CN101714715B

CN101714715B - 具有电接头的电气设备

Info

Publication number: CN101714715B
Application number: CN200910178880.0A
Authority: CN
Inventors: 奥利弗·哈林
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: CN101714715A; US20100087070A1; US8134429B2; DE102008050755A1

Abstract

一种具有电接头的电气设备，该接头根据叉形接头的原理设计，接触元件(76)在两个接触弓(64、66)之间插入到该接头中。在大电流时，如在连接到叉形接头上的用电设备中出现短路的情况下可能会产生大电流时，会在接触弓(64、66)与接触元件(76)之间出现所谓的电流收缩力，该力使接触弓(64、66)彼此挤压分开且由此引起电弧。本发明的目的是确保磁力抵消电流收缩力，从而可以引导更大的电流经过接头，而不会使接触弓(64、66)彼此弯曲分开。这由此实现，即通过将多个传导磁性的元件(68、70、74)，特别是其中之一(74)设置在接触弓(64、66)之间，将由电流所引起的磁场以特别有利的方式聚集以用于产生力，该力将两个弓形触头(64、66)拉到一起。

Description

具有电接头的电气设备

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的具有电接头的电气设备。这样一种电气设备尤其可以理解为断路器。

背景技术

用于电气设备的接头的一个特别简单的实施例是插头接点，其中，在设备侧的连接触头与连接在其上的插头之间仅存在力配合。该插头接点的一个优点在于，电连接可以通过将插头简单地插入连接触头来建立或者通过将插头从连接触头拔出而重新解除。该插头接点的一种形式是所谓的叉形触头或者说竖琴式触头。

在图1中以透视图示意性地示出了这样一种根据现有技术的叉形触头的例子。在叉形触头中，接点的一侧、优选为设备侧的接点，由两个彼此隔开设置的接触弓10、12构成。在这两个连接弓(Anschlussbuegel)10、12之间，为了建立与另一个设备的电接触，可以插入另外的设备的所谓的刀式触头14。为了使得将刀式触头14插入到两个接触弓10、12之间变得容易，可以在两个接触弓10、12的接触区域16上设置特别的设计。接触弓10、12在图1所示的例子里在未示出的电气设备上同样固定在接触臂18上。由电气设备所输出的总电流G经过接触臂18流向叉形触头，该总电流在那里分配到两个接触弓10、12上并因此形成了两个平行走向的电流路径，并到达接触区域16。在接触区域16上，这两个分电流转入刀式触头14，从而在刀式触头14中又产生了总电流G，该总电流随后在刀式触头14中被引出。

在图1中仅仅局部地示出了接触臂18以及刀式触头14，因此既不能看到总电流G的电源也不能看到总电流的汇点。

总电流G从接触臂18到刀式触头14的传输应该尽可能无损耗地进行。特别是在短路的情况下，如果通过叉形触头所传输的总电流G以至所传输的电功率也都处于允许的范围，那么具有重要意义的是，由该电功率所传输的功率作为损耗功率在叉形触头中所转化的部分这样地小，从而在短路的情况下，叉形触头不会因为加热而损坏。在此特别地，两个接触弓10、12的接触区域16的接触面与刀式触头14一起倾斜，由此，基于接触区域16的表面的不平坦性，该接触区域并不完全抵靠在刀式触头上，而是仅仅部分区域允许总电流G从接触弓10、12传输到刀式触头14上。在这种电流收缩位置(Strom-Engstelle)上，总电流穿过一个相对较小的截面图，因此在该位置上导致了基于电损耗的加热。

此外，在接触收缩位置上出现力F、F′，该力将接触弓10、12的接触区域16从刀式触头14推离。这种力称为电流收缩力或梁力(Holmkraft)并在电流通路的断面收缩部上产生。电流收缩力是洛伦兹力，该力在电流通路的断面收缩部两侧上基于相反走向的电流而形成。如果由于电流收缩力F、F′而导致接触区域16从刀式触头14移开，则电流传递区域进一步收缩。由此，电流收缩力F、F′进一步增大，并且导致了两个接触弓10、12中的一个首先被移开。由于总电流G现在完全由仍然抵靠着的接触弓来引导，电流收缩力F、F′在该接触弓的接触区域16上再次增强，并且剩下的接触弓10、12也从刀式触头14上脱开。随后导致了电弧的形成、叉形触头的加热以及(在最坏的情况下)接触区域16与刀式触头14熔接在一起，也就是说叉形触头的损坏。

由于每一个接触弓10、12的接触区域16上的电流收缩区域设计得不同，在刀式触头14分别与一个接触弓10、12之间形成了不同的接触电阻，以致于总电流G并不均匀地分布到两个接触弓10、12上，而是有可能由两个接触弓10、12中的一个来引导更大的电流。由测试已知了，在极端情况下会导致接触弓10、12中的一个接收了高达总电流G的80％，而在第二接触弓10、12中仅流过总电流G的剩下的20％。相应地，更大的电流收缩力F、F′立即作用于具有更高的电流部分的接触弓10、12。由此，通过不均匀的电流分配促成了上面所述的首先一个接触弓的脱开的过程以及接下来带有所描述的破坏性的后果的剩下的接触弓的脱开。

可以通过下述方法来减少在接触区域16中出现电流收缩的几率，即将两个接触弓10、12向彼此挤压，从而产生接触区域16向刀式触头14上的压紧力并由此改善了在接触区域16与刀式触头之间的电接触。然而可以在插入刀式触头14之后才将两个接触弓10、12向彼此挤压，这是因为否则可能会使插入过程本身变得困难。叉形触头在此具有优点，即所需要的压紧力通过总电流G自身来产生，即通过将总电流G在两个平行走向的电流通路中经过两个接触弓10、12来引导，形成了围绕两个接触弓10、12的磁场H，由该磁场又引起了一个力，该力以所期望的方式将两个接触弓10、12向彼此挤压。

由围绕两个接触弓10、12的磁场H所引起的力根据现有技术由此增强，即围绕两个接触弓10、12放置两个传导磁性的夹子20、22。两个夹子20、22通过两个气隙24、26彼此隔开。传导磁性的夹子在此可以理解为，该夹子至少部分地由一种具有高磁性的磁导率(优选地具有大于二的相对磁导率)的材料制成。传导磁性的元件优选由铁磁材料、特别是所谓的建筑用钢(Steel 1010)制成。

为了对两个夹子20、22的作用加以说明，在图2中示出了穿过在图1中所示出的布置的剖面。在此，该剖面沿着在图1中所示出的线II-II走向。因此，在图2中可以看到两个接触弓10、12的截面图以及穿过两个传导磁性的夹子20、22的截面图。总电流G在接触弓10、12中分为两个分电流I、I′，该分电流的流动方向在图2中从投影面中垂直向外指向，这通过垂直于纸面竖立的方向箭头(圆形点)示出。由两个分电流I、I′所形成的磁场H在夹子20、22的内部引起了磁流B，该磁流在夹子20、22之间不平衡的情况下在空隙24、26中表现为磁通量密度场B′。通过在空隙24或者说26的两个限定的表面之间定位的通量密度场B′，有一个力作用到该面上，也就是说两个夹子20、22彼此拉紧，从而尽量关闭空隙24、26。由于两个接触弓10、12抵靠在夹子20、22上，因此通过传导磁性的夹子20、22实现了在电流中存在一个额外的、将两个接触弓10、12挤压在一起的力。

由于在空隙24、26中走向的通量密度场B′仅在叉形接头引导电流时才形成，因此，两个夹子20、22仅在实际上有电流流过叉形接头时才拉紧。因此可以实现在设备关闭的情况下简单地将刀式触头插入叉形接头或者再将该刀式触头从中拔出。由于在不存在磁场B′时，两个夹子20、22可能会从接触弓10、12脱出，因此该夹子机械地由固定夹28来锁定。

通过由这两个传导磁性的夹子20、22组成的布置作用到接触弓10、12上的力还在很大程度上取决于空隙24、26的宽度，也就是说取决于两个夹子20、22的间距。这导致了不利的后果，即在接触弓10、12的其中一个通过电流收缩力F、F′些微地从刀式触头14移开的情况下，同时也扩大了空隙24、26。由于这导致了在夹子20、22之间的力的减小，也就是说更小的力反作用于电流收缩力F、F′，首先仅容易地移开的接触弓继续被挤压远离刀式触头14，并且会出现已描述过的破坏性的后果。在此，总电流G不均匀地分为接触弓10、12的两个分电流I、I′也再次产生了非常不利的效果。

由模拟已知，利用所描述的根据现有技术的叉形触头，在总电流G不均匀分布的情况下，超过30kA的总电流强度导致了所描述的电流收缩力F、F′的破坏性的后果。在更大的电气设备中，特别是在具有低压供电系统和相应的很大的工作电流的设备的领域中，在短路的情况下，在线路保护开关切断短路电流之前当然可能会出现大于30kA的总电流。因此在这种情况下可能会发生根据现有技术的叉形触头被损坏。

发明内容

因此本技术性的发明的目的在于，提出一种具有电接头的电气设备，其中以有效的方式防止了叉形触头的接触弓由于电流收缩力而从插入的接触元件脱开。

该目的利用一种根据权利要求1的电气设备来实现。根据本发明的电气设备的有利的设计方案在从属权利要求中加以描述。

根据本发明，可以这样以改进了的方式抵消对两个彼此隔开设置的接触弓产生作用的电流收缩力，即一个主体的至少一部分处于接触弓之间，该主体至少部分地由铁磁材料制成。这种主体例如可以由已经提到过的建筑用钢或者由电工钢片或者说电机用钢片(例如M 400-50-A)制成。通过将传导磁性的主体设置到叉形接头的两个接触弓之间获得了与在如现有技术中所使用的磁性的夹子的情况下相比、两个接触弓的明显更加良好的磁性的耦合。特别是获得了在各个接触弓与铁磁主体之间的拉紧力。由此不会发生由于容易地移开两个接触弓中的一个而大大降低磁力，正如这以上面所描述的方式在根据现有技术的叉形接头中由于在夹子之间的空隙扩大而发生的那样。

根据本发明的接头的另一个优点在于，通过在接触弓之间设置主体，与在根据现有技术的叉形电接头中相比需要更小的结构空间，在根据现有技术的叉形电接头中，传导磁性的夹子围绕着两个接触弓来设置。

根据本发明的电接头可以以特别简单的方式由此来实现，即主体在截面图上具有H形轮廓。由此，该主体可以在不需要另外的紧固装置的情况下简单地悬置在两个接触弓之间，其中该主体放置在H形轮廓的两个支臂上。因此，也就不必在没有电流流过两个接触弓的情况下对该主体以特别的方式采取机械性的保护措施。

由流过两个接触弓的电流所引起的磁场还可以更好地用于产生将两个接触弓彼此拉紧的力，这通过下述方法来实现，即分别有另外的至少部分地由铁磁材料制成的主体设置在一个或在两个接触弓上定各自的接触弓的一个侧面上，并且该侧面远离各另一个接触弓。由此，通向叉形接头两侧的磁场同样也在磁性可导电的材料的内部引导。由此可以减少磁场的泄漏损耗。泄漏损耗在此可以这样理解，即由经过两个接触弓的电流所形成的磁力线松散地围绕叉形触头延伸并由此使另外的元件磁化。

通过至少一个另外的主体来引导的磁场可以用于产生作用到接触弓中的一个上的额外的力，这通过下述方法来实现，即在另外的主体与第一主体之间形成了至少一个空隙。由此可以以已经描述过的方式通过在两个传导磁性的主体之间制造一个空隙来实现，当在该空隙中形成了磁场时，这些主体彼此拉紧。因此，接触弓不仅自身通过围绕它的磁场朝向处于接触弓之间的第一传导磁性的主体的方向拉紧，而且第二主体(该主体以这样的方式布置，即相应的接触弓处于该主体与第一主体之间)将额外的力朝向第一主体的方向施加到接触弓上。这种另外的主体可以设置在叉形触头的两侧上。

附图说明

下面参照实施例对本发明加以说明。图中示出：

图1是根据现有技术的叉形触头的透视图；

图2是穿过根据图1的叉形触头的截面图；

图3是穿过根据本发明的第一个实施例的一种布置的截面图，该布置包括两个接触弓和一个处于两个接触弓之间的主体；

图4是穿过根据本发明的第二个实施例的一种布置的截面图，该布置包括两个接触弓、一个处于两个接触弓之间的主体以及另两个板；和

图5是断路器的一个根据本发明的所提供的或者说所应用的叉形触头的剖面形式的透视图。

具体实施方式

在图3中示出了根据本发明的布置的截面图，该布置包括两个接触弓40、42和一个处于两个接触弓之间的由铁磁材料制成的主体44。该截面图对应于如在图2中所示出的截面图，其中由现有技术已知的、包括夹子20、22和固定夹28的布置由主体44所代替。该主体具有H形轮廓，其中该主体利用两个上方的支臂分别放置在一个接触弓40、42上。因此，即使是对于没有电流流过两个接触弓40、42的情况来说，也不必为了防止脱落而对该主体采取机械的保护措施。分电流I、I′分别流过在图3中所示出的接触弓40、42，该分电流的电流方向从根据图3的投影面中垂直地向外指向。这通过相应的方向矢量以具有标记的中心点圆的形式来表示。通过两个分电流I、I′，两个接触弓40、42由一个磁场围绕，该磁场又在铁磁的主体44中引起了一个磁通量密度场B。磁通量密度场B的场线走向以虚线示出。磁通量密度场B的场线在作为通量密度场B′的主体的外部走向。由于该场的一部分在一个侧面上的每一个接触弓40、42与铁磁的主体44之间走向，以已经描述过的方式获得了在接触弓40、42与铁磁的主体44之间的力的作用。这促成了两个接触弓40、42的每一个不取决于各另一个接触弓40、42经受了使电流收缩力平衡的力。

在图4中示出了穿过根据本发明的布置的截面图，该布置具有已经在图3中示出的元件，其中在图4中示出的布置还具有两个另外的传导磁性的板46、48。这两个板46、48是第二和第三主体，它们与主体44一起构成了用于导通磁场的布置。在此，板46设置在接触弓40的远离接触弓42的侧面上。板48以同样的方式设置在接触弓42的远离接触弓40的侧面上。两个空隙50a、50b分别形成在每个板46、48与处于接触弓40、42之间的主体44之间。通过在外部设置到包括接触弓40、42和铁磁的主体44的布置上的板46、48，如与在图3中所示出的布置进行对比所说明地，实现了：磁通量密度场不再广泛地作为外部的场B′围绕该布置而延伸，而是绝大部分上作为场B在元件40、46、48的传导磁性的材料内部里走向。在该材料外部走向的、磁通量密度场的分量在绝大部分上集中在作为通量密度场B′的空隙50a、50b里。在图4中未示出剩下的杂散场，这是因为该杂散场仅导致无关紧要的损失。通过在空隙50a、50b里走向的通量密度场B′，将板46、48拉向主体44的方向。由于板46、48抵靠在接触弓40、42上，由此将力直接施加到接触弓40、42上，该力将两个接触弓40、42压到一起。因此产生了额外的力，该力可以反作用于电流收缩力。板46、48在一个在图中未示出的接触臂上通过有弹性的钩来固定，从而随后即使当没有电流流过接触弓40、42时，板也保持其在接触弓40、42上的位置中。

根据本发明的叉形接头，如其在图4中所示出的那样，在接触弓40、42到刀式触头的过渡区上的电流收缩力(如其例如在图1中所示出的那样)占优势之前，可以对由在图4中所示出的电流I和I′所组成的、具有80kA的电流强度的总电流G进行引导。在相同条件下的、然而利用了叉形触头(如其在图2中所示出的那样)的模拟则产生了已经描述过的30kA作为最大的可传输的总电流G。这种模拟说明了：根据本发明的电接头可以无损害地传输几乎三倍这样大的短路电流。

在图5中示出了根据本发明的接头的透视图，该接头属于断路器。在图5中仅部分地示出了由铜制成的接触臂60，该接触臂是断路器本身的一部分。在接触臂上设计有孔，销钉62穿过该孔。通过销钉62，在接触臂60上可偏转地安置了多个元件。它们一方面是两个接触弓64、66，其同样也由铜制成。此外，两个板68、70通过设计在板上的钩68′、70′来保持。最后，该布置通过轮廓夹72、在接触臂60发生偏转运动的情况下以预定的方式进行调整。在两个接触弓64、66之间插入传导磁性的主体74，该主体如两个板68、70一样由建筑用钢制成并具有H形轮廓。刀式触头76插入到图5中所示出的断路器的接头中，在图5中仅能看到该刀式触头的一部分。

在图1和2与图3至5的比较中可以看出，具有根据本发明的电接头的根据本发明的电气设备可以以更紧凑的方式、也就是说在没有额外的结构空间的情况下来实现并且尽管如此也能通过该接头传输明显更大的总电流，而接头在此不会受损。

Claims

1.一种具有电接头的电气设备，包括：两个彼此隔开设置的接触弓，其中在所述电接头的边缘区域上将接触元件插入到两个所述接触弓之间；以及主体，所述主体的至少一部分处于所述接触弓之间，所述主体至少部分地由铁磁材料制成，其中，所述的电气设备还包括至少部分地由铁磁材料制成的至少一个另外的主体，所述至少一个另外的主体与所述接触弓直接接触，并且设置在两个接触弓中的一个所述接触弓的一个侧面上，该侧面远离两个所述接触弓中的另一个所述接触弓。

2.根据权利要求1所述的电气设备，其中，所述主体的一个部段在轴向截面图上具有H形轮廓。

3.根据权利要求1所述的电气设备，其中，在所述至少一个另外的主体与所述主体之间形成有至少一个空隙。

4.根据权利要求1所述的电气设备，其中，所述电气设备是断路器。

5.根据权利要求2所述的电气设备，其中，所述H形轮廓的上方的支臂放置在相应的所述接触弓上。

6.根据权利要求1所述的电气设备，其中，在所述接触弓之间的所述主体的区域将所述接触弓连接在一起。

7.根据权利要求1所述的电气设备，其中，所述主体在不需要机械紧固装置的情况下悬置在所述接触弓之间。

8.一种具有电接头的电气设备，包括：两个彼此隔开设置的接触弓，其中在所述电接头的边缘区域上将接触元件插入到两个所述接触弓之间；以及主体，所述主体的至少一部分处于所述接触弓之间，所述主体至少部分地由铁磁材料制成，其中，所述电气设备还包括至少部分地由铁磁材料制成的至少一个另外的主体，所述至少一个另外的主体设置在两个接触弓中的一个所述接触弓的一个侧面上，该侧面远离两个所述接触弓中的另一个所述接触弓。

9.根据权利要求8所述的电气设备，其中，所述主体的一个部段在轴向截面图上具有H形轮廓。

10.根据权利要求8所述的电气设备，其中，在所述至少一个另外的主体与所述主体之间形成有至少一个空隙。

11.根据权利要求8所述的电气设备，其中，所述电气设备是断路器。

12.根据权利要求9所述的电气设备，其中，所述H形轮廓的上方的支臂放置在相应的所述接触弓上。

13.根据权利要求8所述的电气设备，其中，在所述接触弓之间的所述主体的区域将所述接触弓连接在一起。

14.根据权利要求8所述的电气设备，其中，所述主体在不需要机械紧固装置的情况下悬置在所述接触弓之间。