具有用于切断传导路径的两对串联开关触头的开关装置,尤其是断路器

摘要

一种开关装置(1)，尤其是一种断路器，所述开关装置(1)具有两对串联的开关触头(2、3)和至少一个灭弧板组(5)，所述两对串联的开关触头(2、3)用于切断一传导路径(4)，所述灭弧板组(5)邻近所述两对开关触头(2、3)布置，用于熄灭当所述传导路径(4)断开时产生的电弧(6)。所述两对开关触头(2、3)布置成其断开路径(7)基本上彼此平行或反向平行。根据本发明，所述两对开关触头(2、3)串联连接，使得在两个电弧(6)中流动的相同电流(i)在空间上朝相同方向流动。所述灭弧板组(5)布置在所述断开路径(7)之间的区域内。

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关装置，所述开关装置具有用于切断一传导路径的两 对串联开关触头，还具有靠近所述两对开关触头布置的至少一个灭弧板组， 所述灭弧板组用于熄灭当所述传导路径断开时产生的电弧。所述两对开关触 头布置成其断开路径基本上彼此平行或反向平行。

背景技术

本发明具体涉及开关装置，特别是涉及在最高为大约1000伏电压的低 压范围内工作的断路器。这类开关装置主要用于在短路或过电流情况下切断 传导路径。此外，所述开关装置可具有一极或多极的设计，尤其是三极的设 计。

所涉及的断路器是例如所谓的MCCB(塑壳断路器)开关装置。在这类 的一开关装置中，通过拉开MCCB的开关触头，由于邻近导体的电磁排斥， 使需要被切断的电流在达到其最大值之前被切断，从而将电流切断。最大电 流可处于一位数至三位数的kA的范围内。

替代地或附加地，开关触头可用例如一优选可电磁操作的动作器来操 纵。所述动作器可由例如一过电流传感单元来驱动。

灭弧板组靠近所述两对开关触头使用，或根据情况，靠近双触头使用， 所述灭弧板组用于在开关触头断开时冷却高温的电弧等离子体。等离子体的 冷却使导电率减小，从而将增大电弧内的电阻，增加反向电压，并切断电流。

目前使用中的开关装置的问题在于，开关触头断开时所产生的电弧更倾 向于不撞向冷的金属板。已知，例如采用所谓的灭弧磁铁来解决这个问题。 可是，这不是并非对所有的开关动作都是一种令人满意的解决方案，就是太 耗费精力。

发明内容

从上文所述的现有技术出发，本发明的目的之一是公开一种改进的开关 装置。

本发明的这个目的通过一种开关装置，尤其是一种断路器来实现，所述 开关装置具有权利要求1的特征。从属权利要求2至11中公开了有利的实 施方式。

根据本发明，串联连接两对开关触头，使得在两个电弧中流动的相同的 电流以空间上相同的方向流动。灭弧板组布置在两个断开路径之间的区域 内。

本发明的一个主要的基本思路是，以相同的方向流动的电流会因有效的 洛伦兹力而彼此吸引。换言之，流过相同电流的两个电弧会彼此吸引。将灭 弧板组布置在两个电弧之间，会如之前那样使两个电弧被推入灭弧板组内。 两个电弧将被迅速冷却，从而有利地迅速切断电流。

根据本发明的一种实施方式，所述两对开关触头中的每一对都具有一个 可动开关触头和一个静触头。可动开关触头中的一个电连接到另一对开关触 头的静触头。余下的两个开关触头中的每一个都连接到传导路径。这种电路 布置实现了两个电弧中的电流将以相同的方向流动。

根据另一实施方式，两个可动开关触头中的每一个都安装成，使得它们 可以围绕一枢轴中央转动。所述两个可动开关触头的两个自由端部都接近灭 弧板组，并保持有几毫米的一最小空气间隙。开关触头的自由端部中的每一 个通常都具有一开关接触件。有利地，转动的安装允许开关触头迅速断开。

作为另一实施方式的结果，在断开时两个可动开关触头的自由端部基本 上以相同的方向运动。替代地，两个可动开关触头的自由端部在断开时彼此 远离地运动。

根据一种特殊实施方式，两对开关触头中的每一对都具有两个可动开关 触头，这些可动开关触头在断开时彼此远离地运动。所述开关触头的自由端 部接近灭弧板组。可动开关触头中的一个电连接到相应的另一开关触头的可 动开关触头，所述可动开关触头在断开时基本上以相反的方向运动。

与先前的解决方案相比，所述两对开关触头的同时断开允许更快的断 开，即在每一对开关触头的两个开关触头之间更快地实现一空气断开。两对 开关触头可由每一对开关触头中的一动作器来断开。替代地或附加地，这也 可由开关触头的一种电磁排斥来完成，特别是借助所流过的短路电流来完 成。在后一种情况下，以几何方式来布置和实现开关触头，使得斥力将基本 上作用在两个可动开关触头上。这可以通过使用例如静触头的一种已知的U 形的实施方式来实现。

根据一种实施方式，两对开关触头中的每一对都具有两个开关触头，所 述开关触头在断开时彼此远离地转动。替代地，两对开关触头中的每一对都 可具有两个开关触头，所述开关触头在断开时彼此平行远离地运动。

在所述的两种情况下，开关触头并不是发生一种转动运动，而是所述开 关触头的彼此远离的一种线性引导运动。随后，可动触头将优选通过一活动 绞线连接到连接导体，或根据情况连接到传导路径。

根据另一实施方式，灭弧板组由一种不导电材料组成。这一种材料的一 个示例是一种热塑性材料或陶瓷材料。因此，将避免两个电弧通过灭弧板组 抄“近路”。否则，在这样的情况下，断开电流所必须的电压范围将不足以 切断电流，从而使电流无法被切断或切断的速度过慢。

上述灭弧板组应优选还具有由一种不导电材料制成的一隔离壁。在这种 情况下，将特别可靠地确保两个电弧在进入时将不会结合，且不会导致穿过 灭弧板组的一近路。

根据另一实施方式，灭弧板组用一种导电材料制成，特别是用比如铁的 一种金属制成。在这种情况下，灭弧板组必须具有由一种不导电材料制成的 一隔离壁。其特别的优点在于，由于金属灭弧板组的吸热能力大，吸热速度 快，所以可以特别快地熄灭两个电弧。

附图说明

下面参考后续附图来说明本发明以及本发明的有利实施方式，其中：

图1为根据第一实施方式的一发明的开关装置的一个示例的一幅侧视 图；

图2为图1所示的开关装置的俯视图；

图3为所述发明的开关装置的第二实施方式的一幅侧视图；

图4为所述发明的开关装置的第三实施方式的一幅侧视图；

图5为所述发明的开关装置的第四实施方式的一幅侧视图，且有闭合的 开关触头；以及

图6为图5所示的开关装置，且有断开的开关触头。

具体实施方式

图1显示了根据第一实施方式的一发明的开关装置1的一个示例的一幅 侧视图。所示开关装置1中设置有用参考数字2、3表示的两对开关触头， 所述开关触头用于切断一传导路径4。电流i需要被所述发明的开关装置1 切断，并在图1中从左向右流动。在图1所示的示例中，所述两对开关触头 2、3中的每一对都具有一个可动开关触头21、31和一个静触头22、32。

根据本发明，所述两对开关触头2、3串联，使得在两个电弧6中流动 的相同的电流i在空间上朝相同方向流动。电流方向用大致位于两个电弧6 的中央的一个箭头表示。对于当前的示例性实施方式而言，这正是通过可动 开关触头中的一个31电连接到另一对开关触头2的静触头22来实现的。通 过一连接导体8，余下的开关触头21、32中的每一个都连接到传导路径4。

因此，在当前的图1中，来自左侧的电流i通过第一对开关触头2的左 侧分电弧61自上而下流动。通过连接导体8，所述电流i继续流向右侧的一 对开关触头3的可动开关触头31，然后又从那里通过右侧分电弧62同样自 上而下地继续流动至右侧的传导路径4。如果电流i从右向左流入开关装置1， 则电流方向将类似地反向。在这种情况下，在两个电弧6中流动的相同的电 流i在空间上朝相同方向流动，即自下而上流动。

此外，根据本发明，灭弧板组5布置在两个断开路径7之间，即布置在 开关触头21、22、31、32的自由端部之间。断开路径7用指向与电流方向 相反的一个方向的一个箭头表示。根据附图所示，所述两对开关触头2、3 自下而上断开。此外，所述两个可动开关触头21、31中的每一个都安装成， 使得它们可以围绕一枢轴中央10转动。开关触头21、31的两个自由端部接 近灭弧板组5，具体而言即两个开关触头21、31的开关接触件11接近灭弧 板组5。

如图1进一步所示，有效的洛伦兹力F朝灭弧板组5移动两个电弧6。 在这种情况下，洛伦兹力F是电流i与磁场，即磁感强度B1、B2，的矢量 积。对于左侧分电弧61而言，电流i垂直于磁场B1流动，所述磁场B1由 右侧电流i在分电弧62中产生。左侧分电弧61如其之前一样，被洛伦兹力 F推入灭弧板组5。图1的右侧部分显示了磁场B2，所述磁场B2由左侧电 流i在左侧分电弧61中产生。在此情况下，右侧分电弧62被有效的洛伦兹 力F向左推入灭弧板组5。这由两个电弧6的虚线表示来代表。因此，两个 电弧6将迅速冷却，并迅速切断电流i。

参考字母E表示一个切割平面，这个切割平面垂直于图1的图像平面， 且两对开关触头2、3相对于这个切割平面对称地布置。参考字母L表示灭 弧板组5的纵向延伸，或根据情况表示灭弧板组5的对称轴。参考数字9表 示将两个电弧6彼此电隔离的一隔离壁。灭弧板组5的板用例如一种不导电 塑料制成，例如由一种热塑性材料制成，且未对所述灭弧板组5的板作进一 步表示。这种热塑性塑料可以是例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(即PBT)或聚 甲醛(即POM)。这类热塑性塑料的特点在于，机械强度大，尺寸稳定性极 好，热老化性能突出。

此外，灭弧板组5还可用一种磁性材料制成，尤其是由一种铁磁材料制 成。在这种情况下，通过磁的强化，两个电弧6将被更进一步推入所示的灭 弧板组5内。一种不导电的导磁塑料材料可以为，例如一种先前所述的热塑 性材料，所述热塑性材料的基质内引入了铁磁颗粒，如金属铁颗粒、钴颗粒、 镍颗粒或这三种铁磁颗粒的合金。这类的一种塑料材料优选具有大于10的 相对磁导率。

替代地，如果灭弧板组5中插入一适当的不导电隔离壁9，以将两对开 关触头2、3彼此电隔离，那么上述塑料材料也可以是一种导电塑料材料。 导电塑料材料可以通过例如添加导电物质，例如金属、炭黑、或石墨，或者 通过适当地掺杂不导电聚合物而制成。

图2显示了图1所示的开关装置1的俯视图。从中可以看出，连接导体 8围绕灭弧板组5和一对开关触头3来布置路线，用于实现方向相反的一相 应的电流流动。参考字母Q表示灭弧板组5的一横向的对称轴。参考字母S 表示可转动的开关触头21、31的转动轴。

图3显示了所述发明的开关装置1的第二实施方式的一幅侧视图。在所 示示例中，可动开关触头21、31离开静触头22、32沿所示断开路径7自下 而上线性地移动。在图3所示的示例中，所述可动开关触头21、31中的每 一个都通过用参考数字12表示的一动作器来移动。两个动作器12优选结合 成一个动作器12。此外，两个可动开关触头21、31还通过一活动的绞线电 连接到传导路径4，或根据情况电连接到连接导体8。

图4显示了所述发明的开关装置1的第三实施方式的一幅侧视图。其中， 实现了两个可动开关触头21、32′的自由端部，使得在断开时所述两个可动 开关触头21、32′将彼此远离地运动。显示在其中的左侧开关触头21自下而 上运动。相比而言，右侧的可动开关触头32′则自上而下运动。在这种实施 方式中，两个电弧6同样会被有效的洛伦兹力F推入灭弧板组5内。

图5显示了所述发明的开关装置1的第四实施方式的一幅侧视图，且有 闭合的开关触头21、22′、31、32′。所述开关触头中的每一个都布置成可围 绕一枢轴中央10转动。在这种布置中，两对开关触头2、3的接触件11位 于垂直于切割平面E布置的一基准平面G内。优选所示两对开关触头2、3 相对于两个平面G、E镜像对称地布置。开关触头21、22′、31、32′的自由 端部仍然接近灭弧板组5。

图6显示了图5所示的开关装置1，且有断开的开关触头21、22′、31、 32′，所述开关触头彼此离开地运动。可动开关触头中的一个22′电连接到相 应的开关触头2的另一对的可动开关触头31，在断开时可动开关触头31基 本上朝相反方向运动。其中的两个可动开关触头21、32′以一逆时针方向SL 转动，而另外两个可动开关触头22′、31以一顺时针方向SR转动。在这种 实施方式中，电流i仍以相同的空间方向流动，即自上而下流动。

在所示的所有变化的实施方式中，无论电流i通过传导路径4从左向右 还是相反地从右向左流动，在每一实施方式中两个电弧6中的电流i都以空 间上相同的方向流动。因此，所述发明的开关装置1既适用于切断直流电， 也适用于切断交流电。

参考符号表

1　　　　　开关装置、断路器、MCCB

2、3       两对开关触头

4          传导路径

5          灭弧板组

6          电弧

7          断开路径

8          连接导体，连接路径

9          隔离壁

10         枢轴中央、铰链接合

11         接触件

12         动作器

13         绞线

21、31     可动开关触头

22′、32′

22、32     静触头

61、62     分电弧

i          电流

E          对称平面

G          基准平面

L          纵向延伸

F          力、洛伦兹力

B1         磁场、第二分电弧的磁感强度

B2         磁场、第一分电弧的磁感强度

S          旋转轴、转动轴

SL         逆时针方向

SR         顺时针方向。