CN107833809B - 具有可分离的电触头的断路器 - Google Patents

Abstract

具有可分离的电触头的断路器，包括固定电触头；活动电触头，能够在打开位置和闭合位置之间移位，并包括：若干电触指(30)，沿一排对准地布置，能够关于活动电触头移位；若干弹性支承构件(40，40’)，每个弹簧支承构件与触头(30)相关联，以对该触指施加力，以使触指移位。与位于所述排的横向端部区域(E1，E2)中的触指(30)相关联的支承构件(40’)呈现比与位于所述排的中心部分(C)中的触指(30)相关联的支承构件(40)更高的刚度。

Description

具有可分离的电触头的断路器

技术领域

本发明涉及一种具有可分离的电触头的断路器。

背景技术

已知低压和空气断弧电路断器包括可分离的电触头，通常是与活动电触头协作的固定电触头。专利EP0410902B1描述了这种断路器的示例。

活动触头可以在断路器的打开和闭合位置之间移位，并具有若干触指，触指安装成关于活动触头枢转。这些触指配置成当活动触头从闭合位置向打开位置移位时在弹簧的作用下移位。更确切地，只要一开始彼此电接触的电触头开始从闭合位置彼此分离，触指便在弹簧的作用下枢转。

如此，电触头之间的电弧形成区域朝向灭弧室移位，这减少了给电触头提供的接触垫的磨损。因此，这改进了断路器的电耐久性。

然而，当断路器中容许的额定短时电流值高时，例如等于1秒50kA，这些已知的断路器在存在高强度电流时不是完全令人满意的，通常对于紧凑的低压和高强度断路器而言。

更具体地，本发明通过提出具有可分离触头的低压断路器来解决这些缺点，可分离触头具有活动触指，能够与高强度电流操作，同时呈现良好的机械耐久性。

发明内容

为此，本发明涉及一种可分离的电触头的断路器，包括：

-固定电触头，电连接到断路器的第一连接端子；

-活动电触头，连接到断路器的第二连接端子，该活动电触头能够关于固定电触头在打开和闭合位置之间移位，该活动电触头包括：

若干电触指，沿一排对准地布置，并且可以关于活动电触头的框架移位，这些触指适于保证当活动电触头处于闭合位置时与固定电触头的电接触，

若干支承构件，每个与触指相关闻，以对该触指施加力从而使其移位，

其中，与位于所述排的横向端部区域中的触指相关联的支承构件呈现比与位于所述排的中心部分中的触指相关联的支承构件更高的硬度。

通过本发明，仅位于所述排的横向端部区域中的触指与具有增强硬度的支承构件相关联。这些支承构件允许触指在高电流值的情况下移位。事实上，通过这些电流值对抗支承构件的电磁力在排端部水平处比在排中间水平处更大。

因此，仅局部地对抗更大电磁力的支承构件的尺寸做成对抗该力，而位于所述排的中间的支承构件不会尺寸过大，这减少了断路器的过早机械破损的风险。事实上，希望断路器具有高机械耐久性，例如其能够支持至少一万次电触头打开和闭合周期。

如此，本发明可获得一方面对施加足以保持电触指闭合的接触压力(尽管该力关联于短时电流lcw)的弹簧的需求与另一方面保证断路器的良好机械耐久性的需求之间令人满意的折衷。

根据本发明的有利的但是非强制性方面，这种断路器可合并下列特征中的一个或多个(单独地或以技术上允许的组合)：

一方面的与位于所述排的横向端部区域中的触指相关联的支承构件的硬度与另一方面的与位于所述排的中心部分中的触指相关联的支承构件的硬度之间的比率位于范围[4/3；2]；

活动触头包括五个触指，与位于所述排的横向端部区域中的触指相关联的每个支承构件对对应触指施加大于或等于12daN的力，与位于所述排的中心部分的触指相关联的支承构件对对应触指施加大于或等于9daN小于12daN的力；

每个弹性支承构件包括沿弹性支承构件的纵轴放置并共轴布置的内弹簧和外弹簧，内弹簧和外弹簧适于一起施加所述力以使对应触指移位；

内弹簧和外弹簧是螺旋压缩弹簧；

与位于所述排的横向端部区域中的触指相关联的支承构件的高度类似于与位于所述排的中心部分中的触指相关联的支承构件的高度，例如为小于10％内，优选地为小于5％内；

每个支承构件被接收在形成于活动电触头的框架中的对应凹槽中，与位于所述排的横向端部区域中的触指相关联的弹簧具有第一外直径，与位于所述排的中心部分中的触指相关联的支承构件具有与第一直径不同的第二外直径；

第二直径大于第一直径；

与位于所述排的横向端部区域中的触指相关联的支承构件彼此相同；

与位于所述排的中心部分的触指相关联的支承构件彼此相同。

附图说明

根据下面参考附图对仅作为示例给出的断路器的实施例的描述，本发明会更易理解，并且其优点会变得更加明显，附图中：

图1和2是根据本发明的具有可分离触头的断路器的横截面示意图，可分离触头分别显示在闭合和打开位置；

图3是图1和2的断路器的活动电触头的示意性透视图；

图4是图3的活动电触头的示意性分解视图；

图5是根据图4的切割平面V，图4的活动电触头的示图。

具体实施方式

图1和2表示意于用在电路中的断路器2，以例如当检测到操作故障(比如短路或过电流)时可中断该电路的电流供应。

在该示例中，断路器2是低压和交流断路器，设计用于小于或等于690V AC的电压以及用于小于或等于1600A的额定强度电流。例如，断路器2能够支持强度小于或等于1秒50kA的容许额定短时电流。

在该示例中，断路器是多极断路器，设计用于具有若干电相的电路中，比如三相电路。那么，断路器2的每个极对应于电路的电相。

为了简化描述，仅详细描述断路器2的一个极。断路器2的与其它极相关联的构成部件是类似的，并且不再详细描述，下面的描述基本上适用于它们。

断路器2包括壳体4以及用于电流的输入/输出端子6和8。端子6和8能够将断路器2连接到电路的极，例如经由配电盘的连接母线。

端子6和8由导电材料生产，例如铜。

断路器2还包括可分离的电触头10和12。电触头10和12可以关于彼此选择性地和可逆地在打开位置和闭合位置之间移位，以针对断路器2的该电极分别授权或抑制电流在端子6和8之间的循环。

电触头10和12均支承一个或多个电接触垫(分别由14和16表示)，一个或多个电接触垫分别电连接到端子6和8。接触垫14和16由导电材料生产，比如铜或者银的假合金。

在闭合位置，如图1所示，接触垫14和16彼此直接接触，从而允许电流在端子6和8之间循环。

在打开位置，如图2所示，电导体10和12以及尤其的接触垫14和16彼此远离。当在这些接触垫14和16之间不存在电弧时，电流被阻止在与断路器2的该极相关联的端子6和8之间循环。

断路器2还包括移位机构18，其配置成使电触头10和12关于彼此在打开和闭合位置之间移位，例如响应于对异常情况的检测，比如针对断路器2的该极循环的电流的过电流。这种移位机构18是熟知的，因此不再详细描述。

在该示例中，电触头10关于壳体4固定。触头12关于固定的电触头10借助移位机构18在打开和闭合位置之间移位地活动。

更具体地，活动电触头12安装成关于壳体4借助枢转链杆绕断路器2的固定轴线X12枢转。因此，活动电触头12从闭合位置到打开位置的移位通过绕轴线X12的旋转在图1箭头F1所示的第一旋转方向上而完成。该枢转链杆在此形成在活动电触头12的远端。

当活动电触头12远离固定的电触头10移位到打开位置时，当电流在断路器2的该极中在端子6和8之间循环时，电弧形成在电触头10和12之间。该电弧必须被熄灭，以停止电流在端子6和8之间的循环。为此，断路器2包括灭弧室20。该灭弧室20放置在壳体4内，面向接触垫14和16，以在电弧形成在垫14和16之间时接收电弧。

如所知的，这种灭弧室20包括分离板22的堆叠，由分别布置在板22堆叠的顶端和底端的顶部招弧角24和底部招弧角26框住。

分离板22能够在电弧与这些分离板接触时通过分裂电弧和/或通过部分地吸收其能量而熄灭这种电弧。招弧角24和26的目的是引导电弧到分离板22。

底部招弧角26在此具有电连接到端子6的电接触平台28。

活动电触头12还包括若干电触指30，它们关于活动电触头12的框架34或笼罩活动。更具体地，触指30安装成借助枢转链杆绕固定到活动电触头12的本体的轴X30关于框架34枢转。轴X30平行于轴线X12布置。因此，触指30可以在第一和第二不同位置之间绕轴X30旋转地移位。

触指30的功能是在电触头12从闭合位置移位到打开位置时保证电触头10和12之间的暂时电接触，如下所解释的。

在该示例中，触指30布置在活动电触头12的本体的近端。近端与远端相对。

触指30沿平行于轴X30的直排彼此对准。

触指30彼此相同，并彼此固定，以关于活动电触头12的安置点一起同时移位。

触指30由导电材料生产，比如铜。

每个触指30经由诸如铜编织线的电连接元件(未示出)电连接到电端子8。活动触头12的接触垫16形成在触指30上。更具体地，接触垫16直接安装在每个触指30的底表面上。

图3至5更详细地示出活动电触头12和触指30的示例。

E1和E2用于表示触指30沿其对准的排的相对横向端部区域。C1用于表示该排的中心部分。中心部分C1包含所述排的不位于横向端部区域E1和E1之一中的触指30。

在该示例中，仅单个触指30位于所述排的横向端部区域E1中。类似地，仅单个触指30位于所述排的相对的横向端部区域E2中。其它触指30位于所述排的中心部分C1中。

在该示例中，触指30均具有基本上笔直的细长部分，其在一端通过朝向活动触头12的顶表面向上抬升的弯曲部分32延长。

活动触头12包括框架34，触指30借助枢转链杆固定到框架。该框架34位于活动电触头12的近端。

触指30在此位于框架34的底表面之下，使得当它们位于第一位置时它们各自的细长部分平行于框架34的该底表面延伸。

该框架34借助运动传递连接杆36链接到位移机构18。为了更清楚，这些连接杆36在图1和2中未示出。

活动电触头12包括位于其两个相对端部的横向壁38，横向壁定界出凹槽39。在活动电触头12的安装构造中，该凹槽39接收将触指30链接到端子8的电连接元件。

活动电触头12还包括若干弹性支承构件40、40’，还称为“压力构件”，每个与触指30相关联。每个支承构件40、40’配置成对对应触指30施加一力，以使其从第一位置移位到第二位置。每个支承构件40、40’包括能够沿对应支承构件40、40’的纵轴施加一力的至少一个弹簧，在此通过施加压力。

与位于所述排的中心部分C1中的触指30相关联的支承构件具有标号40，并称为“第一支承构件”。与位于所述排的横向端部区域E1和E2中的触指相关联的支承构件具有标号40’，并称为“第二支承构件”。

在该示例中，每个支承构件40、40’包括两个弹簧，在此具有圆柱形形式，沿支承构件的纵轴共轴布置，并且一个套装在另一个内部。这些弹簧之一(称为外弹簧)具有大于另一弹簧(称为内弹簧)的外直径的外直径，并定界出容纳内弹簧的内部空腔。每个支承构件40、40’的内弹簧和外弹簧有利地具有沿纵轴测量的相同高度。这些内弹簧和外弹簧能够均沿对应支承构件的纵轴提供力。因此，由每个支承构件40、40’对对应触指30、30’施加的力由包含在该支承构件40、40’中的内弹簧和外弹簧施加。

支承构件40、40’布置在框架34内部。更具体地，框架34在此包括多个凹槽42、42’，每个凹槽面向触指30布置。这些凹槽42、42’在此沿平行于轴X30的排对准。

与第一支承构件40相关联的凹槽具有标号42。与第二支承构件40’相关联的凹槽具有标号42’。

凹槽42、42’形成在框架34内，并在这些凹槽42、42’和框架34的底部的水平处在触指30上显现。凹槽42、42’在此具有圆柱形式，具有圆形基底和定向轴X42。当它们处于配置状态时，凹槽42、42’的高度小于相应支承构件40、40’的高度。

在图4和5中，第二支承构件40’之一显示为在其凹槽42’之外。该支承构件40’的外弹簧具有标号41，而对应内弹簧具有标号41’。在支承构件40’的安装构造中，这些弹簧41和41’沿轴X42对准。因此，当支承构件接收在对应凹槽42’中时，轴X42在此形成支承构件40’的纵轴。

框架34在顶表面由盖44覆盖，每个支承构件40、40’的顶端承靠在盖上。

在该示例中，包含在支承构件40和40’中的弹簧是压缩弹簧，并因此对触指30施加压缩力。在活动触头12的压缩构造中，每个支承构件40、40’的底端支承在对应触指30上。这些弹簧在此具有螺旋类型。

在活动触头12的安装构造中，支承构件40、40’分别接收在凹槽42和42’中，并沿与对应凹槽42、42’相关联的定向轴X42延伸。

第二支承构件40’呈现比位于中心部分C1中的第一支承构件40更高的硬度。一方面的两个支承构件40’中的每个的硬度与另一方面的两个支承构件40的每个的硬度之间的比率严格大于1，优选地大于或等于1.05。

另外优选地，一方面的第二支承构件40’中的每个的硬度与另一方面的第一支承构件40中的每个的硬度之间的比率在范围[4/3；2]内。

在该示例中，每个第二支承构件40’对与其相关联的触指30施加强度大于或等于12daN的接触压力。每个第一弹簧40对与其相关联的触指30施加强度大于或等于9daN且小于或等于12daN的接触压力。

第一支承构件40在此彼此相同，第二支承构件40’彼此相同。

当支承构件接收在对应凹槽42、42’时，接触压力与支承构件的沿轴X42测量的伸长成比例。

在该示例中，第一支承构件40的内弹簧和外弹簧是螺旋压缩弹簧，在此由金属制成，比如不锈钢合金X10CrNi18-8HS。该内弹簧通过缠绕0.7mm直径的线并呈现4.88N/mm的刚度系数来形成。就其本身而言，第一支承构件40的外弹簧通过缠绕0.9mm直径的线并呈现5.55N/mm刚度系数来形成。第一支承构件40的刚度在此等于10.43daN/m。

弹簧41和41’在此是由金属制成的螺旋压缩弹簧，例如由Sweden的Stockholm的公司SANDVIK AB在商品标号“Sandvik Springflex SH^TM”下出售的合金。弹簧41和41’通过缠绕直径分别等于1.0mmt 0.7mm的线并呈现分别等于9.66N/mm和4.87N/mm的刚度系数来形成。第二支承构件40’的刚度在此等于14.53daN/m。

借助支承构件40和40’的该构造，获得能够在高强度电流下操作的断路器2，同时保留了令人满意的机械耐久性。

事实上，当高强度电流在触指30中循环时，触指经受显著的电磁力。因此，有必要对触指30施加比在根据现有技术的断路器中常规施加的力更大的力，在根据现有技术的断路器中，电流强度较低。在第一方式中，施加在触指30上的电磁力与在该触指30中循环的电流的平方成比例。

现在，施加在触指30上的这些电磁力沿所述排没有均匀分布。相反，与位于所述排的中心部分中的触指30相比，对于位于所述排的横向端部区域E1和E2中的触指30，电磁力更大。

呈现更大刚度的支承构件40’由此位于横向端部区域E1和E2中，在横向端部区域中，电磁力最强。呈现较小刚度的第一支承构件40位于中心部分C1中，在中心部分中，电磁力不太强。然而，可对触指30施加充分的排斥力。

因此，不必用更高刚度的支承构件来代替位于中心部分C1中的支承构件40。这使得可减少施加的总力，从而减少闭合位移机构18所需要的机械能，这使得可获得断路器的良好的机械耐久性，而不用增强机构18。

因此，获得一方面在电流通过而到达容许额定短时电流时施加保持触指30闭合所需的接触力的需求与另一方面的保证断路器2的良好机械耐久性的需求之间的令人满意的折衷。

作为说明性示例，使用支承构件40和40’使得可增加断路器2的性能水平，与常规断路器相比，增加了每个极中由支承构件40和40’施加的总力仅13％。如果对于所有触指30使用具有相同的更高刚度的支承构件，则由这些支承构件提供的总力会对于该极增加33％。支承构件的刚度会更高，这会减少这些支承构件的耐用度和机械耐久性，由此减少断路器2的耐用度和机械耐久性。

有利地，支承构件40和40’具有类似的高度，例如等于在10％内或者优选地等于在5％内。当该支承构件处于放松状态时，该高度沿每个支承构件40、40’测量。

如此，在触指30在它们的第一和第二位置之间移位期间，容纳在支承构件40’或40中的弹簧翘曲的风险得到限制。这还允许容纳在支承构件40和40’中的弹簧在它们处于压缩状态时具有类似的高度。那么，框架34的设计得以简化，因为所有凹槽42、42’可具有相同高度。

有利地，第一支承构件40具有第一外直径。第二支承构件40’具有与第一直径不同的第二外直径。

例如，第二直径大于第一直径。凹槽42、42’的尺寸相应地适配。

作为说明，第一直径在此等于7.3mm，第二直径等于6.3mm。

在该示例中，凹槽42和42’因此彼此类似，并仅在它们的直径方面不同。

第一和第二直径的不同值通过在工业组装阶段避免使第一支承构件40之一意外插入提供给第二支承构件40’之一的凹槽42’中而简化了活动电触头12的制造。由此减少了制造断路器2时的缺陷的风险。

现在描述操作断路器2的示例。

一开始，断路器2处于闭合位置，并允许电流针对至少一个极通过。与该极相关联的电触头10和12处于闭合位置，如图1所示。接触垫14和16彼此电接触，并允许电流在断路器2的该极的端子6和8之间循环。接触垫14和16由此形成电触头10和12之间的第一电接触区域。触指30保持在它们的第一位置，支承构件40、40’保持在压缩状态。

当位移机构18使活动电触头12绕轴X12在第一旋转方向F1上移位时，触指30在支承构件40和40’的作用下在第二旋转方向F2上从它们的第一位置枢转到它们的第二位置。

当活动触头12继续朝向打开位置移位时，接触垫14和16彼此远离，从而中断第一电接触区域，由此防止电流在这些接触垫14和16之间循环。同时，在支承构件40和40’的作用下，触指30保持在它们的第二位置。

最后，在活动电触头12移位到其打开位置之后的阶段中，弹簧40和40’部分地放松，触指30在它们的第二位置位于行程的末尾。那么，电弧出现在零件32和接触垫14之间。然后，借助灭弧室20熄灭电弧。

许多其它实施例是可能的。

活动电触头12可具有不同数量的触指30，例如等于九或十。在该情况下，弹簧40、40’的刚度可以相应地适配。

作为变型例，横向端部区域E1和E2可以限定为均包涵所述排的若干触指30，例如两个触指30。

作为示例，对于给定活动电触头12，横向端部区域E1和E2可以在第一方式中从在不同触指30中循环的电流的最大值限定。对于活动电触头12的所有触指30，可以由表示电流值的曲线来表示，该曲线是沿所述排的触指30的位置的函数。该曲线通常具有“U形”抛物线形式，并在最小值和最大值之间延伸，最小值远离所述排的端部。横向端部区域E1和E2由此限定在所述排的两侧，作为所述排的电流值大于最小值的1.5倍、优选地大于或等于最小值的1.8倍的区域。可以进行校正以考虑断路器2的不同极之间的电磁作用，比如扭力。

与位于第一横向端部区域E1中的触指30相关联的支承构件可呈现与位于第二横向端部区域E2的触指相关联的支承构件的刚度不同的刚度。然而，优选地，对于位于横向端部区域E1和E2中的触指30，使用彼此相同的支承构件40’。活动电触头12的工业制造由此简化，因为在组装期间要操纵更少的弹簧和支承构件。

上面设想的各实施例和变型例可以彼此组合以生成新的实施例。

Claims (10)

1.一种断路器(2)，具有可分离的电触头，包括：

固定电触头(10)，电连接到断路器的第一连接端子(6)；

活动电触头(12)，连接到断路器的第二连接端子(8)，该活动电触头(12)能够关于固定电触头在打开位置和闭合位置之间移位，该活动电触头(12)包括：

若干电触指(30)，沿一排对准地布置，能够关于活动电触头(12)的框架(34)移位，这些电触指(30)适于在活动电触头处于闭合位置时保证与固定电触头(10)的电接触，

若干弹性支承构件，每个弹性支承构件与电触指(30)相关联，以对该电触指施加力，以使电触指移位，

其特征在于，与位于所述排的横向端部区域(E1，E2)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件呈现比与位于所述排的中心部分(C1)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件更高的刚度，

其中，一方面的与位于所述排的横向端部区域(E1，E2)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件的刚度与另一方面的与位于所述排的中心部分(C1)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件的刚度之间的比率位于范围[4/3；2]内，

其中，每个弹性支承构件包括内弹簧(41’)和外弹簧(41)，内弹簧和外弹簧具有彼此不同的刚度系数。

2.如权利要求1所述的断路器(2)，其特征在于，活动电触头(12)包括五个电触指(30)，与位于所述排的横向端部区域(E1，E2)中的电触指(30)相关联的每个弹性支承构件对对应电触指(30)施加大于或等于12daN的力，与位于所述排的中心部分(C1)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件对对应电触指(30)施加大于或等于9daN且小于12daN的力。

3.如权利要求1所述的断路器(2)，其特征在于，内弹簧和外弹簧沿弹性支承构件的纵轴(X42)共轴地套装和布置，并适于一起施加所述力，以使对应电触指(30)移位。

4.如权利要求3所述的断路器，其特征在于，内弹簧（41’）和外弹簧(41)是螺旋压缩弹簧。

5.如权利要求1至4中任一项所述的断路器(2)，其特征在于，与位于所述排的横向端部区域(E1，E2)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件呈现与位于所述排的中心部分(C1)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件的高度的10%以内的高度。

6.如权利要求1至4中任一项所述的断路器(2)，其特征在于，与位于所述排的横向端部区域(E1，E2)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件呈现与位于所述排的中心部分(C1)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件的高度的5%以内的高度。

7.如前述权利要求1至4中任一项所述的断路器(2)，其特征在于，每个支撑构件接收在形成于活动电触头(12)的框架(34)内的对应凹槽(42，42’)中，与位于所述排的横向端部区域(E1，E2)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件具有第一外直径，与位于所述排的中心部分(C1)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件具有与第一外直径不同的第二外直径。

8.如权利要求7所述的断路器(2)，其特征在于，第二外直径大于第一外直径。

9.如前述权利要求1至4中任一项所述的断路器(2)，其特征在于，与位于所述排的横向端部区域(E1，E2)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件彼此相同。

10.如前述权利要求1至4中任一项所述的断路器(2)，其特征在于，与位于所述排的中心部分(C1)中的电触指(30)相关联的弹性支承构件彼此相同。

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