RU2329560C1

RU2329560C1 - Automatic circuit breaker

Info

Publication number: RU2329560C1
Application number: RU2006143882/09A
Authority: RU
Inventors: Алексей Савельевич Топчий (RU); Алексей Савельевич Топчий; Вадим Семенович Клементьев (RU); Вадим Семенович Клементьев; Алексей В чеславович Юденков (RU); Алексей Вячеславович Юденков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Контактор"
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2008-07-20

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: invention relates to low-voltage hardware and contains a mobile contact holder with a flexible connection to the lower terminal and arranged in placed in holder clamp with an axis of rotation, a pressing spring, an electro dynamical device of compensating the contact out throw forces, an emergency tripping device and a mechanism of free trip. Also, an additional clamp pivoted to the holder clamp, a roller support, a spring-loaded sectional surface lock and a pusher linked with the free trip are used. The contact holder is pivoted on the additional clamp upper end, the said clamp lower end accommodates the roller support to contact with the lock sectional surface. Axes of rotation of the roller support and holder clamp are aligned. The lock is arranged on the housing to interact with a free trip switching off rack, while the pusher is designed to act on the additional clamp.

EFFECT: higher extreme switching capacity thanks to limitation of current in switching off higher short-circuit currents.

5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к низковольтному аппаратостроению, в частности к автоматическим выключателям с механизмом свободного расцепления и электродинамическим устройством компенсации сил отброса, действующих между контактами выключателя.The present invention relates to electrical engineering, in particular to low-voltage apparatus engineering, in particular to circuit breakers with a free trip mechanism and an electrodynamic device for compensating the rejection forces acting between the contacts of the switch.

Известны автоматические выключатели токов короткого замыкания с механизмом свободного расцепления и электродинамическим устройством компенсации сил отброса, действующих между контактами выключателя, см. описания изобретений к авторским свидетельствам СССР №475681, H01H 77/10, 1975 г., №531214, H01H 77/10, 1976 г., которые наряду с обеспечением электродинамической устойчивости решают и проблему повышения коммутационной способности при отключении токов короткого замыкания, превышающих максимальное значение тока электродинамической устойчивости за счет отключения этих токов за пределами зоны селективной работы с некоторой степенью токоограничения.Known are automatic short-circuit current switches with a free trip mechanism and an electrodynamic device for compensating the rejection forces acting between the contacts of the switch, see the description of inventions for USSR inventors certificates No. 475681, H01H 77/10, 1975, No. 531214, H01H 77/10, 1976, which, along with ensuring electrodynamic stability, also solve the problem of increasing the switching ability when disconnecting short-circuit currents that exceed the maximum value of the current of electrodynamic stability due to disable these currents outside the zone selective operation with some degree of current limit.

Автоматический выключатель по авторскому свидетельству №531214, H01H 77/10, 1976 г., как наиболее близкий из аналогов к заявляемому предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, является прототипом предлагаемого технического решения.The circuit breaker according to copyright certificate No. 531214, H01H 77/10, 1976, as the closest of the analogues to the claimed invention in terms of technical nature and the achieved result, is a prototype of the proposed technical solution.

Прототип содержит закрепленные в корпусе нижний и верхний выводы, подвижный контактодержатель, соединенный гибкой связью с нижним выводом и смонтированный в корпусе на оси вращения, пружину нажатия, электродинамическое устройство компенсации сил отброса контактов, расцепитель аварийного отключения, механизм свободного расцепления, связанный с подвижным контактодержателем и с расцепителем аварийного отключения. В прототипе устройство компенсации сил отброса, действующих между контактами выключателя, выполнено в виде неподвижной U-образной токоведущей скобы, охватывающей малоподвижный контактодержатель, который установлен на этой скобе через токопроводящий шарнир и взаимодействует с подвижным контактодержателем, связанным шарнирно с механизмом свободного расцепления. Устройство компенсации сил отброса обеспечивает заданную электродинамическую устойчивость выключателя в зоне его селективности и способствует некоторому ускорению автоматического отключения токов короткого замыкания, так как электродинамическое усилие, развиваемое устройством компенсации, и усилие пружины нажатия направлены в сторону размыкания контактов при срабатывании механизма свободного расцепления. Однако действие этих сил ограничено и прекращается в тот момент, когда малоподвижный контактодержатель доходит в своем движении до упора в U-образную токоведущую скобу, а значит, существенного повышения быстродействия отключения не может быть достигнуто. Поэтому для повышения быстродействия с достижением токоограничения в прототипе электродинамическое усилие, развиваемое устройством компенсации, используется еще и для приведения в действие механизма свободного расцепления, путем передачи этого усилия через подвижный контактодержатель и систему рычагов механизма на защелку с целью выведения ее из зацепления с рейкой. Но инерционные массы разветвленной системы рычагов механизма свободного расцепления препятствуют более быстрому отключению и достижению эффективного токоограничения. Одним из недостатков такого выключателя является также наличие в его цепи токопроводящего шарнирного соединения, что приводит к увеличению электрического сопротивления, а значит, и к увеличению рассеиваемой мощности в каждом полюсе выключателя и увеличению температуры нагрева его деталей.The prototype contains lower and upper terminals fixed in the housing, a movable contact holder, connected by a flexible connection to the lower terminal and mounted on the axis of rotation in the housing, a pressing spring, an electrodynamic device for compensating the rejection forces of the contacts, an emergency trip release, a free trip mechanism associated with the movable contact holder and with emergency trip release. In the prototype, a device for compensating the rejection forces acting between the contacts of the switch is made in the form of a fixed U-shaped current-carrying bracket, covering a sedentary contact holder, which is mounted on this bracket through a conductive hinge and interacts with a movable contact holder pivotally connected to the free trip mechanism. The device for compensating the rejection forces provides the specified electrodynamic stability of the circuit breaker in the zone of its selectivity and contributes to some acceleration of the automatic shutdown of short-circuit currents, since the electrodynamic force developed by the compensation device and the force of the pressing spring are directed towards opening the contacts when the free-trip mechanism is activated. However, the action of these forces is limited and stops at the moment when the slow-moving contact holder reaches its stop in the U-shaped current-carrying bracket, which means that a significant increase in the shutdown speed cannot be achieved. Therefore, to increase the speed with reaching the current limitation in the prototype, the electrodynamic force developed by the compensation device is also used to actuate the free tripping mechanism by transferring this force through the movable contact holder and the lever system of the mechanism to the latch in order to disengage it from the rail. But the inertial masses of the branched system of levers of the free trip mechanism impede faster shutdown and effective current limitation. One of the drawbacks of such a switch is the presence in its circuit of a conductive swivel, which leads to an increase in electrical resistance, and hence to an increase in the dissipated power in each pole of the switch and an increase in the temperature of heating of its parts.

Технический результат, достигаемый заявляемым предлагаемым изобретением, заключается в повышении предельной коммутационной способности автоматического выключателя за счет токоограничения при отключении выключателем предельных токов короткого замыкания, превышающих ток его электродинамической устойчивости.The technical result achieved by the claimed invention is to increase the ultimate switching ability of the circuit breaker due to current limitation when the circuit breaker switches off the maximum short circuit currents exceeding the current of its electrodynamic stability.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматический выключатель, содержащий закрепленные в корпусе нижний и верхний выводы, подвижный контактодержатель, соединенный гибкой связью с нижним выводом и размещенный в несущей скобе, имеющей ось вращения, пружину нажатия, установленную между контактодержателем и несущей скобой, электродинамическое устройство компенсации сил отброса контактов, выполненное в виде U-образного токоведущего контура, образованного нижним выводом, гибкой связью и контактодержателем, расцепитель аварийного отключения, механизм свободного расцепления, связанный траверсой с несущей скобой, а отключающей рейкой - с расцепителем аварийного отключения, снабжен дополнительной скобой, роликовой опорой, подпружиненным фиксатором с профильной поверхностью и толкателем, кинематически связанным с механизмом свободного расцепления, причем дополнительная скоба шарнирно закреплена на несущей скобе, а подвижный контактодержатель шарнирно закреплен на верхнем конце дополнительной скобы, роликовая опора смонтирована на нижнем конце дополнительной скобы с возможностью контактирования с профильной поверхностью подпружиненного фиксатора и таким образом, что оси вращения роликовой опоры и несущей скобы совпадают, подпружиненный фиксатор установлен на корпусе с возможностью взаимодействия с отключающей рейкой механизма свободного расцепления, а толкатель - с возможностью воздействия на дополнительную скобу.The specified technical result is achieved by the fact that the circuit breaker containing the lower and upper terminals fixed in the housing, a movable contact holder connected by a flexible connection to the lower terminal and placed in a carrier bracket having a rotation axis, a pressing spring installed between the contact holder and the carrier bracket, an electrodynamic device compensation of contact rejection forces, made in the form of a U-shaped current-carrying circuit formed by the lower terminal, flexible connection and contact holder, the release a variable disengagement, the free trip mechanism connected by a traverse with a supporting bracket, and the disconnecting rail with an emergency trip release, is equipped with an additional bracket, a roller support, a spring-loaded clamp with a profile surface and a pusher kinematically connected with the free trip mechanism, the additional bracket being pivotally mounted on the supporting bracket, and the movable contact holder is pivotally mounted on the upper end of the additional bracket, the roller bearing is mounted on the lower end of the additional tion bracket to come into contact with the profiled surface and a spring-loaded latch so that the rotation axis of the roller bearing and bearing bracket coincide, spring-loaded latch mounted on the housing to cooperate with the tripping rack trip-free mechanism, and a pusher - to act on the additional bracket.

Снабжение выключателя дополнительной скобой, роликовой опорой, подпружиненным фиксатором с профильной поверхностью и толкателем, кинематически связанным с механизмом свободного расцепления, закрепление дополнительной скобы шарнирно на несущей скобе, а подвижного контактодержателя - шарнирно на верхнем конце дополнительной скобы, установка роликовой опоры на нижнем конце дополнительной скобы с возможностью контактирования с профильной поверхностью подпружиненного фиксатора и таким образом, что оси вращения роликовой опоры и несущей скобы совпадают, установка подпружиненного фиксатора на корпусе с возможностью взаимодействия с отключающей рейкой, а толкателя - с возможностью воздействия на дополнительную скобу, позволили работу электродинамического устройства компенсации сил отброса, действующих между контактами выключателя, автоматически (при достижении током короткого замыкания значения большего, чем предельное значение тока электродинамической устойчивости) переключать в режим работы электродинамического устройства ускоренного разведения контактов с фиксацией подвижного контактодержателя в отброшенном положении. Это переключение происходит за счет отжатия роликовой опорой подпружиненного фиксатора под действием суммарного воздействия электродинамической силы отброса, электродинамической силы компенсатора и силы нажатия на контакты. Пороговое значение силы суммарного воздействия, при котором начинается переключение, устанавливается пружиной фиксатора, и оно соответствует предельному значению тока электродинамической стойкости. Во время переключения независимо от работы механизма свободного расцепления происходит ускоренное разведение контактов (отброс контактодержателя) под действием не только электродинамической силы отброса, но и под действием электродинамической силы компенсатора и усилия пружины нажатия, поскольку суммарный вращающий момент, создаваемый ими при освобождении роликовой опоры и прикладываемый к дополнительной скобе, направлен на разведение контактов. Профильная поверхность фиксатора после ускоренного разведения контактов автоматически под действием пружины фиксатора осуществляет фиксацию отброса дополнительной скобы с контактодержателем и исключает возможность повторного замыкания контактов и возможность их сваривания. (Во время отброса контактодержателя без фиксации его в отброшенном положении повторное замыкание контактов возможно, так как отброс контактов происходит за время гораздо меньшее, чем время срабатывания механизма свободного расцепления). Во время отброса (переключения электродинамического устройства) фиксатор воздействует также на отключающую рейку механизма свободного расцепления. При повороте отключающей рейки механизм свободного расцепления срабатывает и завершает автоматическое отключение тока путем поворота несущей скобы на расстояние, достаточное для обеспечения электрической прочности межконтактного промежутка. После завершения автоматического отключения дополнительную скобу с контактодержателем возвращают в исходное положение при оперировании рукояткой механизма свободного расцепления из положения «Отключено автоматически» в положение «Взведено» с помощью толкателя, выполняющего возвратно-поступательное движение. Благодаря исключению влияния инерционных масс механизма свободного расцепления на время отключения в начальный момент размыкания контактов и ускоренному разведению контактов под действием электродинамической силы электродинамического устройства силы отброса, действующие между контактами выключателя, и усилия пружины нажатия, которые (все три силы) при освобождении роликовой опоры направлены в сторону размыкания контактов, а также благодаря исключению возможности повторного замыкания контактов за счет профильной поверхности фиксатора электрическая дуга вводится в цепь в течение времени менее чем за 5 мс, с достижением эффекта ограничения величины тока короткого замыкания значительно раньше, чем в прототипе. Этим достигается высокая предельная отключающая способность селективного выключателя при отключении токов короткого замыкания, превышающих ток его электродинамической стойкости. Кроме этого, электродинамическое устройство, выполняющее две функции с помощью новых конструктивных элементов выключателя (дополнительной скобы, роликовой опоры, подпружиненного фиксатора с профильной поверхностью), не имеет токопроводящего шарнирного соединения и не вносит дополнительных тепловых потерь в полюсе выключателя.Providing the circuit breaker with an additional bracket, a roller support, a spring-loaded clamp with a profile surface and a pusher kinematically connected with the free release mechanism, securing the additional bracket pivotally on the supporting bracket, and the movable contact holder pivotally on the upper end of the additional bracket, installing the roller support on the lower end of the additional bracket with the possibility of contacting with the profile surface of the spring-loaded latch and so that the axis of rotation of the roller bearings and bearing staples coincide, the installation of a spring-loaded latch on the housing with the possibility of interacting with the trip rail, and the pusher with the possibility of acting on an additional bracket, allowed the electrodynamic device to compensate for the rejection forces acting between the contacts of the switch automatically (when the short circuit current reaches a value greater than limit value of the current of electrodynamic stability) switch to the operation mode of the electrodynamic device for accelerated dilution of contacts with f ixation of the movable contact holder in the dropped position. This switching occurs due to the release of the spring-loaded clamp by the roller support under the influence of the total influence of the electrodynamic rejection force, the electrodynamic force of the compensator and the force of pressing the contacts. The threshold value of the total impact force at which the switching starts is set by the spring of the lock, and it corresponds to the limiting value of the electrodynamic resistance current. During the switching, regardless of the operation of the free tripping mechanism, the contacts are accelerated apart (the contact holder is rejected) under the influence of not only the electrodynamic force of the reject, but also under the action of the electrodynamic force of the compensator and the pressure of the spring, since the total torque created by them when the roller bearing is released and applied to an additional bracket, aimed at breeding contacts. The profile surface of the latch after the accelerated separation of the contacts automatically, under the action of the spring of the latch, fixes the rejection of an additional bracket with the contact holder and eliminates the possibility of re-closing the contacts and the possibility of welding them. (During the rejection of the contact holder without fixing it in the discarded position, the re-closure of the contacts is possible, since the rejection of the contacts takes much less time than the response time of the free trip mechanism). During rejection (switching of the electrodynamic device), the latch also acts on the disconnecting rail of the free trip mechanism. When the disconnecting rail is turned, the free trip mechanism is activated and the automatic current shutdown is completed by turning the supporting bracket by a distance sufficient to ensure the electrical strength of the contact gap. After the automatic shutdown is completed, the additional bracket with the contact holder is returned to its original position when the handle of the free-release mechanism is operated from the “Disconnected automatically” position to the “cocked” position using a pusher that performs reciprocating motion. Due to the exclusion of the influence of the inertial masses of the free tripping mechanism on the shutdown time at the initial moment of opening the contacts and the accelerated dilution of the contacts under the action of the electrodynamic force of the electrodynamic device, the rejection forces acting between the contacts of the switch and the pressure of the spring, which (all three forces) are directed when releasing the roller support towards the opening of the contacts, as well as by eliminating the possibility of re-closing the contacts due to the profile surface, fix torus electric arc is introduced into the circuit for a time less than 5 msec, with the achievement of the effect of limiting the magnitude of the fault current is significantly earlier than in the prior art. This achieves a high ultimate breaking capacity of the selective switch when disconnecting short-circuit currents exceeding the current of its electrodynamic resistance. In addition, the electrodynamic device that performs two functions with the help of new structural elements of the circuit breaker (additional bracket, roller support, spring-loaded latch with a profile surface) does not have a conductive swivel and does not introduce additional heat loss in the circuit breaker pole.

Таким образом, реализация автоматического выключателя в описанном конструктивном исполнении повышает его токоограничивающие свойства при отключении токов короткого замыкания, превышающих максимальный ток его электродинамической стойкости, позволяет по сравнению с прототипом повысить его предельную коммутационную способность и тем самым достичь декларируемого технического результата. При проведении патентного поиска технических решений со сходными с заявляемыми существенными отличительными признаками не обнаружено. Следовательно, описанный автоматический выключатель обладает элементами новизны.Thus, the implementation of the circuit breaker in the described design improves its current-limiting properties when disconnecting short-circuit currents that exceed the maximum current of its electrodynamic resistance, and, in comparison with the prototype, increase its ultimate switching ability and thereby achieve the declared technical result. When conducting a patent search for technical solutions with similar to the claimed significant distinguishing features were not found. Therefore, the described circuit breaker has elements of novelty.

Предлагаемая конструкция автоматического выключателя показана на чертежах фиг.1-5.The proposed design of the circuit breaker is shown in the drawings of figures 1-5.

На фиг.1 изображен один из полюсов выключателя во включенном состоянии. На фиг.2 изображен разрез А-А сборки несущей и дополнительной скоб, контактодержателя и роликовой опоры. Фиг.3 показывает промежуточное положение подвижного контактодержателя после фиксации его отброса до срабатывания механизма свободного расцепления, а фиг.4 - конечное положение подвижного контактодержателя после срабатывания механизма свободного расцепления. На фиг.5 изображен полюс выключателя с разомкнутыми контактами после перевода рукоятки выключателя из положения «Выключено автоматически» в положение «Взведено».Figure 1 shows one of the poles of the switch in the on state. Figure 2 shows a section aa Assembly of the carrier and additional brackets, contact holder and roller bearings. Figure 3 shows the intermediate position of the movable contact holder after fixing its reject before the release mechanism is activated, and Figure 4 shows the final position of the movable contact holder after the release mechanism is activated. Figure 5 shows the pole of the switch with open contacts after moving the handle of the switch from the position "Automatically turned off" to the position "cocked".

Выключатель содержит установленные в корпусе 1 верхний 2 и нижний 3 выводы, несущую скобу 4, вращающуюся на осях 5 (см. на фиг.2) опоры 6. На несущей скобе с помощью оси 7 шарнирно закреплена дополнительная скоба 8, а на верхнем конце дополнительной скобы на оси 9 закреплен шарнирно подвижный контактодержатель 10, соединенный посредством гибкой связи 11 с нижним выводом 3. В подвижный контактодержатель 10 вставлена ось 12, а в дополнительной скобе с двух сторон выполнены сквозные эллипсные отверстия 13. При вращении вокруг оси 9 контактодержатель осью 12 свободно перемещается в эллипсных отверстиях 13 с зазорами. Зазоры вдоль длинной оси эллипсных отверстий 13 необходимы для обеспечения провала, компенсирующего износ контактов 14, 15 и технологический разброс изготовления деталей. Усилие нажатия на контакты создается пружиной 16, один конец которой закреплен на контактодержателе через ось 12, а второй - на несущей скобе 4. Вывод 3, гибкая связь 11 и подвижный контактодержатель 10 образуют электродинамическое устройство компенсации сил отброса, действующих между контактами 14 и 15. Несущие скобы 4 каждого полюса выключателя соединены изолированной траверсой 17. На нижнем конце дополнительной скобы 8 на оси 18 установлена роликовая опора 19, которая своей цилиндрической поверхностью контактирует с профильной поверхностью 20 фиксатора 21. При этом геометрически оси вращения 5 несущей скобы 4 и ось вращения 18 роликовой опоры 19 совпадают и расположены на одной линии, см. фиг.2. Профильная поверхность 20 образована двумя радиусными, правой и левой впадинами. Обе впадины выполнены касательно к окружности радиуса R с центром, совпадающим с центром оси 7, и сопряжены между собой округлением на расстоянии, определяемом радиусом r. Фиксатор 21 подпружинен пружиной 22 и смонтирован шарнирно на оси 23 в опоре 24 с возможностью взаимодействия при вращении вокруг оси 23 с отключающей рейкой 25 классического рычажно-защелочного механизма свободного расцепления 26. Пружина 22 усилием Fф создает на дополнительной скобе 8 момент, препятствующий повороту скобы 8 относительно оси 7 по часовой стрелке при токах короткого замыкания меньших, чем ток электродинамической устойчивости выключателя, и разрешающий этот поворот (отброс контактодержателя 10 с дополнительной скобой 8) при токах короткого замыкания больших, чем ток электродинамической устойчивости выключателя. Усилием Fф устанавливают пороговую величину тока короткого замыкания, после превышения которой начинается процесс разведения контактов без участия механизма свободного расцепления под действием электродинамической силы отброса Fк, электродинамической силы компенсатора Fэ и усилия пружины нажатия Fп. В механизме отключающая рейка 25 подпружинена пружиной вращения (не показана), создающей на рейке вращающий момент Мпр, направленный против часовой стрелки. Отключающая рейка 25 также взаимодействует с расцепителем аварийного отключения 27. Механизм свободного расцепления приводит в движение несущую скобу 4 посредством перемещения траверсы 17 по траектории с центром вращения, совпадающим с осями 5. Выключатель снабжен толкателем 28, смонтированным на ползуне 29 с возможностью воздействия на дополнительную скобу 8 после автоматического отключения токов короткого замыкания больших, чем ток электродинамической стойкости, см. фиг.4. Ползун 29 шарнирно соединен с рычагами 30 и 31. Рычаг 31 установлен на оси опоры 32 и кинематически связан с рукояткой 33 (связь не показана) внутри механизма свободного расцепления. Рукоятка 33 для оперирования выключателем может занимать три положения: I - «Включено»; II - «Отключено автоматически»; III - «Отключено» или «Взведено». При ручном оперировании рукоятка из нижнего положения III переводится в верхнее положение I и наоборот. При автоматическом отключении тока короткого замыкания отключающая рейка 25 освобождает расцепляющий рычаг 34, а рукоятка 33 автоматически занимает промежуточное положение II «Отключено автоматически». Для взведения механизма в состояние готовности к оперированию рукоятку необходимо перевести из положения II в положение III, при этом толкатель 28 осуществляет возвратно-поступательное движения из положения В в положение С и обратно, воздействуя на скобу 8. Обратное перемещение толкателя из положения С в положение В необходимо для исключения влияния толкателя на процесс автоматического отключения. При обратном перемещении толкателя из положения С в положение В расцепляющий рычаг 34 заводится снова в зацепление с отключающей рейкой 25, см. фиг.5.The switch contains the upper 2 and lower 3 leads installed in the housing 1, a bearing bracket 4, rotating on the axes 5 (see FIG. 2) of the support 6. An additional bracket 8 is pivotally mounted on the carrier bracket using an axis 7, and at the upper end an additional the brackets on the axis 9 are fixed with a pivotally movable contact holder 10 connected by a flexible connection 11 to the lower terminal 3. An axis 12 is inserted into the movable contact holder 10, and through the ellipse holes are made on two sides of the contact bracket 13. When the contact holder is rotated around axis 9, the axis 12 freely moves in the ellipse holes 13 with gaps. Clearances along the long axis of the ellipse holes 13 are necessary to provide a dip that compensates for the wear of the contacts 14, 15 and the technological variation in the manufacturing of parts. The pressing force on the contacts is created by a spring 16, one end of which is fixed to the contact carrier through the axis 12, and the second to the supporting bracket 4. Pin 3, flexible coupling 11 and the movable contact holder 10 form an electrodynamic device for compensating the rejection forces acting between the contacts 14 and 15. The bearing brackets 4 of each pole of the switch are connected by an insulated traverse 17. At the lower end of the additional bracket 8, a roller support 19 is mounted on the axis 18, which in its cylindrical surface contacts the profile surface 20 fi Satoru 21. This geometric rotation axis 5 of the support bracket 4 and the rotation axis 18 of the roller support 19 coincide and are aligned, see FIG. 2. Profile surface 20 is formed by two radial, right and left troughs. Both depressions are made tangent to a circle of radius R with a center coinciding with the center of axis 7, and are conjugated to each other by rounding at a distance determined by radius r. The latch 21 is spring-loaded with a spring 22 and pivotally mounted on the axis 23 in the support 24 with the possibility of interaction when rotating around the axis 23 with the disconnecting rail 25 of the classic lever-latch mechanism of free trip 26. The spring 22 forces Ff creates an additional bracket 8 moment, preventing the rotation of the bracket 8 clockwise relative to axis 7 for short-circuit currents less than the current of the electrodynamic stability of the circuit breaker, and allowing this rotation (rejection of the contact holder 10 with an additional bracket 8) at currents short circuits larger than the current of electrodynamic stability of the switch. The force Ff sets the threshold value of the short circuit current, after exceeding which the process of contact separation begins without the participation of the free tripping mechanism under the action of the electrodynamic rejection force Fк, the electrodynamic force of the compensator Fe and the spring force Fp. In the mechanism, the trip rail 25 is spring loaded with a rotation spring (not shown), which generates a torque Mpr counterclockwise on the rail. The trip rail 25 also interacts with the emergency release 27. The free trip mechanism drives the support bracket 4 by moving the yoke 17 along a path with a center of rotation coinciding with the axes 5. The switch is equipped with a pusher 28 mounted on a slider 29 with the possibility of acting on an additional bracket 8 after automatic shutdown of short-circuit currents greater than the electrodynamic resistance current, see FIG. 4. The slider 29 is pivotally connected to the levers 30 and 31. The lever 31 is mounted on the axis of the support 32 and is kinematically connected with the handle 33 (communication not shown) inside the free trip mechanism. The handle 33 for operating the switch can occupy three positions: I - “On”; II - “Disabled automatically”; III - “Disabled” or “Cocked”. During manual operation, the handle from the lower position III is transferred to the upper position I and vice versa. When the short circuit current is automatically turned off, the trip rail 25 releases the trip lever 34, and the handle 33 automatically takes an intermediate position II “Disconnected automatically”. To bring the mechanism into a state of readiness for operation, the handle must be moved from position II to position III, while the pusher 28 performs a reciprocating movement from position B to position C and vice versa, acting on the bracket 8. Reverse movement of the pusher from position C to position B necessary to eliminate the influence of the pusher on the automatic shutdown process. When the pusher is moved back from position C to position B, the release lever 34 engages again with the trip rail 25, see FIG. 5.

Работает автоматический выключатель при токах короткого замыкания меньших, чем ток электродинамической стойкости, и при токах короткого замыкания больших, чем ток электродинамической стойкости, по-разному.The circuit breaker operates at short-circuit currents less than the current of electrodynamic resistance, and at short-circuit currents greater than the current of electrodynamic resistance, in different ways.

При токах короткого замыкания меньших, чем ток электродинамической стойкости выключателя, автоматическое отключение производится аварийным расцепителем 27. Требуемая электродинамическая стойкость контактной системы в зоне селективной работы выключателя обеспечивается выбором усилия Fп пружины 16, создающей нажатие на контакты, и конструктивных параметров U-образного токоведущего контура, образованного нижним выводом 3, гибкой связью 11 и контактодержателем 10. Электродинамическая сила Fэ, возникающая при протекании тока по U-образному контуру, стремится повернуть контактодержатель 10 относительно оси 9 против часовой стрелки и компенсировать силу отброса Fк, пытающуюся повернуть контактодержатель 10 относительно оси 9 по часовой стрелке. Необходимым условием обеспечения электродинамической стойкости контактной системы является постоянное превышение суммы вращающих моментов относительно оси 9 от действия сил Fп и Fэ над вращающим моментом относительно оси 9 от действия силы Fк. Это условие обеспечивается также соответствующим выбором положения оси 9 на контактодержателе 10. Как только ток короткого замыкания (в пределах зоны селективной работы) превысит уставку тока срабатывания расцепителя 27, электромагнит расцепителя своим якорем ударяет по отключающей рейке 25. Отключающая рейка, поворачиваясь по часовой стрелке, освобождает расцепляющий рычаг 34 и приводит в действие механизм свободного расцепления 26, который траверсой 17 поворачивает несущую скобу 4 вокруг оси 5 по часовой стрелке. Подпружиненный фиксатор 21 при этом остается неподвижным и пружина 22 поджимает его к роликовой опоре 19 профильной поверхностью 20 с усилием, не позволяющим дополнительной скобе 8 поворачиваться относительно оси 7. Так как дополнительная скоба 8 установлена через ось 7 на несущей скобе 4, а ось 18 роликовой опоры 19 совпадает с осью 5, см. фиг.2, то дополнительная скоба 8 с контактодержателем 10 повернется совместно с несущей скобой 4, разъединяя контакты 14 и 15.When short-circuit currents are lower than the current of the electrodynamic resistance of the circuit breaker, automatic shutdown is performed by an emergency release 27. The required electrodynamic resistance of the contact system in the zone of selective operation of the circuit breaker is provided by the choice of the force Fп of the spring 16, which creates the pressing of the contacts, and the design parameters of the U-shaped current-carrying circuit, formed by the lower terminal 3, flexible connection 11 and contact holder 10. The electrodynamic force Fe arising from the flow of current along a U-shaped to nturu, tends to rotate the contact carrier 10 relative to the axis 9 counterclockwise and compensate force Fk garbage, trying to turn the contact carrier 10 relative to the axis 9 in a clockwise direction. A necessary condition for ensuring the electrodynamic stability of the contact system is the constant excess of the sum of the torques relative to the axis 9 from the action of the forces Fп and Fe on the torque relative to the axis 9 from the action of the force Fк. This condition is also ensured by the appropriate choice of the position of the axis 9 on the contact holder 10. As soon as the short circuit current (within the selective operation zone) exceeds the setting of the operating current of the release 27, the release electromagnet with its anchor hits the trip rail 25. The trip rail, turning clockwise, releases the trip lever 34 and activates the free trip mechanism 26, which the beam 17 rotates the support bracket 4 around the axis 5 clockwise. The spring-loaded clamp 21 remains stationary and the spring 22 presses it against the roller support 19 with a profile surface 20 with a force that does not allow the additional bracket 8 to rotate about axis 7. Since the additional bracket 8 is installed through axis 7 on the supporting bracket 4, and the axis 18 is roller support 19 coincides with the axis 5, see figure 2, the additional bracket 8 with the contact holder 10 will rotate together with the carrier bracket 4, separating the contacts 14 and 15.

При токах короткого замыкания больших, чем ток электродинамической стойкости (за пределами зоны селективной работы), автоматическое отключение происходит следующим образом. Как только суммарное значение вращающего момента от действия сил Fк, Fп и Fэ на дополнительной скобе 8 относительно оси 7 превысит значение момента сопротивления относительно этой же оси, создаваемого усилием поджатия Fф фиксатора 21 к цилиндрической поверхности роликовой опоры 19, начнется вращение скобы 8 совместно с контактодержателем 10 по часовой стрелке. При вращении вокруг оси 7 скоба 8 роликовой опорой 19 преодолевает наклонный подъем правой впадины профильной поверхности 20, отжимая подпружиненный фиксатор 21 на расстояние величиной R-r, см. фиг.1. При дальнейшем движении роликовая опора оказывается в левой впадине профильной поверхности, где она автоматически фиксируется путем поджатия фиксатора пружиной 22, см. фиг.3. Так происходит мгновенный отброс и фиксация дополнительной скобы и контактодержателя, а значит, быстрое размыкание контактов 14, 15 и ускоренное введение в цепь электрической дуги до срабатывания механизма свободного расцепления, что обеспечивает более эффективное, чем в прототипе токоограничение. При отжатии роликовой опорой 19 подпружиненного фиксатора 21 на расстояние R-r и повороте его вокруг оси 23 опоры 24 на угол, пропорциональный этому расстоянию, производится удар правым плечом фиксатора по отключающей рейке 25. Отключающая рейка, поворачиваясь по часовой стрелке, так же, как и при воздействии аварийного расцепителя, приводит в действие механизм свободного расцепления 26, который траверсой 17 поворачивает несущую скобу 4 вокруг оси 5 по часовой стрелке и завершает разведение контактов, см. фиг.4, на расстояние, достаточное для обеспечения электрической прочности межконтактного промежутка. Рукоятка 33 автоматически перемещается из положения I в положение II, сигнализируя об автоматическом отключении.When short-circuit currents are greater than the current of electrodynamic resistance (outside the zone of selective operation), automatic shutdown occurs as follows. As soon as the total value of the torque due to the forces Fк, Фп and Фэ on the additional bracket 8 relative to the axis 7 exceeds the value of the resistance moment relative to the same axis created by the force Ff of the clamp 21 to the cylindrical surface of the roller support 19, the bracket 8 will rotate together with the contact holder 10 clockwise. When rotating around axis 7, the bracket 8 with the roller support 19 overcomes the inclined rise of the right cavity of the profile surface 20 by pressing the spring-loaded lock 21 by a distance of R-r, see Fig. 1. With further movement, the roller support is in the left cavity of the profile surface, where it is automatically fixed by preloading the latch with a spring 22, see figure 3. This is the instantaneous rejection and fixation of the additional bracket and contact holder, which means that the contacts 14, 15 are quickly opened and the electric arc is introduced into the circuit until the free tripping mechanism is activated, which provides more efficient current limitation than in the prototype. When the roller support 19 presses the spring-loaded clamp 21 to a distance Rr and rotates it around the axis 23 of the support 24 by an angle proportional to this distance, the right shoulder of the clamp strikes the trip rail 25. The trip rail, turning clockwise, is the same as when the action of the emergency release, activates the free trip mechanism 26, which the beam 17 rotates the support bracket 4 around the axis 5 clockwise and completes the breeding of contacts, see figure 4, a distance sufficient to ensure values of the electrical strength of the contact gap. The handle 33 automatically moves from position I to position II, signaling an automatic shutdown.

Для возврата роликовой опоры 19 дополнительной скобы 8 в правую впадину профильной поверхности фиксатора 21 рукоятку 33 переводят вниз из положения II в положение III, см. фиг.5. При переводе рукоятки рычаг 31, вращаясь на оси опоры 32 от положения D до положения Е и обратно из положения Е в положение D, посредством рычага 30 сообщает толкателю 28 возвратно-поступательное движение в направлении из положения В в положение С и обратно из положения С в положение В. Толкатель воздействует на скобу 8 и поворачивает ее вокруг оси 7 против часовой стрелки. Роликовая опора 19, преодолевая подъем левой впадины и отжимая фиксатор 21, попадает в правую впадину профильной поверхности фиксатора. Одновременно с обратным движением толкателя из положения С в положение В расцепляющий рычаг 34 заводится в зацепление с отключающей рейкой 25. Выключатель взведен и готов к операциям включения и отключения в ручном или автоматическом режиме.To return the roller support 19 of the additional bracket 8 to the right cavity of the profile surface of the latch 21, the handle 33 is moved down from position II to position III, see figure 5. When moving the handle, the lever 31, rotating on the axis of the support 32 from position D to position E and back from position E to position D, by means of lever 30 informs the push rod 28 of the reciprocating movement in the direction from position B to position C and back from position C to position B. The pusher acts on the bracket 8 and rotates it around the axis 7 counterclockwise. Roller bearing 19, overcoming the rise of the left cavity and squeezing the latch 21, falls into the right cavity of the profile surface of the latch. Simultaneously with the reverse movement of the pusher from position C to position B, the release lever 34 is engaged with the trip rail 25. The switch is cocked and ready for manual and automatic switching and disconnecting operations.

Таким образом, предложенное техническое решение с новыми существенными отличительными признаками позволяет практически реализовать конструкцию селективного автоматического выключателя с достижением декларируемого технического результата. Дополнительная скоба с роликовой опорой, подпружиненный фиксатор с профильной поверхностью и толкатель в описанной конструктивной взаимосвязи с узлами выключателя обеспечивают при токах короткого замыкания, превышающих ток электродинамической устойчивости, автоматическое переключение электродинамического устройства компенсации сил отброса, действующих между контактами выключателя, в режим работы электродинамического устройства ускоренного разведения контактов с фиксацией подвижного контактодержателя в отброшенном положении. Отброс и фиксация подвижного контактодержателя самими электродинамическими силами обеспечивают ускоренное введение в цепь электрической дуги за время существенно меньшее, чем в прототипе, так как на начало размыкания исключено влияние инерционного механизма свободного расцепления. Этим достигнут более высокий уровень токоограничения, а значит, и более высокая коммутационная способность селективного выключателя при отключении токов короткого замыкания, превышающих ток его электродинамической устойчивости. Предлагаемый выключатель по сравнению с прототипом может применяться в цепях с более высокими токами короткого замыкания. Он обеспечивает уменьшение разрушительного действия этих токов в коммутируемой цепи. Выключатель также отличают меньшие тепловые потери за счет исключения токопроводящего шарнирного соединения в электродинамическом компенсаторе.Thus, the proposed technical solution with new significant distinguishing features allows you to practically implement the design of a selective circuit breaker with the achievement of the declared technical result. An additional bracket with a roller support, a spring-loaded latch with a profile surface and a pusher in the described constructive relationship with the circuit breaker nodes provide for short-circuit currents exceeding the current of electrodynamic stability, automatic switching of the electrodynamic device for compensating the rejection forces acting between the contacts of the switch to the operation mode of the electrodynamic device accelerated breeding contacts with the fixation of the movable contact holder in the dropped position. The rejection and fixation of the movable contact holder by the electrodynamic forces themselves provide an accelerated introduction of an electric arc into the circuit in a much shorter time than in the prototype, since the inertial mechanism of free tripping is excluded at the beginning of opening. This has achieved a higher level of current limitation, and hence a higher switching ability of the selective switch when disconnecting short-circuit currents that exceed the current of its electrodynamic stability. The proposed switch in comparison with the prototype can be used in circuits with higher short-circuit currents. It provides a reduction in the destructive effect of these currents in a switched circuit. The switch is also distinguished by lower heat loss due to the exclusion of a conductive swivel in the electrodynamic compensator.

Claims

A circuit breaker comprising the lower and upper terminals fixed in the housing, a movable contact holder connected by a flexible connection to the lower terminal and placed in a carrier bracket having an axis of rotation, a pressing spring installed between the carrier and the carrier bracket, an electrodynamic device for compensating contact rejection forces made in form of a U-shaped current-carrying circuit formed by the lower terminal, flexible connection and contact holder, emergency disconnector, free trip mechanism I, connected by a traverse with a supporting bracket, and a disconnecting rail - with an emergency trip release, characterized in that it is equipped with an additional bracket, a roller support, a spring-loaded clamp with a profile surface and a pusher kinematically connected with the free trip mechanism, the additional bracket being pivotally mounted on the supporting bracket, and the movable contact holder is pivotally mounted on the upper end of the additional bracket, the roller bearing is mounted on the lower end of the additional bracket with possibly Tew contacting the surface profile and the spring-loaded latch so that the rotation axis of the roller bearing and bearing bracket coincide, spring-loaded latch mounted on the housing for engagement with the rack breaking free disengaging mechanism and the pusher - with the possibility of exposure to an additional bracket.