SI22187A - Elektricno avtomatsko stikalo - Google Patents

Abstract

Elektricno avtomatsko stikalo z malimi izgubami in za varovanje elektricnih porabnikov in elektricnih tokokrogov, ki prednostno ustreza velikosti 1 po DIN 43880 in v modulni sirini 18 mm, ki je predvideno za vgradnjo kot selektivno glavno stikalo. Znacilnost stikala po izumu je v tem, da je kotva (10a) tuljave (10) povezana preko drocnika (18) s stikalnim elementom (6) tako, da pri pojavu nadtokav tuljavi (10) drocnik odpre kontakta (6a) in (8)stikala (4), pri cemer ostane stikalo (5) sklenjeno, ter da sta kontakta (6a) in (8) stikala (4) povezana z gasilno komoro (13).

Description

Predmet izuma je električno avtomatsko stikalo z malimi izgubami in za varovanje električnih porabnikov in električnih tokokrogov. V prednostni izvedbi je stikalo po izumu predvideno kot stikalo, ki ustreza velikosti 1 po DIN 43880 in v modulni širini 18 mm, ima nizke lastne izgubne moči in zagotavlja selektivnost.

Tehnični problem

Tehnični problem, ki ga rešuje izum je, kako zasnovati tako električno avtomatsko stikalo z malimi izgubami in za varovanje električnih porabnikov in električnih tokokrogov, ki bo tudi primemo za velikoserijsko izdelavo v cenovnem smislu in zlasti v smislu, da bo konstrukcija sama zagotavljala pri katerem in po kolikšnem času obremenitve stikala s tem tokom, naj stikalo izklopi tokokrog, pri čemer naj bo stikalo odzivno na navedena parametra v sorazmerno majhnem tolerančnem območju, in tudi neoporečno delovanje v vsej predpisani življenjski dobi in deklariranem številu izklopov.

Znano stanje tehnike

Tovrstno stikalo je znano po DE 103 54 505 Al (ETI Elektroelement d.d.). Pri preizkusih se je pokazalo, da se pri varnostnem izklopu obeh kontaktov, ki prekineta zaporedno glavni tokokrog, pojavi električni oblok. Izdelava v

33183.doc/XII-05/Vr velikoserijski proizvodnji kontakta, ki je odporen na odgorevanje zaradi električnega obloka, je zahtevna in cenovno izrazito neugodna. Zahtevnost izdelave takega kontakta je v tem, daje vrednost nadtoka, ki lahko steče skozi ta tokokrog, nepredvidljiva. Pričakovati pa je tudi izrazito visoke tokovne sunke. Zlasti je obremenjen prvi kontakt, preko katerega teče nadtok z največjo vrednostjo.

Delna odprava tega problema je znana po izumu po WO 2005 050690 (ETI Elektroelement d.d.). Pri tej izvedbi je drugi kontakt, ki je vključen v drugi tokokrog s preduporom in termičnim bimetalom v stikalu, varovan z gasilno komoro. Prvi kontakt, skozi katerega teče največji nadtok, zlasti pa visoki tokovni sunki, pa je zasnovan iz takih odgorevno odpornih materialov, ki naj bi prenesli sami po sebi oblok, ki nastane pri izklopu. Optimizacijski preizkusi za velikoserijsko proizvodnjo tako v tehničnem kot cenovnem pogledu, so izpostavili potrebo po drugačni konstrukciji, ki bo hkrati odpravila navedene pomanjkljivosti kontaktov zaradi pojava električnega obloka pri izklopih in tudi omogočala velikoserijsko izdelavo po tržno sprejemljivi ceni.

Rešitev tehničnega problema

Opisani tehnični problem je rešen z električnim avtomatskim stikalom po izumu, ki ohranja od navedenih gornjih rešitev vzporedno vezavo in sicer v eni veji tuljavo magnetotermičnega preklopnika, skozi katero teče ves čas praktično celoten tok varovanega tokokroga, v drugi vzporedni veji pa zaporedno vezana upor in termični bimetal, ki deluje mehansko na zaklep. Oba vzporedna tokokroga sta krmiljena z dvema stikaloma , ki imata skupen premični kontakt.

Bistvena značilnost izvedbe po izumu je, da je magnetotermični preklopnik izveden s samo eno kotvo, ki deluje preko dročnika, ko je presežena vrednost toka v varovanem tokokrogu in svojo karakteristiko, na tripoložajno stikalo, ki

33183.doc/XII-05/Vr opredeljuje različne tokokroge znotraj stikala pri različnih tokovih in sicer tako. da prekine pri prekoračeni vrednosti toka v varovanem tokokrogu samo tisti del tokokroga, ki teče skozi tuljavo magnetotermičnega preklopnika, pusti pa sklenjen kontakt drugega vzporednega tokokroga skozi upor in termični bimetal. Pri tem je značilnost izuma v tem, da sta kontakta stikala za prvi tokokrog varovana z gasilno komoro. Zato ni bojazni, da bi nepredvidljivo visok tokovni sunek poškodoval kontakta. Tuljava je izvedena pri vsakem tipu stikala glede na predvidene možne električne tokove v varovanem tokovodniku in čase izklapljanja. Samo z dimenzioniranjem tuljave dosežemo nazivne parametre stikala v zadovoljivih tolerančnih območjih v velikoserijski proizvodnji. Umerjanje vsakega izdelka posebej ni več potrebno.

Skozi drugi vzporedni tokokrog teče tok preko upora in termičnega bimetala. Z določanjem velikostnega razreda upora glede na upornost prvega tokokroga in s karakteristike bimetala določamo tok, pri katerem izklopi drugo stikalo in časovni zamik od izklopa prvega stikala. Ker znaša upornost upora prednostno 10- 100 krat upornost prvega tokokroga, v katerem se nahaja tuljava magnetotermičnega preklopnika, kontakta drugega stikala ne potrebujeta gasilne komore.

Z navedeno rešitvijo se zmanjša število sestavnih delov, kar zmanjša čas sestavljanja, zlasti pa so vsi deli zasnovani tako, da po sestavi stikala kot celote ni potrebno nikakršno prilagajanje delov za dosego nazivnih parametrov izdelka.

Podrobneje bo bistvo izuma pojasnjeno v nadaljevanju z opisom izvedbenega primera in priložene risbe, na katerih kaže sl. 1 električno vezalno shemo stikala po izumu, sl. 2 shematski prikaz stikala po izumu v vzdolžnem prerezu in v stanju varovanja tokokroga brez motenj,

33183.doc/XII-05/Vr sl. 3 shematski prikaz stikala po izumu v vzdolžnem prerezu in v stanju prekinitve direktnega odseka varovanega tokokroga v stikalu zaradi motnje in ob ohranitvi vzporednega tokokroga skozi predupor in bimetal, sl. 4 shematski prikaz stikala po izumu v vzdolžnem prerezu in v stanju hkratne prekinitve direktnega odseka varovanega tokokroga v stikalu in vzporednega tokokroga zaradi trenutnega sunka velikega električnega toka v varovanem tokokrogu.

Električno avtomatsko stikalo je izvedeno iz električno neprevodnega ohišja 1, prednostno kateregakoli od standardnih ohišij, ki omogočajo nizanje stikal v baterijo na zbiralni letvi, ki ni prikazana na slikah ali kako drugače.

Na enem koncu je v ohišju izvedena priključna sponka 2, za dovodni priključek električnega tokokroga, ki je predviden za varovanje. Na nasprotnem koncu ohišja 1 je izvedena priključna sponka 3, prednostno enaka sponki 2 in sicer za odvodni priključek električnega tokokroga, ki je predviden za varovanje.

V ohišju 1 sta izvedeni dve stikali 4 in 5, katerih premični kontaktni element 6 je skupen obema.

Priključna sponka 1 je povezana s tokovodnikom 7 z dvojnim premičnim kontaktnim elementom 6, ki ima kontakta 6a in 6b, ki sta prednostno izvedena na obeh koncih elementa 6. Stikalo 4 tvorita kontakt 6a elementa 6 in nepremični kontakt 8, ki je vezan na prvo sponko 9 tuljave 10 magnetotermičnega preklopnika 11, ki je z drugo sponko 12 vezan na priključno sponko 3 stikala. Kontakt 6a na premičnem kontaktnem elementu 6 in nepremični kontakt 8 stikala 4 sta med seboj premoščena z gasilno komoro 13, ki varuje kontakta 6a in 8 stikala 4 pred škodljivim delovanjem električnega obloka, ki nastane pri izklopu

33183.doc/XII-05/Vr stikala 4 zaradi delovanja magnetotermičnega preklopnika 11 ob pojavu nadtoka poljubne vrednosti.

Kontakt 6b kontaktnega elementa 6 tvori skupaj z nepremičnim kontaktom 14 stikalo 5. Kontakt 14 je zaporedno vezan z uporom 15, ki je zaporedno vezan na sredstvo 16, ki pri povečanem toku, ki teče skozenj, spremeni obliko, ta pa z drugo sponko na prvo sponko 9 tuljave 10 magnetotermičnega preklopnika 11. Upornost upora 15 znaša približno 10 -100 krat upornost tuljave 10. Sredstvo 16 je v prednostni izvedbi termični bimetal ali spominski element.

V mehanskem smislu je premični kontaktni element 6 vpet na vsaj eni vzmeti 17, ki ga pritiska s kontaktoma 6a in 6b na nepremična kontakta 8 in 14.

Dročnik 18 magnetotermičnega preklopnika 11 deluje na preklopni element 6 tako, da pri pojavu nadtoka v tuljavi 10 odmakne samo kontakt 6a, s čimer izklopi stikalo 4, medtem ko ostane stikalo 5 sklenjeno. Pri izklopu stikala 4 deluje gasilna komora 13 pri nevtralizaciji električnega obloka.

V ohišju 1 se nahaja še zaklep 19 poljubne znane izvedbe, ki je mehansko povezan s sredstvom 16 in hkrati s premičnim kontaktom 6b preklopnega elementa 6. Ko se sredstvo 16 ukrivi zaradi prevelikega toka, ki teče skozenj potem, ko je že izklopilo stikalo 4, deluje na zaklep 19 tako, da le ta odmakne kontakt 6b in s tem izklopi stikalo 5. (Stikalo 4 je bilo izklopljeno že prej). Zaklep 19 je izveden tako, da zagotovi odprtost obeh stikal 4 in 5 tudi po prekinitvi obeh tokokrogov skozi magnetotermični preklopnik 11 in sredstvo 16 in ga lahko povrne v začetno stanje in s tem tudi ponoven vklop stikal 4 in 5 samo strokovnjak po ugotovitvi in odpravi vzroka okvare na varovanem tokokrogu.

33183.doc/XII-05/Vr

Električno avtomatsko stikalo deluje tako, da je v stanju varovanega tokokroga brez motenj (kot kažeta stanje sl. 1 in sl. 2) sklenjen glavni tokokrog od priključne sponke 2, preko električno prevodnega tokovodnika 7, stikala 4, magnetotermičnega preklopnika 11, ki se nahaja v taki legi, da sta hkrati sklenjeni stikali 4 in 5, in dalje na priključno sponko 3, od koder se nadaljuje varovani tokokrog ali skupina tokokrogov s porabniki.

Hkrati z navedenim glavnim tokokrogom je tudi z njim vzporedno vezani drugi sklenjeni tokokrog, ki teče od sponke 2 preko tokovodnika 7 na sklenjeno stikalo 5, dalje na upor 15 in na sredstvo 16, ki se na sponki 9 spoji z magnetotermičnim preklopnikom 11.

Ker je vrednost upora 15 nekaj 10 krat večja od upora glavnega tokokroga, akterega naj večji upor predstavlja tuljava 10 preklopnika 11, teče glavnina toka skozi glavni tokokrog.

Tok skozi navedeni glavni tokokrog povzroča bistveno nižjo električno izgubo v stikalu kot pa znane rešitve.

Ko se pojavi v glavnem tokokrogu motnja (kot kaže sl. 3) v obliki povečanega električnega toka takšne velikosti, kot je določena s karakteristiko stikala, steče ta nadtok skozi tuljavo 10, ki povzroči preko svoje kotve lOa premik dročnika 18, da le ta odkloni preklopni element 6tako, da se razklene stikalo 4, medtem ko ostane še naprej sklenjeno stikalo 5. S tem je prekinjen glavni tokokrog, zato ves tok teče po drugem tokokrogu brezprekinitveno, da tokokrogi in porabniki za stikalom ne morejo zaznati nikakršne električne spremembe.

Sredstvo 16 se po preteku določenega časa, v katerem skozenj teče ves povečan tok, kar pomeni, da so tokokrogi izza stikala preobremenjeni in da podrejene

33183.doc/XII-05/Vr varovalke ne opravljajo svoje naloge, ukrivi toliko, da aktivira zaklep 19, ki odpre stikalo 5 in hkrati zagotovi, da se sami od sebe ne moreta skelniti obe stikali 4 in 5, potem, ko sta se prekinila toka v obeh vzporednih tokokrogih v stikalu. To stanje kaže sl. 4.

Če pa je je povečan tok kratkotrajen, t.j. krajši od predvidenega časa, ki ga rabi sredstvo 16 za svoje delovanje, se povečano magnetno polje, ki ga ustvarja tuljava 10, zmanjša na prvotno vrednost, dročnik 10 izgubi svojo silo in vzmet 17 povrne stikalni element 6 v normalno stanje in s tem ponovno sklene stikalo 4, kot ga kaže sl. 2.

Ker teče skozi kontakta 6a in 8 stikala 4 velik nadtok, varuje navedena kontakta gasilna komora 13. Zaradi sorazmerno velikega upora 15 pa teče skozi kontakta 6b in 14 stikala 5 bistveno manjši tok, zato pri odprtju stikala 5 ne pride do škodljivega električnega obloka, zaradi katerega bi bilo potrebno varovati navedena kontakta s svojo gasilno komoro.

S tem so odpravljene tehnične pomanjkljivosti zgoraj navedenih znanih izvedb tovrstnega stikala. Zaradi enostavnejše konsktrukcije izhajajoč iz magnetotermičnega preklopnika s samo eno kotvijo pa je lahko velikoserijska proizvodnja tudi cenejša.

Razumljivo je, da lahko strokovnjak s tega področja na osnovi poznavanja gornjega opisa zasnuje tudi drugačne izvedbe mimo opisanega izvedbenega primera, ne da bi obšel značilnosti izuma, kot so opredeljene v sledečih patentnih zahtevkih.

Claims (2)

1. Električno avtomatsko stikalo, ki je izvedeno iz električno neprevodnega ohišja (1), prednostno kateregakoli od standardnih ohišij, in vsebuje na enem koncu priključno sponko (2) za dovodni priključek električnega tokokroga, ki je predviden za varovanje, na nasprotnem koncu priključno sponko (3) za odvodni priključek električnega tokokroga, ki je predviden za varovanje, pri čemer je v ohišju (1) izvedeno prvo stikalo (4), ki je električno povezano s tuljavo (10) magnetotermičnega preklopnika (11) na sponki (9) in na koncu s priključno sponko (3) in drugo, s stikalom (4) vzporedno vezano stikalo (5), pri čemer sta premični kontakt (6a) stikala (4) in premični kontakt (6b) stikala (5) izvedena v enem kot stikalni element (6), ki je z vsaj eno vzmetjo (17) potiskan s svojima kontaktoma (6a) in (6b) k kontaktoma (8) oziroma (14), in je stikalo (5) zaporedno vezano na upor (15) in dalje na sredstvo (16), ki pri povečanem toku, ki teče skozenj, spremeni obliko, pri čemer je sredstvo (16) vezano na prvo sponko (9) tuljave (10) skupaj s kontaktom (8) in mehansko povezano na zaklep (19), ki mehansko odpre stikalo (5) pri povečanem toku, ki teče skozi sredstvo (16) v naprej določen čas in nato drži odprti obe stikali (4) in (5) do ročne vrnitve stikala v prvotno stanje, ko sta sklenjeni obe stikali (4) in (5), označeno s tem, da je kotva (lOa) tuljave (10) povezana preko dročnika (18) s stikalnim elementom (6) tako, da pri pojavu nadtoka v tuljavi (10) dročnik razsklene kontakta (6a) in (8) stikala (4), pri čemer ostane stikalo (5) sklenjeno, ter da sta kontakta (6a) in (8) stikala (4) povezana z gasilno komoro (13).

2. Električno avtomatsko stikalo, po zahtevku 1, označeno s tem, da je sredstvo (16) termični bimetal ali spominski element.