CN1298547A - 电极轴位于电极安装仓中且电动强度高的低压多极断路器 - Google Patents

Abstract

一种高电动力强度的低压多极断路器10,包括一个由绝缘材料制成的盒体,该盒分成用于存放打开和闭合操作断路器的操作机构24的前仓12、和由中间壁20从前仓分开的后仓14。后仓14被分隔部分38再分成单独仓36,每个单独仓36存放断路器的一个电极56。操作机构24连接到所有电极56的公共电极轴78。电极轴78位于后仓14中、并由穿过分隔部分的轴承支撑。

Description

电极轴位于电极安装仓中 且电动强度高的低压多极断路器

本发明涉及具有高的电动力强度的高电流低压多极断路器。过去，用作大型发电设备中送进和送出的基础开关设备的高强度电流断路器(用于639A与6300A之间)由装配在金属框架上的组合元件构成，因而它们被称作“开放式”电源断路器。然而，属于低功率断路器领域一部分的设备，因有一个绝缘保护外壳而逐渐被称为“模压盒”断路器。在模压增强聚酯的绝缘保护外壳中装有带灭弧室的电极和操作机构及跳闸装置。该保护外壳通过确保对断路的隔离和对外部影响的限制、以及在电极之间提供整体的间隔及在电源电路与附件之间提供良好的绝缘而使这些设备的整体尺寸减小。

EP-A-0,322,321描述了这种断路器，它的盒体通过将形成断路器前面板的盖、后面板和中间盒装配在一起而构成。中间盒的前表面将上述盒体分成由该表面和盖限定的前仓、和用于放置电极并与前仓绝缘的后仓。前仓放置操作机构，该操作机构作用在所有电极共用的、被称为电极轴的横向开关轴。这个轴由装配在中间盒前表面的轴承支撑。后仓本身被绝缘分隔部分进一步分成存放电极的单独仓。另外，中间盒的前壁上对于每个电极都设有一个开口，以进入相应单独仓。每个电极包括一对可分离触头，即静触头和动触头，和一个灭弧室。每个动触头借助经相应进入开口而穿过中间盒前壁的连杆与横向轴机械连接。

将一个动触头连接到横向轴的每个杆，以这样的设置：在触头的闭合位置和在垂直于电极轴转动轴线的截面平面内，穿过连杆转动轴线的直线与电极轴转动轴线之间的距离很小。换言之，电极轴上的触头所产生的力最终引起的转动力矩很小，因此当连杆传送大的电动力时可以保证在电极轴上只产生小的转动力矩。在触头闭合位置的静力平衡时，操作机构作用在电极轴上的转矩与连杆传送的电动力相反。这个转矩在操作机构处只产生小的力。另外，电极轴导向轴承上的反作用的合力很大，抵抗与连杆和操作机构传送的力。

这种结构的断路器具有高的电动强度。实际上，这些断路器必须被限定，以便实现实现电器设备中的时间选择性，并能经受产生大的电动力的故障电流，该电动力会使触头分离。电极轴的、带有动触头的连杆的、以及到达操作机构的连杆的相对设置必须是，使这些力不会产生触头的分离或操作机构的打开。在这种情况下，所选择的设置可借助电极轴的轴承使这些力传送到盒体，因此，操作机构不会受到过大的力或转矩。

但是，电极轴的引导和力向断路器盒的传送并不十分令人满意。实际上，对于横向轴的尺寸、配置和支承必须进行限制，以便限制它们的变形并使它们不妨碍操作。此外，由于传送到电极轴轴承的大的力会将电极轴轴承从固定它们的中间盒的前表面扯下，所以必须很好地把电极轴轴承固定在盒中。为增加装配刚性，就要在盒体上使用昂贵苯重的固定件和附加部件。该断路器的装配要求大量的部件，因而导致高的成本、和复杂的装配。这种结构进一步限制了断路器的小型化。

另外，许多用作电极轴与各电极之间连杆的通道的开口不利于灭弧室的密封。不过，电弧及由电弧在灭弧室分隔部分的某些元件处所产生的吸热汽化会导致过高的压力和气流压力，该气流必须被导向设有适当过滤器的排出口。为了不妨碍灭弧室的电弧入口，明智的选择是将这些排出口设置在灭弧室底部。用作连杆通道的开口位于灭弧室入口处触头的正上方，所以严重妨碍气流到达排出口。它使不受控制的气流通过没有任何保护过滤器的前仓和前表面的开口而直接到达外部。

本发明的目的是克服已有技术中的缺点，特别是提高具有高的电动力强度的断路器的结构刚性，并降低成本。

根据本发明，借助具有绝缘材料盒的高电动力强度的低压断路器解决这一问题，该断路器包括：一个连接到电极轴的操作机构，电极轴由牢固地固定到该盒的轴承支撑；多个电极，每个电极至少包括一对可分离的触头部件，每对触头部件中的至少一个触头部件、即所谓的动触头部件机械地连接到电极轴，电极轴、操作机构和动触头部件能够在与每对触头部件的分离相对应的打开位置和与每对触头部件之间的触头闭合相对应的闭合位置之间移动；该断路器的盒体包括一个放置操作机构的前仓和一个被中间壁从前仓分离的、并进一步被分隔部分分割成单独仓的后仓，每个单独仓放置断路器的一个电极，断路器的电极转动轴位于后仓中。

在电极轴位于前仓的技术装置中，必须在打开位置在电极轴与动触头部件之间设置一个最小距离。动触头部件与电极轴之间的连接实际上是通过前仓与后仓之间的中间壁构成的。因为电极轴与连接部件之间不存在任何部件，所以本发明的结构可使这一距离明显减小、甚至消除。于是，装置的整体尺寸也被减小。

该结构也可使作用在触头的电动力被盒体接受，而不使中间部件产生大的变形。实际上，就可以在后仓中设置支撑轴承了。如果这些轴承要至少部分地固定到中间壁，则相对施加在动触头部件上的电动力，易于使固定部件从剪切的工作状态变为压缩工作状态。

另外，这个结构可以取消位于电极轴与每个动触头部件之间用作连杆通道的出口。因而，减小了前仓的污染，改善了断路气体流向灭弧室底部出口的状况。

由于不再需要经中间分隔部分的开口在电极轴与每个连杆之间设置连接，所以装配比较简单。

每个分隔部分最好支撑一个所述轴承，电极轴在一个所述轴承处穿过每个分隔部分。这种结构可在不增加组件整体变形的前提下增加轴承、并沿电板轴规则地设置轴承。此外，也可以保证将轴承设在灭弧室的分隔部分之间，或者设置在自备的支撑上。优选的是，每个分隔部分包括与中间壁一起模制的分隔元件，该元件的边缘上形成了一个半圆柱区，构成了相应轴承部件。于是，得到一个使装配容易且价格便宜的多功能部件。

优选的是，中间壁包括一个用于电极轴与打开机构之间的机械连接部件的通道的开口。

优选地，电极轴的外表面由电绝缘材料、特别是热固聚酯塑料制成。这一结构可使电极之间和操作机构两方面均得到电绝缘。在断路后，热固塑料提供良好的介电强度。在实践中，电极轴可由疏松的热固材料制成。另一方面，电极轴可以是金属体，上面覆盖绝缘材料。

断路器优选的是包括至少一个连杆，该连杆位于电极轴与每个动触头之间，通过一个枢轴连接到电极轴上，并使连杆在被称为装配位置的电极轴和连杆的一定的相对位置上，可以自由地沿平行于枢轴轴线的方向移动，而且一旦连杆装配完并移开装配位置，就形成了防止连杆平行于枢轴轴线方向的横向移动的牢固连接，装配位置是这样的一种位置：在操作状态中，电极轴和连杆不会处于这一位置。

通过结合附图中的非限定性实例对本发明实施例所作的说明，本发明的其它优点和特征将变得更加清楚，附图中：

图1是从电极位置切开的本发明断路器的透视图；

图2是本发明断路器一部分盒体和电极轴的分解透视图；

图3是在闭合位置时图1所示断路器的剖视图；

图4是在打开位置时图1所示断路器的剖视图；

图5是在电极轴和与一个电极相连的连杆在装配之前的透视图；

图6是在电极轴和与一个电极相连的连杆在所谓的装配位置的透视图；

图7是装配有连杆的电极轴的透视图，其中显示断路器打开时电极轴与连杆的相对位置；

图8是装配有连杆的电极轴的透视图，其中显示断路器闭合时电极轴与连杆的相对位置。

参看图1-3，具有高电动力强度的低压非限制断路器10设置在一个由前仓12和后仓14构成的模制盒体内。前仓12由前面板16、与前表面一起铸造的侧面板18、和将它与后仓分开的中间壁20所限定。它包括：位于前面板上使枢转柄22通过的开口，枢转柄22用于复位断路器的操作机构24；打开按钮；及闭合按钮。操作机构24装在前仓12中。

后仓14由中间壁20、构成后表面的后板26、和侧面板28限定，侧面板28的一部分与后板一起铸造、侧面板28的另一部分与中间壁一起模制。后板26支撑连接片30，连接片30将断路器10连接到外部电路。固定螺丝32将后板26与中间壁20相互固定，固定螺丝32的尺寸可经受高的剪切应力。在图2中可看到的、设置在中间壁20上的开口34使前仓12与后仓14之间连通。分隔部分38进一步将后仓14分隔成单独的仓36。每个分隔部分38包括两个设置在一个中间部件两侧的横向部件。每个横向部件包括与后板一起模制的分隔元件40和与中间壁一起模制的分隔元件42，分隔元件40、42被连接在已装配单元上。中间部件包括高度大于邻接的横向元件40、与后板一起模制的分隔元件44。分隔元件44包括在进行装配时与牢固地连接到中间壁20上的横向分隔元件42的互补槽48配合的肋46。后板的中间分隔元件44具有平滑的半圆柱表面50。中间壁20具有高度较低的互补中间分隔元件52，它也具有平滑的半圆柱表面54，半圆柱表面54面对牢固连接到后板的中间分隔元件52上的半圆柱表面50。

断路器的电极56安放在每个单独仓36中。每个电极56包括灭弧室58和可分开的触头装置。后者包括与穿过绝缘盒体后板26的断路器的连接片30电连接的静触头部件60、和动触头部件61。后者设置有多个平行地转动安装在由支撑通道66支撑的第一横轴64上的触指62。每个触指的根部由金属编织带构成的柔性导体68连接到断路器的第二连接片30。每个触指62具有在图3闭合状态中与静触头部件60的接触盘72配合的接触盘70。通道66是U形的(见图5)，其靠近第二连接片的端部设置一个轴74，轴74安装在被固定连接到绝缘盒体的轴承中，使通道66能在图3所示的电极56的闭合位置与图4所示的打开位置之间转动。触头压力弹簧装置76设置在通道66的槽口中，并驱使触指62沿反时针方向绕第一轴64转动。

灭弧室58具有当电极分离发生时拉出的电弧的消电离板的叠层、和用于灭弧气体排出的出口。更详细的电板结构可在FR-A-2,650,434中找到，有关这方面的说明在此引作参考。

电极轴78位于半圆柱区50、54之间，两个半圆柱区一旦装配后则形成紧密的轴承，支撑轴78绕其轴线79转动。轴78由热固聚酯模制。一对平行传动杆80将每个通道66连接到电极轴78，传动杆80围绕与轴64相同的几何轴转动。枢轴81将每个杆80连接到电极轴78。

操作机构24具有储能闭合装置和打开装置。这种结构及其具体内容可在FR-A-2,589,626中找到，有关这方面的说明在此引作参考。这里仅重述一下，该打开装置具有曲柄装置，曲柄装置包括两个借助转动轴86而彼此铰接的两个杆82、84，下传动杆82借助转动轴88机械地连接到电极轴56，转动轴88与形成在曲柄90中的轴承配合工作，曲柄90牢固地连接到轴78。打开弹簧92固定在轴88与固定的安全套管之间。如图3所示，在闭合位置，形成在中间壁20上的开口34可使下传动杆82和打开弹簧92穿过。在闭合位置，杆80作用在电极轴78上的转矩明显低于传动杆82产生的转矩。换言之，电极轴78的轴线79与包含杆80枢轴的轴线64、81的平面之间的距离小于电极轴78的轴线79与包含下传动杆82转动轴的轴线86、88的平面之间的距离。实际上，两个距离的比小于0.3。

在图3所示的闭合位置，可以看到，对于每个电极56，触指62的接触盘70压在静触头部件60的接触盘72上。接触压力由弹簧装置76提供，该接触压力可以补偿任何可能的机构游隙和接触盘70、72的磨损。作用于触指62上的电动力在通道66处由弹簧76的承载表面和轴64接受，并产生一个围绕通道66的转动轴74的转矩，该转矩会使通道66沿触头分离方向转动。这个转矩由杆80在其相应的转动轴64处作用在通道66上的相反转矩平衡。所以，在动态平衡中，杆80在将其连接到通道66上的连接枢轴64处受到一个指向将其连接到电极轴78的连接枢轴81的力。传输到枢轴81的这个力产生围绕电极轴78的轴线79的转矩。每个电极都产生相同的现象。打开装置曲柄杠杆机构的下传动杆82产生的转矩与所有的杆80和打开弹簧92在轴78上的产生的力矩的总和相反。由于杆80、传动杆82和电极轴78的相对位置，即与传动杆82相比、杆80的转矩较弱，所以传动杆82处的合力保持适中。于是，可以看出高电动力强度的断路器的特性，由于触头部件上的电动力只在操作机构上产生有限的应力，因此，操作机构能够抵抗这些力。在平衡中，电极轴78在支撑轴承上产生压力，其合力是与杆80和传动杆82所产生合力相抵抗的反作用力。这些相对较大的压力主要作用在位于中间壁20上的半圆柱区54上。

当断路器发生断路时，杆82停止对电极轴反时针转动的抵抗。由打开弹簧92和在杆80的连接枢轴81与轴78处的电动力合力所产生的转动将所有的通道66驱向图4所示的打开位置。在这个位置，电极轴78的曲柄90从开口34略微露出。

图5-8表示由枢轴所实现的电极轴78和带有各通道66的连杆80之间的连接装配模式。对于每个电极，电极轴78具有臂94，臂94支撑两个相对电极轴78的转动轴79偏心的同轴枢轴81。这些枢轴81都位于臂的侧面100的槽口98中。凸片102盖住槽口98而形成槽104。

在设计用来与轴78一起操作的侧面上，每个杆80包括设计用来形成一个枢轴81的轴承的圆柱孔108和平面部分110。在进行装配时，杆80的位置使得平面部分110与凸片100的底边平行，如图6所示的相对装配位置。而后，可将枢轴81插入孔108。装配完成后，将杆80和电极轴78构成的组件置于盒体内。在盒体内，组件在两个极端位置之间摆动：图7所示的与触头打开相应的位置，和图8所示的与触头闭合相应的位置。在这两个位置以及在所有的中间位置，杆80与电板轴78的相应槽104一起操作。这些槽形成一个防止杆80沿平行于枢轴轴线81的方向移动的导向作用。于是，实现了不需要使用任何附加中间部件的简单的可靠连接。

当然，本发明并不限于上述的实例。显然，例如通道66上的杆80的枢轴轴线不必与触指62的枢轴轴线相同。而且，每个电极可以只有一个杆80。此外，可以采取一些结构，使轴承穿过分隔部分的地方增加紧密度。所以，轴承可设置成具有“之”字形形貌，其中间的环形槽与轴的一个互补凸凹面配合。也可在盒体的外侧壁处设置附加轴承。实例中所述的断路器包括储能机构。但是，在本发明的范围内，电极轴的操作机构可以是任何种类的。因此，所述机构可以由任何其它的以手动或电机驱动复位的已知机构替换。

Claims (6)

1．一种高电动力强度的低压断路器(10)，具有一个由绝缘材料制成的盒体，该低压断路器(10)包括：操作机构(24)，它连接到由牢固地固定到所述盒体上的轴承支撑的电极轴(78)；多个电极(56)，每个电极(56)包括至少一对可分离触头部件(60,61)，每对触头部件中的至少一个为动触头部件(61)，其机械地连接到电极轴(78)上，操作机构(24)和动触头部件(61)可在与每对触头部件(60,61)的分离相对应的打开位置和与每对触头部件(60,61)间的接触相对应的闭合位置之间移动，断路器的盒体包括用于存放操作机构(24)的前仓(12)、和由中间壁(20)从前仓(12)分开的并进一步由分隔部分(38)分割成单独仓(36)的后仓(14)，每个单独仓(36)存放断路器(10)的一个电极(56)，其特征在于，电极轴(78)的转动轴(79)位于后仓(14)中。

2．如权利要求1的断路器，其特征在于，每个所述分隔部分(38)支撑一个所述的轴承，电极轴(78)在一个所述轴承处穿过每个分隔部分(38)。

3．如权利要求2的断路器，其特征在于，每个所述的分隔部分(38)包括与中间壁(20)一起模制的分隔元件(52)，在中间壁(20)的边缘形成有一个半圆柱区(54)，形成了相应的轴承部件。

4．如前述任一权利要求的断路器，其特征在于，中间壁(20)包括一个可使电极轴(78)与操作机构(24)之间的机械连接部件(82)通过的开口(34)。

5．如前述任一权利要求的断路器，其特征在于，电极轴(78)的外表面由电绝缘材料、特别是热固聚酯塑料制成。

6．如前述任一权利要求的断路器，其特征在于，它包括至少一个位于电极轴(78)与每个动触头部件(61)之间的连杆(80)，连杆(80)由枢轴(81)连接到电极轴(78)上，使连杆(80)在被称为装配位置的电极轴(78)和连杆(80)的一个相对位置上，沿平行于枢轴(81)的轴的方向自由地移动，一旦连杆(80)完成装配、并从其装配位置移开后，就能够实现一种牢固的连接，防止连杆(80)沿平行于枢轴(81)的轴向的平动，所述装配装置位置是这样的一种位置：在操作状态中，电极轴(78)和连杆(80)不会位于这一位置上。

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