CN101868839B - 用于低压系统的单极杆或多极杆双断开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种优选地用在低压电系统中的具有高可靠性的开关装置，尤其是一种自动开关、断路器或接触器。特别地，本发明涉及一种用于低压系统的单极杆或多极杆双断开关装置，所述开关装置对于每个极杆都包括至少第一对触头和至少第二对触头。每对触头都包括静止触头和移动触头，所述静止触头和所述移动触头能够分别在第一中断腔和第二中断腔的水平处相互地联接/脱离联接。所述腔限定在壳体内，所述壳体包括第一表面，相对于所述第一表面突出有内部中空部分，所述内部中空部与所述壳体的至少一个部分一体制成。对于每个极杆，所述中空部分限定一个或多个排放通道，每个排放通道都具有与对应第一中断腔连通的第一区域以及与所述壳体外的环境连通以允许气体从所述第一中断腔的内部排放的第二区域。

Description

用于低压系统的单极杆或多极杆双断开关装置

技术领域

本发明涉及一种优选地用在低压电系统中的具有高可靠性的开关装置，尤其是一种自动开关、断路器或接触器。特别地，本发明涉及一种单极杆或多极杆双断开关装置。

背景技术

已知的是，开关装置(例如自动开关、断路器和接触器)，下文中为了简洁称为开关，包括壳体和一个或多个电极杆，每个极杆都与至少一对触头组合，该触头可彼此相互地联接/脱离联接。已知技术的开关还包括控制装置，该控制装置确定触头对移动到至少一个第一连接位置(电路闭合)和一个第二分离位置(电路断开)的相对运动。

开关的每个极杆都通常与至少一个中断腔即特别适合于消灭电弧的空间组合。该中断腔可以是在开关壳体中获得的简单区域，或者它们能够包括各种元件，也称为电弧室，例如呈设置有断弧器的由绝缘材料制成的壳体的形式。最先进的电孤室，也称为模块化室，具有能够容易更换的优点，并且可由比例如用于开关壳体的材料更合适的材料制成。

通常，可相互地联接/脱离联接的触头对包括基本静止的第一元件(静止触头)和可移动的第二元件(移动触头)。控制装置包括终止在例如操作性地连接到所述移动触头的主轴中的机构。

存在有主轴和移动触头整合成一个单一部分即所谓的转动移动元件的方案。由绝缘材料制成的所述元件必须保证相间的电绝缘，并且当然必须正确地将运动传递给移动触头，并维持相关的力。这类开关具有明显的优点，例如受限的部件数量和受限的整体尺寸。

轴或转动元件通常利用轴承连接到开关壳体。在带有传统类型的主轴的开关中，对应于每个极杆，移动触头分布在不同移动支撑件之间；在带有移动元件的开关中，移动触头安装在设置于移动元件自身中的孔中。

如已知的那样，在开关的工作寿命期间，能够发生将开关和电网暴露到特别强的应力下的现象。这首先在开关需要承受高于额定值的电流时发生，尽管是短时间。开关和电网暴露到过流(例如过载或短路)的时间长度取决于事件的自然持续时间，或者更有可能地，取决于保护装置将开关有效地设定成安全状态即中断过流所需的时间。过流的中断是个复杂的现象。在技术方面，开关用以中断特定水平的电流的能力定义为阻断能力，而开关短时间承受比额定电流高得多的电流的能力定义为电动力强度(electrodynamic strength)。

过流事件期间在开关和电网中流动并耗散的能量导致损害，其程度取决于电流密度和现象的持续时间，直到故障电流已被完全中断。最常见的损害可包括所暴露的部件的特性的过早退化以及因此而导致的开关和电网性能的劣化。在一些情况下，所达到的高温甚至能够导致闪光。

如已知的那样，为了限制对电网和开关自身或其部件(接触板、电弧室、控制装置、绝缘元件)的损害的发生，已经试验和开发了许多方案，以尽可能快和有效地实现中断。在一些方案中，例如使用气化装置和/或材料，从而能够在中断腔或电弧形成区域附近释放灭弧或防火物质。其他方案有利地以各种方式采用或控制在电孤中断腔中形成的电磁现象。

其他方案以各种不同方式将中断腔连接到相对于开关壳体的外部环境；出于此目的，制成孔，或者通道，其设置成用于排泄在电弧的中断期间产生的气体。该气体进而可利用另外装置适当地去除离子和/或冷却和/或过滤，以确保流出开关本体的物质尽可能地成为惰性。

在单断开关的情况下，中断腔通常位于设备的较“高”部分中，因此，通过将特征孔设置在上极杆附近可保证气体的排泄。

另一方面，在双断开关(即在顶部和底部处设置有至少一对电弧室)的情况下，对于每个极杆都通常存在如何将气体从下中断腔排泄的问题。通常，在开关的下部中设置有容器，该容器容纳例如保护装置或者导电电极和导电杆之间的连接装置。由于这些容器的存在，下中断腔通常位于开关的中间位置，因此离对应下电极或端子较远。因此，为了气体的排泄，在结构上类似于设置成用于上中断腔的方案的方案通常不能够使用。

除了在功能上有效但是从设施工程角度看不令人满意的方案(例如具有后和/或侧向排气孔的方案)，这些方案中的大部分其特征在于具有将气体排放到开关的下部中的排气孔。然而，试图克服上述难题而开发的所述方案并不是没有缺陷。

在例如专利申请US7034241和US6188036中，该开关包括外部盒子，它对于每个极杆都限定容纳包含极杆的壳体的座。该外部盒子构造成对于每个极杆都限定用于排泄中断事件之后来自于对应容器壳体内部的气体的通道。

更加详细地，在这些方案中，排放通道因此包括至少两个单独部分，其中第一个由每个极杆的壳体的构造限定，而第二个由保护装置容纳在其中的外部盒子限定。所述方案在开关的正常操作期间必然要求最终良好水平和完好状态。壳体和外部盒子之间联接中的任何不精确都能够导致高温或离子化气体的泄漏，从而将相邻部分暴露到危险之下，例如安装在开关旁或其壳体内的保护继电器或其他装置。结果，在这些方案中，排泄通道的组装和形成是需要准确性的关键操作，因此导致了高的生产成本。中断腔离开关的下侧越远，即排泄通道的构造越伸长和越复杂，则这些成本就越高。

在专利申请EP1098330中描述的另一已知方案中，覆盖和延伸元件在底部处与开关组合，从而使开关的电部件绝缘并且同时限定气体排放通道。为了保证其整体性，整个覆盖元件必须由较高质量的材料制成，以经受气体的影响。在该已知方案中遇到类似问题，其中排放通道由开关壳体与其中封装有保护装置的容器的成形部分之间的联接来限定。

还应当注意的是，在上述所有方案中，由于因高温或离子化气体朝向开关的内部区域泄漏而引起的危险能够导致故障或未断开，所以开关的可靠性相对地受到限制。例如由于升华或蒸发的金属材料在敏感部分上的相继沉淀，所述事件能够导致开关部件的退化。所述退化能够导致相间绝缘特性的危险性降低或影响到装置的机械功能。

发明内容

在这些因素的基础上，得到了能够克服上述限制和问题的替代性方案。因此，本发明的主要目标是，提供一种克服所述缺陷的单极杆或多极杆双断开关装置。

在这种情形下，本发明的一个目的是，提供一种双断开关装置，它允许气体在完全安全的状态下从一个/多个下中断腔有效地排放。

本发明的另一目的是，提供一种开关装置，它允许气体经由数量相对受限的元件从一个/多个下中断腔排放，这些元件可容易地获得，而不需要复杂和精确的组装操作。

本发明的另一目的是，提供一种开关装置，其中气体从下中断腔的所述排放对于开关的组成部件或安装在开关旁的其他装置的操作是安全和无危险的。

最后但非最不重要地，本发明的另一目的是，提供一种可靠的和较容易以低成本生产的开关装置。

在本发明的过程中将更加详细地进行示出的该目标和所述另外的目的经由用于低压系统的单极杆或多极杆双断开关装置实现。对于每个极杆，所述装置包括至少第一对触头和至少第二对触头，每对触头都包括静止触头和移动触头，所述静止触头和所述移动触头能够分别在第一中断腔和第二中断腔的水平处相互地联接/脱离联接，所述装置还包括至少第一壳体，在所述第一壳体内构造有所述中断腔并且所述第一壳体包括后表面以及与所述后表面相对的正表面。

本发明所述的装置的特征在于，所述第一壳体包括第一表面，所述第一表面基本垂直于所述后表面，其中，从所述第一表面横向地突出有内部中空部分，从而在后部处由所述后表面界定且在前部处由前表面界定，所述前表面基本垂直于所述第一表面且平行于所述第一壳体的所述正表面，并且，对于每个极杆，所述内部中空部分包括一个或多个排放通道，每个排放通道都设置有与所述第一中断腔连通的第一区域，每个所述通道都包括第二区域，所述第二区域与所述第一区域相对且与所述第一壳体外的环境连通，以允许气体从所述第一中断腔的内部排放，所述内部中空部分与所述第一壳体的至少一个部分一体制成，所述第一中断腔定位在所述第二中断腔与所述第一表面之间。

根据本发明的第一有利方面，用于从第一中断腔排放气体的排放通道整体包括在限定所述第一腔的壳体中。在实践中，每个所述第一腔都经由一个或多个排放通道连接到外部环境，该排放通道在两个相对区域之间无中断地延伸，从而允许相对于开关装置的其他部件进行安全的惰性排放。

内部中空部分的外表面将排放通道与维持例如另一壳体的整体性的外部环境物理隔离，开关装置的辅助和/或附属装置可容纳在该另一壳体内。这方面的一个优点在于，比用于生产排放通道的材料质量相对更低的材料可用于生产所述另一壳体。

附图说明

另外的特性和优点将从本发明所述的开关装置的优选但非排它的实施方式的描述中变得更加清楚，这些实施方式利用附图中的非限制性示例示出，在所述附图中：

图1是本发明所述的开关装置的实施方式的立体图；

图2是图1的开关装置的侧向剖视图；

图3是图1的开关装置的底视图；

图4和5是图1的开关装置的分解侧视图和分解立体图。

具体实施方式

参照上述附图，本发明所述的开关装置1根据需要能够包括一个单极杆或者多个极杆。附图示出了多极杆开关装置，并且在此情况下为带有四个极杆的自动开关。然而，可以理解的是，下面所述的原理和技术方案可适用于其他类型的开关装置，例如具有任意数量的极杆的断路器或接触器。

本发明所述的开关装置1对于每个极杆都包括至少第一对触头和至少第二对触头，它们能够彼此相互地联接/脱离联接。详细地，每对触头都包括静止触头90和移动触头91。每对移动触头91都优选地绕着相同的转轴101转动，但是它们也能绕着独立转轴转动。第一对触头的触头在第一下中断腔30的水平处联接/脱离联接，并且第二对触头的触头在第二上中断腔40的水平处联接/脱离联接(参见图2)。

该装置1对于每个极杆都包括至少第一壳体10，第一中断腔30和第二中断腔40构造在该第一壳体内。本发明所述的装置1的特征在于，该第一壳体10包括第一表面11，内部中空部分15相对于该第一表面突出；对于装置1的每个极杆，该内部中空部分15包括一个或多个排放通道24，每个排放通道都设置有与对应的第一腔30连通的第一区域25。对于每个通道24，所述第一区域25在实践中构成进入到通道中的入口区域，用于在中断事件之后第一中断腔30内产生的气体。

每个通道都设置有与第一区域25相对的第二区域26，该第二区域与第一壳体10外的环境连通，以允许所述气体排放到大气中。该第一中断腔30定位在第二中断腔40和所述第一表面11之间。而且，根据本发明，该内部中空部分15有利地与第一壳体10的至少一个部分一体制成(即，制成为一个单一件)，以提高装置1的结构的物理连续性。

参照装置1的竖直安装，像图1至5中所示的那样，第一中断腔30和第二中断腔40可分别看作相对于移动触头91的转轴101的下中断腔和上中断腔。结果，第一表面11视为第一壳体10的下表面，下腔(第一中断腔30)相对于该下表面定位在上中断腔(第二中断腔40)和相同下表面(第一表面11)之间。

因此，本发明所述的排放通道24包括在第一壳体10的结构中，对于每个极杆，该第一壳体10的结构都构造有第一中断腔30。特别地，所述通道24在所述第一区域25和所述第二区域26之间无物理中断地延展，从而对应的内壁在两个区域25、26之间不具有断续性。断续性看作物理中断，如接触中的两个壁之间的接点。在气体排放期间，该技术方案允许气体保持气密地隔离在通道24内，即与开关装置1的其他部件隔离。与当前的方案不同，由于在两个区域25和26之间不存在物理中断，所以通道24的结构防止了气体朝向开关的其他部件或者朝向其他相邻装置的任何泄漏。

如上面已经强调的那样，图1至5示出了根据基本竖直安装模式的开关装置1。在所述方面且单独出于描述的目的，第一中断腔30和第二中断腔40在下面也将分别用术语“下中断腔30”和“上中断腔40”表示。类似地，在描述的过程中，第一表面11也将用术语“下表面11”表示。

图1是开关装置1的可能实施方式的立体图，根据该实施方式，第一壳体10包括后表面8(基本垂直于所述下表面11)和与后表面8相对的正表面9(也基本垂直于所述表面11)。如所示，内部中空部分15相对于第一壳体10的下表面11横向伸出，即它根据基本垂直于所述下表面11的平面形成。

更加详细地，该内部中空部分15形成为使得由后表面8在后部和由前表面12在前部界定，该前表面基本垂直于下表面11。特别地，根据该特定构造，该内部中空部分15突出成使得第一壳体10的一部分具有基本L形的形式。经由该构造，排放通道24的出口区域(在上面也表示为第二区域26)布置在离下表面11较远的位置，从而允许当装置1如所示地安装时气体的基本竖直排放。

第一壳体10优选地对于每个极杆都构造成使得下中断腔30在一侧由下表面11界定。经由该方案，排放通道12的第一区域25操作性地定位在靠近所述下表面11的水平处。换句话说，排放通道24完全形成在将要容置双断部件的第一壳体10的部分的外部。以此方式，有利地维持了开关装置1的可靠性和安全性。

图2是图1的开关装置的剖视图，示出了本发明进一步的优点。如上面已经描述的那样，内部中空部分15有利地与第一壳体10的至少一个部分一体制成为一个单一件，以便提高装置1的结构的物理连续性。换句话说，经由该方案，排放通道24形成为使得它们经由例如模制过程而与下中断腔30邻接。从而，有利地限制了生产时间和成本。

根据本发明的优选实施方式，该开关装置1优选地还包括第二壳体20，它能够容置例如开关装置1的一个或多个辅助和/或附属装置。在开关装置是自动开关的情况下，第二模块20能够容置例如电子或热磁保护继电器。另一方面，如果开关装置1构造为断路器，则第二模块20能够容置一组电接头，该电接头将断路器的下电极87连接到导电杆和/或夹或端子，以便进行外部连接。

如所示，第二壳体20在下表面11和/或内部中空部分15的前表面12的水平处与第一壳体10联接。特别地，根据本发明的优选实施方式，第二壳体20以可拆卸方式与第一壳体10联接，以便允许两个壳体10和20的独立更换和/或维护。详细地，后者优选地连接成使得第二壳体20操作性地定位在第一壳体10下方。更加准确地，该第二壳体20具有基本棱形构造，它延伸成使得与第一壳体10的L形构造在几何形状上互补，从而获得开关装置1的极其紧凑的构造。

如所述，内部中空部分15的前表面12因此可有利地用作两个壳体10和20之间的联接表面。这意味着，第二壳体20与构造在中空部分15内的排放通道24物理隔离。在实践中，这方面转换成第二壳体20可以以比用于第一壳体10的材料质量相对更低的材料生产的优点。如上面已经描述的那样，界定排放通道24的侧向壁由中空部分15的结构单独限定。

图3是图1的开关装置1的底视图，它详细地示出了本发明的可能实施方式。如所示，对于开关的每个极杆，内部中空部分15都构造有单个排放通道24，该排放通道从与对应下中断腔30连通的第一区域25延伸到与第一壳体10外的环境连通的第二区域26。特别地，第二区域26分成两个部分，这两个部分由横向壁26B分隔，从而将所排放的气流分成两个部分。

所述横向壁26B可有利地由例如改变所排放气体的化学物理特性---例如在温度和成分方面---的材料制成，从而使其更加可接受地排放到大气中。通过使用金属材料，可以降低例如气体排放温度。另一方面，具有气化属性的塑料材料的使用允许气体成分的改变，从而在排放期间限制例如火焰的可能形成。术语“气化属性”表示塑料在通过气体而产生的加热之后释放改变气体的化学特性的防火物质的能力。

更加通常地，该开关装置1优选地包括用于改变经由排放通道24排放的气体的化学物理特性的装置。所述装置能够包括例如布置在排放通道24内并由金属材料或气化塑料材料制成的分隔壁。特别地，所述分隔壁可有利地在排放通道的形成期间获得或插在排放通道中，例如在内部中空部分15的模制期间。在上面示出和描述的方案中所具有的该横向壁26B也应当看作是所述装置的可能实施方式。

在可能的替代性实施方式中，用于改变所排放气体的化学物理特性的装置可包括气化涂层(例如涂料)，该涂层涂敷到排放通道24的内表面或者界定下中断腔30的表面。

明显地，所述实施方式是用于改变所排放气体的化学物理特性的装置的可能实施方式。其他在功能上等同的实施方式也应当看作是落入本发明的范围内。

根据本发明的优选实施方式，通过模制具有气化属性的塑料，可有利地整体生产第一壳体10。以此方式，被气体直接或间接加热的所有部分都可有利地有助于改变气体的化学物理特性。

再次参照图2的图示，该开关装置1包括移动元件81，移动触头91安装在该移动元件上。所述移动元件81限定移动触头91的转轴101，并操作性地定位在下中断腔30和上中断腔40之间，每个中断腔都优选地以可拆卸方式容纳对应的电弧室，该电弧室设置有用作断弧器的金属板37。在每个中断腔30、40内是对应的静止触头90，该静止触头进而根据已知构造方法电连接到上电极88或下电极87。

移动元件81操作性地连接到操作它的控制机构82。在自动开关的情况下，该控制机构82操作性地连接到保护装置(例如定位在第二壳体20内的电子继电器)，该保护装置例如在短路情况下控制其操作。

根据本发明的优选实施方式，开关装置1的第一壳体10对于每个极杆都构造有用于将气体从对应上中断腔40排放的一个或多个上排气孔29(参见图1)。参照所示方案，第一壳体10对于每个极杆即对于由相同壳体构造的每个上中断腔40都构造有例如两个上排气孔。明显地，所示实施方式应当看作示例，并因此可用另外已知实施方式代替。

图4和5是图1中所示开关装置根据不同的观察点的分解图。如所示，第一壳体10包括后部47和以可拆卸方式操作性地连接到所述后部47的前部48。对所述联接进行拆卸的可能性有利地使得能够更加容易地检查和/或更换装置1的部件，例如容纳在对应中断腔30、40中的电弧室。

在所示方案中，两个部分47、48构造成使得内部中空部分15构成后部47的一部分。更加准确地，该内部中空部分与后部47一体制成为一个单一件。开关装置1的后表面8构成在前部处“开放”的后部47的基座。该前部48至少部分地在后部处开放，以允许控制机构82连接到移动元件81。该前部48还在前部处由一旦开关装置1组装之后即成为开关装置1的正表面9的部分来界定。

再次参照图2的剖视图，除了用于移动元件81的支撑件之外，第一壳体10的后部47对于每个极杆47都构造有上中断腔40和下中断腔30。控制机构82容纳在前部48内，控制杆84从其前部处伸出，从而允许机构的手动操作，或者允许对成对的触头进行手动断开或闭合。

再次参照图2的剖视图，前部48具有后表面93，该后表面一旦在第一壳体10的两个部分47、48已组装之后即限定每个中断腔30和40的一侧。以此方式，在中断腔30和40内产生的气体的唯一逃逸路径分别是由排放通道24和上排放通道29提供的路径。结果，表面93将控制机构82与两个中断腔30和40基本隔离，使得在机构自身的可靠性和耐用性方面具有明显优点。

明显地，上面描述了部件安装在构成第一壳体10的两个部分47、48内的可能并因而是非排它的安装方式。可替代地，前部48可包括简单的盖子，该盖子在前部处封闭成形为基本如同容器盒子那样的后部47。类似地，该后部47能够包括简单的后表面8，而前部48能够包括第一壳体10的其余部分。以相同方式，以大于上述的部分数量对第一壳体10进行生产的可能方案应当看作本发明的一部分。

本发明所述的开关装置所采用的技术方案允许完全实现所设定的目标。特别地，对于开关装置的每个极杆，它们允许在中断操作之后在下中断腔内产生的气体得到容易和安全的排放。所述通道还有利地与装置的不受废气流通影响的其他组成部件隔离。

如上所构思的开关装置可进行多种修改和改变，所有这些都落入本创造性概念的范围内；而且，所有细节都可用其他技术等同物来代替。

在实践中，根据需要和技术状态，所使用的材料及具体尺寸和形式可以是任意类型。

Claims (11)

1.一种用于低压系统的单极杆或多极杆双断开关装置(1)，对于每个极杆，所述装置(1)包括至少第一对触头和至少第二对触头，每对触头都包括静止触头(90)和移动触头(91)，所述静止触头和所述移动触头(91)能够分别在第一中断腔(30)和第二中断腔(40)的水平处相互地联接/脱离联接，所述装置还包括至少第一壳体(10)，在所述第一壳体内构造有所述中断腔(30，40)并且所述第一壳体(10)包括后表面(8)以及与所述后表面(8)相对的正表面(9)，其特征在于，所述第一壳体(10)包括第一表面(11)，所述第一表面(11)基本垂直于所述后表面(8)，其中，从所述第一表面横向地突出有内部中空部分(15)，从而在后部处由所述后表面(8)界定且在前部处由前表面(12)界定，所述前表面(12)基本垂直于所述第一表面(11)且平行于所述第一壳体(10)的所述正表面(9)，并且，对于每个极杆，所述内部中空部分(15)包括一个或多个排放通道(24)，每个排放通道都设置有与所述第一中断腔(30)连通的第一区域(25)，每个所述通道(24)都包括第二区域(26)，所述第二区域与所述第一区域(25)相对且与所述第一壳体(10)外的环境连通，以允许气体从所述第一中断腔(30)的内部排放，所述内部中空部分(15)与所述第一壳体(10)的至少一个部分一体制成，所述第一中断腔(30)定位在所述第二中断腔(40)与所述第一表面(11)之间。

2.如权利要求1所述的开关装置(1)，其特征在于，所述排放通道(24)不中断地延伸在所述第一区域(25)与所述第二区域(26)之间。

3.如权利要求1或2所述的开关装置(1)，其特征在于，所述内部中空部分(15)通过与所述第一壳体(10)的至少一个部分模制成一个单一件而制成。

4.如权利要求1所述的开关装置(1)，其特征在于，对于每个极杆，所述第一壳体(10)构造成使得所述第一中断腔(30)由所述第一表面(11)界定，对于所述装置(1)的竖直安装模式，所述一个或多个排放通道(24)的所述第一区域(25)定位在靠近所述第一表面(11)的水平处。

5.如权利要求1所述的开关装置(1)，其特征在于，所述开关装置包括第二壳体(20)以容置所述开关装置(25)的辅助和/或附属装置，所述第二壳体(20)在所述第一表面(11)的水平处和/或在界定所述内部中空部分(15)的所述前表面(12)的水平处联接到所述第一壳体(10)。

6.如权利要求5所述的开关装置(1)，其特征在于，所述第二壳体(20)以可拆卸方式与所述第一壳体(10)联接。

7.如权利要求1所述的开关装置(1)，其特征在于，所述开关装置包括用于改变待从所述第一中断腔(30)排放的气体的化学物理特性的装置。

8.如权利要求7所述的开关装置(1)，其特征在于，用于改变化学物理特性的所述装置与所述一个或多个排放通道(24)操作性地组合。

9.如权利要求8所述的开关装置(1)，其特征在于，用于改变气体的化学物理特性的所述装置包括设置在所述一个或多个排放通道(24)内的分隔壁。

10.如权利要求9所述的开关装置(1)，其特征在于，所述分隔壁由金属材料或具有气化属性的材料制成。

11.如权利要求1所述的开关装置(1)，其特征在于，所述第一壳体(10)包括以可拆卸方式彼此连接的后部(47)和前部(48)，所述后部(47)与所述内部中空部分(15)一体制成。

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