CN101901725B - 用于将电线连接至断路器的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于将电线连接至连接端子以便与断路器直接或间接连接的设备，包括：至少一个第一导电本体，所述第一导电本体具有第一端部和第二端部，所述第一端部用于操作性地连接至所述端子，而所述第二端部用于操作性地连接至所述电线的导体元件；至少一个热导本体，所述热导本体包括含有冷却流体的隔绝密封腔，所述至少一个热导本体操作性地耦联至所述至少一个第一导电本体，使得所述隔绝密封腔具有布置成接近所述第一端部的第一表面和布置成接近所述第二端部的第二表面。

Description

用于将电线连接至断路器的设备

技术领域

本发明涉及一种用于将电线连接至断路器的连接端子的设备，具体涉及一种这样的连接设备，该连接设备除了使断路器能够电气连接至电线之外，还可以将热从断路器吸取并将热传递至电线自身。

背景技术

如已知，低压断开装置(即用于标称电压达1000V AC/1500V DC的应用场合)，如自动断路器，隔离开关，和接触器，通常称为“开关设备”且以下统称为断路器，为设计成用于使电气系统的具体零件以及所安装的负载能够正确操作的设备。

这些设备通常安装在位于电气系统中的配电盘内部。配电盘通常包括合适的单元(cell)或小室(cubicle)，其布置成用于将设备连接到电力配电线路。配电线路通常由导体系统构成，如导电条和/或线缆。适当的配电盘的使用，除提高实用性、使用的人体工程学以及系统美观外形之外，还有利于随着时间推移而保持所有安装零件的正确功能和充分的安全性条件。

待用设备的选择及其安装方法，应与配电盘的技术特性兼容。此兼容性涉及电气，尺寸，机械，及热方面。对于断路器，具有三种主要的在配电盘中的安装构造。

具体为，断路器的第一种安装方法是所谓“固定”实施形式，其中断路器的电气端子直接且稳定地连接到配电线路的导体。这种连接通常使用夹具或螺钉来进行。

断路器的第二种安装方法是所谓插入实施形式，其中使用特殊的转接件设备，其与配电盘以机械方式连接，并借助于其自身的电气端子而稳定地连接到配电线路的导体；每个断路器以机械方式耦联于相应的转接件设备，并且借助于适当的插入型电气端子，其实现了与配电线路的电气连接；插入型耦联件通常包括插头-插座型机构。

断路器的第三种安装方法是所谓可拔出实施形式；其基本是前述可拆卸方法的演进，其中加设了附属元件，如导轨和/或支撑件和/或运动装置，以便于断路器的插拔操作。

这三种安装方法中，第一种最简单和最便宜，但其只适合于确定的方案以及在任何情况下都不可变动；另一方面，可拆卸和可拔出型方法具有更大的灵活性。事实上，这些使得---一旦转接件被紧固在配电盘中——能够非常迅速且完全安全地安装或拆卸断路器，并且最重要的是，无须对配电线路直接干涉。

可拆卸和可拔出型的断路器的安装，相比于固定型安装，确实至少具有一个缺点。为了实现插入型接合(插头/插座)，事实上有必要引入至少一个附加电气导体元件。考虑到由断路器及其相关的转接件组成的组件，事实上可以将其极杆或分支中的每个示意性地表示为由相互布置成串联的元件构成的电气链。在这种电气链中，每个元件都导致电阻增加(或类似地劣化总传导性)，并由此构成因焦耳效应而产生热的潜在性起因。

不需要的热产生于各种不同的传导部分(例如由铜制成)中，并且最重要的是，也在每个存在的电气耦联件处产生。所存在的各种不同接合，特别是插头/插座的插头和断路器的主触点，其因其性质而无法被焊接，事实上引入了类似的微中断，在这些微中断处能够发现显著的电阻局部增加。在实践中，因焦耳效应而产生的最为关键的能量扩散峰值以及因此而产生的不需要的生热，趋向于在这些区域中发生。

如可以看出，因这些扩射而产生的热导致增加了由断路器、小室和配电盘构成的系统的温度。但是由于断路器的温度和配电盘的温度应当被保持在预定的操作限度内，由断路器及其相关转接件构成之系统的传导分支中任何不需要的电阻增加，迫使限制通过装置能够获取的电力。此外，温度能给断路器的操作造成负面影响。同样已知的是，如果所使用的转接件、小室和配电盘的特性有利于热积累，断路器的温度趋向于更为迅速地增加。在实践中，通过适当的计算，可以限定当断路器安装在配电盘的小室中时，断路器能够在安全工况下运转的、满理论载荷的最大百分率。实际可使用的最大载荷(相对于理论标称容量)的百分率，通常以“减额”系数的形式表示，该系数基于安装的总有效条件。这些安装条件考虑到断路器、转接件、小室、配电盘、外部环境等之特性的组合。

除了与减额相关联的约束，由此而期望将断路器的操作温度保持于低水平之外；众所周知，事实上操作温度越高，断路器或者其较敏感部件的寿命越小。

各个制造商已引入许多方案，以便减小断路器极杆电阻以及断路器与转接件之间的电气耦联件的接触电阻，并/或以便改进配电盘的总热效率。尽管这些为大家所熟知的方案确实提供了一些技术效益，但仍然有进一步改进的空间和必要。

发明内容

因此，本发明的主要目标是正视这些问题，并提供一种方案，该方案使得可以改进断路器、以及断路器插在其内的整个电气配电盘的冷却。

该目标通过一种用于将电线连接至连接端子以便与断路器直接或间接连接的设备来实现。

其特征是，该设备包括：

至少一个第一导电本体，所述第一导电本体具有第一端部和第二端部，所述第一端部用于操作性地连接至所述端子，而所述第二端部用于操作性地连接至所述电线的导体元件；

至少一个热导本体，所述热导本体包括含有冷却流体的隔绝密封腔，所述至少一个热导本体操作性地耦联至所述第一导电本体，使得所述隔绝密封腔具有布置成接近所述第一端部的第一表面和布置成接近所述第二端部的第二表面。

附图说明

进一步的特性与有利之处，通过对根据本发明所述的设备的一些优选但不排他的实施方式的说明而会变得更为显而易见，这些实施方式仅借助于附图且通过非限定性示例示出，在所述附图中：

图1是示出根据本发明所述的连接设备的第一实施方式的立体图；

图2是图1所示设备的分解图；

图3是示出借助于图1和2所示类型的多个设备而与一系列接触夹连接的低压断路器的立体图；

图4是示出可拔出型的中断设备的分解立体图，该中断设备在装配阶段中利用图1-2所示类型的连接设备而处在中间转接件(改装套件)内以及处在用于电气配电盘的转接件内；

图5-10是根据本发明所述的连接设备的可能实施方式的立体示意图；

图11是示出根据本发明所述的连接设备的另一种实施方式的立体图；

图12是图11所示设备的分解图；

图13是示出连接在图4之类型的用于电气配电盘的转接件与电线的导电条系统之间的、根据本发明所述的连接设备的立体图。

具体实施方式

下文说明中将具体提及根据本发明所述的用于连接电线与断路器的一个或一个以上的端子的连接设备，而不以任何方式试图限制其应用范围为不能用于其他电气开关或断开设备；通过断路器的定义，应理解任何电气断开或开关设备，其能够从断开状态转换到闭合状态(并且反之亦然)，并能够断开/恢复与之相关联的电路中的电流；此设备能够由，例如但不限于，隔离开关，或接触器，或自动开关(断路器)，即特别设计成在出现大的电气故障时进行干涉的开关设备构成。

此外，下文说明中将提及断路器的单个端子与相关联的电线的相应导体元件的连接；显然该说明应理解为以完全类似的方式适用于断路器的所有端子以及电线的相关导体元件。

参见附图，根据本发明所述的连接设备，由附图标记1总体表示，包括至少一个第一本体2，其由导电材料，如铜或铝制成，以及具有至少一个第一端部3和第二端部4。

第一部分3用于在安装阶段中与断路器20连接，具体是与断路器20所配备的端子21中的一个连接，用于与相关联的电线进行输入和输出电气连接。

进而，第二端部4用于与电线的导体元件连接，如一个或一个以上的导电条50，如图13中示例性地示出。在图1-4所示的示例中，端部4包括夹22，用于与电线连接，例如，通过图4中由附图标记23所表示的相应导体；显然，该部分4能够根据具体应用(例如固定、可拔出或可拆卸)以完全不同的方式构造。

另外，应当理解，端部3能够与断路器的端子21直接连接，如图4所示，或者借助于中间定位一个或一个以上的导电元件，如线缆，导电条等而进行连接；类似地，部分4下游的电气链也能够包括一个或一个以上的互连导电元件。

有利地，设备1包括至少一个热导本体，由附图标记10总体表示，其也能够由，例如，铜、陶瓷、或铝、或其组合来制成，或者由任何其他市场可购的适合于该目的的材料来制成，并且其包括隔绝密封腔11，该腔含有冷却流体；优选地，腔11包括小量可汽化液体，例如水。优选地，密封腔11的壁具有多孔，粗糙，或带棱的内表面。

热导本体10操作性地与导电本体2耦联，使得隔绝密封腔具有第一热交换表面，其布置成接近本体2的第一端部3，从而(直接或间接地)吸收由断路器20的端子21产生的热，以及具有第二热交换表面，其与第一表面分离，布置成接近第二端部4，从而(直接或间接地)将热传向电线的导体元件。

根据具体的要求与应用，导电本体2和热导本体10均能做成各种形状，而且每个均能由单个部件，或若干单独并互连的部件组成。而且，设备1的各种部件之间的相互连接还能够依据应用情况而变化。事实上，设备1能够有利地在新设施中或在改装应用情况中使用，在新设施中断路器的端子与电线的连接点之间的相对位置能够在设计阶段中限定，由此使得能够为设备1的部件提供尽可能简单的实施方式，例如直线伸展，而在改装应用情况中，即，其通过用具有完全不同尺寸的新断路器替换老旧的断路器而结合到之前存在的设施中。在这些情况中，所采取的连接路径可能会是曲折的，而且由此连接设备1还包括具有适于具体情况的几何构造的部件。

特别地，根据一种可能的实施方式(图1-4的示例)，热导本体10从外部连接于导电本体2。作为选择，热导本体10操作性地与导电本体2耦联，使得隔绝密封腔11至少部分地布置在导电本体自身内部。

根据另一种实施方式，热导本体10完全布置于导电本体2内部(见图5-8的示例)。此外，热导本体10可拆卸地连接(见图1-4、图5和8的示例)于导电本体2，由此，如有必要，就可以用等同体替换热导本体；或者本体10能以确定的方式耦联于本体2，亦即再也不可分离，除非通过对设备1进行破坏性干涉，例如在图6-7、11-12中示出的那样，其中热导本体10完全嵌置在导电本体2内部。

现在，特别参见图1-4中所示的实施方式，本体2由两个以机电方式彼此耦联的成形刚性导电条构成，例如螺纹连接在一起(见图3和4)；进而，热导本体10包括至少一个隔绝密封中空管状元件12，优选地，包括多个彼此平行延伸的隔绝密封中空管状元件12。这些管状元件12的内壁由此构成界定各自腔11的表面，每个腔均含有冷却流体。

在该示例性实施方式中，还提供了两个适当成形的板13，14，其也由热导材料制成，例如，铝或铜。两个板13和14布置于多个管状元件12(在所示的示例中为两个)的相对端，并适当地连接于管自身12的端部；通过这种方式，板在各个管12之中起到结构“束缚件”的功能，并且还用作从管12自身集热的集热器或向管12自身散热的热扩散器。热导本体10在这种情况下在外部，优选地以可拆卸方式，连接到导电本体2；为此，板13和14装备有合适的孔，其能够收纳紧固螺钉-螺母15，例如图3和4中所示。

在示意性地示出在图6，7，9和10中的实施方式中，本体2出于简明而示出为由规则成形的单个块体构成，例如平行六面体。

进而，在图6之示例中，热导本体10具有与图1-4中示出的结构类似的结构，因此包括多个隔绝密封中空管状元件12，例如3个，隔绝密封中空管状元件在其相对端处与两个板13和14连接。特别地，在该实施例中，热导本体10完全嵌置在导电本体2内部。此方案能够例如通过在本体10周围“建造”本体2的块体而制成，这源于根据冶金技术及工艺而固结的金属粉末，所述冶金技术及工艺在本技术领域中众所周知，因此将不详细说明。例如，能够使用共同模制技术，这与粉末技术或浇注“铸造”相关。

图7的实施例中示出类似的方案，其中，与图6的示例不同，热导本体10不包括板13和14，而只包括嵌置在块体2内的多个隔绝密封中空管状元件12。

在图5和8中示意性地示出的示例性实施方式中，导电本体2包括具有两个零件2A和2B的夹层结构，其以这样的方式相互耦联成使得限定一个或一个以上的内座，热导本体10可以容纳于内座内。两个零件2A和2B，在图5和8的示例中，也由两个平行六面体块体构成，一旦本体10被容纳，两个零件便能够例如通过焊接而相互确定地附连，或者，如有必要，则两个零件以可分离的方式连接，例如通过对它们进行螺纹连接，从而通过后一种案，导体10可拆卸地与本体2耦联。在实践中，如有必要，将足以旋开两个适当预先布置的零件2A和2B，并插入形成本体10的部件。

进而，热导本体10包括，例如，与图6的结构类似的结构，其容纳于由两个零件2A和2B限定的座内(图5)，或者，包括类似于图7的结构的结构，即其包括一个或者优选地一系列隔绝密封中空管状元件12，这些隔绝密封中空管状元件布置于由半块体2A和2B限定的一个或若干座内(图8)。

在图9和10中所示的另一种实施方式中，密封腔11的壁至少部分地由导电本体10的表面构成；在这种情况下，本体2能够，举例来说，通过借助于钻孔或挤压而使其直接设置有一个或一个以上的贯通通道16而制成。因此，在该示例中，热导本体10包括由沿着导电本体2伸展方向的贯通通道16形成的密封腔，并且对于每个贯通通道16，包括一对封闭元件17，如，由密封材料制成的塞。需要注意在图9的方案中，导电本体2与热导本体10在结构上基本一致。

作为选择，在每个通道16的内部(在这种情况下通道可以是完全或部分地贯通的通道)，隔绝密封并含有冷却流体的中空管状元件12能够被直接插入。

在这种情况以及在所有的方案---其中导电本体2和热导本体10通过机械装置而保持接触---中，在装配时，能够加入流体(作为热导膏或胶)，以便优化热传导，特别是对于热导本体10或板13，14的端部。

在图11和12中所示的另一种优选实施方式中，通过例如轧制而形成开口于适当构造的本体2自身的外表面的座19。在这种情况下，热导本体10包括至少一个隔绝密封中空管状元件12，其成形为例如与座19对应的型式。管状元件被插在座19内，并密封，例如借助于使用例如金属基膏20的钎焊。具体地，优选地使用这样的钎焊合金作为密封元件，所述钎焊合金的特征是熔点足够低，从而使得能够在不损坏管状元件12的情况下进行钎焊，而熔点又足够高以一旦设备1在电气设施中使用时能抵抗。例如，为了获得在140℃至270℃之间的熔点，能够使用比例可变但锡占更大比例的锡铋合金。

在借助于浇铸的钎焊之后，例如能够进行研磨以去掉坯料。通过这种方式，能够获得光洁的外表面，其中管状元件完全嵌置在座19中并被密封件覆盖。

最后，还是在图5至12的各种示意性形状中，本体2设置有横向孔18，其适合于收纳用于与断路器的端子连接以及与相关联的电线的导体元件连接的装置。

在实践中已观察到，根据本发明所述的设备1如何使得能够通过提供若干相对于已知方案的显著改进而完成预期范围。事实上，设备1将用于以电气方式连接断路器和线路的元件2与冷却设备10结合，后者具有：较暖的部分，其布置成接近断路器的端子，所述端子布置成与断路器内真正的断开零件直接接触，即与断路器能够达到最高温度的部分接触；以及“较冷的”部分，其与较暖的部分分离，能够在电气连接的任一点处找到，优选地朝向本体2连接至电线元件的区域。在实践中，较暖的部分用作用于布置在密封腔内的冷却流体的蒸发器，而较冷的部分则用作冷凝器；基本上，“热短路”在电气链的两个部分之间实现，其特征是非常不同的温度，其中设备10在其较暖的部分(断路器端子)处吸收热，从而将热传向较冷的部分，使得热接着被进一步传到与较冷的部分接触的区域(传向电线)。

例如，假定操作端子的温度初始为T1(端子)＝130℃，并且与线路连接的连接区域处的温度为T2＝100℃，则通过为每个端子的连接器(上和下)配备两个直径为6mm的管状元件(共12支管)，而可实现每支热管的近似可吸取功率等于15W，因此总的可吸取功率将等于180W。结果，端子的温度将为T1(端子)＝105℃，同时第二连接区域(朝向电线的冷区域)处的温度将保持基本不变，因为在该区域中，系统的热容量相比于所吸取的热的适度的量而言高出许多。

此外，应当指出设备1具有简单结构，其能够被迅速和有效地安装在低压系统中而不需要特殊的预先布置，并且其可以作为套件出售以便应用于任何类型的需要使用其的开关设备。

特别地，以这种方式设计的设备1可完美地适于固定型、可拔出型或可拆卸型断路器中的任一种。在与固定型断路器有关的应用中，设备1优选地直接应用于断路器的端子21与电气系统的导电条之间。

在可拆卸或可拔出型的应用中，设备1能够应用于中间导电条，其将开关端子与导体连接，例如转接件(例如图4和13)的插入型耦合件(插头-插座)，或者，应用于转接件下游、转接件端子与电线的导电条系统之间。例如，图4中出示了可拔出实施形式的断路器20，其包括中间转接件30，以及转接件40，用于电气配电盘。配电盘转接件40在其底壁的内表面上包括一系列连接元件23，用于与断路器的相应端子21连接(此处也是直接或间接)，并且在外部包括一系列连接端子24，用于与电线连接，例如与成形导电条系统连接。在这种情况下，每个设备1能够从一侧连接到端子24而从另一侧连接到相应导电条50(或插置元件)，如图13所示，其中管状元件12由虚线示意性地表示。

因此，本发明的另一个目标由一种电气开关设备构成，特别是一种采用固定、可拆卸或可拔出实施形式的低压断路器，其具有一对可相互分离/耦合的触点，用于断开/闭合相关联的电线，以及多个与所述电线连接的输入和输出连接端子，该电气开关设备的特征在于，其包括至少一个根据所附权利要求中所说明和限定的设备1。

通过这种方式，所有条件等同时，使用设备1使得能够获得具有比不设置有此设备1的同样断路器更高额定值的断路器。显然，此设备能够作为完整断路器(固定实施形式)用于商业销售，或者作为可拔出或可拆卸型断路器的一部分用于商业销售，所述可拔出或可拆卸型断路器主要包括接着将与固定零件耦联的可拔出或可拆卸型断开零件，且装备有或不装备有由30，40表示的类型的转接件均可。此外，此设备1能够例如以改装操作而与应用于任何类型的电气配电盘中的断路器一同使用，或者能够通过将其简单地与已经存在的断路器结合以便将其与相关联的电线连接而安装在配电盘内，并且能够无差别地安装在水平或竖直伸展的配电导电条系统中。因此，本发明的另一个目标是，一种电气配电盘，其包括断路器，所述断路器具有用于与电线进行输入和输出电气连接的多个端子，所述电气配电盘的特征在于，其包括至少一个设备1，所述设备1用于将所述电线连接至所述端子中的一个，如前文所说明以及如所附权利要求中所限定。通过这种方式，与通常对于已知配电盘的小室所估计的相比，更大的电气功率被获取，从而能够具有极其紧凑、有效而且能量效率高的设施方案。

如此构思的设备1容许多种改变与变型，所有这些改变与变型均处在本发明概念的范围中；此外，所有细节均能被其他等同技术元件替换。例如，可改变管状元件的数量及其构造，如直线、弯曲或其组合；板能够被其他元件替换，如夹具或系杆，能够使用热导膏或胶以提高效率；或者，本体2能够以完全不同的方式成形/进行尺寸设计，如，具有阶梯状、弯曲状等部分。此外，还可以执行前文说明的示范性示例的任何组合。在实践中，材料，以及尺寸，根据要求以及技术状态可以是任何种类。

Claims (4)

1.一种用于将电线连接至连接端子(21)以便与断路器(20)直接或间接连接的设备(1)，包括：

至少一个第一导电本体(2)，所述第一导电本体具有第一端部(3)和第二端部(4)，所述第一端部用于操作性地连接至所述端子(21)，而所述第二端部(4)用于操作性地连接至所述电线的导体元件(50)；

至少一个热导本体(10)，所述热导本体包括含有冷却流体的隔绝密封腔(11)，所述至少一个热导本体(10)操作性地耦联至所述至少一个第一导电本体(2)，使得所述隔绝密封腔(11)具有布置成接近所述第一端部(3)的第一表面和布置成接近所述第二端部(4)的第二表面，其特征在于，所述至少一个热导本体(10)从外部连接至所述第一导电本体(2)，并且，所述至少一个热导本体(10)包括多个隔绝密封中空管状元件(12)，所述中空管状元件(12)彼此平行延伸，所述中空管状元件的内壁界定各自的含有所述冷却流体的腔(11)，并且，所述至少一个热导本体(10)还包括布置在所述多个管状元件(12)的相对端处且连接至所述相对端的第一板(13)和第二板(14)。

2.如权利要求1所述的设备(1)，其中，所述至少一个热导本体(10)以可拆卸方式连接至所述第一导电本体(2)。

3.一种电气配电盘，包括断路器(20)，所述断路器具有用于与电线进行输入和输出电气连接的多个端子(21)，其中，所述电气配电盘包括如权利要求1所述的用于将所述电线连接至所述端子(21)之一的至少一个设备(1)。

4.一种电气开关设备(20)，所述电气开关设备具有用于断开/闭合相关联的电线的一对能够相互分离/耦合的触点，以及多个与所述电线连接的输入和输出连接端子(21)，其中，所述电气开关设备(20)包括如权利要求1所述的至少一个设备(1)。