CN107210163A - 用于断开开关设备中的电流路径的高速断路器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在发生短路或过载时用于断开开关设备中的电流路径的高速断路装置，其具有用于将驱动电枢从备用位置移动至跳闸位置的驱动器，其中所述驱动电枢的移动被设计为作用于所述开关设备的至少一个动触头，以此种方式使用保持装置将所述电流路径切断。本发明还涉及一种具有触头系统的开关设备，其包括至少一个静触头和至少一个动触头，其中为了形成和切断电流路径，通过用于功能性切换目的的驱动器，所述动触头能够相对于所述静触头在导通位置和断开位置之间可逆地移动；以及具有这种类型的高速断路装置。

Description

用于断开开关设备中的电流路径的高速断路器装置

技术领域

本发明涉及一种在发生短路或过载时用于切断开关设备中的电流路径的高速断路器装置，包括：用于将驱动电枢从备用位置移动到跳闸位置的驱动器，所述驱动电枢旨在作用于开关设备的至少一个动触头，从而使得电流路径被切断；保持装置,其用于将所述驱动电枢保持在跳闸位置。本发明还涉及一种开关设备，该开关设备包括由至少一个静触头和至少一个动触头组成的触头系统，借助于用于在操作期间切换的驱动器，所述动触头相对于所述静触头在闭合位置和打开位置之间可逆地移动，以便闭合和切断电流路径。

背景技术

例如，包括相应的电磁驱动器的这种类型的开关设备被用于电机启动器。这些开关设备旨在在操作期间适合用于切换负载，以用于断开过载和在短路情况下切断。原则上，为了实现这个功能，也可以使用两个单独的开关设备，特别地以电源开关形式的电机保护开关和以负载开关形式的保护设备。可替代地，已知的电机启动器中，切换和保护功能被集成在一个开关设备内。为了实现这个目的，这些电机启动器通常包括手动操作的机械闩锁。

WO 2014/023326 A1描述了一种用于紧凑和远程可操作的电机启动器的开关设备或用于开关设备的驱动器，利用该发明，负载能够在操作期间被切换，并且仅使用一个装置能够断开过载和短路。断开短路的问题是需要非常快速并且永久地打开闭合的触头以便确保可靠淬熄电弧，并且阻止电弧的再生和触头的熔接。为此，所述驱动器包括双极电磁驱动单元，其具有一个可移动电枢和用于在两个永磁、稳定电枢位置之间可逆地移动该电枢的两个不可移动的电磁线圈，其中，通过选择性地激励第一电磁线圈动触头能够被移动至闭合位置，并且通过选择性地激励第二电磁线圈，在电流路径中的短路允许的最大断开时间内，该动触头能够被移动至断开位置。

用于接通和断开的电磁驱动器的缺点在于它们具有在接通过程所需的相对较大的移动质量。然而，由于惯性，这种类型的驱动器具有相应地长的断开时间。以这种方式实现的断开时间可以持续长达可靠地断开短路所需的时间。作为对比，仅提供一个高速断路器，其独立于在操作期间切换的驱动器，以用于在发生短路或过载时切断开关设备中的电流路径。该高速断路器例如包括具有驱动电枢和驱动线圈的电磁驱动器，驱动电枢的移动旨在直接地或间接地作用于开关设备的动触头，使得电流路径被切断。在发生短路的情况下，动触头首先由电动力提升。产生的电弧被合适的灭弧装置猝熄。在以这种方式打开动触头能够退回并且重新闭合电流路径之前，高速断路器进一步将该动触头移向其打开位置。为了快速响应短路，高速断路器的驱动线圈被短路电流激励。一旦触头打开，这个电流再次快速减小，并且因此高速断路器不能确保该对触头的永久打开。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于切断开关设备中电流路径的高速断路器装置，该装置允许快速且永久的切断短路和/或过载。

上述目的根据独立权利要求1和7的高速断路器装置和根据权利要求11的开关设备来实现。从属权利要求的每一个阐述了优选的实施例和有益效果。

根据本发明用于在发生短路或过载时切断开关设备中电流路径的高速断路器装置，包括用于将驱动电枢从备用位置移动到跳闸位置的驱动器，该驱动电枢旨在作用于开关设备的动触头，从而使得电流路径被切断。此外，根据本发明，提供一个用于使该驱动电枢保持在跳闸位置的保持装置，这能防止已打开的动触头回落，即使当驱动器的励磁电流减小时，从而有利地防止电弧的再生和/或触头对的熔接；该驱动器被提供为一种包括驱动电枢和驱动线圈的电磁驱动器。

在本发明的上下文中，所述“驱动电枢作用在动触头上”应当被理解为表示力的任何直接或间接的机械施加，该力适合于将该动触头与和其关联的静触头切断和/或移动它，以便增加触头对之间的距离。为此，驱动电枢特别地能够移动致动器，例如以冲击叉(impact fork)的形式，以便将驱动力从驱动电枢直接或间接地传递到上述动触头或通过动触头支架传递到动触头。开关设备的触头系统可以包括一个或多个动触头，并且优选的，被设计为双断触头系统，其中，两个动触头特别地通过一个动触头支架连接，以便相对于电流路径的两个静触头是可移动的。在下文论述中的“驱动电枢作用于动触头”，在本发明的上下文中应当被理解为，驱动电枢作用于一个或多个动触头，取决于开关设备的设计，即使没有被明确提到，其变型对于本领域技术人员来说也是熟知的。

根据本发明的高速断路器装置的第一变型，保持装置包括刚性耦合至驱动电枢的保持电枢，和磁体装置，一旦驱动电枢到达跳闸位置，保持电枢由该磁体装置的磁力保持在保持位置。该磁体装置特别优选地包括线圈。可替换的或附加的，该磁体装置特别优选地包括永磁系统。

根据上述磁体装置的优选变型，其包括线圈但不包括永磁系统，单独由电流提供的线圈的电磁力将保持电枢保持在保持位置。因此，该保持电枢能够特别地通过断开线圈而被释放，使得高速断路器装置能够以有利地简便的方式被移回到备用位置，例如通过预应力使驱动电枢朝向备用位置的弹簧。

根据另外优选的变型，电磁装置包括永磁系统，用于使保持电枢保持在保持位置，但不包括线圈。在这种情况下，对于这种有利地简便设计的变型，通过对保持电枢施加克服永磁系统的电磁力的力而将其移回。所要求的该力可以源自高速断路器装置外部，例如，该力能够在操作期间用于切换开关设备的驱动器而产生。

根据电磁装置的另一个优选变型，其既提供了线圈又提供了永磁系统，提供的线圈用于产生电磁力，以便克服永磁系统的电磁力并释放保持电枢。这个实施例也以特别简便的方式有利地允许驱动电枢退回至备用位置。

根据本发明的高速断路器装置的第二变型，保持装置包括具有锁定元件的机械锁，锁定元件被预加应力抵靠驱动电枢，该锁定元件将驱动电枢强制地锁定在跳闸位置。这个实施例的一个优点在于，该保持装置直接作用于驱动电枢，从而使上述实施例中所引入的保持电枢能够被省去，因此特别有利地减少了安装空间和/或保持装置的重量。锁定元件特别优选地被闩锁在具有咬边的驱动电枢上的闩锁凹部，以防止被锁闭的锁定元件的意外解锁，例如由于震动或冲击。在这种情况下，锁定元件能够以滑动架的形式线性可移动，优选地在垂直于驱动电枢的运动方向的方向上。可替代地，锁定元件能够可旋转地安装，使得例如在锁定元件的一端施加预应力，而相对的一端被设置成强制地接合在闩锁凹部。

根据高速断路器装置的特别优选的实施例，锁定元件包括致动轮廓，锁定元件在致动轮廓上的偏转释放驱动电枢使其退回至备用位置。在这种情况下，例如，锁定元件是受到来自高速断路器装置外部施加的力而偏转的。

根据高速断路器装置的另一优选实施例，保持装置能够被在操作期间用于切换开关设备的驱动器移回，从而驱动电枢能够移回至备用位置。这个特别优选的实施例涉及上述所有实施例。

解决了初始提到的问题的本发明的另一主题涉及一种开关设备，其包含由至少一个静触头和至少一个动触头组成的触头系统，该动触头通过驱动器相对于该静触头在闭合位置和打开位置之间可逆地移动，以便闭合和切断电流路径。根据本发明，如上所述，提供了本发明的高速断路器装置的两个变型之一，驱动电枢在从备选位置移出到跳闸位置期间作用在动触头上，使得动触头从闭合位置到达打开位置，在该打开位置，驱动电枢被保持装置永久地保持。根据本发明的用于打开或断开通过电流路径的电流的开关设备包括至少一个静触头和至少一个动触头，动触头相对于静触头是可移动的以便闭合和切断电流路径。这种类型的触头系统可以仅包括一对触头。所述系统优选为双断系统，尤其是两个动触头通过一个动触头支架被连接，以便相对于电流路径的两个静触头是可移动的。在下文中，使用术语“动触头”和“静触头”，而不提到在每种情况下具有双断触头系统的实施例的可能性，因为这对本领域技术人员来说是熟知的。在这方面，包括两个动触头的动触头支架被术语“动触头”所涵盖。

根据开关设备的一个优选实施例，在断开过程期间，保持装置能够被在操作期间用于切换开关设备的驱动器移回。这允许保持装置以特别简便的方式移回至起始状态并且无需手动介入。在本发明的上下文中，“移回”或者“退回”应当被理解为高速断路器装置的驱动电枢在先前发生的保持装置的跳闸之后被释放，并且具体是从跳闸位置退回至备选位置。

在具有永磁系统而非线圈的保持装置中，在断开过程期间，在操作期间用于切换的驱动器的力优选地被施加到保持电枢，以便克服永磁系统的保持力。

在包括机械锁的保持装置中，在操作期间用于切换的驱动器优选地在断开过程期间使致动轮廓偏转。

在下文中将基于实施例和参考附图更加详细地描述本发明。实施例仅是示例且不限制本发明的一般概念。

附图说明

在附图中：

图1是包含高速断路器装置的开关设备的示意图；

图2是根据本发明的第一实施例的开关设备的部分的详细视图，其中高速断路器装置处于备用位置；

图3是根据图2的第一实施例的开关设备的部分的详细视图，其中高速断路器装置处于跳闸位置；

图4是根据本发明的第二实施例的开关设备的部分的详细视图，其中高速断路器装置处于备用位置；

图5是根据图4的第二实施例的开关设备的部分的详细视图，其中高速断路器装置处于跳闸位置；

图6是根据本发明的的第三实施例的处于断开状态的开关设备的部分的详细视图，其中根据本发明的高速断路器装置处于备用位置；

图7是根据图6的处于接通状态的开关设备的部分的详细视图；

图8是根据图6的开关设备的部分的详细视图，其具有根据本发明的处于跳闸位置的高速断路器装置的第三实施例；

图9是根据图6的第三实施例的开关设备的部分的详细视图，其中高速断路器装置从跳闸位置移动回到预备位置；以及

图10是高速断路器装置的第三实施例的细节。

具体实施方式

图1是开关设备的简化的示意图，其中高速断路器装置2和用于在操作期间切换的驱动器1布置在在一个共同的外壳内。用于接通或关断通过电流路径10的电流的开关设备包括两个静触头11、12，以便接通或关断电流，所述两个静触头11、12与动触头支架16上的两个动触头14、15相互配合，从而闭合和切断电流路径10。电磁驱动器1用于在操作期间在闭合位置(未示出)和打开位置(图中示出)之间移动动触头支架16，其中在闭合位置，成对的触头11、14和12、15是闭合的。在短路或过载的情况下用于切断电流路径10的高速断路器装置2也仅在此示意性地示出。将参考其余的附图更详细地描述表征根据本发明的高速断路器装置2和根据本发明的开关设备的具体特征。在操作期间用于切换的驱动器1通过机械装置作用在动触头支架16上，例如，在这个例子中，以摇杆34的形式(示意性示出)，摇杆被可转动地安装在旋转中心6处。如果驱动器1在远端作用在摇杆34上，包括动触头14、15的动触头支架16朝向静触头11、12移动，并且电流路径10会因此闭合。高速断路器装置2的驱动器3与在操作期间用于切换的驱动器1在相同的方向起动作，例如，而是作用在致动器8上，致动器8将驱动器3的力直接传递至包含动触头14、15的动触头支架16，并且因此使所述触头移动远离静触头11、12，从而切断电流路径10。原则上，驱动器3也可以作用于摇杆34的旋转点6的相对侧；然而，这将导致在操作期间用于切换的不工作的驱动器1从该机构脱离。

停止短路需要非常快速且理想地将动触头14、15从静触头11、12永久的切断。在短路电流中，由高速断路器装置2执行断开，动触头14、15首先被电动提升力提升。通过将动触头14、15与静触头11、12分开，会形成电弧，这些电弧各自被引导至猝熄系统21中。根据本发明，提供一种将参考附图2至8描述的保持装置20，以便永久地保持动触头14、15打开，该触头被驱动器3分离，以便当由于淬火过程而使驱动器3工作的励磁电流减少时，防止动触头14、15退回。这有利于防止电弧再生或甚至动触头14、15熔接至静触头11、12上。

图2至9分别示出了开关设备的静触头11、12和在动触头支架16上的动触头14、15的电流路径10，以及包括保持装置20的高速断路器装置2，所述支架通过接触压力弹簧5朝向闭合位置被施加预应力。为了简略，在图2至5中并未示出在操作期间用于切换的电磁驱动器1。图6至9示出了电磁驱动器1，但是，为了简略，没有示出在操作期间用于接通和断开、并且将力传递至动触头支架16以便在操作期间执行切换过程的机构。对本领域技术人员来说对应的保护驱动器1的结构是公知的。实施例中描述的相同部件具有相同的附图标记，并且在下文参考每个附图不会重复。

图2是根据本发明的开关设备的部分的详细视图，其是根据本发明的处于备用位置的高速断路器装置2的第一实施例，图3中示出的所述装置处于跳闸位置，其余部分均相同。这意味着，正是例如由短路触发的高速断路器装置2已经分开了电流路径10，而不是在操作期间用于切换的驱动器1。无论何种方式，当触发的高速断路器装置2被移动至根据图3的跳闸位置时，因此动触头14、15处于打开位置。为此，高速断路器装置2包括具有电枢4和电磁线圈7的电磁驱动器3。如果励磁电流流经电磁线圈7，例如在发生短路时，电枢4被操作，所述电枢通过致动器8和动触头支架16作用在基本上已经被来自静触头11、12的电动提升力升高的动触头14、15上，并且抵抗接触压力弹簧5的力将所述动触头按压到打开位置。在可替换的实施例中，电枢4也能够直接作用于动触头支架16或动触头14、15。在这种情况下，通过驱动器3的芯9被引导的致动器8能够被设计为冲击叉。致动器8通常可独立于机构(未示出)移动，以便传递在操作期间用于切换的驱动器1的力。

根据本发明，高速断路器装置2还包括用于将驱动电枢4保持在跳闸位置的保持装置20。根据一个实施例，保持装置20包括刚性耦合至驱动电枢4的保持电枢19，和磁体装置18，如图3所示，一旦驱动电枢4到达跳闸位置，保持电枢19被磁体装置18的磁力保持在图3所示的保持位置。在根据如图2和3的高速断路器装置2的第一实施例中，磁体装置18仅包括一个永磁系统23，而不包括电磁体。保持电枢19由臂17的端部区域组成，臂17被用作驱动电枢4和保持电枢19之间的刚性联接件17。优选的，保持装置20能够在断开过程期间被图1所示的在操作期间用于切换开关设备的驱动器1向后移动，例如通过在操作期间用于切换的驱动器1的力在断开过程期间作用在保持电枢19上，以便克服永磁系统23的保持力。

图4示出了根据本发明的开关设备的部分的详细视图，其是根据本发明的高速断路器装置2处于备用位置的第二实施例，图5中示出的所述装置处于跳闸位置，其余部分均相同。第二实施例与第一实施例的不同之处在于磁体装置18包括线圈22。在这种情况下，保持电枢19作为单独的组件被固定至刚性联接件17的一端，并且因此被驱动电枢4同时移动。第二实施例能够通过磁体装置18的两个变型形成，二者都是结合图4至5描述的。

根据一个变型，磁体装置18包括线圈22，但不包括永磁体。因此保持电枢19被线圈22的电磁力保持在保持位置。一个优点在于通过断开线圈22来释放保持电枢19，使其特别容易将高速断路器装置2移回至备用位置。

磁体装置18的另一个变型是提供一个永磁系统35,以便将保持电枢19保持在保持位置。线圈22用于产生电磁力以便克服永磁系统35的磁力并释放保持电枢19。

一旦保持电枢19已经被释放，驱动电枢4以两种方式退回至其备用位置，因此引起高速断路器装置2移回并且准备再次使用。为此，驱动电枢4能够例如以未示出的方式朝向其备用位置被施加预应力。可替代地，高速断路器装置2由在操作期间用于切换的驱动器1移回。

下面将参考图6至10描述根据本发明的高速断路器装置2的第三实施例。图6示出了根据本发明的处于断开状态的开关设备的部分的详细视图，其中高速断路器装置2处于备用位置。图7示出了处于接通状态的开关设备。图8示出了具有处于跳闸位置的高速断路器装置2的开关设备。图9示出了当高速断路器装置2从跳闸位置返回至预备位置时的开关设备。为了简略起见，图6至9示出了在操作期间用于切换的电磁驱动器1，而没有提供用于接通和关断的机构，例如，该机构能够作用在致动器8上，或独立于所述致动器执行切换过程。驱动1包括电枢30。本领域技术人员知道，电枢30的移动例如通过与摇杆34(图1)相对应的机构相应地传递到动触头支架16，以便在操作期间切换时，在打开位置和闭合位置之间来回地移动动触头14、15。

高速断路器装置2的第三实施例与上述实施例的区别在于，保持装置20包括用于驱动电枢4的机械锁，其可直接作用于驱动电枢4上，因此无需所引入的保持电枢。为此，保持装置20包括例如锁定元件25，其通过压簧27被施加预应力抵靠在驱动电枢4上，并在图10中详细示出。锁定元件25包括开口28，驱动电枢4通过开口28。棘爪29突出到开口中。根据图7，当电流路径10闭合时，如果发生过载或短路，高速断路器装置2被触发，使得驱动电枢4被操作和离开备用位置进入跳闸位置，并且因此通过如图8所示的致动器8按压动触头14、15进入打开位置。当到达跳闸位置时，驱动电枢4的闩锁凹部24到达锁定元件25的区域，于是锁定元件25的棘爪29(图10)被压簧27的预应力移动进入闩锁凹部24。因此锁定元件25将驱动电枢4强制地锁定在跳闸位置从而防止电流路径10的再接通、电弧的再生以及触头的熔接。在这种情况下，锁定元件25特别地闩锁到闩锁凹部24的咬边上，以防止已锁闭的锁定元件25的意外解锁。

下文将参考附图9描述高速断路器装置2的第三实施例的退回过程。驱动臂31被布置于在操作期间用于切换的驱动器1的电枢30上，设置该臂以移动锁定元件25抵抗压簧27的力的作用，以便释放驱动电枢4的锁定。压痕弹簧33将驱动电枢4移回至其备用位置。锁定元件25包括用于此目的的致动轮廓26，其与驱动臂31上的匹配轮廓32相互作用，在断开过程期间，该臂与电枢30一起被在操作期间用于切换的驱动器1移动。锁定元件25在致动轮廓26上的偏转，如图9所示，其中驱动电枢4被释放。因此在第三实施例中，在高速断路器装置2已通过关断过程跳闸之后，由在操作期间用于切换的驱动器1将之移回。

附图标记列表

1 在操作期间用于切换开关设备的驱动器

2 高速断路器装置

3 高速断路器装置的驱动器

4 驱动电枢

5 接触压力弹簧

6 旋转中心

7 电磁线圈

8 致动器

9 高速断路器的芯

10 电流路径

11 静触头

12 静触头

14 动触头

15 动触头

16 动触头支架

17 刚性联接件，臂

18 磁体装置

19 保持电枢

20 保持装置

21 灭弧系统

22 保持装置线圈

23 永磁系统

24 闩锁凹部

25 锁定元件

26 致动轮廓

27 压簧

28 开口

29 棘爪

30 在操作期间用于切换开关装置的驱动器的电枢

31 驱动臂

32 匹配轮廓

33 压痕弹簧

34 摇杆

35 永磁系统

Claims (14)

1.一种高速断路器装置(2)，用于在发生短路或过载时切断开关设备中的电流路径(10)，包括用于将驱动电枢(4)从备用位置移动至跳闸位置的驱动器(3)，所述驱动电枢的移动旨在作用于所述开关设备的至少一个动触头(14、15)使得所述电流路径被切断，提供用于将所述驱动电枢(4)保持在所述跳闸位置的保持装置(20)，其特征在于，所述保持装置(20)包括刚性耦合至所述驱动电枢(4)的保持电枢(19)，和磁体装置(18)，一旦所述驱动电枢到达所述跳闸位置，所述保持电枢被所述磁体装置的磁力保持在保持位置。

2.根据权利要求1所述的高速断路器装置，其特征在于，所述磁体装置(18)包括线圈(22)。

3.根据权利要求2所述的高速断路器装置，其特征在于，被提供电流的所述线圈(22)的电磁力使所述保持电枢(19)保持在所述保持位置。

4.根据权利要求3所述的高速断路器装置，其特征在于，所述保持电枢(19)能够通过断开所述线圈(22)被释放。

5.根据权利要求1或2所述的高速断路器装置，其特征在于，所述磁体装置(18)包括用于将所述保持电枢(19)保持在所述保持位置的永磁系统(23、35)。

6.根据权利要求5所述的高速断路器装置，其特征在于，提供所述线圈(22)用于产生电磁力以便克服所述永磁系统(35)的磁力并释放所述保持电枢(19)。

7.一种高速断路器装置(2)，用于在发生短路或过载时切断开关设备中的电流路径(10)，包括用于将驱动电枢(4)从备用位置移出至跳闸位置的驱动器(3)，所述驱动电枢的移动旨在作用于所述开关设备的至少一个动触头(14、15)使得所述电流路径被切断，提供用于将所述驱动电枢(4)保持在所述跳闸位置的保持装置(20)，其特征在于，所述保持装置(20)包括具有被预加应力抵靠所述驱动电枢(4)的锁定元件(25)的机械锁，所述锁定元件将所述驱动电枢强制地锁定在跳闸位置。

8.根据权利要求7所述的高速断路器装置，其特征在于，所述锁定元件(25)被闩锁在具有咬边的所述驱动电枢(4)上的闩锁凹部(24)中。

9.根据权利要求7或8所述的高速断路器装置，其特征在于，所述锁定元件(25)包括致动轮廓(26)，所述锁定元件在所述致动轮廓上的偏转释放所述驱动电枢(4)使其退回至所述备用位置。

10.根据上述任一项权利要求所述的高速断路器装置，其特征在于，所述保持装置(20)能够被在操作期间用于切换所述开关设备的驱动器(1)移回，从而所述驱动电枢(4)能够退回至所述备用位置。

11.一种包括触头系统的开关设备，其特征在于，根据权利要求1至10任一项所述的高速断路器装置(2)，所述触头系统由至少一个静触头(11、12)和至少一个动触头(14、15)组成，所述动触头由在操作期间用于切换的驱动器(1)相对于所述静触头在闭合位置和打开位置之间被可逆地移动，以便闭合和切断所述电流路径(10)。

12.根据权利要求11所述的开关设备，其特征在于，在断开过程期间，所述保持装置(20)能够被在操作期间用于切换所述开关设备的驱动器(23)移回。

13.根据权利要求12所述的开关设备，其特征在于，在包括永磁系统(23)的所述保持装置(20)中，在断开过程期间，在操作期间用于切换的所述驱动器(1)的力优选地被施加到所述保持电枢(4)，以便克服所述永磁系统的保持力。

14.根据权利要求12所述的开关设备，其特征在于，在包括机械锁的所述保持装置中，在操作期间用于切换的所述驱动器(1)在断开过程期间使致动轮廓(26)偏转。