CN109950104A - 热磁跳闸组件和电气开关单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热磁跳闸组件(6)和电气开关单元，热磁跳闸组件包括：热跳闸、磁跳闸以及第一和第二致动杆(22)；热跳闸包括双金属条(30)，其能够变形以致动第一致动杆；磁跳闸包括可动电枢(34)、固定电枢(32)和电导体(36)；可动电枢能够移动以致动第二致动杆；电导体和双金属条在跳闸组件的第一和第二连接端子(10、12)之间彼此串联电连接。可动电枢与第一连接端子连接，固定电枢与第二连接端子连接，固定电枢和可动电枢的各自接触区域由具有低可相互焊接性的导电材料制成。

Description

热磁跳闸组件和电气开关单元

技术领域

本发明涉及一种用于电气开关单元的跳闸装置和一种包括这种跳闸装置的电气开关单元。

背景技术

电气开关单元比如断路器可以保护电气设备免受电气故障的影响。

这种电气开关单元包括可致动的切断块和跳闸组件，可致动的切断块能够中断电流的流动，跳闸组件用于检测电气故障，并且作为响应，机械地致动切断块以便中断电流。

在实践中，使用来自不同技术的一组多个跳闸装置，每个跳闸装置能够检测特定的电气故障。例如，磁性跳闸使得可以快速响应地检测短路型电气故障。热跳闸使得可以采用更长的反应时间来检测过电流型故障。

通常，这两个跳闸装置在电气单元内彼此紧密相关。然后将其称为热磁跳闸。

在专利EP-2733720-B1中描述了热磁跳闸组件的示例。

已知的热跳闸包括双金属条，即具有不同热膨胀系数的两个金属条的层叠组件。在过电流的情况下，在跳闸中流动的电流通过焦耳效应使两个条膨胀，由于其不同的性质，导致双金属条变形，以便移动用于切断块的致动装置。

在实践中，在某些结构中，热跳闸通过焦耳效应加热，通过使在跳闸中流动的电流直接穿过双金属条。结果是双金属条有电流，包括在短路型故障期间。

缺点是双金属条的尺寸并不总是能够抵抗这样的短路电流，该短路电流具有比过电流时更大的强度。

这在具有较小额定值的跳闸装置的情况下存在问题，例如对于具有小于或等于20安培的强度的过电流而言，额定为跳闸电流，因为双金属条必须设计成一旦发生低强度故障电流就会变形。使短路电流通过双金属条会引起不可修复的问题，尽管在其他情况下不会造成问题。

特别地，使短路电流通过双金属条导致温度的快速且显著的增加，其大于标称操作温度。这产生机械应力，其导致双金属条和热跳闸的不可逆变形，或甚至损坏周围的机械装置。在受到增加的小型化的现代跳闸范围的情况下，问题变得更加严重。

最后，这会损害热跳闸功能，特别是在短路之后，从而使开关单元在面对某些电气故障时不能发挥其作用，这是不可接受的。

因此，需要一种具有小额定电流的电气开关单元的热磁跳闸，其具有令人满意的可靠性和耐用性。

发明内容

为此，本发明涉及一种用于电气开关单元比如断路器的热磁跳闸组件，该组件包括：

-热跳闸，

-磁跳闸，和

-跳闸臂，其用于机械地联接到电气开关单元的开关机构，该跳闸臂包括第一和第二致动杆；

热跳闸包括双金属条，当通过它的电流超过第一预定阈值时，该双金属条能够变形，以便致动第一致动杆；

磁跳闸包括可动电枢、固定电枢和电导体；

可动电枢能够从第一位置移动到第二位置，在第一位置，可动电枢与固定电枢间隔开，在第二位置，可动电枢在接触区域与固定电枢接触，当流过电导体的电流超过第二预定阈值时，可动电枢朝向第二位置的运动致动第二致动杆；

电导体和双金属条在跳闸组件的第一和第二连接端子之间彼此串联电连接。

根据本发明，可动电枢连接到第一连接端子，固定电枢连接到第二连接端子，并且固定电枢和可动电枢的各自接触区域由具有低可相互焊接性的导电材料制成。

由于本发明，将固定和可动电枢放置在第二位置接触允许电流在连接端子之间流动而不通过双金属条。这使得可以从双金属条转移至少一些电流。因此降低了双金属条过热的风险。而且，形成接触区域的材料的选择限制了在电流流动期间固定和可动电枢之间意外焊接的风险。因此改善了跳闸组件的可靠性。

根据本发明的有利但非必要的方面，这种跳闸组件可以包括一个或多个以下特征，单独地或根据任何技术上可接受的组合：

-接触区域由固定在相应的固定或可动电枢的主体上的附加元件形成，比如覆盖物或板或接触垫。

-至少一个接触区域由金属材料制成，所述金属材料选自包括铜、钢、铝、硬质合金或具有法国标号(French designation)A-G3或A-G4的铝合金的组，并且分别作为固定和可动电枢的一部分的接触区域的材料是不同的。

-至少一个接触区域由石墨制成。

-可动电枢的接触区域直接连接到第一端子。

-固定电枢的接触区域直接连接到第二端子。

-磁跳闸包括复位弹簧，优选为螺旋弹簧，以使可移动电枢朝向第一位置返回，所述复位弹簧涂覆有绝缘材料。

-绝缘材料是特氟隆。

-电导体和双金属条一起形成电路的第一分支，使得电流在连接端子之间流动，而在第二位置，彼此接触的固定和可动电枢形成电路的第二分支，使得电流在连接端子之间流动，该第二分支与第一分支并联地电气布置，并且第一分支的阻抗大于第二分支的阻抗，例如阻抗是第二分支的阻抗的十倍，优选地阻抗是第二分支的阻抗的一百倍。

根据另一方面，本发明涉及一种电气开关单元，特别是断路器，包括：

-具有可分离电触点的切断块；

-跳闸组件，当检测到电气故障时，该跳闸组件能够触发切断块的电触点的打开。

根据本发明，该开关单元的跳闸组件是根据上面提供的信息所述的跳闸组件。

附图说明

通过阅读以下对跳闸组件的实施例的描述，将更好地理解本发明并且其进一步的优点将变得更清楚，该描述仅通过示例并参考附图给出，其中：

-图1是包括根据本发明的跳闸组件的电气开关单元的示意图；

-图2是根据本发明的跳闸组件的示例的轮廓示意图；

-图3和4是图2的跳闸组件的剖面示意图；

-图5和6是图2至4的跳闸组件的元件的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出了电气开关单元2，比如断路器。例如，它可以是低压断路器。

单元2包括切断块4和跳闸组件6。单元2用于连接到要保护的电气设施8，称为客户设施。跳闸组件6包括连接端子或板端子，表示为10和12，它们分别将其连接到切断块4和客户设施8。切断块还通过未示出的上游连接端子连接到馈线。

以已知的方式，切断块4使得可以在其由组件6触发时中断电流。例如，切断块4包括可分离的电触点，其可以在打开状态和闭合状态之间移动。

组件6设置成监测流向设施8的电流，并且在电气故障的情况下，触发切断块4的打开。电气故障可以是过载电流或短路。

在这种情况下，组件6包括通过将热跳闸和磁跳闸组合在一起而形成的热磁跳闸，每个优选地能够检测一种类型的电气故障。

例如，组件6是具有小额定值的跳闸装置，其跳闸强度“Ir”例如小于或等于20安培。

参考图2-6描述实现组件6的示例。

在以下示例中，针对单元2的单个电极描述了组件6。实际上，单元2可以是多极单元，用于保护多相电气设施。在这种情况下，相应地修改组件6。

组件6包括壳体14，例如由塑料模制的壳体。该壳体14包含组件6的部件。

组件6包括热跳闸、磁跳闸和跳闸臂20，其用于机械地联接到单元2的开关机构，例如联接到已知的能量存储机构。

跳闸臂20包括第一致动杆22和第二致动杆24，它们分别与磁跳闸和热跳闸相关。当致动杆22和24中的任一个通过相应的跳闸移动时，跳闸臂20旋转并启动开关机构，以打开切断块的触点，以便中断单元2中的电流流动。例如，跳闸臂20是相对于壳体14可旋转地安装的轴。

热跳闸包括双金属条30，即具有不同热膨胀系数的两个金属条的层叠组件。该双金属条30用于承载在端子10和12之间流动的电流，如下所述。当通过它的电流超过第一预定阈值时，双金属条30能够变形，以便致动第一致动杆24。

例如，双金属条30从壳体14的基部朝向壳体14的上表面延伸。双金属条30的上端在双金属条变形时自由移动并且与致动杆24相对放置。

第一阈值例如对应于过载电流类型的时间上长故障的跳闸阈值。

磁跳闸包括可动电枢34、固定电枢32和电导体36。

电导体36和双金属条30在连接端子10和12之间彼此串联电连接。有利地，导体36起到用于双金属条30的附加加热元件的作用。

例如，双金属条30通过金属螺钉31拧紧而与端子12的弯曲部分直接接触，在这种情况下，金属螺钉31在双金属条30的基部处。

当流过电导体36的电流超过第二预定阈值时，可动电枢34能够从第一位置向第二位置移动。在第一位置，可动电枢34与固定电枢32间隔开。在第二位置，可动电枢34与固定电枢32接触。在电枢32和34的接触区域产生接触。

电枢34在图3中示出为处于第一位置，在图2和4中示出为处于第二位置。

接触区域对应于电枢32和34的外表面的部分，当可动电枢34处于第二位置时，电枢32和34在该部分处彼此接触。标号Z32指的是电枢32的接触区域。标号Z34指的是电枢34的接触区域。

可动电枢34朝向第二位置的运动致动致动杆22。

第二阈值例如对应于短路类型的时间上短故障的跳闸阈值。因此，它与第一阈值不同。

以已知的方式，电枢32和34还设有磁性元件。因此，电枢32和34形成具有可变间隙的磁路。在这种情况下，间隙由存在于壳体内并围绕电枢32和34的空气形成。在第二位置，没有间隙。在实践中，电枢32和34至少部分地围绕导体36并且彼此面对。当电流流过导体36时，它产生磁力，从而使电枢34更靠近电枢32。

磁跳闸的操作原理是已知的，并且不再进一步详细描述。

在通过示例示出和描述的实施例中，电枢32和34都具有横截面是U形的部分，每个部分包括从底部基本垂直延伸的两个臂。如图5和6所示，在这种情况下，接触区域Z32和Z34位于臂的端部上。

如图2、3和4所示，组件6包括固定在可动电枢34上的活动刀片38。在这种情况下，考虑到电枢34的前部指向电枢32，刀片38安装在电枢34的后部。因此，可以理解，刀片38与电枢34一起在第一和第二位置之间移动。

由于枢轴连杆40，由刀片38和电枢34形成的组件相对于刚性连接到壳体14的固定夹具42以枢转方式安装。因此，连杆40允许电枢34在第一和第二位置之间移动。

例如，枢轴连杆40包括连接到夹具42的杆。支座44安装在夹具42上，以便当刀片38返回第一位置时限制刀片38的行程。

在这种情况下，枢轴连杆40设置在电枢34和刀片38的基部。活动刀片38的上端与致动杆22相对放置，以便在刀片38朝向第二位置移动时按压致动杆22。

有利地，组件6包括复位弹簧46，优选地是螺旋弹簧，以便使可动电枢34朝向第一位置返回。例如，弹簧46连接到刀片38和电枢42。

有利地，双金属条30和导体36之间的电连接在这种情况下通过诸如铜连接编织物48的连接元件产生。在替代方案中，可以使用其他元件。

此外，根据实施本发明的优选模式，可动电枢34经由部件62电连接到第一端子10，并且固定电枢32经由部件60电连接到第二端子12。

例如，电枢32经由部件60电连接到端子12的弯曲部分，并且通过使用螺钉31的拧紧保持而通过接触电连接到双金属条30。

在替代方案中，可以使用电连接元件，例如连接编织物或电缆或预制的刚性导体。

在图1的说明图中，具有参考T的元件表示热跳闸。具有参考M1和M2的元件对应于磁跳闸。更确切地说，元件M2象征性地表示开关，以便说明电枢32和34相对于彼此的运动所起的作用。第二位置对应于开关M2的导通状态，允许电流在分支R2中流动，并且第一位置对应于阻塞状态。元件M1象征性地表示开关M2的控制，示出了导体36所起的作用，以便控制电枢34的运动。

通常，电导体36和双金属条30一起形成电路的第一分支R1，使得电流在连接端子10、12之间流动。此外，在第二位置，彼此接触的电枢32和34形成电路的第二分支R2，使得电流在连接端子10、12之间流动。该第二分支R2与第一分支R1并联电气地布置。

此外，第一分支R1的阻抗大于第二分支R2的阻抗，例如阻抗是第二分支R2的阻抗的十倍，优选地阻抗是第二分支R2的阻抗的一百倍。例如，第一和第二分支R1和R2之间的阻抗差异部分地归因于双金属条30的高阻抗。

因此，在第二位置，在端子10和12之间流过组件6的电流至少部分地从双金属条30转移并穿过电枢32、34，因为由于其阻抗小于第一分支R1的阻抗而使它们接触形成电流流动的优选路径。

而且，根据实施本发明的优选方式，固定电枢32和可动电枢34的各个接触区域Z32和Z34由具有低可相互焊接性的导电材料制成。

根据所示的实施方式，由于上述形状，每个电枢32、34包括两个接触区域。应当理解，在替代方案中，如果电枢32和/或电枢34具有不同的形状，则接触区域的数量可以不同。

优选地，接触区域Z32、Z34各自由附加元件60、62形成，固定在相应的固定或可动电枢32、34的主体上。附加元件例如是覆盖物或板或片材或接触垫或者任何其他等效元件。

如图5和6所示，在该示例中，每个电枢32、34包括分别用60和62表示的附加元件，在该附加元件上形成与该电枢相关的所有接触区域Z32、Z34。

根据未示出的替代方案，电枢32、34是双材料部件，包括主材料，在该主材料上设置有由不同的第二材料形成的区域以形成接触区域。

根据其他替代方案，电枢32、34仅由一种材料形成。

相对于彼此选择形成接触区域Z32、Z34(在电枢34处于第二位置时彼此直接接触)的材料，以便在电流流过分支R2时防止焊接。

例如，在本说明书的含义内，据说两种材料在不相互焊接时同时它们彼此直接接触并携带强度为500A的电流持续8ms时表现出“低可焊接性”，该电流流过两种材料之间接触表面，其表面积小于或等于1cm2。当材料彼此直接接触并且承载强度为100A的电流持续1ms时，材料也可能不焊接在一起，电流流过两种材料之间的接触表面，其表面积小于或等于1cm2。

根据实施例，至少一个接触区域Z32、Z34由金属材料制成，所述金属材料选自包括铜、钢、铝、硬质合金或具有法国标号A-G3或A-G4的铝合金的组。而且，分别作为固定和可动电枢32、34的一部分的接触区域Z32、Z34的材料是不同的。

在该示例中，电枢32和34的相应主体优选地由钢制成。该材料具有良好的机械强度，并且可以有效地引导由极元件产生的磁通量，以便操作磁跳闸。例如，在这种情况下，使用碳质量浓度小于0.2％的钢。

在这种情况下，元件60是铜板，固定在电枢32的主体上。

在这种情况下，元件62是铝板，固定在电枢34的主体上。

然而，材料和其他布置的其他组合也是可能的。特别地，根据其他实施例，一个或多个接触区域由石墨制成。例如，每个接触区域Z32、Z34由添加到相应电枢32、34的主体上的石墨垫形成。该垫可以通过专用连接器直接电连接到相应的端子10、12。

由于本发明，使电枢32和34在第二位置接触允许电流在连接端子10和12之间流动而不通过双金属条30。这使得可以从双金属条30转移至少一些电流。因此，双金属条30过热的风险降低。此外，形成接触区域Z32、Z34的材料的选择限制了在电枢处于第二位置时当电流从一个电枢流到另一个电枢时电枢32和34之间意外焊接的风险。因此改善了跳闸组件6的可靠性。

因此，组件6可以用作具有小额定电流的电气开关单元的热磁跳闸，其具有令人满意的可靠性和耐用性。

值得注意的是，在已知的热磁跳闸中，磁跳闸的固定和可动电枢不用于承载电流，以防止固定和可动电枢之间发生意外焊接的任何风险，因为这样的焊接将对跳闸的随后正确操作产生不利影响。因此，已知磁跳闸的固定和可动电枢被电绝缘材料覆盖，以防止它们承载电流。因此，组件6将违背该技术偏见，以获得上述技术优点。

有利地，可动电枢34的接触区域Z34直接连接到第一端子10。

例如，元件42一直延伸到电枢34的基部，以便将电流引导到端子10，优选地防止电流通过枢轴连杆40的轴。

有利地，固定电枢32的接触区域Z32直接连接到第二端子12。

应当理解，形成接触区域Z32、Z34的材料可以在接触区域外部的相应电枢32、34上延伸。

复位弹簧46(优选为螺旋弹簧)涂覆有绝缘材料。绝缘材料优选是含氟聚合物，例如PTFE，比如商标为“特氟隆”的材料。

上面设想的实施例和替代方案可以彼此组合以产生新的实施例。

Claims (10)

1.一种热磁跳闸组件(6)，用于电气开关单元(2)比如断路器，该组件(6)包括：

-热跳闸(T)，

-磁跳闸(M1、M2)，和

-跳闸臂(20)，其用于机械地联接到电气开关单元(2)的开关机构，该跳闸臂包括第一和第二致动杆(22、24)；

热跳闸包括双金属条(30)，当通过它的电流超过第一预定阈值时，该双金属条能够变形，以便致动第一致动杆(24)；

磁跳闸包括可动电枢(34)、固定电枢(32)和电导体(36)；

可动电枢(34)能够从第一位置朝向第二位置移动，在第一位置，可动电枢(34)与固定电枢(32)间隔开，在第二位置，可动电枢(34)在接触区域(60、62)与固定电枢(32)接触，当流过电导体(36)的电流超过第二预定阈值时，可动电枢(34)朝向第二位置的运动致动第二致动杆(22)；

电导体(36)和双金属条(30)在跳闸组件(6)的第一和第二连接端子(10、12)之间彼此串联电连接；

所述跳闸组件(6)的特征在于，可动电枢(34)连接到第一连接端子(10)，并且固定电枢(32)连接到第二连接端子(12)，

并且还在于，固定电枢和可动电枢的各自接触区域(60、62)由具有低可相互焊接性的导电材料制成。

2.根据权利要求1所述的热磁跳闸组件(6)，其特征在于，所述接触区域由固定在相应的固定或可动电枢(32、34)的主体上的附加元件(60、62)形成，比如覆盖物或板或接触垫。

3.根据前述权利要求中任一项所述的热磁跳闸组件(6)，其特征在于，至少一个接触区域由金属材料制成，所述金属材料选自包括铜、钢、铝、硬质合金或具有法国标号A-G3或A-G4的铝合金的组，并且在于，分别作为固定和可动电枢(32、34)的一部分的接触区域的材料是不同的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的热磁跳闸组件(6)，其特征在于，至少一个接触区域由石墨制成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热磁跳闸组件(6)，其特征在于，可动电枢(34)的接触区域(Z34)直接连接到第一端子(10)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的热磁跳闸组件(6)，其特征在于，固定电枢(32)的接触区域(Z32)直接连接到第二端子(12)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的热磁跳闸组件(6)，其特征在于，所述磁跳闸包括复位弹簧(46)，优选为螺旋弹簧，以使可动电枢(34)朝向第一位置返回，所述复位弹簧涂覆有绝缘材料。

8.根据权利要求7所述的热磁跳闸组件(6)，其特征在于，所述绝缘材料是特氟隆。

9.根据前述权利要求中任一项所述的热磁跳闸组件(6)，其特征在于，所述电导体(36)和双金属条(30)一起形成电路的第一分支(R1)，使得电流在连接端子(10、12)之间流动，

并且在于，在第二位置，彼此接触的固定和可动电枢(32、34)形成电路的第二分支(R2)，使得电流在连接端子(10、12)之间流动，该第二分支与第一分支(R1)并联地电气布置，

以及在于，第一分支(R1)的阻抗大于第二分支(R2)的阻抗，例如阻抗是第二分支(R2)的阻抗的十倍，优选地阻抗是第二分支(R2)的阻抗的一百倍。

10.一种电气开关单元(2)，特别是断路器，包括：

-具有可分离电触点的切断块(4)；

-跳闸组件(6)，当检测到电气故障时，该跳闸组件能够触发切断块的电触点的打开；

该开关单元(2)的特征在于，所述跳闸组件(6)是根据前述权利要求中任一项所述的跳闸组件。