CN107454790B - 具有改进背板的用于切换电流的可插拔电气装置 - Google Patents

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Abstract

用于切换电流的可插拔电气装置(2)，包括：包括紧固到框架的刚性背板(20)的静态框架(3)；能够连接到电气设备的连接端子(24)；以及包括用于切换电流的装置的可移除部分。背板(20)由热固性聚合物制成并且包括集成到背板(20)中并在垂直方向(Z26，Z28)上延伸的加强梁(24，26)。

Description

具有改进背板的用于切换电流的可插拔电气装置
技术领域
本发明涉及具有改进的背板的用于切换电流的可插拔电气装置。
背景技术
用于切换电流的电气装置，例如断路器或隔离开关，已经已知其包括能够安装在配电板中的静态框架(即，固定机架)和包含能够切换电流的电气开关装置的可移除部分，也称为“断开单元”。可移除部分可相对于框架在插入和拔出的位置之间移动。这种电气装置也被认为是可插拔的。
在插入位置中，可移除部分被接收在为此设置的静态框架的壳体的内部，从而允许电气开关装置电连接到电气设备的连接到框架的连接端子。在拔出位置中，可移除部分至少部分地从框架的壳体移除。之后，电气开关装置不再连接到电气设备。通常，装置仅在处于插入位置时运行。
这些可插拔装置便于维护和修理操作，因为可移除部分可以由操作者移除，而不需要触摸或拆卸框架和电气设备之间的连接。
例如从WO-01/33682-A1已知这样的电气装置。
在该装置中，可移除部分包括由通过拉挤成型获得的复合材料制成的背板。该背板的作用是确保电气装置具有良好的机械强度并抵抗装置在运行时受到的静态和动态机械应力。
例如，在插入位置中，可移动部分由于电气连接器的重量而受到静应力，电气连接器通常是用于将电气装置连接到电气设备的由铜制成的母线组。在电流中断期间，可移除部分也受到在电流切换期间出现的电磁力的作用下产生的短暂的机械应力。这些力在高切断功率的装置中特别高，例如旨在切换大于100kA的电流的装置，装置中可能产生与由几吨重量施加的力相当的机械应力。这会削弱背板，甚至会破坏背板，从而降低电气装置的运行。
然而，这种已知的现有技术的背板不是完全令人满意的。拉挤制造过程具有难以实现的缺点，并且具有技术限制。因此，获得的背板具有高的单位成本和相当大的厚度，这意味着静态框架比其需要的大，并且因此电气装置的体积也是。
本发明更具体地旨在通过提供用于切换电流的可插拔电气装置来补救这些缺点，所述可插拔电气装置包括制造更为经济且具有较低体积的背板，而在电气装置运行期间能够承受施加在电气装置上的机械应力。
发明内容
为此，本发明涉及一种用于切换电流的可插拔电气装置，包括：
-包括紧固到框架的刚性背板的静态框架；
-能够连接到电气设备的连接端子；以及
-包括用于切换电流的装置的可移除部分，该可移除部分可选择性地在以下之间移动：
·插入位置，其中可移除部分被接收到静态框架的相应壳体的内部，并且其中开关系统电连接到连接端子；以及
·拔出位置，其中可移除部分在壳体外部，并且其中开关系统与连接端子电绝缘。
根据本发明，背板由热固性聚合物制成，并且包括集成到背板中并沿垂直方向延伸的加强梁。
凭借本发明，背板具有良好的机械强度，特别地，因为垂直梁防止机械应力集中在背板的局部区域中，并且相反地促使其在背板上均匀的分布。因此，背板具有与现有技术已知的拉挤背板一样令人满意的机械强度。此外，可以以简化的方式制造背板，例如通过模制，从而降低其成本并允许在其尺寸选择上更大的自由度，特别地，允许其体积减小。
根据本发明的有利但非强制性方面，这种电气装置可以包括以下特征中的一个或多个，其可以以任何技术上可能的组合来实现：
-背板通过紧固元件紧固到框架，电气装置还包括沿着背板的侧边缘垂直延伸的维持条，维持条通过紧固元件紧靠侧边缘夹紧。
-维持条由钢制成。
-紧固元件包括沉头螺栓。
-紧固元件相对于每个维持条的转向电气装置后方的那个面突出3mm或更少。
-背板成形为单件。
-背板由聚酯制成。
-背板通过模制生产。
-每个加强梁的横截面积为5cm2或以上，优选地，为10cm2或以上，更优选地，为20cm2或以上。
-背板具有包括在0.5cm至5cm之间的厚度。
附图说明
根据以下仅通过示例并参考附图给出的电气装置的一个实施例的描述更好地理解本发明，并且其其它优点将变得更加清楚，其中：
-图1是根据本发明的用于切换电流的电气装置的透视图的示意图；
-图2是图1的电气开关装置的部分分解透视图的示意图；
-图3是在图1的横截面III中看到的图1和图2的电气装置的部分剖视图的示意图；以及
-图4是图3的区域IV的详细视图。
具体实施方式
图1和图2示出了用于切换电流的可插拔电气装置2。电气装置2被配置为响应于操作异常或预定命令中断电流。例如，电气装置2是断路器或隔离开关。
在该示例中，电气装置2是低压AC空气断路器，例如用于高于或等于440V的电压以及高于630A的电流。该断路器的短路电路的断路功率在440V时为150kA。电气装置2在这里是多极的，即能够用多相电气设备运行，例如具有三个或四个极的电气设备。作为变型，断路器是DC断路器。
电气装置2包括静态框架3和未示出的可移除部分。
框架3包括前面4，背面6和侧面8和10。在该示例中，框架3的形状是基于矩形的棱柱。侧面8和10在这里是平面的并且彼此平行。框架3通过前面4中的孔限定用于接收电气装置2的可移动部分的壳体。电气装置2的纵向轴线水平地并平行于侧面8和10地并且垂直于前面和背面4和6地延伸，标记为“X”。
在本说明书中，垂直方向相对于地球重力的方向限定。因此，由于各种元件的重量所引起的力在该垂直方向上作用在电气装置2上，特别是当电气装置2配置于安装在配电板中时。
背面6包括紧固到框架3的背板20和与背板20设置成水平的电气装置2的电连接端子24。下面更详细地描述背板20。
连接端子24用于例如通过在配电板中的连接母线组电连接到电气设备。例如，电气设备是希望通过电气装置2保护或控制的电路。连接端子24由诸如铜的导电材料制成。
可移除部分可选择性地在插入位置和拔出位置之间移动。在插入位置中，其被接收在由框架3限定的壳体的内部中并连接到连接端子24。在拔出位置中，可移动部分在由框架3限定的壳体的外部。用于切换电流的装置与连接端子24断开。可移除部分在其插入和拔出位置之间的移动通过沿轴线X的平移实现。
尽管并非不可缺少，可移除部分还可以具有称为测试位置的第三位置，其位于插入位置和拔出位置之间。在该测试位置，可移除部分仅被部分地接收在由框架3限定的壳体内部，但用于切换电流的装置与连接端子24断开。
可移除部分包括用于切换电流的装置(未示出)，其能够并且旨在当可移除部分处于插入位置时选择性地中断在给定电极的连接端子24之间流动的电流。电气装置2的可移除部分的示例在FR 2 783 366A1和FR 2 777 696A1中描述。
背板20的功能是增加框架3的机械强度，特别地，是为了使框架能够承受于电连接端子24水平施加的应力。背板20具有位于静态垂直几何平面P中的平面形状的部分。这里，平面P垂直于轴线X和侧面8和10。
背板20是刚性的并且由热固性聚合物，如聚酯制成。“刚性”是指背板20的弯曲模量高于或等于9.5GPa。
这里，背板20是单个件。优选地，背板20通过模制生产。因此，背板20易于制造并且具有低的单位成本，同时具有良好的机械强度特性。
作为说明性示例，背板20具有包括在5mm至50mm之间的厚度，优选地，包括在8mm至15mm之间。背板20的厚度平行于轴线X测量，与该背板20的平面部分平齐测量，例如在该背板20的一个边缘上。背板20具有在平面P中垂直于轴线测量的X440mm的宽度，以及在平面P中垂直地测量的330mm的高度。
这里，背板20在中央区域设置有多个通孔22，连接端子24从电气装置2的后部的框架3通过通孔伸出。在该示例中，连接端子24成对布置。每对连接端子24相对于彼此垂直放置。连接端子对24沿着背面6水平对准。每对连接端子24对应于断路器的一个电极。
背板20还包括集成到背板20中的加强梁26和28，以增加背板20的机械强度。加强梁26和28被集成到背板20中并相对于平板背板20的平面部分朝向背板20的后方突出。这些加强梁26、28沿着垂直轴线纵向延伸，分别标记为Z26和Z28。这里，加强梁26和28位于包含孔22的背板20的中心区域的两侧。
这里，加强梁26和28是相同的。因此，下面仅详细说明加强梁26。
如图3和图4所示，加强梁26的横截面积为5cm2或以上，优选地为10cm2或以上，更优选地为20cm2或以上。在该示例中，该横截面具有基本上为多边形的形状，例如内切在梯形内。这里，横截面积在垂直于轴线Z26的水平几何平面中测量。
优选地，加强梁26的形状使得其横截面没有锋利的边缘、即没有边缘使得在横向平面中和在加强梁26的内侧测量的两个连续的边缘之间的角度为60°或以下，优选地为45°以下。具体地，当加强梁26承受机械应力，特别是Z26方向的压缩应力时，这种尖锐的边缘促进了机械断裂点的出现。在没有这种锋利边缘的情况下，加强梁26的脆弱性低。
加强梁26和28使得可以确保，当电气装置2安装在配电板中时，背板20具有令人满意的机械强度，不仅能够承受静态应力，例如由于施加在连接端子24上的连接母线组的重量，而且还能够承受当开关装置中断电流流动时产生的电动应力。
有利地，加强梁26设置有沿着加强梁26延伸，即沿着Z26方向延伸的槽27。这里的槽27在平面P中水平测量的宽度为5mm，并且平行于轴线X测量的深度为8mm。
背板20通过的紧固元件牢固地并且没有自由度被固定到框架3，下面更详细描述。
电气装置2还包括维持条30、32，其放置于与背板20的背面的水平。更精确地，维持条30、32分别放置在背板20的侧边缘34，36上。这里，维持条30被放置在位于与侧壁8相同侧的背板20的侧边缘34上。类似地，维持条32被放置在背板20的侧边缘36上，即位于与侧壁10相同侧的边缘。
维持条30和32分别相对于侧边缘34和36发挥相同的作用。因此，下面仅详细描述维持条30。
维持条30具有平行于轴线Z26垂直延伸的椭圆形状。这里，维持条30具有长方体形状，其长度在背板20的高度方向上延伸。作为说明，维持条30在平面P中垂直测量的高度为330mm，并且在平面P中水平测量的宽度为10mm。
在电气装置2的安装构造中，维持条30和32通过紧固元件与相应的侧边缘34，36接触夹紧。
在该示例中，背板20被螺栓连接到框架3。每个紧固元件包括由螺栓50和对应的螺母52组成的螺母和螺栓组件。作为变型，紧固元件是不同的，例如铆钉。
维持条30设置有多个通孔38、40、42。同样地，侧边缘34设置有多个通孔34、46和48。当维持条30在侧边缘34上的安装位置中时，孔38、40和42分别与侧边缘34的对应孔44、46、48对准。优选地，维持条30的孔38、40和42以及侧边缘34的孔44、46、48具有相同的直径。侧壁8具有设置有与维持条30的孔38、40和42以及侧边缘34的孔44、46、48对准的孔的弯曲边缘。每个螺栓50插入到维持条30的对准孔38和44、40和46或42和48中的任一中，并且插入侧壁8的弯曲边缘的一个孔中，并且由相应的螺母52中的一个保持夹紧，如图1和图2所示。作为变型，维持条30中的侧边缘34上和侧壁8的弯曲边缘上的孔的数量可以不同。
当装置处于安装构造时，紧固元件(这里是螺栓50和螺母52)在维持条30和32上以及背板20的侧边缘34和36上施加夹紧力。因此，背板20在与其侧边缘34和36的水平被分别在维持条30和32与侧壁8和10的相应的弯曲边缘之间被夹紧。例如，螺栓50施加5N.m或以上的夹紧力。
以这种方式，紧固元件(这里是螺栓50和螺母52)的夹紧力分布在侧边缘34和36的整个范围上。因此，维持条30和32促进了施加到背板20的机械应力的良好分布。因此避免了背板20的某些局部点处的机械应力集中，机械应力集中将对背板20的强度产生不利影响，并且将促进过早的机械破裂。
有利地，每个螺栓50具有沉头头部54。以这种方式，当螺栓50处于装置2中的安装构造中时，头部54不从维持条30突出并且其伸出的厚度最小化。例如，平行于轴线X测量的头部54的远端与维持条30的背面之间的间隔或距离为3mm以下，优选地为1mm以下，进一步优选地为0.5mm以下。维持条30的背面是转向电气装置2外部的面。
这种布置是特别有利的。具体来说，通常，在配电板中，常规使用电气装置的背面的平面表面来紧固远离电气装置并在电气装置的后方突出的隔离件。在这种情况下，优选地，这样的隔离件放置在装置2的侧边缘34,36的平面表面上。
这些隔离件的功能是将安装在给定配电板中的电气装置彼此分开，以便当操作员在给定装置上工作时，保护操作员不会意外接触相邻的在电压下的装置的那些电气端子。这种隔离件还用于在电气故障的情况下限制电弧并限制它们在配电板中的相邻电气装置之间的传播。
当头部54没有沉头时，存在从维持条30突出的高风险，这意味着其厚度将相对于维持条30伸出，并且防止这种隔离件的密封安装。然后在隔离件的基部和维持条30之间存在大的间隙，使得电弧可以通过该间隙，特别是在从电气装置2中喷射断裂气体的期间。因此，降低这种隔离件的效率和效用。
作为变型，当紧固元件是铆钉时，优选地，以相同的目的，其头部再次布置为防止相对于维持条30的任何伸出。
在该示例中，维持条30、32由诸如钢的金属制成。例如，使用参考“DC03C490”的钢合金标准NF EN 10139的带。
可以将上述设想的实施例和变型组合在一起以产生新的实施例。

Claims (11)

1.一种用于切换电流的可插拔电气装置(2)，包括：
-包括紧固到框架的刚性背板(20)的静态框架(3)；
-能够连接到电气设备的连接端子(24)；以及
-包括用于切换电流的装置的可移除部分，该可移除部分可选择性地在以下位置之间移动：
插入位置，在该插入位置，所述可移除部分被接收到所述静态框架(3)的相应壳体的内部，并且开关系统电连接到所述连接端子(24)；以及
拔出位置，在该拔出位置，所述可移除部分在壳体外部，并且开关系统与所述连接端子(24)电绝缘；
其特征在于，所述背板(20)由热固性聚合物制成并且包括集成到所述背板(20)中并在竖直方向(Z26，Z28)上延伸的加强梁(26，28)，并且，所述背板(20)通过紧固元件(50，52)紧固到所述框架，所述电气装置(2)还包括沿所述背板(20)的侧边缘(34，36)竖直地延伸的维持条(30，32)，所述维持条(30，32)通过所述紧固元件(50，52)紧靠所述侧边缘(34，36)夹紧。
2.根据权利要求1所述的电气装置(2)，其特征在于，所述维持条(30，32)由钢制成。
3.根据权利要求1所述的电气装置(2)，其特征在于，所述紧固元件(50，52)包括沉头螺栓。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电气装置(2)，其特征在于，所述紧固元件(50，52)相对于每个维持条(30，32)的转向所述电气装置(2)后方的那个面突出3mm或更少。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电气装置(2)，其特征在于，所述背板(20)形成为单个件。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电气装置(2)，其特征在于，所述背板(20)由聚酯制成。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电气装置(2)，其特征在于，所述背板(20)通过模制生产。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的电气装置(2)，其特征在于，每个加强梁(26，28)的横截面积为5cm2或更大。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电气装置(2)，其特征在于，每个加强梁(26，28)的横截面积为10cm2或更大。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的电气装置(2)，其特征在于，每个加强梁(26，28)的横截面积为20cm2或更大。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的电气装置(2)，其特征在于，所述背板(20)具有包含在0.5cm至5cm之间的厚度。
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