具有至少一个包括触头桥的单极断开单元的开关装置以及包括一个该设备的断路器

摘要

本发明涉及一种具有至少一个单极断开单元（10）的开关装置（600），所述单元包括：动触头桥（22），与所述动触头桥接合并分别连接至电流分配导体（4、5）的一对静触头（41、51），通向所述触头桥（22）的打开容积上方以及包括通过气体的交换空间彼此分离的至少两个去电离鳍（25）的堆叠的两个弧中断室（24）。每个中断室（24）连接至至少一个中断气体排出通道（38、42），所述排出通道在相位单元（10）壳体（12）的上游表面上方排出，所述上游表面被定位为与另一个下游表面相对，所述下游表面意在放置与触发机构（7）接触。

说明书

技术领域

本发明涉及具有至少一个单极断开单元的开关装置。所述单元包括动触 头桥，一对静触头，所述静触头与所述动触头桥相结合操作且分别连接至电 流输入导体。所述单元包括分别向触头桥的打开容积开放的两个灭弧室。

本发明也涉及包括开关装置的断路器。

背景技术

在电开关装置中，特别地在包括至少一个灭弧室的电路断路器中移除灭 弧气体（quenching gas）通常通过在灭弧室的后表面直接设置出口孔实现。 当断开发生时所产生的气体通过灭弧室，当它们与一个或者多个去电离鳍接 触时受到冷却，并在灭弧室的后部通过开口被移除。优选地与额外的过滤装 置关联的格栅（grate）使得气体能够被移除到开关装置外部而同时阻止大量 熔融金属粒子。尽管具有这些通常的预防措施，保持强电离的气体仍是高污 染的。当它们处于接近灭弧室的出口格栅时，该污染可以特别地损害开关装 置的电子脱扣装置。此外，当气体被移除至接近在开关装置中的电流输入导 体时，可以观察到在灭弧期间的电弧飞弧现象。

为了弥补这些问题，某些解决方案特别地记载在文献US5731561中，或 者在申请人的专利EP1667179中，消除了移除任何灭弧气体至电路断路器的 外部。接着参照没有外部显示的开关装置。灭弧室与开关装置内部的气流通 道连接。在闭合容积中的灭弧气体的多或者少的长路径理论上使得气体的足 够的冷却。然而，这些解决方案存在在开关装置的壳体内部产生非常高压的 缺陷。在冷却期间被封闭于此的灭弧气体实际上在壳体内部产生大的过压 力，过压力可以导致开关装置的壳体爆炸。壳体的壁的尺寸和壳体的总体设 计不得不考虑这些新的限制而进行。

发明内容

本发明的目标因此是弥补现有技术的缺点以使得提出一种包括有效地 用于移除灭弧气体的装置的开关装置。

根据本发明的开关设备的每个灭弧室连接至至少一个灭弧气体排出通 道，所述排出通道通向断开单元的壳体的线路侧面板上开放，所述线路侧面 板被定位为与设计成与脱扣装置接触布置的另一个负载侧面板相对。

根据改进的一个模式，所述灭弧气体排出通道被连接以形成向断开单元 的壳体的线路侧面板上开放的共用管道。

有利地，第一和第二灭弧室的各自的灭弧气体排出通道具有不同的长 度，在第一气体排出通道中流动的灭弧气体被设计为通过文丘里效应吸入在 第二通道中流动的气体。

优选地，每个灭弧室包括至少两个去电离鳍的堆叠，去电离鳍通过气体 交换空间彼此分离，至少一个交换空间被连接至灭弧气体排出通道。

根据特别的实施例，灭弧室的所述至少一个气体排出通道穿过包括至少 一个由金属板覆盖的壁的至少一个减压舱。

有利地，减压舱定位在灭弧室底壁下方，该壁由金属板覆盖，所述金属 板在关于气体流动方向形成包括在45°和140°之间的角度的平面中。

有利地，由金属板覆盖的壁是在垂直于气体流动方向的平面中。

有利地，气体排出通道包括旋转阀，其设计为通过灭弧气体的流动以旋 转方式被驱动。阀从第一位置向着第二位置的旋转被设计为促动脱扣装置以 引起开关设备的触头打开。

根据特别的实施例，动触头桥是旋转的以及被定位在具有容纳所述触头 桥的横向孔的旋转杆中，所述触头桥在杆的每一侧上突出，所述旋转杆安装 在断开单元的壳体的两侧面板之间，两个密封法兰被分别放置在旋转杆的径 向表面和侧面板之间以使得确保断开单元的内部和外部之间的紧密性。

优选地，旋转杆包括在横向容纳孔和径向表面之间直接连接的至少一个 通道，使得灭弧气体经由所述通道直接流动至至少一个密封法兰，以将其推 动抵靠在其中一个侧面板上，以实现紧密性。

有利地，所述通道是贯通的，并且从第一径向表面至第二径向表面穿过 且正好穿过旋转杆，所述贯通通道包括平行于旋转杆的纵向轴的纵向轴。

有利地，贯通通道包括与旋转杆的纵向轴对齐的纵向轴，以使得灭弧气 体可以施加大致与杆的纵向轴对齐且均匀分布在密封法兰上的推动力。

有利地，密封法兰包括侧向颊，所述侧向颊至少部分覆盖旋转杆的纵向 表面，以部分闭合容纳杆的横向孔。

优选地，动触头桥以顺时针方向在触头的打开位置和闭合位置之间旋 转。

本发明涉及包括如上文所限定的开关装置的断路器。所述断路器包括连 接至开关设备的负载侧端子板的脱扣装置。

附图说明

其他优点和特征将从下面仅出于说明而绝非限制性实施例的目的在附 图中所示的本发明的特定实施方式的描述变得更清楚理解，图中：

图1表示了根据本发明的实施例，包括开关装置的电路断路器的概观；

图2A表示了根据本发明的实施例，包括开关装置的断路器的分解透视 图；

图2B表示了根据本发明的实施例，在组装过程中，开关装置的透视图；

图3至7示出了根据本发明的优选实施例，用于开关装置的单极断开单 元及其壳体的一部分的透视图；

图8A和8B示出了根据本发明，断开单元的气体排气通道的详细的横 截面视图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例，开关设备100，通常断路器，包括与开关装 置600关联的脱扣装置7。

开关装置600包括至少一个单极断开单元10。该单极断开单元一方面在 负载侧接线条5的位置处连接至脱扣装置7，以及另一方面在负载侧接线条 4的位置处连接至作为要被保护部分的电流线。单极断开单元10也称为盒。

如图2A所示，根据本发明的优选实施例，开关设备600包括三个单极 断开单元。该开关设备100因此是三电极电路断路器。根据未示出的另一实 施例，开关设备可以是单极、两电极或者四电极断路器。

为了简化本发明的优选实施例的表示的考虑，构成开关设备100的元件， 以及特别地形成开关设备600的单极断开单元10，将关于使用的位置进行说 明，在使用的位置中，断路器100安装在面板的适当位置中，具有包括平行 于安装面板的竖直手柄的伸出部分（nose）9，位于电线上的线路侧连接接 线条4在位于顶部且形成开关设备100的上表面74，脱扣装置7在底部。诸 如“侧面”、“顶部”、“底部”等的相对位置术语的使用不应该解释为限制因素。 手柄被设计为控制电触头的促动机构8。

每个单极断开单元10使得单极可以被中断。所述单元有利地为由模制 塑料制成的平坦的壳体12的形式，具有分开厚度e两个平行的大面板14。 特别地，在所说明的实施例中，用于160A额定值的厚度e大约是23mm。

壳体12由两部分形成，其优选地具有镜面对称，经由它们的大面板14 通过任何适合的装置彼此固定。如图3中优选实施例中所示的，榫和臼型的 互补系统使得壳体12的各部件能够调整以彼此配合，两个部件的其中一个 （未示出）包括适合的尖头以进入另一个部件的凹槽。进一步提供布置结构 18以能够并置单极单元10的壳体12且能够固定壳体用于多电极电路断路 器。

单极断开单元包括容置在壳体12中的断开机构20。根据在图4至7中 所示出的特别的实施例，该断开机构20优选地是双旋转断开类型。根据本 发明的开关设备100实际上特别地意在用于高至630A的应用，在特定的应 用中，高至800A，为此，单断开可能不是足够的。

断开机构20包括动触头桥22，动触头桥22包括在每个端部处的触头带。 该断开单元包括一对静触头41、51。每个静触头设计为与动触头桥22的触 头带结合操作。第一静触头41设计为通过线路侧端子板4连接至电线。第 二静触头51设计为通过负载侧端子板5连接至脱扣装置7。壳体12的每部 分包括对应的通道凹槽。所述桥安装在打开位置和电流流通位置之间，在打 开位置中，触头带从静触头41、51分离，在电流流通位置中，它们与每一 个静触头接触。

单极断开单元10包括用于灭电弧的两个灭弧室24。每个灭弧室24向触 头桥22的触头带和静触头之间的开放容积开放。每个灭弧室24两个侧壁 24A、在离开放容积一距离的后壁24B、接近静触头的底壁24C，以及顶壁 24D限定。如图4至6所示，每个灭弧室24包括至少两个去电离鳍25的堆 叠，去电离鳍25通过灭弧气体的交换空间彼此分离。

根据优选的实施例，断开单元10的壳体12进一步包括用于优化气体流 的布置结构。每个灭弧室24包括至少一个出口，其与至少一个灭弧气体排 出通道38、42连接。所述排出通道38、42设计为通过至少一个通孔40移 除气体，通孔40定位在壳体12的线路侧面板上，该线路侧面板定位在另一 个负载侧面板的相对处。壳体12的负载侧面板设计为与脱扣装置7接触布 置。

每个灭弧室24优选包括在连接至气体排出通道38、42的两个鳍25之 间的至少一个交换空间。所有的这些交换空间优选地连接至在后壁上的距离 容积开口一定距离的区域的位置处以及在灭弧室24的侧壁的位置处的气体 排出通道38、42。

根据特定实施例，动触头桥22围绕旋转轴Y旋转。所述桥的触头带优 选地关于旋转轴Y对称布置。动触头桥22被浮动安装在旋转杆26中，旋转 杆26具有容纳所述触头桥的横向孔。穿过横向容纳孔的动触头桥22在杆26 的每侧上突出。所述旋转杆26安装在断开单元10的壳体12的两侧面板14 上。此外，根据该实施例，触头桥22和旋转杆26在单极断开单元10中的 组装是“颠倒”的。期望在工作中，触头促动机构的手柄9（见图1和2A）在 断路器100的开关装置600上居中，电线保护装置的保护性前面板因此可以 是对称的。为了这个目的，已经选择杆26的旋转方向的倒置，即，脱扣装 置7的连接端子板5向着断路器100的后部定位，线路侧连接端子板4在顶 部向着前面。因此，如图4中所示，动触头桥22在顺时针方向在触头的打 开位置和闭合位置之间旋转。因此，在旋转触头桥的旋转方向被颠倒的这个 优选实施例中，从连接至负载侧端子板5的触头排出的气体，其应该以传统 的方式向下且向着设备的后部指向，该气体被转移到断开单元10的顶部和 前面。位于设备的后部和底部的区域对应于在其中脱扣装置7和可以存在的 诸如特别的DIN轨道的任何固定支撑被放置的区域。特别地，断开单元10 的壳体12的外壳的大致矩形形状通过第一气体排出通道38在前侧上延伸。 所述第一通道使得灭弧气体从与脱扣装置7耦合的负载侧接线端5指向至开 关设备100的顶部分。灭弧气体经由通孔40被移除至壳体外部。在开关装 置的顶部中的通孔40的定位以及特别地在线路侧端子板4上方的定位也降 低了飞弧的危险。

此外，经由至少一个第二排出通道42，从与线路侧端子板4连接的触头 41发源的排出气体也有利地向上和向着断开单元10的前面指向。特别地， 所述至少一个排出通道42是至少部分地定位在断开单元10的壳体12的平 行大面板14中。

如图3和5所示的，根据一个改进的模式，两个侧向排出通道42部分 布置在断开单元10的壳体12的外部。这两个通道被连接至一个以及相同的 灭弧室24。每个侧向排出通道42通过两个孔44A、44B连接至壳体12的内 部。侧向排出通道42的外部部分可以优选的是在壳体12的壁中挖出。

如，根据本发明的特别的实施例，如在这一天以申请人的名义提交的且 名称为“在多电极开关设备和断路器中用于分离盒体的功能间隔器”的法国 专利申请中说明的，单极单元10通过间隔器46被组装以形成双外壳48。有 利的是，利用该结构以将每个侧向排出通道42部分地集成在间隔器46中。 特别地，如图2A和2B所示的，间隔器46由模制塑料制成，主要包括设计 为平行于断开单元10的大面板14的中心间壁52。两个间隔器46的并置因 此限定了单极断开单元10容置其中的空腔56。有利地，当在彼此上夹紧间 隔器46时，每个间隔器46的两个相对底部边54以大致紧密封的方式在其 其后部闭合凹腔56。每个间隔器46包括能够使用于气体出口的第二侧向排 出通道42得以部分限定的布置结构。有利地，每个侧向排出通道42部分地 刻划在盒体10的壳体12的外部大面板14中，在两个出口孔44A、44B和 对应的元件68之间，该对应元件68刻划和/或突出的轮廓在中心间壁52上。 当在盒体10上执行间隔器46的并置和夹紧时，气体能够沿着间壁52从出 口孔44A向着顶部孔44B指向。

单极断开单元10被设计为同步驱动以及为了该目的，由至少一个杆30 连接，特别地，在杆26的高度处，例如通过形成动触头桥22的限制性止挡 部的孔32。根据优选实施例，单个驱动杆30被使用，且壳体12的每个部分 包括以圆弧形式的孔34，使得至少穿过孔的杆30在电流流通位置和打开位 置之间能够移动。

根据在图5至7中所示的本发明的特别的实施例，所述至少第二气体排 出通道42穿过至少一个减压室43，所述减压室包括至少一个由金属板85 覆盖的壁。

由所述板材覆盖的内壁优选地形成部分减压室43。金属板85构成粒子 陷阱(trap)，其在一方面作为捕获来自于断开装置的金属粒子以为了热保护位 于陷阱下游的塑料部件，也降低了灭弧气体的温度。粒子陷阱进一步保护了 位于所述至少一个金属板85的后边的通道的塑料部件以及提高了壳体12的 密封表面的紧密性。

使用至少一个金属板85至少部分地覆盖了气体排出通道的内壁能够良 好地捕获当电路断路发生时，源自于分离器、触头以及导体的腐蚀的熔融钢 以及铜球。所述至少一个金属板包括防止熔融球刺穿它正好通过的厚度。最 小的厚度优选地包括在0.3和3mm之间以及根据产品的断开能量得以调整。

所述至少一个金属板85由钢、铜或者基于钢的合金制成。

如图8A所示，由粒子陷阱的所述至少一个金属板85覆盖的排出通道的 内壁形成在关于气体流动方向包括在45°和140°之间的角度α。支撑所述至 少一个金属板的壁优选地在垂直于灭弧气体流动方向（α=90°）的平面中。 实践中，通过放置所述至少一个金属板85在气体流的弯道中或者在弯道的 出口中，由于离心力，促进了将粒子按压和粘附到板上。

所述至少一个金属板85至少部分地覆盖排出通道的内表面。金属板沿 着通道的纵向轴延伸。在流动方向中，由所述至少一个金属板85覆盖的内 壁的总长度L至少等于自所述板上游测量的通道的最小流动横截面积S的平 方根。最大可能的长度被期望以降低气体的温度。所需的最小长度根据下述 公式表示：

L≥√Smin

使用Smin排出通道的最小横截面的表面

所述至少一个金属板85以气体流方向的垂直方向进一步在排出通道的 内周边P上延伸。所述板延伸所需的最小距离l根据下述公式表示：

Pm/10≤l≤Pm

Pm是粒子陷阱所处的气体排出通道的平均周长。

所述减压室优选地尽可能近的靠近灭弧室的出口定位。根据特别的实施 例，减压室放置在灭弧室24的底壁的下方。

根据图4和5中所示的本发明的改进的模式，所有气体排出通道38、42 彼此连接在一个共用管道中，该共用管道通开口于断开单元10的壳体12的 线路侧面板上。灭弧气体接着经由单个通孔40移除。如示例实施例，在排 出通道中的灭弧气体的路径在图5中示出。在两个灭弧室24中，在断开发 生时所产生的气体被因此有利地离开脱扣装置7以及离开例如DIN轨道的可 能的固定支撑指向。

根据第一可替换实施例，第一和第二灭弧室24的各自的气体排出通道 38和42是不同长度，在第一气体排出通道中流动的灭弧气体被设计为通过 文丘里效应吸入在第二通道中流动的气体。

根据第二可替换实施例，气体排出通道38包括旋转阀45，其设计为通 过灭弧气体的流动以旋转方式被驱动。阀从第一位置向着第二位置的旋转被 设计为促动开关设备的脱扣装置以引起触头打开。

有利地，壳体12的每个部分被模制具有内部布置结构，该内部布置结 构能够使构成断开机构20的不同元件相对稳定定位，特别地，用于每个灭 弧室24的两个对称壳体，以及用于装配杆26的圆形中心壳体。

根据本发明的改进的模式，两个密封法兰27被分别地放置在旋转杆26 的径向表面和侧面板14之间以确保断开单元10的内部和外部之间的紧密 封。为了示例的目的，因为旋转杆的形状，密封法兰27是圆柱形以及可以 以垫圈的形式。如，根据本发明的特别的实施例，如在这一天以申请人的名 义提交的且名称为“包括旋转触头桥的单极断开单元，包括该单元的开关装 置以及包括该装置的断路器”的法国专利申请中说明的，旋转杆26包括在横 向容纳孔和侧面板14之间直接连接的至少一个通道29，以使得灭弧气体可 以经由所述通道直接流动到至少一个密封法兰27，以推动它们抵靠在其中一 个侧面板14上，以获得紧密封。

如图7所示的，旋转杆26的通道29优选地从第一径向表面至第二径向 表面穿过且正好穿过旋转杆26。所述穿过通道29包括平行于旋转杆26的纵 向轴的纵向轴。此外，穿过通道29优选地包括与旋转杆26的纵向轴对齐的 纵向轴，以使得灭弧气体可以施加大致与杆的纵向轴对齐且均匀分布在密封 法兰上的插入力。

根据图7中示出的密封法兰27的特定实施例，所述法兰包括侧向颊， 所述侧向颊至少部分覆盖旋转杆26的纵向表面以部分闭合容纳杆26的横向 孔。

以该方式获得的根据本发明的断路器100能够使初看时自相矛盾的接下 来的工业需求得以最可能的遵循：

由于使用了具有动触头桥22的双断路，同样的结构可以用于上至800A 的整个范围；

断开机构20的可靠性以及断开机构20的优化通过使用已经很好证明的 解决方案得以确保；

脱扣装置7可以经由底部连接至开关装置600的负载侧端子板，由于旋 转触头断开桥22的旋转的相反方向，因此给予更好地接近连接螺钉；

脱扣装置7的互换性被完成，实现开关设备100的更大地延迟差动；

开关设备600的突出部被对中，特别地在42.5mm，这是由于在断开单 元10中的旋转的相反方向，使对称的前盖板能够用在配电柜中；

灭弧气体没有接近脱扣装置7移除，因此限制了对敏感的元件的污染， 特别地在它的电子表现形式和释放空间中；

灭弧气体的出口不再在电路断路器100的连接件4、5下执行，因此限 制了在断路上的飞弧。