CN1242445C - 低压限流断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可限流地断开可运动的开关触头(8)的低压断路器。在开关轴杠杆(12)与可运动的开关触头(8)或触头支承(7)之间有一个起传力连接作用的闩锁装置(13)，该闩锁装置具有两根完全相同的杠杆(14；15)，这两根杠杆借助由一个铰链栓(23)穿过这两根杠杆(14；15)同心部分(19；20)相互对齐的通孔(21；22)所构成的一铰接头(16)而互相连接并可绕此铰接头(16)彼此相对转动，这两根杠杆在其接触面上具有起啮合齿作用的斜面(17；18)。这两根杠杆(14；15)在铰接头(16)所在区域内被一压紧弹簧(24)施加一个可调节的、作用在啮合齿上的弹簧力。

Description

低压限流断路器

本发明涉及一种低压限流断路器，包括一个可通过开关锁闩锁的触头系统，它每一相有至少一个可运动的和一个固定的接触元件，其运动的接触元件在例如因发生短路而出现大电流时，受电动力作用克服接触弹簧的作用被提起，此断路器具有：

-一个用于将开关触头转移到接通位置和断开位置的驱动装置；

-一个设在从驱动装置到开关触头的传力路线中的闩锁装置，当断开力超过一预定的极限值时，该闩锁装置可以从开关触头的接通位置出发被一个从开关触头出发朝断开位置的方向作用的断开力解锁，其中，该闩锁装置被设计为在驱动装置与可运动的开关触头之间的机械式连接机构，并具有至少两个协同工作的相对于断开力的方向成一角度设置的工作面和一个作用在工作面上的压簧。

在低压限流断路器中力求极短的即几毫秒的释放时间。在断路器中正常的释放时间较长，因为在一个动态固定的，亦即通过选择可分级释放地工作的断路器的传统结构中，触头系统本身完全是刚性的。触头通常保持闭合，直至它们在另一位置被释放。为此必须使释放电磁铁响应，而这要用比较长的时间以及为此必须释放全套开关机构，在开关机构中较多数量的零件都必须运动。由此还导致断路器就电流荷载能力而言必须承受高的负荷同时又不能因过热而事先受损或破坏。这可以采取下列措施避免，即，利用电动力本身来使触头断开。为此有一系列不同的原理。

其中一种原理是，在开关驱动装置中的一个普通的机械闩锁解锁前，使用于断开触头的作用力在大电流情况下发挥作用。这基于下列事实，即，每一个互相对碰的触头基于电流狭径力(Stromengekrfte)受推斥作用，当触头没有借助外力接合时会在某个电流强度下被抬起断开。随着触头断开，开关机构必然也被置于断开位置并且触头支座必须与开关机构重新联锁。按照这种原理，力图使多极断路器的某个导致大电流的极在其它极仍保持闭合的情况下，在这种推斥力的作用下而断开。若发生这种极快的断开，则会产生开关电弧，与电流传导路径的电阻相比，这种电弧的电阻在整个故障位置和该断路器内非常大，可起到限流作用。因此不会达到最大短路电流。

所述断开过程可以不同方式实现。在要求不高的情况下，当开关机构设计得特别好，尤其是运动部分质量小时，足以实现开关机构的三极释放。但如已提及的那样，更好的是使所涉及的电流传导路径的一个单极断开，因为由此可达到更高的限流系数。

FR-PS 721451介绍了一种直流高速开关，其中电动力通过一个被触头系统分开的在电流升高时响应的机电转换器产生。由AT-PS 250479已知一种限流开关，它可运动的开关杆通过闩锁装置固定在接通位置，此闩锁装置既可借助运动的开关杆由电动力引起的运动解锁，也可借助电磁式过电流断路器解锁。在这里过电流断路器的释放运动向闩锁位置的传输要通过多个中间环节实现。

在DE-PS 1801071中说明了一种低压断路器，它有一回路状的使触头产生彼此推开力的电流传导路径，其中，通过在触头系统中在过电流特别大时出现的电动力，使开关杠杆克服弹簧力运动。在可运动的触头杠杆上设一杆，该杆本身通过一滚轮支承在一闭锁环节上。通过此本身可克服弹簧力移动的闭锁环节和一个滚轮移动和释放一根棘轮杆，由此将开关杠杆置于断开位置。

在DE 1463312 A1中说明了基于电动力使触头快速断开的另一种可能性。在这里，被所出现的大电流抛甩的支承在一悬臂支点上的触头，通过一闩锁机构被保持在断开位置，并借助一杠杆机构操纵通常的蓄力器释放轴，由此将开关置于其最终的断路位置。

DE 1513341 A1介绍了此类型的另一个断路器，其中，在大的短路电流时由于电动力导致两个接触元件之间的推斥作用。此时，在触头支座带着可运动的触头在闭锁装置内回转时，触头支座与开关机构的锁闩被解除并使支承杆旋转。通过另外两根起双杠杆作用的杠杆使释放轴旋转，它促使开关锁脱开。

DE 1463311 A1公开了另一种限流断路的方案。在此结构方式中，运动触头铰接地支承在一可回转的杠杆上。在短路的情况下，通过运动触头基于机电力的运动使触头闭锁脱开，从而使接触弹簧卸载，进而使得运动触头被抛甩到断开位置。

DE 2511948 A1介绍了一种开关，其中通过运动触头的电动力断开运动，在触头断开后和在接触弹簧力增大时，立即操纵一杠杆装置使开关锁直接去锁。为此，运动触头可旋转地支承在一支座上，并在接通位置被一个支承在此支座上的接触弹簧压靠在固定触头上。支座支承在一位置固定的支点上，在接通状态被开关锁刚性地锁止。使支座去锁的运动触头的断开运动，通过一杠杆装置传给开关锁和支座的锁止装置。

在EP 0398461 A2中公开了一种断路器，它包括一个驱动装置和一个用于可运动的开关触头的闩锁装置，其中，在驱动装置中插入一非线性的机械构件。此构件就其作用方式而言基本上由互相可伸缩式插套的部件构成。这两个部件具有互相协同工作的受弹簧加载的斜面。若作用在连接装置上的力比正常的触头压紧力大某一个量，斜面突然彼此滑开以及受载的触头支座冲击式地运动到断开位置，以产生限电流的开关电弧。

在DE 19740422 A1中建议，作为可运动的触头杠杆支座与开关轴之间的连接装置，采用一种铰接杆连接装置，它由互相铰接的分连接杆构成，分连接杆由一个弹簧加载，使它们采取一个伸展的位置。在这里，可运动的触头杆支座并不象迄今一般的那样是刚性的，而是通过一个优选地由一根轴构成的回转支承与其支承杠杆连接，所以它可以实施回转运动。它有一套筒，用于安装铰接杆连接装置中铰接在可运动的触头杠杆支座上的分连接杆并借助一耦合栓使之与可运动的触头杠杆支座连接，以及有一个由套筒的棱边构成的止挡面，用于使触头杠杆支座通过其回转运动作用在其中一根分连接杆上。因此分连接杆从其伸展位置偏转，并由此使该起初为刚性的铰接杆支座折起。此外，可运动的触头杠杆支座在一般的开关中在穿过它的触头杠杆轴的区域内设有凹槽，这些凹槽设计为不因该触头杠杆轴而妨碍其回转运动。

上述所有开关有一共同的缺点，即，为了实现限电流存在多个要运动的部件，其中部分还只是为了限电流附加需要的构件。其结果是伴随带来高的机械及加工技术方面的费用。

此外，必须考虑到顾客不仅需要这类开关，而且还需要一种常规的亦即选择性断开的开关，也就是说只是在出现大的电流并经过规定的时间后才断开。但是这样做非常麻烦，因为要向顾客提供两种结构类型完全不同的断路器，必须提出两种不同的开关结构。因此两种类型各只能生产二分之一批量。如今顾客往往进行设备改造并因而需要价廉物美的能通用的断路器。

必须能交替提供不同功能、常规的、并可按时间选择性分级的断路器或限流开关的这一努力因而应尽可能经济地实现。

因此本发明要解决的技术问题是提供一种低压限流断路器，它可以在无需昂贵的结构性和加工技术方面的费用的情况下由一种普通的成批的开关导出，而无需对这些开关进行重大的改变。传统的开关具有一个带开关触头的运动的开关极和一个开关驱动装置，在它们之间有一杠杆系列将开关轴与触头支座连接起来，因而建议在杠杆系列的过程中插入一个有非线性机械特征的构件，于是，在通过电流提升力将触头支座压靠在杠杆系列上时，杠杆系列可与开关轴无关地弯曲、压曲或折起。

由此出发，上述技术问题按照本发明由此来解决，即，对迄今从开关驱动装置到触头支座设计为杠杆系列的传力装置进行结构改造，将它设计为一种类型的折曲机构。

按本发明的限流断路器包括一个可运动的开关触头、一个用于将开关触头转移到接通位置和断开位置的驱动装置、一个设在从驱动装置到开关触头的传力线路中的闩锁装置，当断开力超过一预定的极限值时，该闩锁装置可以从开关触头的接通位置出发被一个从开关触头出发朝断开位置的方向作用的断开力解锁，其中，该闩锁装置设计为在驱动装置与可运动的开关触头之间的机械式连接机构，并具有至少两个协同工作的相对于断开力的方向成一角度设置的工作面和一个作用在工作面上的压紧弹簧，此断路器具有下述特征：

-该闩锁装置具有两根杠杆，这两根杠杆借助由一个铰链栓穿过这两根杠杆的同心部分相互对齐的通孔所构成的一铰接头而互相连接并可绕此铰接头彼此相对转动，这两根杠杆设计成完全相同；

-这两根杠杆在它们处于铰接头所在区域内的同心部分的接触面上具有起啮合齿作用的一些斜面，这些斜面同心地围绕所述用于铰链栓的通孔布置；

-这两根杠杆在它们处于铰接头所在区域内的同心部分上受一压紧弹簧加载，该压紧弹簧有一个作用在这两根杠杆接触面上由所述斜面构成的啮合齿上的弹簧力；

-这两根杠杆在闩锁装置的静止状态下为了产生一个取决于断开力的相对扭矩，彼此相交一个与伸展位置不同的角度；

-这两根杠杆在其背对铰接头的端部分别具有制有通孔以用于与开关触头或驱动装置铰接的安装座。

所述铰链栓恰当地在其一端有一个作为压紧弹簧支座的头部，以及在其另一端有用于一个螺母的螺纹。起啮合齿作用的在闩锁装置加载时沿杠杆旋转方向相互相向运动的斜面设计为具有作为卡锁面(Schnappflchen)的陡峭坡面，而在闩锁装置加载时沿杠杆旋转方向彼此移开的斜面则设计为具有作为滑动面的平缓坡面。

所述压紧弹簧可有利地设计为围绕铰链栓并支承在该铰链栓头部的螺旋压力弹簧。

连接所述两根杠杆的铰接头的轴线相宜地平行于可运动的开关触头的回转轴线来布置。

由压紧弹簧施加在铰接头所在区域内的杠杆同心部分上带有起啮合齿作用的斜面的杠杆接触面上的压紧力，可通过改变铰链栓的有效长度来调整。

铰链栓有效长度的改变按简单的方式可以这样来实现，即，将螺母旋拧在铰链栓上更多一些或较少一些。采用按本发明的闩锁装置，创造了一种用于开关轴杠杆与开关触头或者说触头支座传力连接的新型组件。它设计为受力后可曲折的构件，这种构件可以在出现短路电流时使各个开关单元彼此独立地并与开关轴的接通位置无关地断开。闩锁装置的两根杠杆有完全相同的结构。因此只需加工制造出一种零件。杠杆同心部分上设计为啮合齿的斜面处于一个压紧弹簧的弹簧压力作用下，该压紧弹簧的尺寸确定为，使得能在不压曲的情况下传递一个规定的力，用于接通和用于提供接触压强。在这里，压紧弹簧的弹簧力可以无级调整，从而同样可以无级调整闩锁装置期望的压曲力。按本发明的闩锁装置不是如在已知的设计中那样互相伸缩式插套，而是进行一种旋转曲拐的运动。当电磁式快速脱扣器的断开过程继续进行到最终断开断路器时，通过旋转的开关轴及开关轴杠杆使闩锁装置重新处于其静止位置。由此使断路器重新准备好可接通。

为了更好地理解，下面借助一种优选的但不限制本发明保护范围的实施方式进一步说明本发明。

图1在剖面图中示意表示一种带有按照本发明的闩锁装置的处于断开状态的低压断路器。

图2在剖面图中示意表示一种带有按照本发明的闩锁装置的处于接通状态的低压断路器。

图3在剖面图中示意表示一种带有按照本发明的闩锁装置的处于释放状态的低压断路器。

图4在侧视图中表示按照本发明的闩锁装置的一种优选的实施形式。

图5是对于图4所示的按照本发明的闩锁装置的单根杠杆的俯视图。

图6表示已部分装配好的图1所示的按照本发明的闩锁装置。

图1至3在剖面图中示意表示一种低压断路器1，用于说明按照本发明的闩锁装置13的安装装置。上连接母线3和下连接母线4穿过低压断路器1的后壁2。在上连接母线3上有位置固定的开关触头5，而所述位于一触头支座7上的可运动的开关触头8通过柔性连接装置6连接在下连接线4上。在固定的开关触头5和可运动的开关触头8上方设有消弧室9。在开关驱动装置10中设有带有开关轴杠杆12的开关轴11，在开关轴杠杆12上固定着按照本发明的闩锁装置13，它作为与触头支座7连接用的连接件。

在图1中低压断路器1处于断开状态，在闩锁装置13的静止状态，为了产生一个取决于断开力的相对扭矩，所述两根杠杆14；15与它们的伸直状态不同而相交成一定角度，其中，将这两根杠杆14；15连接起来的铰接头16的轴线平行于所述可运动的开关触头8的一个图中未示出的回转轴线布置。图2表示相同的布置状况，但低压断路器处于接通位置，而图3表示具有闩锁装置13的低压断路器1处于释放状态，在此状态下闩锁装置13折起并完成可运动触头8的断开。

图4在侧视图中表示按照本发明的闩锁装置13的一种优选的实施形式。它具有两根设计成完全相同的杠杆14；15，它们通过一铰接头16互相连接并可绕该铰接头16彼此相对转动。杠杆14；15的接触面含有设计为斜面17；18的工作面，它们设计成位于杠杆14；15同心部分19；20上的啮合齿的形式。其中斜面17设计为陡峭的卡锁面(Schnappflche)，而斜面18则设计为平缓的滑动面。

连接两根杠杆14；15的铰接头16由一个铰链栓23穿过这两根杠杆14；15相互对齐的通孔21；22来构成，该铰链栓同时构成设计为螺旋压力弹簧的压紧弹簧24的导引和支撑件，压紧弹簧24围绕着铰链栓23，并在铰链栓23端部受铰链栓23的一个盘状头部25支承。在铰链栓23与头部25相对的一端制有安装螺母27用的螺纹26，借助螺母可改变装在铰链栓23上的压紧弹簧24的紧度。因此两根杠杆14；15处于压紧弹簧24可改变的弹簧压力作用之下。杠杆14；15分别在与铰链16相对的那一侧具有各制有一个通孔28；29的安装座30；31，以用于与开关轴杠杆12或触头支座7连接。

图5用俯视图表示图4所示按照本发明的闩锁装置的一单根杠杆。由于所述两根杠杆14；15设计成完全一致，所以只表示了杠杆15。杠杆15上设计为斜面17；18的一些工作面同心地围绕铰链栓23用的通孔22设置在同心部分20上。在杠杆15的另一相对端设置制有通孔29的安装座31，以用于与开关轴杠杆12或触头支座7连接。

图6表示部分装配好的图4所示按照本发明的闩锁装置13，其中略去了螺母27。在此图中可以清楚地看出斜面17；18设计成同心部分19；20上的啮合齿，在闩锁装置13装配好的状态下，同心部分19；20处于安装在铰链栓23上的压紧弹簧24的弹簧压力作用下，图6中与图1对应的相同部分采用同样的附图标记来标识。

按照本发明的闩锁装置13作用如下：

当例如在短路的情况下通过电动力和电流狭径力(Stromengekrfte)施加在触头系统上的断开力超过一预定值而使弯折力变得这么大，使得在互相贴靠的设计为卡锁面的斜面17上产生的提升力超过压紧弹簧24调整好的弹簧力时，这些斜面就会彼此滑开而失去卡锁。闩锁装置13由此弯折并释放可运动的开关触头8。若作为卡锁面的斜面17彼此滑开，则作为沿运动方向下降的滑动面的斜面18不再成为对抗闩锁装置13弯折的阻力。在可运动的开关触头8正在断开这一断开过程不稳定的阶段中，在开关触头8与固定不动的开关触头5之间形成的断路电弧，在断开过程继续进行使电磁式快速脱扣器响应并最终将断路器切断之前，会通过其电阻限制流动的短路电流。

当电磁式快速脱扣器在随后的断开过程中将断路器最终切断时，通过本身旋转的开关轴11及开关轴杠杆12可将闩锁装置13重新置于其静止位置。由此，此断路器重新作好接通的准备。

压紧弹簧24的弹簧力可通过将螺母27更多或较少地旋拧在铰链栓23上来改变铰链栓23的有效长度而方便地得以调整，并由此可调整闩锁装置13的工作力。

按照本发明的装置的机械结构非常简单，但同时仍具有能方便调整工作力的优点。所述两根杠杆14；15设计成完全相同，并因此只需生产制造一种零件。

Claims (7)

1.一种可限流地断开一可运动的开关触头的断路器，其具有：

-一个用于将开关触头转换到一个接通位置和一个断开位置的驱动装置；

-一个设在从驱动装置到开关触头的传力路线中的闩锁装置，当断开力超过一预定的极限值时，该闩锁装置可从开关触头的接通位置出发被一个从开关触头出发朝断开位置的方向作用的断开力解锁，其中

-该闩锁装置设计为在驱动装置与可运动的开关触头之间的机械式连接机构，并具有至少两个协同工作的相对于断开力的方向成一角度设置的工作面和一个作用在工作面上的压紧弹簧，

其特征在于：

-该闩锁装置(13)具有两根杠杆(14；15)，这两根杠杆(14；15)借助由一个铰链栓(23)穿过这两根杠杆(14；15)的同心部分(19；20)相互对齐的通孔(21；22)所构成的一铰接头(16)而互相连接并可绕此铰接头(16)彼此相对转动，这两根杠杆(14；15)设计成完全相同；

-这两根杠杆(14；15)在它们处于铰接头(16)所在区域内的同心部分(19；20)的接触面上具有起啮合齿作用的、设计为斜面(17；18)的工作面，这些斜面同心地围绕所述用于铰链栓(23)的通孔(21；22)布置；

-这两根杠杆(14；15)在它们处于铰接头(16)所在区域内的同心部分(19；20)上受一压紧弹簧(24)加载，该压紧弹簧有一个作用在这两根杠杆接触面上由所述斜面(17；18)构成的啮合齿上的弹簧力；

-这两根杠杆(14；15)在闩锁装置(13)的静止状态下为了产生一个取决于断开力的相对扭矩，彼此相交一个与伸展位置不同的角度；

-这两根杠杆(14；15)在其背对铰接头(16)的端部分别具有制有通孔(28；29)以用于与开关触头或驱动装置铰接的安装座(30；31)。

2.按照权利要求1所述的断路器，其特征为：所述铰链栓(23)在其一端有一个作为压紧弹簧的支座的头部(25)，而在其另一端则制有供一个螺母(27)用的螺纹(26)。

3.按照权利要求1所述的断路器，其特征为：所述起啮合齿作用的在闩锁装置(13)被加载时沿杠杆(14；15)旋转方向相互相向运动的斜面(17)是设计为卡锁面的陡峭坡面。

4.按照权利要求1所述的断路器，其特征为：所述起啮合齿作用的在闩锁装置(13)被加载时沿杠杆(14；15)旋转方向彼此移开的斜面(18)是设计为滑动面的平缓坡面。

5.按照权利要求1所述的断路器，其特征为：所述压紧弹簧(24)设计为围绕铰链栓(23)并支承在铰链栓头部(25)上的螺旋压力弹簧。

6.按照权利要求1或2所述的断路器，其特征为：所述连接两根杠杆(14；15)的铰接头(16)的轴线平行于可运动的开关触头的回转轴线布置。

7.按照权利要求2、3或4所述的断路器，其特征为：由所述压紧弹簧(24)施加在所述两根杠杆处于铰接头(16)所在区域内的同心部分(19；20)上的、具有起啮合齿作用的斜面(17；18)的杠杆(14；15)接触面上的压紧力，可通过改变铰链栓(23)的有效长度来调整。

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