CN118471712A - 低压开关极柱 - Google Patents

Abstract

一种用于低压开关设备的开关极柱，包括：绝缘外壳，限定具有所述开关极柱的触头区域和灭弧区域的内部空间；第一极柱端子和第二极柱端子，可与电线的对应线路导体耦合；固定触头组件和可移动触头组件，定位在所述触头区域中并且分别包括一个或多个可相互耦合或不耦合的固定触头和一个或多个可移动触头；电弧室，定位在所述灭弧区域中并且包括多个平行断弧板；磁场生成装置，被配置为在开关极柱断开动作期间生成磁场。

Description

低压开关极柱

发明领域

本发明涉及一种用于适于安装在低压电气系统中的开关设备的开关极柱(switchpole)。本发明同样涉及包括一个或多个所述开关极柱的开关设备。

背景技术

低压开关设备，诸如断路器、隔离开关、接触器等，包括一个或多个开关极柱，每个开关极柱包括一个或多个固定触头和可以彼此耦合和不耦合的可移动触头。

本领域的已知开关装置还包括驱动装置，其被设计为相对于固定触头移动可移动触头，使得这些电触头可以相互耦合或不耦合，从而允许或阻止电流沿开关极柱流动。这些驱动装置包括，例如终止于操作地连接到包括可移动触头的可移动触头组件的轴中的多个机构。

众所周知，在开关设备的断开动作期间，在开关极柱分离的情况下，特别是在应力状态下(例如在存在过载电流或短路电流的情况下)，电触头之间可能会产生电弧。

为了切断沿开关极柱循环的电流，必须尽快消除这种电弧现象。为此目的，对于每个开关极柱，开关设备通常包括电弧室，该电弧室包括定位在电触头附近的多个断弧元件并且被设计为分离在电触头之间产生的可能电弧。不幸的是，在开关极柱断开动作期间，电弧室的断弧元件之间的电弧分布不均匀。因此，由断弧元件施加的熄弧作用并不均匀且有效，这可能会对电弧室本身的寿命产生不利影响，并且导致其功能的早期衰减，从而极大地限制了开关设备的整体性能。此外，已经看到的是电弧有时可能会击中开关极柱的其他导电部分，这些部分位于开关极柱的电弧室之外。显然地，受这些电弧影响的开关组件可能会受到严重的损坏，因为它们通常地被设计为不能承受高电应力和热应力。

在现代配电网中，开关设备经常被带到相对较高的工作电压(例如AC或DC高达2.0至2.5千伏)下操作，这使得上述现有技术的问题变得更加关键。因此，在开关设备的断开动作期间，在分离的情况下电触头之间可能产生具有巨大能量含量的电弧。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于低压开关设备的开关极柱，以克服或减轻上述缺点。

特别地，本发明旨在提供一种开关极柱，其中在开关设备的断开动作期间，分离的电触头之间产生的电弧沿电弧室均匀地发展，并且有效地限制在开关极柱的断弧区域。

本发明的另一个目的是提供一种开关极柱，其中防止或显著地减少朝向开关极柱灭弧区域以外部分的电弧现象。

本发明的另一个目的是提供一种操作可靠并且在工业水平上制造相对容易和便宜的开关极柱。

根据本发明，通过根据以下权利要求1和相关的从属权利要求的用于低压开关设备的开关极柱，提供了上述目标和目的以及将从以下描述和附图中清楚地出现的其他目的。

在一般定义中，根据本发明，开关极柱包括绝缘外壳，绝缘外壳限定了包括触头区域和灭弧区域的内部空间。

根据本发明，开关极柱包括被配置为与电线的对应线路导体耦合的第一极柱端子和第二极柱端子。

根据本发明，开关极柱包括固定触头组件，固定触头组件被布置在上述触头区域中并且包括电连接到上述第一极柱端子的多个固定电触头。上述固定电触头包括一个或多个第一固定触头并且一个或多个第二固定触头与上述第一固定触头电绝缘。

根据本发明，开关极柱包括被可移动触头组件，可移动触头组件布置在上述触头区域中并且包括电连接到上述第二极柱端子的多个可移动电触头。上述可移动电触头包括一个或多个第一可移动触头和一个或多个第二可移动触头。上述可移动触头组件围绕旋转轴线可逆地可移动，使得当上述可移动触头组件围绕上述旋转轴线移动时，上述第一可移动触头可以与上述第一固定触头耦合或解耦并且上述第二可移动触头可以与上述第二固定触头耦合或解耦。

根据本发明，开关极柱包括被布置在上述灭弧区域中并且包括多个断弧元件的电弧室。

根据本发明，开关极柱包括磁场生成装置，该磁场生成装置包括围绕绕组轴线缠绕的第一线圈导体和第二线圈导体，绕组轴线平行于上述可移动触头组件的旋转轴线。上述第一和第二线圈导体沿着上述绕组轴线彼此间隔并且在上述第二固定触头和上述第一极柱端子之间串联电连接。

磁场生成装置被配置为在开关极柱的断开动作期间生成磁场。由上述磁场生成装置生成的磁场以这样的方式被定向为使电弧朝向上述开关极柱的灭弧区域移位，在上述断开动作期间在分离的情况下电弧可能在上述固定触头组件和上述可移动触头组件之间生成。

优选地，上述第一和第二线圈导体被布置在上述绝缘外壳的相对侧壁处。

根据本发明的一个方面，上述第一和第二线圈导体分别包括第一和第二线圈端子以及第三和第四线圈端子。

上述第一线圈导体的第一线圈端子通过第一电母线被电连接到上述第二固定触头。

上述第二线圈导体的第二线圈端子通过第二电母线被电连接到上述第二线圈导体的第三线圈端子。

上述第二线圈导体的上述第四线圈端子通过第三电母线被电连接到上述第一极柱端子。

根据本发明的一个方面，开关极柱包括附加外壳结构来容纳上述第一和第二线圈导体以及上述第一、第二和第三电母线。上述附加外壳结构被固定到上述绝缘外壳。

根据本发明的一个方面，开关极柱包括与上述磁场生成装置结合并且位于在开关极柱的相对于上述固定触头组件的相对侧处的磁性屏蔽装置。上述磁性屏蔽装置被配置为在由绝缘外壳限定的内部体积内、在上述开关极柱的断开动作期间更好地限制由上述磁场生成装置生成的磁场。

优选地，磁性屏蔽装置包括U型磁轭，该U型磁轭具有布置在上述绝缘外壳的前壁处的中心部分以及布置在上述绝缘外壳的相对侧壁处的一对侧向部分。

优选地，上述磁轭的中心部分被布置在上述前壁处固定到上述绝缘外壳的第一支撑上。

优选地，上述磁轭的侧向部分被布置在上述绝缘外壳的相对侧壁处固定到上述附加外壳结构的对应第二支撑上。

根据本发明的一个方面，上述可移动触头组件在对应于上述开关极柱的闭合状态的第一位置和对应于上述开关极柱的断开状态的第二位置之间围绕上述旋转轴线可逆地可移动。

当上述可移动触头组件在上述第一位置时：

-上述第一可移动触头与上述第一固定触头耦合；

-上述第二可移动触头与上述第二固定触头解耦。

当上述可移动触头组件在上述第二位置时：

-上述第一可移动触头与上述第一固定触头解耦；

-上述第二可移动触头与上述第二固定触头解耦。

在上述开关极柱的断开动作期间，上述可移动触头组件从上述第一位置移动到第一中间位置，其中

-上述第一可移动触头与上述第一固定触头耦合；

-上述第二可移动触头与上述第二固定触头耦合。

在上述开关极柱的断开动作期间，上述可移动触头组件随后从上述第一中间位置移动到第二中间位置，其中：

-上述第一可移动触头与上述第一固定触头解耦；

-上述第二可移动触头与上述第二固定触头耦合。

在上述开关极柱的断开动作期间，上述可移动触头组件随后从上述第二中间位置移动到上述第二位置。

在另一方面，本发明涉及低压开关设备，优选地断路器，至少包括如上述的根据本发明的开关极柱。

附图说明

本发明的另外特征和优点将从根据本发明的开关极柱的优选的但不是唯一的实施例的描述中得到明显的体现，通过附图中的示例示出，其中：

-图1是根据本发明的开关极柱的示意图；

-图2至9是根据本发明的开关极柱的附加示意图；

-图10至17是示出在断开动作期间的根据本发明的开关极柱的操作的示意图。

具体实施方式

参考附图，本发明涉及一种用于低压开关设备的开关极柱1，例如断路器、隔离开关、接触器等。

该开关设备特别适于在AC低压电气系统中使用，并且将特别参考这些应用对其进行描述。但是原则上也可用于不同类型的电气系统，如DC低压电气系统。

为了本发明的目的，术语“低压”通常涉及高达2.0kV AC和2.5kV DC的操作电压。

根据本发明，该开关设备包括一个或多个开关极柱。

开关极柱的数量可根据需要变化。

在一些实施例中，开关设备可以是三相型并且它包括三个开关极柱。然而，根据本发明的其他实施例，根据开关设计必须要在其中安装的电路的电相数目，开关设备可以包括不同数目的开关极柱。

根据本发明，开关极柱1包括限定了包括触头区域3和灭弧区域4的内部体积的绝缘外壳2(图8至13)。一般情况下，触头区域3是开关极柱的内部体积的一部分，其中开关极柱的触头组件被布置并且操作。另一方面，灭弧区域4是开关极柱的内部体积的一部分，其中已布置被设计为熄灭在断开动作期间开关极柱的电触头之间可能产生的电弧的熄弧装置。

触头区域3和灭弧区域4相邻并且彼此处于流体动力学通信中。优选地，灭弧区域4关于触头区域3定位在较高水平，即在相对于触头区域3的顶部的近端位置。

为清楚起见，指定本公开中使用的相对术语，例如“前”、“后”、“侧”、“上”、“下”、“顶”和“底”涉及开关极柱1在其正常安装状态下，即在“垂直”安装中(图1)。

开关极柱的绝缘外壳2的形状为轮廓盒，具有相对的第一、第二侧壁21、22，相对的前后壁23、24以及相对的上下壁25、26。

优选地，绝缘外壳2由彼此连接的第一和第二半壳形成。在这种情况下，绝缘外壳2的顶壁25可以固定到开关极柱的另一组件(电弧室)的绝缘套壳上，并且其可以与这样的组件一起可拆卸地安装在开关极柱内。然而，根据本发明的其他实施例(未示出)，开关极柱的绝缘外壳2可以以不同的方式被布置。例如，顶壁25可以与绝缘外壳的其他壁集，成或者它可以是独立的以便与绝缘外壳的其余壁可拆卸地耦合。

优选地，顶壁25提供多个通孔，以允许从开关极柱的内部空间，特别是从灭弧区域4出口热气。绝缘外壳2由电绝缘材料制成，例如热固性或热塑性材料。

根据本发明，开关极柱1包括与电线的相应线路导体耦合的第一极柱端子7和第二极柱端子8。

在操作中，极柱端子7、8与电线的相应导线电耦合(以已知的方式)。这些线路导体依次分别电连接到电源(例如电力馈电或发电系统或电网的一部分)和电负载(例如电力系统或装置或电网的一部分)。

为了清楚起见，指定本公开中使用的术语“耦合”、“解耦”或“可耦合”涉及不同部件的电气和机械耦合/解耦，除非另有说明或从描述或图中不言自明。

优选地，极柱端子7、8定位在开关极柱的绝缘外壳的后壁24处。

根据本发明，开关极柱1包括布置在开关极柱的触头区域3中的固定触头组件5和可移动触头组件6。

固定触头组件5包括一个或多个固定电触头51、52，其通常电连接到第一极柱端子7。

更具体地，固定触头组件5包括一个或多个第一固定触头51和一个或多个第二固定触头52，第二固定触头52与固定触头51间隔并且与固定触头51绝缘。

因此，第一和第二固定触头51、52与第一极柱端子7并联电连接，但它们相互间隔并且电绝缘。

优选地，第一、第二固定触头51、52定位在开关极柱绝缘外壳的后壁24处。

优选地，第一和第二固定触头51、52分别被布置在相对于开关极柱的灭弧区域4的远端位置和近端位置。

优选地，第一固定触头51由被布置在第一导电底座51A上的一对导电尖端形成，第一导电底座51A直接耦合到第一极柱端子7(图10至13)。

同样地，第二固定触头52优选地由布置在第二导电底座52A上的一对导电尖端形成，第二导电底座52A通过开关极柱的其他导电组件(图10至13)与第一极柱端子7电连接，因为它将更好地从以下部分出现。

优选地，第一和第二固定触头51、52相对于由各自的导电底座51A、52A限定的公共参考平面以不同的高度突出。更具体地，与第二固定触头52相比，第一固定触头51以更高的高度突出(图10至13)。

优选地，固定触头组件5包括插入在第一和第二固定触头51、52之间的电绝缘材料的第一间隔物53，以便彼此电绝缘。

优选地，固定触头组件5包括插入在第一极柱端子7和第二固定触头52之间的电绝缘材料的第二间隔物54，以防止这些组件之间的直接电耦合(这些组件通过开关极柱的其他导电组件电连接，因为它将更好地从下面出现)。

优选地，固定触头组件5包括电连接到第二固定触头52的细长导电板55(例如由金属材料形成)。导电板55从第二固定触头52朝向灭弧区域4延伸，并且其被布置在绝缘外壳2的后壁24处。

可移动触头组件6包括一个或多个可移动电触头61、62，可移动电触头61、62通常电连接到第二极柱端子8。

更具体地，可移动触头组件6包括一个或多个第一可移动触头61和一个或多个第二可移动触头62(图10至13)。

优选地，第一和第二可移动电触头61、62彼此电连接并且平行电连接到第二极柱端子8。

优选地，第一和第二可移动触头61、62分别被布置在相对于开关极柱的灭弧区域4的远端位置和近端位置。

优选地，第一和第二可移动触头61、62分别由第一和第二对导电手指形成，导电手指从电连接到第二极柱端子8的导电头65突出。

可移动触头组件6围绕旋转轴线A1是可逆可移动的，旋转轴线A1优选地垂直于开关极柱的绝缘外壳的侧壁21、22。

优选地，可移动触头组件6包括用于可移动触头61、62的支撑结构63。支撑结构可以方便地围绕旋转轴线A1旋转，并且支撑结构包括连接元件64，连接元件64突出于开关极柱的绝缘外壳外部(优选地从前壁23的合适窗口)，以用于与驱动机构(未示出)连接。

优选地，其上安装可移动触头61、62的导电头65被铰接到支撑结构63。因此，导电头65与支撑结构63一起旋转并且当支撑结构移动时导电头65可相对于上述支撑结构略微倾斜。这样，当支撑结构63按旋转方向旋转时，导电头65可相对于支撑结构63以相反的旋转移动轻微倾斜。

可移动触头组件6在第一位置P1(图8和10)和第二位置P2(图9和13)之间围绕旋转轴线A1可移动。这样，第一可移动触头61可以与第一固定触头51耦合或解耦，同时第二可移动触头62可以与第二固定触头52耦合或解耦。

可移动触头组件6的第一位置P1对应于开关极柱的闭合状态，其中允许电流在开关极柱的极柱端子之间流动，而可移动触头组件6的第二位置P2对应于开关极柱的断开状态，其中沿开关极柱流动的电流被断开。

方便地，可移动触头组件6通过根据相反的旋转方向围绕旋转轴线A1旋转，在第一和第二位置P1、P2之间移动。可移动触头组件6从第一位置P1到第二位置P2的转变构成开关极柱的断开动作，而可移动触头组件6从第二位置P2到第一位置P1的相反转变构成开关极柱的闭合动作。

根据本发明的一个方面，可移动触头组件6和固定触头组件5被布置为使得第一和第二可移动触头61、62在开关极柱的断开动作期间根据特定的断开顺序(如下上述)与第一和第二固定触头51、52解耦(图10至13)。

当可移动触头组件6是第一位置P1(开关极柱闭合状态)时，第一可移动触头61与第一固定触头51耦合，同时第二可移动触头62与第二固定触头52解耦(图9)。

在开关极柱的断开动作期间，在根据围绕旋转轴线A1(图10至11)的旋转方向R的初始移动后，可移动触头组件6从第一位置P1移动到第一中间位置P3(图11)，其中：

-第一可移动触头61与第一固定触头51耦合；

-第二可移动触头62与第二固定触头52耦合。

在根据旋转方向R的进一步移动后(图11至12)，可移动触头组件6从第一中间位置P3移动到第二中间位置P4(图12)，其中：

-第一可移动触头61与第一固定触头51解耦；

-第二可移动触头62与第二固定触头52耦合。

在根据旋转方向R的再进一步移动后(图12至13)，可移动触头组件6从第二中间位置P4移动到第二位置P2(图13)。

当可移动触头组件6是第二位置P2时，第一可移动触头61与第一固定触头51解耦，同时第二可移动触头62与第二固定触头52解耦。

如图10-13所示，上述电触头51、52、61、62的断开顺序的实现是通过可移动触头61、62(安装在倾斜头65上)的特殊布置和固定触头51、52(从对应的导电底座51A、52A以不同高度突出)的特殊布置使之变得可能。

根据本发明的一个方面，可移动触头组件6和固定触头组件5被布置为使得在开关极柱闭合动作期间，第一和第二可移动触头61、62根据特定的闭合顺序与第一和第二固定触头51、52耦合。电触头的闭合顺序与上述断开顺序相比基本上相反。

因此，可移动触头组件6从第二位置P2开始，首先经过第二中间位置P4，再经过第一中间位置P3，最后到达第一位置P1。

根据本发明，开关极柱1包括方便地在触头区域3上方定位在灭弧区域4中的电弧室40。

电弧室40包括多个灭弧元件41，灭弧元件41被设计为在开关极柱的断开动作期间，当电触头51、52、61、62分离时，熄灭在这些触头之间产生的可能电弧(图10至13)。

根据一些实施例，电弧室40可以由可拆卸地安装在对应开关极柱中的独立结构形成。在这种情况下，电弧室40包括可拆卸地固定到开关极柱的绝缘外壳上的绝缘套壳(由电绝缘材料制成，例如热固性或热塑性材料)。断弧元件41方便地固定到上述绝缘套壳(未示出)。优选地，开关极柱的绝缘外壳的顶壁25被固定到上述绝缘套壳上，使得其可以与电弧室40一起被安装或被拆卸。

电弧室40的断弧元件41包括一系列平行布置的断弧板，优选地沿平行于绝缘外壳2的前壁和后壁23、24并垂直于侧壁21、22的参考平面布置。断弧板41优选地以距离固定触头组件5增长的距离被布置在前壁和后壁23、24之间的随后位置处。

优选地，断弧板41由轮廓化的金属板或陶瓷板形成，其可以根据需要具有不同的尺寸和形状。

本发明的一个基本方面在于，开关极柱1包括磁场生成装置10，该装置被配置为在开关极柱的断开动作期间生成磁场B。

磁场生成装置10包括围绕绕组轴线A2并且互相电连接的第一线圈导体11和第二线圈导体12，绕组轴线A2平行于可移动触头组件6的旋转轴线A1。

第一和第二线圈导体11、12根据Helmholtz线圈配置方便地被布置。因此，它们以绕组轴线A2为中心，沿着绕组轴线A2彼此间隔，并且并联电连接，使得相同的电流根据一致的方向沿着线圈导体11、12流动。

优选地，第一和第二线圈导体11、12被布置在开关极柱的绝缘外壳在开关极柱的内部体积外部的相对侧壁21、22处。

如上上述，第一和第二线圈导体11、12在开关极柱的第二固定触头52和第一极柱端子7之间串联电连接。

第一和第二线圈导体11、12分别具有第一和第二线圈端子13、14以及第三和第四线圈端子15、16。

根据本发明的一个方面：

-第一线圈导体11的第一线圈端子13通过第一电母线17与第二固定触头52电连接；

-第一线圈导体11的第二线圈端子14通过第二电母线18与第二线圈导体12的第三线圈端子15电连接；

-第二线圈导体12的第四线圈端子16通过第三电母线19与第一极柱端子7电连接。

在所引用的图中所示的实施例中，第一和第二线圈导体11、12由围绕绕组轴线A2形成单匝的对应导电棒形成。同样，第一、第二和第三电母线17、18、19由成形导电棒形成。

刚性导体11、12、17、18、19的采用有利于磁场生成装置的组装，并且使开关极柱的整体结构更加稳健。

然而，根据另外实施例(未示出)，每个线圈导体11、12可以由缠绕在合适的刚性绝缘支架上形成以绕组轴线A2为中心的环路的多匝导线形成，而电母线17、18、19可以由合适的导线形成。

如上上述，绕组轴线A2平行于可移动触头组件6的旋转轴线。这样，当电流在开关设备的断开动作期间沿着线圈导体11、12循环时，形成了跨开关极柱的触头区域3的磁场B(基本上根据垂直于绝缘外壳2的相对壁21、22的方向)。

假设线圈导体11、12以绕组轴线A2为中心并且被布置在触头区域3的相对两侧，则已生成的磁场B具有跨触头区域3的横截面均匀分布的场线。

此外，由于线圈导体11、12在第二固定触头52和第一极柱端子7之间串联电连接，因此沿着线圈导体11、12流动的任何电流(AC或DC)生成具有一致场线的磁场B。

通过已生成的磁场B，在分离的情况下固定触头组件5和可移动触头组件6之间可能产生的电弧受到定向朝向开关极柱的灭弧区域4的磁力Fm(洛伦兹力)的影响。这样的磁力使电弧朝向灭弧区域4移位。

在实践中，在固定触头组件5和可移动触头组件6之间产生的可能电弧被已生成的磁场B“吹”向灭弧区域4。因此，它们可以均匀分布在电弧室40的断弧元件41中，从而有效地对它们发挥熄灭作用。

由磁场生成装置10生成的磁场B允许有效地限制灭弧区域4中的电弧，从而减少朝向开关极柱的其他导电部分的重新打击的概率。

优选地，开关极柱1包括由电绝缘材料制成的附加外壳结构20，并且被配置为容纳第一和第二线圈导体11、12以及第一、第二和第三电母线17、18、19。

方便地，附加外壳结构20包括用来包围线圈导体11、12的一对绝缘壳和用来将电母线17、18、19与周围环境隔离的多个绝缘罩。

附加外壳结构20被固定到绝缘外壳2，方便地在侧壁21、22和后壁24处。

根据本发明的一个方面，开关极柱1包括与磁场生成装置10结合的磁性屏蔽装置9(图3至4)。

磁性屏蔽装置9被配置为在开关极柱的断开动作期间限制由磁场生成装置10生成的磁场B。

磁性屏蔽装置9位于开关极柱的相对于固定触头组件5的相对侧。

优选地，磁性屏蔽装置9包括U形磁轭，U形磁轭具有被布置在绝缘外壳2的前壁23处的中心部分91以及被布置在绝缘外壳2的相对侧壁21、22处的一对侧向部分92。

优选地，磁轭的中心部分和侧向部分91、92由磁性材料板形成，优选地是铁磁性材料。

优选地，磁轭的中心部分和侧向部分91、92彼此间隔。这种解决方案允许减小开关极柱的总体尺寸，即使磁场的限制作用与备选的装置相比稍微不那么有效，在备选的装置中，磁轭的不同部分之间没有气隙。

根据本实施例，中心部分91被布置(例如粘接)在电绝缘材料的第一支撑910上，该第一支撑910被固定到在前壁23处的绝缘外壳2上，而侧向部分92被布置(例如粘接)在电绝缘材料的对应第二支撑920上，该第二支撑920在绝缘外壳2的相对侧壁21、22处被固定到包围磁场生成装置10的附加外壳结构20。

由上述可知，磁性屏蔽装置9如何允许更好地将已生成磁场B限制在由绝缘外壳2限定的内部体积内，特别是限制其在绝缘外壳的前壁23处的周围环境中的膨胀。

图9至16示出了在断开动作期间开关极柱1的操作。

图10示出了在第一位置P1(开关极柱的闭合状态)的具有可移动触头组件6的开关极柱。

在这种情况下，第一可移动触头61与第一固定触头51耦合，同时第二可移动触头62与第二固定触头52解耦。

极柱电流I可以沿着开关极柱在极柱端子7、8之间流动。极柱电流I完全通过第一可移动触头61和第一固定触头51(图14)。

由于第二可移动触头62和第二固定触头51解耦，没有电流沿着线圈导体11、12流动。

由于没有电流沿线圈导体11、12流动，因此磁场生成装置10不生成磁场。

由于极柱端子7、8短路，可移动触头组件6与固定触头组件5之间不会产生电弧。

图11示出了在第一中间位置P3的具有可移动触头组件6的开关极柱，该可移动触头组件根据围绕旋转轴线A1的旋转方向R进行初始轻微移动后到达第一中间位置P3(图10至11)。

在这种情况下，第一可移动触头61与第一固定触头51耦合并且第二可移动触头62与第二固定触头52耦合。

极柱电流I仍然可以在极柱端子7、8之间流动。然而，极柱电流I在通过第一可移动触头61和第一固定触头51的第一电流I1和通过第二可移动触头62、第二固定触头52以及第一和第二线圈导体11、12的第二电流I2之间被分割(图15)。第二电流I2比第一电流I1低得多，因为它沿着具有非常高的等效电阻的导电路径循环。

沿着线圈导体11、12循环的第二电流I2生成具有相对较小强度的磁场B。

由于极柱端子7、8仍然短路，可移动触头组件6和固定触头组件5之间没有电弧产生。

图12示出了在第二中间位置P3的具有可移动触头组件6的开关极柱，该可移动触头组件根据旋转方向R进一步移动后到达第二中间位置P3(图11至12)。

在这种情况下，第一可移动触头61与第一固定触头51解耦，同时第二可移动触头62与第二固定触头52耦合。

极柱电流I仍然可以在极柱端子7、8之间沿着开关极柱流动，因为极柱端子7、8仍然是短路。极柱电流I完全通过第二可移动触头62、第二固定触头52和线圈导体11、12(图16)。由于它们是解耦的，没有电流沿着第一可移动触头61和第一固定触头51流动。

沿线圈导体11、12循环的极柱电流I生成具有相对高强度的磁场B。

由于极柱端子7、8仍然短路，可移动触头组件6和固定触头组件5之间没有电弧产生。

在根据旋转方向R进一步移动后(图12至13)，第二可移动触头62也与第二固定触头52解耦。

由于现在将可移动电触头61、62与对应的固定电触头51、52分离，因此在第一和第二极柱端子7、8之间建立电压电势差。在任何时候，第二极柱端子(以及可移动触头61、62)可以具有正电压极性，而第一极柱端子7(以及固定触头51、52)可以具有负电压极性，反之亦然。由于可移动触头61、62与固定触头51、52之间的介电距离很短，因此在分离的情况下，电弧在可移动触头组件6与固定触头组件5之间产生。

这些电弧的起始允许电弧电流I_arc沿线圈导体11、12循环，因为电弧在极柱端子7、8之间形成瞬态导电路径。

通过流动经过磁场生成装置10，电弧电流I_arc生成具有相对较高强度的磁场B，使电弧朝向灭弧区域4移位。

因此，电弧被迫通过电弧室40的断弧板41，从而可以发挥它们的熄弧作用。

最后，当可移动触头组件6到达第二位置P2(开关极柱的断开状态)时，电弧可以最终熄灭或通过断弧元件41的完全延伸继续其熄灭过程。

然而，磁场生成装置10继续生成磁场B来驱动电弧朝向灭弧区域4，直到电弧完全熄灭。

它证明了磁场生成装置10如何利用由可移动触头组件6和固定触头组件5之间的电弧提供的能量来生成位移电弧的磁场B。

这可以避免安装将电弧吹向灭弧区域4的永磁体。与采用永磁体的解决方案不同，磁场生成装置10因此也可用于AC应用。

由磁场生成装置10生成的磁场B的强度随电流增大而增大，并且因此随电弧的能量增大而增大。也就是说，电弧的电流越高，由磁场生成装置10生成的磁场B的驱动作用就越强。因此，即使开关极柱在相对较高的电压下操作(例如，高达AC或DC 2.0至2.5kV)，磁场装置10也可以有效地操作，并且因此在开关极柱的断开动作期间，在分离的情况下电触头之间可能产生具有巨大能量含量的电弧。

另一方面，在没有电弧的情况下(例如，在断开动作的早期阶段或在闭合动作期间或当开关极柱在闭合状态时)，磁场生成装置10不会以任何方式影响开关极柱的操作。磁场生成装置最多形成用于沿开关极柱流动的极柱电流的备选路径。

根据本发明，所采用的低压开关极柱的技术方案允许所提出的目的和目标得以实现。

根据本发明，通过包括在开关极柱中的磁场生成装置，可以实现对电弧室的断弧元件的最佳利用，这些断弧元件在开关装置的断开动作期间逐渐涉及电弧现象。特别地，电弧室的基本上所有断弧板都可以参与电弧的熄灭作用，从而允许均匀和有效地利用电弧室。因此生成到电弧室的机械应力和热应力较小，从而延长了电弧室的使用寿命。

此外，由于磁场生成装置，在灭弧区域外部，电弧击中朝向开关极柱的其他导电元件的可能性是显著降低的。

本发明的开关极柱结构相对简单紧凑，相对容易在工业水平上制造，与目前市场上可用的解决方案相比，成本具有竞争力。

如上上述，本发明还涉及一种低压开关装置，包括至少一个如前述的根据本发明的开关极柱。

优选地，根据本发明，这种开关设备是包括三个开关极柱的断路器。

Claims (14)

1.一种用于低压开关设备(100)的开关极柱(1)，包括：

-绝缘外壳(2)，限定具有所述开关极柱的触头区域(3)和灭弧区域(4)的内部空间；

-第一极柱端子(7)和第二极柱端子(8)，能够与电线的对应线路导体耦合；

-固定触头组件(5)，被布置在所述触头区域(3)中并且包括电连接到所述第一极柱端子(7)的多个固定电触头(51，52)，所述固定电触头包括一个或多个第一固定触头(51)和与所述第一固定触头电绝缘的一个或多个第二固定触头(52)；

-可移动触头组件(6)，被布置在所述触头区域(3)中并且包括电连接到所述第二极柱端子(8)的多个可移动电触头(61，62)，所述可移动电触头包括一个或多个第一可移动触头(61)和一个或多个第二可移动触头(62)，所述可移动触头组件围绕旋转轴线(A1)能够可逆地移动，使得当所述可移动触头组件(6)围绕所述旋转轴线(A1)移动时，所述第一可移动触头(61)能够与所述第一固定触头(51)耦合或解耦并且所述第二可移动触头(62)能够与所述第二固定触头(52)耦合或解耦；

-电弧室(40)，被布置在所述灭弧区域(4)中并且包括多个断弧元件(41)；

其特征在于所述开关极柱包括磁场生成装置(10)，所述磁场生成装置(10)包括围绕绕组轴线(A2)缠绕的第一线圈导体(11)和第二线圈导体(12)，所述绕组轴线(A2)平行于所述可移动触头组件(6)的所述旋转轴线(A1)，所述第一线圈导体(11)和所述第二线圈导体(12)沿着所述绕组轴线(A2)彼此间隔并且在所述第二固定触头(52)和所述第一极柱端子(7)之间被串联电连接，

其中，所述磁场生成装置(10)被配置为在所述开关极柱的断开动作期间生成磁场(B)，所生成的磁场以使电弧朝向所述开关极柱的所述灭弧区域(4)移位的方式被定向，所述电弧在分离的情况下在所述固定触头组件(5)和所述可移动触头组件(6)之间产生。

2.根据权利要求1所述的开关极柱，其特征在于所述第一线圈导体(11)和所述第二线圈导体(12)被布置在所述绝缘外壳(2)的相对侧壁(21，22)处。

3.根据前述权利要求中任一项所述的开关极柱，其特征在于所述第一线圈导体(11)和所述第二线圈导体(12)分别包括第一线圈端子(13)和第二线圈端子(14)以及第三线圈端子(15)和第四线圈端子(16)，

其中所述第一线圈导体(11)的所述第一线圈端子(13)通过第一电母线(17)被电连接到所述第二固定触头(52)，

其中所述第二线圈导体(11)的所述第二线圈端子(14)通过第二电母线(18)被电连接到所述第二线圈导体(12)的所述第三线圈端子(15)，

其中所述第二线圈导体(12)的所述第四线圈端子(16)通过第三电母线(19)被电连接到所述第一极柱端子(7)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的开关极柱，其特征在于所述开关极柱包括附加外壳结构(20)来容纳所述第一线圈导体(11)和所述第二线圈导体(12)以及所述第一电母线(17)、所述第二电母线(18)和所述第三电母线(19)，所述附加外壳结构(20)被固定到所述绝缘外壳(2)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的开关极柱，其特征在于所述开关极柱包括被布置在所述开关极柱的与所述固定触头组件(5)相对一侧的磁性屏蔽装置(9)，所述磁性屏蔽装置被配置为在所述开关极柱的断开动作期间限制由所述磁场生成装置(10)生成的磁场。

6.根据权利要求5所述的开关极柱，其特征在于所述磁性屏蔽装置(9)包括U型磁轭，所述U型磁轭具有布置在所述绝缘外壳(2)的前壁(23)处的中心磁性部分(91)以及布置在所述绝缘外壳(2)的相对侧壁(21，22)处的一对侧向磁性部分(92)。

7.根据权利要求3和6所述的开关极柱，其特征在于所述中心磁性部分(91)被布置在第一支撑(910)上，所述第一支撑(910)在所述前壁(23)处固定到所述绝缘外壳(2)，并且所述第二磁性部分(92)被布置在对应第二支撑(920)上，所述对应第二支撑(920)在所述绝缘外壳的相对侧壁(21，22)处被固定到所述附加外壳结构(20)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的开关极柱，其特征在于所述可移动触头组件(6)能够在对应于所述开关极柱的闭合状态的第一位置(P1)和对应于所述开关极柱的断开状态的第二位置(P2)之间围绕所述旋转轴线(A1)可逆地移动。

9.根据权利要求8所述的开关极柱，其特征在于当所述可移动触头组件(6)在所述第一位置(P1)时：

-所述第一可移动触头(61)与所述第一固定触头(51)耦合；

-所述第二可移动触头(62)与所述第二固定触头(52)解耦。

10.根据权利要求8至9中任一项所述的开关极柱，其特征在于当所述可移动触头组件(6)在所述第二位置(P2)时：

-所述第一可移动触头(61)与所述第一固定触头(51)解耦；

-所述第二可移动触头(62)与所述第二固定触头(52)解耦。

11.根据权利要求9和10所述的开关极柱，其特征在于，在所述开关极柱的断开动作期间，所述可移动触头组件(6)从所述第一位置(P1)移动到第一中间位置(P3)，在所述第一中间位置：

-所述第一可移动触头(61)与所述第一固定触头(51)耦合；

-所述第二可移动触头(62)与所述第二固定触头(52)耦合。

12.根据权利要求11所述的开关极柱，其特征在于，在所述开关极柱的断开动作期间，所述可移动触头组件(6)随后从所述第一中间位置(P3)移动到第二中间位置(P4)，在所述第二中间位置：

-所述第一可移动触头(61)与所述第一固定触头(51)解耦；

-所述第二可移动触头(62)与所述第二固定触头(52)耦合。

13.根据权利要求12所述的开关极柱，其特征在于在所述开关极柱的断开动作期间，所述可移动触头组件(6)随后从所述第二中间位置(P4)移动到所述第二位置(P2)。

14.一种低压开关设备，其特征在于所述低压开关设备至少包括根据前述权利要求中任一项所述的开关极柱。