CN1801423A - 断路气体再循环的电开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电弧断开装置，包括：安排在开放体积(35)中的一对可分离的电触头(32、33)，至少两个去电离翅片(1)的堆叠，所述翅片位于电弧隔板(10)内部并通过交换空间(2)彼此隔开，至少一个去除管(3)经由至少一个去除孔(4)连接到至少一个交换空间(2)。所述去除管(3)沿着至少一个侧壁(11)从所述去除孔(4)延伸到开口(18)。所述管(3)沿着x轴(x)从所述管的气体入口到它们的出口具有基本恒定的或增加的横截面(A)。所述开口(18)至少等于所述管(3)的最大横截面(A)并且面向所述电触头(32、33)定位。

Description

断路气体再循环的电开关装置

技术领域

本发明涉及一种电开关装置，包括：具有纵向几何参考平面的壳体，安排在开放体积中的一对可分离的电触头，朝所述开放体积开放的电弧隔板，所述电弧隔板可通过放置在几何参考平面各侧的两个平行侧壁、远离所述开放体积定位的后壁、底壁和顶壁来描述。所述电弧隔板包括至少两个通过交换空间彼此隔开的去电离翅片的堆叠，每个翅片具有设计用来暴露到电弧下的引导边。至少一个交换空间经由至少一个去除孔连接到至少一个去除管。

背景技术

开关装置如电路断路器、开关或接触器内部存在的漏电导致其电触头高速断开。触头的这种高速分离通常伴随着电弧的产生。电弧的能量和伴随所述电弧发生的气体释放在所述机构处产生大的应力并容易损坏所述装置。

为了减少短路出现的时间并从而减小电开关装置承受的热应力，起弧电压被尽可能快地增加直到它变得大于外加电压。这导致短路电流被抵消。然后，位于分离触头之间空气的介电电阻可防止逆弧或其他起弧。

电弧必须尽可能快的冷却同时保持远离电触头。这种冷却通常通过将电弧放置在电弧隔板内来实现，所述电弧隔板包括一叠金属板，称之为去电离翅片。实际上，刚产生的电弧由于导体中流动的电流产生的磁场诱发的电动力被推入到电弧隔板中。

当电弧发生移动时，后者趋于在电弧隔板的侧壁之间通常沿着翅片中存在的凹部的路径移动。这些凹部助长了电弧向电弧隔板底部的移动。此外，翅片的堆叠使得电弧被瓦解并且方便了它们在电弧隔板中的插入。在整个断路期间，翅片为电弧提供了交换表面。当电弧行进到电弧隔板中时，它趋于膨胀从而涌入整个可用空间。通过与电弧的外围相互作用，翅片可包含该膨胀。当电弧冷却时，起弧电压增加。另外，断路体积中的压力大大增加。

同时，电弧的产生导致大量金属蒸气或气体的产生，如果它们不被去除的话，它们可能特别造成电开关装置相位之间的链接电弧并产生爆炸。

众多的现有解决方案提供了至少一个用来将所述气体驱除到接近触头的区域之外的管。这些气体通常被驱散到电开关装置之外。

虽然这些解决方案提供了一些优点，然而它们具有在放置开关装置的地方产生公害的风险。实际上，当这些气体还热着和高电离时，它们会产生有害的结果。

为了防止污染外部环境，其他解决方案提出了内部气体再循环(GB2,285,889、US5,731,561和FR1,400,079)。

这些解决方案存在某些缺点。这种内部气体再循环通常伴随着电开关装置体积的增加。实际上，气体通常被导向超过电弧隔板定位的特定体积内。另外，用于引导气体的管，由于它们的几何形状，会诱发压力阱，该压力阱会造成所述气体的去除不良或减缓。

为了防止触头之间的反复电弧重新打火，电弧隔板包括具有优化形状的去电离翅片。实际上，某些文档(FR2,839,195)公开了通过烟囱状通风孔终止的凹部，它趋于在远离触头开放体积的区域中稳定电弧。然而，凹部的形状，其特征在于存在从电弧产生区到烟囱状通风孔的通道，可产生被送到触头开放区方向的热气体和蒸气并因此导致电弧从电弧隔板泄露到触头。这种泄露伴随着反复的重新打火。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点从而提出了一种电开关装置，在该电开关装置内部包括气体再循环装置。

根据本发明，所述电开关装置的所述至少一个去除管沿着至少一个侧壁从所述至少一个去除孔延伸到开口，所述管沿着z轴从所述管的气体入口到它们的出口具有基本恒定的或增加的横截面，所述开口至少等于所述管的最大横截面并且面向所述开放体积的电触头定位。

优选地，所述电弧隔板的每个交换空间包括至少一个连接到至少一个去除管的去除孔。

优选地，所述电开关装置包括至少两个去除管，至少一个管沿着所述电弧隔板的各个侧壁延伸。

优选地，所述电弧隔板的交换空间包括至少两个去除孔，至少一个孔连接到沿着各壁延伸的各个去除管。

优选地，所述去除孔位于所述后壁和所述翅片中间轴之间包括的区域中。

优选地，所述去除孔位于所述侧壁中。

优选地，所述去除孔位于所述后壁中。

所述去除管具有基本平行管状的形状。

根据本发明特定实施例，至少两个翅片的自由引导边勾勒出不对称形状的开放凹部并形成两个侧向分支，当所述翅片交错堆叠时，以这样的方式得到的所述凹部形成了至少一个烟囱状的通风孔，其风道在与所述烟囱状通风孔纵轴垂直的平面中基本被封闭。

优选地，所述电开关装置沿着z轴包括至少两个对齐区域，所述对齐区域位于第一翅片的至少一个侧向分支和相对于所述第一翅片绕其纵轴旋转180度的第二翅片的至少一个侧向分支之间。

优选地，所述电开关装置沿着z轴包括至少一个重叠区，所述重叠区位于第一翅片的至少一个侧向分支和相对于所述第一翅片绕其纵轴旋转180度的第二翅片的至少一个侧向分支之间。

优选地，所述翅片的自由引导边与所述翅片的纵轴至少接触两次。

优选地，所述翅片的自由引导边至少两次切割所述翅片的纵轴。

所述凹部的自由引导边勾勒出向着开放体积开放的第一锥形前部分和向着后壁延伸的第二纵向后部分，所述第一锥形前部分被所述翅片的纵轴切割。

优选地，每个翅片接近于关于其纵轴旋转180度的另一个翅片定位。

附图说明

根据本发明特定实施例的以下描述，其他优点和特征将变得更加显而易见，本发明的实施例仅以非限制性的实例给出并表示在附图中，其中：

图1代表根据本发明第一优选实施例的电开关装置的侧视图；

图2代表沿图1所示电开关装置的平面II的横截面图；

图3代表沿图2所示电开关装置的平面JJ的横截面图；

图4A代表图1所示电开关装置的去电离翅片的详图；

图4B代表根据图4A的去电离翅片堆叠的详图；

图5A、5B分别代表根据本发明第一优选实施例变体的电开关装置的翅片和去电离翅片堆叠的详图；

图6A代表根据第二优选实施例的电开关装置的去电离翅片的详图；

图6B代表根据图6A的去电离翅片堆叠的详图；

图7A、7B分别代表根据本发明第二优选实施例变体的电开关装置的翅片和去电离翅片堆叠的详图；

图8A到10B代表该电弧隔板的去电离翅片的其他实施例；

图11代表根据图1的电开关装置的其他实施例。

具体实施方式

根据图1、2和3所示的第一优选实施例，该电开关装置30包括由模制的塑料材料制成的壳体31，在该壳体中安排了与至少一个可动触头33相关联的至少一个静止触头32。一个或多个故障探测装置，特别是用于短路探测的故障探测装置，作用在控制可动触头33开启的致动机构34上。

该壳体31，由于其形状，形成纵向几何参考平面xz。

在该示出的实施例中，电开关装置包括两个分别连接到电连接端子的U型静止触头32。能够通过致动装置34的作用平移的可动触头33能够电连接到两个静止触头32。可动触头33有两个接触区36，每个接触区能够分别与静止触头32合作。因此，与安排静止触头32和与可动触头33相关联的接触区36的空间相对应，形成两个开放体积35。

另外，每个开放体积35都与电弧隔板10相关联。朝开放体积35开放的电弧隔板10可通过放置在纵向几何参考平面xz各侧的两个平行侧壁11、远离开放体积35定位的后壁6、底壁7和顶壁8来勾勒。

电弧隔板10包括垂直于纵向几何参考平面xz的至少两个平坦去电离翅片1的堆叠。所述翅片大致为矩形形状并且包括纵轴12和中间轴13。所述翅片包括两个主要部分：面对开放体积35并从电弧隔板10的前表面延伸到中间轴13的第一前部分13a，和从中间轴13延伸到后壁6的第二后部分13b。

每个翅片1包括设计用来暴露于电弧的自由引导边5。该自由引导边5优选地形成开放的凹部9，该凹部沿纵轴12的方向从电弧隔板10的前表面延伸到后壁6。该凹部9勾勒出两个侧向分支1a、1b。

翅片由基于钢的导电材料制成。彼此堆叠的去电离翅片1通过交换空间2彼此隔开。每个交换空间2的厚度稍微大于翅片的厚度。

在本发明的优选实施例中，至少一个交换空间2经由至少一个去除孔4连接到至少一个去除管3。所述至少一个去除管3一方面设计用来从电弧隔板10去除气体，另一方面用来经由开口18在开放体积35的触头32、33处注入气体。另外，所述至少一个去除管3沿着至少一个侧壁11从至少一个去除孔4延伸到开口18。所述开口18面向开放体积35的电触头32、33定位。

然后，气体流动穿过包括至少一个去除孔4、至少一个去除管3和至少一个开口18的流出管。所述去除管3在它们的整个长度上并沿着x轴具有恒定的或增加的横截面A。另外，优选地，所述去除管3沿着y轴和z轴也具有恒定的横截面。换句话说，所述管的横截面从气体的入口到出口基本上都是恒定的。优选地，所述管的横截面可以增加。然后，开口18至少等于所述管的最大横截面A。

通常，接受气体的流出管的横截面必须至少保持恒定或增加。这种几何特性增强了来自交换空间2的气体的流动，并因此限制了可能沿着流出管形成的压力阱(pressure trap)的产生。所述流出管横截面的减小，特别是在去除管3或开口18处，可能导致压力阱的产生。这些压力阱可使气体的行进和电弧的行进慢下来。

优选地，在图1-3所示的本发明优选实施例中，每个交换空间2经由至少一个去除孔4连接到至少一个去除管3。去除孔4的形状和尺寸为这样，即气流不能使得电弧通过这些孔。为了避免翅片1之间由于电弧而短路，去除孔以独立的方式形成并且彼此不连通。

优选地，出现至少两个去除管3，因此至少一个管3沿着电弧隔板10的各个侧壁11延伸。在图1和2示出的实施例中，接近侧壁11定位的每个去除管从去除孔4到开口18、从底壁8到顶壁7并沿着侧壁11延伸。

在图1-3示出的根据本发明的优选实施例中，使用了两个去除管3。一个去除管3接近于电弧隔板10的各个侧壁11定位。每个交换空间2包括至少一个连接到去除管3的去除孔4。定位在侧壁11中的去除孔4定位在后壁6和翅片1的中间轴13之间包括的区域中。另外，这些管基本是长方体(parallelepipedic)形状。

为了防止触头之间电弧的反复重新打火，以及为了尽可能快地冷却电弧同时保持远离电触头，电弧隔板10可包括公知形状的和特别是具有V型形状凹部的去电离翅片。

根据本发明的特定实施例，至少两个翅片的凹部9是对称形状并包括两个部分。它包括面对定位在开放体积35中的触头32、33的第一锥形前部分9a和第二较窄的纵向后部分9b。

优选地，如图6A和7A所示，沿所述至少两个翅片的平坦表面前进的引导边5与该翅片的纵轴12在点a、b处至少接触两次。根据本发明的其他实施例，如图4A和5A所示，引导边5在点a、b、c处切割所述至少两个翅片的纵轴12三次。

另外，凹部9以这样一种方式实现，即，当两个翅片交错堆叠时，沿着z轴在第一翅片1的侧向分支1a和置于交错位置的第二翅片1的至少一个侧向分支1a之间存在至少两个对齐区域a和b。当翅片绕其纵轴12旋转180度时，翅片相对于另一个翅片处于交错位置。第一对齐区域优选地位于翅片1的前部分13a中。

优选地，如图4A和5A所示，当引导边5三次切割纵轴12时，在第一翅片1的侧向分支1a和置于交错位置的第二翅片1的至少一个侧向分支1a之间存在三个对齐区域a、b和c。然后，存在侧向分支1a的重叠区50。每个翅片都包括重叠区50，该重叠区可通过在点a和b处纵轴12和第一侧向分支1a的引导边5之间的交点勾勒。

根据本发明的这两个优选实施例，所述两个侧向分支1a、1b基本上位于所述纵轴12的各侧并且第一锥形前部分9a被纵轴12切割。

在图1-11所示的实施例中，位于电弧隔板10中的所有翅片包括相同的凹部9。电弧隔板10的该组翅片的堆叠以这样的方法形成，即至少两个翅片交错堆叠，因此它们的凹部9的形状不一致。

优选地，所有翅片1都交错堆叠，因此每个翅片1接近于另一个关于其纵轴12旋转180度的翅片定位。

由于翅片1凹部9的不对称形状和所述翅片的交错堆叠，形成了烟囱状的通风孔15，其风道在与所述烟囱状通风孔15纵轴16垂直的平面xy中基本被封闭。

在该实施例中，烟囱状通风孔15从底壁8到顶壁7延伸越过电弧隔板的整个高度。

根据翅片1的凹部9的形状，烟囱状通风孔15的轴线16将更多地或更少地接近电弧隔板10的后壁6。优选地，烟囱状通风孔15定位在翅片1的中间轴13处或者向着后壁6超过所述轴线。

开关装置以下述方式操作。当短路发生时，由于导体中流动的电流诱发的电磁场，特别是在静止触头32处，在可动触头33中产生将可动触头排斥到分离位置的电动力，这种运动随后可通过经由机构34打开致动机构得以证实。当触头32、33的分离刚一发生，就会在所述触头之间产生电弧。这个电弧通过电动力被推入电弧隔板10。在它移动到烟囱状通风孔15和后壁6的过程中，电弧保持在各侧壁11之间的中间距离，因为它趋于穿过翅片间的开口凹部9。

翅片1在整个断路过程中为电弧提供了交换表面，特别是在它们接近边缘5的部分。在它在电弧隔板10中行进过程中或当它被安置在烟囱状通风孔15时，电弧趋于膨胀从而涌入整个可用的空间。通过与电弧的外围相互作用，翅片1可包含该膨胀。当电弧位于烟囱状通风孔15中时，该交换围绕电弧均匀分布，因此使电弧的冷却更优化并使电弧的消失加速。当电弧冷却时，起弧电压增加，这最终使得当电流为零时电弧消失。

凹部9助长了电弧向电弧隔板10背面的迁移，烟囱状通风孔15在该区域中稳定了电弧。远离开放体积定位的该烟囱状通风孔15使得电弧稳定并使得触头之间不能反复重新打火。因此，凹部的形状和翅片相对于彼此的各个位置的结合使得电弧迅速转移并持久地远离触头。

此外，经由去除管3建立了气体对流，因此电弧向着后壁6的行进不会被压力增加妨碍。在可动触头33已经到达其最终分离位置之前，电弧脚迅速从静止触头32迁移到烟囱状通风孔15。

实际上，在电弧周围发出的和在交换空间2中存在的气体经由包括去除孔4、去除管3和开口18的流出管注入到开放体积35。通过流出管去除的均匀的和规则分布的气体减小了压力阱的风险，该压力阱是造成气体行进和电弧行进减慢的原因。在电弧前方的局部压力增加或冷却气体的存在实际上导致了电弧的移动被减缓。

沿开放体积35的电触头32、33的方向在流出管中的气体流动使得所述压缩的气体被减压并更快的冷却。

存在于开放体积35中的触头32、33处的冷却气体的注入增加了该空间中的介电强度并因此防止了电弧重新打火的公害。此外，在触头处的该注入使得开放体积35中出现等离子体，并且电弧隔板10要承受冷却的和弱电离气体的回流。这使得电弧的后方区域被冷却但也导致了热气体被送到电弧的前方。由于电弧经由后方冷却，因此，电弧趋于在与金属蒸气相关联的电离热气体面前发展，向着电弧隔板10的后侧6移动并因此移动远离触头的开放区。

根据第一系列的可替代实施例，如图6A和7A所示，引导边5沿着翅片1的平坦表面延伸，并且形成的不对称形状的凹部9在点a、b、c、d、e处五次切割所述翅片的纵轴12。由于每个翅片1的凹部9的不对称形状和所述翅片的交错堆叠，形成两个烟囱状通风孔15，其风道16分别在与所述烟囱状通风孔15纵轴16垂直的平面xy中基本被封闭。

根据第二系列的可替代实施例，如图10A和10B所示，引导边5沿着翅片的平坦表面前进，并且形成的不对称形状的凹部9两次切割所述翅片的纵轴12。另外，第一锥化的纵向部分9a定位得超过翅片1的纵轴12。

在图11所示的另一个可替代实施例中，交换空间2包括至少一个放置在后壁6中并与去除管3连接的去除孔4。根据该实施例，每个交换空间2包括两个去除孔4；每个孔分别连接到去除管3。

在另一个可替代实施例中，每个孔4以自发的方式经由其本身的去除管3连接到开口18。实际上，每个去除管3与其他去除管保持独立。

Claims (15)

1.一种电开关装置，包括：

具有纵向几何参考平面(xz)的壳体(31)，

安排在开放体积(35)中的一对可分离的电触头(32、33)，

朝所述开放体积(35)开放的电弧隔板(10)，所述电弧隔板可通过定位在几何参考平面(xz)各侧的两个平行侧壁(11)、远离所述开放体积(35)定位的后壁(6)、底壁(7)和顶壁(8)来勾勒，

至少两个去电离翅片(1)的堆叠，所述翅片位于所述电弧隔板内部并通过交换空间(2)彼此隔开，每个翅片具有设计用来暴露于电弧的自由引导边(5)，

至少一个去除管(3)，所述去除管经由至少一个去除孔(4)连接到至少一个交换空间(2)，

其特征在于，所述至少一个去除管(3)沿着至少一个侧壁(11)从所述至少一个去除孔(4)延伸到开口(18)，所述管(3)沿着x轴(x)从所述管的气体入口到它们的出口具有基本恒定的或增加的横截面(A)，所述开口(18)至少等于所述管(3)的最大横截面(A)并且面向所述开放体积(35)的电触头(32、33)定位。

2.根据权利要求1所述的电开关装置，其特征在于，所述电弧隔板(10)的每个交换空间(2)包括至少一个连接到至少一个去除管(3)的去除孔(4)。

3.根据权利要求1或2所述的电开关装置，其特征在于，它包括至少两个去除管(3)，至少一个管(3)沿着所述电弧隔板(10)的每个侧壁(11)延伸。

4.根据权利要求3所述的电弧断开装置，其特征在于，所述电弧隔板(10)的交换空间(2)包括至少两个去除孔(4)，至少一个孔连接到沿着各壁(11)延伸的各个去除管(3)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的电弧断开装置，其特征在于，所述去除孔(4)位于所述后壁(6)和所述翅片(1)中间轴(13)之间所包括的区域中。

6.根据权利要求5所述的电弧断开装置，其特征在于，所述去除孔(4)位于所述侧壁(11)中。

7.根据权利要求5所述的电弧断开装置，其特征在于，所述去除孔(4)位于所述后壁(6)中。

8.根据上述权利要求中任一项所述的电开关装置，其特征在于，所述去除管(3)具有基本长方体形状。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电开关装置，其特征在于，至少两个所述翅片(1)的自由引导边(5)勾勒出不对称形状的开放凹部(9)并形成两个侧向分支(1a、1b)，当所述翅片(1)交错堆叠时，所述凹部以这样的方式实现，使得形成了至少一个烟囱状的通风孔(15)，其风道在与所述烟囱状通风孔(15)纵轴(16)垂直的平面(xy)中基本被封闭。

10.根据权利要求9所述的电开关装置，其特征在于，沿着z轴(z)它包括至少两个对齐区域，所述对齐区域位于第一翅片(1)的至少一个侧向分支(1a)和相对于所述第一翅片(1)绕其纵轴(12)旋转180度的第二翅片(1)的至少一个侧向分支(1a)之间。

11.根据权利要求9或10所述的电开关装置，其特征在于，沿着z轴(z)它包括至少一个重叠区，所述重叠区位于第一翅片(1)的至少一个侧向分支(1a)和相对于所述第一翅片(1)绕其纵轴(12)旋转180度的第二翅片(1)的至少一个侧向分支(1a)之间。

12.根据权利要求9或10所述的电开关装置，其特征在于，所述翅片(1)的自由引导边(5)与所述翅片的纵轴(12)至少接触两次。

13.根据权利要求11所述的电开关装置，其特征在于，所述翅片(1)的自由引导边(5)至少两次切割所述翅片的纵轴(12)。

14.根据权利要求12所述的电开关装置，其特征在于，所述凹部(9)的自由引导边(5)勾勒出向着开放体积(35)开放的第一锥形前部分(9a)和向着后壁(6)延伸的第二纵向后部分(9b)，所述第一锥形前部分(9a)被所述翅片的纵轴(12)切割。

15.根据上述权利要求中任一项的电开关装置，其特征在于，每个翅片(1)靠近关于其纵轴(12)旋转180度的另一个翅片(1)定位。

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