RU2718797C1 - Быстродействующий выключатель, предназначенный для применения в промышленности и железнодорожной отрасли - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к быстродействующему выключателю (1), предназначенному для применения в промышленности или железнодорожной отрасли, где сильный постоянный ток должен прерываться с высокой эффективностью и исключительно быстрым временем срабатывания. Выключатель (1) содержит расположенный в корпусе (10) базовый участок (2), поддерживающий приводной механизм для средств переключения, содержащих удерживающий механизм и освобождающий механизм; промежуточный участок (4) с переключающими или размыкающими контактами, содержащий неподвижные и подвижные контакты, и верхний дугогасительный участок (7) в виде дугогасительной камеры, покрывающий указанный участок (4) с переключающими или размыкающими контактами, промежуточные ограничивающие участки, предусмотренные с обеих сторон указанного корпуса (10), указанный дугогасительный участок (7) в виде дугогасительной камеры установлен с возможностью скольжения на корпусе (10); рычажный механизм, продолжающийся в поперечном направлении между противолежащими промежуточными ограничивающими участками, для перемещения или поднимания дугогасительного участка (7) в виде дугогасительной камеры в случае проверки. Техническим результатом является повышение надежности и обеспечение стабильности времени прерывания. 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному быстродействующему выключателю, предназначенному для применения в промышленности и железнодорожной отрасли.

В частности, но неисключительно, изобретение относится к быстродействующему выключателю, предназначенному для применения в промышленности или железнодорожной отрасли, в котором сильный постоянный ток должен прерываться с высокой эффективностью и исключительно быстрым временем срабатывания.

Уровень техники

Как хорошо известно в данной технической области, выключатель является электрическим выключателем автоматического действия, выполненным с возможностью защиты электрической цепи от повреждения, обусловленного воздействием сверхтока, или перегрузки, или короткого замыкания. Его основной функцией является прерывание течения тока после того, как защитное реле обнаружило неисправность.

Быстродействующие выключатели (БВ) являются однополюсными выключателями, предназначенными для использования в высокоэнергетических и высоконадежных системах распределения энергии постоянного тока. Эти выключатели используются в различных применениях для защиты оборудования от токов короткого замыкания и перегрузок; например, они пригодны для защиты электросетей и полупроводников (конвертеров/выпрямителей), применяемых в промышленности и железнодорожной отрасли.

Фидерные выключатели и выключатели выпрямителей представлены на рынке и рассчитаны на рабочие токи до 8000 А постоянного тока и рабочие напряжения до 44000 В постоянного тока. Они имеют очень высокую способность к прерыванию течения токов в комбинации с токоограничительной характеристикой.

Несмотря на то, что эти выключатели в основном используются в железнодорожном подвижном составе, работающем на постоянном токе, или тяговых транспортных машинах (включая сюда локомотивы, поезда, подвижной состав метрополитена, легкие железнодорожные транспортные средства) для защиты основных и вспомогательных электрических цепей или на тяговых подстанциях постоянного тока, они также находят широкое применение в промышленных установках, таких как стальные/алюминиевые прокатные станы, морские преобразователи, установки возобновляемой энергии или химические установки.

В общем, для улучшения способности к размыканию цепи и высоких диэлектрических характеристик необходимо использовать высококачественные материалы для обеспечения непрерывности энергоснабжения и защиты в случае возникновения неблагоприятных ситуаций применительно к системе.

Выключатели, относящиеся к настоящему изобретению, имеют очень большой вес, например более 150 кг, и обычно установлены в труднодоступных местах.

Одной из основных проблем, встречающихся во время технического обслуживания, которое необходимо выполнять время от времени в случае неисправности или ремонта выключателя, является демонтаж так называемой дугогасительной камеры, которая является участком выключателя, предназначенным для гашения электрической дуги между контактами.

Эта операция является очень обременительной и требует много времени, поскольку демонтаж дугогасительной камеры является сложным и требует применения специальных инструментов, например: специального подъемного устройства или сходных устройств, и транспортирования тяжелой дугогасительной камеры.

Кроме того, быстродействующие выключатели известного типа, представленные на рынке, обычно оснащены приводным механизмом, функционирование которого основано на использовании катушки, максимально быстро размыкающей размыкающиеся контакты.

Однако это решение имеет ограничение, которое зависит от напряжения, прикладываемого к такой катушке, что обеспечивает до некоторой степени меньшее время прерывания.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в обеспечении усовершенствованного быстродействующего выключателя для применений, касающихся прерывания сильных токов, имеющего конструкционные и функциональные характеристики, позволяющие выполнять менее сложный осмотр размыкающихся контактов посредством облегчения демонтажа дугогасительной камеры в случае неисправности.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить быстродействующий выключатель, имеющий повышенную надежность и более длительный срок службы и в то же время обеспечивающий стабильное время прерывания в любых рабочих условиях.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить быстродействующий переключатель, который может быть выполнен из материалов, имеющих приемлемую стоимость для применения в промышленных масштабах.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения решена с помощью быстродействующего выключателя по п. 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение также усовершенствовано, как определено в зависимых пунктах. Идея решения на основе настоящего изобретения состоит в обеспечении наличия дугогасительной камеры, которая установлена с возможностью скольжения на корпусе выключателя, и использовании рычажного механизма для перемещения или поднимания дугогасительной камеры без прикладывания чрезмерного усилия для выполнения такой операции.

Согласно вышеописанной идее решения и аспекту настоящего изобретения техническая проблема решается с помощью быстродействующего выключателя, предназначенного для применения в промышленности или железнодорожной отрасли, где сильный постоянный ток должен прерываться с высокой эффективностью и исключительно быстрым временем срабатывания, причем указанный выключатель содержит расположенный в корпусе базовый участок, поддерживающий:

- приводной механизм для средств переключения, содержащих удерживающий механизм и освобождающий механизм,

- промежуточный участок с переключающими или размыкающими контактами, содержащий неподвижные контакты и подвижные контакты, и

- верхний дугогасительный участок в виде дугогасительной камеры, покрывающий указанный участок с переключающими контактами,

отличающийся тем, что он содержит:

промежуточные ограничивающие участки, предусмотренные с обеих сторон указанного корпуса для ограничения сбоку промежуточного участка с переключающими или размыкающими контактами и обеспечения боковых направляющих для указанного дугогасительного участка в виде дугогасительной камеры;

причем указанный дугогасительный участок в виде дугогасительной камеры установлен с возможностью скольжения на корпусе,

по меньшей мере рычажный механизм, продолжающийся в поперечном направлении между указанными противолежащими промежуточными ограничивающими участками, для перемещения или поднимания указанной дугогасительной камеры в случае проверки.

Преимущественно, промежуточные ограничивающие участки образованы из синтетического пластического материала и имеют первую часть, или участок, большей толщины, расположенный рядом с участком переключающих контактов, и вторую часть, охватывающую сбоку дугогасительную камеру, причем указанная первая часть большей толщины имеет ось для одного конца указанного рычага с одной стороны и паз для направления противоположного конца указанного рычага с противоположной стороны.

Упомянутый рычаг содержит увеличенный центральный участок с выступом, воздействующим на край указанной дугогасительной камеры.

Кроме того, указанный рычажный механизм предусмотрен с обеих основных сторон корпуса выключателя.

Корпус содержит конструкцию из синтетического пластического материала, имеющую заданный коэффициент изоляции, и содержит пару защитных стенок, закрывающих с обеих основных сторон базовый участок выключателя и промежуточный участок с переключающими или размыкающими контактами.

Необходимо отметить, что участок с размыкающими контактами содержит неподвижные контакты и подвижные контакты, причем указанные контакты выполнены как сдвоенные контакты, образованные из разных проводящих материалов.

В частности, первый неподвижный основной контакт поддерживается рядом с приводным механизмом и образован из серебряного сплава, имеющего высокую проводимость.

Дополнительный дуговой контакт поддерживается на заданном расстоянии от первого, основного контакта и образован из сплава, содержащего вольфрам.

Кроме того, между основным контактом и дополнительным дуговым контактом подвижных контактов конструктивно расположен упругий элемент, так что верхний подвижный контакт может касаться первого соответствующего неподвижного контакта во время фазы замыкания выключателя.

Во время размыкания подвижные контакты приводятся в действие посредством освобождения упругих средств, которые постоянно действуют в направлении размыкания подвижных контактов и неподвижных контактов.

Эти упругие средства содержат пару пружин, имеющих один конец, соединенный с подвижным контактным рычагом, поддерживающим подвижные контакты, и противоположный конец, связанный с неподвижной частью конструкции выключателя.

С другой стороны, в положении замыкания выключателя указанный удерживающий механизм приводится в действие магнитным полем, генерируемым катушкой, которая питается дополнительным током и действует на фиксирующий элемент подвижного контактного рычага, поддерживающего указанные подвижные контакты, в то время как упругие средства действуют согласно их коэффициенту K упругости.

Другой важный признак относится к дугогасительному участку в виде дугогасительной камеры, который имеет внешние полюсные наконечники, присоединенные с обеих основных сторон скользящей дугогасительной камеры и электрически соединенные с дополнительными соответствующими полюсными наконечниками, которые связаны с неподвижной частью выключателя, связанной с промежуточным переключающим участком.

Указанные внешние полюсные наконечники содержат по меньшей мере пару металлических пластин, независимо установленных на каждой боковой основной стороне дугогасительной камеры, в то время как указанные дополнительные соответствующие полюсные наконечники содержат пару пластин, которые являются независимыми по конструкции и электрически соединены с концевыми сторонами магнитного сердечника, вставленного внутрь рассеивающих катушек выключателя; причем пластины внешних полюсных наконечников частично перекрывают пластины дополнительных соответствующих полюсных наконечников, устанавливая скользящий упорный контакт, обеспечивающий электрическое соединение.

Наконец, что не менее важно, на каждом внешнем полюсном наконечнике расположены катушки, подобно ремню, для правильного направления движения электрической дуги внутри дугогасительной камеры и ее удерживания внутри дугогасительной камеры во время процесса гашения. Каждая катушка вставлена в изолированный кожух, выполненный из синтетического пластического материала, для изоляции и защиты катушки от внешних устройств или примыкающего модуля выключателя.

Другие признаки и преимущества контакторного устройства согласно настоящему изобретению станут понятными из приведенного ниже описания, представленного в качестве неограничивающего примера со ссылкой на приложенные чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показан быстродействующий выключатель согласно настоящему изобретению, вид в перспективе;

на фиг. 2 – быстродействующий выключатель, изображенный на фиг. 1, с удаленной боковой крышкой, вид в перспективе;

на фиг. 3 – быстродействующий выключатель согласно изобретению, изображенный с другой точки обзора по отношению к фиг. 1, вид в перспективе;

на фиг. 4 – быстродействующий выключатель, изображенный на фиг. 3, с удаленной боковой крышкой, вид спереди;

на фиг. 5 – промежуточный переключающий участок быстродействующего выключателя согласно изобретению;

на фиг. 6 – конструктивные элементы переключающего участка, изображенного на фиг. 5, в другом рабочем состоянии;

на фиг. 7 – внутренний участок быстродействующего выключателя согласно изобретению, вид в перспективе;

на фиг. 8 – тот же самый внутренний участок быстродействующего выключателя, изображенный на фиг. 7, с другой точки обзора, вид в перспективе.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематично изображен быстродействующий выключатель согласно настоящему изобретению, в целом обозначенный позицией 1.

Выключатель 1 имеет по существу форму прямоугольного параллелепипеда с нижним и верхним участками, двумя основными сторонами и двумя сторонами, определяющими толщину.

Выключатель 1, в частности, предназначен для применения в промышленности или железнодорожной отрасли, где сильный постоянный ток должен прерываться с высокой эффективностью и исключительно быстрым временем срабатывания.

Например, выключатель 1 согласно настоящему изобретению выполнен с возможностью использования на электрооборудовании, работающем в тяжелых условиях воздействия сверхтоков, или перенапряжений, или коротких замыканий, которые могут возникать на подстанциях линий метрополитена.

Однако ничто не препятствует использованию выключателя 1 этого типа во всех применениях, где сильный постоянный ток должен прерываться как можно быстрее, например: на железнодорожных вокзалах, в поездах или в промышленных установках.

Для того чтобы составить представление об условиях эксплуатации и диапазоне значений тока, действующих в отношении контакторов этого типа, следует отметить, что такие устройства должны быть способны эффективно прерывать токи по меньшей мере до 8000 А постоянного тока при значениях рабочего напряжения до 4200 В постоянного тока.

Эти рабочие значения могут относиться к однополюсному выключателю. Однако во многих применениях необходимо предусматривать двухполюсную конфигурацию и/или трехполюсную конфигурацию.

В этом смысле быстродействующий выключатель 1 согласно настоящему изобретению имеет модульную конструкцию, имеющую отношение к однополюсной конфигурации, которая показана на фигурах, но может иметь двухполюсную конфигурацию или двух- или трехполюсную конфигурацию, содержащую два или три параллельных модуля в зависимости от требований пользователя.

Кроме того, модульное исполнение выключателя остается в силе даже для различных значений напряжения или тока в том смысле, что устройство сохраняет одни и те же размеры благодаря специальной конструкции дугогасительной камеры.

Ниже приведено описание конструкции однополюсного модуля.

Конструкция выключателя 1 содержит базовый участок 2, поддерживающий приводной механизм 3, верхний или промежуточный участок 4 с переключающими или размыкающими контактами, содержащий неподвижные контакты 5 и подвижные контакты 6, и дугогасительный участок 7 в виде дугогасительной камеры.

Электрические переключающие контакты образуют размыкающий участок устройства, в то время как дугогасительный участок 7 в виде дугогасительной камеры предусмотрен для того, чтобы покрывать и/или защищать электрические переключающие контакты.

В более часто встречающемся вертикальном расположении базовый участок 2 является нижним участком выключателя 1, а дугогасительный участок 7 в виде дугогасительной камеры является верхним участком; однако выключатель 1 согласно настоящему изобретению может быть установлен даже в горизонтальное положение, так чтобы одна из основных сторон была бы нижним участком, в то время как базовый участок 2 и верхняя часть (выполненная из керамики) дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры были бы боковыми сторонами.

Конструкция всех вышеуказанных участков будет описана далее.

Однополюсный модуль выключателя 1 содержит корпус 10, закрывающий с обеих боковых сторон базовый участок 2 и частично участок 4 с переключающими или размыкающими контактами.

Как указано выше, базовый участок 2 должен рассматриваться только как ограничивающая стенка корпуса 10, а необязательно как нижний участок, поскольку выключатель 1 в целом может быть установлен в вертикальное положение, но также может быть установлен в горизонтальное положение в зависимости от требований пользователя.

На приложенных чертежах выключатель 1 показан в вертикальном положении с базовым участком 2, продолжающимся горизонтально и связанным с прямоугольными опорными лапами 21 для крепления выключателя к опорному основанию (не показано). Однако ничто не препятствует установке выключателя 1 в горизонтальное положение; в этом случае базовый участок 2 будет продолжаться вертикально.

Корпус 10 содержит конструкцию из синтетического пластикового материала, имеющего заданный коэффициент изоляции. Такой корпус 10 содержит пару защитных стенок 11, закрывающих с обеих основных сторон базовый участок 2 выключателя и промежуточный участок 4 с переключающими или размыкающими контактами, оставляя открытым только центральное отверстие 12. Эта защитная стенка 11 обеспечивает улучшенный и более эффективный коэффициент изоляции по сравнению с изоляцией, обеспечиваемой воздухом.

Такое отверстие 12 предназначено для быстрого осмотра с боковой стороны.

В корпусе 10 предусмотрены противолежащие промежуточные ограничивающие участки 16, 18 для ограничения сбоку промежуточного участка 4 с переключающими или размыкающими контактами. Эти ограничивающие участки 16, 18 также имеют две боковые направляющие для дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры.

Преимущественно, дугогасительный участок 7 в виде дугогасительной камеры установлен с возможностью скольжения в корпусе 10 между вышеупомянутыми промежуточными ограничивающими участками 16, 18.

Более конкретно, один участок 16 выполнен с первой частью 17, или участком, который расположен ближе к участку 4 с переключающими или размыкающими контактами, и второй частью 19, охватывающей сбоку дугогасительный участок 7 в виде дугогасительной камеры.

Первая и вторая части 17, 19 образованы как одно целое из синтетического пластикового материала.

Первая часть 17 имеет бóльшую толщину, чем вторая часть 19, и поддерживает ось 43.

Сходным образом другой ограничивающий участок 18, имеющий немного отличающуюся конструкцию, содержит первую часть 27, или участок, который расположен ближе к участку 4 с переключающими или размыкающими контактами, и вторую часть 29, охватывающую сбоку дугогасительный участок 7 в виде дугогасительной камеры. В этом случае первая и вторая части 27, 29 образованы как одно целое из синтетического пластикового материала.

Первая часть 27 имеет бóльшую толщину, чем вторая часть 29, и имеет паз 28, который продолжается по существу параллельно наружной боковой поверхности корпуса 10 или дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры.

Рычаг 25 имеет конец 25A, шарнирно прикрепленный к оси 43 первой части 17 ограничивающего участка 16.

Рычаг 25 продолжается в поперечном направлении между двумя противолежащими промежуточными ограничивающими участками 16 и 18 и параллельно защитным стенкам 11, закрывающим выключатель 1.

Рычаг 25 имеет противолежащий конец 25B, который взаимодействует с возможностью скольжения с пазом 28, предусмотренным в первой части другого ограничивающего участка 18, с помощью пальца 30.

На фиг. 2 показана конструкция, в которой рычаг 25 расположен с одной основной стороны выключателя 1, в то время как на фиг. 4 показана конструкция, в которой другой рычаг расположен на другой основной стороне выключателя 1. Симметричное расположение рычагов 25 обеспечивает более плавное скользящее действие на дугогасительном участке 7 в виде дугогасительной камеры, как описано ниже.

Каждый рычаг 25 с обеих сторон выключателя 1 имеет центральный увеличенный участок 33, оснащенный пальцем 32, выступающим перпендикулярно от каждого рычага 25 к внутренней части выключателя и действующим на соответствующий нижний край 35 дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры.

Для воздействия на оба рычага 25 предусмотрен механизм, содержащий бесконечный винт. Бесконечный винт расположен внутри ограничивающего участка 18 на дугогасительном участке 7 в виде дугогасительной камеры и имеет один конец, оснащенный элементом, связанным с шарнирным концом 25B обоих рычагов 25 внутри первой части 27 указанного огранивающего участка 18. Этот винт и его концевой элемент не видны на чертеже, поскольку скрыты внутри ограничивающего участка 18.

Как только пара рычагов приводится в действие бесконечным винтом, расположенным внутри ограничивающего участка 18 на дугогасительном участке 7 в виде дугогасительной камеры, каждый соответствующий шарнирный конец 25A рычагов 25 поворачивается в угловом направлении вокруг оси 43, в то время как противоположные концы 25B могут скользить внутри паза 28.

Это перемещение обеспечивает дальнейшее перемещение центрального увеличенного участка 33 рычага 25, который толкает палец 32 в направлении стрелки F, тем самым, обеспечивая скольжение дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры в сторону от промежуточного участка 4 с переключающими или размыкающими контактами.

Как вариант, конструкция выключателя 1 согласно настоящему изобретению может иметь горизонтальное исполнение со своего рода изолирующим опорным лотком. В этом случае бесконечный винт предусмотрен на резьбовых опорах, прикрепленных к такому лотку. Один конец винта непосредственно соединен с центральным увеличенным участком 33 рычагов 25 таким образом, что скольжение этого конца бесконечного винта действует непосредственно на центральный участок 33 рычагов 25.

Как в вертикальном, так и в горизонтальном исполнении действие механизма, содержащего бесконечный винт, обеспечивает перемещение дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры в вертикальном или горизонтальном положении выключателя 1 согласно способу его установки без использования специального подъемного приспособления или сходных известных устройств для подъема и манипулирования тяжелой дугогасительной камерой.

В обоих исполнениях механизма перемещения действует симметрично на обоих рычагах 25, поддерживаемых с обеих сторон выключателя 1, и обеспечивает плавное перемещение дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры по направляющим, предусмотренным на противолежащих ограничивающих участках 16, 18.

Что касается промежуточного участка 4 с переключающими или размыкающими контактами, внутренняя конструкция участка размыкания, содержащего электрические средства переключения согласно настоящему изобретению, схематично показана на фиг. 5 и 6.

Участок размыкания можно рассматривать как разделенный на нижний участок низкого напряжения, содержащий приводной механизм 3, и верхний участок высокого напряжения.

Участок низкого напряжения, в частности, предусмотрен для инициирования размыкающего действия верхнего участка высокого напряжения.

Выключатель 1 согласно настоящему изобретению можно рассматривать как переключающий элемент, содержащий нормально замкнутые контакты, которые должны размыкаться как можно быстрее в случае короткого замыкания или возникновения сверхтоков в зависимости от требований пользователя.

В этом отношении, согласно настоящему изобретению, участок размыкания содержит неподвижные контакты 5 и подвижные контакты 6.

Следует отметить, что неподвижные силовые контакты 5 выполнены со сдвоенными контактами 13, 14, образованными из разных проводящих материалов.

Первый неподвижный основной контакт 13 поддерживается с внутренней стороны на неподвижном блоке 9 в положении, которое определяется как положение рядом с приводным механизмом 3.

Такой первый неподвижный основной контакт 13 образован из серебряного сплава, имеющего высокую проводимость.

Второй неподвижный дуговой контакт 14 поддерживается на том же блоке 9 на заданном расстоянии от первого неподвижного контакта 13. Второй контакт 14 также определяется как дополнительный дуговой контакт.

Второй дуговой контакт 14 образован из сплава, содержащего вольфрам.

Блок 9 соединен с первым выводным силовым контактом 8, который выступает сбоку наружу относительно корпуса 10.

Подвижный контактный рычаг 39 поддерживает подвижные контакты 6, которые аналогичным образом выполнены со сдвоенными контактами 23, 24, а именно: основным контактом 23 и дополнительным дуговым контактом 24, образованными из разных проводящих материалов. Однако согласно изобретению между контактами 23 и 24 подвижного контактного рычага 39 вставлен упругий элемент 26.

Наличие упругого элемента 26 обеспечивает небольшой дисбаланс верхнего дополнительного дугового контакта 24 по отношению к соответствующему неподвижному дополнительному дуговому контакту 14, так что верхний подвижный контакт 24 может первым касаться соответствующего неподвижного контакта 14 во время фазы замыкания контактов выключателя 1.

Подвижный контактный рычаг 39 перемещается в угловом направлении из исходного, или разомкнутого, положения в рабочее, или замкнутое, положение, в котором подвижный контакт 6 упирается в неподвижные контакты 5. Перемещение контактного рычага 39, поддерживающего подвижные контакты 6, к неподвижным контактам 5 растягивает упругие средства 40, постоянно действующие в направлении размыкания контактов.

Контактный рычаг 39 также соединен со вторым выводным силовым контактом 38, выступающим сбоку наружу относительно корпуса 10 с противоположной стороны относительно другого выводного силового контакта 8.

Интересно отметить, что согласно настоящему изобретению угловое перемещение второго контактного рычага 39 с парой контактов 23, 24 к неподвижным контактам 13, 14 неподвижного блока 9 и от этих контактов осуществляется в два этапа.

Прежде всего угловое перемещение обеспечивает первый контакт между верхними контактами 14 и 24 рядом с дугогасительным участком 7 в виде дугогасительной камеры и непосредственно после срабатывания второй контакт между нижними контактами 13 и 23 рядом с приводным механизмом 3.

Как только подвижные контакты 23, 24 упрутся в неподвижные контакты 13, 14, выключатель будет удерживаться в таком замкнутом положении за счет магнитного притяжения, оказываемого катушкой 22, поддерживаемой под неподвижным контактом 5 и питаемой дополнительным током. Магнитная сила катушки 22 направлена к фиксирующему элементу 20 подвижного контактного рычага 39.

Контакт между катушкой 22 и указанным фиксирующим элементом 20 происходит во время фазы замыкания, но перед тем, как основные контакты 13, 23 приходят в контакт друг с другом, т.е. перед фактическим замыканием силового электрического выключателя.

Во время фазы размыкания могут иметь место две разные ситуации:

1) ток, циркулирующий внутри катушки 22, уменьшается до нуля посредством отключения дополнительного источника тока. В этом случае упругими средствами прикладывается только усилие, действующее на выключатель, вызывая размыкание выключателя;

2) во время возможного короткого замыкания или перенапряжения внутри катушки 22 возникает сверхток, который достигает заданного порогового значения. Такой сверхток уменьшает до нуля магнитное поле, удерживающее фиксирующий элемент 20, упирающийся в катушку, и вынуждающее упругие средства 40 высвобождать упругую энергию, тем самым, размыкая выключатель.

Во время фазы размыкания основные, нижние контакты 13 и 23 разделяются первыми, и непосредственно после этого происходит разделение между дополнительными, верхними контактами 14 и 24.

Этот этап двойного перемещения обеспечивает первое уменьшение возможной электрической дуги, которая при обычных условиях создается между неподвижными и подвижными контактами во время фазы размыкания выключателя при таких сильных токах и высоких напряжениях.

Как описано выше со ссылкой на ситуации 1 или 2, также важно отметить, что подвижные контакты 6 приводятся в действие посредством освобождения упругих средств 40, постоянно действующих в направлении размыкания контактов.

Эти упругие средства 40 оснащены парой пружин 36, 37, которые растягиваются, когда выключатель 1 находится в замкнутом состоянии.

Один конец каждой пружины 36, 37 соединен с подвижным контактным рычагом 39, в то время как противоположный конец связан с неподвижной частью конструкции выключателя.

Другими словами, когда подвижные контакты 6 соприкасаются с неподвижными контактами 5, упругие средства 40 располагаются таким образом, что пружины 36, 37, запасают энергию. Следовательно, освобождение пружин зависит от коэффициента K упругости, а не от величины рабочего напряжения выключателя.

В отличие от известных решений срабатывание выключателя 1 не зависит от катушки, которая заряжается для сохранения замкнутого положения, и, следовательно, не зависит от величины напряжения, прикладываемого к катушке.

Такая конструкция выключателя обеспечивает быстрое отделение подвижных контактов от неподвижного контакта и быстрое срабатывание выключателя.

Кроме того, при нормальных рабочих условиях достигается экономия электроэнергии, поскольку срабатывание выключателя 1 не зависит от электропитания.

Замыкание подвижных контактов осуществляется с помощью приводных средств 50, которые питаются электроэнергией от преобразователя 52, другими словами, от переключающего устройства, которое непосредственно преобразует постоянное напряжение постоянного тока на входе в переменное напряжение постоянного тока на выходе. Другими словами, со ссылкой на подачу питания к катушке 20, используемой для удерживания контактов 5, 6 в замкнутом состоянии, предусмотрена дополнительная подача питания к выключателю 1, и предусмотрено преобразование напряжения с помощью схемы преобразователя. Например, предусмотрена схема преобразователя, работающая на разных напряжениях, для питания выключателя напряжением питания 24 В, в то время как пользователь обеспечивает базовое напряжение питания 110 В.

Фаза замыкания осуществляется приблизительно в течение 2 секунд в зависимости от величины напряжения цепи, в которую установлен выключатель.

Характеристики выключателя согласно настоящему изобретению также связаны с конкретной конструкцией компонента дугогасительной камеры.

Дугогасительный участок 7 в виде дугогасительной камеры может быть выполнен по-разному в зависимости от разных диапазонов напряжений, которые должны использоваться, и соответствующего типа дугогасительной камеры и энергетической емкости применительно к полностью безопасному гашению дуги.

Однако дугогасительный участок 7 в виде дугогасительной камеры согласно настоящему изобретению может быть оснащен внешними полюсными наконечниками 60, которые присоединены на основных сторонах выключателя 1.

В частности, две металлические пластины 61, 62 независимо установлены на каждой боковой части основной стороны дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры.

Каждая пластина 61, 62 является по существу квадратной и прикреплена к конструкции из синтетического пластика дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры крепежными штифтами 64, расположенными в углах пластины.

Кроме того, на каждом внешнем полюсном наконечнике расположены катушки 63, подобно ремню, для правильного направления движения электрической дуги внутри дугогасительной камеры и ее удерживания внутри дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры во время процесса гашения. Каждая катушка вставлена в изолированный кожух, выполненный из синтетического пластика, для изоляции и защиты катушки от внешних устройств или соседнего модуля выключателя.

Специалисту в этой области должно быть понятно, что в качестве внешних полюсных наконечников на обеих сторонах дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры можно использовать разное количество пластин, или одну пластину, или пластины разной формы и размеров.

Необходимо отметить, что пластины 61, 62 прикреплены к дугогасительному участку 7 в виде дугогасительной камеры и, следовательно, перемещаются вместе с дугогасительным участком 7 в виде дугогасительной камеры, когда он перемещается посредством скольжения за счет рычагов 25 для обеспечения проверки закрытого участка выключателя.

Однако согласно изобретению внешние полюсные наконечники 60 электрически соединены с дополнительными соответствующими полюсными наконечниками 70, которые связаны с неподвижной частью выключателя 1, другими словами, с промежуточным участком 4 с переключающими или размыкающими контактами.

Эти дополнительные полюсные наконечники 70 также расположены снаружи относительно внутренней конструкции выключателя и перекрываются вышеописанными полюсными наконечниками 60.

В частности, дополнительные полюсные наконечники 70 содержат две пластины 71, 72, которые сходны по форме и размеру с соответствующими пластинами 61, 62 полюсных наконечников 60, связанных с дугогасительным участком 7 в виде дугогасительной камеры.

Пластины 71, 72 расположены с обеих основных сторон выключателя 1.

Пластины 71, 72 имеют конструкцию, независимую от соответствующих пластин 61 и 62.

Поверх дополнительных дуговых контактов 14 и 24, но всё же на промежуточном участке переключения расположены соответствующие дугогасительные рога (не показаны).

Эти дугогасительные рога способствуют рассеянию электрической дуги, образующейся во время фазы размыкания подвижных контактов 23, 24. В частности, каждый из дугогасительных рогов электрически соединен с соответствующей рассеивающей катушкой 55, 56, расположенной на выступе каждого неподвижного или подвижного контакта 5 или 6.

Металлические пластины 71, 72 полюсного наконечника 70 расположены с обеих сторон выключателя 1 на соответствующих концевых участках сердечника, вставленного внутрь рассеивающих катушек 55, 56 соответственно.

На всех фигурах эти металлические пластины 71, 72 ясно показаны с одной стороны выключателя, но также следует принять во внимание наличие соответствующих пластин, параллельно расположенных на другой стороне выключателя.

Пластины 71, 72 полюсного наконечника 70 установлены в направлении внутрь ближе к промежуточному участку 4 с переключающими или размыкающими контактами, в то время как пластины 61, 62 другого полюсного наконечника 60 связаны с дугогасительным участком 7 в виде дугогасительной камеры, частично перекрывая соответствующие пластины 71, 72, что также устанавливает электрический контакт.

Другими словами, частичное перекрывание пластин обеспечивает установление скользящего упорного контакта, обеспечивающего электрическое соединение, которое гарантирует целостность цепи между пластинами 61, 71 и 62, 72.

Таким образом, обеспечивается конструкция полюсного наконечника большего размера с целью получения большей способности к гашению дуги выключателя согласно изобретению.

Кроме того, то обстоятельство, что полюсный наконечник выполнен в виде сдвоенной группы металлических пластин, одна из которых связана с выключателем, а другая с дугогасительным участком 7 в виде дугогасительной камеры, позволяет уменьшить вес дугогасительного участка 7 в виде дугогасительной камеры. Это является дополнительным преимуществом, поскольку дугогасительный участок 7 в виде дугогасительной камеры согласно настоящему изобретению может быть приподнят или может перемещаться со скольжением рычажным механизмом 25, а уменьшение веса способствует этому перемещению во время проверки.

Возвращаясь к приводному механизму 3, следует отметить, что такой механизм содержит приводной участок низкого напряжения со средствами удержания размыкающих контактов в замкнутом состоянии. Приводной механизм 3 имеет обычную конструкцию для автоматического инициирования размыкания подвижных контактов 6 выключателя в случае обнаружения сверхтоков.

Эти средства можно идентифицировать как отключающий элемент, который является частью выключателя 1 и определяет, когда контакты 6 должны автоматически размыкаться. Как описано выше, во время возможного короткого замыкания или возникновения перенапряжения внутри катушки 22 генерируется сверхток, и этот сверхток, превосходящий заданное пороговую величину, уменьшает до нуля магнитное поле, удерживающее фиксирующий элемент 20, упирающийся в катушку, и вынуждающее упругие средства 40 высвобождать упругую энергию, тем самым размыкая выключатель 1.

В термомагнитном выключателе отключающий элемент содержит элементы, выполненные с возможностью обнаруживать тепло, выделяющееся в результате перегрузки, и сильный ток, возникающий из-за короткого замыкания.

В свете вышеприведенного описания можно ясно понять, как функционирует выключатель 1 согласно настоящему изобретению.

В вышеприведенном описании термины, определяющие направление, такие как «вперед», «назад», «передний», «задний», «над», «под», «вверх», «вниз», «верхний», «нижний», «боковой», «вертикальный», «горизонтальный», «перпендикулярный» и «поперечный», а также любые другие сходные термины, определяющие направления, относятся к устройству, показанному на чертежах, и не относятся к возможному использованию того же самого устройства.

Соответственно, эти термины, определяющие направления и используемые для описания выключателя в вертикальном положении или в горизонтальном положении, идентифицируют только участок устройства относительно другого участка устройства, как показано на фигурах.

Термин «содержащий» и его производные, используемые в настоящей заявке, рассматриваются как неограниченные термины, которые устанавливают наличие заявленных признаков, элементов, компонентов, групп, целых чисел и/или этапов, но не исключают наличие других незаявленных признаков, элементов, компонентов, групп, целых чисел и/или этапов. Эта концепция также применима к словам со сходным значением, например: терминам «иметь», «включать в себя» и их производным.

Кроме того, термины «деталь», «секция», «участок», «часть» и «элемент», используемые в единственном числе, могут иметь двоякое значение и относиться к отдельной части или множеству частей.

Claims (22)

1. Быстродействующий выключатель (1), предназначенный для применения в промышленности или железнодорожной отрасли для прерывания сильного постоянного тока с высокой эффективностью и исключительно быстрым временем срабатывания, причем указанный выключатель (1) содержит расположенный в корпусе (10) базовый участок (2), поддерживающий:

- приводной механизм (3) для средств переключения, содержащих удерживающий механизм (20, 22) и освобождающий механизм (40);

- промежуточный участок (4) с переключающими или размыкающими контактами, содержащий по меньшей мере один неподвижный контакт (5) и по меньшей мере один подвижный контакт (6), и

- верхний дугогасительный участок (7) в виде дугогасительной камеры, покрывающий указанный участок (4) с переключающими или размыкающими контактами,

отличающийся тем, что содержит:

промежуточные ограничивающие участки (16, 18), предусмотренные с обеих сторон указанного корпуса (10) для ограничения сбоку промежуточного участка (4) с переключающими или размыкающими контактами и обеспечения боковых направляющих для указанного дугогасительного участка (7) в виде дугогасительной камеры,

при этом указанный дугогасительный участок (7) в виде дугогасительной камеры установлен с возможностью скольжения на корпусе (10);

по меньшей мере рычаг (25), продолжающийся в поперечном направлении между указанными противолежащими промежуточными ограничивающими участками (16, 18), для перемещения или поднимания указанной дугогасительной камеры (7) в случае проверки.

2. Быстродействующий выключатель (1) по п. 1, отличающийся тем, что каждый из указанных промежуточных ограничивающих участков (16, 18) образован из синтетического пластического материала и имеет первый участок (17, 27) и второй участок (19, 29), причем первый участок (17, 27) имеет бóльшую толщину, чем второй участок, и расположен ближе к участку (4) с переключающими или размыкающими контактами, чем второй участок (19, 29), при этом второй участок (19, 29) охватывает сбоку дугогасительный участок (7) в виде дугогасительной камеры, причем указанный первый участок (17) первого промежуточного ограничивающего участка (16) поддерживает ось (43) для одного конца (25A) указанного рычага (25), а указанный первый участок (27) второго промежуточного ограничивающего участка (18) имеет паз (28) для направления противоположного конца (25B) указанного рычага (25) с противоположной стороны от первого конца (25A).

3. Быстродействующий выключатель (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанный рычаг (25) содержит увеличенный центральный участок (33) с выступом (32), воздействующим на край указанного дугогасительного участка (7) в виде дугогасительной камеры.

4. Быстродействующий выключатель (1) по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что указанный рычаг (25) проходит с обеих основных сторон корпуса (10) выключателя.

5. Быстродействующий выключатель (1) по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что указанный корпус (10) содержит конструкцию из синтетического пластического материала, имеющую заданный коэффициент изоляции, и содержит пару защитных стенок (11), закрывающих с обеих основных сторон базовый участок (2) выключателя и промежуточный участок (4) с переключающими или размыкающими контактами.

6. Быстродействующий выключатель (1) по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что указанный участок (4) с переключающими или размыкающими контактами содержит неподвижные контакты (5) и подвижные контакты (6), причем каждый из указанных контактов выполнен в виде пары контактов (13, 14; 23, 24), образованных из разных проводящих материалов.

7. Быстродействующий выключатель (1) по п. 6, отличающийся тем, что одна из указанных пар контактов (13, 14; 23, 24) содержит первые основные контакты (13, 23), которые поддерживаются рядом с приводным механизмом (3) и образованы из серебряного сплава, имеющего высокую проводимость.

8. Быстродействующий выключатель (1) по п. 6 или 7, отличающийся тем, что другая из указанных пар контактов (13, 14; 23, 24) содержит вторые дополнительные дуговые контакты (14, 24), которые поддерживаются на заданном расстоянии от первых основных контактов (13, 23) и образованы из сплава, содержащего вольфрам.

9. Быстродействующий выключатель (1) по п. 8, отличающийся тем, что между первым, основным контактом (23) и вторым, дополнительным дуговым контактом (24) подвижных контактов (6) конструктивно расположен упругий элемент (26), так что верхний подвижный второй, дополнительный дуговой контакт (24) выполнен с возможностью касания первым соответствующего неподвижного контакта (14) во время фазы замыкания выключателя (1).

10. Быстродействующий выключатель (1) по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что указанный подвижный контакт (6) приводится в действие указанным освобождающим механизмом, содержащим упругие средства (40), постоянно действующие в направлении перемещения подвижного контакта (6) от неподвижного контакта (5).

11. Быстродействующий выключатель (1) по п. 10, отличающийся тем, что указанные упругие средства (40) содержат пару пружин (36, 37), имеющих один конец, соединенный с подвижным контактным рычагом (39), поддерживающим подвижные контакты (6), и противоположный конец, связанный с неподвижной частью конструкции выключателя.

12. Быстродействующий выключатель (1) по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что в положении замыкания указанный удерживающий механизм приводится в действие магнитным полем, генерируемым катушкой (22), питаемой дополнительным током и действующей на фиксирующий элемент (20) подвижного контактного рычага (39), поддерживающего указанный подвижный контакт (6) выключателя, в то время как упругие средства (40) действуют согласно их коэффициенту K упругости.

13. Быстродействующий выключатель (1) по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что указанный дугогасительный участок (7) в виде дугогасительной камеры имеет внешние полюсные наконечники (60), присоединенные с обеих основных сторон указанного скользящего дугогасительного участка (7) в виде дугогасительной камеры и электрически соединенные с дополнительными соответствующими полюсными наконечниками (70), которые связаны с неподвижной частью выключателя (1), связанной с промежуточным участком (4) с переключающими или размыкающими контактами.

14. Быстродействующий выключатель (1) по п. 13, отличающийся тем, что указанные внешние полюсные наконечники (60) содержат по меньшей мере пару металлических пластин (61, 62), независимо установленных на каждой боковой основной стороне дугогасительного участка (7) в виде дугогасительной камеры, в то время как указанные дополнительные соответствующие полюсные наконечники (70) содержат пару пластин (71, 72), которые конструктивно являются независимыми и электрически соединены с концевыми участками рассеивающих катушек (55, 56) выключателя (1); при этом пластины (61, 62) внешних полюсных наконечников (60) частично перекрывают пластины (71, 72) дополнительных соответствующих полюсных наконечников (70), устанавливая скользящий упорный контакт, обеспечивающий электрическое соединение.

15. Быстродействующий выключатель (1) по п. 14, отличающийся тем, что на центральной части каждой указанной пластины (61, 62) предусмотрен своего рода ремень (63) из синтетического пластикового материала для частичной изоляции и защиты пластины от соответствующих пластин дугогасительной камеры соседнего модуля выключателя.

Images