專利名稱：用于斷路器的輔助跳閘系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
這里所述的主題涉及一種用于斷路器的機構。特別是，這里所述 的主題涉及一種與觸點臂聯(lián)接的機構，用于通過減少斷開時間來提供 電流限制功能。
背景技術：
空氣斷路器通常用于配電系統(tǒng)。普通的空氣斷路器包括用于使電 源與稱為負載的電力消耗裝置連接的部件組件。該部件稱為主觸點組 件。在該組件中，主觸點通常斷開(中斷電從源向負栽運行的通路) 或閉合(提供電從源向負栽運行的通路)。在特殊類型的斷路器中(稱 為空氣斷路器)，斷開或閉合主觸點組件所需的力由壓縮彈簧結構來 提供。當壓縮彈簧釋放時，它們施加力，該力提供了斷開或閉合主觸 點所需的能量。提供用于閉合主觸點的力的壓縮彈簧通常稱為閉合彈 簧。提供用于斷開主觸點的力的壓縮彈簧通常稱為觸點彈簧。
用于控制壓縮彈簧的機構包括在鎖栓軸和驅動裝置之間的機械聯(lián) 接件結構。驅動裝置可以手動或電動操作。電動操作的驅動裝置通常 在檢測到特殊電狀態(tài)時操作，例如過電流或短路狀態(tài)。在斷路器中的 驅動裝置通常在聯(lián)接組件上施加力。然后，聯(lián)接組件將來自驅動裝置 的力轉變成施加在鎖栓軸上的旋轉力。然后，鎖栓軸旋轉。該旋轉通 過機械聯(lián)接件轉變成閉合彈簧或觸點彈簧的開鎖或起動。通常，與閉 合彈簧機械聯(lián)接的笫一鎖栓軸稱為閉合軸。與觸點彈簧機械聯(lián)接的第 二鎖栓軸稱為跳閘軸。
當各驅動裝置通過相應聯(lián)接組件而作用在鎖栓軸上時，聯(lián)接組件 用作杠桿，它將來自驅動裝置的直線力轉換成在鎖栓軸上的旋轉力。 用于使驅動裝置電起動以及使該機構和觸點組件開始移動所需的時間 可能較長。當存在不希望的電狀態(tài)時，斷開觸點組件所需的該時間期 限可能比希望的更長。
盡管現(xiàn)有的斷路器適用于它們的預定用途，但是仍然需要改進， 特別是對于斷路器的操作以及在高電流和短路狀態(tài)下斷開觸點所需的時間。
發(fā)明內(nèi)容
這里提供了一種斷路器，它有可在閉合和斷開位置之間移動的觸 點結構。觸點栽體與觸點結構聯(lián)接，其中，觸點載體有狹槽。第一機 構通過布置在狹槽中的軸而與觸點栽體聯(lián)接。該軸可在狹槽中在第一 位置和第二位置之間旋轉和移動。第二機構與該軸操作聯(lián)接，其中， 第二機構包括與軸聯(lián)接的第 一聯(lián)接件以及與該第 一聯(lián)接件操作聯(lián)接的 電樞。
還提供了一種用于斷路器的磁跳閘裝置，它包括可在斷開位置和 閉合位置之間移動的電樞。第一聯(lián)接件可在第一位置和第二位置之間 移動，并與所述電樞操作聯(lián)接。軸聯(lián)接成與第一聯(lián)接件一起旋轉，其 中，軸上有圓柱形部分和平面部分。具有狹槽的觸點臂載體定位成使 得軸布置在該狹槽中，該狹槽有第一端和第二端。
還提供了一種多極斷路器，它有可在第一和第二位置之間移動的 機構。第一觸點臂組件有圓形部分和細長部分，該第一觸點臂組件包 括至少一個觸點臂和具有狹槽的觸點臂載體。第一聯(lián)接件通過定位在 狹槽中的軸而聯(lián)接于該機構和觸點臂載體之間。其中，所述軸布置成 在狹槽圓形部分中在第一位置和笫二位置之間旋轉。電樞操作聯(lián)接成 使軸從第一位置旋轉至第二位置。
現(xiàn)在參考附圖，該附圖為示例性和非限定的，且相同元件以相同
才示號表示
圖l是示例實施例的多極斷路器的示意俯視圖； 圖2是根據(jù)示例實施例的圖l的斷路器的側視平面圖，該斷路器處 于閉合位置；
圖3是圖1的斷路器處于斷開位置時的側視平面圖； 圖4是圖1的斷路器的側視平面圖，其中觸點臂處于跳閘位置； 圖5是圖2的觸點臂機構的局部側視平面圖； 圖6是圖5的觸點臂機構的透視圖； 圖7是圖4的觸點臂載體組件的局部透視圖；圖8是圖1的斷路器的側視平面圖，其中輔助跳閘系統(tǒng)起動； 圖9是圖8的觸點臂載體組件的局部透視圖；以及 圖10是圖4的觸點臂栽體組件處于跳閘位置時的局部平面圖。
部件列表
20 斷路器
22 機構
24 副軸
26 電極l
28 電極2
30 電極3
32 導體
34 導體
36 殼體
38 觸點臂組件
40 銷
42 銷
44 觸點臂
46 活動觸點
48 電弧觸點
50 帶
52 靜止觸點
54 電弧觸點
56 滅弧槽
58 觸點臂載體
60 固定芯
62 活動電樞
63 框架
64 聯(lián)接組件
65 第二聯(lián)接組件
66 軸
68 聯(lián)接件70聯(lián)接件
72聯(lián)接件
74聯(lián)接件
76銷
78聯(lián)接件
80軸的圓柱形部分
82軸的平面部分
84狹槽
86狹槽的圓形部分
88狹槽的矩形部分
具體實施例方式
圖1表示了具有主機構22的多極斷路器20。機構22包括副軸(lay shaft, "L/S")組件24，該副軸組件24將機構22聯(lián)接至電極組件26、 28、 30。該機構為操作人員提供了打開、關閉和復位該電極組件26、 28、 30的裝置，且通常包括操作人員界面。該機構還包括跳閘單元(未 示出)，該跳閘單元檢測不希望的電狀態(tài)，并當檢測到這樣的狀態(tài)時 起動該機構22。如將在這里更詳細描述的那樣，電極組件26、 28、 30 傳導電流通過斷路器20，并提供了用于使受保護的電路與電源連接和 斷開的裝置。
在該示例實施例中，多極斷路器20的各電極承載不同的電相。各 電極組件26、 28、 30與一對導體32、 34聯(lián)接，該對導體32、 34將斷路 器20連接至該受保護的負載和該電源。通常，殼體36包圍該機構22和 電極組件26、 28、 30,以便保護這些部件并防止操作人員無意中與電 流接觸。
在圖2中，斷路器20表示為電極26處于閉合位置。副軸組件24通過 銷40聯(lián)接至觸點臂組件38。如將這里更詳細描述的那樣，如圖2中所示 的觸點臂組件38處于鎖定位置，并傳遞來自機構22的能量，該能量是 斷開和閉合觸點臂44所需要的。觸點臂組件38安裝在斷路器20中，以 便繞銷42樞轉，從而在閉合、斷開和跳閘位置之間移動。其它電極組 件28、 30也各自包括觸點臂組件38，且各觸點臂組件通過副軸組件24 聯(lián)接至該機構，觸點臂組件38包括觸點臂44，該觸點臂W有活動觸點"和安裝在 一個端部的電弧觸點48。例如由編織銅電纜制成的柔性導電帶50安裝 在活動觸點"的相對端部。該柔性帶50將觸點臂44與導體32電聯(lián)接， 該導體32允許電流流過斷路器20。電流流過觸點臂組件38，并經(jīng)由活 動觸點46而離開。然后，電流經(jīng)過靜止觸點52且通入導體34中，并在 該導體34處電流傳遞給負栽。應當知道，"負載"和"電線"只是為 了方便，對于某些斷路器用途，與負載和電源的連接可以相反。觸點 46、 52通常由銀鴒合金和銀石墨復合物來制造，以便使電阻最小。另 一電弧觸點54安裝在導體34上。電弧觸點48、 54幫助斷路器20將觸點 臂"斷開時形成的任何電弧轉移至滅弧槽56中。壓縮彈簧90安裝在斷 路器20上，以便在觸點臂44的底側施加力，并幫助觸點臂組件38斷開。 應當知道，觸點臂44可以是單個部件，或者可以包括多個平行的觸點 臂，如圖6中所示。在該實施例中，觸點臂組件38還將包括多個觸點臂 栽體58，該觸點臂載體58支承和分開各個觸點臂44。
斷路器20還包括輔助跳閘組件59。輔助跳閘組件59包括磁裝置， 該磁裝置包括固定芯60和活動電樞62。固定芯60與導體32電聯(lián)接，并 布置成產(chǎn)生與流過導體32的電流成正比的磁場。在該示例實施例中， 固定芯和活動電樞由磁性材料制成，例如鋼。如圖6中所示， 一對彈簧 63偏壓電樞62使該電樞62與固定芯60分離?？蛇x擇地，可以使用超過 兩個彈簧來偏壓電樞離開固定芯。在示例實施例中，電樞62與具有一 個或多個狹槽67的框架57聯(lián)接。在電樞62由于固定芯60產(chǎn)生的磁場而 進行移動時，狹槽67引導該電樞的運動。
聯(lián)接組件64、 65與電樞62聯(lián)接。各聯(lián)接組件包括第一聯(lián)接件78， 該第一聯(lián)接件78在一個端部處借助銷聯(lián)接至電樞62，該銷允許聯(lián)接件 78相對于電樞62旋轉。第二舉接件74有樞軸76，該樞軸76安裝至框架 57。第二聯(lián)接件74在一個端部處與第一聯(lián)接件78聯(lián)接，在相對端部處 與第三聯(lián)接件72聯(lián)接。第三聯(lián)接件又將第二聯(lián)接件74與第四聯(lián)接件70 聯(lián)接。第四聯(lián)接件70安裝在軸66上。如后面更詳細所述，聯(lián)接組件64 將電樞62的直線運動轉變成軸66的旋轉移動。
軸66將聯(lián)接件70、觸點臂載體58和聯(lián)接件68相聯(lián)接。聯(lián)接件68利 用銷40將觸點臂組件38與副軸組件24連接。軸66布置成在觸點臂載體 狹槽84中旋轉。軸66安裝至聯(lián)接件68、 70，使得軸66和聯(lián)接件68、 70之間沒有相對運動。如圖7中所示，軸66包括圓柱形部分80和平面部分 82。軸66布置成在觸點臂載體58中的狹槽84內(nèi)旋轉。狹槽84包括圓形 部分86和細長部分88。當觸點臂組件38處于如圖2和圖3中所示的鎖定 位置時，軸的圓柱形部^80位于狹槽的圓形部分86中。當處于該鎖定 位置時，通過觸點臂組件38傳遞的任何力都大致通過軸66和銷40的中 心。由于軸66這樣布置和定位在狹槽的圓形部分86中，因此防止了與 副軸組件24的移動無關的觸點臂組件38移動。這樣，在正常操作過程 中，當機構22使副軸24旋轉時，觸點臂組件38、軸66和聯(lián)接件68多少
作為單個剛性聯(lián)接件而移動。這使得該主機構能夠斷開和閉合觸點臂 組件32,而不會改變觸點臂組件38中的部件相對于軸66的位置。
在該斷開過程中，操作人員可能希望從受保護電路中除去電力， 以便能夠例如對與該電路連接的設備進行維護。為此，通過例如一關 按鈕來起動主機構22，從而使得副軸組件24旋轉至斷開位置，如圖3中 所示。副軸組件24的旋轉移動通過聯(lián)接件68而轉變成觸點臂載體58的 運動，從而使得觸點臂組件38繞樞軸42旋轉。觸點臂組件38的該旋轉 導致活動觸點46與靜止觸點52分離，并中斷電流流動。為了重新起動 電流流動，操作人員通過移動例如 一 閉合按鈕而重新起動該主才幾構， 從而使得副軸組件24轉回圖1中所示的位置。
在某些情況下，與導體34連接的負栽可能經(jīng)受不希望的狀態(tài)，例 如短路。在這些狀態(tài)下，流過斷路器的電流水平將劇烈增加。例如， 在正常工作狀態(tài)下，斷路器20可以在690V下承栽400 - 5000A的電流。
在短路狀態(tài)下，電流水平可能是正常工作水平的很多倍。例如，取決 于安裝有該斷路器20的設備，電流水平可能達到100kA以上。該高水平 電流是不希望的，操作人員通常希望在這些狀態(tài)下限制流過斷路器20 的電流量。如上所述，固定芯60布置成與導體32電接觸，以便產(chǎn)生磁 場。在某些電故障狀態(tài)下(例如短路狀態(tài))，由固定芯60產(chǎn)生的磁力 將足以使得電樞62移動。
輔助跳閘組件59和解點臂扭件38的移動將參考圖7 - IO來介紹。應 當知道，為了清楚， 一些部件已經(jīng)從圖7-IO中除去?；顒与姌?2和聯(lián) 接組件64布置成這樣，即，當固定芯60和活動電樞62之間的磁力達到 預定水平時，電樞62將朝著固定芯60移動。例如，電樞62在對應于"kA -100kA (更優(yōu)選是50kA)的磁力時開始移動。電樞62移動對應的不同閾值將取決于斷路器20以及其它下游饋電斷路器(未示出)的選擇。 電樞62的移動導致聯(lián)接件78使得聯(lián)接件74繞樞軸76旋轉。該旋轉繼而 導致聯(lián)接件72使得聯(lián)接件70、軸66和聯(lián)接件68旋轉。
輔助跳閘組件59布置成使得軸66旋轉，直到平面部分82大致平行 于狹槽的細長部分88的側壁1。，當?shù)竭_該位置時，軸66沿狹槽的細長部 分方向施加在觸點栽體58上的任何反作用力都被除去，從而使得軸66 和觸點載體相互獨立地移動。當觸點臂組件38從圖2中所示的閉合位置 旋轉至圖4的跳閘位置時，軸66在狹槽84中從圓形部分86移動至細長部 分88。觸點臂組件38的移動可以是由于彈簧90產(chǎn)生的力，或者是由于 在導體34和觸點臂44之間由短路過程中的高電流所產(chǎn)生的磁力。觸點 臂組件38的移動繼續(xù)進行，直到軸66到達狹槽的細長部分88的端部。 該位置(通常稱為"跳閘"位置)在圖4和圖10中表示。在該示例實施 例中，狹槽細長部分88的端部是彎曲的，以便與該軸的圓柱形部分80 的曲率匹配。觸點臂組件38的旋轉使得活動觸點46與靜止觸點52分離。 在觸點46、 52之間產(chǎn)生的任何電弧都將通過電弧觸點48、 54而傳遞給 滅弧槽56，來自電弧的能量將在該滅弧槽56中耗散。
為了復位對該軸66的定偉并允許觸點臂組件38斷開和閉合，操作 人員起動該斷路器機構22。這使得副軸組件24旋轉至斷開位置，從而 使得聯(lián)接件68和軸66在狹槽84中旋轉并移動。聯(lián)接件68、軸66和狹槽 84布置成這樣，即，當副軸組件24到達斷開位置時，軸66定位在狹槽 的圓形部分86中。 一旦軸定位在狹槽的圓形部分86中，聯(lián)接件68、軸 66和觸點臂組件38再次處于鎖定位置，從而使它們能夠作為單個部件 而斷開和閉合。
在斷路器20的工作中，觸點臂組件38能夠在沒有機構22的幫助下 與靜止觸點52分離將很有利。斷路器20越快斷開觸點臂組件38，受保 護負載所經(jīng)受的電流就越小。通過利用電樞62和輔助跳閘組件59，與 只通過使用機構22的情況相比，斷路器20可以更快地對不希望的電狀 態(tài)作出反應。在該示例實施例中，預計輔助跳閘組件59將使觸點臂組 件38能夠在8-10毫秒內(nèi)禽離,，而對于機構"則超過30亳秒。在該示例 實施例中，可以設想機構"將在到達跳閘位置后移動至斷開位置，從 而允許斷開與斷路器相關的其它電極。
這里的說明書利用實例來說明本發(fā)明，包括最佳模式，還使得本領域技術人員能夠實施本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及 執(zhí)行任何所述方法。本發(fā)明的可專利范圍由權利要求書來限定，并可 以包括本領域技術人員顯而易見的其它實例。當這些其它實例具有的 結構元件與權利要求的書面語言沒有不同時，或者當它們包括與權利 要求的書面語言沒有實質性區(qū)別的等效結構元件時，它們將在權利要 求書的范圍內(nèi)。
權利要求
1. 一種斷路器，包括觸點結構(38)，該觸點結構能夠在閉合位置和斷開位置之間移動；觸點載體(58)，該觸點載體與所述觸點結構(38)聯(lián)接，所述觸點載體(58)中有狹槽(84)；第一機構(22)，該第一機構利用布置在所述狹槽(84)中的軸(66)而與所述觸點載體聯(lián)接，所述軸(66)能夠在所述狹槽(84)中在第一位置和第二位置之間旋轉并移動；以及第二機構(64)，該第二機構與所述軸(66)可操作地聯(lián)接，所述第二機構(66)包括與所述軸(66)聯(lián)接的第一聯(lián)接件(70)以及與所述第一聯(lián)接件(70)可操作地聯(lián)接的電樞(62)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的斷路器，其中所述電樞(62)布置成 在斷開位置和閉合位置之間移動，所述第一聯(lián)接件(70)布置成響應 所述電樞(62 )從所述斷開位置至所述閉合位置的移動而使所述軸(66 ) 從所述第一位置旋轉并平移至所述第二位置。
3. 根據(jù)權利要求2所述的斷路器，其中所述軸(66)還布置成 在所述狹槽(84)中移動至第三位置。
4. 根據(jù)權利要求3所述的斷路器，其中所述軸(66)還布置成 當所述軸(66)旋轉至所述第二位置時從所述第二位置移動至所述第 三位置。
5. 根據(jù)權利要求4所述的斷路器，其中，所述狹槽(84)有圓形 部分(86)和細長部分(88)，該圓形部分與所述軸(66)的第一位 置相對應，所述細長部分(88)有鄰近所述圓形部分(86)的第一端 部和與所述圓形部分(86)相對的第二端部，所述細長部分(88)的 第二端部對應于所述軸(66)的第三位置。
6. —種用于斷路器的磁跳閘裝置，包括電樞(62)，該電樞能夠在斷開位置和閉合位置之間移動； 第一聯(lián)接件(70)能夠在笫一位置和第二位置之間移動，所述第一聯(lián)接件(70)與所述電樞可操作地聯(lián)接；軸(66)，該軸聯(lián)接成與所述第一聯(lián)接件(70) —起旋轉，所述軸(66)上有圓柱形部分(80)和平面部分(82);以及觸點臂載體(58)，該觸點臂載體具有狹槽(84)，該狹槽有第 一端部和第二端部，所述觸點臂栽體(58)定位成使得所述軸(66) 布置在所述狹槽(84)中。
7. 根據(jù)權利要求6所述的用于斷路器的磁跳閘裝置，還包括 第二聯(lián)接件(78)，該第二聯(lián)接件有第一端部和第二端部，所述第二聯(lián)接件(78)的第一端部與所述電樞聯(lián)接；第三聯(lián)接件(74)，該笫三聯(lián)接件有第一端部和第二端部以及在 它們之間的樞軸(76)，所述第三聯(lián)接件(74)與所述第二聯(lián)接件(78) 的第二端部聯(lián)接；以及第四聯(lián)接件(72)，該第四聯(lián)接件聯(lián)接在所述第一聯(lián)接件(70) 和所述第三聯(lián)接件(74)的第二端部之間。
8. 根據(jù)權利要求7所述的用于斷路器的磁跳閘裝置，其中所述 觸點臂載體的狹槽(84)有圓形部分(86)和細長部分(88)。
9. 根據(jù)權利要求8所述的用于斷路器的磁跳閘裝置，其中所述 軸布置成響應所述第一聯(lián)接件(70)從所述第一位置至所述第二位置 的移動而從所述圓形部分(86)移動至所述細長部分(88)。
10. 根據(jù)權利要求9所述的用于斷路器的磁跳閘裝置，其中當所 述聯(lián)接件(70)處于所述第一位置時，所述軸的圓柱形部分(80)與 所述狹槽的圓形部分(86)同軸。
全文摘要
一種用于斷路器的輔助跳閘系統(tǒng)。這里公開了一種用于斷路器觸點臂(44)的機構，其能夠通過縮短斷開時間來限制電流。輔助跳閘組件(64)布置成由于在不希望的電狀態(tài)(例如短路)期間產(chǎn)生的磁力而致動。輔助跳閘系統(tǒng)(64)釋放觸點臂載體(58)，從而使觸點臂(44)能夠旋轉至中斷電流的斷開位置。
文檔編號H01H83/20GK101436492SQ200810176198
公開日2009年5月20日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權日2007年11月15日
發(fā)明者A·派, D·拉奧拉恩, K·巴維卡, S·蘇德哈卡 申請人:通用電氣公司