CN1933068B - 包括小型电弧隔板的开关装置 - Google Patents

Abstract

一种电开关装置(10)，其包括至少一个电极单元，该电极单元包括：由导电材料制成的静触点部分(20)、可移动触点部分(22)和电弧隔板(24)。电弧隔板(24)包括两个平行的侧凸缘(68)、后壁(72)以及由导电材料制成的底部角形避雷器(34)，其电连接到静触点部分(20)。所述底部角形避雷器(34)由气体产生材料制成的外围(92)围绕。电弧隔板包括堆置的分离器(78)，至少两个分离器包括一个凹口(80)。电弧隔板包括至少一个平行于底部角形避雷器(34)的再生分离器(79)，所述至少一个再生分离器包括至少一个金属表面，该金属表面沿纵向中平面(70)覆盖多个凹口(80)的至少一半。

Description

包括小型电弧隔板的开关装置

技术领域

本发明涉及一种电开关装置，其包括至少一个电极单元，该电极单元包括由导电材料制成的静触点部分，能够从闭合位置移动到打开位置的动触点部分，其中在闭合位置其与静触点部分接触，在打开位置两个触点部分分离。电开关装置包括电弧隔板，该电弧隔板包括位于纵向中平面的每一侧上的两个平行侧凸缘、后壁、由导电材料制成的、连接到静触点部分并且紧靠后壁延伸的底部角形避雷器(arcing horn)。所述底部角形避雷器由气体发生材料制成的外围围绕。电弧隔板包括堆叠的隔板，该隔板从一侧凸缘延伸到另一侧，大致垂直于纵向中平面，至少两个隔板包括沿纵向中平面延伸的凹口。

背景技术

当高强度、低电压的开关装置用于制动相对高电压的低强度的电流时，电弧隔板必须承受强的热量和机械应力，其中高电压在单相中大约为600伏rms，在三相中大约为1000伏rms。所述低强度的电流是额定电流的大约5到15倍。

电弧隔板的大小必须考虑到特定的设计标准，从而为熄灭电弧提供所需的能量交换体积。

电弧隔板的深度，也就是电弧隔板的入口和气体抽取壁之间的它的纵向尺寸，必须足以容纳熄灭电弧所需的能量交换体积。但是通常证实可取的是减小这些电弧隔板的尺寸能够提出小型的开关装置。

文件FR2604026描述了一种开关装置，其底部角形避雷器从靠近触点的前端部分到靠近电弧隔板的背部的后部渐宽。宽后部构成-收集区域，该收集区域的表面小于电弧根部的截面，该电弧根部可以形成有对应于额定断路电流的恒定电流密度。这里的目的是移动电弧到收集区域上并且使它在那里稳定。此时稳定电弧主要在电弧隔板的中部产生。这种结构仅仅在电弧隔板的纵向尺寸，也就是静触点区域和电弧隔板的后壁之间的深度较大时有效，其中电弧隔板用于提取气体。当它不用于熄灭电弧时，电弧隔板的宽度可以被减小。

专利FR2803687中描述的解决方案包括一种装置，要求该装置的底部角形避雷器在后端部区域的两个最侧向部分具有相同的角度。这使得电弧隔板的两个侧向部分必须用于以十分接近的比例中吸收电弧发出的能量，并因此熄灭电弧。这是因为角形避雷器具有的特殊形状，该角形避雷器促进电弧从角形避雷器的后端区域的一侧到另一侧的高速侧向振动。这种结构使得电弧隔板的有效宽度被充分使用，从而可以制动获得的设想的相的超过600伏rms的高电压电弧，其中电弧隔板的深度较小。这种类型的解决方案在涉及电弧隔板的深度的体积减小方面是特别有用的。该发明优选提供一种相对较宽的极单元，尤其涉及一种静触点部分的触点区域与电弧隔板的后壁之间的距离小于电弧隔板的侧凸缘之间的距离的极单元。该发明还提供一种极单元，该极单元的底部角形避雷器沿纵向中平面中测量的长度小于沿垂直于纵向中平面的轴线测量的角形避雷器的后部的最大宽度。

但是，专利FR2803687的解决方案不能适用于这种开关装置，该开关装置的电弧隔板同时还必须减小宽度以保持其同其它方向具有相同的比例。

发明内容

因此，本发明的目的是改善现有技术的缺陷，从而提出一种在高电压下操作的小型电弧隔板，该电弧隔板使得电弧在低强度电流制动时被熄灭。

根据本发明的开关装置的电弧隔板包括平行于底部角形避雷器的至少一个再生分离器，所述至少一个再生分离器至少包括覆盖纵向中平面的凹口的至少一半的一个金属表面。

优选的是，所述至少一个再生分离器的金属表面至少等于四分之一的XY平面中的电弧隔板的表面，所述金属表面大致上相对于分离器凹口的底部居中。

优选的是，再生分离器的宽度和长度分别至少等于所述分离器的宽度和长度的50％。

根据本发明的优选实施例，再生分离器包括沿纵向中平面延伸的凹口，所述凹口的长度小于其它分离器的凹口的长度。

有利的是，该凹口的长度小于或等于各凹口的长度的60％。

有利的是，该凹口的长度包括在多个凹口的长度的20％至50％之间。

优选的是，所述至少一个分离器的厚度大于其它分离器的厚度。

优选的是，所述至少一个再生分离器位于底部角形避雷器和第一分离器之间。

优选的是，电开关装置包括单个再生分离器。

根据本发明的另一个优选实施例，电开关装置包括由导电材料制成的基本平行于分离器的顶部角形避雷器。

优选的是，顶部角形避雷器相对于一组分离器形成一个角度。

在特定的实施例中，顶部角形避雷器包括沿底部角形避雷器方向平行于后壁延伸的挡板(flap)，可移动触点部分被设计为面对打开位置的所述挡板。

有利的是，底部角形避雷器由相对于所述底部角形避雷器的后部的外围凸出部围绕。

附图说明

从本发明的以下对特定实施例的描述中可以更加清楚本发明的其它优点和特征，特定实施例仅仅作为非限制性的示例并且如附图所示。

图1表示根据本发明的第一实施例的、沿着该极单元的电弧隔板的纵向中平面截面的开关装置的极单元的视图；

图2表示图1的极单元的俯视图；

图3表示图1的极单元的一部分的放大透视图，尤其示出电弧隔板；

图4表示根据本发明的第一优选实施例的再生分离器的俯视图；

图5表示根据图1的电弧隔板的分离器的俯视图；

图6表示根据本发明的第二优选实施例的再生分离器的俯视图。

具体实施方式

根据本发明的优选实施例，参考图1至3，多极低压功率开关装置10包括模制的绝缘外壳12，该绝缘外壳12容纳装配有所有极单元所共有的横向开关杆16的已知类型的操作机构14，其中横向开关杆16旋转安装在设置于外壳12中的轴承中。每个极单元都包括静触点部分20、动触点部分22以及靠近静触点部分20设置的电弧隔板24。

静触点部分20包括适配在外壳12的底部中的电流输入端子26，该电流输入端子26部分位于电弧隔板24下方。静态电流输入端子26包括接触片36，该接触片36与移动触点部分22的接触指46的触点垫片58结合操作。接触指46通过通道42电连接到电流输入端子40。

静态电流输入端子26通过导电底部角形避雷器34向电弧隔板24的内部延伸。电流输入端子26和角形避雷器34由多种导电金属材料制成并且具有相同的电位。

底部角形避雷器34被设计为当电弧从静态接触片36向电弧隔板24的内部延伸时容纳电弧根部。通过导电金属板形成的底部角形避雷器34通过外表面固定到静触点部分20的端子26。它包括位于电弧隔板24内的内表面。角形避雷器34的后部延伸靠近电弧隔板24的后壁72。

底部角形避雷器34通过绝缘材料90制成的板固定到基底部上，在这种情况下该绝缘材料是充有玻璃纤维的聚酰胺6-630％。所述板包括对应于底部角形避雷器的形状的印记，其中角形避雷器34容纳在这个印记中。

没有被角形避雷器覆盖的板90的一部分向上延伸到凸缘68和后壁72。它使得外围92在电弧隔板24中形成外缘凸出部并且与角形避雷器34的内表面的外围齐平。可选的，外围92向电弧隔板的内部凸出的高度可高于向角形避雷器的内表面的高度。

外围92具有圆的C形，该C形紧靠角形避雷器的后部的边缘，从而一方面在避雷器的后部和电弧隔板的后壁72之间、另一方面在后部和侧凸缘68之间形成间隔。

可移动触点部分22对应它的一部分包括导电静态电流输入端子40、旋转地绕相对于外壳12固定的轴44安装的支撑通道42。可移动触点部分22可以优选包括多个接触指46。接触指46绕共用几何轴50枢转，该共用几何轴50相对于通道42固定，并且通过接触压力弹簧52朝向静态接触部分20偏置。连杆54作为可移动触点部分22的通道42和机构14的开关杆16的曲柄56之间的连接部分。每个指46都包括一个接触垫片58，该接触垫片58被设计为确保当开关装置处于闭合位置时与静态触点部分20的接触片36接触。

此外，可移动触点部分22优选包括插口60，该插口60超过接触垫片向电弧隔板24凸出。接触指46通过包线(braids)电连接到电流输入端子40。

电弧隔板24包括由绝缘材料制成的两侧凸缘68，该两侧凸缘68平行于图1的横截平面。所述凸缘位于同横截平面的每一侧相等的距离处，因此该平面组成电弧隔板24和极单元的纵向几何中平面70。用作气体出口的后壁72位于电弧隔板24的后部，垂直于侧凸缘68。该壁72包括用于所述切断气体的一个或多个出口孔。前部开口76设置在靠近接触片36的位置，与后壁72相对。由平金属板形成的分离器78垂直于纵向中平面70从前端开口76延伸到后壁72。分离器78彼此相隔一定距离，从而能够使气体在前端开口76和后壁72之间流通。它们由侧凸缘68横向支撑。

每个分离器78都具有前部边缘，该前部边缘限定用于锁定板平面中的电弧的凹口80。该凹口80近似呈现为弯曲的凹形的U形或V形。所述凹口80沿纵向中平面70延伸。

电弧隔板24包括至少一个再生分离器79，该再生分离器79平行于并十分接近于底部角形避雷器34定位。所述再生分离器79基本上平行于分离器78定位。在该实施例中，所述至少一个再生分离器79位于底部角形避雷器34和第一分离器78之间。再生分离器79与所述避雷器分开的距离大致等于分离器78的厚度。所述至少一个再生分离器79通常由与其它分离器78类似的金属材料制成。进而，所述至少一个分离器79优选具有比其它分离器78更厚的厚度。

根据以下描述的不同实施例，单个的再生分离器79与底部角形避雷器34邻接。

根据本发明的优选实施例，分离器包括至少一个金属表面，该金属表面至少等于XY平面中的电弧隔板的表面的四分之一。而且，所述金属表面相对于其它分离器78设置，从而沿纵向中平面70覆盖多个凹口80的至少一半。

根据图4所表示的，所述金属表面基本位于分离器78的多个凹口8的底部81的中心。

再生分离器79的宽度和长度分别至少等于分离器78的宽度I和长度L的50％。

再生分离器位于并且固定在未示出的框架中，该框架的两侧固定到侧凸缘68。该框架例如可以由陶瓷材料制成。

根据本发明的第二优选实施例，再生分离器79包括前部边缘，该前部边缘限定了分离器平面中的凹口100。所述凹口沿平行于纵向中平面70的y轴延伸。凹口100的深度小于其它分离器78的凹口的深度。所述沿y轴的凹口的长度事实上小于其它分离器78的多个凹口80的长度L1。例如，所述至少一个再生分离器79的凹口100的长度小于或等于多个凹口80的长度L1的60％。凹口100的长度优选包括在其它分离器78的多个凹口80的长度L1的20％和50％之间。

根据优选实施例的装置的操作如下所述。在闭合位置中，由机构14闭锁的开关杆16保持通道42位于图1所示的位置中。弹簧52确保可移动接触指22和静态灭弧触点20之间的接触压力。

当检测到弱故障电流时，电子脱扣装置作用在机构14上，该机构14命令打开触点。开关轴16的旋转使得通道42绕它的旋转轴44枢转。接触指22基于接触压力弹簧52的作用而十分轻微地绕旋转轴50逆时针枢转，同时保持与片26接触。然后它们遇到通道42的止挡，并且被固定地与通道42沿顺时针方向绕旋转轴44驱动，从而与片26分离。

在静止和可移动触点20、22之间产生电弧。由于静触点部分20中的电动电流回路效应，因此电弧根部立即迁移到底部角形避雷器34的前部的边缘，然后向电弧隔板24的内部迁移。当进入电弧隔板24时，电弧分成或多或少与分离器78、79接触的弧元，每个弧元都组成两个相邻的分离器78或者底部角形避雷器34和面对后者的再生分离器79之间的串联的电连接。

当达到电弧隔板24的后部时，电弧根部趋于导致由气体产生材料制成的外围92的切除，该气体产生材料逸出大量的气体，尤其是氢气。

这种特别靠近电弧根部的气体逸出会收缩电弧的根部并且导致电弧根部冷却。因此，更大的介电再生被局部观测到，其使得在靠近电弧隔板24的底部附近获得较弱的电离区域。

而且，具有充分物质和表面的金属再生分离器79的出现使得电弧根部的冷却被显著加速。由于事实上，电弧根部被限制并且主要位于再生分离器79的中心水平，因此电弧不在面对开口区域的所述分离器的边缘闪现。这种再生分离器79的前部边缘上的冷却区域的出现限制了该区域中后续电弧击穿的危险。

电弧的局部冷却必须最好尽可能的靠近电弧隔板24的底部和/或顶部边缘操作。

应当强调的是，这种现象仅仅对断开高压中的低强度电流有意义。当断开低压中高强度电流时，电弧通过传统的方式侵入整个电弧隔板。

根据本发明的一个可选实施例，电弧隔板24包括顶部角形避雷器96。这种角形避雷器有利于将电弧插入电弧隔板并且强制电弧在电弧隔板的整个高度上在分离器78中移动。此外，顶部角形避雷器96被设计为容纳可移动触点部分22的开口端的电弧头部。它由金属板来形成。该金属板可以大致平行于分离器78或者相对于后者形成角度δ。根据所描述的示例，顶部角形避雷器96相对于该组分离器78形成角度δ。顶部角形避雷器的位置使得可移动触点开始靠近打开位置中的所述板。

当电弧隔板的尺寸被减小时，堆置的隔板78的高度可以大于可移动触点22的移动行程。顶部角形避雷器96然后必须沿平行于后壁72的方向延伸。挡板98在底部角形避雷器34的方向上平行于后壁72延伸。该挡板98的出现趋于减小前端开口76的表面，以使得位于打开位置中的可移动触点22面对所述挡板98。因此，当机构达到打开位置时，电弧头部切换到顶部角形避雷器96上，并且第二电弧在挡板98和可移动接触指22之间与第一电弧形成串联。

根据不同实施例的各种变型，分离器78的凹口80的弯曲形状包括凹口82，该凹口82较窄并且不对称。分离器78然后被堆叠，以使得多个凹口82可选地位于电弧隔板24的一个和另一个横向侧上。

Claims (12)

1.一种电开关装置(10)，其包括至少一个电极单元，该电极单元包括：

-由导电材料制成的静触点部分(20)，

-能够从闭合位置移动到打开位置的可移动触点部分(22)，其中在闭合位置其与静触点部分接触，在打开位置两个触点部分分开，

-电弧隔板(24)，其包括：

-位于纵向中平面(70)的每一侧上的两个平行的侧凸缘(68)，

-后壁(72)，

-由导电材料制成的底部角形避雷器(34)，其电连接到静触点部分(20)并且靠近后壁(72)延伸，所述底部角形避雷器(34)由气体产生材料制成的外围(92)围绕，

-从一侧凸缘延伸到另一侧的堆置的第一分离器(78)，其大致垂直于纵向中平面(70)，至少两个第一分离器包括沿纵向中平面(70)延伸的第一凹口(80)，

其特征在于，该电弧隔板包括平行于底部角形避雷器(34)并位于底部角形避雷器(34)和第一分离器(78)之间的至少一个再生分离器(79)，所述至少一个再生分离器包括至少一个金属表面，该金属表面沿纵向中平面(70)覆盖多个第一凹口(80)的至少一半。

2.根据权利要求1所述的电开关装置，其特征在于，所述至少一个再生分离器(79)的金属表面至少等于XY平面中的电弧隔板的表面的四分之一，所述金属表面基本上相对于第一分离器(78)的第一凹口(80)的底部(81)居中。

3.根据权利要求2所述的电开关装置，其特征在于，再生分离器(79)的宽度和长度分别至少等于所述第一分离器(78)的宽度(I)和长度(L)的50％。

4.根据权利要求1至3之一所述的电开关装置，其特征在于，再生分离器(79)包括沿纵向中平面(70)延伸的第二凹口(100)，所述第二凹口的长度小于其它分离器(78)的第一凹口(80)的长度(L1)。

5.根据权利要求4所述的电开关装置，其特征在于，第二凹口(100)的长度小于或等于多个第一凹口(80)的长度(L1)的60％。

6.根据权利要求5所述的电开关装置，其特征在于，第二凹口(100)的长度包括在多个第一凹口(80)的长度(L1)的20％和50％之间。

7.根据权利要求1至3之一所述的电开关装置，其特征在于，所述至少一个再生分离器(79)具有大于其它第一分离器(78)的厚度。

8.根据权利要求1至3之一所述的电开关装置，其特征在于，它包括单个再生分离器(79)。

9.根据权利要求1至3之一所述的电开关装置，其特征在于，它包括由导电材料制成的、基本平行于第一分离器(78)的顶部角形避雷器(96)。

10.根据权利要求9所述的电开关装置，其特征在于，顶部角形避雷器(96)相对于一组第一分离器(78)形成角度(δ)。

11.根据权利要求9所述的电开关装置，其特征在于，顶部角形避雷器(96)包括沿底部角形避雷器(34)的方向平行于后壁(72)延伸的挡板(98)，可移动触点部分(22)被设计为面对打开位置中的所述挡板(98)。

12.根据权利要求1所述的电开关装置，其特征在于，底部角形避雷器(34)由相对于所述底部角形避雷器(34)的后部凸出的外围(92)围绕。

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