CN1248054A - 具有交错电极的电流开关装置 - Google Patents

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菲利普·L·乌列里奇
弗兰克·罗斯
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Abstract

两个模制箱体电气开关(3a,3b),如电路断路器,网路保护器,切断开关和转换开关,被连接体(21)并排固定在一起,连接体有沿其侧壁(23)延伸的舌形体(27,29),这些舌形体以挤压配合方式与开关的模制箱体相对侧壁(9a,9b)不规则表面(11a,11b)上凹下的凹槽(13,17)相咬合。对于模制箱体的前部(5f)和后部(5r)的分开的连接体(21f,21r),被模制箱体上的与法兰(49a－49b)相配合的螺栓(45)拉紧到位和固定在一起。电极(7)被外部导体(61,63)以任何需要的方式并联连接,从而使标准开关(3a,3b)可以不需要改动就可以使用。

Description

具有交错电极的电流开关装置
本发明涉及用于电力配电系统的大电流电开关装置。更具体地涉及将多个开关单元并排连接在一起，并在电气上联接它们以便共同承担电力负荷。
电力配电系统所用的电气开关装置，包括电路断路器和提供保护的电网保护器，以及电气开关，以便隔离配电系统的各部分和在不同的电源之间进行输电。这类开关被生产为有一个额定电流范围，某些应用需要比可获得的标准单元有更高的额定电流。对于这类应用，不值得制造一个特殊的开关装置。因此，通常是将两个这类开关并排固定在一起，并且将电极相连接以共同承担电流负荷。这种并联结构技术对于模制箱开关特别有用，在这里用于模制箱的投资相当大，可以用并联两个较小的箱子来避免。这些箱子通常用螺栓固定在一起。美国专利No.4,884,047建议利用两个箱子间的一个定位件用螺栓将这些模制箱固定在一起，然后用一种低温浇铸树脂填充剩余的空间，这种树脂在模制箱的相对侧面里变硬并与外廓相结合。
当并排连接两个多极开关时，通常将相邻的电极单元并联相接，这些电极单元或者是在开关的内部，或者是紧贴外表面。这种连接产生了一种AABBCC的相位本体。并联连接相邻电极的方法很简单，但是它有一些缺点。不仅仅是因为这种开关要做成一个单个的三极结构，而且用于完成并联连接的部件还要在较大的框架尺寸内被使用，从而限制了产品的容积。更重要的是，我们已经发现，单个电极单元的载流量在相邻电极被并联连接时并不是相加的。实际上，对于较大的尺寸，如2000或3000安培的电极单元，与两个单独电极单元读数之和相比，双板结构必须至少减去20％。
因此，需要有一种改进的开关装置，它将两个较小的多极开关单元结合起来，以便产生一个有较高电流容量的单元。
还有一种更特殊的需求，来简单可靠地连接多极开关单元，特别是它不需要用低温模铸一种树脂。
对于这种结合两个较小单元的多极开关装置的又一个需求，是这种单元的额定值不会小于二个单独电极单元相加之和。
这些要求以及其它需要可被本发明所满足，本发明提供了这样的电气开关装置，它包括一对并排的多极开关单元，这些单元有带不规则表面并互相面对的侧面的模制箱。这些不规则表面包括至少一个从不规则表面切凹下的凹槽。用于连接两个模制箱的连接体带有侧壁，这些侧壁上有通常沿着侧壁延伸的舌形体，这种舌形体的尺寸被这样做成，当连接体在两个箱体之间被推动时，它可以与一个相面对模制箱侧壁上的凹槽形成压入配合。一个紧固在两个开关单元上的止动组件防止连接体从模制箱里的槽中退出。在模制箱中的凹槽形成一个带有向内倾斜内表面的指形体。舌形体带有向内倾斜的内表面，它与指形体上的内表面相咬合以便实现压入配合。连接体最好有一个外配合表面，邻近朝模制箱侧壁突出并与之相配合的舌形体，以便在舌形体与指形体配合时，给舌形体从连接体向外弯曲提供一个空间。连接体最好还有一个凹槽，面对舌形体上朝内倾斜的内表面，当指形体与舌形体配合时，为模制箱上的指形体朝外弯曲提供一个空间。
与在模制箱上形成邻近侧壁一端的指形物的凹槽一起，在另一端上提供有止动组件以便平衡连接体上的负载。最好的方案是要提供一种机构，在开关工作时防止连接体的舌形体由于横向位移从凹槽中脱出。让模制箱上的舌形体只在覆盖侧壁一部分的横向上延伸就可以做到这一点。在连接体上的一个突出体在横向上使指形体与配合到凹槽的舌形体相配合，从而防止连接体的横向位移。
通常模制箱在侧壁有一个上凹槽，形成抬起开关的把手，以及有下面的凹槽与一个盒体相配合，从而将开关单元固定在一个配电板上。因此，希望使连接体有舌形体以便使这些凹槽的每一个与一个压入配合相配接。
在带有前箱和后箱的模制箱的开关单元中，它们的每一个在面对的侧壁上都有一个或多个凹槽，连接体包括一个前连接体，带有与前箱体侧壁上的凹槽相压入配合的舌形体，以及一个后连接体，带有与后箱体侧壁上相应凹槽相压入配合的舌形体。
这些连接体所具有的宽度，可以保持在相连接的开关单元相邻电极之间所确定的空间。止动组件最好是一个细长的组件，它与两个模制箱上法兰里的开口相配合，并且也与连接体相配合，最好邻近它的被驱动端。
根据本发明的另一方面，两个并排的开关单元的电极被外部的导体连接，以便以交错的方式连接相应的电极，例如ABCABC，或ABCCBA。这些连接是在开关以外进行的，因此没有用户所需部件，同时维持任何类型所需连接的灵活性。
对于本发明的充分理解，可以通过后面参照附图对优先实施例的说明而获得，其中：
图1是根据本发明的电气开关装置的一个正面分解的等比例图。
图2是组装起来的图1的装置的一个后视垂直剖面图。
图3是根据本发明的一个前连接体的等比例后视图。
图4是后连接体的与图3类似的等比例视图。
图5是描述图3和图4的连接体所产生的压力配合的一个放大比例的示意图。
图6是描述现有技术上连接并排开关单元电极的示意图。
图7是描述根据本发明一个实施例的连接并排开关单元的示意线路图。
图8是描述根据本发明另一个实施例的连接并排开关单元的示意线路图。
本发明涉及电气开关装置，其中两个开关单元并排相连以便形成一个有更高电流容量的开关单元。它可以应用于电气开关装置，如电流断路器，网路保护器，断路开关和转换开关，它将以应用为功率电路断路器来加以描述。如图1和图2所示，电气开关装置1包括一对模制箱电路断路器3a和3b。为了方便起见，描述将集中在连接一对电路断路器上，但是很明显，这个原理可以应用于任何数量的这类并排相连的连接上。同时，这个电路断路器3a和3b被表示为三极的电路断路器。也很明显的是，本发明也可以应用于带有其它数量电极，如四个电极的单元。
电路断路器3a和3b的每一个都包括一个模制的箱体5a和5b。如众所周知，这种箱体可以用一种绝缘树脂，如玻璃充填的聚酯铸模而成。在所示的电路断路器里，模制箱5a和5b的每一个都包括一个前箱体5af和5bf，以及一个后箱体5ar和5br，前后箱体用螺栓(没有画出)连接在一起。模制箱5a和5b分别容纳电路断路器电极7a1-7a3以及7b1-7b3。模制箱5a和5b有侧壁9a和9b，这些侧壁有不规则表面11a和11b。表面9a和9b上的不规则性包括下凹槽13a和13b，它们使表面11a和11b向下凹。这些上部的凹槽13a和13b形成向下突出的指形体15a和15b，这两个指形体作为提升电路断路器的把手。在侧壁9a和9b的下方还有朝上指向的凹槽17a和17b，它们形成了朝下凸出的指形体19a和19b。这些下部指形体或凸缘19a和19b与一个扁盒体(没有画出)相咬合，以便将电路断路器固定在一个开关柜(没有画出)中。
这些在模制箱5a和5b侧壁上的下凹槽13a，13b以及17a，17b，根据本发明被用于将两个电路断路器3a和3b夹紧在一起。为此目的，提供了前后连接体21f和21r(参看图3和4)。如从图1和图2中可见的那样，这些连接体21f和21r具有带不规则表面25f和25r的侧壁23f和23r，这些不规则表面并排的电路断路器3a和3b上的不规则表面9a和9b大致上是互补的。回到图3和图4，连接体21f和21r带有第一向上延伸的舌形体27f和27r，它们基本上沿侧壁23f和23r延伸。这些连接体还有下部向上延伸的舌形体29f和29r，它们在舌形体27f和27r下面沿着侧壁23f和23r延伸。如从图2中可见，舌形体27f和27r与凹槽13a和13b咬合，而舌形体29f和29r与下部凹槽17a和17b相咬合。
舌形体27和29以一种压配方式与凹槽13和17相咬合，这可以参照图5看得最清楚。如图所示，舌形体27有一个朝上的内表面31，它与指形体15上的一个朝内斜的内表面33相咬合。舌形体27离开表面25的空间是这样确定的，在斜面31和33之间可以产生一个在图5中以重叠面积35表示的挤压。在这个举例说明的装置中，这个挤压大约为0.005″。
连接体21有一个外配合表面35，它朝着箱体侧壁在37处突出并且咬合，对舌形体27提供一个空间39。而且，一个小凹口41被提供在连接体21上，面对舌形体27上的斜表面31，以提供一个空间给指形体15。连接体21也是用绝缘材料制成，如制作模制箱的玻璃充填的聚酯树脂。这样，舌形体27和指形体15是柔韧的，并由于挤压35而分别向外弯曲。空间39和凹面43为舌形体27和指形体15的变形提供空间。尽管没有画出细节，下部舌形体29和凹槽17也有类似的挤压和容许它们形变的间隙，指形体和舌形体沿前后轴线有一个小拉手，用于将它们从相应的模体中取出。挤压配合沿着抽拉表面延伸。
在连接两个电路断路器3a和3b中，模制箱被反过来，连接体21f和21r被插入，以舌形体27f和27r和凹槽13a和13b相咬合，以舌形体29f和29r和凹槽17a和17b相咬合。连接体然后平行于模制箱的侧壁9a和9b被推动，例如使用木锤，使前述的挤压配合起作用。这就使模制箱5a和5b连接在一起并被紧紧固定。连接体29f和29r利用止动组件被防止退出，这个止动组件是横向穿过模制箱法兰49a和49b上的开口延伸的螺栓45。这些螺栓45还与连接体21f和21r里由狭缝51f和51r形成的开口相配合，以防止连接体退出。一个在法兰49a和49b之间延伸的长螺栓(没有画出)可以用来代替两个短螺栓。
已经发现在电路断路器的开和关中产生的力会使连接体21f和21r绕着螺栓转动。为了防止舌形体在凹槽上的横向脱离，凸起53被提供在前连接体21f上，以便横向上与下指形体19a和19b相配合，这些指形体只在横向上延伸覆盖侧壁9a和9b的一部分。
现在回到图1，一个单独的操作机构55只被提供在并排的电路断路器之一上，在说明例的装置中这个操作机构是电路断路器3a。一个共同的电极轴(没有画出)与每个电路断路器的电极相耦合，并且被操作机构55所转动以便同步地同时打开和关闭所有的电极。这个电气开关装置1进一步包括一个标准的前盖57a用于电路断路器3a和操作机构，以及一个改动的盖子57b，这个盖子封闭住断路器3b的前方并在连接21f上延伸。如从图2中可见，线侧终端导体59a1-59b3和负载侧终端导体61a1-61b3从箱体5a和5b朝后突出。
根据本发明，并排的电路断路器3a和3b电极的并联是利用另外的导体在断路器之外进行的，因此断路器本身仍是标准的，并不需要对具体的并联安排有什么改变。这一点对图6所示的标准作法正相反。在这个常规的安排里，相邻的电极(如7a1和7a2)被并联，包括在两个电路断路器中的相邻电极(7a3和7b1)而形成B相。如前所述，这种安排使所形成的电路断路器比单个电路断路器的额定值降低了20％之多。相邻相位之间的连接在断开点63之前是在断路器内部完成的。这就需要对标准的三极电路断路器在并排结合中进行改动。
图7描述根据本发明，电路断路器保持仍为标准的，包括它们的断开点63。电极的并联是由另外的导体实现的，如在线侧的导体65和负载侧的导体67。在图7的特殊安排里，电极是以ABCABC序列交错安排的。
图8描述了根据本发明的另外一个安排，其中并排的电路断路器3a和3b的电极，是由线侧的65′和负载侧的67′的另外的导体并联连接的。在这种配置中，电极是以ABCCBA顺序并联。十分明显，根据本发明，电极可以按任何所需的配置利用外部导体并联，包括AABBCC。利用这一成果，电路断路器3a和3b仍保持为标准的。对一个特殊的并联安排，不需要有特殊的电路断路器。
尽管本发明的特殊的实施例已被详细叙述，对于内行来说很明显的是，对于这些细节的不同的改进和改变，是可以在本发明的总体原理之内加以实现的。因此，所公开的特殊安排只作为说明之目的，而不是对本发明范围的限制，本发明是由所附的权利要求书给出完全的和所有的范围。

Claims (22)

1.一种电气开关装置(1)，包括
一对并排的多电极开关单元(3a，3b)，每一个包括一个模压的箱体(5a，5b)，箱体有一个带不规则表面(11a，11b)的相对的箱体侧壁(9a，9b)，这个不规则表面包括至少一个凹槽(13a，13b；17a，17b)从所述的不规则表面(11a，11b)凹下；
一个连接体(21)，带有体侧壁(23)，体侧壁上有不规则表面(25)基本上与所述箱体侧壁(9a，9b)上不规则表面(11a，11b)相互补，每个体侧壁上至少有1个舌形体(27，29)，与体侧壁(23)有距离并通常沿着它延伸，舌形体的大小是这样确定的，当所述连接体(21)沿着所述相对的箱体侧壁(9a，9b)方向并在它们之间被推动时，所述的并排多极开关单元(3a，3b)的相对的侧壁(9a，9b)上的至少一个凹槽(13a，13b；17a，17b)，与舌形体形成一个挤压配合，从而将模制箱体(5a，5b)夹紧在一起；以及
一个止动组件(45)，它固定在所述一对多极开关单元(3a，3b)的模制箱(5a，5b)上，防止所述的连接体(21)从所述的模制箱(5a，5b)中脱离配合。
2.根据权利要求1的电气开关装置(1)，其特征在于，每个所述的箱体侧壁(9a，9b)上的所述凹槽(13a，13b，17a，17b)，形成一个基本沿所述箱体侧壁(9a，9b)延伸的指形体(15a，15b)，它带有一个朝内倾斜的内表面(33)，所述的舌形体(27，29)有一个向内倾斜的内表面(31)，与所述指形体(15a，15b)上的所述倾斜的内表面(33)相配合，以实现所述的挤压配合。
3.根据权利要求2的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的连接体(21)带有一个外配合表面(35)邻近所述的舌形体(27)，舌形体朝着所述的面对的箱体侧壁突出并与之配合，在所述舌形体(27)与所述指形体配合时，为所述舌形体(27)从所述连接体(21)朝外弯曲提供空间。
4.根据权利要求3的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的连接体(21)有一个凹口(43)，面对所述舌形体(27)上朝内倾斜的内表面(31)，以便在所述指形体(15)和所述舌形体(27)配合时，为所述指形体(15)从所述箱体侧壁(9a，9b)朝外弯曲提供空间。
5.根据权利要求4的电气开关装置(1)，其特征在于，所述开关单元(3a，3b)的所述模制箱(5a，5b)包括一个前箱体(5af，5bf)，这个前箱体有一个相对的倾壁(9a，9b)上有所述的至少一个下凹槽(13a，13b；17a，17b)，形成所述的指形体(15，19)，以及一个后箱体(5ar，5br)，这个后箱体可从所述的前箱体(5af，5bf)上分开，并且有一个相对的侧壁(9a，9b)，上有所述的至少一个下凹槽(13a，13b；17a，17b)，形成所述的指形体(15a，15b；19a，19b)，以及所述的连接体(21)，这个连接体包括一个有侧壁(23f)的前连接体(21f)，每个侧壁上带有所述的至少一个舌形体(27f，29f)，用于与所述前箱体(5af)上的所述指形体(15a，15b；19a，19b)相咬合，以及一个有侧壁(23r)的后连接体(21r)，侧壁上有所述的至少一个舌形体(27r，29r)，用于所述后箱体(5ar，5br)上的所述指形体(15a，15b；19a，19b)相咬合，以及所述的止动组件(45)，这个组件包括一个前止动组件，固定在所述的前箱体(5f)上，以防止所述的前连接体(21f)从所述的前箱体(5f)上脱出，以及一个后止动组件，固定在所述的后箱体(5r)上，以防止所述的后连接体(21r)从所述的后箱体(5r)上脱出。
6.根据权利要求5的电气开关装置，其特征在于，所述模制箱(5a，5b)的所述侧壁(9a，9b)带有两个下凹槽(13a，13b；17a，17b)，形成两个指形体(15，19)，并且所述的连接体(21)在每个侧壁(23)上有两个舌形体(27，29)，用于与面对的箱体侧壁(9a，9b)上的所述的两个下凹槽相咬合。
7.根据权利要求2的电气开关装置，其特征在于，所述的连接体(21)有一个凹口(43)，面对所述舌形体(27)上的朝内倾斜的内表面(31)，在所述的指形体(15)与所述的舌形体(27)配合时，为所述指形体(15)从所述箱体侧壁(9)朝外弯曲提供空隙。
8.根据权利要求2的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的连接体(21)包括防止所述舌形体(27)从所述凹槽(13a，13b)上横向脱离的机构(53)。
9.根据权利要求8的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的指形体(19a，19b)只在横向上越过所述侧壁(9a，9b)的一部分延伸，所述的连接体(21)在所述的侧壁(23)上有凸出体(53)，在横向上将所述指形体(19a，19b)与咬合所述凹槽(13a，13b)的所述舌形体(27)相配合。
10.根据权利要求9的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的凹槽(13a，13b)邻近所述箱体侧壁(9a，9b)的一端，所述的舌形体(27)邻近所述连接体(21)的所述侧壁(23)的一个相应端，所述的止动组件(45)邻近所述模制箱(5a，5b)和所述连接体(21)的另外端与它们相配合。
11.根据权利要求1的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的凹槽(13a，13b)邻近所述模制箱体侧壁(9a，9b)的一端，所述的舌形体(27)邻近所述连接体(21)的相应端，并且所述止动组件(45)邻近所述模制箱(5a，5b)和所述连接体(21)的另外端与它们相配合。
12.根据权利要求11的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的连接体(21)包括防止所述舌形体(27)从所述凹槽(13a，13b)中横向脱离的机构(53)。
13.根据权利要求1的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的模制箱(5a，5b)包括所述侧壁(9a，9b)上的上凹槽(13a，13b)和下凹槽(17a，17b)，所述的连接体(21)在所述的侧壁(23)上有上舌形体(27)和下舌形体(29)，它们被对准到与所述的上凹槽(13a，13b)和下凹槽(17a，17b)相配合。
14.根据权利要求13的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的开关单元(3a，3b)的所述模制箱(5a，5b)包括一个前箱体(5af，5bf)，它有一个带有至少一个所述凹槽(13a，13b；17a，17b)的相对侧壁(9a，9b)，形成所述的指形体(15a，15b)，以及一个后箱体(5ar，5br)，它可以从所述的前箱体(5af，5bf)上移去，并有一个带有至少一个所述凹槽(13a，13b)的相对侧壁(9a，9b)，形成所述的指形体(15a，15b)，并且所述的连接体(21)包括一个带侧壁(23f)的前连接体(21f)，每个侧壁带有至少一个所述的舌形体(27f)，用于配合所述前箱体(5af，5bf)上的所述指形体(15a，15b)，以及一个带侧壁(23r)的后连接体(21r)，侧壁上有至少一个所述舌形体(27r)，用于配合所述后箱体(5ar，5br)的所述侧壁(9a，9b)上的所述指形体(19a，19b)，以及所述的止动组件(45)，它包括一个固定在所述前箱体(5af，5bf)上的前止动组件，用于防止所述的前连接体(21f)从所述前箱体(5ar，5bf)上脱离，以及一个固定在所述后箱体(5ar，5br)上的后止动组件，用于防止所述的后连接体(21r)从所述的后箱体(5ar，5br)上脱离。
15.根据权利要求14的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的模制箱(5a，5b)在所述的侧壁(9a，9b)里有上凹槽(13a，13b)和下凹槽(17a，17b)，并且所述的连接体(21)在所述的侧壁(23)上有上舌形体(27)和下舌形体(29)，它们被准直到与所述的上凹槽(13a，13b)和下凹槽(17a，17b)相配合。
16.根据权利要求1的电气开关装置(1)，其特征在于，所述的模制箱(5a，5b)具有带开口(47)的法兰(49a，49b)，邻近所述连接体(21)的一个驱动端，并且所述的止动组件(45)包括一个细长组件通过所述开口(47)延伸，并且与所述法兰(49a，49b)之间所述驱动端相邻的连接体配合。
17.根据权利要求1的电气开关装置(1)，其特征在于，每一个所述的多极开关单元(3a，3b)的电极(7)具有预定的空间，所述的连接体(21)的大小被做成为确定所述一对多电极开关单元(3a，3b)相邻电极(7)之间的所述的预定空间。
18.根据权利要求1的电气开关装置(1)，其特征在于，其包括导体(61，63)，位于所述多电极开关单元(3a，3b)之外，以并联方式连接所述开关单元(3a，3b)的相应电极(7)。
19.一种高额定电流电气开关装置(1)，包括：
至少两个多电极开关单元(3a，3b)并排固定；以及
导体组件(61，63)在电气上并联连接所述至少二个多电极开关单元(3a，3b)的相应电极(7)。
20.根据权利要求19的高额定电流电气开关装置(1)，其特征在于，每个多电极开关单元(3a，3b)具有并排的A、B、C相电极，所述的导体组件(61，63)连接所述的A相电极到一起，所述的B相电极到一起，和所述的C相电极到一起。
21.根据权利要求19的高额定电流电气开关装置(1)，其特征在于，其包括牢固地将所述的至少2个多电极开关单元(3a，3b)并排连接的机构(13，21，27)。
22.根据权利要求21的高额定电流电气开关装置，其特征在于，每个多电极开关单元(3a，3b)的所述电极(7)之间有一个预定的空间，并且将所述的至少二个开关单元(3a，3b)牢固连接在一起的所述机构的大小，被做成为可以确定至少二个多电极开关单元(3a，3b)的相邻电极(7)之间的所述的预定空间。
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