CN101208764A - 模块式开关设备 - Google Patents

Abstract

为能以简单的方式使开关设备(1)在其电寿命终止后至少部分仍具有可用性，建议为所述开关设备(1)采用模块式结构。所述开关设备(1)包括开关箱(2)和基本模块(3)，所述开关箱(2)包含有布置在主电路(6)中的开关单元(12)，所述基本模块(3)可拆卸地固定在所述开关箱(2)上，并包括用于操作所述开关单元(12)的机械和/或电力可控释放机构(21)。其中，所述主电路(6)只布置在所述开关箱(2)中。

Description

模块式开关设备

技术领域

本发明涉及一种权利要求1前序部分所述的模块式开关设备。

背景技术

(低压)开关设备的可用性通常情况下受到所谓的电寿命的限制。当开关设备接触元件上的接触材料完全耗尽或者静触点和动触点熔接在一起时，开关设备的电寿命就终止了。接触器的接触材料消耗与开关负载相关。电源开关的电寿命主要取决于被切断短路电流的强度。

由于开关设备的机械寿命一般情况下远比其电寿命长，大尺寸接触器的动、静触点往往可以单个更换，因此，开关设备的其余组件在开关设备的电寿命终止后仍可继续使用。但接触元件的更换比较复杂。因此，小尺寸开关设备通常不具有可更换性。这类开关设备在其电寿命终止后必须进行整体更换。

此外，例如DE 35 31 710 C2、EP 0 179 677 A1和DE 198 36 549 A1中公开了具有模块式结构的开关设备。这种开关设备通过其模块式结构可实现很高的预制度，也就是开关箱与不同功能模块进行不同组合，可实现大量功能各不相同的开关设备类型。从上述文献中无法获得将功能模块可拆卸地固定在开关箱上的方案。

DE 689 06 238 T2中公开了一种如权利要求1前序部分所述的开关设备。这种开关设备包括带有多极电源开关的开关箱，多极电源开关用于对主电路的电流线路进行通断。这种已知开关设备此外还包括两个可拆卸操作模块(可拆卸的作用在于更换模块，尤其是在开关箱是用电路技术进行安装的情况下)，这两个操作模块包含有用于对电源开关进行直接和间接操作的机电组件。其中，间接操作模块配有保护装置，当主电路中的电流出现异常时，保护装置会对闭锁装置进行操作，闭锁装置又会对电源开关发生作用，以达到切断主电路的目的。保护装置通过触针和相应的接触衬套与主电路的电流线路电接触，因此，主电路从开关箱通入至少一个操作模块。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关设备，这种开关设备以简单的方式确保在其常规电寿命终止后至少部分仍具有可用性。

根据本发明，这个目的通过权利要求1的特征而达成。符合权利要求1所述特征的开关设备具有模块式结构，并包括一个开关箱，该开关箱除开关单元外，还包含属于这个开关单元的主电路的全部组件。开关设备还包括一个基本模块，基本模块包括一个用于操作开关单元的机械和/或电力可控释放机构(也可选用机电或电子控制方式)。其中，开关箱和基本模块固定在一起，这种固定可以非破坏性方式加以解除，因此，当开关设备的电寿命终止后，可简单地用一个新开关箱更换旧开关箱，以此达到在开关设备电寿命终止后对原有基本模块继续加以利用的目的。

因此，本发明涉及的是模块式开关设备的概念。但本发明对模块式结构的使用场合不同于现有技术，本发明通过模块式结构所要达成的目的与现有模块式开关设备的概念截然不同。现有技术使用模块式结构的目的在于，通过将开关箱与各种功能模块组合来实现功能的可变性。

不同的是，本发明所要实现的开关箱可更换性主要通过两个特征相结合而实现，这两个特征只有在本专利申请所涉及的背景下才能协同作用：一方面，所述开关箱可拆卸地固定在基本模块上，使得更换开关箱成为可能；另一方面，主电路只布置在开关箱内，否则，即便更换开关箱，也无法使开关设备具有可用性。

根据优选实施方式，所述基本模块包括，一个用于对上述开关单元进行电控制的机电驱动装置。这个驱动装置以常规方式特别通过电磁体而实现，电磁体通过挺杆以机械方式对开关单元发生作用。一方面可从外部直接对驱动装置进行电控操作，从而通过驱动装置对开关设备进行通断。另一方面，驱动装置还可用作从属于开关设备的电子保护开关单元的释放元件。电子保护开关单元包括：一个接入主电路的电流或电压测量单元(特别是互感器)和一个电子释放装置。所述测量单元用于产生反映主电路中的电流或电压情况的测量信号。这个测量信号通过一个信号电路(即与主电路分开的二次电路)被传输给电子分析装置。上述电子释放装置通过对测量信号的分析确定是否存在释放条件，其中，如果满足释放条件，电子分析装置就对驱动装置进行控制。根据传输过来的测量信号的具体类型和释放条件的具体规定，电子保护开关单元可用于识别过载、短路、断路、欠压、过电压或主电路中的其他电流异常情况。为能确保所述开关箱的简单可更换性，测量单元布置在开关箱内，电子分析装置布置在基本模块中。其中，为能将信号电路连接在开关箱和基本模块之间的接点处，设置有相应的合适的插式接头，借助于这些插式接头，信号电路在基本模块与开关箱相连时自动闭合。

根据另一种实施方式，开关设备包括作为电子保护开关单元的补充或替代方案的机电保护开关单元，机电保护开关单元特别设计为过载或短路断路装置。这个(第二)保护开关单元包括一个接入主电路的机电式负载检测器，当预定的负载阈值被超过时，尤其是在短路情况下，负载检测器会产生机械释放脉冲。(第二)保护开关单元此外还包括机械传递元件，特别是转动式摇杆形式的传递元件，其用于以机械方式将释放脉冲传递到释放机构的闭锁装置上，闭锁装置再通过操作开关单元来切断主电路。为能实现开关箱的简单可更换性，负载检测器同样布置在开关箱中。所述传递元件优选固定在基本模块上，将基本模块与开关箱连接起来时，传递元件的自由端自动与负载检测器机械活动耦合，从基本模块上拆下开关箱时，传递元件自动与负载检测器分离。

根据优选实施方式，开关设备实施为多极(特别是三极)开关设备。采用这种实施方式的主电路包括数量与极数相符的单线路。开关单元同样也包括数量与极数相符的单极开关，每个单极开关分别对应于一条单线路。此外，互感器和负载检测器(如果存在的话)也合理地采用多极实施方式，或者设置复数个数量与极数相符的互感器和负载检测器。

为能容纳单线路及其单极开关，开关箱分成数量与极数相符的极箱，这些极箱主要通过纵壁彼此隔开。开关单元的单极开关可在开关箱内部机械相连。但每个单极开关的动触点最好采用机械的绝缘安装方式。在正常工作状态下，释放机构可对所有单极开关进行同步操作。

开关箱和基本模块最好彼此螺钉连接或可拆卸地嵌接在一起。其中，可以实现开关箱的可更换性的有利方案是，为此而设置的紧固件在连接方向上发生作用，以便在所述开关箱和基本模块(包括其彼此间的紧固件在内)进行连接和分离时只需在单一插接方向操作。优选地，只能从开关箱的底部接触所述紧固件(即螺钉或止动钩)，以解除开关箱与基本模块之间的连接。这一点可提高开关设备的工作安全性，因为当开关设备处于安装完毕状态时，通常无法接触到开关箱的底部。因此，只有当开关设备处于拆除状态时，才能解除基本模块与开关箱之间的连接。

附图说明

下面借助附图对本发明的实施例进行说明，其中：

图1为具有开关箱和基本模块的三极开关设备的透视图，所述开关设备处于分解状态；以及

图2为图1所示的处于安装完毕状态的开关设备的纵剖图。

具体实施方式

相同的部件和量在各附图中均用相同的参考符号表示。

图1所示的开关设备1包括一个开关箱2和一个可插在开关箱上的基本模块3。其中，开关箱2和基本模块3可通过紧固螺钉4固定在一起，可从开关箱2远离基本模块3的底面5对紧固螺钉4进行操作，其中，需要更换开关箱2时，可以非破坏性方式解除这种螺旋连接，以达到更换开关箱2后继续使用基本模块3的目的。

开关设备1实施为三极开关设备，包括一个主电路6，主电路6分成与极数相对应的三个单线路7。每个单线路7均用于在第一接线端子8和第二接线端子9之间传导电流。主电路6的每条单线路7内部分别布置有一个机电式负载检测器10和一个建构为电流或电压测量单元的互感器11。此外，主电路6还包括带有三个单极开关13的开关单元12，其中，每个单极开关分别接入一条单线路7。

主电路6连同其全部组件一起布置在开关箱2中。位于开关箱2内部的每个单线路7均配有一个自有极箱14，其中，相邻极箱14通过开关箱2的纵壁15彼此隔开。

图2以单线路7为例显示了主电路6的结构示意图。从图示中可以看出，每个单极开关13均(以常规方式)包括两个相对间隔布置的静触点16，其中一个静触点与接线端子8相连，另一个静触点与接线端子9相连，可通过触桥17对两个静触点进行导电跨接。为此，触桥17包括两个导电相连的配对触点18，每个配对触点分别对应于一个静触点16，这两个配对触点固定在共用的一个中间块19上。中间块19可以克服弹簧力发生偏移，当中间块19处于无动作位置时，静触点16与相应的配对触点18接触，当中间块19离开无动作位置时，两个配对触点18同时与那些静触点16分离。

为能快速熄灭在这个开关过程中所产生的开关电弧，每个静触点16均配有一个灭弧叠片组20。

如图2所示，基本模块3包含有一个用于对开关单元12的单极开关13进行同步操作的开关机构21。开关机构21包括通过挺杆23对开关单元12发生作用的闭锁装置22。可通过操作按钮24对闭锁装置22进行手动操作，操作按钮24布置在远离开关箱2的表面25，并突出在基本模块3的外壳之外。

开关机构21此外还包括一个电磁驱动装置26，它通过偏转元件27和挺杆28对开关单元12发生作用。可通过电力控制线路29从外部对驱动装置26进行控制。其中，驱动装置26特别实施为：当控制线路29中所输送的控制电压U并非为零电压时，驱动装置26释放开关单元12；但当控制线路29输送的控制电压U一旦崩溃，驱动装置26就对开关单元12进行操作，(从而切断主电路6)。

此外，开关设备1还配有两个保护开关单元30、31。第一保护开关单元30包括一个互感器11和一个布置在基本模块3内的电子分析装置32。互感器11和电子分析装置32通过一个信号电路33彼此相连，信号电路33与主电路6电隔离，并在开关箱2和基本模块3之间的接点处通过插式接头34而闭合。当开关设备1工作时，互感器11通过信号电路33将低压形式的测量信号M发送到电子分析装置32上，测量信号M反映的是单线路7中流经的电流或相应的电压。电子分析装置32通过对测量信号M的分析确定是否存在预定的释放条件(例如短路、过载、欠压、过压等等)，如果存在这种释放条件，对驱动装置26进行控制，使其对开关单元12进行操作，从而切断主电路6。

这种功能就电路技术而言特别容易实现，其方法为：像开关一样将电子分析装置32接入控制线路29，当出现上述释放条件时，控制线路29断开，使得控制电压U被迫中断，驱动装置26释放。

第二保护开关单元31包括互感器10和一个建构为摇杆的传递元件35。其中，传递元件35可转动地安装在基本模块35中，当开关设备1处于安装完毕状态时，传递元件35的自由端36与互感器10的释放销37松散地固定在一起，因而在安装完毕状态下，传递元件35与互感器10活动耦合在一起。操作元件35的另一个自由端38与闭锁装置22共同作用。

负载检测器10由单线路7的一个线圈绕组构成，释放销37可在线圈绕组中进行轴向移动。负载检测器10用于识别单线路7中的过载或短路现象，其方法是：出现过载或短路现象时，释放销37移进负载检测器10的线圈绕组中。在此情况下，负载检测器10产生机械释放脉冲，机械释放脉冲通过操作元件35的转动被传递到闭锁装置22上。

闭锁装置22被这个机械释放脉冲释放，并通过操作开关单元12来切断主电路6中的电流。

由于主电路6的所有组件(特别是单线路7及其负载检测器10、互感器11和单极开关12)都完全布置在开关箱2中，因此，当开关设备1的电寿命终止后，通过简单更换开关箱2仍能对开关设备1继续加以使用。为此，将紧固螺钉4拧松后，就可简单地从可以继续使用的基本模块3上拆下旧开关箱2。其中，信号电路33随着插式接头34的断开而自动断开。操作元件35也与释放销37自动分离。插上新的开关箱2时，会重新自动建立这些有效连接，因此，将开关箱2和基本模块3插在一起后，立即就可继续使用保护开关单元30和31。

作为可选方案，通过将接线端子8和9分别布置在可插在开关箱2上的分立接线盒39和40内，可进一步提高开关设备1的重复使用性。由于接线端子8、9在开关设备1正常工作时不会受到程度很大的电磨损，因此，更换开关箱2时，可从开关箱上拔下接线盒39、40，并对其继续加以利用。

Claims (9)

1.一种模块式开关设备(1)，包括：一个开关箱(2)，所述开关箱(2)包含一个布置在主电路(6)中的开关单元(12)；以及一个基本模块(3)，所述基本模块(3)可拆卸地安装在所述开关箱(2)上，并包括用于操作所述开关单元(12)的机械和/或电力可控释放机构(21)，

其特征在于，所述主电路(6)只布置在所述开关箱(2)中。

2.根据权利要求1所述的开关设备(1)，其特征在于，所述基本模块(3)包括一个用于对所述开关单元(12)进行电控制的机电驱动装置(26)。

3.根据权利要求2所述的开关设备(1)，其特征在于，一个电子保护开关单元(30)，所述电子保护开关单元包括电流或电压测量单元(11)和电子分析装置(32)，所述电流或电压测量单元(11)接入所述主电路(6)并布置在所述开关箱(2)中；所述电子分析装置(32)布置在所述基本模块(3)中，并根据所述互感器(11)传输过来的测量信号(M)对所述驱动装置(26)进行控制。

4.根据权利要求3所述的开关设备(1)，其特征在于，为能传输所述测量信号(M)，所述测量单元(11)和所述电子分析装置(32)通过信号电路(33)彼此导电相连。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的开关设备(1)，其特征在于，一个机电保护开关单元(31)，所述机电保护开关单元包括一个机电式负载检测器(10)和一个机械传递元件(35)，所述负载检测器(10)接入所述主电路(6)并布置在所述开关箱(2)中；所述传递元件(35)用于将所述负载检测器(10)所产生的释放脉冲传递到所述释放机构(21)的闭锁装置(22)上。

6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的开关设备(1)，其特征在于，所述开关箱(2)具有复数个(特别是三个)被纵壁(15)隔开的极箱(14)，每个极箱均分配有所述主电路(6)的一条单线路(7)和一个在所述开关单元(12)中相应的单极开关(13)。

7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的开关设备(1)，其特征在于，所述开关箱(2)和所述基本模块(3)通过在连接方向上发生作用的紧固件(4)可拆卸地安装在一起，所述紧固件(4)特别是螺旋连接或嵌入连接。

8.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的开关设备(1)，其特征在于，所述紧固件(4)从所述开关箱(2)远离所述基本模块(3)的底面(5)可接触到，以便将其拆下。

9.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的开关设备(1)，其特征在于，所述主电路(6)的第一接线端子(8)和第二接线端子(9)分别布置在分立接线盒(39，40)中，其中，所述接线盒(39，40)可拆卸地插在所述开关箱(2)上。

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