RU2160941C2

RU2160941C2 - Circuit breaker

Info

Publication number: RU2160941C2
Application number: RU98115943/09A
Authority: RU
Inventors: А.М.(RU) Гавриленко; А.М. Гавриленко; В.И.(RU) Ломакин; В.И. Ломакин; Виктор Николаевич Терешин (UA); Виктор Николаевич Терешин; Ю.А.(RU) Фролов; Ю.А. Фролов; В.А.(RU) Чернов; В.А. Чернов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Гефест"
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: circuit breaker has case and cover, trip-free mechanism with rack, contact system with arc-control chambers, thermal and electromagnetic overcurrent releases in each pole; in addition, thermal release is electrically connected to electromagnetic release and the latter, to movable contact of contact system by means of flexible conductor; conductor of each pole is divided into two parallel conductors one being fixed to one of releases. Novelty is that second parallel conductor is fixed to heat-sensing member of thermal release. EFFECT: improved stability of heat-sensing member temperature conditions and, hence, improved operating reliability of release. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим выключателям. The invention relates to electrical engineering, in particular to circuit breakers.

Известен автоматический выключатель, содержащий механизм свободного расцепления, биметаллическую пластину, жестко закрепленную одним концом, а другим, свободным, концом установленную с возможностью взаимодействия с механизмом свободного расцепления, и два токоподвода, один из которых закреплен на свободном конце, а второй установлен на закрепленном конце биметаллической пластины, со стороны которого установлен соединенный с биметаллической пластиной шунт. (Авторское свидетельство СССР N 1415267, H 01 H 71/16, БИ N 29 от 07.08.88). A circuit breaker is known that contains a free trip mechanism, a bimetallic plate rigidly fixed at one end and the other, free, end installed with the possibility of interaction with the free trip mechanism, and two current leads, one of which is fixed to the free end, and the second is mounted to the fixed end a bimetallic plate, on the side of which a shunt connected to the bimetallic plate is installed. (USSR author's certificate N 1415267, H 01 H 71/16, BI N 29 of 08/07/08).

В таком автоматическом выключателе установка шунта снижает чувствительность биметаллической пластины из-за повышения ее жесткости. Кроме того, выполнение шунта, как правило, осуществляется из меди или латуни, что в свою очередь связано с расходованием остродефицитных материалов, таких как медь, латунь и термобиметалл. Дополнительный расход термобиметалла обусловлен тем, что повышение противодействующих усилий со стороны шунта тепловым деформациям термочувствительного элемента требует увеличения толщины термоэлемента для компенсации дополнительных противодействующих усилий. In such a circuit breaker, the installation of a shunt reduces the sensitivity of the bimetallic plate due to an increase in its rigidity. In addition, the shunt is usually made of copper or brass, which in turn is associated with the expenditure of materials that are severely deficient, such as copper, brass and thermobimetal. The additional consumption of thermobimetal is due to the fact that an increase in the opposing forces from the shunt to the thermal deformations of the thermally sensitive element requires an increase in the thickness of the thermocouple to compensate for additional opposing forces.

Известен также максимальный расцепитель тока автоматического выключателя, содержащий термочувствительный элемент, изготовленный из материала с обратимой памятью формы и выполненный U-образным с боковыми сторонами, содержащими круглые петли, расположенные в плоскостях, проходящих через боковые стороны и перпендикулярных плоскости расположения боковых сторон. (Авторское свидетельство СССР N 970505, H 01 H 73/22, H 01 H 75/08, БИ N 40 от 30.10.82). Also known is a maximum current release of a circuit breaker containing a thermosensitive element made of a material with a reversible shape memory and made U-shaped with sides containing round loops located in planes passing through the sides and perpendicular to the plane of the sides. (USSR author's certificate N 970505, H 01 H 73/22, H 01 H 75/08, BI N 40 from 10.30.82).

Такой расцепитель обладает высокой чувствительностью, однако он имеет ограниченный диапазон номинальных токов для каждого исполнения термочувствительного элемента. Such a release is highly sensitive, however, it has a limited range of rated currents for each design of the thermally sensitive element.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автоматический выключатель, содержащий корпус с крышкой, механизм свободного расцепления с рейкой, контактную систему с дугогасительными камерами, тепловой и электромагнитный расцепители максимального тока в каждом полюсе, кроме того, тепловой расцепитель электрически соединен с электромагнитным, а электромагнитный расцепитель электрически - с подвижным контактом контактной системы гибким токопроводом, причем токопровод каждого полюса разделен на две электрически параллельные части, одна из которых жестко закреплена с одним из расцепителей, а вторая часть проходит, минуя расцепитель, и жестко закреплена за следующим за расцепителем узлом. (Патент Российской Федерации N 2095875, H 01 H 73/48, H 01 H 71/74, БИ N 31 от 23.08.97). The closest in technical essence to the proposed one is a circuit breaker containing a housing with a cover, a mechanism for free tripping with a rail, a contact system with arcing chambers, thermal and electromagnetic overcurrent releases in each pole, in addition, the thermal release is electrically connected to the electromagnetic, and electromagnetic the release is electrically - with a movable contact of the contact system with a flexible current lead, and the current lead of each pole is divided into two electrically parallel parts, one of which is rigidly fixed with one of the releases, and the second part passes bypassing the release, and is rigidly fixed to the node following the release. (Patent of the Russian Federation N 2095875, H 01 H 73/48, H 01 H 71/74, BI N 31 from 08.23.97).

В таком автоматическом выключателе достигается расширение диапазона номинальных токов для каждого исполнения термочувствительного элемента теплового расцепителя, но снижается надежность срабатывания из-за возможности изменения положения в процессе эксплуатации части гибкого токопровода, может произойти в результате изменения положения автоматического выключателя под действием электродинамических сил, резко возрастающих при токах короткого замыкания, в результате изменения температуры внутри корпуса выключателя под действием ударов и вибраций. Следствием изменения положения части гибкого токопровода может быть замыкание параллельных участков гибкого токопровода в неопределенных местах с перераспределением тока между ними и соответствующим изменением тока срабатывания или изменением условий теплообмена, также сказывающееся на токе срабатывания теплового расцепителя. Кроме того, гибкий токопровод выполнен из медного провода типа ПЩ (провод щеточный), и потому сохраняется относительно большой расход меди. In such a circuit breaker, an extension of the range of rated currents is achieved for each version of the thermally sensitive element of the thermal release, but the reliability of operation is reduced due to the possibility of a change in position during operation of a part of the flexible current lead, it can occur as a result of a change in the position of the circuit breaker under the action of electrodynamic forces, which increase sharply when short circuit currents, as a result of changes in temperature inside the circuit breaker case under the action of gifts and vibrations. A consequence of a change in the position of part of the flexible current lead can be the closure of parallel sections of the flexible current lead in undefined places with a current redistribution between them and a corresponding change in the trip current or a change in heat transfer conditions, which also affects the trip current of the thermal release. In addition, the flexible current lead is made of a copper wire of the type ПЩ (brush wire), and therefore a relatively large consumption of copper is maintained.

В основу изобретения поставлена задача создания такого автоматического выключателя, в котором путем крепления части гибкого токопровода на термочувствительном элементе теплового расцепителя, замены этого участка гибкого токопровода другим, выполненным из менее дефицитного материала, достигалась бы стабильность теплообмена на участке размещения теплового расцепителя и соответственно повышалась надежность срабатывания выключателя при меньшем расходе меди. The basis of the invention is the task of creating such a circuit breaker in which, by attaching a portion of the flexible current lead to a thermally sensitive element of the thermal release, replacing this portion of the flexible current lead with another made of less scarce material, stability of heat transfer at the location of the thermal release is achieved and, accordingly, the operation reliability is increased circuit breaker with less copper consumption.

Поставленная задача решается тем, что в автоматическом выключателе, содержащем корпус с крышкой, механизм свободного расцепления с рейкой, контактную систему с дугогасительными камерами, тепловой и электромагнитный расцепители максимального тока в каждом полюсе, кроме того, тепловой расцепитель электрически соединен с электромагнитным, а электромагнитный электрически - с подвижным контактом контактной системы гибким токопроводом, причем токопровод каждого полюса разделен на две электрически параллельные части, одна из которых жестко закреплена с одним из расцепителей, вторая параллельная часть жестко закреплена на термочувствительном элементе теплового расцепителя. Для автоматического выключателя с биметаллическим термочувствительным элементом теплового расцепителя вторая параллельная часть жестко закреплена на биметаллическом элементе в двух его участках на расстоянии между этими участками не менее 1/3 длины биметаллического элемента со стороны активного слоя. Для автоматического выключателя с биметаллическим термочувствительным элементом теплового расцепителя вторая параллельная часть токопровода выполнена в форме пластины из стали, вдоль которой жестко крепится одним своим концом термочувствительный элемент, а второй конец пластины из стали соединен со вторым, свободным, концом термочувствительного элемента гибким токопроводом, длина которого не менее допустимых тепловых деформаций свободного конца термочувствительного элемента. Для автоматического выключателя с термочувствительным элементом из материала с обратимой памятью формы вторая параллельная часть жестко закреплена на термочувствительном элементе в участках, соответствующих минимальной величине тепловых деформаций. The problem is solved in that in a circuit breaker containing a housing with a cover, a free trip mechanism with a rail, a contact system with arcing chambers, thermal and electromagnetic overcurrent releases in each pole, in addition, the thermal release is electrically connected to the electromagnetic, and the electromagnetic electrically - with a movable contact of the contact system with a flexible current lead, and the current lead of each pole is divided into two electrically parallel parts, one of which is rigid o is fixed with one of the releases, the second parallel part is rigidly fixed to the heat-sensitive element of the thermal release. For a circuit breaker with a bimetallic heat-sensitive element of a thermal release, the second parallel part is rigidly fixed to the bimetallic element in two of its sections at a distance between these sections of at least 1/3 of the length of the bimetallic element from the side of the active layer. For a circuit breaker with a bimetallic heat-sensitive element of a thermal release, the second parallel part of the current lead is made in the form of a plate of steel along which the heat-sensitive element is rigidly fixed with one end, and the second end of the steel plate is connected to the second, free, end of the heat-sensitive element by a flexible current lead, the length of which no less than permissible thermal deformations of the free end of the heat-sensitive element. For a circuit breaker with a thermosensitive element made of a material with a reversible shape memory, the second parallel part is rigidly fixed to the thermosensitive element in sections corresponding to the minimum value of thermal deformations.

Сущность изобретения состоит в том, что фиксация гибкого токопровода на термочувствительном элементе теплового расцепителя исключает изменение их относительного положения в процессе эксплуатации, сохраняя тем самым условия теплообмена, при которых осуществлялась калибровка расцепителя. Крепление в двух точках максимально удаленных друг от друга, со стороны активного слоя термочувствительного элемента из биметалла при сохранении условий нормального функционирования теплового расцепителя исключает влияние отходящих от термочувствительного элемента участков гибкого токопровода. Замена фиксируемого гибкого токопровода на термочувствительном элементе теплового расцепителя пластиной из стали уменьшает, кроме того, материалоемкость меди и позволяет при одних и тех же параметрах термочувствительного элемента обеспечить большее количество номинальных токов теплового расцепителя. Для термочувствительного элемента из материала с обратимой памятью формы крепление в участках с минимальными тепловыми деформациями сохраняет характерную для этих элементов высокую чувствительность к нагреву на отдельных участках, определяемых особенностями конструкции и термомеханической обработкой, при сохранении неизменного положения токопровода. Таким образом, повышение надежности срабатывания предлагаемого автоматического выключателя является прямым следствием жесткого крепления гибкого токопровода на термочувствительном элементе и особенностей этого крепления при замене гибкого токопровода стальной пластиной и для термочувствительных элементов с различной природой и соответствующими особенностями их тепловых деформаций. The essence of the invention lies in the fact that the fixation of the flexible current lead on the heat-sensitive element of the thermal release eliminates the change in their relative position during operation, thereby preserving the heat transfer conditions under which the release was calibrated. Fastening at two points as far as possible from each other, from the side of the active layer of the thermally sensitive element from bimetal, while maintaining the normal functioning of the thermal release, eliminates the influence of stretching sections of the flexible current lead that extend from the thermally sensitive element. Replacing the fixed flexible current lead on the heat-sensitive element of the thermal release with a steel plate reduces, in addition, the material consumption of copper and allows for the same parameters of the heat-sensitive element to provide a larger number of rated currents of the thermal release. For a thermosensitive element made of a material with a reversible shape memory, fastening in areas with minimal thermal deformations retains the high sensitivity characteristic of these elements to heating in individual areas, determined by the design features and thermomechanical processing, while maintaining a constant position of the current lead. Thus, the increase in the reliability of operation of the proposed circuit breaker is a direct result of the rigid fastening of the flexible current lead on a heat-sensitive element and the features of this fastening when replacing a flexible current lead with a steel plate and for heat-sensitive elements with different nature and the corresponding features of their thermal deformations.

На фиг.1 показан вариант предлагаемого автоматического выключателя с биметаллическим термочувствительным элементом теплового расцепителя. На фиг.2 и фиг. 3 показаны варианты теплового расцепителя, у которых вторая параллельная часть токопровода выполнена соответственно из гибкого медного провода и в форме пластины из стали. Figure 1 shows a variant of the proposed circuit breaker with a bimetallic heat-sensitive element of the thermal release. 2 and FIG. Figure 3 shows options for a thermal release, in which the second parallel part of the current lead is respectively made of a flexible copper wire and in the form of a plate of steel.

Автоматический выключатель содержит корпус 1, в котором размещены механизм свободного расцепления 2, контактная система 3, тепловой и электромагнитный 4 расцепители в каждом полюсе. Термочувствительный элемент 5 теплового расцепителя выполнен из биметалла. Токопровод каждого полюса разделен на две электрически параллельные части 6 и 7 гибкого токопровода. Часть 6, обеспечивающая прямой нагрев током термочувствительного элемента 5, включена с ним последовательно и жестко закреплена на концах элемента 5. Часть 7 гибкого токопровода включена параллельно термочувствительному элементу 5 и приварена к нему в точках 8 и 9 (фиг. 2). В случае выполнения части 7 гибкого токопровода из стальной пластины к ней приварен термочувствительный элемент 5 одним из своих концов в точке 9, а к свободному концу термочувствительного элемента 5 приварена часть 6 гибкого токопровода в т. 8. Причем часть 6 гибкого токопровода имеет длину не менее допустимых тепловых деформаций свободного конца термочувствительного элемента 5 (фиг. 3). The circuit breaker comprises a housing 1, in which a free trip mechanism 2, a contact system 3, thermal and electromagnetic 4 releases in each pole are located. The heat-sensitive element 5 of the thermal release is made of bimetal. The conductor of each pole is divided into two electrically parallel parts 6 and 7 of the flexible conductor. Part 6, which provides direct current heating of the thermosensitive element 5, is connected in series with it and is rigidly fixed at the ends of the element 5. Part 7 of the flexible current lead is connected parallel to the thermosensitive element 5 and is welded to it at points 8 and 9 (Fig. 2). In the case where part 7 of the flexible current lead is made of a steel plate, the heat-sensitive element 5 is welded to it at one of its ends at point 9, and part 6 of the flexible current lead is welded to the free end of the heat-sensitive element 5, part 8. Moreover, part 6 of the flexible current lead has a length of at least permissible thermal deformations of the free end of the heat-sensitive element 5 (Fig. 3).

В рабочем положении ток в автоматическом выключателе в области размещения теплового расцепителя протекает по двум параллельным частям 6 и 7. Протекающий в части 6 ток проходит через термочувствительный элемент 5 и нагревает его, вызывая тепловые деформации изгиба, величина которых определяется величиной тока в элементе 5, зависящей от тока нагрузки и от соотношения величин токов в частях 6 и 7, которое устанавливается в зависимости от требуемого номинального тока. При недопустимых токах перегрузки тепловые деформации изгиба достигают величины, при которой свободный конец термочувствительного элемента 5 воздействует на механизм свободного расцепления 2, осуществляющий размыкание контактов контактной системы 3. При больших кратностях тока перегрузки срабатывает электромагнитный расцепитель 4 тока. В процессе нагрева и тепловых деформаций термочувствительного элемента 5 его теплообмен с расположенными рядом элементами, в частности с токоведущей частью 7, не изменяется, поскольку эта часть неподвижно закреплена на самом элементе 5 в точках 8 и 9. Крепление исключает влияние на тепловой контакт и внешних воздействий, таких как, например, удары и вибрации. Размещение закрепленного участка со стороны активного слоя термочувствительного элемента 5 исключает возможность возникновения механических помех при взаимодействии теплового максимального расцепителя тока с механизмом свободного расцепления. In the operating position, the current in the circuit breaker in the area of the thermal release flows in two parallel parts 6 and 7. The current flowing in part 6 passes through the heat-sensitive element 5 and heats it, causing thermal bending strain, the magnitude of which is determined by the magnitude of the current in element 5, which depends from the load current and from the ratio of currents in parts 6 and 7, which is set depending on the required rated current. With unacceptable overload currents, the bending thermal deformations reach a value at which the free end of the thermosensitive element 5 acts on the free trip mechanism 2, which opens the contacts of the contact system 3. At high multiples of the overload current, the electromagnetic current release 4 is activated. During heating and thermal deformations of the heat-sensitive element 5, its heat exchange with adjacent elements, in particular with the current-carrying part 7, does not change, since this part is fixedly mounted on the element 5 itself at points 8 and 9. The fastening eliminates the effect on thermal contact and external influences such as, for example, shock and vibration. Placing the fixed portion on the side of the active layer of the thermosensitive element 5 eliminates the possibility of mechanical interference during the interaction of the thermal maximum current release with the free trip mechanism.

Аналогично действует тепловой расцепитель, у которого часть 7 гибкого токопровода, проходящая минуя термочувствительный элемент 5, выполнена в виде пластины из стали, к которой одним концом, т.е. консольно, приварен термочувствительный элемент 5 (фиг. 3). Часть 6 гибкого токопровода, обеспечивающая прямой нагрев током термочувствительного элемента 5, включена с ним последовательно. Т. к. термочувствительный элемент 5 расположен вдоль на стальной пластине 7 активным слоем к ней, то при его нагреве свободный конец термочувствительного элемента 5 за счет тепловых деформаций изгиба термочувствительного элемента 5 отходит от стальной пластины 7 в сторону механизма свободного расцепления. Так как длина гибкого токопровода 6 не менее допустимых тепловых деформаций свободного конца термочувствительного элемента 5, то стальная пластина 7 не оказывает механических сил сопротивления изгибу термочувствительного элемента 5. Поэтому термочувствительный элемент 5 может быть выполнен из более тонкого термобиметалла. Варьируя только толщиной стальной пластины 7 можно одним и тем же термоэлементом 5 обеспечить широкий ряд номинальных токов теплового расцепителя. Например, для автоматического выключателя АЕ2046 ММ на I_н = 10 А размеры стальной пластины 7,15 • 0,8 • 1 мм, а на I_н = 160 A - 15 • 2,5 • 61 мм. При этом весь ряд номинальных токов от 10 до 160 А для данного типа автоматических выключателей закрывается одним и тем же термочувствительным элементом 5 из термобиметалла ТБ200/113 с размером 8 • 0,8 • 50 мм. Этим достигается высокая унификация и экономия остродефицитных материалов, таких как медь и термобиметалл (ранее для автоматических выключателей с I_н = 160 A использовался, как правило, термобиметалл толщиной 1,6 мм).The thermal release operates in a similar way, in which part 7 of the flexible current path passing through the heat-sensitive element 5 is made in the form of a plate of steel to which one end, i.e. cantilevered, heat-sensitive element 5 is welded (Fig. 3). Part 6 of the flexible conductor, providing direct current heating of the thermosensitive element 5, is connected in series with it. Since the temperature-sensitive element 5 is located along the active layer on the steel plate 7 thereto, when it is heated, the free end of the temperature-sensitive element 5 due to thermal deformation of the bend of the temperature-sensitive element 5 moves away from the steel plate 7 in the direction of the free trip mechanism. Since the length of the flexible current lead 6 is no less than the permissible thermal deformations of the free end of the heat-sensitive element 5, the steel plate 7 does not exert mechanical resistance to bending of the heat-sensitive element 5. Therefore, the heat-sensitive element 5 can be made of thinner thermobimetal. By varying only the thickness of the steel plate 7, it is possible with the same thermocouple 5 to provide a wide range of rated currents of the thermal release. For example, for an AE2046 MM circuit breaker at I _n = 10 A, the dimensions of the steel plate are 7.15 • 0.8 • 1 mm, and at I _n = 160 A - 15 • 2.5 • 61 mm. Moreover, the entire range of rated currents from 10 to 160 A for this type of circuit breaker is closed by the same heat-sensitive element 5 from TB200 / 113 thermobimetal with a size of 8 • 0.8 • 50 mm. This achieves high unification and saves critical materials such as copper and thermobimetal (previously, for circuit breakers with I _n = 160 A, thermobimetal with a thickness of 1.6 mm was usually used).

Приведенный на иллюстрации вариант автоматического выключателя не исключает других вариантов исполнения. В частности, в случае необходимости может быть исключен электрический контакт части 7 гибкого токопровода с термочувствительным элементом теплового расцепителя путем прокладки между ними изоляции и выполнения крепления посредством зажима. The circuit breaker version shown in the illustration does not exclude other versions. In particular, if necessary, the electrical contact of part 7 of the flexible current lead with the thermally sensitive element of the thermal release can be excluded by laying insulation between them and fixing by clamping.

Таким образом, предлагаемый автоматический выключатель характеризуется стабильностью условий нагрева термочувствительного элемента теплового расцепителя и соответственно повышенной надежностью срабатывания. Кроме того, обеспечивается экономия остродефицитных материалов, таких как медь и термобиметалл. Thus, the proposed circuit breaker is characterized by the stability of the heating conditions of the heat-sensitive element of the thermal release and, accordingly, the increased reliability of operation. In addition, savings are made for severely deficient materials such as copper and thermobimetal.

Claims

1. A circuit breaker comprising a housing with a cover, a free trip mechanism with a rail, a contact system with a movable contact and arcing chambers, thermal and electromagnetic overcurrent releases in each pole, in addition, the specified thermal release is electrically connected to the specified electromagnetic release, and the electromagnetic the release is electrically connected to the moving contact of the contact system by a flexible current lead, and the flexible current lead of each pole is divided into two electric esk parallel parts, one of which is rigidly fixed with one of these releases, characterized in that the second parallel part of the flexible conductor is rigidly fixed to the heat-sensitive element of the thermal release.

2. The circuit breaker according to claim 1, characterized in that for a circuit breaker with a bimetallic thermosensitive element of a thermal release, the second parallel part of the flexible conductor is rigidly fixed to the bimetallic thermosensitive element of the thermal release in two sections located at least 1 / 3 lengths of the bimetallic thermosensitive element of the thermal release from the active layer side.

3. The circuit breaker according to claim 1, characterized in that for a circuit breaker with a bimetallic thermosensitive element of a thermal release, the second parallel part of the current path is made in the form of a plate of steel, along which a bimetallic thermosensitive element of thermal separation is rigidly attached with one end thereof, the end of the plate of steel is connected to the second, free, end of the bimetallic heat-sensitive element of the thermal release using the first of these parts flexible conductor, the length of which is not less than the permissible thermal deformations of the free end of the bimetallic heat-sensitive element of the thermal release.

4. The circuit breaker according to claim 1, characterized in that for a circuit breaker with a heat-sensitive element of the thermal release from a material with a reversible shape memory, the second parallel part of the flexible current lead is rigidly fixed to the temperature-sensitive element of the thermal release in sections corresponding to the minimum value of thermal deformation.