av denne typen kan trippeinnretningen ikke bare bli justert for å arbeide ved forskjellige strømstyrker, men det er også mulig på enkel måte å kompenserer for avvik som en konsekvens av fremstil-lingstoleranser. I en relativt enkel utførelse er shunten en bevegbart anordnet plate.

Trippeinnretningen kan selvfølgelig også justeres til forskjellige strømstyrker ved å øke eller redusere antallet vindinger til den magnetiske viklingen. I tilfellet med trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen basert på det aktive prinsippet er det også en ekstra mulighet for å justere via økning eller redusering av avstanden mellom armaturen og overflaten til det ytterligere åket som befinner seg på siden av hodeelementet til nevnte armatur.

Trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen tilveiebringer således en innretning hvorved de nevnte tre beskyttelsesfunksjoner kan kombineres på en strukturert enkel og kompakt måte samtidig som en har frihet til å innlemme bare en eller flere funksjoner og å velge mellom nevnte aktive og/eller passive prinsipp.

Forskjellige nasjonale og internasjonale standarder inneholder omfattende retningslinjer for sikkerhetsbryter i elektriske installasjoner. Spesielt er verdiene til strømstyrken og den tilordnede utkoblingsperiode fast innenfor spesifiserte grenser. En ytterligere fordel med trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen er at med denne innretningen kan sikkerhetsbrytere for elektriske installasjoner blant annet være utstyrt slik at de tilfredsstiller den europeiske standard CEE 19 "Specification for miniature power switches" (automatiserte brytere). De reviderte kravene med hensyn til utkoblingskarakteristika til sikkerhetsbrytere slik det er angitt i bestemmelsene IEC 898 til den Internasjonale Elektrotekniske Kommisjon (International Electrotechnical Commission) kan også tilfredsstilles uten problemer med trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen.

Oppfinnelsen relaterer seg følgelig videre til en elektrisk bryter som har et hus utstyrt med i det minste et par kontakter, et fjærsystem og aktiveringsinnretnig for å bringe det i det minste ene par av kontakter til den ene eller den andre posisjonen under påvirkningen av virkningen til fjærsystemet, hvilken aktiver ingsinnretning omfatter en trippeinnretning i samsvar med oppfinnelsen.

Oppfinnelsen er beskrevet mer detaljert i det etterfølgende med henvisning til foretrukne utførelser av trippeinnretningen vist på tegningene, og ytterligere fordeler og utførelser av innretningen er også antydet. Komponenter som har tilsvarende funksjon og den samme formen er angitt med de samme henvisningstall.

Fig. 1 viser skjematisk en konvensjonell enkeltfase elektrisk energifordelingsinstallasjon med fire utgående grupper eller kurser;

fig. 2 viser en opptegning i logaritmisk skala over forskjellige strøm/tidkurver for automatiserte brytere for elektriske energifordelingsinstalla-sj oner;

fig. 3a og 3b viser skjematisk forskjellige riss av en utførelse av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen som er basert på det aktive prinsippet;

fig. 4a-c viser skjematisk forskjellige riss av en foretruk-ket utførelse av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen som er basert på det passive prinsippet;

fig. 5 viser skjematisk i perspektiv og forstørret målestokk en detalj av utførelsen i henhold til fig. 4 med en montert magnetvikling;

fig. 6 viser en opptegning av en hysteresesløyfe for

magnetisk materiale, og

fig. 7 viser skjematisk i perspektiv et separat legeme med

to magnetisk separate grener.

Fig. 1 viser et skjema over en konvensjonell, enkeltfase elelektrisk energifordelingsinstallasjon, eksempelvis en husinstallasjon. Ved bryter og fordelingsinnretningen, som befinner seg i en installasjonsboks eller et skap 1, blir elektrisk energi matet fra et kabelinnløp 2, via en sikring 3 og en forbruksmåler 4 til en fordelingsskinne 5.

En automatisert hovedbryter 6 er innlemmet mellom fordel ingsskinnen 5 og forbruksmåleren 4. I dette eksempelet er fordelingsskinnen 5 delt i fire utgående kurser 7,8, 9 og 10 som de elektriske belastningene er koblet til. En automatbryter 11, 12, 13 og 14 er uttagbart innlemmet mellom fordelingsskinnen 5 og hver av de respektive utgående kursene 7, 8, 9 og 10 for å beskytte de utgående kursene mot utillatelig overbelastning og kortslutningsstrømmer. Automatbryterene 11, 12 og 13 er ytterligere utstyrt med en respektiv detekteringsinnretning 15, 16 og 17 for jordfeil-strømmer.

I praksis består automatbrytere vanligvis av et eller flere par kontakter, et fjærsystem koblet til disse og aktiverings-innretninger for å bringe paret av kontakter til den lukkede eller åpnede posisjon under påvirkning av virkningen til fjærsystemet. Aktiveringsinnretningene kan vanligvis aktiveres av elektromagnetiske innretninger, termiske innretninger og manuelt. Ringkjernetransformatorer blir vanligvis brukt for å detektere jordfeilstrømmer, idet ledning og returledninger til den elektriske installasjonen hver danner en primærvinding. En forskjell mellom fremfør-ings- og returstrømmene genererer en spenning i en sekundær-vikling til ringkjernetransformatoren og denne spenning mater et utkoblingssignal til aktiveringsinnretningene til automatbryteren.

Når en feil som nødvendiggjør utkobling av energiforsyningen opptrer på en utgående kurs i den elektriske installasjonen, er det selvfølgelig ønskelig at bare denne automatbryter som, sett fra energiforsyningssiden, er nærmest foran feilstedet blir aktivert. For å oppnå en slik utkoblingsselektivitet må sikringer som er koblet i serie være gjensidig avstemt i forhold til hverandre når det gjelder deres brytekarakteri-stika. I noen elektriske installasjoner kan det for eksempel opptre slike høye kortslutningsstrømmer at kontaktene i en automatbryter sammensmeltes før utkoblingsmekan-ismen reagerer. For å forhindre dette er sikringen 3 vanligvis innlemmet på energiforsyningssiden til den elektriske installasjonen.

Som en konsekvens av overbelastningsstrømmer kan det opptre en slik utvikling av varme i de elektriske lederene og bryterinnretningene til en elektrisk installasjon at det for eksempel kan oppstå brann. Dette skyldes i avhengighet av varmekapasiteten til de elektriske lederene varmeoverføringen fra lederene til omgivelsene og kappe- eller manteloverflaten til lederene hvor den elektriske strømmen som flyter vil forårsake en viss stigning i temperaturen. Under en spesifikk strømstyrke, som er kalt den nominelle strømstyr-ken, vil utillatelig oppvarming av omgivelsene ikke finne sted. Overbelastningsstrømmer, det vil si strømmer med styrke over den nominelle strømstyrken, er imidlertid i stand til etter noen tidsforløp å forårsake en utillatelig oppvarming av de elektriske lederene og deres omgivelser. Det vil være åpenbart at dess høyere overbelastningsstrømmene er, dess mer hurtig oppnås en spesifikk temperaturstigning. Kortslutningsstrømmer er vanligvis alltid utillatelige og må utkobles så hurtig som mulig.

Fig. 2 viser en opptegning av strøm/tidkurver, som også er benevnt utkoblingskurver, for automatbrytere av L- og U-typen i samsvar med europeisk standard CEE19. I disse kurvene er strømstyrken I opptegnet langs den horisontale aksen og tiden t som denne strømmen er tillatelig for opptegnet langs den vertikale aksen. CEE standard 19 angir en første strømgrense A hvorved automatbryteren ikke må reagere innenfor en time, hvilken første strømgrense også er benevnt ikke-trippestrøm-men ln-j., og en andre strømgrense B hvorved automatbryteren må reagere innenfor en time, og denne andre strømgrensen er også benevnt trippestrømmen I-f Denne CEE standard spesifiserer således et bånd innenfor hvilket automatbryteren må trippe.

Det buede partiet til opptegningene er området i hvilket utkobling finner sted som en følge av overbelastningsstrømmer (termisk utkoblingsområde). Den nedover hellende høyre delen av kurven er området i hvilket utkobling finner sted som en følge av kortslutnignsstrømmer (magnetisk utkoblingsområde). Automatbryter av L-typen er optimalt tilpasset stigningen i temperatur til de elektriske ledningene. Automatbryterene av U-typen blir vanligvis brukt til utstyrbeskyttelse.

Det er åpenbart av det ovenstående at aktiveringsinnretningen for en elektrisk bryter for beskyttelse av elektriske energifordelingsinstallasjoner må være i stand til å reagere, på en måte som kan eller ikke kan være forutbestemt, på tre typer feilsituasjoner, hvilket vil si: a. relativt lave overbelastnigsstrømmer;

b. relativt høye overbelastningsstrømmer og kortslutnings-strømmer;

c. feilstrømmer til jord (jordfeilstrømmer).

I praksis blir feilsituasjonene indikert under a. og b. ofte allerede overvåket ved hjelp av en enkelt kombinert anord-ning, mens funksjonen nevnt under c. er valgfri i dette tilfellet. Det oppstår imidlertid også situasjoner hvor bare en eller to av de nevnte feilsituasjoner må overvåkes. Fig. 3a og 3b viser skjematisk forskjellige riss av en utførelse av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen for aktivering av brytermekanismen til bryteren som er under påvirkning av en eller flere av de ovenfor nevnte feilsitua-sj oner. Fig. 3a er et sideriss, delvis i tverrsnitt, av en utførelse av trippeinnretningen basert på det aktive prinsippet, og som har et omtrent S-formet åk 18 av magnetisk materiale, så som bløtt jern, stål eller lignende, med ben 19, 20 og 21 som er parallelle med hverandre. En permanentmagnet 22., for eksempel av ferroxdur, er anordnet mellom de to benene 20 og 21. Nord- og sydpolen til magneten 22 er angitt med hhv. N og S. En stangformet armatur 23 av magnetisk materiale, så som for eksempel bløtt jern eller stål, er anordnet slik at den er bevegbart opplagret i forlengelsen av den magnetiske aksen til permanentmagneten 22. Nabobenene 19 og 20 er utstyrt med en gjennomløpsåpning slik at armaturen 23 kan forflyttes gjennom denne.

Armaturen 23 og permanentmagneten 22 er holdt mellom benene 20 og 21 til åket 18 av et opplagrelegeme 24 som er tilpasset deres respektive former. Opplagrelegemet 24 kan fortrinnsvis være laget av plast, og benene til åket være delvis omhyllet slik at opplagrelegemet 24 antar en fast posisjon i forhold til åket 18. For klarhetens skyld er delen av opplagrelegemet 24 mellom benene til åket vist i snitt.

Det sylindriske hodeelementet 25 er fastgjort ved enden av armaturen 23 som vender bort fra permanentmagneten 22 og dette hodeelementet 25 har en stopper 26 og en kompre-sjonsfjær 27 innpasset mellom nevnte stopper 26 og den utover vendende side av benet 19. For klarhetens skyld er kompresjonsfjæren 27 likeledes vist i snitt. Ved enden som ligger fjernt fra stopperen 26 er hodeelementet utstyrt med en splintformet forlengelse 28 som passer inn i en boring 29 i den langsgående retningen til armaturen 23. De forskjellige detaljene er vist med brutte linjer på figuren. Hodeelementet 25 er fastgjort til armaturen 23 via den splintformede enden 28 i boringen 29. Hodeelementet 25 må være laget av et materiale, for eksempel av plast, som har en høyere magnetisk motstand enn armaturen 23.

Det er selvsagt at for å fastgjøre hodeelementet 25 til armaturen 23 er det også mulig i stedet for å utføre en boring i armaturen 23 å lage en boring i hodeelementet 25 inn i hvilken en splint eller pinneformet ende tilformet på armaturen 23 så innpasses. Andre fastgjøringsmetoder, så som for eksempel liming eller anvendelse av en skrue/gjengefor-bindelse kan også anvendes.

En magnetvikling 30 er anordnet rundt armaturen 23 mellom benene 19 og 20 til åket 18. For klarhetens skyld er denne magnetviklingen '30 likeledes vist i snitt og videre er ikke koblingsendene til denne vist. Dersom det er nødvendig kan hylse 53 av ikke-magnetisk materiale eller et materiale som har en lav magnetisk permeabilitet tilpasses rundt armaturen 23 mellom benene 19 og 20, som antydet med de strekprikkede linjer på figuren. Magnetviklingen 30 er så anordnet rundt denne hylse 53. Ved å tillate endene til hylsen 53 å strekke seg inn i de respektive gjennomløpsåpninger i benene 19 og 20 til åket 18 oppnås en god styring og opplagring av armaturen 23 og hodeelementet 25.

I tillegg er en shuntplate 31 av magnetisk materiale som kan forflyttes parallelt med benet 21 innpasset mellom permanentmagneten 22 og den enden av armaturen 23 som er motstående til nevnte magnet. Shuntplaten 31 kan forflyttes i retningen mot og bort fra basissiden 32 til åket, hvilket forbinder benene 20 og 21 til dette.

Permanentmagneten 22, shuntplaten 31, delen av armaturen 23 som befinner seg mellom benene 20 og 21, så vel som selve benene 20 og 21, og basissiden 32 til åket danner en første magnetisk krets. Benene 19 og 20 og delen av armaturen 23 som er omgitt av magnetviklingen 30 danner en andre magnetisk krets.

I tillegg er en ende av et L-formet bimetallelement 33 festet til basissiden 32, idet den andre frie enden til nevnte bimetallelement befinner seg mellom benet 19 til åket 18 og stopperen 26 til hodeelementet 25 til armaturen 23.

Fig. 3b viser topprisset av utførelsen av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen som er vist i sideriss på fig. 3a. På denne figuren kan det tydelig sees at den langstrakte delen av bimetallelementet 33 danner en spiss vinkel a med den langsgående aksen til den langstrakte armaturen 23. Som allerede nevnt, gir den hellende anordningen av bimetallelementet 33 mulighet for å bruke lengere elementer enn det som vil være tilfellet dersom bimetallelementet skulle anordnes på linje med armaturen. Dess lenger bimetallelementet er, dess mindre vil energiforsyningen som kan være tilstrekkelig til å tilveiebringe en ønsket defleksjon være, hvilket tilkjennegir en økning i sensiviteten ovenfor overbelastningsstrømmer samtidig vil kjøleoverflaten til bimetallelementet være større, og som et resultat av dette vil elementet returnere mer hurtig til dets opprinnelige posisjon, som vist på fig. 3, etter en defleksjon. Følgelig kan bryteren som har vært utkoblet av trippeinnretningen bli koblet inn igjen mer hurtig etter en termisk overbelastnings-situasjon.

Det er selvfølgelig også mulig med andre arrangementer enn de som er vist for å gjøre det mulig å anvende lengere bimetallelementer. Således kan bimetallelementet 33 også være festet, forskjøvet sideveis i forhold til den langsgående aksen til armaturen 23 til basissiden 32 til åket. Ved et slikt eksentrisk arrangement kan delen av bimetallelementet 33 som er bøyd i retningen til armaturen 23 være lenger enn når bimetallelementet befinner seg parallelt med senterlinjen til armaturen 23. Det er også mulig å feste bimetallelementet 33 til basissiden 32 til åket på den ene siden som ligger inntil den langsgående aksen til armaturen 23 og tillate enden av bimetallelementet 33 ved den andre siden av den langsgående aksen til armaturen 23 å gripe inn med stopperen 26 til hodeelementet 25.

Det viste bimetallelementet 33 er av den såkalte indirekte oppvarmede typen, idet elementet er utstyrt med et separat varmeelement i form av en varmevikling 54 av motstandstråd som er vist i tverrsnitt og som er innlemmet i kretsen som ska beskyttes eller som blir forsynt med en ytterligere strøm som er proporsjonal med strømmen som skal beskyttes. For flerfaseanvendelser kan flere bimetallelementer eller et bimetallelement med flere varmeelementer anvendes. I stedet for indirekte oppvarmede bimetallelementer er det selvfølge-lig også mulig å anvende såkalte direkte oppvarmede bimetallelementer i hvilke tilfelle bimetallelementet i nærheten av dets ender er utstyrt med fleksible elektrisk ledende forbindelsesledninger (ikke vist).

På fig. 3a er trippeinnretningen vist i sin første posisjon hvor armaturen 23 ligger mot shuntplaten 31 under påvirkningen av magnetkraften til permanentmagneten 22 via den første magnetiske kretsen. Som det tydelig kan sees av fig. 3a, befinner den andre enden til armaturen 23 seg i en avstand fra overflaten til benet 19 som vender mot benet 20. Som en konsekvens av den relativt høye magnetiske motstanden som hodeelementet 25 danner, vil det være tilsynelatende ikke noe magnetfelt fra permanentmagneten 22 i den andre magnetiske kretsen.

En elektrisk strøm som flyter gjennom magnetviklingen 30 vil generere et magnetisk felt i den andre magnetiske kretsen og dette feltet vil ha en tendens til å sluttes via delen av armaturen 23 med boringen 29 og benene 19 og 20. Uten hensyn til polariteten til magnetfeltet vil en magnetkraft bli utøvd på armaturen 23 i retningen mot benet for magnetisk å slutte den andre magnetiske kretsen. Dersom strømmen i magnetviklingen 30 stiger over en forutbestemt terskelverdi., ved hvilken nevnte kraft som virker på armaturen er større enn kraften som utøves på denne av permanentmagneten i den første magnetkretsen, vil armaturen 23 bli trukket bort fra shuntplaten 31 og den vil bli ytterligere forflyttet under virkningen av kompresjonsfjæren 27 til dens andre posisjon og hodeelementet 25 vil da strekke seg ytterligere lenger fram til utsiden enn det som er vist på fig. 3. I dette tilfellet er bevegelsen til armaturen 23, som ønsket, uavhengig av retningen til strømmen gjennom magnetviklingen 30 og den er følgelig egnet for å aktiveres direkte av en vekselstrøm.

I tilfellet med flerfasesystemer kan selvfølgelig flere magnetviklinger 30 være anordnet mellom benene 19 og 20 til åket 18. Terskelverdien, over hvilken armaturen 23 blir forflyttet via magnetfeltet i den andre magnetkretsen er avhengig av blant annet styrken til kompresjonsfjæren 27, styrken til permanentmagneten 22, det magnetiske materialet som anvendes i åket 18 og armaturen 23 og den magnetiske motstanden i den andre magnetkretsen.

Denne magnetiske motstand er bestemt av materialet som hodeelementet 25 er laget av og avstanden mellom den innover vendende siden av benet 19 og enden av armaturen 23 som er motstående til denne. Dersom hodeelementet 25 og armaturen 23 er koblet til hverandre med for eksempel en skruegjenge, er det enkelt å variere avstanden mellom benet 19 og den motsatte enden til armaturen 23 og således den magnetiske motstanden til den andre magnetiske kretsen og følgelig terskelverdien.

En relativt enkel endring av denne terskelverdien kan utføres ved anvendelse av shuntplaten 31 som magnetfeltet i den første magnetiske kretsen kan påvirkes med. Dersom shuntplaten 31 blir forflyttet ytterligere i retningen mot basissiden 32 til åket 18, minsker tiltrekningskraften som utøves på armaturen 23 og trippeinnretningen vil følgelig oppvise endrede eksitasjonskarakteristika. Med hjelpen av shuntplaten 31 kan toleranseavvik kompenseres for på en enkel måte, eller trippeinnretningen kan justeres til å reagere på en spesifisert nominell strømstyrke, for eksempel for å oppnå selektiviteten, -nevnt innledningsvis, mellom de suksessive automatbryterene i en krets.

Som allerede nevnt ovenfor, kan innstillingen av den nominelle strømstyrken likeledes finne sted ved å variere antalle vindinger på magnetviklingen 30 og/eller avstanden mellom benet 19 og den motsatte enden av armaturen23.

Magnetkraften som virker på armaturen 23 i den første magnetkretsen kan videre også justeres ved å tilpasse tverrsnittet til delen av armaturen 23 som befinner seg i den første magnetiske kretsen. På fig. 3a har enden til armaturen 23 som er nær shuntplaten redusert tverrsnitt med den følge at i den første posisjonen er armaturen magnetisk virtuelt mettet i denne lokalisering under virkningen av permanentmagneten. Den såkalte "klebing" av armaturen kan bli forhindret ved egnet avrunding (ikke vist) av enden som befinner seg motstående til shuntplaten 31 eller ved å gi shuntplaten 31 et uensartet tverrsnitt.

For også å kunne forflytte armaturen 23 under virkningen av en detektert jordfeilstrøm kan en ytterligere magnetvikling være anordnet rundt armaturen mellom benene 20 og 21 til åket 18. På fig. 3 er en ytterligere magnetvikling 34 for dette formålet indikert skjematisk med brutte linjer. Som allerede nevnt innledningsvis, blir en uønsket forskjell mellom fasestrømmen og nullstrømmen vanligvis detektert av en ringkjernetransformator og det detekterte signalet blir gjort tilgjengelig, for eksempel i form av en likestrøm. Denne likestrøm blir så matet til den ytterligere magnetvikling 34 på en slik måte at magnetfeltet tilveiebragt av permanentmagneten 22 i den første magnetiske kretsen blir svekket og armaturen 23 kan følgelig forflyttes under virkningen av kompresjonsfjæren 27.

Overbelastningsstrømmer som kan tillates i noen tid uten risiko for overoppvarming av den elektriske installasjonen blir detektert under påvirkningen av virkningen til bimetallelementet 33. Dette bimetallelementet 33 er anordnet slik at ved oppvarming vil den frie enden bøye seg i retningen mot stopperen 26 til hodeelementet 25 til armaturen. På denne måten vil den første magnetiske kretsen bli brutt etter en tid og armaturen 23 vil bli forflyttet til den andre posisjonen under innvirkning av kompresjonsfjæren 27. Siden bimetallelementet 33 bare må frembringe den kraften som er nødvendig for å bryte den første magnetiske kretsen, kan dette elementet utføres i en relativt lett konstruksjon, det vil si med en liten masse.

For å forhindre uønskede strømbaner i tilfellet med bimetallelementer av den direkte oppvarmede typen, er det nødvendig at hvert bimetallelement 33 inngriper gjensidig, og på elektrisk isolert måte, med armaturen. For dette formål kan for eksempel stopperen 26 være lagret av et elektrisk isolerende materiale eller den kan være forsynt med et egnet dekke av elektrisk isolerende materiale. Den frie enden til bimetallelementet 33 kan selvfølgelig også være utstyrt med egnede elektrisk isolerende innretninger for å gripe inn med stopperen 26. Videre kan fastgjøringen av bimetallelementet 33 til åket 18 likeledes være utført på en elektrisk isolerende måte.

I utførelsen i henhold til fig. 3a og b blir U-formede åk kombinert i en enkelt hovedsakelig S-formet strukturell helhet brukt for den første og andre magnetiske krets. Det må imidlertid være klart at de U-formede åkene også kan kombineres som en hovedsakelig E-formet helhet.

For å forhindre at armaturen skal bli trukket for langt mot en bestemt side som en følge av den asymmetriske feltfor-delingen i et U-formet åk, kan en lukket eller tilsynelatende lukket U-form også anvendes i stedet for et åpent U-formet åk. I prinsippet kan åket 18 enten bestå av en enkelt komponent eller av separate åk. Fra et konstruksjonsmessig synspunkt har imidlertid det siste valget ulempen med at det krever innretting av de respektive gjennomløpsåpninger for armaturen, fastgjøringen av åkene til hverandre uten luftgap så langt som dette er mulig, etc. I et avvik fra den viste utførelse kan hodeelementet 25 for eksempel også være festet til den relevante endeoverflaten til armaturen 23 ved liming.

Fig. 4a viser delvis i snitt et sideriss av en utførelse av trippeinnretningen i henhold til oppfinnelsen som er basert på det passive prinsippet og som har et tilnærmet U-formet åk 35 av magnetisk materiale med en basisside 32 og ben hhv. 20 og 21. En permanentmagnet 22 er igjen anordnet mellom de to benene 20 og 21. En stangformet armatur 23 av magnetisk materiale er igjen anordnet slik at den er bevegbart opplagret i forlengelsen av magnetaksen (N-S) til per manentmagneten 22. Benet 20 er utstyrt med en gjennomløps-åpning slik at en del av armaturen 23 kan trenge utenfor åket 35.

Armaturen 23 og permanentmagneten 22 er likeledes holdt av et støtte- eller opplagringslegeme 24, tilpasset deres respektive former, mellom benene 20 og 21 til åket 25. For klarhetens skyld er delen av opplagringslegemet 24 som befinner seg mellom benene 20 og 21 også nå vist i snitt.

Et sylindrisk hodeelement 36 er tilformet ved enden av armaturen 23 som strekker seg utenfor og siden til hodeelementet 36 som vender mot benet 20 til åket danner en stopper for en kompresjonsf jaer 27 tilpasset rundt delen av armaturen 23 som strekker seg til utsiden. Den andre enden av denne kompresjonsfjæren 27 hviler mot overflaten til benet 20 som vender utover.

Et U-formet bimetallelement 37 er innpasset mellom basissiden 32 til åket og armaturen 23 på en slik måte at den langstrakte basissiden 38 til nevnte elementer befinner seg på en avstand fra benene 20 og 21 til åket. Bimetallelementet 37 er stivt festet med det ene benet 39 til benet 21 til åket og elementets andre ben 40 kan fritt inngripe med hodeelementet 36 til armaturen 23.

Permanentmagneten 22, delen av armaturen 23 som befinner seg inne i åket 35, basissiden 32 og delene av benene 20 og 21 til åket 35 som er forbundet med dette og en shuntplate 31 av magnetisk materiale som er anordnet på en bevegbar måte mellom permanentmagneten 22 og enden av armaturen 23 som befinner seg inne i benene 20 og 21 danner en første magnetisk krets.

Fig. 4b viser trippeinnretningen sett fra siden hvor armaturen 23 strekker seg utenfor åket 35. Den frie enden til benet 20 er for eksempel innsnevret trinnvis og utstyrt med en T-formet sviveltopp 41 med hvilken åket kan være festet til et substrat på kjent måte. Den tidligere nevnte fastgjøring av opplagrelegemet 24 relativt åket 35 er effektuert ved hjelp av trinnene 42 frembragt ved avgrens-ingen av den frie enden til benet 20. Trinnet 21 til åket er tilsvarende avgrenset og utstyrt med en sviveltopp 41.

Fig. 4c viser trippeinnretningen sett fra basissiden 32 til åket. Det viste bimetallelementet 37 er igjen av den direkte oppvarmede typen og er utstyrt med fleksible elektrisk ledende forbindelsesledninger (ikke vist) på sine ben 39 og 40. Et indirekte oppvarmet bimetallelement kan selvfølgelig også anvendes i stedet for et direkte oppvarmet bimetallelement i denne utførelsen. For flerfaseanvendelser kan det også i denne utførelse anvendes flere direkte oppvarmede bimetallelementer 37 eller et indirekte oppvarmet bimetallelement med flere varmeelementer. I alle tilfeller må det tas de nødvendige isolasjonsforanstaltninger for å unngå uønskede strømbaner. Hodeelementet 36 kan være laget av for eksempel elektrisk isolerende materiale eller det kan være utstyrt med et egnet deksel av elektrisk isolerende materiale for å unngå uønskede strømbaner i tilfellet med bimetallelementer av den direkte oppvarmede typen. Benet 40 til bimetallelementet kan selvfølgelig også være utstyrt med egnede elektrisk isolerende innretninger for å gripe inn på armaturen 23 eller hodeelementet 36 til denne.

Som det kan sees av fig. 4c, er det tilformet en rektangulær åpning 43 i basissiden 32 til åket på en slik måte at delene av basissiden 32 som slutter inntil den ytre omkretsen av åket ved stedet for denne åpningen danner to magnetiske grener 44 og 45 adskilt av luft. Disse to magnetisk separate grenene 44 og 45 danner en andre magnetisk krets som er koblet magnetisk i serie med den første magnetiske kretsen. De to grenene er omgitt av en enkelt magnetvikling 46 av elektrisk ledende materiale som vist i forstørret målestokk på perspektivtegningen i fig. 5.

Opplagringslegemet 24 er formet slik at en ytterligere magnetvikling 34 kan tilpasses rundt armaturen 23 dersom det er nødvendig for også å bevege armaturen 23 under virkningen av en detektert jordfeilstrøm, og de forskjellige delene er som vist skjematisk på fig. 4a. Virkemåten til trippeinnretningen er som følger.

Anta at åket 35 er fremstilt av magnetisk materiale som har en hysteresesløyf e 47 som vist på fig. 6. Endene av hysteresesløyfen er områder hvor materialet er magnetisk mettet. Feltstyrken H til permanentmagneten 22 er nå valgt slik at åket 35 er satt nær starten av dets metning, for eksempel innstillingspunktet indikert med A på fig. 6. Tiltrekningskraften som utøves av permanentmagneten 22 på armaturen 23 og frastøtingskraften som utøves av kompresjonsfjæren 27 på armaturen er nå tilpasset hverandre på en slik måte at i startposisjonen til trippeinnretningen vil en resultantkraft som virker i retningen mot permanentmagneten utøves på armaturen. Dersom denne tiltrekningskraft så blir påvirket på en slik måte at kraften som utøves av kompresjonsf jæren 27 starter å predominere, vil armatureen 23 bli flyttet av dens hodeelement 36 i retningen bort fra benet 20 til åket. Under virkningen av denne bevegelsen kan så kontaktene til en elektrisk bryter bli åpnet, for eksempel for å bryte en krets.

Se nå på fig. 5. De to identisk magnetisk separate grenene 44 og 45 er hver omgitt av magnetvindingen 46 som er Lagt i form av et "8" på en slik måte at de magnetiske feltene som genereres i grenene 44 og 45 under virkningen av en elektrisk strøm flyter i magnetvindingen 46 får lik størrelse men de er motsatt rettede. Magnetfeltet tilveiebragt av permanentmagneten 22 vil følgelig bli forsterket i en gren og svekket i den andre grenen. Dersom åket er, som forklart, magnetisk forutinnstilt ved punktet A på fig. 6, vil det være klart at den totale magnetiske induksjon B i magnetkretsen minsker som en følge av det ikke-lineære mønsteret til hysteresesløyfen. Dersom denne minskning er tilstrekkelig stor, vil armaturen så bli flyttet under virkningen av kompresjonsfjæren 27. Retningen som strømmer flyter gjennom magnetvindingen 46 har ingen innvirkning på fluksminskningen og kravet tilfredstil-les derfor, idet utkoblingskarakteristikkene for kortslut-ningsstrømmer og relativt høye overbelastningsstrømmer er uavhengige av polariteten i det bestemte øyeblikk til strømmen som skal kobles ut.

Det er funnet at dersom feltstyrken til permanentmagneten 22, fjærvirkningen til kompresjonsfjæren 27 og den magnetiske karakteristikk til åket 35 og armaturen 23 er valgt på egnet måte, kan magnetfeltet i den magnetiske kretsen bli tilstrekkelig dempet av en magnetvikling som består av en enkelt vinding for å effekturere en bevegelse av armaturen. Dette har fordelen at denne magnetviklingen 46 kan være innlemmet direkte i kretsen som skal beskyttes og at ledningstykkelsen kan dimensjoneres til den maksimale kortslutningsstrømmen som kan forventes. Ved å tilforme flere gjensidige separate grener i magnetkretsen, for eksempel via flere åpninger 43, kan til og med større dempning av magnetfeltet oppnås ved å installere en enkelt magnetvikling 46 i samsvar med fig. 5. Ved å installere flere magnetviklinger som er elektrisk isolert fra hverandre er det for eksempel mulig å beskytte en elektrisk flerfase energifordelingsinstallasjon på en enkel måte ved bruk av en trippeinnretning. En separat åpning 43 med tilordnet magnetvikling 46 kan selvfølgelig også være anordnet for hver fase.

Bimetallelementet 37 er installert på en slik måte at ved oppvarming vil den frie enden av nevnte element bøye seg i retning fra benene 20 og 21 til åket. Ettersom basissiden 38 til bimetallelementet 37 beveger seg ytterligere bort fra åket vil benet 40 til bimetallelementet, fra en bestemt posisjon, utøve en kraft på hodeelementet 36 til armaturen i retningen bort fra benet 20 til åket. Som en følge av dette vil den første magnetiske kretsen bli brutt, og som et resultat av dette igjen vil den magnetiske motstanden øke og armaturen 23 blir flyttet ytterligere utover i forhold til åket 35 under virkningen av kompresjonsfjæren 27.

Defleksjonen av bimetallelementet i forhold til åket forblir også relativt liten som en følge av den valgte U-form til bimetallelementet. Som en følge av dette, vil bimetallelementet etter at overbelastningsstrømmen er koblet ut, returnere relativt hurtig til dets startposisjon som vist på fig. 4c, slik at armaturen relativt hurtig igjen kan returneres til dets startposisjon som vist på fig. 4a ved hjelp av en ekstern kraft.

En kompakt og sensitiv konstruksjon som opptar liten plass og som kan installeres i den vanligvis relativt lille boks eller kapsling til automatbryteren er tilveiebragt ved det valgte arrangement av de forskjellige komponentene til trippeinnretningen. Dersom for eksempel lokaliseringen av magnetviklingen 46 representerer problemer ved installasjon av trippeinnretningen i brytere, kan et separat legeme med fordel anvendes for å innlemme en andre magnetisk krets med magnetisk separate grener i serie med den første magnetiske kretsen.

På fig. 7 er et langstrakt sylindrisk legeme 48 av magnetisk materiale vist skjematisk i perspektiv for dette formål, hvilket legeme for eksempel kan være innlemmet mellom permanentmagneten 22 og armaturen 23, med den langsgående aksen i retningen til magnetaksen (N-S) til permanentmagneten 22.

Ved hjelp av åpningen 49 utført i den radiale retningen i legemet 48 er to grener 50 og 51 tilveiebragt, hvilke grener er magnetisk adskilt fra hverandre av luft og sammenlignbare med de magnetisk separate grenene 44 og 45 på basissiden 32 til åket. Utsparinger for å motta en magnetvikling 46 som vist på fig. 5 er tilformet i kappeoverflaten til det sylindriske legemet 48 på stedet for grenene 50 og 51.

Det vil være åpenbart at legemet 48 også kan ha andre egnede former, dersom nødvendig med flere gjensidig magnetisk adskilte grener. Dersom et slikt separat legeme 48 blir brukt, må permanentmagneten 22 ha en styrke slik at i det minste dette legemet 48 er innstilt i eller nær dets metningspunkt.

Det er selvsagt at oppfinnelsen ikke er begrenset til de illustrerende utførelser vist på figurene, men at mange modifikasjoner, tilleggsegenskaper og trekk og gjensidige kombinasjoner er mulige, så som når det gjelder lokaliseringen og formen til bimetallelementet, formen til armaturen og åket, det valgfrie bruk av en shuntplate eller en ytterligere magnetvikling for å koble ut i tilfellet jordfeilstrømmer etc., uten at rammen og det inventive trekk ved oppfinnelsen forlates.

Claims (21)

1. Trippeinnretning for en elektrisk bryter innbefattende et åk (20, 21, 32) av magnetisk materiale, som under-støtter en bevegelig, langstrakt armatur (23), idet endedelen til armaturen (23) rager utenfor åket (20, 21, 32), en fast anordnet permanentmagnet, idet armaturen (23) og åket (20, 21, 32) danner en magnetisk krets for fast-holdelse av armaturen (23) i den første posisjon under påvirkning av det magnetiske feltet til permanentmagneten (22) , en fjærinnretning (27) som samvirker med armaturen (23) , i det minste en magnetvikling (30; 46) for å bevege armaturen (23) elektromagnetisk til den andre posisjon, i hvilken andre posisjon endedelen til armaturen (23) rager ytterligere utenfor åket (20, 21, 32) enn i den første posisjonen, og bimetall innretninger (33; 37) for å bevege armaturen (23) termisk til den andre posisjonen,karakterisert vedat i det minste en vikling (30; 46) danner en del av en ytterligere magnetisk krets (19, 23, 25; 43-45; 48-52) for å bevege armaturen (23) til den andre posisjonen uavhengig av polariteten til en elektrisk strøm som flyter i det minste i en magnetvikling (30; 46) i løpet av driften, og at bimetallinnretnlngene (33, 37) er anordnet for å bevege armaturen (23) elektrotermisk til den andre posisjonen.

2. Trippeinnetning ifølge krav 1,karakterisertved at den ytterligere magnetiske kretsen innbefatter et ytterligere åk (19) av magnetisk materiale som inneholder endedelen til armaturen (23), enden til endedelen som går inn i et hodeelement (25) med en høyere magnetisk motstand enn armaturen (23), hvilket hodeelement (25) rager fra en flate til det ytterligere åket (19) mot utsiden, idet enden er anordnet i den første posisjonen til armaturen (23) ved en avstand fra flaten til det ytterligere åket (19) gjennom hvilken flate hodeelementet (25) rager, og i det minste en magnetvikling (30) anordnet rundt endedelen til armaturen (23).

3. Trippeinnretning ifølge krav 2,karakterisertved at de to åkene (20, 21, 32; 19)er kombinert til en strukturell enhet, idet hvert åk (20, 21, 32; 19) har en hovedsakelig åpen "U-form eller et lukket eller virtuelt lukket U-formet tverrsnitt.

4 . Trippeinnretning ifølge krav 3,karakterisertved at de to åkene (20, 21, 32; 19) har som et hele et hovedsakelig S-, E-, 8- eller 9-formet tverrsnitt med to tilliggende flater forsynt med gjennomløpsåpninger for armaturen (23).

5 . Trippeinnretning ifølge krav 4,karakterisertved at de to åkene (20, 21, 32; 19) er integrert (18).

6. Trippeinnretning ifølge krav 2, 3 eller 4,karakterisert vedat hodeelementet (25) og armaturen (23) er festet slik at de delvis passer i hverandre.

7. Trippeanordning ifølge krav 6,karakterisertved at hodeelementet (25) og endedelen til armaturen (23) er festet med hverandre ved hjelp av en splint/hullforbindel-se (28, 29).

8. Trippeinnretning ifølge krav 7,karakterisertved at splint/hullforbindelsen (28, 29) er en gjenget forbindelse.

9 . Trippeinnretning ifølge i et av kravene 2-8,karakterisert vedat hodeelementet (25) er fremstilt av plast.

10. Trippeinnretning ifølge et eller flere av kravene 2 til 9,karakterisert vedat en hylse (53) av magnetisk ikke-ledende materiale er anordnet mellom det første paret av parallelle ben (19, 20), idet hylsen (53) strekker seg inn i de gjennomgående åpningene for å føre endedelen og delen av hodeelementet (25) gjennom hylsen (23) og nevnte i det minste den magnetiske viklingen (30) er viklet på hylsen (53).

11. Trippeinnretning ifølge krav 1,karakterisertved at den ytterligere magnetiske krets innbefatter i det minste et par med gjensidig magnetisk adskilte grener (44,

45; 50, 51) av magnetisk ledende materiale og forbundet magnetisk i serie med den første magnetiske kretsen, idet i det minste det ene paret med gjensidig magnetisk adskilte grener (44, 45; 50, 51) er omgitt av i det minste en magnetvikling (46) slik at grenene (44, 45; 50, 51) er gjensidig motsatt magnetisert av den elektriske strømmen som flyter ved drift i det minste i en magnetisk vikling, hvorved den resulterende magnetiske fluksen som virker på armaturen (23) blir mindre enn den magnetiske fluksen til permanentmagneten (22) som virker på armaturen (23) for å bevege armaturen (23) til den andre posisjonen.

12. Trippeinnretning ifølge krav 11,karakterisertved at den ytterligere magnetiske kretsen er dannet ved i det minste en åpning (43) i en flate (32) til åket (20, 21, 32), idet delen av flaten (32) som tilslutter seg ved i det minste en åpning (43) danner i det minste et par av gjensidig magnetisk adskilte grener (44, 45).

13. Trippeinnretning ifølge krav 12,karakterisertved at i det minste et par av gjensidig magnetisk adskilte grener (50, 51) til den ytterligere magnetiske kretsen er dannet i det minste ett legeme (48) av magnetisk materiale anordnet slik at legemet (48) og armaturen (23) er magnetisk serieforbundet.

14 . Trippeinnretning ifølge krav 13,karakterisertved at i det minste nevnte ene legeme (48) er i det vesentlige stavformet og har i det minste en åpning (49) som strekker seg i radial retning slik at delene av i det minste det ene legemet (48), som tilslutter seg i det minste den ene åpningen (49), sett i dens lengderetning, danner i det minste et par med gjensidig magnetisk adskilte grener (50, 51).

15. Trippeinnretning ifølge i det minste et av de foregående krav,karakterisert vedat den innbefatter en ytterligere magnetvikling (34) anordnet rundt armaturen (23) og innenfor det ene åket (20, 21, 32) for å dempe elektromagnetisk det magnetiske feltet til permanentmagneten (22) i den første magnetiske kretsen ved en ytterligere elektrisk strøm for å bevege armaturen (23) til den andre posisjonen.

16. Trippeinnretning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat en shunt (31) av magnetisk materiale er anordnet mellom armaturen (23) og permanentmagneten (22) for å kunne påvirke det magnetiske feltet i den første magnetiske kretsen.

17. Trippeinnretning i henhold til krav 16,karakterisert vedat shunten (31) er en bevegelig anordnet plate.

18. Trippeinnretning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat tverrsnittet til armaturen (23) er redusert i nærheten av permanentmagneten (22) slik at armaturen (23) er i sin første posisjon magnetisk virtuelt mettet ved dette stedet av permanentmagneten (22).

19. Trippeinnretning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat bimetallinnretningen har i det minste et langstrakt elektrotermisk oppvarmet bimetallelement (33; 37), hvor en ende av bimetallelementet (33; 37) er festet til åket (20, 21, 32) og hvor den frie enden til det ene bimetallelementet (33; 37) samvirker på en bevegelig måte på endedelen til armaturen (23) eller på hodeelementet (25) for å bevege armaturen (23) til den andre posisjonen når den oppvarmes.

20. Trippeinnretning i henhold til krav 19,karakterisert vedat det i det minste ene langstrakte bimetallelementet (33; 37) er anordnet slik at dets lengde-akse danner en spiss vinkel (a) med lengdeaksen til den langstrakte armaturen (23).

21. Trippeinnretning ifølge krav 19,karakterisertved at det i det minste ene bimetallelementet (37) er tilnærmet U-formet og befinner seg med dets basisside (38) hovedsakelig parallelt med armaturen (23), idet et ben (39) til det i det minste ene bimetallelementet (37) er fast festet ved en flate (21) av det ene åket (20, 21, 32) gjennom hvilket armaturen (23) og det andre benet (40) til det i det minste ene bimetallelementet (37) samvirker med den ut-overstrekkende endedelen til armaturen (23) eller hodeelementet (25).