R Z E C Z P O S P O L IT A

R Z E C Z P O S P O L IT A (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 158664 P O L S K A (13) B1 (21)N um er z głoszenia: 273856 (51)In tc l.5: H01H 3/34 U rząd P a te n to w y (22) D ata zgłoszenia: 21.07.1988 R z e c z y p o sp o lite j P olsk iej (54)Mechanizm zapadkowy dla wyłączników szybkich (30)Pierwszeństwo: 22.07.1987, C H, 2776/87-4 (73) Uprawniony z patentu: B B C Brown Boveri AG, Baden, CH (74)Pełnom ocnik: PHZ "Polservice", Warszawa, PL (43)Zgłoszenie ogłoszono: 20.02.1989 BUP 04/89 (45)O udzieleniu paten tu ogłoszono: 30.09.1992 W U P 09/92 PL 158664 B1 (57) 1. Mechanizm zapadkowy dla wyłączników szybkich z osadzoną obrotowo w ruchomym mostku stykowym na osi rolką, z działającym w kierunku włączania na rolkę, osadzonym obrotowo drążkiem zapadkowym, którego zwrócona do rolki strona czołowa wykonana jest jako co najmniej częściowo dopasowane do zarysu rolki jarzmo, z działającą na mostek stykowy w kierunku wyłączania siłą, którą uzyskuje się zwłaszcza przez element sprężysty oraz z działającym na drążek zapadkowy zwalniaczem, znamienny tym, że dla kompensacji sił tarcia działających na rolkę (14) przy znajdującym się w położeniu załączania mostku stykowym (4), jarzmo (16) ma taki kształt, że ta jego część, która jest dopasowana do zarysu rolki (14) przechodzi w biegnący stycznie do rolki (14) odcinek, który jest nachylony względem kierunku włączania pod kątem (90 -α), przy czym kąt (α) jest określony następująco: tgα = C5 R1/R2 + C6 gdzie: C5 jest współczynnikiem tarcia między osią (13) i rolką (14), C6 jest współczynnikiem tarcia między rolką (14) i jarzmem (16), R1 jest promieniem osi (13), a R2 jest promieniem rolki (14). FIG. 1

MECHANIZM ZAPADKOWY DLA WYŁĄCZNIKÓW SZYBKICH Zastrzeżenia patentowe 1. Mechanizm zapadkowy dla wyłączników szybkich z osadzoną obrotowo w ruchomym mostku stykowym na osi rolką, z działającym w kierunku włączania na rolkę, osadzonym obrotowo drążkiem zapadkowym, którego zwrócona do rolki strona czołowa wykonana jest jako co najmniej częściowio dopasowane do zarysu rolki jarzmo, z działającą na mostek stykowy w kierunku wyłączanie siłą, którą uzyskuje się zwłaszcza przez element sprężysty oraz z działającym na drążek zapadkowy zwolniaczem, z n a m i e n n y tym, że dla kompensacji sił tarcia działających na rolkę /14/ przy znajdującym się w położeniu załączania mostku stykowym /4/, jarzmo /16/ ma taki kształt, że ta jego część, która jest dopasowana do zarysu rolki /14/ przechodzi w biegnący stycznie do rolki /14/ odcinek, który jest nachylony względem kierunku włączania pod kątem /90 -α /, przy czym kąt ( α ) jest określony następująco: tgα = C5 R1/R2 + C6 gdzie: C5 jest współczynnikiem tarcia między osią /13/ i rolką /14/, C6 jest współczynnikiem tarcia między rolką /14/ i jarzmem /16/, R1 jest promieniem osi /13/, a R2 jest promieniem rolki /14/. 2. Mechanizm zapadkowy według zastrz. 1, z n a m i e n n y tym, że powierzchnia toczna rolki /14/ posiada wybranie służące jako prowadnica dla strony czołowej drążka zapadkowego /15/. 3. Mechanizm zapadkowy według zastrz. 2, z n a m i e n n y tym, że strona czołowa drążka zapadkowego /15/ jest dopasowana do kształtu wybrania. * * * Przedmiotem wynalazku jest mechanizm zapadkowy dla wyłączników szybkich z osadzoną obrotowo w ruchomym mostku stykowym na osi rolką. Na tę rolkę działa w kierunku włączania osadzony obrotowo drążek zapadkowy, którego zwrócona do rolki strona czołowa wykonana jest jako dopasowane co najmniej częściowo do zarysu rolki jarzmo. Na mostek stykowy wywierana jest w kierunku wyłączania siła. Na drążek zapadkowy zaś działa zwalniacz. Znany jest mechanizm zapadkowy dla wyłączników szybkich z osadzoną obrotowo w ruchomym mostku stykowym na osi rolką. Przy włączaniu na rolkę działa uruchamiany przez magnes drążek zapadkowy, dociska mostek stykowy do stałego styku i w ten sposób zamyka obwód prądowy przez wyłącznik szybki. Wymagana siła styku przenoszona jest z magnesu przez drążek zapadkowy na rolkę. Przy normalnym wyłączaniu wyłącznika szybkiego magnes zostaje wzbudzony i działająca na rolkę, naprężona wstępnie sprężyna wyłączająca odciąga mostek stykowy w położenie wyłączenia. Występujący przy tym łuk elektryczny zostaje w znany sposób wygaszony. Jeżeli jednak przez wyłącznik szybki płynie prąd zwarciowy, takie normalne wyłączanie trwa zbyt długo i zostaje wzbudzony uruchamiany bezpośrednio przez prąd zwarciowy zwalniacz. Zwalniacz ten działa na drążek zapadkowy i odpowiada za to, aby mechanizm zapadkowy między rolką i drążkiem zapadkowym został rozłączony. Działająca na rolkę sprężyna wyłączająca zostaje wówczas natychmiast uruchomiona i mostek stykowy zostaje bardzo szybko odciągnięty w położenie wyłączenia.

158 664 3 Działający na drążek zapadkowy zwalniacz, przykładowo magnes zwalniający, musi być bardzo silny, aby mógł pewnie poruszać drążek zapadkowy względem rolki, ponieważ należy przezwyciężyć duże siły przeciwne. Jeżeli zwalniacz będzie nieco słabszy, czas wyłączenia wydłuża się ponad wartości dopuszczalne. Celem wynalazku jest opracowanie takiego mechanizmu zapadkowego dla wyłączników szybkich, w którym nie będą występowały wymienione wyżej problemy związane z zastosowaniem znanych tego typu mechanizmów. Cel ten został osiągnięty dzięki temu, że dla kompensacji sił tarcia działających na rolkę przy znajdującym się w położeniu załączania mostku stykowym, jarzmo ma taki kształt, że ta jego część, która jest dopasowana do zarysu rolki przechodzi w biegnący stycznie do rolki odcinek, który jest nachylony względem kierunku włączania pod kątem /90 -α /, przy czym kąt α jest określony następująco: tgα = C5 R1/R2 + C6 przy czym C5 jest współczynnikiem tarcia między osią i rolką, C6 - współczynnikiem tarcia między rolką i jarzmem, R1 - promieniem osi, zaś R2 - promieniem rolki. Uzyskana dzięki wynalazkowi korzyść widoczna jest przede wszystkim w tym, że bezpośrednio po rozłączeniu mechanizmu zapadkowego składowa działającej wciąż na rolkę w kierunku włączania siły dodatkowo przyśpiesza ruch drążka zapadkowego i w związku z tym umożliwia jeszcze szybszy ruch wyłączający mostka stykowego. Korzystnie powierzchnia toczna rolki posiada wybranie służące jako prowadnica dla strony czołowej dróżka zapadkowego. Strona czołowa drążka zapadkowego jest dopasowana do kształtu tego wybrania. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu stykowego wyłącznika szybkiego, fig. 2 - szczegółowy szkic mechanizmu zapadkowego według wynalazku, fig. 3 - rozkład sił działających w mechaniźmie zapadkowym według fig. 2. Na fig. 1 przedstawiony jest w sposób mocno uproszczony system styków wyłącznika szybkiego. Na szynie 1 zamocowany jest styk stały 2. W stanie złączonym do styku stałego 2 dociskany jest styk ruchomy 3, który połączony jest z jednym końcem ruchomego mostku stykowego go 4. Ruchomy mostek stykowy 4 ma swój drugi koniec obrotowy w nadającym się do przewodzenia prądu łożysku tocznym 5. Łożysko toczne 5 jest umieszczone w szynie 6. Opisane dotychczas elementy konstrukcyjne tworzą główną linię przepływu prądu wyłącznika szybkiego. Podczas procesu wyłączania, gdy jarzący się między stykiem stałym 2 i stykiem ruchomym 3 łuk elektryczny przeskakuje w znany sposób na iskierniki 8 i 9, na krótki czas zostaje zasilona prądem boczna linia prądu 10. Mostek stykowy 4 nie jest już wówczas zasilany prądem i przechodzi bez dalszego obciążenia elektrycznego w swoją pozycję wyłączenia. Gdy tylko łuk elektryczny, który w znany sposób z iskierników 8, 9 przeskakuje na dużą liczbę nieprzedstawionych blach gaszących, wygaśnie, wówczas przepływ prądu przez wyłącznik szybki zostaje przerwany definitywnie. Między stykiem stałym 2 i stykiem ruchomym 3 panuje wówczas napięcie powrotne podstawowe. Mostek stykowy 4 posiada biegnący w kierunku jego osi wzdłużnej otwór 12. Ścianki boczne tego otworu 12 utrzymują oś 13, na której osadzona jest obrotowo cylindryczna rolka 14. Oś 13 i rolka 14 posiadają wspólną oś obrotu, prostopadłą do kierunku ruchu mostka stykowego 4. W stanie włączonym mostka stykowego 4 rolka 14 spoczywa na drążku zapadkowym 15, którego zwrócona do rolki 14, strona czołowa wykonana jest jako dopasowane co najmniej częściowo do zarysu rolki jarzmo 16. Drugi koniec drążka zapadkowego 15 jest osadzony obrotowo w elemencie izolacyjnym 17. Element łączący 18 łączy element izolacyjny 17 z nieprzedstawionym, w zasadzie znanym urządzeniem włączającym i wyłączającym. Sprężyna 19, która wspiera

4 158 664 się na suporcie 20 z materiału izolacyjnego, dociska drążek zapadkowy 15 w górę do rolki 14. Urządzenie włączające i wyłączające działa poprzez drążek zapadkowy 15 na rolkę 14 i w związku z tym na mostek stykowy 4. W stanie włączonym wytwarza ono również siłę styku między stykiem stałym 2 i stykiem ruchomym 3, poważniejsze wypalanie styku jest przy tym wyrównywane automatycznie. Siły, które w kierunku włączania działają na mostek stykowy 4, są wytwarzane przez urządzenie włączające i wyłączające. Wcelu normalnego, uwarunkowanego eksploatacją, wyłączenia, siła w kierunku włączania zostaje zlikwidowana i sprężyna wyłączająca 22, która oddziałuje bezpośrednio na mostek stykowy 4, ciągnie go w położenie wyłączenia. Sprężyna wyłączająca 22 jest co najmniej z jednej strony podwieszona w sposób izolowany w celu wyeliminowania prądów błądzących, spowodowanych sprężyną wyłączającą. Jeżeli mają być wyłączane bardzo silne prądy, przykładowo prądy zwarciowe, proces wyłączania musi zostać przyśpieszony. Dodatkowy zwalniacz 25, przykładowo magnes, który jest bezpośrednio wzbudzany przez silne prądy, oddziałuje przy pomocy zapadki 26 na koniec 27 drążka zapadkowego 15, który wystaje poza otwór 12. Drążek zapadkowy 15 jest przy tym naciskany w dół i rolka 14 toczy się wzdłuż jarzma 16 w kierunku wyłączania. Mechanizm zapadkowy między rolką 14 i drążkiem zapadkowym 15 zostaje w ten sposób szybko rozłączony. W celu wyjaśnienia zasady działania tego mechanizmu zapadkowego należy posłużyć się fig. 2. Wykonana jako jarzmo 16 strona czołowa drążka zapadkowego 15 jest częściowo dopasowana do zarysu rolki. Od punktu A począwszy dopasowana do zarysu rolki część jarzma 16 przechodzi w biegnący stycznie do rolki 14 odcinek. Jarzmo 16 jest tak wykonane, że w stanie włączonym mostka stykowego 4 wywierane na rolkę 14 siły tarcia są kompensowane. Biegnący stycznie do rolki 14 odcinek jarzma 16 jest nachylony względem kierunku włączania o kąt 90 - α. Kierunek włączania jest oznaczony strzałką 28. Kąt α jest określony jako kąt między kierunkiem włączania i linią łączącą 29, która łączy punkt A ze środkiem Z osi 13. Ten sam kąt α występuje również jako kąt między biegnącym stycznie do rolki 14 odcinkiem jarzma 16 i linią biegnącą prostopadle do kierunku włączania drążka zapadkowego 15. Odcinek jarzma 16 biegnący stycznie do rolki 14 nie musi być prostoliniowy aż do górnej krawędzi drążka zapadkowego 15, może również, jak zaznaczono linią przerywaną 30, być nieco zaokrąglony w celu ułatwienia przetaczania rolki 14. Na fig. 3 uwidoczniono istotne siły, które działają w punkcie A między rolką 14 i drążkiem zapadkowym 15. Siła P1 działa w kierunku włączania, jest wytwarzana przez urządzenie włączające i wyłączające. Siła P1 może być w znany sposób rozłożona na składowe. Składowa P2 działa w kierunku środka Z osi 13, a składowa P3, która może być przedstawiona poprzez równanie P3 = P1 sinα, prostopadle do składowej P2 Składowa P3 może być przesuwana równolegle aż do pokrycia się j ej kierunku działania z kierunkiem biegnącego stycznie odcinka jarzma 16. Działa ona wówczas z góry na punkt A. Ta składowa siły P3 przeciwdziała sile P4 o takiej samej wartości na tej samej osi. Siła P4 jest sumą sił tarcia, które występują w układzie osi 13, rolki 14 i jarzma 16. Siła tarcia P4 1, która występuje między rolką 14 i jarzmem 16, jest przy tym określona wyrażeniem P41 = P 1 cosα C6, przy czym C6 jest współczynnikiem tarcia między rolką 14 i jarzmem 16. Siła tarcia między osią 13 i rolką 14 jest zmniejszona w stosunku promienia R1 osi 13 do promienia R2 rolki 14. W punkcie A działa od tej ostatniej siły tarcia składowa: P42 = P1 cosα C5 R1/R2 przy czym C5 jest współczynnikiem tarcia między osią 13 a rolką 14. Siła P4 jest określona wyrażeniem P4 = P41 + P42.

158 664 5 Jeżeli składowa P3 i siła P4 zostaną porównane do siebie, wówczas wynika dla obliczania kąta α następujące równanie: t g α = C5 R1/R2 Rolka 14 może posiadać zewnętrzną powierzchnię toczną, w której wykonane jest wybranie w postaci rowka. To wybranie służy jako prowadnica dla strony czołowej drążka zapadkowego 15. Unika się w ten sposób bocznego ześlizgiwania się drążka zapadkowego 15 z rolki 14. Dzięki temu wyeliminowane zostało skręcenie obu części. Ponadto możliwe jest dopasowanie strony czołowej drążka zapadkowego 15 do kształtu wybrania rolki 14 w celu uzyskania lepszego jej prowadzenia. C6 FIG 2 FIG 3

158 664 FIG 1 Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 5000 zł.