[发明专利]低压断路器的双断触头系统、包括双断触头系统的塑壳断路器和断开电路的方法

说明书

技术领域

本发明涉及低压断路器的双断触头系统、包括双断触头系统的塑壳断路器和断开低压电路中电流的方法。 

背景技术

断路器是自动工作的电气开关，其保护电路免受由过载或短路引起的损伤。与保险丝相比，断路器可复位从而继续正常工作。许多不同技术都用在断路器中。本发明涉及低压限流塑壳断路器(MCCB)领域。一个主要功能是在短路过程中限制故障电流。当短路发生时，MCCB预期可尽可能快地阻止电流的流动，从而保护MCCB下游电路中导体和电气装置。MCCB的限流能力的度量指标包括故障电流的持续时间，最高瞬时通过电流(I_p)，和焦耳积分，即∫i²dt，这里i是瞬时通过电流，而t是时间，对持续时间求积分。当制造商宣称MCCB“限流”时，对于Ip和焦耳积分有限定的最大限值。然而，对在限流的MCCB中的所有这3个度量指标进行最小化通常是有利的，从而为下游电路提供最大可能的保护。 

MCCB通常包括一对或多对电触头，其闭合从而允许电流流过以及打开(“断开”)从而阻止电流流过。短路电流的中断导致固定的和可移动的触臂间的电磁排斥，引起触臂分开。在短路过程中有非常高的电流，这意味着在MCCB断开并中断故障时有很多感应和 电容性电路能量必须耗散。当触头断开时，该能量引起在触头之间形成电弧。能量耗散引起触头附近的热导电等离子体(hotconductive plasma)，其允许电流继续流动。为了阻止电流流动，MCCB通常包括金属分隔板(splitter plate)用以吸收能量，冷却电弧，和减小气体导电性。这引起电弧两端的电压增加，进而反作用于系统电压，因此减少并最终停止了电流的流动。但电弧电阻不仅是电弧导电性的函数，而且是电弧长度的函数。在短路过程中尽可能快地增加电弧长度，从而增加电弧电压并快速阻止电流的流动是极其重要的。因此，MCCB通常具有吹开式触头(blow-apartcontacts)，其中源自短路的极高电流产生磁场，将触头彼此分开。因为吹开运动独立于操作机构运动，在短路过程中，吹开式触头能够比操作机构所能够做出的响应快得多地断开。在正常开关操作中，触头是由触发弹簧(toggle spring)操作机构通过移动手柄断开或闭合的。可替换地，该机构可自动脱扣和断开触头。通常，MCCB包括脱扣单元(trip unit)，其感测过载电流并通过机构的脱扣操作的致动或者说启动来响应。脱扣单元可包括双金属条，如果超过阈值电流，则该双金属条弯曲并释放弹簧加载的脱扣杆(trip-lever)。因为加热相当慢，所以可采用其它机构处理源自短路的大电涌。如果有大电涌，由一个或多个绕一个铁芯的导体回路构成的小电磁体即刻推动铁电枢(iron armature)。可替换地，许多MCCB具有包括对机构的脱扣操作进行致动的电流传感器、微处理器和机电装置的电子脱扣单元。 

有几种方法已经用于增加吹开式触头的分离速度。首先，有简单的反向回路(reverse loop)，如图1和2所示。一个例子是SiemensMCCB目录号3VL1716-1 DA33。在反向回路中，带有固定触头的固定导体与移动触臂平行。这形成平行导体，其中电流在相反的方向上流动，导致导体的磁排斥。 

其次，图3和4示出双吹开式触臂概念。这类似于反向回路，但不是一个固定触头，而是两个触头都连接到彼此排斥的可移动触臂。这基本上使触头分离的速度和加速度加倍。一个例子是SiemensMCCB目录号MLFB 3VL3725-3DC36。 

第三，图5，6和7示出在移动触臂另一侧与返回回路(returnloop)结合的反向回路。一个例子是Moeller NZM N1。该返回回路与触臂平行。在触臂和返回回路中电流流动的方向相同，因此，两个导体彼此相互吸引。这与简单反向回路相比提供了在速度和加速度方面的增加的改进。 

第四，图8，9和10中示出旋转的双断触头系统。该概念例如在Siemens欧洲专利EP 0174904B1和美国专利No.4,649,247中说明。一个例子是Schneider MCCB型NS250。与单对触头相比，设有旋转触臂和基本上同时断开的两对触头，基本上使触头分离的速度和加速度加倍。该例子中的双断系统与反向回路结合使用。