CN102612723B - 包括旋转触头桥的单极断开单元、包括这样的单元的开关装置和包括这样的装置的断路器 - Google Patents

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Abstract

一种断开单元，包括触头桥(22)、协同所述触头桥操作的至少一个静触头(41，51)以及具有容纳凸出在杆(20)的每个侧面上的所述桥的横向孔(21)的旋转杆(26)，所述杆(20)配合在断开单元的两个侧面板(14)之间。所述触头桥包括分别布置在旋转杆(26)的径向表面和侧面板(14)之间的两个密封法兰(27)。至少一个灭弧室(24)开口到触头桥(22)的开口体积上。旋转杆(26)包括连接到横向容纳孔(21)的至少一个通道(29)。

Description

包括旋转触头桥的单极断开单元、包括这样的单元的开关装置和包括这样的装置的断路器
技术领域
本发明涉及单极断开单元，其包括旋转触头桥、与所述触头桥协同操作并连接到电流输入导体的至少一个静触头、具有间隙地容纳所述触头桥的容纳孔的旋转杆，所述触头桥在杆的每个侧面上凸出，所述旋转杆插入在断开单元的两个侧面板之间，所述侧面板大致彼此平行。所述旋转触头桥还包括分别布置在旋转杆的径向表面和侧面板之间的两个密封法兰以保证在断开单元的内部和外部之间的密封性。至少一个灭弧室开口到触头桥的开口体积。
本发明还涉及包括这样的断开单元的开关装置。
本发明还涉及包括这样的开关装置的断路器。
背景技术
触头桥在开关装置中的使用描述在许多的专利中，特别是在本申请人提交的专利EP 0538149和EP 0560697中。
以已知的方式，如图1A，1B所示，模制的外壳开关装置包括由绝缘塑料材料制成的外壳12，该外壳包含一个极的断开元件，也就是一对静触头41，51和动触头桥22，以及两个灭弧室24。大致矩形形状的外壳12由两个大的侧面板形成。动触头桥22由插入在两个大的侧面板之间的旋转杆26支撑。旋转杆26具有贯穿的容纳孔21，该孔的直径在平行于大的侧面板的方向延伸。动触头桥22具有间隙地通过该孔并凸出在杆26的每个侧面上。触头桥22安装为浮在杆26上。两个电流输入导体4，5连接到静触头41，51。
为了保证有效的电流断开，在杆26的驱动心轴位置的漏气必须避免。这些漏气具有产生回流并妨碍在灭弧室中的电弧的插入的效果。
在旋转杆和模塑外壳之间的紧的密封因此是必要的。该密封可以通过分别布置在所述杆和两个大的侧面板的内壁之间的杆的表面上的两个法兰实现。但是，这种解决方案的效率并不是完美的。凸缘围绕驱动心轴配合，具有轴向操作间隙，该间隙会导致在电流中断中引起的气体的通过。
发明内容
因此，本发明的目的是消除现有技术中的缺点以提出一种包括有效的密封装置的具有旋转杆的断开单元。
根据本发明的断开单元的旋转杆包括直接连接在贯穿容纳孔和径向表面之间的至少一个贯穿通道以使得灭弧气体可以经由所述贯穿通道直接流动到至少一个密封法兰以为了将密封法兰推动抵靠到侧面板之一上，以实现密封性。
根据本发明的特定实施例，旋转杆包括分别连接在横向容纳孔和径向表面之间的两个贯穿通道以使得灭弧气体能够经由所述贯穿通道直接流动到密封法兰，以为了将密封法兰推动抵靠在侧面板之一上，以实现密封性。
根据本发明的特定实施例，旋转杆包括直接从第一径向表面通过旋转杆到第二径向表面的贯穿通道。
有利地，贯穿通道包括平行于旋转杆的纵轴的纵轴。
有利地，贯穿通道包括对齐旋转杆的纵轴的纵轴以使得灭弧气体可以施加大致对齐所述杆的纵轴并均匀地分布在密封法兰上的止推力。
优选地，密封法兰包括至少部分地覆盖旋转杆的纵向表面的横向颊。
优选地，横向颊部分地闭合容纳杆的容纳孔。
优选地，横向颊定位在密封法兰的整个圆柱周边上。
根据本发明的改进模式，密封法兰包括至少一个偏心通过孔，其用于连接杆的通过，以机械地固定数个杆到彼此，连接杆从而由一组的数个单极单元共有的机构控制。
有利地，断开单元包括一对静触头，每个静触头协同旋转触头桥和电流输入导体操作。所述单元包括分别开口到触头桥的开口体积上的两个灭弧室。每个灭弧室连接到至少一个灭弧气体排气通道，所述排气通道开口到断开单元的外壳的线路侧面板，所述线路侧面板定位为与用于布置为与脱扣装置接触的另一负荷侧面板相对。
有利地，所述灭弧气体排气通道彼此结合在开口到断开单元的外壳的线路侧面板上的共用导管。
优选地，第一和第二灭弧室各自的灭弧气体排气通道为不同长度的，从而在第一排气通道中流动的灭弧气体设计成通过文丘里效应吸引在第二通道中流动的气体。
根据本发明的改进模式，灭弧室的所述至少一个排气通道通过包括由至少一个金属片覆盖的至少一个内壁的至少一个减压室。
根据本发明的开关装置包括如前限定的至少一个断开单元。所述装置包括触头促动机构，所述至少一个断开单元设计来一方面连接到在负荷侧端子板5的位置的脱扣装置7，另一方面连接到在负荷侧端子板4的位置的待进行保护的电流线路。
根据本发明的断路器包括如前面限定的开关装置。所述断路器包括连接到开关装置的负荷侧端子板的脱扣装置。
附图说明
其它的优点和特征将从下面对本发明的在附图中示出的特定实施例的描述清楚地显现，其中所述实施例是示例性的而绝不是作为限制性例子的目的，其中：
图1A示出已知的单极断开单元的横截面侧视图；
图1B示出图1中的断开单元的旋转杆的详细透视图；
图2示出根据本发明的实施例的包括开关装置的断路器的透视概图；
图3A示出根据本发明的实施例的包括开关装置的断路器的分解透视图；
图3B示出根据本发明的实施例的在组装过程中的开关装置的透视图；
图4-8示出根据本发明的优选实施例的单极断开单元及其外壳的一部分的透视图；
图9A和9B示出根据本发明的断开单元的排气通道的详细横截面视图。
具体实施方式
根据本发明的实施例，断路器100包括与开关装置600相关联的脱扣装置7
根据本发明的开关装置600包括至少一个单极断开单元10。根据本发明的单极断开单元设计为一方面连接到在负荷侧端子板5位置的脱扣装置7，另一方面连接到待在负荷侧端子板4位置处的要被保护的电流线。单极断开单元10也称作盒。
根据如图3A，3B所示的本发明的优选实施例，开关装置600包括三个单极断开单元。开关装置100然后为三极断路器。根据未示出的其它实施例，开关装置可以是单极、两极或者四极断路器。
关于简化本发明的优选实施例的介绍，构成开关装置100的元件以及特别地形成断开装置600的单极断开单元10将就断路器100在面板中安装就位的使用位置、包括平行于安装面板的竖直手柄的鼻状部9、电线上的线路侧连接端子板4位于顶部且形成顶部表面74，脱扣装置7在底部的情况来描述。相对位置术语，例如“横向”、“横向”、“顶部”、“底部”等，不应解释为限制因素。手柄用于控制电触头的促动机构8。
每个单极断开单元10使得单极能够被中断。所述单元有利地为由模制塑料形成的平坦的外壳12的形式，具有由厚度e分隔的两个平行的大的面板14。特别地，在所示实施例中，对于160A等级，厚度e为大约23毫米。
外壳12是由两部分形成，这两部分优选具有镜面对称，通过任何合适的方式经由它们的大的面板14彼此固定。如图3中的优选实施例所示，凸榫和臼类型的互补系统使得外壳的部分能够被调节以彼此配合，两个部分(未示出)的一个包括适当的尖头以进入另一部分的凹陷中。而且，提供这样的布置形式18使得单极单元10的外壳12并置并且固定单极单元10以用于多极断路器100。
单极断开单元包括罩在外壳12中的中断机构20。中断机构20包括能够围绕旋转轴Y旋转的动触头桥22。动触头桥22包括具有触头条的至少一端。动触头桥22的所述触头条设计来协同静触头进行操作。所述桥枢转安装在其中触头条从静触头41分开的打开位置和其中触头条与静触头41接触的电流流通位置之间。
动触头桥22安装为浮在旋转杆26上，旋转杆26具有容纳所述触头桥的容纳孔21。通过横向容纳孔21的动触头桥22从杆26凸出。所述旋转杆26配合在断开单元10的外壳12的两个侧面板14之间。
根据如图5，7和8所示的本发明的改进模式，两个密封法兰27优选地分别布置在旋转杆26的径向表面和侧面板14之间以保证断开单元10的内部和外部之间的密封性。出于例子的目的，由于旋转杆的形状，密封法兰27为圆柱形状的并可以为垫圈形式的。
旋转杆26包括直接连接在横向容纳孔21和侧面板14之间的至少一个贯穿通道29以使得灭弧气体可以直接经由所述贯穿通道流动到至少一个密封法兰27以推动所述密封法兰27抵靠在侧面板14之一上，实现紧的密封。
根据第一替代实施例，旋转杆26优选地包括分别连接在横向容纳孔21和径向表面之间的两个贯穿通道29，以使得灭弧气体可以直接经由所述贯穿通道流动到密封法兰27，以推动密封法兰27抵靠在侧面板14上实现紧的密封。
根据第二替代实施例，旋转杆26的贯穿通道29优选地贯穿并且直接从第一径向表面通过旋转杆26到第二径向表面。所述贯穿通道29优选地包括平行于旋转杆26的纵轴的纵轴。贯穿通道29进一步优选地包括与旋转杆26的纵轴对齐的纵轴以使得灭弧气体可以施加止推力，该止推力大致对齐杆的纵轴并均匀地分布在密封法兰上。
根据密封法兰27的特定实施例，所述凸缘包括横向颊，该横向颊至少部分地覆盖旋转杆26的纵向表面以部分地闭合横向容纳孔21。横向颊优选地定位在密封法兰27的整个圆柱周边上。
根据如图5-8所示的优选实施例，中断机构20是双旋转中断类型的。根据本发明的开关装置100事实上特别用于直到630A的应用，并且在直到800A的某些应用中，单个中断会是不足够的。动触头桥22然后包括在每个末端上的触头条。触头桥22的触头条优选地关于旋转轴Y对称地定位。穿过横向容纳孔21的旋转动触头桥22凸出在杆26的每个侧面上。断开单元包括一对静触头41，51，静触头41，51设计来协同动触头桥22的触头端子板进行操作。所述桥枢转安装在其中触头条从静触头41，51分开的打开位置和其中它们与静触头41，51接触的电流流通位置之间。第一静触头41设计来通过线路侧端子板4连接到电流线。第二静触头51设计来通过负荷侧端子板5连接到脱扣装置7。单极断开单元10包括用于熄灭电弧的两个灭弧室24。每个灭弧室24开口到触头桥22的触头端子板和静触头41，51之间的开口体积。每个灭弧室24通过两个侧壁24A、远离开口体积的后壁24B、靠近静触头的底壁24C和顶壁24D界定。如图5所示，每个灭弧室24包括一堆至少两个去离子翅片25，所述翅片通过灭弧气体的交换空间彼此隔开。
根据本发明的特定实施例，如特别地在申请人的与本申请同日提交的名称为“Switchgear device having at least one single-pole breaking unitcomprising a contact bridge and circuit and circuit breaker comprising such adevice”的法国专利申请中描述的，断开单元10的外壳12进一步包括用于优化气体流动的配置。每个灭弧室24包括连接到至少一个灭弧气体排气通道38，42的至少一个出口。所述排气通道38，42用于经由定位在外壳12的与另一负荷侧面板相对地定位的线路侧面板上的至少一个贯穿孔40移除气体。外壳12的负荷侧面板设计来布置为与脱扣装置7接触。
每个灭弧室24包括在连接到排气通道38，42的两个翅片25之间的至少一个交换空间。所有的交换空间优选在距离开口到后壁的体积一定距离的区域的位置以及在灭弧室24的侧壁处连接到排气通道38，42。
根据该实施例，断开单元10中的触头桥22以及旋转杆26的组装是“反向的”。期望的是，在操作中，触头促动机构8(参见图2和3A)的手柄9定心在断路器100的开关装置600上，电线保护装置的保护前面板然后能够为对称的。为了该目的，杆26的旋转方向已经被选择为反向的，也就是，连接端子板5到脱扣装置7是向着断路器100的后部定位的，而线路侧连接端子板4在顶部处向着前部定位。
动触头桥22因此在触头的打开位置和闭合位置之间在顺时针方向旋转。这样，在旋转触头桥的旋转方向是反向的该优选实施例中，从连接到负荷侧端子板5的触头排出的气体，其在传统的方式中应当向下且向着设备的后部导向，被移位到断开单元10的顶部和前部。位于设备的后部和底部的区域对应其中脱扣装置7和任何可以存在的固定支撑件例如特别地DIN导轨布置所在的区域。特别地，断开单元10的外壳12的壳体通过第一排气通道38在前侧延伸。所述第一通道使得灭弧气体能够从与脱扣装置7耦合的负荷侧端子板5导向到开关设备100的顶部。灭弧气体经由贯穿孔40被移除到外壳外部。贯穿孔40在中断装置的顶部，特别地在线路侧端子板4的上方的定位同样降低飞弧的风险。
从连接到线路侧端子板4的触头41发出的废气进一步有利地同样经由至少一个第二排气通道42向上以及向着断开单元10的前部导向。特别地，所述至少一个排气通道42至少部分地定位在断开单元10的外壳12的平行的大的面板14中。
如图6所示，根据改进模式，两个横向排气通道42部分地安置在断开单元10的外壳12的外面。这两个通道连接到同一个灭弧室24。每个横向排气通道42通过两个孔44A，44B连接到外壳12的内部。横向排气通道42的外部部分能够优选地在外壳12的壁中挖出。
根据如图5和6所示的本发明的改进模式，全部的排气通道38，42彼此结合在开口到断开单元10的外壳12的线路侧面板上的共用导管。灭弧气体然后经由单一贯穿孔40移除。在灭弧室24中中断发生时产生的气体因此有利地远离脱扣装置7以及任何可以存在的固定支撑件例如DIN导轨导向。
根据第一替代实施例，第一和第二灭弧室24各自的排气通道38和42为不同长度的，从而在第一排气通道中流动的灭弧气体设计为通过文丘里效应(Venturi effect)吸引在第二通道中流动的气体。
有利地，外壳12的每个部分模制有内部配置，从而使得构成中断机构20的不同元件，特别地用于灭弧室24的每一个的两个对称壳体，能够相对稳定地定位，且模制有圆形中心壳体，从而使得杆26能够得以配合。
根据本发明的特定实施例，如特别地由本申请人在本申请的同一天提交的名称为“Functional spacer for separating the cartridges in a multi-polebreaking device and circuit breaker”的法国专利申请中描述的，单极单元10通过间隔件46组装以形成双壳体48。这有利地采用了该结构的优点以将每个横向排气通道42部分地结合在间隔件46中。特别地，如图4所示，间隔件46由模制塑料组成并主要包括设计来平行于断开单元10的大的面板14的中央分隔部52。两个间隔件46的并置因此限定单极断开单元10容纳其中的腔56。有利地，每个间隔件46的两个相对的底部边缘54在执行间隔件46在彼此上的夹持时在腔56的后部以大致紧紧地密封的方式闭合腔56。每个间隔件46包括使得第二横向排气通道42能够部分地被限定的配置。有利地，每个横向排气通道42部分在两个出口孔44A，44B和相对应元件68之间蚀刻在盒10的外壳12的外部大面板14中，所述相对应元件68在中央分隔部52上为蚀刻和/或凸出轮廓。当执行间隔件46在盒10上的并置和夹持时，气体能够从出口孔44A沿着分隔部52导向到顶部孔44B。
单极断开单元10设计来同时被驱动并为了该目的通过特别地在杆26的位置的至少一个杆30以及例如通过形成限制动触头桥22的停止的孔32而耦合。根据优选实施例，单一驱动杆30被使用，并且外壳12的每个部分包括圆弧形式的孔34，从而使得通过该孔的杆30能够在电流流通位置和断开位置之间至少运动。
根据如图5-7所示的本发明的特定实施例，所述至少第二排气通道42通过至少一个减压室43，该减压室43包括由金属片85覆盖的至少一个壁。
由所述片覆盖的内壁优选地形成减压室43的一部分。该金属片85构成颗粒捕获器，该颗粒捕获器一方面用于在正常情况下捕获由中断产生的金属颗粒以热保护位于捕获器下游的塑料部件，另一方面降低灭弧气体的温度。颗粒捕获器进一步保护位于所述至少一个金属片85后面的通道的塑料部件，并提高外壳12的密封表面的密封性。
使用至少一个金属片85来至少部分地盖体排气通道的内壁使得能够良好地捕获由在发生电流中断时分离器、触头和导体的侵蚀产生的熔融的钢球和铜球。所述至少一个金属片包括最小厚度以防止熔融球体刺穿该金属片。最小厚度优选地为0.3和3毫米之间，其可以根据产品的中断能量进行调节。
所述至少一个金属片85由钢、铜或者基于铁的合金形成。
如图9A所示，由颗粒捕获器的所述至少一个金属片85覆盖的排气通道的内壁形成相对于气体的流动方向为45°和140°之间的角度α。支撑所述至少一个金属片的壁优选地位于垂直于灭弧气体的流动方向的平面中(α＝90°)。在实践中，通过将所述至少一个金属片85在气流的弯道中或者弯道的出口处，颗粒相对于片的挤压和粘着由于离心力而得以促进。
所述至少一个金属片85至少部分地覆盖排气通道的内表面。金属片沿着通道的纵轴延伸。由所述至少一个金属片85覆盖的内壁在流动方向的总长度L至少等于从所述片的上游测量的通道的最小流动横截面积S的平方根。尽可能大的长度对于降低气体的温度是期望的。需要的最小长度根据以下等式予以表示：
L≥√Smin
其中Smin表示排气通道的最小横截面的表面积。
所述至少一个金属片85进一步地在排气通道的内部周边P上在垂直于气体流动方向的方向延伸。要求的所述片在其上延伸的最小距离l根据以下等式予以表示：
Pm/10≤l≤Pm
其中Pm表示颗粒捕获器位于其中的排气通道的平均周长。
所述减压室优选地定位为尽可能地靠近灭弧室的出口。根据特定实施例，减压室布置在灭弧室24的底部壁上。
根据实施例的第二变型，排气通道38包括设计来通过灭弧气体的流动而旋转驱动的旋转阀45。阀从第一位置到第二位置的旋转设计来促动开关设备的脱扣装置以产生触头的打开。
根据本发明以这种方法获得的断路器100使得乍一看不符合工业要求的以下内容尽可能好地得到遵从：
-由于使用具有动触头桥22的双中断，相同结构能够用于直至800A的整个范围；
-中断机构20的可靠性以及其最优化通过使用被证明良好的解决方案而得以保证；
-脱扣装置7能够经由底部连接到开关装置600的负荷侧端子板，从而由于旋转触头中断桥22的旋转方向的反向而给予到连接螺丝的更好的可及性；
-脱扣装置7的互换性得以实现，从而实现开关设备100的极大延迟差动；
-由于断开单元10的旋转方向的反向，开关装置600的鼻状部9被定心，特别地在42.5毫米，从而使得对称的前盖板能够用在配电柜中；
-灭弧气体的排出不再在断路器100的连接件4，5下面执行，从而限制了在中断时飞弧的危险。

Claims (15)

1.一种单极断开单元，包括：
旋转触头桥(22)；
与所述触头桥协同操作并连接到电流输入导体(4，5)的至少一个静触头(41，51)，
具有容纳孔(21)的旋转杆(26)，该容纳孔间隙地容纳所述触头桥，所述触头桥凸出在所述杆(26)的每个侧面上，所述旋转杆(26)插入在所述断开单元的两个侧面板(14)之间，所述侧面板彼此大致平行，
分别布置在所述旋转杆(26)的径向表面和所述侧面板(14)之间以保证所述断开单元的内部和外部之间的密封性的两个密封法兰(27)，
开口到所述触头桥(22)的开口体积上的至少一个灭弧室(24)，
其特征在于，所述旋转杆(26)包括直接连接在贯穿的容纳孔(21)和径向表面之间的至少一个贯穿通道(29)，以使得灭弧气体可以直接经由所述贯穿通道流动到至少一个密封法兰(27)，以推动所述密封法兰抵靠在所述侧面板(14)之一上，以实现密封性。
2.如权利要求1所述的单极断开单元，其特征在于，所述旋转杆(26)包括分别连接在横向容纳孔(21)和径向表面之间的两个贯穿通道(29)，以使得灭弧气体能够经由所述贯穿通道直接流动到密封法兰(27)，以推动所述密封法兰抵靠在侧面板(14)上，以实现密封性。
3.如权利要求1所述的单极断开单元，其特征在于，所述旋转杆(26)包括从第一到第二径向表面直接通过旋转杆(26)的贯穿通道(29)。
4.如权利要求3所述的单极断开单元，其特征在于，所述贯穿通道(29)包括平行于所述旋转杆(26)的纵轴的纵轴。
5.如权利要求4所述的单极断开单元，其特征在于，所述贯穿通道(29)包括与所述旋转杆(26)的纵轴对齐的纵轴以使得灭弧气体能够施加大致对齐所述杆的纵轴并且均匀地分布在所述密封法兰(27)上的止推力。
6.如前述权利要求中任一项所述的单极断开单元，其特征在于，所述密封法兰(27)包括至少部分地覆盖旋转杆(26)的纵向表面的横向颊。
7.如权利要求6所述的单极断开单元，其特征在于，所述横向颊部分地闭合容纳所述旋转杆(26)的容纳孔(21)。
8.如权利要求7所述的单极断开单元，其特征在于，所述横向颊定位在所述密封法兰(27)的整个圆柱周边上。
9.如权利要求8所述的单极断开单元，其特征在于，所述密封法兰(27)包括至少一个偏心的通过孔(32)，其用于连接杆(30)的通过，以机械地固定数个旋转杆(26)到彼此，所述连接杆(30)从而由一组的数个单极单元所共同的机构控制。
10.如权利要求9所述的单极断开单元，其特征在于，它包括：
一对静触头(41，51)，每个静触头与旋转触头桥(22)和电流输入导体(4，5)协同地操作；
两个灭弧室(24)，它们分别开口到所述触头桥(22)的开口体积上，
每个灭弧室(24)连接到至少一个灭弧气体排气通道(38，42)，所述排气通道开口到断开单元(10)的外壳(12)的线路侧面板上，所述线路侧面板定位为与用于与脱扣装置(7)接触的另一面板相对。
11.如权利要求10所述的单极断开单元，其特征在于，所述灭弧气体排气通道(38，42)彼此结合在开口到断开单元(10)的外壳(12)的线路侧面板上的共用导管。
12.如权利要求11所述的单极断开单元，其特征在于，第一和第二灭弧室(24)各自的灭弧气体排气通道(38，42)为不同长度的，在第一排气通道中流动的灭弧气体设计来通过文丘里效应吸引在第二通道中流动的气体。
13.如权利要求12所述的单极断开单元，其特征在于，灭弧室(24)的所述至少一个排气通道(42)通过包括由金属片(85)覆盖的至少一个内壁的至少一个减压室(43)。
14.一种开关装置(600)，包括如前述权利要求中任一项所述的至少一个单极断开单元(10)，其特征在于，它包括触头促动机构(8)，所述至少一个断开单元设计来一方面连接到在负荷侧端子板(5)的位置处的脱扣装置(7)，另一方面连接到在负荷侧端子板(4)的位置处的要进行保护的电流线路。
15.一种断路器(100)，包括如权利要求14所述的开关装置(600)，其特征在于，它包括连接到开关装置(600)的负荷侧端子板(5)的脱扣装置(7)。
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