CN101315838B - 带有吹弧装置的电气安装开关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气安装开关装置，特别是用于线路保护开关，电动机保护开关或类似装置，该开关装置包括一个由两个半壳组成的壳体，该壳体带有用于与母线汇流排和/或馈电线电连接的连接装置；还包括至少一个开关触点，在该开关触点处，在断开电触点构件时在预燃室中产生电弧，其中，与该预燃室相邻地设有用于灭弧的灭弧装置。设有AC吹弧装置，该吹弧装置包括两个在侧向与预燃室邻接的铁板，并在交流运行模式下，通过磁性交互作用将电弧引导至灭弧装置内。壳体壁在铁板区域内设有一个开口，通过这一开口能够在装配完成的壳体插入永磁铁，以提供一种不仅在交流运行环境下，而且在直流运行环境下也能够将电弧引导至灭弧装置的AC/DC吹弧装置。

Description

带有吹弧装置的电气安装开关装置
技术领域
本发明涉及一种带有吹弧装置的电气安装开关装置，特别是线路保护开关，电动机保护开关或类似装置，该开关装置具有一个由两个半壳组成的壳体，该壳体带有用于实现与母线汇流排和/或导线电连接的连接装置；该开关装置还具有至少一个开关触点，在该开关触点处，在断开电气触点时在电弧预燃室内产生电弧，其中，与该预燃室相邻地设有用于灭弧的灭弧装置。本发明可应用在线路保护开关和电动机保护开关上。
背景技术
这种电气安装开关装置包括由两个半壳组成的壳体，该壳体带有用于实现与母线汇流排或导线电连接的连接装置。
这种电气安装开关装置经常是起机械作用的线路保护开关，这些保护开关用于在干扰情况下，将载有高值过电流的电气导线与供电网络断开。为此，通常在电弧预燃室中设有固定触点构件和活动触点构件，这些触点构件与相应的接线端子连接。当断开触点时，即将活动触点构件移离固定触点构件时，便产生断路电弧，这一电弧在为此设置的灭弧装置中被熄灭。生成的电弧从触点断开处转向至电弧引导轨，以便紧接着在也被称为灭弧室的灭弧叠板中受到分割。在那里会产生用于限制电流的巨大电弧电压，从而消除电弧。
在DE 102 42 310 A1中公开了一种用于电气安装开关装置的灭弧装置。该灭弧装置包括一个灭弧室(在该灭弧室内，在分断操作时，在固定触点构件与活动触点构件之间产生电弧)和具有多个灭弧板组成的灭弧叠板，电弧通过电弧引导轨被导入这一叠板里。
为了提高电气安装开关装置的开关容量，已提出了各种不同的措施，来加速开关电弧进入灭弧装置的进程。配置有此类提升开关容量的装置也被称为大容量开关装置。
在DE 195 18 049 A1中公开了此类配置有预燃室和与之相邻设置的灭弧装置的电气安装开关装置。灭弧作用是通过AC吹弧装置来支持，该吹弧装置借助铁板产生所谓的吹弧磁场，该磁场是通过与电弧的磁性交互作用来加速电弧向灭弧装置的运动。铁板可安装在预燃室的腔室区域的一侧上。
在其他的此类电气安装开关装置中设有包括两个在侧向上与预燃室邻接的的铁板的AC吹弧装置。此处“铁板“这一概念是用于描述具有铁磁性性质的板件。这里除了这些铁板之外，也可采用由其他铁磁性材料组成的板件，或由含有铁磁性成分的复合材料制成的板件，或塑料注塑包封的铁板，或者由其他具有铁磁性性质的材料制成的塑料注塑包封的板件。
促进在断开触点时产生的电弧通向灭弧装置这一进程的磁性相互作用只出现在AC运行模式，也就是交流运行模式下。因此，这类电气安装开关装置也被称为AC开关装置，或者AC大容量开关装置。
同样在DC电网中或在直流运行模式下，在开关操作时也会产生电弧，该电弧应当在灭弧装置中尽可能迅速地被除去。在直流运行模式下增加了这样的困难，即不会出现经过零点的情况，因此应当通过外部产生的吹弧磁场来促进电弧进入灭弧装置的进程。相应的适用于直流运行模式的开关装置在下文也称为DC开关装置或者DC大容量开关装置。就当今技术水平现状来看，DC开关装置大多通常使用永磁铁，这一磁铁的磁场相应作用于由电弧形成的磁场，从而使电弧被引导至灭弧装置中。
除了吹弧装置外，AC/DC开关装置在构造上基本相同。但是，由于在在已知的DC开关装置中，用于产生DC吹弧磁场的永磁铁安装在壳体的内部，因此在装置的制造中在总装阶段一开始就必须加以区别：是配备铁板的AC开关装置，还是配备永磁铁的DC开关装置。常常甚至需要铺设两条作业线，分别用于制造交流开关装置和直流开关装置。
在DE10 2005 007 282 A1中描述了一种电气安装开关装置，在这种开关装置中，在总装阶段的较晚时刻才须决定是要生产直流开关装置还是交流开关装置。为此，在那里，在可从外面进入的孔中嵌入用于制造交流开关装置的铁板，或者用于制造直流开关装置的永磁铁。不过，这里还是必须一开始就确定：这一开关装置是用作交流开关装置还是直流开关装置，事后再将一个交流开关装置改造成直流开关装置是不可行的。
虽然市场所需求的此类电气安装开关装置种类大多数都是交流开关装置，但是电气安装开关装置生产厂家必须具备同时生产交流开关装置和直流开关装置的供货能力，而为直流开关装置提前准备分开的生产线这一举措意味着一个不可忽略的成本因素。
本发明的任务是实现一种电气安装开关装置，该开关装置可作为交流开关装置进行生产制造并在需要时通过简单且价廉的方式转变成直流开关装置，而无需更换部件或者开启壳体。
发明内容
这一任务将通过一种电气安装开关装置来实现，该开关装置具有一个由两个半壳组成的壳体，该壳体带有用于实现与母线汇流排和/或导线电连接的连接装置；该开关装置还具有至少一个开关触点，在该开关触点处，在断开电气触点时在电弧预燃室内产生电弧，其中，与该预燃室相邻地设有用于灭弧的灭弧装置，其特征在于：设有AC交流吹弧装置，该吹弧装置包括两个在侧向上与预燃室邻接的铁板，并在交流运行模式下，通过磁性交互作用促使电弧被引导至灭弧装置内；以及壳体壁在铁板区域内设有一个开口，通过这一开口能够在装配完成的壳体插入永磁铁，以提供一种不仅在交流运行模式下，而且在直流运行模式下也能够促进电弧引导的AC/DC吹弧装置。
根据本发明，在此类电气安装开关装置中设有一个交流吹弧装置，它包括两个在侧向上与预燃室邻接的铁板，并在交流运行模式下，通过磁性相互作用促使电弧被引导至灭弧装置中；以及壳体壁在铁板区域内设有一个开口，通过这一开口能够在装配完成的壳体中插入永磁铁，以提供一种不仅在交流运行模式下，而且在直流运行模式下也能够促进电弧引导的交流/直流吹弧装置。
这里有优势的在于，将永磁铁插入开口之后，形成了一条磁路，这一磁路包括作为磁芯的永磁铁和作为轭板的平行对置的铁板，这样一来，铁板之间便形成一个吹弧磁场。
在这里，永磁铁并不是必须触碰铁板。如果永磁铁在插入之后位于铁板附近，使得永磁铁与铁板间的空隙非常小，这就足够了。这时间隙的磁阻也会很小，磁场的磁力线垂直穿过铁板并经过铁板之间的空间，并在那形成直流吹弧磁场。
本发明所述电气安装开关装置的优点在于，永磁铁可以在事后从外部装入，而无需为此开启壳体或者更换已装配的部件。通过事后将永磁铁插入可从外部进入的开口，便可以将一个交流开关装置转换成一个直流开关装置。
在开关装置生产厂家的生产线中，不必再划分出交流生产线分支和直流生产线分支，而是一条唯一的组装线就足够了。在这条唯一的组装线中，交流开关装置与直流开关装置的生产的区别在于：在制造直流开关装置时，在生产线上作为最后一步，插入永磁铁。交流开关装置的生产，则没有上述的最后一步。直到插入永磁铁的这一步骤之前，交流开关装置与直流开关装置生产步骤都完全一致。
本发明的电气安装开关装置也可以通过如下方式在用户那里才转变为直流开关装置：用户自己将作为备用件的由厂家提供的永磁性构件插入开口中。设备制造厂家因此只需生产并提供交流开关装置，这大大简化其生产。而用户可根据自身需要将一个交流开关装置转换成直流开关装置。
根据本发明的一种特别有利的改进方案，吹弧装置的铁板是由设置在电弧预燃室区域内的包覆有塑料的铁制预燃室板构成。在这种实施方式中，根据本发明设计的预燃室板实现两种功能：一是作为预燃室板，用于限定侧界并在空间上使预燃室与灭弧板装置的吸收电弧的开口的尺寸相适应；二是作为吹弧装置的组成部分。
在本发明的另一种有利的实施方式中设计了与开口相接的容纳永磁铁的导向通道，该导向通道伸向壳体内部并且带有绝缘壁。在本发明的一种特别有利的改进方案中，该导向通道在与开口相对的一侧上封闭。例如，这一通道可以终止于在与开口相对的壳体壁，该壳体壁没有开口从而以这种方式封闭了该通道。这一导向通道包围永磁铁，并有助于提高永磁铁相对于铁板的位置稳定性。该通道的壁如此之薄并由这样的材料组成，以致通道壁几乎不影响永磁铁的磁场，如由热固塑料或者热塑性塑料制成。
在永磁铁已插入的情况下可通过一个盖件封闭开口本身。这样设置的优势在于：在封闭开口之后，已使永磁铁在开关装置的内部中固定在位，而无需将永磁铁粘接。
当然这一盖件也可以不需要，但这就要求通过其他方式在开口中使永磁铁固定在位，比如说通过粘接，或者基于压配合。
借助示出本发明的实施例的附图，详细说明和描述本发明以及本发明的其他有利的设计方案和改进方案。
附图说明
图1示出了本发明的电气安装开关装置的侧视图；
图2示出了打开的本发明的电气安装开关装置的局部内视图；
图3示出了电气安装开关装置的局部剖视图；
图4示出了带有插入的永磁铁的如图3所示的局部剖视图。
附图标记说明：
1.壳体
2.窄面
3.窄面
4.开关钮
5.前正面
6.电弧预燃室
7.灭弧装置
8.紧固面
9.安装构件
11.第一个半壳
12.第二个半壳
13.接缝
14.安装空间
15.接线空间
16.后正面
17.宽面
18.宽面
19.灭弧板
20.V型切口
21.预燃室板
22.预燃室板
23.塑料包覆
24.铁板
25.电弧
26.开口
27.导向通道
28.绝缘壁
29.永磁铁
30.盖板
31.磁力线
32.北极
33.南极
34.电弧引导轨
35.热双金属片
具体实施方式
首先结合图1观察图3。图3中示出了的剖视图。对于此类可装配在U型安装导轨上的电气安装开关装置的结构可参见在上文提到的DE 102 42 310 A1。所述电气安装开关装置具有一个狭长的长方六面体状的壳体1，包括前正面5和后正面16，两个窄面2，3，紧固面8以及连接窄面的宽面17，18，该开关装置还具有：设在至少一个窄面2，3上用于连接母线汇流排和/或导线的连接装置，即所谓输入一输出接线；一个用于切断短路电流的电磁脱扣器；一个用于切断过电流的热脱扣器；一个开关锁；一个设在壳体的前正面5上的开关钮4；至少一个开关触点，该开关触点包括至少一个固定触点构件和至少一个活动触点构件；用于引导电弧的电弧引导轨，电弧用圆圈25表示，该电弧从电弧预燃室6被引至限流的灭弧装置；以及设在壳体紧固面8上的用于将开关装置固定在U型安装导轨上的安装构件9。安装构件9例如是一个固定凸耳，该凸耳与一个对置的活动凸耳一起啮合地卡在U型安装导轨的自由臂的后面。如果设有不止一个开关触点，当然也相应设有多个灭弧装置包括多个电弧引导轨。
电气安装开关装置(即一线路保护开关或一电动机保护开关)具有通常由两个半壳11，12组成的绝缘材料壳体1，这两个半壳在接缝13处接合。这两个半壳11，12互相叠放，使得由这两个壳形的半壳围出一个安装空间14，用于安装电气分断组件，即用于电磁脱扣器和热脱扣器，一个用于容纳接线端子的接线空间15，以及电弧预燃室6和一个用于容纳限流的灭弧装置7的空间。壳形半壳11，12的分界面用接缝13来表示。
灭弧装置7是铁磁性灭弧板19的堆叠装置，参见图2，这些灭弧板通过保持装置彼此保持一定距离，并且它们在电弧的进入侧具有一个V型切口20。
在电弧预燃室6的两个宽面17，18上这样设置预燃室板21，22，使得预燃室6的空间延伸与V型切口的开口几何形状相适应。这样促使电弧25从其换向点被引导至灭弧装置7的进入侧。
预燃室板是包覆有塑料包覆23的铁板24。这样的设置可谓一箭双雕。第一，电弧预燃室6朝向电弧25的内侧由绝缘材料制成，这对于电弧25的引导是非常必要。第二，可以通过在电弧25(交流电弧)与铁板24之间的磁性交互作用产生吹弧磁场，该吹弧磁场有助于加快电弧25被引导至灭弧装置7的速度。
壳体宽面18在铁板24区域内具有开口26。该开口26设有一个通向壳体内部的导向通道27。导向通道27有绝缘壁28，该绝缘壁赋予该通道圆形的内横截面。在相对的宽面17上，导向通道27被封闭，在那里，绝缘壁28在壳体宽面17上竖起。导向通道27的绝缘壁28和半壳11，12都由相同的绝缘材料制成；绝缘壁可在一个注塑过程中，在制造壳体或半壳时制成。当然它们也可以是后期置入的，并与半壳以材料连接的方式连接。
通过开口26在导向通道27中可以嵌入一块圆柱形永磁铁29。该永磁铁的外形尺寸与导向通道27的内径相对应，从而使该磁铁可以被保持在导向通道27内。当永磁铁29已经插入导向通道27时，开口26便可通过盖板30封闭，参见图4，永磁铁29便不再能从导向通道27脱离并被固定在导向通道中。同时盖板30也保护永磁铁29免受到干扰性的环境影响，如灰尘或者湿气的影响。
现参见图4，该图示出带有永磁铁29的电气安装开关装置的剖视图。永磁铁29和铁板24构成了磁路。导向通道27设置得如此靠近铁板，以致永磁铁29与铁板间的空隙足够小，以确保不会产生数值值得一提的磁阻。磁力线31从永磁铁29的北极32起穿越与该北极相邻的铁板24和电弧预燃室6，到相对的铁板24及到永磁铁的南极33。这就在电弧预燃室6中产生由永磁铁29外部激发的吹弧磁场，该吹弧磁场促进了电弧25的移动。可以看到，磁力线密度进而磁场强度朝着灭弧装置7的V型切口的方向减小。作用在电弧上的力朝着磁场强度减弱的方向，也就是朝着灭弧装置7的方向作用。
由此可看出本发明装置的优点。如图3所示，如果没有置入永磁铁，那么这一电气安装开关装置就是一个交流大容量开关，因为只在交流运行模式下产生交流电弧的情况下，才在两个铁板24间形成吹弧磁场。在直流运行模式下，两个铁板24间不会产生吹弧磁场，在断开开关点时产生的直流电弧只会以“正常”的速度到达灭弧装置中。在直流运行模式下，如图3所示的电气安装开关装置只是一种普通开关。
通过永磁铁29的置入，见图4，使得交流大容量开关变成了一种UC(Universal Current)大容量开关(所谓通用电流大容量开关)，该开关不仅在交流模式下，而且在直流运行模式下也可通过吹弧磁场加速地将电弧驱赶至灭弧装置7。另外，这一装置无需开启外壳，也不必更换部件，而只需要通过开口26将永磁铁29插入导向通道27并通过盖板30将永磁铁固定在其内即可。
图2所示的是永磁铁29与预燃室板21或铁板24的互相配合关系详图。可以看到，除了构成灭弧装置的灭弧板19外，还有下部的电弧引导轨34以及热双金属片35的末端。
如图1外部视图所示，置于壳体内部的预燃室板24是通过虚线标示其轮廓，这样该视图也使永磁铁29与预燃室板24之间的相对位置更为清晰。当然，永磁铁29也可设置在预燃室板24的任何其他位置的附近，来实现本发明的功能。永磁铁29的位置是由电气安装开关装置内部的其他元件和部件的布局来决定的，因为永磁铁只能放置于电气安装开关装置内部的未被占用的空闲处。

Claims (8)

1.电气安装开关装置，该开关装置具有一个由两个半壳组成的壳体，该壳体带有用于实现与母线汇流排和/或导线电连接的连接装置；该开关装置还具有至少一个开关触点，在该开关触点处，在断开该触点时在电弧预燃室内产生电弧，其中，与该预燃室相邻地设有用于灭弧的灭弧装置，其特征在于：还设有AC吹弧装置，该吹弧装置包括两个在侧向上与预燃室邻接的铁板，并在交流运行模式下，通过磁性交互作用促使电弧被引导至灭弧装置内；以及壳体壁在铁板区域内设有一个开口，通过这一开口能够在装配完成的壳体插入永磁铁，以提供一种不仅在交流运行模式下，而且在直流运行模式下也能够促进电弧引导的AC/DC吹弧装置。
2.根据权利要求1所述的电气安装开关装置，其特征在于，吹弧装置的铁板是由包覆有塑料的铁制预燃室板构成。
3.根据权利要求2所述的电气安装开关装置，其特征在于，所述开口设有永磁铁的导向通道，该导向通道伸向壳体内部并带有绝缘壁。
4.根据权利要求3所述的电气安装开关装置，其特征在于，所述导向通道在与开口相对的一侧是封闭的。
5.根据权利要求3所述的电气安装开关装置，其特征在于，所述开口在置入永磁铁后通过一个盖件封闭。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电气安装开关装置，其特征在于，在将永磁铁插入开口之后形成一条磁路，这样在铁板之间受永磁铁作用而感应生成一个吹弧磁场。
7.根据权利要求1所述的电气安装开关装置，其特征在于，所述电气安装开关装置是线路保护开关。
8.根据权利要求1所述的电气安装开关装置，其特征在于，所述电气安装开关装置是电动机保护开关。
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