CN104347326A - 开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关装置（1），特别是断路器或故障电流断路开关，所述开关装置具有移动触点（8）和固定触点（3），其中在接通状态下使移动触点（8）的接触位置（10）与固定触点（3）的接触位置（5）接触。固定触点（8）的接触位置（10）与固定触点（3）的接触位置（5）由壳体（55）包围，其中该壳体（55）由铁磁材料制成。

Description

开关装置

技术领域

本发明涉及一种带有机械的移动触点和机械的固定触点的开关装置。

背景技术

这种开关装置尤其可以是断路器或故障电流断路开关。断路器的实例称作线路保护开关。在开关装置的接通状态下，移动触点的接触位置与固定触点的接触位置接触。在断开开关装置时，将移动触点的接触位置与固定触点的接触位置分开，在此可以在移动触点的接触位置与固定触点的接触位置之间点燃电弧（开关电弧）。为了尽可能小地保持由于电弧出现的触点烧损，致力于电弧在接触位置上短暂的停留时间。

发明内容

本发明的目的在于提出一种开关装置和方法，其中电弧快速地运动远离接触位置。

按本发明，所述目的通过根据按独立权利要求所述的开关装置以及方法来实现。开关装置以及方法的有利的设计方案在从属权利要求中给出。

公开了一种开关装置，特别是断路器或故障电流断路开关，其具有移动触点和固定触点，其中在开关装置接通状态下移动触点的接触位置与固定触点的接触位置接触，其中移动触点的接触位置和固定触点的接触位置由壳体包围，并且其中该壳体由铁磁材料、特别是由钢制成。在此有利的是，所述移动触点的接触位置与固定触点的接触位置由铁磁性材料制成的壳体包围。也就是该壳体不仅包围移动触点的接触位置，而且也包围固定触点的接触位置。通过该壳体增强了包围移动触点的接触位置与固定触点的接触位置的磁场（该磁场由流经固定触点以及移动触点的电流形成）。由此，在接触位置区域内存在增强的磁场，由此使在接触位置之间燃烧的电弧快速地运动远离接触位置。换句话说，通过所述壳体增强了移动触点和固定触点区域内的磁场，更精确地说是接触位置区域内的磁场。

可以如此设计所述开关装置，使得所述壳体是用于磁场的磁路，该磁路由流经固定触点和移动触点的电流形成。由铁磁性材料形成的磁路集中磁场线并且因此增强磁场。

也可以如此设计所述开关装置，使得壳体布置在开关装置壳体（开关壳体）内部。通过将壳体集成到开关装置壳体内部不需要改变开关装置壳体，从而不改变开关装置的外部。尤其从开关装置壳体外部不能看到所述壳体。

在此可以如此构造所述开关装置，使得开关装置壳体由绝缘材料、尤其塑料制成。开关装置壳体防止与开关装置的引导电压的部件接触。

在开关装置中，所述壳体可以具有第一开口。

此外可以如此设计开关装置，使得第一电导体穿过第一开口。

在开关装置中，第一电导体可以与固定触点电连接。

在开关装置的前面所描述的变型方案中，所述第一开口实现了借助于第一电导体将待接通的电流导向固定触点。

此外可以如此设计开关装置，使得所述壳体具有第二开口。

在此，该第二开口可以与第一开口对置。

也可以如此设计开关装置，使得第二电导体穿过第二开口。

在开关装置中，第二电导体可以与固定触点电连接。

此外可以如此设计开关装置，使得第二电导体将固定触点与消弧装置、尤其消弧室电连接。

在开关装置的前面所述的变型方案中，第二开口实现了电弧远离接触位置的运动。在此，电弧从壳体运动出来。电弧尤其可以借助于第二电导体运动至消弧装置。

也可以如此设计开关装置，使得壳体在第二开口上具有斜区段（斜壳体边缘），该斜区段基本上垂直于第二电导体布置。通过斜区段实现了第二电导体的大部分布置在增强的磁场范围内。由此使得电弧特别好地运动远离接触位置。

也可以如此设计开关装置，使得所述壳体是两部分的壳体。两部分构造的壳体可以特别简单地装配在开关装置中。

在此可以如此构造开关装置，使得所述壳体具有壳体外壳以及盖子。所述壳体外壳尤其可以具有U形的横截面。所述盖子封闭壳体外壳，由此围绕移动触点的接触位置并且围绕固定触点的接触位置环绕地封闭所述壳体。由此，该壳体形成了用于磁场的起作用的磁路。

也可以如此设计开关装置，使得所述壳体不仅与固定触点而且与移动触点间隔开。由此，该壳体不仅与固定触点而且与移动触点电绝缘。

可以如此构造开关装置，使得壳体与固定触点之间的距离在0.5mm和5mm之间，尤其在1.5mm和2.5mm之间。证实了1.5mm和2.5mm之间的距离是一方面壳体与触点的电绝缘以及另一方面磁场的增强之间良好的折衷方案。

也可以如此设计开关装置，使得所述移动触点是旋转触点。

此外公开了一种用于在开关装置、尤其断路器或故障电流断路开关中使电弧运动的方法，该开关装置具有移动触点和固定触点，其中在开关装置接通状态下使移动触点的接触位置与固定触点的接触位置接触，其中在该方法中，

-借助于流经移动触点和固定触点的电流产生磁场，

-该磁场通过壳体增强，其中该壳体包围移动触点的接触位置和固定触点的接触位置，并且其中该壳体由铁磁材料、尤其由钢制成，并且

-通过增强的磁场使得在移动触点的接触位置和固定触点的接触位置之间点燃的电弧运动远离移动触点的接触位置和固定触点的接触位置。

可以如此设计所述方法，使得该磁场通过用作磁路的壳体来增强。

也可以如此设计所述方法，使得壳体布置在开关装置壳体（开关壳体）的内部。

也可以如此设计所述方法，使得通过增强的磁场额外地将力施加到移动触点上，如此使得移动触点的接触位置运动离开固定触点的接触位置。由此更快地断开电接触（更快的动态的接触断开）。

所述方法的所述变型方案具有与上面对开关装置所说明的优点相同的优点。

附图说明

下面根据实施例更详细地解释本发明。为此示出：

图1是具有敞开的壳体的开关装置的实施例的示意性侧视图，

图2是图1的侧视图，其中用盖子封闭壳体，

图3是图1中放大的截取部分，

图4是图2的开关装置从上面看的视图，

图5是图4中放大的截取部分，

图6是壳体的壳体外壳的三维视图，以及

图7是壳体盖的三维视图。

具体实施方式

在图1中以示意图示出了线路保护开关形式的开关装置1的实施例。在此示出了线路保护开关的仅选出的部分，功率保护开关的一些部分出于更好的清晰起见被省略。

所述线路保护开关1具有固定触点3，该固定触点承载着固定触点侧的接触件5。开关1的移动触点8承载着移动触点侧的接触件10。示出了线路保护开关1的断开状态（切断状态），其中移动触点8的接触件10与固定触点3的接触件5分开。在开关1的闭合状态（接通状态）下，接触件10与接触件5接触。接触件5和接触件10分别形成了接触位置，在该接触位置上移动触点与固定触点接触；电流流经该接触位置。（接触件5形成了固定触点3的接触位置；接触件10形成了移动触点8的接触位置）。

所述移动触点8可围绕旋转点13旋转地进行支承，所述移动触点8是旋转触点。移动触点8的凹槽16与开关1的未示出的锁扣机构连接。由此借助于（未示出的）操作杆能够手动操作移动触点。这种锁扣机构由现有技术已知。

所述固定触点3借助于第一电导体20与线圈22的绕组的第一端部电连接。线圈22的绕组的第二端部与线路保护开关的电接线25电连接。线圈22是磁性触发器的一部分，该部分在过电流时借助于（未示出的）推杆使移动触点8逆时针运动并且由此断开在移动触点与固定触点之间的电接触。

此外，固定触点3借助于第二电导体28与消弧装置30电连接。第二电导体28构造成导片28，该导片可以将电弧的端部从接触件5引导至消弧装置30。消弧装置30的第二接线构造成导轨32。该导轨32形成了在移动触点8的接触件10附近的弯曲处35并且随后进一步延伸至双金属载体38。

双金属载体38承载双金属带40的第一端部。双金属带40的另一端部与软接线42的端部电接触。该软接线42与移动触点8电连接。双金属载体38借助于另一软接线45与线路保护开关的第二接线48电连接。双金属带以已知的方式用作过温保护并且在出现过高的温度时断开电流。

线路保护开关的所述部件布置在开关壳体52（开关装置壳体52）中。该开关壳体52仅示意性地借助于虚线示出。该开关壳体52由绝缘材料制成，例如由塑料制成，并且以已知的方式用于防止接触传导电压的部件。

在线路保护开关1的接通状态下，电流从第一接线25经过线圈22流经第一电导体20、固定触点3、接触件5、接触件10、移动触点8、软接线42、双金属带40以及软接线45到达第二接线48。

固定触点3的接触件5以及移动触点8的接触件10由壳体55（接触壳体55或者说接触件壳体55）包围。在该壳体55中，在图1中仅示出了一个壳体外壳55a。省略了封闭壳体外壳55a的盖子55b（参见图4）。由此可以看到两个接触件5和10。

所述壳体55由铁磁材料制成。在实施例中，该壳体由钢制成，也就是钢包围接触位置5和10。该壳体55布置在开关壳体52的内部。

所述壳体55具有第一开口60，第一电导体20以及移动触点8通过该第一开口60延伸到壳体55的内部/内部空间中。此外，该壳体55具有第二开口62。该第二开口62与第一开口60对置。第二电导体28通过该第二开口62延伸到壳体55的内部。此外，第二开口62允许电弧从接触件5和10经由导片28或导轨32移出（运动或者说运动出）至消弧装置30。换句话说，第一电导体20穿过第一开口60。第二电导体28穿过第二开口62。

所述壳体55具有斜区段58（斜壳体边缘58）。该斜区段58基本上垂直于第二电导体28延伸。由此实现了大部分第二导体28布置在增强的磁场区域内。

所述壳体55不仅与固定触点3而且与移动触点8间隔开。壳体与固定触点之间的距离通常在0.5mm和5mm之间。被证明特别有利的是距离在1.5mm和2.5mm之间。这种距离一方面已经在壳体55和触点3、8之间形成良好的电绝缘。另一方面已经充分地增强了磁场。

壳体55直接包围固定触点3和移动触点8。在壳体55和固定触点3之间的中间空间以及壳体55与移动触点8之间的中间空间用气体填充，尤其用空气填充。也就是移动触点8和固定触点3例如是空气绝缘的触点。壳体55外壳状地包围固定触点3的接触位置5以及移动触点8的接触位置10。该壳体55也可以称作包围外壳。其涉及共同（用于触点3、8）的壳体55，该壳体设计成盒状的壳体或者说金属盒。

如果流经线路保护开关的电流超过了额定电流（例如出现短路时），那么由于该电流在接触区域内形成的磁场如此之大，使得移动触点逆时针旋转。由此，该磁场断开接触件5和10之间的电接触。涉及动态的接触断开；在此出现的力也称作接触断开力。在断开触点时，也就是在使接触件10与接触件5电分离时，在所述两个接触件之间形成电弧（开关电弧），由于该开关电弧使电流继续流过。随后该电流（其也流经线圈22）使得移动触点借助于上述的推杆进一步旋转远离固定触点3。

所述壳体55增强了在固定触点3和移动触点8区域内的磁场。通过增强的磁场使电弧快速地运动远离接触件5和10并且移动至消弧装置30。在此，该电弧的一个端部从接触件5经过导片28运动至消弧装置30的一端。该电弧的另一端部从接触件10运动至导轨32的弯曲处35并且随后运动至消弧装置30的另一端部。（也可以说，该电弧的另一端部从接触件10转换到导轨32的弯曲处35。）在消弧装置30中以这种已知的方式消除电弧。该消弧装置30在实施例中设计成所谓的消弧室（也称作去离子室或消电离室）。该消弧室具有多个相互电绝缘的金属板。电弧在金属板之间分成单个电弧。由于在此形成的电压分布，所述电弧快速消除。此外，通过金属板的良好的导热能力从电弧中取出热量，这一点使得消除加速。

在图2中示出了图1的线路保护开关，其中用壳体盖55b封闭壳体外壳55a。因此，图2示出了完整的壳体55，从而接触件5和10、移动触点8和固定触点3的一部分布置在壳体55的内部并且由此不能看到。所述壳体外壳55a和壳体盖55b分别在图6和7中示出。

在图3中放大地示出了图1中的截取部分。在此，用虚线表示电流300，该电流经由第一电导体20和固定触点3流向接触件5。开关电弧302在接触件5和接触件10之间燃烧。只要该电弧302燃烧，电流300就从接触件5流向接触件10并且继续通过移动触点8流向软接线42。如在图3中可以清楚地看出，流过的电流300具有U形的电流曲线。在固定触点3和移动触点8之间存在狭窄的平行的电流引导部，其中电流300在固定触点3和移动触点8中沿着相反方向流动。由此形成了通过场力线303说明的磁场。该场力线303在移动触点8和固定触点3之间的空间内沿着一个方向延伸并且在固定触点3或者说移动触点8的对置的一侧上通过壳体55沿着相反的方向封闭。所述壳体55也就是用于磁场的磁路并且由于其铁磁特性用于增强接触件5和10区域内的磁场。通过U形的电流曲线产生相互排斥的磁力。由此移动触点8被推开远离固定触点3。

磁场的增强基于这种已知的特性，即铁磁材料具有较高的相对导磁率μr。由此在磁场强度H保持相同时，根据公式B=μrμoH增强磁通密度B（μo=绝对导磁率=常数）。

增强的磁场B会使得移动触点8逆时针围绕旋转点13旋转，由此使得接触件10快速离开接触件5。也就是通过增强磁场的壳体55比没有壳体55的情况下更快地断开电接触。这是壳体55的重要的有利的效果。此外，增强的磁场沿着消弧装置30的方向（也就是在图3的视图中向下）使得电弧302快速运动并且由此远离接触件5和10。由此降低了电弧302在接触件5和10上的停留时间并且由此减少了接触件的烧损。由此或者可以在切断功率相同时使用更小的接触件（节省材料、节省成本），或者可以在接触件的尺寸保持相同时提高切断功率。通过增强的磁场使得电弧快速地运动或者说被驱动远离接触位置，并且随后可以快速通入消弧装置30中。

在图4中示出了图1的装置从上面看的视图。可以清楚地看出，可以通过第一开口60从上面看到壳体55的内部。

在图5中示出了图4中放大的截取部分。在从上面看的视图中可以清楚地看到，磁场线303（参见图3）闭合，其中闭合的磁路在三个侧面通过壳体55实现。此外可以清楚地看出，所述壳体55具有壳体外壳55a和壳体盖55b。

在图6和图7中分别单个地示出了壳体外壳55a和壳体盖55b。在图5到7中也可以清楚地看出，所述壳体55是两部分的壳体，其由壳体外壳55a和壳体盖55b组成或者说具有壳体外壳和壳体盖。

示出了通过壳体增强接触区域内形成的磁场。通过增强的磁场将开关电弧在其转换之前从移动触点到导轨比没有增强磁场的情况下更快地远离接触位置5和10运动。也就是有针对性地增强存在于接触位置上的磁场，从而将电弧驱离接触位置。此外，增强的磁场将更大的力施加到移动触点8上，这引起更快的动态的接触断开。

描述了一种开关装置以及一种方法，其中借助于壳体增强包围接触位置的磁场。由此使开关电弧更快地运动远离接触位置并且实现更快的动态的接触断开。

Claims (22)

1. 开关装置（1），特别是断路器或故障电流断路开关，所述开关装置具有移动触点（8）和固定触点（3），其中在接通状态下使所述移动触点（8）的接触位置（10）与所述固定触点（3）的接触位置（5）接触，

其特征在于，

-所述固定触点（8）的接触位置（10）与所述固定触点（3）的接触位置（5）由壳体（55）包围，其中所述壳体（55）由铁磁材料制成，尤其由钢制成。

2. 按权利要求1所述的开关装置，

其特征在于，

-所述壳体（55）是用于磁场的磁路，其由流经所述固定触点（3）和所述移动触点（8）的电流（300）形成。

3. 按权利要求1或2所述的开关装置，

其特征在于，

-所述壳体（55）布置在开关装置壳体（52）的内部。

4. 按权利要求3所述的开关装置，

其特征在于，

-所述开关装置壳体（52）由绝缘材料制成，尤其由塑料制成。

5. 按上述权利要求中任一项所述的开关装置，

其特征在于，

-所述壳体（55）具有第一开口（60）。

6. 按权利要求5所述的开关装置，

其特征在于，

-第一电导体（20）穿过所述第一开口（60）。

7. 按权利要求6所述的开关装置，

其特征在于，

-所述第一电导体（20）与所述固定触点（3）电连接。

8. 按上述权利要求中任一项所述的开关装置，

其特征在于，

-所述壳体（55）具有第二开口（62）。

9. 按权利要求8所述的开关装置，

其特征在于，

-所述第二开口（62）与所述第一开口（60）对置。

10. 按权利要求8或9所述的开关装置，

其特征在于，

-第二电导体（28）穿过所述第二开口（62）。

11. 按权利要求10所述的开关装置，

其特征在于，

-所述第二电导体（28）与所述固定触点（3）电连接。

12. 按权利要求10或11所述的开关装置，

其特征在于，

-所述第二电导体（28）将所述固定触点（3）与消弧装置（30）尤其消弧室电连接。

13. 按权利要求8到12中任一项所述的开关装置，

其特征在于，

-所述壳体（55）在第二开口（62）上具有斜区段（58），所述斜区段基本上垂直于所述第二电导体（28）布置。

14. 按上述权利要求中任一项所述的开关装置，

其特征在于，

-所述壳体（55）是两部分的壳体。

15. 按权利要求14所述的开关装置，

其特征在于，

-所述壳体（55）具有壳体外壳（55a）以及盖子（55b）。

16. 按上述权利要求中任一项所述的开关装置，

其特征在于，

-所述壳体（55）不仅与所述固定触点（3）而且与所述移动触点（8）间隔开。

17. 按权利要求16所述的开关装置，

其特征在于，

-所述壳体（55）与所述固定触点（3）之间的距离在0.5mm和5mm之间，尤其在1.5mm和2.5mm之间。

18. 按上述权利要求中任一项所述的开关装置，

其特征在于，

-所述移动触点（8）是旋转触点。

19. 用于在开关装置（1）、尤其断路器或故障电流断路开关中使电弧（302）运动的方法，所述开关装置具有移动触点（8）和固定触点（3），其中在接通状态下所述移动触点（8）的接触位置（10）与所述固定触点（3）的接触位置（5）接触，其中在所述方法中，

-借助于流经所述移动触点（8）和所述固定触点（3）的电流（300）产生磁场，

-所述磁场通过壳体（55）增强，其中所述壳体（55）包围所述移动触点（8）的接触位置（10）和所述固定触点（3）的接触位置（5），并且其中所述壳体（55）由铁磁材料、特别是钢制成，并且

-通过增强的磁场使在所述移动触点（8）的接触位置（10）与所述固定触点（3）的接触位置（5）之间点燃的电弧（302）运动远离所述移动触点（8）的接触位置（10）和所述固定触点（3）的接触位置（5）。

20. 按权利要求19所述的方法，

其特征在于，

-所述磁场通过用作磁路的壳体（55）来增强。

21. 按权利要求19或20所述的方法，

其特征在于，

-所述壳体（55）布置在开关装置壳体（52）的内部。

22. 按权利要求19到21中任一项所述的方法，

其特征在于，

-通过增强的磁场额外地将力施加到所述移动触点（8）上，如此使得所述移动触点（8）的接触位置（10）运动离开所述固定触点（3）的接触位置（5）。