电路断路器的瞬时跳闸装置

本发明与具有铸造外壳的电路断路器的跳闸装置有关。电路断路器每个极（pole）有一对依靠弹性迫使在断路器闭合位置上进行接触的接触头。当流过这对接触头的电流超过一预定门限时，这对接触头就会由于电动斥力的作用而分开，从而限制了该电流。所述跳闸装置有一个过载和/或短路故障检测器，如果发生故障，它就启动断路器的自动断开操作机构动作。

一种处于工程应用状态的上述跳闸装置（美国专利US-A-3，631，369）有一个做成双金属片的可动闸刀，它受电磁跳闸装置的控制。闸刀的延伸部分伸入到电弧熄灭室的排气导管内。在断路时，气流将闸刀推到跳闸位置。在大多数的断路器中，排气导管离跳闸装置较远，因此上述装置就不能适用。由于闸刀受到气体的污染，很快就不能准确工作。每个极必需装有一个这种类型的跳闸装置，并且跳闸的选择性也是不可想象的，因为在这种热力或磁力的跳闸装置中采用了对气流作出反应的执行器。

本发明的目的是通过采取简单、通用、可靠的措施来获得一种既具限流跳闸又有跳闸选择能力的跳闸装置。

本跳闸装置的特征是驱动装置是一个只与接触区相通、具有有限驱动行程的密封组合。

接触区的气压，特别是电弧熄灭室内的气压，直接与电弧的功率有关，可以很快达到很高的数值（如3至10巴）。这个过压作用在一个单片膜片或可动活塞装置上，使它驱动电路断路器的跳闸机构。 电流越大，气压的升高和传送到检测器也就越快。然而，这种装置对弱电流并不敏感，通过在活塞或测量膜片上加一个回动弹簧就可轻易地避免由于稍一过载而造成的乱真跳闸。

驱动器是一个密封的或几乎密封的组合，由带有活塞或膜片的气缸和连通气缸和电弧熄灭室的连接导管构成。这个导管截面小，并且可以长一些，因此非常容易装在机壳内。推动活塞仅需十分少量的导管内气流，这些气流几乎全部都产生在由于电弧作用而引起气体污染以前。因此就保护了驱动器，使它不受这些被污染的气体污染。

一个限流断路器的高速断开性能很难与跳闸选择性相兼容。跳闸选择性要求断开故障正上游（upstream）的那个断路器而使其它下游（downstream）的各断路器保持闭合以保证对主系统的合格部件继续供电。在通过调整二个断路器的跳闸曲线达到这二个依次配合的断路器之间的一些选择性条件方面已经作了努力，但这些条件很难保持，因为所涉及的时间极为短促。饱和现象通常会掩盖要断开的电流的差异，选择性不是总能达到的。

本发明是基于下列观察结果提出的。一个限流断路器的断开始终要产生一个高的电弧电压，从而放出颇大的电弧能量，这使得在断开区的气压升高。由于气压升高得十分迅速，因此可以用一个调整得使跳闸在一预定气压时发生的回动弹簧来获得选择性。确实，当二个额定值不同的断路器流过相同的短路电流时，上游断路器中的气压比它原来独自断开要低得多，从而以一种特别简单的方式自动获得了选择性，因为只有较低额定值的断路器跳闸。这种选择性完全与过载和/或短路故障检测器无关，因此故障检测器可以设计成适宜根据小电流工作的型式。为了避免对过压驱动器（只要需要，它立即提供瞬时 保护）的一切干扰，故障检测器的动作可以稍滞后一些。

根据本发明的一个改进设计，一个多极断路器的各个极都有一个过压驱动器，使得在任何一个极中一有过压出现就立即动作，尽快完成跳闸。过压驱动器的活塞可以为各极共用，各极通过分别装有一个止回装置的相应导管连到这个活塞。最好各电弧熄灭室都连到一个装有止回阀的集气管上，而这集气管通过一根导管连到对断路器跳闸杆作用的过压驱动器的活塞或膜片上。由故障而产生的跳闸可用一个标准的热力或电磁跳闸装置来完成，也可用一个具有一个极化继电器的固态跳闸装置来完成。所有这些跳闸装置和驱动器都作用在同一根释放断路器断开机构的跳闸杆上，其情况是从事该技术的人所熟悉的。

由于过压很高，因此过压驱动器可以有一个表面很小的活塞，大致在1平方厘米左右。这样小的尺寸使得安装在一个铸造外壳内，可能是一个现有装置的铸造外壳内十分方便。

从下面对本发明的一个例示性实例的说明中可以更清楚地看出一些其它的优点和特征，给出的只是非限制性的例子，示于下列附图中：

图1为装有一个本发明所提出的过压驱动器的断路器中一个极的轴向剖视图;

图2为图1所示过压驱动器的放大视图;

图3为与三极断路器协同动作的过压驱动器的原理图;

图4为与一个固态跳闸装置的极化继电器协同动作的过压驱动器的原理性剖视图;

图5示出了一些跳闸特性的变化曲线。

由图1可见，铸壳断路器10的一个极具有一对位于装有一些去电离板14的电弧熄灭室13内的接触头11、12。电弧熄灭室13 被一些隔壁15隔开，可动接触头12的支臂16穿过其中一块隔壁。电弧熄灭室13几乎是密封的，通过一个小截面的通道17与铸壳10的外面相通。可动接触臂16安装在操作机构19的一根梁18上，可以绕枢轴转动。操作机构19有一个手动打开和闭合接触头11、12的把手20和一个控制机构19跳闸的锁栓21。由于弹簧22的作用，可动接触头12偏置在闭合位置上，然而在流过接触臂16和接触头11、12的电流所产生的电动斥力的作用下可动接触头12能够绕枢轴逆时针转动。锁栓21受一个断路器不同的几个极所公用的跳闸杆23的控制。断路器有一个带有一个双金属条24的标准跳闭装置和一个电磁线圈25，这二个都对跳闸杆23起作用。这种类型的断路器对于从事该技术的人来说是十分熟悉的，因此不需在此作详细的说明。要提一下的是，在发生短路时，接触头11、12的斥力克服了弹簧22的力使接触头11、12高速断开，限制了短路电流。由于电磁跳闸装置25的动作通过跳闸杆23加到锁栓21上打开断路机构19，确保了断开接触头11、12。

按照本发明，断路器有一个由与跳闸杆23协同动作的活塞26和气缸27组件组成的过压驱动器。图2示出了更为详细的情况，由图2可见，装在气缸27内可以滑动的活塞26上装有一根能撞击跳闸杆23的活塞棒28。回动弹簧29使活塞26保持在图2所示的缩入位置上。活塞26上与活塞棒28相背的那个面受到气室30内气压的作用，气室30经导管31与电弧熄灭室13相通。在图1所示的例子中，导管31在去电离板14附近的电弧熄灭室13上开口，但由于该室内的气压几乎瞬时就可达到均匀，因此在电弧熄灭室的任何点上都能获得增压情况。

从以上的说明中可以导出本发明所推出的断路器的工作情况。当接触头11、12由于短路而断开时，在这二个接触头之间所出现的电弧使电弧熄灭室13内的气体得到加热，从而气压升高（程度直接与电弧能量有关）。这个气压的升高由导管31传送到气室30，当过压超过回动弹簧29的力时，活塞26就向左滑动，驱动跳闸杆23使跳闸机构19打开，从而确保这二个接触头分开。强电流的电弧检测十分迅速，然而对于正常断路即弱电流情况来说，过压驱动器26、27就很难会动作，因为电弧熄灭室13内所产生的过压这时候并不足以克服回动弹簧29的力。这同一根弹簧29还使在流过相同短路电流的二个不同额定值的断路器之间的选择性可以达到，因为增高的气压不如断路器独自断开时那么大。

断路器可以是多极的，在这种情况下每个极可以装有各自的过压驱动器26、27，来推动跳闸杆23。出现短路时，负载最大的极由于其电弧熄灭室13内气压的增高而跳闸，这使断路器的各极全都断开。

从图3所示的本发明的一个优选实例可见，三极断路器的三个极P1、P2、P3通过导管31与集气管32相通，而集气管32连到过压驱动器26、27的气室30。导管31进至集气管32的管口都装有一个止回阀33，该阀可以将管口堵住，防止气体从一个极流入另一个极。在图3所示的实例中，第一个极P1的电弧熄灭室中的气压增高得最快，该气压通过导管31、集气管32传递到过压驱动器26、27，止回阀33被打开。其它二个极P2、P3由于相应的止回阀33被关闭而与集气管32隔离，驱动装置保持基本密封。

本发明可以用到具有固态跳闸装置的断路器中，固态跳闸装置用 一些电流互感器来检测过载或短路故障。这些电流互感器将一个信号加到一个电子处理装置上。当超过预定门限时，电子处理装置就向一个极化继电器34发出跳闸命令。由图4可见，极化继电器34有一根芯杆35，永久磁铁36使芯杆35保持在缩入位置，而弹簧37将芯杆35偏置到通过推杆38使跳闸杆23工作的位置。跳闸命令传送线圈39，使它释放芯杆35。过压驱动器26、27靠近极化继电器34，而活塞杆28朝向跳闸杆23，在出现过压时驱动跳闸杆23。跳闸杆23上装有一个能与推杆38的端部后表面协同工作的挡板40，挡板40与推杆头之间的间隙“j”足以使得跳闸杆23在过压驱动器26、27的作用下运动而不致牢及继电器34的芯杆35运动。这个挡板40在机构19已经跳闸后使极化继电器34释放。

具有固态跳闸装置的断路器工作过程本质上与上述具有标准跳闸装置的断路器相同。在这二种情况中，过压驱动器的高速动作允许跳闸装置根据故障动作可以有一个小的延时，这个延时可以简单地由电磁跳闸装置和跳闸杆之间的间隙或由极化继电器34和其跳闸杆23之间的间隙来保证。也可以采用任何其它延时装置，如转子型（runner  type）。

图5中的这些曲线示出了本发明的跳闸装置的工作情况。曲线“a”示出了短路时可动接触头12由于受到电动斥力离开接触头11的距离。曲线“b”示出了接触头11、12断开时电弧电压的变化。曲线“c”为假设的短路电流的增长情况，而曲线“d”则表示由于接触头11、12的电动斥力电流受到限制的情况。曲线“e”示出了电弧熄灭室13内的气压变化情况。在时间“t1”发生接触 头11、12分离，在时间“t2”过压驱动器打开机构19从而断开了断路器的三个极，确保了由于电动斥力而引起的接触头断开状态。一个直径为10毫米的活塞26就可以得到完全足够的力来驱动跳闸杆23。尺寸这么小的活塞可十分容易地装入铸造外壳10内，而小截面的导管31可以在电弧熄灭室13的任何位置上检出气压。电弧熄灭室13并不需要再有其它密封措施，只要具有一般密封性就能充分保证获得必需的过压。该组合非常简单，并且通过使用一些尺寸合适的回动弹簧可以获得所需的选择性。