NO316563B1 - Elektrisk bryter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en elektrisk bryter som angitt i innledningen til patentkrav 1.

Bakgrunn

Et av de viktigste hensyn ved konstruksjon av enhver elektrisk bryter er å sikre at det tilveiebringes tilstrekkelig trykk mellom de strømbærende kontaktflater fra kontaktholdende trykkfjærer, slik at man unngår sammenlodding av kontaktflatene som en følge av eventuelle feilsituasjoner i den tilknyttede kretsen. Når en overbelastningsstrøm som følge av feil strømmer gjennom kontaktflatene, genereres det mye varme. Avhengig av konstruksjon og type av kontakter benyttet, og spesielt med "butt" type kontakter som benyttes i vakuum-avbrytere, er det vanligvis involvert en kraft som tenderer til å "blåse opp" kontakten. Dette skyldes den elektromagnetiske kraften som skapes av overbelastningsstrømmen, hvilken kraft tenderer til å drive kontaktflatene fra hverandre, reduserer kontakttrykket, hvilket fører til økt motstand og fører til ytterligere oppvarming eller til og med begynnende atskillelse av kontaktflatene slik at det oppstår en lysbue mellom dem. Denne oppvarming eller lysbue kan forårsake at kontaktflatene smelter (loddes) sammen. Hvis slik lodding opptrer, vil mekanismen for å skille kontaktflatene i bryteren ha problemer med å fungere, og den vil rett og slett kunne svikte slik at den ikke lenger er i stand til å bryte strømmen.

Den mest nærliggende kjente teknikken anses å finnes i tysk offentliggjøringsskrift 1933576. Der vises en elektrisk bryter med et bevegelig kontaktstykke som er forbundet med et aktueringsorgan og forsynt med kontaktflate som er innrettet for å danne kontakt med ei kontaktflate på et andre kontaktstykke ved bevegelse av det bevegelige kontaktstykket generelt i en første retning. Denne bryteren omfatter videre en elektrisk forbindelse for å føre strøm til det bevegelige kontaktstykket, idet denne elektriske forbindelsen omfatter minst to element som er innrettet til å føre strømmen i to motstående retninger, slik at det skapes en elektromagnetisk kraft som presser de to elementene fra hverandre, idet denne kraften bidrar til å holde kontaktflatene i anlegg.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Ytterligere trekk er angitt i patentkrav 2-9. Flere detaljer vil gå fram av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen

Eksempel

Som vist på den vedlagte, delvis skjematiske tegning, i en utførelsesform av bryteren for en elektrisk krets ifølge oppfinnelsen hvor den kan være omgitt av en gasstett omhylling, som for eksempel en vekselstrøms vakuum-bryter, omfatter et fast kontaktstykke 2 og et bevegelig kontaktstykke 4, i tillegg til respektive tilknyttete faste ledere 6,8. Det bevegelige kontaktstykket inkluderer ei aktueringsstang 10, i en aktueringssylinder 12 opphengt i en styringsmekansme (ikke vist) og mekanisk koplet til en aktueringsmekanisme (ikke vist). (En vippearm eller en åk-innretning kan erstatte aktueringssylinderen 12). En trykkfjær 14 ligger mellom en skulder 16 på aktueringsstanga 10 og en kant 18 i aktueringssylinderen 12 for å presse det bevegelige kontaktstykket 4 mot det faste kontaktstykket 2. En strekkfjær 20 trekker sylinderen 12 i en retning vekk fra det faste kontaktstykket 2. Bevegelse av aktueringssylinderen 12 i en retning vekk fra det faste kontaktstykket 2 overføres via flensen 18 til en mutter 22 fastsatt på aktueringsstangen 10 i en liten avstand fra flensen 18 under normale elektriske strømbetingelser.

En fleksibel strimmelformig strømforbindelse 24 omfatter en første del 26 forbundet med den faste leder 8, og går via en tilbakebøying 28 over i en andre del 30. Den andre del 30 er via en tilbakebøying 32 forbundet med en tredje del 34, som er fast til det bevegelige kontaktstykket 4. Første, andre og tredje del 26, 30 og 34 har hull tilpasset til å omgi stangen 10, og i det minste første og tredje del 26, 34 kan ha en høyere stivhet enn tilbakebøyningene 28, 32. Den første del 26 ligger an mot en reaksjons-endeflate 36 på aktueringssylinderen 12 og den tredje del ligger an mot ei skive 38 på det bevegelige kontaktstykket 4.

Ved bruk, med respektive kontaktflater 42,44 på det faste og det bevegelige kontaktstykke 2,4 i kontakt med hverandre, flyter elektrisk strøm mellom de faste ledere 6, 8 gjennom det faste og det bevegelige kontaktstykket 2,4 og den fleksible forbindelse 24. Den elektriske strømmen flyter gjennom nærliggende deler 26, 30 og 34 av den fleksible forbindelsen i motsatte retninger, slik at de elektromagnetiske krefter som genereres av strømmen, virker til å frastøte første del 26 fra andre del 30 og andre del 30 fra tredje del 34. Disse frastøtingskreftene øker kraften som utøves av trykkfjæren 14 for å holde kontaktflatene 42, 44 i kontakt. Ved en overbelastning i den elektriske kretsen, vil aktuatormekanismen hurtig tre i kraft og bevege aktueringssylinderen og derved som en følge av at flensen 18 kommer i kontakt med mutteren 22, vil det bevegelige kontaktstykket 4 beveges vekk fra kontakten med det faste kontaktstykket 2 slik at strømmen avbrytes. Ettersom reaksjons-endeflata 36 på aktueringssylinderen 12 er beveget vekk fra det faste kontaktstykket 2, vil avstandene mellom delene øke slik at effekten av de elektromagnetiske frastøtingskreftene mellom 26, 30 og 34 avtar og ikke lenger bidrar til å hindre åpningsbevegelsen av det bevegelige kontaktstykket 4. Da strømflyten mellom de to kontaktflatene 42, 44 brytes, vil strømflyten i delene 26, 30 og 34 opphøre, slik at frastøtingskreftene faller til null og således ikke motsetter seg etterfølgende gjenlukking av kontaktflatene 42, 44 ved at aktueringsmekanismen beveger aktueringssylinderen 12 mot det faste kontaktstykket 2. Imidlertid, så snart kontaktflatene 42, 44 igjen har lukket, vil de frastøtende elektromagnetiske krefter igjen bli reetablert og generere en ytterligere kontaktskapende kraft.

Ettersom dette arrangementet forsterker evnen til å skille kontaktflatene 42, 44, vil enhver tilbøyelighet for dannelse av lysbue eller sammenlodding bli vesentlig dempet.

Dette tillater mye lettere og billigere mekanismer og benyttelse av enklere utstyr for kontroll av strømtilførsel ved konstruksjon av brytere som har førsteklasses kortslutningsegenskaper.

I tillegg er det funnet at under aktuatorens åpning av bryteren, vil reaksjons-endeflata 36 på aktueringssylinderen 12 til å begynne med beveges vekk fra det faste kontaktstykket 2 med hjelp av de elektromagnetiske frastøtingskrefter som genereres av den fleksible elektriske forbindelse 24. Virkningen av denne frastøtingskrafta hjelper fjærene 20 og 14 i å akselerere sylinderen 12 inntil flensen 18 treffer mutteren 22 som virker som ei slagkraft som bidrar til å skille hoved-kontaktflatene 42, 44 og avbryte enhver tendens til sammenlodding av kontaktflatene som måtte begynne som følge av for høy strømflyt. Så snart åpningen mellom flensen 18 og mutteren 22 er lukket, slutter den elektromagnetiske krafta og trykkfjæren 14 å bidra til åpningsbevegelsen ( de virker da bare til å strekke stempelet 10) og åpningsfjæren 20 fullfører åpningen av kontaktstykkene 2 og 4.

En annen anvendelse av denne type fleksible forbindelse er som direkte virkende instantan-utløser benyttet for eksempel som brytere for likestrøms kretser. Ved slik anvendelse benyttes de frastøtende kreftene til gi ytterligere kontaktskapende trykk opp til et punkt når den direkte fungerende utløser forutsettes å tre i funksjon. Kreftene virker mot holdekrafta mellom den bevegelige kontakt og aktuatoren inntil strømmen når en verdi der kraften er tilstrekkelig til å overkomme den mekaniske eller magnetiske holde- eller låsekrafta, slik at bryteren utløses.

Ved et alternativt arrangement (ikke vist), spesielt anvendbart for en bryter for en likestrøms krets, er begge kontaktstykkene bevegelig anordnet, med et av kontaktstykkene forbundet med en aktueringsmekanisme og det andre kontaktstykket til et fjærbelastet feste. En fleksibel elektrisk forbindelse 24 er tilveiebragt for hvert kontaktstykke og tjener til å hjelpe utløsning av den elektriske bryteren som beskrevet i foregående avsnitt.

Mens en fleksibel elektrisk forbindelse 24 med tre plane deler er blitt beskrevet, er det klart at andre konfigurasjoner også kan benyttes, ved hvilke den elektriske strøm er anordnet til å flyte i motsatte, nærliggende deler som har en tilstrekkelig aktiv lengde til å generere påkrevet elektromagnetisk kraft til å opprettholde kontaktflatene 42, 44 i anlegg mot hverandre.

Det skal også forstås at den elektriske forbindelse 24 ikke trenger dannes med en fleksibel strimmel. Generelt kan det benyttes enhver elektrisk forbindelse som inkluderer to deler som ligger inntil hverandre, tilpasset til å overføre strøm i hovedsakelig motsatte retninger slik at det dannes ei elektromagnetisk frastøtende kraft mellom dem. Stive deler som er forbundet ved hjelp av et hengsel, kan også benyttes.

Claims (9)

1. Elektrisk bryter med et bevegelig kontaktstykke (4) forbundet til en aktueringsmekanisme (10,12) og utstyrt med en kontaktflate (44) som er anordnet til å slutte kontakt med et annet kontaktstykke gjennom bevegelse av det bevegelige kontaktstykket (4) hovedsakelig i en første retning, idet bryteren videre omfatter et elektrisk koplingsstykke (24) for tilførsel av strøm til det bevegelige kontaktstykket, idet dette koplingsstykket (24) omfatter minst to i nærheten av hverandre beliggende deler (26, 30) som er tilpasset til å overføre nevnte strøm i hovedsakelig motsatte retninger slik at det genereres en elektromagnetisk kraft som frastøter nevnte nær hverandre beliggende deler (26, 30), hvilken kraft benyttes til å opprettholde kontaktflatene i anlegg mot hverandre, karakterisert ved at de ytre delene (26, 34) ligger an mot henholdsvis en reaksjons-endeflate (36) av aktueringsmekanismen og det bevegelige kontaktstykket (4), og det bevegelige kontaktstykket (4) er forbundet med aktueringsmekanismen gjennom ei forbindelsesstang (10) som er forskyvbar relativt til aktueringsmekanismen og forskjøvet i en første retning slik at det oppstår et gap mellom aktueringsmekanismen og forbindelsesstanga (10) når første og andre kontaktstykke er lukket, hvorved den elektromagnetiske krafta bidrar til å akselerere lukking av gapet under kontaktbrytende operasjon.

2. Elektrisk bryter ifølge krav 1, karakterisert ved at det elektriske koplingsstykke er en fleksibel strimmel med minst to plane deler forbundet med hverandre gjennom en tilbakebøying eller U-bend.

3. Elektrisk bryter ifølge krav 2, karakterisert ved at hver av de plane deler rager ut hovedsakelig vinkelrett i forhold til den første retningen.

4. Elektrisk bryter ifølge krav 3, karakterisert ved at det elektriske koplingsstykke er formet som en sinus-strimmel, med minst tre plane deler forbundet gjennom U-bend.

5. Elektrisk bryter ifølge krav 4, karakterisert ved at de ytre plane deler er av stiv konstruksjon, mens de mellomliggende deler og u-bendene er av elastisk konstruksjon.

6. Elektrisk bryter ifølge et av de foregående patentkrav, karakterisert ved at kontaktflatene rager ut hovedsakelig vinkelrett på den første retningen.

7. Elektrisk bryter ifølge et av de foregående patentkrav, karakterisert ved at aktueringsmekanismen omfatter midler for å tilveiebringe ei forhåndsbestemt holdekraft til nevnte bevegelige kontakt i den første retning, og en utløsningsterskel som, når kraft motsatt rettet til nevnte første retning overskrider utløsningsterskelen, forårsaker åpning av kontaktene, idet nevnte kraft er motsatt rettet i forhold til nevnte første retning tilveiebringes av et elektrisk koplingsstykke, når en forutbestemt terskel for strømstyrke overskrides.

S. Elektrisk bryter ifølge et av de foregående patentkrav, karakterisert ved at nevnte andre kontaktstykke er bevegelig i en retning motsatt til nevnte første retning og inkluderer et andre elektriske koplingsstykke for overføring av strøm til det andre kontaktstykket, idet nevnte andre elektriske koplingsstykke omfatter minst to nær hverandre beliggende deler tilpasset til å overføre nevnte strøm i hovedsakelig motsatte retninger slik at det genereres ei elektromagnetisk kraft som støter de nær hverandre beliggende deler fra hverandre, hvilken kraft også benyttes til å opprettholde kontaktflatene i anlegg mot hverandre.

9. Elektrisk bryter ifølge et av de foregående patentkrav, karakterisert ved at de nær hverandre beliggende deler av det elektriske koplingsstykke eller de elektriske koplingsstykker har tilstrekkelig aktiv lengde til å generere den nødvendige elektromagnetisk kraft som kreves for å opprettholde kontaktflatene i anlegg mot hverandre.