CN1337054A - 线路断路器的铃锤衔铁系统 - Google Patents

Abstract

一种线路断路器的铃锤衔铁系统包含一个加热器,它有一个加热元件和一对电导体。加热元件与两导体电气相连且位于其间。导体与加热元件间有一定空间,以在导体和加热元件之间形成一对槽。一端至少与一个导体电气相连的热敏片处在靠近加热元件的位置。磁轭具有一对臂,每个臂分别穿过加热器的槽。加热元件和热敏片处在两臂之间并在其间形成多个电流通路。铃锤装在靠近两臂的枢轴上。当通过加热器和热敏片的电流到达一定值时,铃锤转向磁轭的两臂,将线路断路器的一对可分离触点打开。

Description

线路断路器的铃锤衔铁系统

发明背景

本发明总的说与电力设备保护装置有关。更具体地说，是与运行在小电流条件下的线路断路器有关，它包含一个铃锤衔铁系统，用来使断路器在线路短路的情况下跳闸。

线路断路器通常对长期的过流及由短路而引起的很大的电流提供保护。这类保护作用在许多断路器中是通过一个热-磁跳闸机构来实现的，它包括一个热跳闸部分和一个磁跳闸部分，与图1所示的类似。图1的跳闸机构包括一个导体12，使电流从负载终端流向一对触点，后者在过流或短路情况下将电流切断。

跳闸机构10的热跳闸部分13包含一个双金属片14，其一端16与导体12相接。双金属片是由两种具有不同膨胀系数的金属构成的，因而当温度超过一预定值时，双金属片的自由端15就按逆时针方向弯曲或偏折。如图所示，双金属片14与导体12的一部分接近且基本与之平行。当产生过流时，导体发热并使双金属片的温度升高。若双金属片的温度超过预先设定的值，则其自由端15产生偏折，使连在可分离的触点对之间的连杆动作，将触点对打开使电流切断，以保护负载免受过流。

跳闸机构10的磁跳闸部分17包含一个铃锤18，它的一端20用枢轴接在线路断路器的壳体上，而其自由端22则推动连杆将可分离的触点对打开，避免短路。如图1所示，铃锤的位置靠近双金属片14。一个通常为U形的磁轭24被安置在导体12和双金属片的附近。磁轭的两臂26和28伸至与铃锤18接近。发生短路时，磁轭中产生与流过导体的电流成正比的磁场。当吸引铃锤18的磁力大于某预定值时，铃锤按时针方向转动至与磁轭相接，并推动连杆将触点打开。

图1所示的跳闸机构10一般是用来保护工作在大电流条件下的负载，而不是工作在小电流状态下的负载。一般来说，这种热-磁跳闸机构10不可能对16至60安培范围内的电流起保护作用。这么大小的电流不可能感应出在短路时足以使铃锤运动的磁场强度。通常线路断路器的电流跳闸机构的磁跳闸部分17包含一个电磁线圈，它在小电流工作条件下要灵敏得多。

发明概要

在本发明的一种示例性实施例中，线路断路器的铃锤衔铁系统包含一个加热器，它具有一个加热元件和一对电导体。加热元件安放在导体之间并与之电气相连。导体与加热元件隔开，以在它们之间形成一对槽。将一个一端至少与一个导体电连接的热敏片安放在加热元件附近。磁轭有一对臂，每个臂通过加热器各自的槽。加热元件和热敏片安放在两臂之间，并在其间形成多个电流通路。铃锤用枢轴装在两臂附近。当流过加热器和热敏片的电流达到预先设定值时，铃锤就转到磁轭的两臂上，将线路断路器的一对可分离触点打开。

附图简介

现在来参阅各个附图，其中几个图中的相似元件标以相似的数字：

图1是已有技术的热-磁跳闸部分的展开透视图；

图2是一种线路断路器实例的横截面图，其中包括一个体现本发明的热-磁跳闸机构；

图3是本发明的热-磁跳闸机构的一个展开透视图；

图4是图3的热-磁跳闸机构的侧面剖视图；

图5是沿图4中热-磁跳闸机构的5-5线的剖面图，图中标示了电流的流向和电磁力；

图6是本发明的热-磁跳闸机构的另一种实施装置的分解透视图；

图7是图6的热-磁跳闸机构的侧面剖视图；

图8是沿图7中热-磁跳闸机构的6-6线的剖面图，图中示出了电流流向和电磁力。

发明的详细描述

参看图2，这是一个线路断路器的具体实施例，一般以20表示，它包含一个铃锤衔铁系统30。线路断路器20包含一对位于旋转触点臂38两端的旋转触点34，36。旋转触点34，36分别与固定触点40，42相对。旋转触点臂在48处用枢轴安装在线路断路器的框架上。旋转触点臂在一对位于旋转触点之间的枢轴接合处44，46与线路断路器的执行机构相接。

执行机构包括一系列连杆和杠杆50，它们将旋转触点臂38和铃锤衔铁系统30相互连在一起。两个杠杆52，54协同铃锤衔铁系统推动执行机构50的跳闸闩66，并将旋转触点34，36打开。

执行机构50的杠杆52，54是用枢轴安装在线路断路器的框架上。当发热时，一个热敏片(例如双金属片88)与第一杠杆52的一个臂相接，使第一杠杆旋转点将跳闸闩66松开。第二杠杆54转至与第一杠杆52的另一个臂64相接。发生短路时，铃锤78产生旋转并与杠杆54的一个臂62相接，因而使杠杆52，54旋转推动跳闸闩66，后者再使触点臂38旋转将触点34，36，40，42分开，切断电路。

如图3所示，铃锤衔铁系统30包含一个安装在线路断路器框架上的输入端60。该输入端60包含一个通常为水平的接片64，用来与负载或电源相连。从水平接片64的一端66向下伸出一个垂直元件68。从垂直元件68的一面74向上伸出一个L形伸展杆72。此杆一直伸至铃锤78之上，以保证短路时铃锤可自由运动，这在下面将详细谈到。伸展杆72的上自由端80用铜焊、电焊或锡焊连着一个导电网辫84的一端，而其另一端则与双金属片88一个自由端94的内表面92相连，这在下面会详细叙述。

加热装置96一般是用具有导热和耐热特性的合金材料制成的。该装置采用一种很普通的工艺(例如冲压或锻造)整件制造。因此尽管是用单一的材料整体制成的，加热装置96可以做成复杂的形状，以便安装到线路断路器的框架上，并提供多个电流通路。

加热装置96含有一个水平安装片98，用来将该装置通过普通的方法固定在线路断路器的框架上。从水平安装片98向上伸出一个垂直安装片100。它提供了一个安装面用来将双金属片88的一端与之相连。由垂直安装片100确定加热装置96的第一平面。从垂直安装片100的一端104向上伸出一个入口导体102，它在106处向离开双金属片88的方向朝内弯折。入口导体确定出一个第二平面，它与第一平面相距一个预定的距离，以便在双金属片88和加热元件108之间造成一个空间232(见图5)，这在下面会谈到。入口导体102向上伸展的距离比双金属片的长度要短，以防止与执行机构20(见图2)相干扰。

从入口导体102的上端110与之邻近伸出一个加热元件108。此元件108为蛇形，向下伸向垂直安装片100，其长度近似等于入口导体102的长度。加热元件的宽度基本上与双金属片88的宽度相同，且以双金属片为中心安装。

一个长度基本上与加热元件108的长度相等的出口导体112从加热元件的下端116向上伸出，它基本上与入口导体102和加热元件108平行。出口导体112的顶端118处接有一个薄片120，它通常是从该处水平地伸出。薄片120一般为平面形，板上有一通孔122。薄片120的位置使其可与线路断路器中承受负载电流的元件产生电接触。

如前所述，入口导体102和出口导体112都是垂直配置的，且加热元件108处于其间。导体102和112的垂直部分118和120与加热器108隔开一定距离，以在其间形成槽122，124，用来接纳磁轭150的两臂152和154，这在下面会详细说明。

双金属片88至少由两种膨胀系数不同的金属组成，它们是选择来使温度升高时产生弯曲的。由金属组成的片在总体上是导电的。

从双金属片88的上部128往下的下部126要比上部128宽得多。由两个焊接点130，132将双金属片88的下部连至垂直安装片100。不过也可以用现有的其它方法(例如铆接，销接，螺钉连接)将它们连起来。

双金属片88一般是矩形的，宽度基本上与加热元件108一样，其大小都适合于安装在磁轭150的两臂152，154之间(下面会谈到)。双金属片88的上端94伸出加热元件108的上面，以便与执行机构20相接，这在上面已说过。当双金属片88的上端94由于加热元件108中的电流发热而产生弯曲时，双金属片88将与跳闸闩66(见图2)相连的杠杆52推开。双金属片88的位置靠近加热元件108且基本上是平行相对。

另外，网辫84的另一端90通过锡焊或电焊等普通方法与双金属片88自由端94的内表面92相连接。处于接长杆72的上自由端80和另一端90之间的网辫可以自由活动，以便在保持电接触的情况下使双金属片能自由运动。

磁轭150包含一对臂152，154，它们形成一个弓形体158，其间构成一个平面矩形安装底座156。安装底座从弓状体158向下伸出一定长度而与线路断路器外壳相连，以将磁轭固定。

从图4和图5可以清楚看到，臂152，154穿过分别处于加热元件108和导体102，122之间的槽122，124。壁152，154穿出槽一定的距离，以在靠近铃锤78处造成一定的空气隙L(见图5)。磁轭由永磁材料构成，以提供一个磁力线通路。内行人清楚，铃锤相对于磁轭150的两臂152，154的位置影响磁吸力，因而会影响磁过流跳闸的设定点。

参看图3和4，铃锤78的一端134是在位于垂直元件68和双金属片88中间(见图2)的地方136与线路断路器框架枢轴相连的。铃锤的另一端132则位于枢轴上面一定距离，以便当铃锤沿时钟方向转动时与执行机构50的杠杆54(见图2)相连。

图4和5说明电流I通过铃锤衔铁系统的路径以及该装置的电气-机械原理。电流I从输入端60流入，通过L形延伸杆72和网辫84流至位于网辫84另一端90的双金属片88。电流向下流过双金属片88，然后从入口导体102向上流至蛇形加热元件108。电流再从加热元件108向下流出出口导体112，并从那儿向上流至薄片120，最后从加热装置96流出。

图5清楚地进一步说明加热装置96中的电流与产生磁场的磁轭150的相互作用。电流流入纸面用“·”表示，流出纸面用“X”表示。在跳闸机构正常工作时，入口和出口导体102，112中的电流“流入纸面”。在双金属片88和加热元件108中的电流“流出纸面”，即与导体102，112中的电流方向相反。

按照电工科学原理，在每个槽122，124中的磁通是每个槽内单个磁的总和。众所周知，磁场相对电流的方向遵从“右手定则”。在同一方向产生的磁场强度按向量加法的规则相加。同样，在相反方向产生的磁场强度则相减。同样的规则也适用于由磁场产生的电流，因为磁场和电流是直接交链的，与彼此成正比例。因此，将右手定则用于图5可知，从双金属片88，加热元件108，入口导体102和出口导体112来的磁通都是槽122，124中相加。

槽122，124中的磁通在处于槽中的磁轭两臂152，154内感应出磁场。磁场的强度及由此而产生的铃锤78的磁吸力与加热装置96和双金属片88中流过的电流成正比。由于槽中的磁通量是各平行电流产生的磁通之总和，因此只需要不大的电流就足以产生吸引铃锤78的磁场。这使得此铃锤衔铁系统30可用于小电流的线路断路器。影响磁轭150中感应磁场强度的其它因素还有槽的尺寸，臂的尺寸，臂的形状及结构材料。

在铃锤衔铁系统30运行中，当负载成产生短路故障时，电流急剧增大，使得环绕上述各元件的磁通按比例增加。如上所述，由于磁通强度是相加的，故磁轭150中产生的磁通是与导体102，108，加热元件108和双金属片88中的磁通成正比。

在两臂152，154中的磁力通过隙缝的作用将铃锤78吸引。铃锤按时钟方向旋转一定角度后与磁轭150相接，并推动杠杆62(见图2)将触点对34，40及36，42打开，使电流切断，以保护负载免受过流，这在前面已经讲过。

当过流时双金属片88造成热跳闸。电流增大使双金属片和加热元件108中产生热，后者又进一步使双金属片88热起来。所产生的热量与过流的大小及持续时间有关。由双金属流产生跳闸的时间特性则相反。因而过流越厉害跳闸越短。

当双金属片88的温度超过预先设定的值，其自由端产生偏折，推动杠杆52(见图2)将触点对34，40和36，42打开以切断电流，从而保护负载免受过流，这在前面已经讲过。

图6是铃锤衔铁系统的另一种实施装置，以202表示。该系统包含一个由单次冲压或锻造制成的加热装置96，所用的材料前面已经说过。

安装片206由两个水平部分208，210和一个垂直部分212组成，后者是从第一水平部分208向下伸出并处于水平部分208，210之间。第一水平部分208与带导体的负载相连，并固定在线路断路器的框架上(图中未示)。

从第二水平部分210的锥形端216向上伸出一个舌榫214。加热元件108和安装片206垂直部分212之间构成一个空腔218，用来安置铃锤78。加热元件108基本上为矩形，且其宽度大致与双金属片88的宽度相同。

L形导体220从加热元件108的相对两边向下伸出一定距离。此距离小于双金属片88的长度(下面要涉及)，使得双金属片能伸至加热元件108的上面，以避免与执行机构20(见图22)相干扰。L形导体220与加热元件108的相对两边相隔开以在加热元件和每个L形导体220之间形成一个槽，用来接纳磁轭350的两臂352。

L形导体220和加热元件108确定了加热装置96的第一平面。每个导体220包含一个朝双金属向内弯曲的部分228，由它确定一个第二平面，这个平面与第一平面相隔一定的距离。

从228这部分悬挂着每个L形导体220的下部230，它处在面对其相对的下面部分的位置。将双金属片88连到下部230上，就在双金属片88与加热元件108之间形成一个空间。

基本上如上所述，双金属片88至少包含两种金属。接在双金属片88上部128下面的双金属片下部126要比上部宽得多。用焊点130，132将双金属片88的下部126连接到每个L形部分230。但也可以采用其它现有的固定方法，如铆接，销接和螺钉连接。

双金属片88一般为矩形，宽度基本上与加热元件108的一样，两者的尺寸都能使之装在磁轭350的两臂352之间(下面要说明)。如上所述，双金属片88的上部94伸至加热元件108的上面，以便与执行机构20相接。双金属片处在靠近加热元件108的位置，且基本上与加热元件反向平行。双金属片88的上端94与线路断路器执行机构协同动作，这基本上与上面讲过的其它具体实施装置的工作相同。

铃锤衔铁系统202包含一个装在线路断路器框架上的输出端子240。该输出端子240包含一个通常的水平的薄片242，片上有一孔244，作为机械连接及与负载或电源的电连接之用。

从水平薄片242的延伸台阶248向上伸出一个导电的网辫250。网辫250的一端通过铜焊，电焊或锡焊连至台阶248附近。网辫250的另一端252可以通过锡焊或电焊的普通方法连至靠近双金属片88自由端94的一个内表面92上。在台阶248和另一端250之间网辫可以自由活动，以使在保持连续电接触的情况下双金属片88能自由运动。

磁轭350包含一对臂352，形成弓状体358，其间构成一个平面矩形安装底座356，它们都由永磁材料做成，基本上与前面讲过的其它实施例一样。每个臂的下边缘有一个矩形切口360。装配时磁轭的两臂处于各自的槽224中，下部230分别插入每个切口360内。磁轭350处在薄片242下面。安装底座从两臂352伸出一定距离，并连到线路断路器的壳体上以将磁轭固定。铃锤基本上与前面所描述的一样。

从图7和8可以清楚看到，两臂352分别穿过位于加热元件108和导体220之间的槽224。两臂352分别穿过两槽一定的距离，以确保靠近铃锤78有一定的空气隙L。

图7和8表示通过铃锤衔铁系统的电流路径I，以及此装置的电-机原理。电流I进入安装薄片206后进入加热元件108的舌榫214。电流向上流过加热元件108并进入两个导体220，然后向下流过下部230进入双金属片88。此电流向上流过双金属片后经薄片242流向网辫250，并从加热装置96流出。

从图8能清楚看到，加热装置96中的电流与磁轭350产生相互作用，从而在磁轭中产生一个磁场。电流流入纸面以“·”表示，流出纸面以“X”表示。在跳闸机构正常工作期间，导体220中的电流是“流出纸面”。在双金属片88和加热元件108中的电流是“流入纸面”，也即与导体中的电流方向相反。

如上所述，按照科学原理，每个槽224中的磁通是槽中各单个磁通的总和，而且这个第二实施例的运行基本上与上面所述的其它实施例一样。

本铃锤衔铁系统的特点是，由双金属片和两个导体所确定的多个电流通路在磁轭中感应出的磁场，要比类似的无多个电流通路的铃锤装置高。感应场强的增加提高了铃锤的灵敏度，因而热-电过流铃锤装置可用于小电流的情况(其典型值为60安培)，以代替较昂贵的螺线管结构。

此外，这种装置采用热冲压方法来制造瞬时过流保护和延时(热)过流保护装置，因而更为经济，因为不需要在每一种功能都有单独的跳闸装置。

最后，这种装置适用于大电流跳闸设置，由于它不需要其它象粗线管的装配线，所以在规模生产上更经济。

上面我们描述了几种实施例，但在不超出本发明的思路和范围的条件下，可以对它们作各种更改和替换。同样应该明白，本发明是以实例的方式来予以描述的，但并不是仅限于此。

Claims (30)

1.一种用于线路断路器的铃锤衔铁系统，它包括：

一个加热器，包括加热元件和第一、第二电导体，所述加热元件与第一、第二导体相连且位于其间，第一、第二导体与加热元件隔开一定距离，以在其间留出一对槽；

一个靠近所述加热元件的热灵片，该热灵片有第一端，至少与上述第一和第二导体中的一个电气相连；

一个磁轭，它有一对臂，每个臂分别穿过所述加热器的一个槽，所述加热元件和热敏片处在两臂之间，以在该两臂之间提供多个电流通路；

一个以枢轴安装在两臂附近的铃锤，当流过加热器和热敏元件的电流达到一定值时，铃锤就转向磁轭的两臂，将线路断路器的一对可分离触点打开。

2.权利要求1的铃锤衔铁系统，其中加热器是一次冲压成形的。

3.权利要求1的铃锤衔铁系统，其中加热元件为矩形。

4.权利要求1的铃锤衔铁系统，其中第一和第二导体的第一端与加热元件的第一端电气相连。

5.权利要求4的铃锤衔铁系统，其中第一和第二导体的第二端与热敏片的第一端电气相连。

6.权利要求5的铃锤衔铁系统，还包括：

一个与加热元件第二端电气相连的输入片，用以将电流导向加热器。

7.权利要求6的铃锤衔铁系统，其中加热元件第二端的宽度比第一端要小。

8.权利要求5的铃锤衔铁系统，还包括：

一个输出片；

一个电连接在热敏片第二端和输出片之间的柔性导体。

9.权利要求8的铁锤衔铁系统，其中柔性导体是一条网辫导线。

10.权利要求5的铃锤衔铁系统，其中第一和第二导体从加热元件向外弯曲，使热敏片与加热元件保持一定的距离。

11.权利要求1的铃锤衔铁系统，其中加热元件为蛇形。

12.权利要求1的铃锤衔铁系统，其中第一导体的第一端与加热元件的第一端电气相连，第二导体的第一端与加热元件的第二端电气相连。

13.权利要求12的铃锤衔铁系统，其中第一导体的第二端与热敏片第一端电气相连。

14.权利要求13的铃锤衔铁系统，其中第一导体从加热元件向外弯曲，使得热敏片与加热元件有一定的距离。

15.权利要求12的铃锤衔铁系统，还包括：

一个与第二导体第二端电连接的输出片。

16.权利要求1的铃锤衔铁系统，还包括：

一个输入片，它包含一个延伸一定距离的伸出部分；

一个柔性导体，它将输入片的伸出部分与热敏片第二端电气相连。

17.权利要求16的铃锤衔铁系统，其中柔性导体是一条网辫导线。

18.权利要求1的铃锤衔铁系统，其中热敏片是一个双金属片。

19.一种用来有选择性地切断流过被保护负载的电流的线路断路器；该线路断路器包括：

一对可分离触点，用来切断流至被保护负载的电流；

一个与可分离触点对连接的执行机构；

一个铃锤衔铁系统，用来在出故障时推动执行机构将可分离触点对分开；该铃锤衔铁系统包括：

一个加热器，包括一个加热元件及第一和第二电导体，该加热元件与该第一和第二导体电气相连且处于其间，所述第一和第二导体与加热元件相隔开，以在其间形成槽；

一个位置靠近加热元件的热敏片，该热敏片具有第一端，至少与第一和第二导体中的一个电气相连，以及一第二端用来与执行机构相连，当热至一定温度时，热敏片产生弯曲，推动执行机构；

一个磁轭，它有一对臂，每个臂分别穿过加热器的一个槽，其中加热元件和热敏片处于两臂之间，以在其间形成多个电流通路；

一个用枢轴装在两臂附近的铃锤，其中当流过加热器和热敏片的电流达到一定值时，铃锤转向磁轭的臂，将线路断路器的一对可分离触点打开，铃锤和执行机构相连，其中在铃锤旋转时使执行机构动作。

20.权利要求19的线路断路器，其中第一和第二导体的第一端与加热元件的上端电气相连。

21.权利要求20的线路断路器，其中第一和第二导体的第二端与热敏片的第一端电气相连。

22.权利要求21的线路断路器，还包括：

一个与加热元件第二端电气相连的输入片，用来将电流导向加热器。

23.权利要求21的线路断路器，还包括：

一个输出片：以及

一个将热敏片第二端和输出片电气相连的柔性导体。

24.权利权求21的线路断路器，其中第一和第二导体从加热元件向外弯折，使热敏片与加热元件之间保持一定距离。

25.权利要求19的线路断路器，其中第一导体的第一端与加热元件的第一端电气相连，第二导体的第一端与加热元件的第二端电气相连。

26.权利要求25的线路断路器，其中第一导体的第二端与敏灵片的第一端电气相连。

27.权利要求26的线路断路器，其中第一导体从加热元件向外弯折，使热敏片与加热元件之间保持一定距离。

28.权利要求25的线路断路器，还包括：

一个与第二导体第二端电气相连的输出片。

29.权利要求19的线路断路器，还包括：

一个包含一个延一定距离的伸出部分的输入片；

一个将输入片伸出部分与热敏片第二端电气相连的柔性导体。

30.权利要求19的线路断路器，其中热敏片是一个双金属片。

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