[发明专利]用于自动断路器的保护设备和包括该设备的自动断路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性保护设备，具体地说，用于自动断路器或切断开关的保护设备，优选用于低压系统中。本发明还涉及包括该设备的自动断路器。 

背景技术

自动断路器，以下简称为断路器，是能够通过自动断开电路来保护电气网络不受可能的故障(诸如过载和短路)影响的设备。 

自动断路器包括外壳体，至少一对主触点，彼此可以反复耦接/脱开；使得所述主触点打开或闭合的促动设备；保护设备和一个或多个自动脱扣设备。保护设备，以下称为继电器，通常为热学继电器、磁性继电器、热磁性继电器或电子继电器。继电器的主要目的是在发生不希望的事情时，让断路器的自动脱扣设备操作，这一目的也是前述各种继电器的组合方案的目的。 

自动脱扣设备一般是断路器的一部分。为了让脱扣设备操作，继电器产生信号，通常是机械信号，该信号传递给脱扣设备。该信号通常由杠杆或电磁线圈产生和传递，该信号例如导致断路器脱扣轴转动，这种转动导致释放具体驱动设备(例如，弹簧)内储存的势能。该能量借助运动副适当传输到断路器的主触点，该主触点在脱扣操作结束时，必须位于相互分开的打开或脱扣位置。 

具体来说，磁性继电器经常用来产生即时保护。这种继电器建立在电磁感应原理的基础上，并且利用了各种物理现象，将导体内流动的电流联系到周围区域内形成的磁场。 

磁性继电器在实践中是变送器，该变送器在预定条件下，将电流(即，在断路器的其中一个相电路中流动的电流)转换成用来使断路器 脱扣的信号。 

磁性继电器通常由电感电路和磁路构成，以待检测电流的有效电流供电(即，支路绕组，或者仅仅是主电极的一定长度段，其中流过其中一个相电流)，该磁路进而包括衔铁以及能处于至少两个位置即分别为消能和激励位置的移动保持件。 

在断路器的其中一个相电路中存在预定水平的电流(即，短路电流)时，继电器磁路中形成的磁场在移动保持件上产生力，该力能将移动保持件向激励位置吸引，通常与衔铁接触。最终，磁性继电器在切换过程中利用保持件在消能和激励位置之间的移动，使得脱扣单元操作。在保持件移动期间，与其整体形成的杠杆拦截键连接在脱扣轴上的凸轮，使其旋转而使断路器脱扣。 

这种新近构思的磁性继电器例如在US6842096(图1)中描述。例如，图1示出了移动保持件的枢转铰链和返回弹簧。原则上，类似的磁性继电器还可以包括额外元件，诸如调节元件、螺钉、返回杠杆，或者可选元件，诸如移动保持件的滑动导轨。 

现有技术的方案相对有效，但是存在一系列缺陷。选用于传统类型的继电器中的材料一般不会导致特别的临界状态。为了确保继电器的一般操作，实际上使用分别具有平均磁性(磁路)或弹性(返回弹簧)特征的材料即满足要求，这些材料一般常见于中等范围的商用产品。然而，最为关键的方面是移动部件在断路器的整个使用寿命期间的运动特性稳定性。 

因此，第一方面的缺陷就是允许保持件相对于衔铁往复运动的移动接头即铰链的稳定性缺失。实际上，在现有技术的磁性继电器中，已知构造或组装失误以及热影响、碎屑沉积和磨损都能逐渐导致约束松弛、移动接头卡住或者甚至被完全卡死的现象。 

而且，显然断路器的总效率与继电器的效率密切联系。如果约束松弛、移动接头卡住或者继电器卡死在短路事件中导致脱扣单元提前操作、滞后操作或者甚至不操作，则这些潜在的故障可能极其危险。 

现有技术的方案的另一方面缺陷在于需要众多的部件，以及相应 的错误组装风险或者相互作用不良。 

实践表明现有技术的保护设备的复杂配置使得它们相对于安装该保护设备的断路器的尺寸来说，明显庞大。这样显著提高了自动断路器的设计和组装复杂性，同时显著提高了最终产品的成本。 

发明内容

鉴于这些考虑，本发明的主要目的是提供一种用于自动断路器的保护设备，能克服上述缺陷。 

根据该目的，本发明的目标是提供一种磁性保护设备，其部件具有稳定可靠的运动特性。 

本发明的另一项目标是提供一种磁性保护设备，该保护设备因具备较高的操作效率而使得脱扣时间相对较短。 

本发明进一步的目标是提供一种结构配置极其紧凑的保护设备，或者该保护设备以数目有限的部件制成，具有简单的配置并且组装简单。 

本发明另一项目标是提供一种能以具备竞争力的成本方便地生产的可靠的保护设备。