PL209018B1 - Wyłącznik prądu szczątkowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Dziedzina techniki

Wynalazek dotyczy wyłącznika prądu szczątkowego, to znaczy takiego wyłącznika elektrycznego, który małym prądem odłącza obwody przenoszące duże moce. Wyłączniki tego typu są przeznaczone do montażu na standartowych listwach przeznaczonych do zakładania w ogólnie stosowanych tablicach rozdzielczych.

Stan techniki

Znane są dotychczas wyłączniki prądu szczątkowego różnych typów, których konstrukcja jest oparta zasadniczo o konstrukcję mechanizmów dźwigniowych ze sprężynami i których celem jest przede wszystkim zapewnienie przełączania styków tak, aby zwierały się ze stosunkowo znaczną siłą przy użyciu stosunkowo małej siły. Mechanizmy takie muszą cechować się stosunkowo wysokim przesyłem mocy przy małych oporach pasywnych, oraz gwarantować dużą pewność działania. Z tego względu mechanizmy tego typu są zwykle relatywnie masywne, co oznacza jednocześnie, że są gabarytowo duże i w rezultacie mają wysoką cenę. W przypadku jeśli mechanizmy te są skonstruowane z zastosowaniem kryteriów niskiej ceny i małej wagi, to wtedy są wykonane jako układ: dźwigni, cięgien i sprężyn, bezpośrednio mocowanych do korpusu wyłącznika prądu szczątkowego, co sprawia, że układ taki może być sprawdzany funkcjonalnie dopiero po złożeniu i skompletowaniu całego korpusu wyłącznika. W przypadku wadliwego działania konieczna jest wymiana całego wyrobu lub rozmontowanie całego korpusu w celu dokonania reperacji, co jest nieekonomiczne w obu przypadkach. Ponadto w znanych wyłącznikach prądu szczątkowego przynajmniej część dźwigni i cięgien nie jest ułożona symetrycznie względem centralnej płaszczyzny podziału korpusu, co powoduje w rezultacie ich niesymetryczne zakładanie, przede wszystkim w miejscach ułożenia elementów jednakowych mechanizmu. Jeżeli konstrukcja jest wymiarowo zwarta, dochodzi często w nowych wyrobach do blokowania czy zakleszczenia się mechanizmu, a w przypadku silnego ograniczenia wymiarowego konstrukcji, zmniejsza się znacząco żywotność urządzenia. Jeżeli stosuje się mniejszą siłę przestawiania mechanizmu lub słabsze sprężyny do utrzymywania styków prądowych w pozycji zwartej lub słabsze sprężyny do realizacji ruchu rozłączającego styków ruchomych, to w strukturze takiej napięcie przenoszone przez styki jest zmniejszone poniżej wymaganego napięcia i będzie następowało opalanie styków, co znacząco skróci czas eksploatacji takiego kontaktu.

Istota Wynalazku

Wymienione powyżej technologiczne i funkcjonalne niedogodności dotychczasowych wyłączników prądu szczątkowego są w znacznej mierze zredukowane przez wyłącznik, który jest relatywnie mały, lekki i pewny w działaniu i który, zgodnie z wynalazkiem, ma korpus i w dźwignię sterującą przeznaczoną do sterowania wzajemnym ruchem stałego i ruchomego styku elektrycznego, zawiera także mechanizm rozłączająco załączający dużej mocy, łączący dźwignię sterującą z ruchomym stykiem i ma z tym mechanizmem rozłączająco załączającym dużej mocy połączony mechanizm odłączający dużej mocy, w którym to wyłączniku istota polega na tym, że mechanizm załączająco rozłączający dużej mocy jest wykonany jako zmienna podpora, zestawiona z dwóch elementów, połączonych razem obrotowo, gdzie w miejscu tego połączenia obrotowego jest także obrotowo połączony sterujący mechanizm rozłączający, umieszczony z boku, jednym końcem swojego sprzęgu, który swym drugim końcem jest obrotowo połączony z dźwignią, zakotwioną w sposób obrotowy swym jednym końcem, który jest w pobliżu miejsca obrotowego połączenia sprzęgu z tą dźwignią do korpusu wyłącznika prądu szczątkowego, a w miejscu leżącym pod połączeniem końców sprzęgu z wymienioną dźwignią, znajduje się dźwignia rozmiarem i kształtem przystosowana do blokowania, poprzez oparcie się o powierzchnię blokującą, wykonana na zapadce, która jest obrotowo osadzona swym jednym końcem do korpusu wyłącznika prądu szczątkowego, a której drugi, wolny koniec jest oparty o element wykonawczy elektromagnesu, włączonego elektrycznie do obwodu, przystosowanego do generowania impulsu rozłączającego, przy czym jest jeszcze do styku ruchomego połączona sprężyna, przemieszczająca styk ruchomy w kierunku położenia rozłączonego, a w miejscu obrotowego połączenia ruchomego styku ze zmienną podporą zestawioną z elementów jest jeszcze połączone cięgno wskaźnikowe zespołu sygnalizacyjnego stanu załączenia styku ruchomego ze stałym stykiem. Korzystnym jest, jeśli ruchomy styk jest wykonany jako układ kontaktowego ramienia z kontaktowym blokiem z odpornego materiału i wciskaną nasuwką, obrotowo założoną do korpusu wyłącznika prądu szczątkowego i opierającą się o ramię kontaktowe, przy czym sprężyna przemieszczająca ruchomy kontakt jest uchwycona do wciskanej nasuwki. Korzystnym także jest, jeżeli zespół sygnalizacyjny stanu

PL 209 018 B1 styków jest wykonany jako segment zaopatrzony w znak albo ślad o odróżniającym kolorze, usytuowanym w taki sposób, aby mógł przemieszczać się w pozycję pod okienkiem wziernikowym na przedniej części korpusu, lub poza okienko wziernikowe, przy czym ten segment jest osadzony obrotowo do korpusu wyłącznika i jest mechanicznie połączony z cięgnem wskaźnikowym, połączonym obrotowo z ruchomym stykiem lub odpowiednio z wciskaną nasuwką. Korzystnym jest także, jeżeli sprzęgi i dźwignie w korpusie wyłącznika są usytuowane symetrycznie względem wzdłużnej centralnej płaszczyzny korpusu wyłącznika. Korzystnym jest wreszcie, jeżeli korpus wyłącznika jest wykonany jako płaszcz zewnętrzny, posiadający przyłącza elektryczne do włączenia w obwód elektryczny oraz elementy mocujące do zamocowania wyłącznika na desce rozdzielczej, w którym jest usytuowany płaszcz wewnętrzny, ścianki lub powłoka, w których jest usytuowany ruchomy mechanizm załączania i rozłączania styków. Pozwala to na zmontowanie i sprawdzenie mechanizmu przed umieszczeniem w płaszczu zewnętrznym korpusu. Korzystnym przy tym jest, zwłaszcza ze względów mechanicznych i technologicznych, je ż eli ścianki lub powł oka płaszcza wewnę trznego wykonane są z metalu, natomiast zewnętrzny płaszcz jest wykonany z tworzywa sztucznego.

Wykonany według wynalazku wyłącznik prądu szczątkowego jest stosunkowo lekki i mały, o niskich kosztach produkcji ale równocześnie o znacznej żywotności i wysokiej niezawodności. Nie bez znaczenia jest także, że mechanizm sygnalizacyjny jest osadzony bezpośrednio do styku ruchomego co powoduje, że nie wskazuje pozycji dźwigni sterującej, lecz bezpośrednio stan połączenia kontaktu, a ponadto daje możliwość stwierdzenia za pomocą wskaźnika mechanizmu sygnalizacyjnego, w zależności od pozycji dźwigni sterującej w pozycji rozwartej, czy styki zostały otwarte ręcznie, umyślnie, co jest widoczne wtedy kiedy zarówno dźwignia sterująca jak i wskaźnik są w pozycji rozwartej, czy też styki zostały rozwarte z uwagi na uszkodzenie chronionego obwodu, co jest widoczne kiedy wskaźnik jest w pozycji rozwartej, ale dźwignia sterująca wyłącznika jest w pozycji środkowej. Osiągnięto także znaczące korzyści technologiczne polegające na tym, że cały mechanizm jest zwarty, funkcjonalny i dający możliwość weryfikacji działania po zainstalowaniu w wewnętrznych ściankach, płaszczu lub powłoce jeszcze przed zamontowaniem w zewnętrznym płaszczu umieszczonym w korpusie kompletnego wyłącznika.

Objaśnienie Rysunków

Przedmiotowy wynalazek jest bliżej przedstawiony i opisany w szczegółach w przykładzie wykonania, w którym mechanizm wyłącznika prądu szczątkowego jest pokazany w widoku z boku, przy czym poszczególne położenia mechanizmu są stopniowo pokazane na Fig. od 1 do 7, z których Fig. 1 - 3 pokazują proces zamykania styków, Fig. 4 i 5 proces otwierania styków, natomiast Fig. 6 i 7 pokazują sytuację zamknięcia styków rozwartych uprzednio przez mechanizm rozwierający.

Preferowany przykład wykonania

Wyłącznik prądu szczątkowego według wersji przykładowej jest skonstruowany jako korpus zawierający zewnętrzną obudowę i wewnętrzną obudowę, gdzie na korpusie znajduje się dźwignia sterująca 1, połączona za pomocą mechanizmu wewnętrznego ze stykiem ruchomym 2, współpracującym mechanicznie i elektrycznie ze stykiem stałym 6. Sam korpus jest wykonany w znany sposób i nie jest pokazany na załączonym rysunku. Ponadto, odmiennie jak w znormalizowanych rozwiązaniach, korpus jest zaprojektowany jako zewnętrzna obudowa z włożoną do wnętrza wewnętrzną obudową, przeznaczoną dla wstępnego osadzenia mechanizmu w stanie roboczym. Ta wewnętrzna obudowa składa się z mechanizmu włączająco rozłączającego dużej mocy 10, sprzężonego z dźwignią sterującą 1 z ruchomym stykiem 2 i sterującym mechanizmem rozłączającym 30, połączonym do tego mechanizmu włączająco rozłączającego dużej mocy 10. Mechanizm rozłączająco włączający dużej mocy 10 jest zaprojektowany tutaj jako zmienna dźwignia składająca się z dwóch elementów 11 i 12, połączonych ze sobą w sposób obrotowy, gdzie w miejscu 101 tego połączenia obrotowego jest także połączony bocznie ręcznie sterowany mechanizm rozłączający 30, jednym końcem 311 sterującego sprzęgu 31, podczas gdy drugi koniec 312 sprzęgu jest połączony w sposób obrotowy do dźwigni 32, której jeden koniec 321, znajdujący się w pobliżu miejsca 102 połączenia obrotowego sprzęgu 31 z tą dźwignią 32 jest zakotwiony do korpusu wyłącznika prądu szczątkowego w sposób obrotowy, w pozycji 103 położonej poniżej połączenia końców 311, 312 sterującego sprzęgu 31, podczas gdy drugi koniec 322 jest oddalony od miejsca 102 połączenia obrotowego sterującego sprzęgu 31 z tą dźwignią 32. Wymiary i kształt dźwigni 32 są przystosowane w taki sposób, aby mogły blokować dźwignię przez opieranie się o powierzchnie blokującą 330, utworzoną na zapadce 33, której jeden koniec 331 jest zainstalowany na korpusie wyłącznika prądu szczątkowego obrotowo, a którego drugi, wolny koniec 332 opiera się o organ wykonawczy elektromagnesu, nie pokazany tutaj,

PL 209 018 B1 podłączonego elektrycznie do obwodu elektrycznego, także nie pokazanego tutaj, przystosowanego do generowania impulsów rozłączających, przy czym następnie sprężyna 209 przemieszczając przesuwny styk 2 w kierunku pozycji otwartej jest połączona do ruchomego styku 2 w miejsce 104 połączenia obrotowego ruchomego styku 2 ze stałym stykiem 6. W tej przykładowej wersji styk ruchomy 2 jest korzystnie wykonany jako układ ramienia stykowego 201 z kontaktowym blokiem 211 z wytrzymałego materiału i wciskaną nasuwką 202, mocowaną obrotowo w korpusie wyłącznika prądu szczątkowego i opierającą się o kontaktowe ramię 201, przy czym sprężyna 209 obciążająca styk ruchomy 2 jest zamocowana do wciskanej nasuwki 202. Ponadto, rysunek pokazuje zespól sygnalizacyjny 50 stanu styków 2, 6 skonstruowany jako segment 51, posiadający oznaczenie 511 w odróżniającym kolorze, przystosowane do przemieszczania się pod okienkiem wziernikowym 7 na części przedniej wyłącznika prądu szczątkowego, lub alternatywnie na zewnątrz tego okienka, przy czym ten segment 51 jest osadzony obrotowo w korpusie wyłącznika prądu szczątkowego i jest mechanicznie sprzężony ze wskaźnikowym sprzęgiem 5, połączonym obrotowo ze stykiem ruchomym 2, lub odpowiednio z wciskana nasuwka. Wzajemne połączenie ze sprzęgiem wskaźnikowym 5 zawiera także pręt wyważający 52. Jest to korzystne głownie wtedy, gdy sprzęgi i dźwignie w korpusie wyłącznika prądu szczątkowego są ułożone symetrycznie w stosunku do wzdłużnej płaszczyzny korpusu wyłącznika prądu szczątkowego, co jest częściowo przedstawione na załączonym rysunku w sposób jak dźwignie i sprzęgi zachodzą na siebie, przy czym w zasadzie w poszczególnych miejscach połączeń obrotowych elementy te, jak na przykład rozwidlony koniec jednego sprzęgu względem symetrycznie położonego końca elementu przeciwnego jest połączony do elementu przeciwnego reprezentowanym przez parę sprzęgów, itp. Korpus wyłącznika prądu szczątkowego według przykładu wykonania jest także utworzony jako zewnętrzny płaszcz zawierający przyłącza elektryczne do połączenia przewodów elektrycznych i ma miejsca kotwiczące, na umocowanie wyłącznika prądu szczątkowego na desce rozdzielczej z usytuowanym w środku płaszczem wewnętrznym, wewnętrznymi ścianami lub powłoką, w której jest ułożony ruchomy mechanizm złączający i rozłączający styki 2, 6. Umożliwienia to montowanie i obsługę całego mechanizmu przed zainstalowaniem w płaszczu zewnętrznym korpusu. W przedstawionym przykładzie wykonania występuje rozwiązanie alternatywne, w którym wewnętrzny płaszcz jest wykonany z metalu, a zewnętrzny z tworzywa sztucznego.

Urządzenie działa następująco. Najpierw, w trakcie włączania styków 2, 6 dźwignia sterująca 1 przemieszcza się w prawo, przy czym mechanizm włączająco rozłączający dużej mocy 10 jest przestawiony w pozycji 101 tylko po obrocie ruchomą dźwignią sterująca 31, to znaczy w miejscu gdzie są połączone elementy 11, 12, tworzące zasadniczo oparcie, możliwe do pokonania, ruchem przeciw sile sprężyny 209. Wciskana nasuwka 202, opierająca się o kontaktowe ramie 201, powoduje przybliżenie całego styku ruchomego 2 do styku stałego 6. Sprzęg sterujący 31 jest przy tym ustawiony w położenie 102, z możliwością wyżej wymienionego ruchu obrotowego, skoro dźwignia 32 znajduje się zablokowana opierając się drugim, wolnym końcem 322 o powierzchnie blokującą 330 zapadki 33. Na końcu tego ruchu, który rozpoczyna się od pozycji pokazanej na Fig. 1 i dalej jest przedstawiony na Fig. 2 i Fig. 3, styk stały 6 i styk ruchomy 2 są połączone w sposób pewny mechanicznie i elektrycznie. W tym momencie można zaobserwować, że znacznik 511 na segmencie 51 zespołu sygnalizacyjnego 50 ulega przesunięciu pod okienko wziernikowe 7. Ruch ten następuje dzięki połączeniu wciskanej nasuwki 202 za pomocą wskaźnikowego sprzęgu 5, a także pręta wyważającego 52 i segmentu 51, osadzonego obrotowo w korpusie wyłącznika prądu szczątkowego. Jeżeli obwód elektryczny chroniony wyłącznikiem prądu szczątkowego generuje nawet stosunkowo słaby impuls elektryczny, sterowany elektromagnesem człon aktywny 4 odsuwa zapadkę 33, co pokazano na Fig. 4, a uwolniony w ten sposób drugi, wolny koniec 322 dźwigni 32 przemieszcza się obrotowo ku górze, czym uwalnia przesuw sterującego sprzęgu 31, oraz położenie 101 połączenia elementów 11, 12, tworzące dotychczas stosunkowo pewne oparcie, które zostaje utracone. W konsekwencji dochodzi do złożenia elementów 11 i 12 tak, że nawet jak położenie dźwigni sterującej 1 pozostaje niezmienione, sprężyna 209 może pociągnąć wciskana nasuwkę 202, rozłączając styki 2, 6. Usytuowanie po takim zadziałaniu automatycznego, ochronnego rozłączenia styków 2, 6 jest pokazana na Fig. 5. Ruch powrotny mający na celu ręczne zwarcie styków 2, 6 jest pokazany w pierwszej fazie na Fig. 6 i Fig. 7, kiedy po przestawieniu dźwigni sterującej 1 dźwignia 32 wraca do pozycji zablokowanej przez zapadkę 33, co pokazuje położenie na Fig. 1, natomiast kiedy styki 2, 6 są w pozycji zwartej, obrazują kolejno Fig. 1, Fig. 2 oraz Fig. 3. Stan zwarcia lub rozwarcia styków 2, 6 jest w sposób nieprzerwany wskazywany przez znacznik 511, widoczny dzięki okienku wziernikowemu 7. Ręczne rozłączenie może być dokonane tylko za pomocą przestawienia dźwigni sterującej 1.

PL 209 018 B1

Wyłącznik prądu szczątkowego według przedstawionej wyżej wersji, jest stosunkowo lekki i mały, o niskich kosztach produkcji, odznaczając się jednocześnie długa żywotnością i wysoka niezawodnością a uwagi na symetrie struktury wewnętrznej, obciążenia dźwigni, sprzęgów, a przede wszystkim relatywnie ciasne ułożenie jest stosunkowo mały. Z użytkowego punktu widzenia cenne jest również to, że mechanizm zespołu wskazującego jest bezpośrednio połączony do kontaktu ruchomego, co nie wskazuje pozycji dźwigni sterującej lecz bezpośrednio stan zwarcia, a jednocześnie istnieje możliwość zorientowania się po pozycji wskaźnika zespołu wskaźnikowego co do pozycji dźwigni sterującej, czy znajduje się w pozycji wyłączonej, jeżeli styki zostały rozwarte wzajemnie, w sposób umyślny, to znaczy kiedy zarówno dźwignia sterująca jak i wskaźnik są w pozycji wyłączonej, lub czy styki zostały rozwarte z uwagi na uszkodzenie chronionego obwodu, co jest widoczne w sytuacji, kiedy wskaźnik jest w pozycji wyłączonej podczas gdy dźwignia sterująca wyłącznika prądu szczątkowego pozostaje w środkowej pozycji.

Przemysłowa przydatność

Rozwiązanie może być stosowane jako wyłącznik prądu szczątkowego do załączania, a przede wszystkim do rozłączania prądu rzędu dziesiątek lub setek amperów, przy czym gabaryty korpusu, mechanizmu, sprężyn i styków są zależne od przenoszonego obciążenia. Zachowując przedstawione wyżej pryncypia można adaptować rozwiązanie do różnych warunków.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wyłącznik prądu szczątkowego, utworzony z korpusu i wyposażony w dźwignię sterującą przeznaczoną do sterowania wzajemnym ruchem stałego i ruchomego styku elektrycznego, zawierający mechanizm załączająco rozłączający dużej mocy przełączający dźwignię sterującą z ruchomym stykiem dużej mocy, oraz mechanizm odłączający sprzężony z tym mechanizmem załączająco rozłączającym dużej mocy, znamienny tym, że mechanizm załączająco rozłączający dużej mocy (10) jest wykonany jako zmienna podpora, zestawiona z dwóch elementów (11, 12), połączonych razem obrotowo, gdzie w miejscu (101) tego połączenia obrotowego jest także obrotowo połączony sterujący mechanizm rozłączający (30), umieszczony z boku, jednym końcem (311) swojego sprzęgu (31), który swym drugim końcem (312) jest obrotowo połączony z dźwignią (32), zakotwioną w sposób obrotowy swym jednym końcem (321), który jest w pobliżu miejsca (102) obrotowego połączenia sprzęgu (31) z tą dźwignią (32) do korpusu wyłącznika prądu szczątkowego, a w miejscu (103) leżącym pod połączeniem końców (311,312) sprzęgu (31) z wymienioną dźwignią (32) znajduje się dźwignia (32) rozmiarem i kształtem przystosowana do blokowania, poprzez oparcie się o powierzchnię blokującą (330), wykonana na zapadce (33), która jest obrotowo osadzona swym jednym końcem (331) do korpusu wyłącznika prądu szczątkowego, a której drugi, wolny koniec (332) jest oparty o element wykonawczy (4) elektromagnesu, włączonego elektrycznie do obwodu, przystosowanego do generowania impulsu rozłączającego, przy czym jest jeszcze do styku ruchomego (2) połączona sprężyna (209), przemieszczająca styk ruchomy (2) w kierunku położenia rozłączonego, a w miejscu (104) obrotowego połączenia ruchomego styku (2) ze zmienną podporą zestawioną z elementów (11, 12) jest jeszcze połączone cięgno wskaźnikowe (5) zespołu sygnalizacyjnego (50) stanu załączenia styku ruchomego (2) ze stałym stykiem (6).
2. 2. Wyłącznik prądu szczątkowego według zastrz. 1, znamienny tym, że ruchomy styk (2) jest wykonany jako układ kontaktowego ramienia (201) z kontaktowym blokiem (211) z odpornego materiału i wciskaną nasuwką (202), obrotowo założoną do korpusu wyłącznika prądu szczątkowego i opierającą się o ramię kontaktowe (201), przy czym sprężyna (209) przemieszczająca ruchomy kontakt (2) jest uchwycona do wciskanej nasuwki (202).
3. 3. Wyłącznik prądu szczątkowego według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że zespół sygnalizacyjny (50) stanu styków (2, 6) jest wykonany jako segment (51) zaopatrzony w znak albo ślad (511) z odróżniającym kolorem, usytuowanym w taki sposób, aby mógł przemieszczać się w pozycję pod okienkiem wziernikowym (7) na przedniej części korpusu, lub poza okienko wziernikowe (7), przy czym ten segment (51) jest osadzony obrotowo do korpusu wyłącznika, i jest mechanicznie połączony z cięgnem wskaźnikowym (5), połączonym obrotowo z ruchomym stykiem (2), lub odpowiednio z wciskaną nasuwką (202).

   PL 209 018 B1
4. 4. Wyłącznik prądu szczątkowego według zastrz. 1 do 3, znamienny tym, że sprzęgi i dźwignie w korpusie wyłącznika są usytuowane symetrycznie względem wzdłużnej centralnej płaszczyzny korpusu wyłącznika.
5. 5. Wyłącznik prądu szczątkowego według zastrz. 1 do 4, znamienny tym, że korpus wyłącznika jest wykonany jako płaszcz zewnętrzny, posiadający przyłącza elektryczne do włączenia w obwód elektryczny oraz elementy mocujące do zamocowania wyłącznika na desce rozdzielczej, w którym jest usytuowany płaszcz wewnętrzny, ścianki lub powłoka, w których jest usytuowany ruchomy mechanizm załączania i rozłączania styków (2, 6).
6. 6. Wyłącznik prądu szczątkowego według zastrz. 5, znamienny tym, że w wewnętrznym płaszczu ścianki lub powłoka są wykonane z metalu, natomiast zewnętrzny płaszcz jest wykonany z tworzywa sztucznego.