CN101681735A - 具有灭弧气体冷却的断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器，具有带有至少一个开口的壳体和至少一个设置在壳体中的触点对，其中触点对的触点可以相互相对运动以用于断开和闭合电路。本发明提出，在至少一个触点对和至少一个壳体开孔(11)之间设置有与断路器(1)的导电部件电绝缘的开放多孔金属泡沫(20)。本发明还涉及一种开放多孔金属泡沫(20)的应用，该金属泡沫基于锌基合金或者铝基合金并且作为从在电开关过程中产生的灭弧气体中排出热量的冷却结构来使用。

Description

具有灭弧气体冷却的断路器

技术领域

本发明涉及一种断路器，具有带有至少一个开口的壳体和至少一个设置在壳体中的触点对，其中触点对的触点可以相互相对运动以用于断开和闭合电路。

背景技术

为了配电而设置在电网中的机电配电装置限制或断开在电网中的电流。为了限制电流，将这些设置成触点对的金属触点相互分离开，其中在两个触点之间产生电弧，该电弧在电网中驱动电压的容量级中具有点火电压。通过触点表面的表面颗粒的烧熔产生了一种热离子化气体，该气体由于温度升高而膨胀并因此将相邻的气体层和表面一起加热。通过热的灭弧气体的膨胀就存在有开关壳体损伤的危险，这是由于内压升高，并且在热的灭弧气体从壳体中流出时存在有位于断路器周围附近的设备发生过热的危险或者存在有损害停留于断路器周围的人员的健康危险。同样地，由于气体的离子含量而在配电设备中的周围的导电部件之间存在形成短路的危险。

为了使灭弧气体冷却并且为了使灭弧气体去离子化，通常采用由金属丝网或多孔金属板制成的单层-或多层金属格栅以及由保持间距的板组成的堆叠。板大多由钢或者铜制成，或者说由与之对应的合金制成。通过采用所应用的金属板或金属丝网可以实现：附着在板的表面上的气体将其热量输出到板上。为此目的，这些板必须具有良好的导热性和高的熔点。铜具有良好的导热性，但熔点低。钢仅具有低导热性，但其熔点高。也就是说，这两种通常应用的材料都不能最佳地与待冷却的灭弧气体共同起作用。此外对于从灭弧气体到板上的有效传热来说必要的是：板以大的表面与热的灭弧气体相接触。为了顺利地引出气体，在板上或者说在板之间的流动阻力应该是小的。

由于通过多孔金属板或金属格栅从热的灭弧气体中吸出热量，因此灭弧气体的温度下降，由此使灭弧气体中微粒的能量减小并使灭弧气体去离子化。

在图1至图2中示出了用于从灭弧气体中吸收热量的构件的一种这样所述的设置。

在图1中示出了分解图，正如一种通常的适合用于冷却灭弧气休的断路器的构造那样。这种断路器具有灭弧板30，它们相互平行并垂直于多孔金属板40设置。在此，灭弧板30并不直接贴靠在多孔金属板40上，而是与其有间距地定位或者电绝缘，因此在灭弧板30和多孔金属板40之间不能实现电流流动。筛网50与多孔金属板40间隔开地设置，具有开孔11的顶盖16贴靠在该筛网上。一个这样的筛网也可以成型为金属格栅。前-和后壁板13以及侧壁板14和盖板15构成了断路器的壳体10。

正如尤其是从图2中可见的那样，在断路器1中在其开关腔12里所产生的灭弧气体可在灭弧板30之间扩散，并通过设置在多孔金属板40中的开孔进入到位于多孔金属板40和筛网50之间的区域中。灭弧气体从那里经过金属筛网50和在顶盖16中的开孔11流入断路器的周围。通过灭弧气体与多孔金属板的、筛网的和顶盖的表面的接触而从灭弧气体中吸出热能并因此使气体去离子化。在以前所述的用于冷却气体的实施方式中不利之处在于：必须制造许多不同的元器件并将其安装在断路器中。用于制造和装配这些元器件的费用对于断路器的制造价格产生了不利的影响。

由EP 1 229 609 A1已知了一种电缆插接连接，其中集成了金属泡沫件。金属泡沫件设置在插接连接的接纳用的一半里，贴靠在插接连接的一半的导电的部分上。当插接连接闭合时其同样也与插接连接的待插入的一半的导电的部分相接触。也就是说，利用金属泡沫件实现了使电流从插接连接的待插入的一半流入到插接连接的接纳用的一半里。金属泡沫件尤其用于：在将待插入的插入连接的一半的导电的部分从接纳用的插接连接的一半里拉拔出来时，在两个插接连接的一半之间实现尽可能长的电流流动，从而避免在两个插接连接的一半之间产生电弧。

发明内容

本发明的目的是提出一种开放的断路器，具有简单而成本低的结构，利用这种断路器能够可靠地避免断路器和包围该断路器的构件发生损坏的危险，也可以避免人员受到伤害。

该目的通过在权利要求1中所要求的断路器来实现。有利的设计方案在从属权利要求中加以说明。

本发明提出了一种断路器，具有带有至少一个开口的壳体和至少一个设置在壳体中的触点对，其中触点对的触点可以相互相对运动以用于断开和闭合电路，其中在至少一个触点对和至少一个壳体开孔之间设置有与断路器的导电部件电绝缘的开放多孔金属泡沫。触点对的触点有利地这样设置，即其中一个触点是固定触点和另一个触点是运动触点。除了在壳体中很大程度上通过开放多孔金属泡沫而实现密封的开孔之外，壳体还可以具有另外的开孔。但是壳体或者断路器的整个内腔应该这样来设计，即，使得绝大部分所产生的灭弧气体从在其中产生电弧的开关腔中，通过金属泡沫从断路器的内腔里引出到其周围。断路器的壳体中的其它开孔例如可以设置用来穿过电缆，或者用于在其它方面的通风或者用于装配目的。

在触点断开时，在这些触点之间产生了电弧，该电弧使触点的表面颗粒熔蚀掉。熔蚀的表面颗粒与来自电弧周围的加热空气一起形成灭弧气体云，其体积通过加热而扩大。金属泡沫设计成开孔的，也就是说，各个在泡沫的内部区域中延伸的气孔或者说毛细管在泡沫的表面上敞开着并且这样地相互连接，从而可以实现流过泡沫的体积流量。当加热的灭弧气体的体积扩大并因此在开关壳体的内腔里的压力升高时，通过开放多孔金属泡沫将灭弧气体引向开关壳体的外侧。热的灭弧气体流过金属泡沫的相互连接起来的气孔或者说毛细管。由于金属泡沫形成很大的表面，因此可以使大的表面与热的灭弧气体相接触。这即使当开放多孔金属泡沫是薄壁结构时，也促使灭弧气体的热量有效地传入金属泡沫中。当灭弧气体从金属泡沫中流出到开关壳体的外侧之后，这种气体的温度这样减小，以致于构成灭弧气体的微粒不再作为离子，而是作为原子而存在。因而由于温度的降低而在很大程度上排除了围绕断路器的设备或人员的损坏的危险或者说危害。通过灭弧气体的去离子化同样也阻止了由于灭弧气体而在周围导电的配电设备部件上产生短路。金属泡沫在断路器中的设置的其它优点在于：可以简单地实现与现有的断路器参数或者说与电弧参数的匹配，这通过改变所应用的金属泡沫的几何形状、密度和胞状结构来达到。另外，通过只是使用一个金属泡沫块或者说一个金属泡沫壁板，相比于利用许多元器件所实现的通常的实施方式来说，大大降低了装配费用。这种形式的金属泡沫块或者说金属泡沫壁板可以简单地根据其最终尺寸通过锯削或者其它典型的金属加工方法来加工。

在一种有利的实施方式中这样来设计断路器，即，将灭弧板设置在断路器的壳体中，在灭弧板上单侧地支撑有金属泡沫。这些灭弧板通常用于熄灭在断开的触点之间所产生的电弧。但是金属泡沫在灭弧板的布置中不得直接贴靠在这些灭弧板上面，从而避免灭弧板相互电连接。但可以设计为，金属泡沫支撑在一个或几个绝缘层上，这些绝缘层则又支撑在灭弧板的端面上。在此更有利地可以应用一种金属泡沫的点状的支承，从而防止了由于压入金属泡沫而引起的在金属泡沫中的气孔或者说毛细管的连续性的挤压并进而防止了在金属泡沫中流动阻力的加大。

在根据本发明的断路器的另外一种结构性的设计方案变体中提出，在触点对和壳体开孔之间，在它们之间设置有开放多孔金属泡沫，另外还至少设置有至少一个多孔金属板和/或至少一个筛网，用于降低灭弧气体的热量。在此，多孔金属板和筛网同样也通过吸收来自灭弧气体的热量而用来冷却灭弧气体。在此，多孔金属板同样也可以在金属泡沫的背向灭弧板的一侧上作为金属泡沫的支承体来使用。也就是说，在这种设计方案中金属泡沫并不直接支撑在灭弧板的边棱上，或者说支撑在涂布于这个边棱上的绝缘层上，而是在金属泡沫和灭弧板之间设有多孔金属板，通过该多孔金属板将在灭弧板之间流过的气体导入到金属泡沫里。

在根据本发明的断路器的一种有利的设计方案中提出，金属泡沫与壳体和/或多孔金属板至少局部地借助于粘合连接而连接。当粘合连接具有足够的绝缘能力时，金属泡沫也可以固定粘合在灭弧板的端面上，但同时必须要排除掉可能的经过金属泡沫的电流。此外也可以在金属泡沫和壳体或者多孔金属板之间应用熔焊连接和/或钎焊连接。也就是说，金属泡沫可以借助于粘合连接在其表面的一侧上例如与多孔金属板连接，并且还可以例如与壳体焊接。

在一种可替换的设计方案中提出，金属泡沫与壳体和/或多孔金属板至少局部地借助于力配合的夹紧而连接。如果绝缘层设置在这些构件之间，那么就也可以实现在壳体和灭弧板之间的金属泡沫的夹紧。

因此提供了一种断路器，具有带有至少一个开口的壳体和至少一个设置在壳体中的触点对，其中触点对的触点可以相互相对运动以用于断开和闭合电路，其中在至少一个触点对和至少一个壳体开孔之间设置有与断路器的导电部件电绝缘的开放多孔金属泡沫，而且其中金属泡沫与壳体和/或与多孔金属板至少部分地借助于力配合的夹紧而连接。

也就是说，在将泡沫装入到开关中时，泡沫少许压紧地被放置在开关的内壳体中其最终位置上，并且由于其弹性而在那里这样地膨胀，从而泡沫基于通过弹簧力所引起的摩擦力而力配合地自身固定在壳体里面和/或在多孔金属板上。在这种设计方案中也有利的是，金属泡沫只是点状地支撑在包围它的开关部件，从而减小或者防止了在金属泡沫中的气孔或者说毛细管的闭合或者断面缩小。

在根据本发明的断路器的一种结构特别的设计方案中，金属泡沫这样地设置在壳体开孔的部位里，从而其本身构成了壳体表面的一部分。

因此提供了一种断路器，具有带有至少一个开口的壳体和至少一个设置在壳体中的触点对，其中触点对的触点可以相互相对运动以用于断开和闭合电路，其中在至少一个触点对和至少一个壳体开孔之间设置有与断路器的导电部件电绝缘的开放多孔金属泡沫并且该金属泡沫这样设置在壳体开孔的区域中，从而其本身构成了壳体表面的一部分。

也就是说，壳体可以具有一种这样的大的开孔用于排出灭弧气体，因此壳体表面的一部分由金属泡沫本身构成。在这种情况下，壳体在气体流出方向上在金属泡沫后面不具有排气通道，而是在该区域中设计成开放的。

在一种可替换的设计方案中，开关壳体在气体流出方向上在金属泡沫后面具有排气通道，用于将气体排出到开关周围的空气中。在这种设计方案中，并不是金属泡沫构成开关壳体的表面。

所应用的金属泡沫有利地由铝基合金制成。尤其是由铝基合金制成的金属泡沫，正如它们例如为了在汽车-和机械制造业中吸收能量的构件的机械刚度增强而已经开发和应用的那样，可以对于根据本发明的使用来说应用作为吸收热量的开关部件。这些金属泡沫可以通过简单的方法而低成本地大批量和以限定的性能、例如多孔性、密度和外部尺寸来制造。

可替换地，也可以应用由锌基合金制成的金属泡沫。

本发明基本上包括一种基于锌基合金或者铝基合金的开放多孔金属泡沫的应用，其作为冷却结构用于从在电开关过程中产生的灭弧气体中排出热量。热量的排出通过如下途径来实现：将加热的灭弧气体引导流过金属泡沫，其中将热量从灭弧气体中传出到金属结构上，从而使灭弧气体在离开金属泡沫之后具有小得多的温度。

附图说明

以下根据附图对本发明加以说明。附图所示为：

图1是通常设计用于冷却灭弧气体的断路器的分解图；

图2是通常设计用来冷却灭弧气体的断路器的从前面看的剖视图；

图3是根据本发明的断路器的从前面看的剖视图；

图4是在根据本发明的断路器中应用的金属泡沫的放大的示意图。

具体实施方式

关于在图1和图2中所示的通常的断路器已经参考了现有技术中的说明。

在图3中所示的实施方式中，根据本发明的断路器1的外形尺寸基本上由壳体10和固定在其上面的顶盖16来限定，其中顶盖16可以看作为构成断路器表面的壳体的一部分。整个壳体10通过顶盖16借助于紧固螺栓60例如固定在配电设备里。

在断路器1的壳体10里设计有开关室12，在该开关室中设置有断路器1的相互相对可运动的触点(未示出)。在开关室12上方相互平行地设置有多个灭弧板30，它们用于减少当触点断开时在这些触点之间产生的电弧。在灭弧板30的上边棱上方设有多孔金属板40，其具有通孔。在多孔金属板40里的通孔如图1所示地设置。在顶盖16和多孔金属板40之间设有金属泡沫20。顶盖16具有多个开孔11。

正如已经由现有技术中所述的那样，当触点对的触点断开时在开关室12中在触点之间产生电弧。这种电弧导致了包围它的气体的强烈加热和离子化。气体的强烈加热又引起其体积变大并进而使加热气体膨胀。该膨胀的或者说流动的气体沿灭弧板30之间流动，一直到多孔金属板40。其通过多孔金属板40穿过了多孔金属板的通孔并由此进入根据本发明设计的金属泡沫20的敞开的气孔或者说毛细管里。加热的气体基于在开关壳体10的内腔中的高压而被挤压穿过金属泡沫20，从而使其以冷却的形式和去离子化地通过在顶盖16中的开孔11而进入断路器1的周围区域中。气体在这个位置上的温度对于周围的设备或人来说是没有危险的。此外气体通过冷却而这样地离子化，从而防止了在围绕断路器的导电线路部分之间形成短路。

根据本发明的配有金属泡沫20的断路器1并不必需具有在图3中所示的实施方式，而是可以可替换地设计为：在灭弧板30和金属泡沫20之间不设置多孔金属板40。同样也可以可替换地设计为：使金属泡沫20的表面构成断路器1的总的表面的一部分。在这种实施方式中，断路器1在金属泡沫20的区域中不具有顶盖16，或者具有这样一个顶盖16，其带有对应于指向外面的金属泡沫20表面的大的开孔11。同样也可以考虑一种实施方式，其中在开关室12里或者其邻接处并没有设置灭弧板30。在一种这样的实施方式中，由电弧所产生的灭弧气体直接流过多孔金属板40，或者当没有多孔金属板时就直接流入金属泡沫20里并从那里流入断路器1的周围空气中。

图4以放大的示意图示出了一个来自根据本发明所应用的金属泡沫20的剖切部位。在此可以看到，金属泡沫20的各个气孔或者说内部空腔，它们有利地设计成毛细管状的，分别与至少一个邻接的内部空腔连接。因而可以使得在一侧流入金属泡沫20中的气体可以在金属泡沫20的另一侧流出。由于加热的气体流过金属泡沫20中的多个小腔室或者说内部空腔，因此气体与很大的金属表面相接触。因此由于泡沫的金属材料的良好导热性，灭弧气体的热量有效地传输给金属。灭弧气体因此从金属泡沫里以大大降低的温度而流出。因此，冷却的气体以能量减小的和去离子化的状态而存在。

参考标号表

1   断路器

10  壳体

11  开孔

12  开关室

13  前-和后壁板

14  侧壁板

15  盖板

16  顶盖

20  金属泡沫

30  灭弧板

40  多孔金属板

50  筛网

60  紧固螺栓

Claims (10)

1.一种断路器，具有带有至少一个开口的壳体和至少一个设置在所述壳体中的触点对，其中所述触点对的触点可以相互相对运动以用于断开和闭合电路，其特征在于，在至少一个所述触点对和至少一个壳体开孔(11)之间设置有与所述断路器(1)的导电部件电绝缘的开放多孔金属泡沫(20)。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，在所述断路器(1)的壳体(10)中设置有灭弧板(30)，在所述灭弧板上单侧地支撑有所述金属泡沫(20)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，在所述触点对和所述壳体开孔(11)之间，在它们之间设置有所述开放多孔金属泡沫(20)，另外还设置有至少一个多孔金属板(40)和/或至少一个筛网(50)，用于降低灭弧气体的热量。

4.根据权利要求3所述的断路器，其特征在于，所述金属泡沫(20)与所述壳体(10)和/或所述多孔金属板(40)至少局部地借助于粘合连接而连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，所述金属泡沫(20)与所述壳体(10)和/或所述多孔金属板(40)至少局部地借助于熔焊连接或钎焊连接而连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，所述金属泡沫(20)与所述壳体(10)和/或所述多孔金属板(40)至少局部地借助于力配合的夹紧而连接。

7.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，所述金属泡沫(20)在所述壳体开孔(11)的区域中构成壳体表面的一部分。

8.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，所应用的所述金属泡沫(20)由铝基合金制成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，所应用的所述金属泡沫(20)由锌基合金制成。

10.一种开放多孔金属泡沫(20)的应用，所述金属泡沫基于锌基合金或者铝基合金并且作为从在电开关过程中产生的灭弧气体中排出热量的冷却结构使用。

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