具有灭弧屏障的断路器

摘要

本发明提供了具有灭弧屏障的断路器。该断路器，包括：-至少第一触头支路，包括第一触头元件和第一支撑元件、电连接到第一支撑元件的第一连接端子；致动机构，移动第一支撑元件使得第一触头元件可从休眠位置移动到工作位置，反之亦然；-第二触头支路，包括在处于工作位置时由第一触头元件接触的第二触头元件、第二支撑元件，和电连接到或者集成到第二支撑元件的第二连接端子；断路器还包括用于在以下位置之间移动的电绝缘移动屏障：第一操作位置，移动屏障允许第二触头元件由第一触头元件接触；和第二操作位置，移动屏障至少部分插置在第一触头元件和第二触头元件之间以在第一触头元件从工作位置到休眠位置的过程中干扰触头元件之间延伸的电弧。

说明书

技术领域

本公开涉及电气装置的技术领域，且更具体地关于具有灭弧屏障的断 路器。

背景技术

如已知的，断路器包括电路，其包括至少两个触头元件，其中至少一 个触头元件是可从打开位置移动到关闭位置且反之亦然的移动触头。在打 开位置，两个触头元件间隔开且断路器的电路是开路的。相反，在关闭位 置，两个触头元件彼此相连且断路器的电路闭合的。在某些类型的断路器 中，诸如模制外壳断路器，为了有利于将断路器的电路的打开/关闭过程中 所触发的电弧消灭，通常提供了容纳在称为灭弧室的断路器的内部室中的 所谓的去离子单元。

表征断路器的性能的参数是所谓的短路能力，其被定义为断路器可在 操作电压下中断达最多三次操作而不会被损坏且其保护特性不改变的最 大短路电流。开断能力下的电流强度显著高于断路器的最大额定电流(几 个数量级)。后者是另一特性参数并且被定义为可由断路器支撑达无限时 间的最大电流。

开断能力是依赖于断路器的结构特征(诸如，例如，断路器的大小、 去离子单元和灭弧室的大小，以及是否存在适合于偏转电弧的元件，诸如， 例如，欧洲专利EP1998349A1中描述的铁磁元件)的参数。

发明内容

本发明的目的是提供允许在短路能力方面改进断路器的性能的其它 解决方案。

该目的可由权利要求1中总体定义的断路器实现。所述断路器的优选 和有利的实施例在所附的从属权利要求中定义。

附图说明

通过参照附图以示例的方式提供的具体实施例的以下详细描述，本发 明将被更好地理解，所述实施例因此绝不是限制性，其中：

-图1是断路器的实施例的三维图；

-图2是示出连接在一起的第一和第二外壳的图1的断路器的侧平面 图；

-图3是图1的断路器的三维图，其中主要可看到断路器的上表面；

-图4是图1的断路器的第一可能实施例的侧截面图。

-图5是图4的断路器的侧截面图，其中示出两个外壳彼此分开；

-图6是图1的断路器的第一外壳的三维图；

-图7是图4的断路器的实施例的第二外壳的三维图，其中可看到多 个移动灭弧屏障；

-图8是分别示出图1的断路器的第一触头支路、第二触头支路和移 动灭弧屏障的平面图，其中上述元件处于第一操作配置；

-图9是示出图8的第一触头支路、第二触头支路和移动灭弧屏障的 平面图，其中上述元件处于第二操作配置。

-图10是示出图8的第一触头支路、第二触头支路和移动灭弧屏障 的平面图，其中上述元件处于第三操作配置。

-图11是图8至图10的第二触头支路和移动灭弧屏障的部分截面的 三维图，其中第二触头支路和移动屏障为图8和图9的配置；

-图12是图7的第二外壳的第一变型实施例的三维图，其包括多个 移动灭弧屏障，其中所述屏障被示于第一操作位置；

-图13是图7的外壳的三维图，其中移动灭弧屏障被示于第二操作 位置；和

-图14是图7的第二外壳的第二变型实施例的平面图，其包括多个 移动灭弧屏障，其中所述屏障被示于第一操作位置；

-图15是图14的外壳的平面图，其中移动灭弧屏障被示于第二操作 位置。

在图中，相同或相似的元件将由相同的参考数字来指示。

具体实施方式

参考附图，示出断路器的非限制实施例，整体由1指示。在图1的具 体实施例中，断路器1是例如模制外壳断路器。模制外壳断路器(与“开 放式”断路器相反)具有由绝缘材料制成的壳体，其除了提供免受外部介 质影响的保护之外，还可支撑断路器的内部电路和机构以及用于连接到外 部线路和负载电路的端子。

目前，模制外壳断路器在配电、工业自动化和高级服务领域中一般用 作保护装置来中断具有例如高达3200A的值的电流。由于例如市场上需 要各种类型的模制外壳断路器，其每个都可配备或不配备内部剩余电流保 护装置，所以行业内的一些制造商提供具有不同功能的不同类型的市售模 制外壳断路器。一种可能类型的模制外壳断路器例如由具有磁热型跳闸系 统(其在实践中仅包括机电装置)的自动断路器代表。另一种可能类型的 模制外壳断路器是例如具有电子型跳闸系统的自动断路器，其中跳闸系统 由电子控制闭锁。

在附图中所示且在下面将要描述的具体实例中，断路器1是多极断路 器，特别是三极断路器。根据变型实施例，断路器1是四极断路器。然而， 本说明书的教导还延伸至具有不同数量的极(例如单极或双极)的断路器。

从现在开始，我们将参考(而不因此引入任何限制)其中断路器1 是(如图中所示的实例中)多极模制外壳断路器的情况。

参考图1和图2，根据有利和非限制的实施例，断路器1包括由电绝 缘材料(诸如，例如树脂)制成的第一外壳10，以及也由电绝缘材料(诸 如树脂)制成的并耦接到第一外壳10的第二外壳20。外壳10和20例如 通过注射成型以彼此分开的两块形成。在上述有利的实施例中，参考图5， 断路器1包括至少一个紧固元件31、32，其被适配为耦接和保持彼此成一 体的第一壳体10和第二壳体20。优选的是提供多个紧固元件31、32。根 据一个实施例，至少一个紧固元件31、32被适配为可拆卸耦接两个外壳 10、20，并且例如由一个或多个螺钉31、32或一对或多对螺钉31、32来 加以实现。在替代实施例中，至少一个固定元件31、32是不能拆卸的固 定元件，且例如由至少一个铆钉来实现。在图中所示的具体实例中，多个 紧固元件以几个螺钉或几对螺钉31(其穿过第一外壳10，被插入第二外 壳20的合适固定孔(seat)42中)的形式和以几个螺钉或几对螺钉32(其 首先穿过第二外壳20，被插入设置在第一壳体10中的适当固定孔41中) 的形式提供。

根据可能的实施例，第一外壳10包括第一外壳部分11和第二外壳部 分12，所述第一和第二外壳部分例如通过注射成型以彼此分开的两块制成 且耦接到一起。第二外壳部分12可操作地插置在第一外壳部分11和第二 外壳20之间。优选地，第一外壳10包括可拆卸地耦接到第一外壳部分11 的盖13。盖13例如通过螺钉(其穿过所述盖13，被插入设置在第一外壳 部分11中的各自螺纹固定孔中)的方式耦接到第一外壳部分11。

参考图6，根据有利的实施例，第一外壳10包括前面4和相对前面 的后面5，且第二外壳20从后面5侧耦接到第一壳体10。为了进行该描 述的目的，“前面”是指在断路器1的正常使用过程中第一外壳10的面对 操作者且相对安装壁(例如电气面板的壁)的面。优选但不限制，第一外 壳10的后面5具有限定阶梯的突出部分6和凹入部分7，且第二外壳20 在凹入部分7上被布置在突出部分6上方，以用于调平所述阶梯并赋予由 第一外壳10和第二外壳20形成的组件长方体的总外形。此外第二外壳20 的形状优选像具有四边形或大致四边形的半壳。

断路器1还包括手动控制装置3，诸如可转动控制杆3。手动控制装 置3可在分别对应于模制外壳断路器1的打开操作状态和关闭操作状态的 两个位置之间交替地移动。手动控制装置3例如穿过设置在第一外壳10 中的开口。优选地，手动控制装置3从第一外壳10的前面4突出。手动 控制装置3也可由耦接到模制外壳断路器的机动装置(例如欧洲专利EP 2001036B1的图5中所示)致动。

手动控制装置3可操作地连接到由第一外壳10容纳并支撑的致动机 构并被适配为确定断路器1在打开和关闭两个操作状态之间切换。不同类 型的致动机构对于可使用断路器1的领域中的技术人员是已知的，并且因 为这个原因，认为本说明书中更加详细对该机构的详述是多余的。一般而 言，致动机构可包括控制杆、弹性元件、连接杆、转动致动机构15(在图 8至图10中可见)，如例如在欧洲专利EP2259278B1等中描述的。从现 在起，致动机构将由参考标号15指示以指示其很多部件中的任何一个。

参考图8至图10，断路器1包括至少一个第一触头支路C1，其包括 至少一个第一触头元件P1和第一触头元件P1的至少一个第一支撑元件 S1、电连接到或者集成到第一支撑元件S1的至少一个第一连接端子T1。 第一支撑元件S1的致动机构15被适配为使第一支撑元件移动使得第一触 头元件P1可从休眠位置(rest，休眠位置)(图8中所示)移动到工作位 置(图9中所示)，反之亦然。

根据优选实施例，第一触头元件P1和第二触头元件P2是由高导电 材料(诸如烧结的银合金)制成的焊盘。

优选地且非限制地，第一外壳10容纳和支撑第一触头支路C1和致 动机构15。换言之，第一外壳10进行用于第一触头支路C1和致动机构 15的支撑功能。

此外，断路器1包括第二触头支路C2，其包括至少一个第二触头元 件P2，被适配为在处于工作位置时由第一触头元件P1接触；第二触头元 件P2的至少一个第二支撑元件S2和电连接到或者集成到第二支撑元件 S2的至少一个第二连接端子T2。如在图7中可清楚地看到，优选地和非 限制地，第二壳体20容纳并支撑第二触头支路C2。换言之，第二外壳20 进行用于第二触头支路C2的支撑功能。

应注意，虽然提供了断路器1的外壳分为第一外壳10和第二外壳20 并且第一触头支路C1设置在第一外壳10中且第二触头支路C2设置在第 二外壳20中的实施例是有利的，但是本说明书的教导不限于具体类型的 断路器的外壳，这是由于这样的教导也同样适用于具有单个外壳或偶数个 开放式断路器的模制外壳断路器。

断路器1还包括电绝缘且被适配为在以下位置之间移动的移动屏障 60或移动灭弧屏障(在下文也由“移动屏障”指示)：

-第一操作位置，例如，如图8、9和11中所表示，其中移动屏障60 允许第二触头元件P2由第一触头元件P1接触，如图9所示；和

-第二操作位置，例如，如图10中所表示，其中移动屏障60至少部 分可操作地插置在第一触头元件P1和第二触头元件P2之间以在第一触头 元件P1从工作位置到休眠位置的的过程中干扰于所述触头元件P1、P2 之间延伸的电弧。出于这个原因，移动屏障60可被称为移动灭弧屏障。 对于这个描述的目的，表述“干扰电弧”等同于说为了更快速消灭电弧的 目的的“转移、加长、分裂和/或中断电弧”。

优选地，移动屏障60由电绝缘材料(例如聚酰胺，优选由玻璃纤维 增强)制成。更优选地，移动屏障60由电绝缘和自灭(self-extinguishing， 自动熄灭)材料制成。

根据有利的实施例，上述电绝缘材料被补充有气化材料，诸如例如， 磷，即当经受升高温度(均达到电弧被触发时在断路器内部和触头元件的 附近释放其允许有利于消灭电弧的气体的温度)的一种材料。

优选地，移动屏障60可绕转动轴转动以便从上述第一操作位置转动 到上述第二操作位置，反之亦然。

在其中如所示的实例中断路器1是多极的情况下，至少一个第一触头 支路C1和至少一个第二触头支路C2每个都包括多个触头支路，每个都 与断路器1的各自电相位相关联。在多极断路器1的情况下，方便的是， 致动机构15对于各个触头支路是共用的，且其由共同的致动元件3来控 制。在其中断路器图1是多极的情况下，断路器1优选地包括多个移动屏 障60，每个都与断路器1的各自电相位相关联。优选地，所述移动屏障 60可彼此独立地移动。

优选地，如图8和图9所示，第一支撑元件S1是导电臂，其直接或 间接与第一壳体10可转动地铰接以便在分别对应于第一触头元件P1的休 眠位置(图8)和工作位置(图9)的两个成角度间隔开的位置之间转动。 显然，这些位置分别对应于断路器1的打开操作状态和关闭操作状态。根 据优选实施例，例如如图8至图13中所示的，移动屏障60的转动轴和第 一支撑元件S1的转动轴彼此平行。

例如，第一支撑元件S1是导电臂，其例如由铜制成的，结合到致动 机构15，且第一致动机构可转动地铰接到第一壳体10，由其支撑并且由 电绝缘材料制成。因此能够提供：导电臂和致动机构15之间的这种结合 在任何情况下且以本身已知的方式提供转动臂和因此第一支撑元件S1相 对于致动机构15的多余移动的可能性，例如以修复触头元件P1、P2的磨 损或以补偿任何未对准。

在其中提供多个第一触头支路C1的情况下，这些支路中的每个都配 备有第一支撑元件S1且所有的第一支撑元件S1都优选地结合到相同致动 机构15和相同致动机构。

参考图8至图10，根据一个实施例，第一触头支路C1包括导体条 18，其例如由铜制成、具有端部(例如设置有通孔)，这是第一连接端子 T1。例如，连接端子T1是图中未示出的连接端子的一部分，或者电连接 到所述连接端子。优选地导体条18直接或通过柔性导电编织物16的一端 所焊接至的导电紧固板17的介入，经由柔性导电编织物16电连接到第一 支撑元件S1。在后一种情况下，导电紧固板17例如铆接到导体条18。

对于本说明书的目的，“导体条”是指具有横截面的导体，优选四边 形，更优选矩形，诸如以确保导体具有一定刚性，这与相对柔性的导体(诸 如电线、电缆，或线材编制物)是不同的。

参考图8至图11，根据可能的非限制实施例，第二支撑元件S2包括 移动臂27，其例如由铜制成、被适配为允许第二触头元件P2的转动，使 得当例如由于短路而使非常高强度的电流(在任何情况下大于断路器1的 额定电流)流过电路支路C1、C2时，由于排斥效应可相对于第一触头元 件P1转动。对于本说明的目的，排斥效应指一种物理现象，在此基础上， 在其中触头元件P1、P2彼此接触且有非常高强度的电流相逆(cross)的 条件下，两个导体27和S1经受趋向于因为由在相反方向流动的高强度电 流相逆而远离彼此移动的电动力。

根据上述实施例，第二支撑元件S2还包括至少一个弹性元件26，其 通过压缩或拉伸对移动臂27作用且被配置为在断路器1的正常操作的条 件下在第一触头元件P1处于工作位置时保持第二触头元件P2尽可能靠近 第一触头元件P1，如图9中所示。优选地，在上述实施例中，移动屏障 60被适配为通过移动臂27而逆着至少一个弹性元件26对移动臂27的作 用移动、趋向于保持第二触头元件的P2尽可能靠近第一触头元件P1。反 过来，移动臂27被适配为参与(interfere，干涉)与移动屏障60相接以 将所述移动屏障60保持在第一操作位置(图8、图9和图11)。应注意， 在上述实施例中，移动屏障60被适配为由移动臂27移动以从第一操作位 置移动至第二操作位置，反之亦然。

根据优选实施例，移动屏障60的转动轴和移动臂27的转动轴彼此平 行。

在图4至图5和图7至图13中所示的实施例中，第二支撑元件S2 包括两个弹性元件26，特别是两个螺旋金属弹簧，其通过作用在移动臂 27上的牵引而起作用。还是在这些实施例中，第二支撑元件S2包括固定 导体条28，其例如由铜制成，在与第二外壳20成一体的实例中，移动臂 27可转动地铰接到固定导体条28。在图中所示的实例中，固定导体条28 的端部表示第二连接端子T2。例如，第二连接端子T2是未在图中示出的 断路器1的连接端子的一部分，或者电连接到该连接端子。

例如，移动臂27可转动地铰接到销39，其例如设置有叉形端部、在 图4和图5中可见、横跨所述销39装配。优选地，销39由铜制成。根据 实施例，固定导体条28被弯曲以便限定被适配为容纳销39的第一凹槽， 销可静置或固定到固定导体条28，且在实例中其由移动臂27和由至少一 个弹性元件26保持在原地。如果固定导体条28被弯曲以便限定相对第一 凹槽的第二凹槽，则可以提供：第二支撑元件S2包括另一销49，其例如 由钢制成，并将至少一个弹性元件26的第一端部结合到另一销上。可以 提供另一销40，其例如由钢制成、从移动臂27突出以便到能够结合到至 少一个弹性元件26的该第二端部。例如，销40卡合并嵌入移动臂27中， 并穿过移动臂以便使其从两个相对的侧面突出。以这种方式，可以结合到 移动臂27、一对弹性元件26。应注意，为了以它具有作为两个销39的固 定孔的两个相对凹槽49的这样方式实现固定导体条28，足以成形固定导 体条28使得其一个端部具有S或Z形。

根据有利的实施例，第二支撑元件S2包括屏蔽件69，其由铁磁材料 制成，例如由铁制成，处于移动臂27和固定导体条28之间，被适配为减 少移动臂27和固定杆导体28之间的排斥效应。

根据优选实施例，参考图11，移动屏障60包括彼此平行或基本上平 行的两个侧壁62，其中只有一个在图11中是可见的；和侧壁62之间的中 心桥接壁61。中心桥接壁61横放至侧壁62并被适配为充当适合干扰电弧 以使其偏转、延长和/或打破的屏蔽件元件。再次参考图11，根据一个实 施例，移动屏障60包括连接侧壁62并垂直于侧壁的横向构件64。该横向 构件64从中心桥接壁61隔开，使得在横向构件64和中心桥接壁61之间 限定在移动屏障60处于第一操作位置由移动臂27穿过的开口(图8、9 和11)。在图11所示的实例中，移动臂27与移动屏障60邻接，并且在所 示的具体实例(从不引入任何限制)中，与横向构件64邻接，以使移动 屏障60从第一操作位置(如图9所示)到第二操作位置(如图10所示)。 此外，移动臂27与移动屏障60邻接，由于至少一个弹性元件26对移动 臂27行使的弹性回复作用以使移动屏障60从第二操作位置(如图10所 示)到第一操作位置(如图9所示)。在所示的具体实例中，而不从引入 任何限制，因为插头67插入(interfere)移动屏障60的侧壁62，所以移 动臂27参与与移动屏障60的邻接，以使移动屏障60从第二操作位置返 回到第一操作位置。

换言之，人们可以看到，在所描述的实例中，移动屏障60如何被适 配为由移动臂27移动，所述移动臂参与与移动屏障的邻接，以使移动屏 障从第一操作位置移动到第二操作位置，反之亦然。应记住，除了上述的 具体机械解决方案，基于提供移动臂27和屏障60之间的邻接的以用于使 屏障60从第一操作位置移动到第二操作位置且反之亦然的特征，还具有 其它可能的特别和等同的实施例。实现该结果的一个通常可能的方法是提 供：如在所示的实例中，第一操作位置的移动屏障60被布置为横跨移动 臂27。实现该结果的另一种可能的方法是提供：移动屏障60具有设置有 由移动臂27穿过的通孔或由移动臂27穿过的一般凹槽。

应注意，在上述一般实施例中，仅在由于相反于弹性元件26的排斥 效应而使移动臂27移动时，移动屏障60从第一操作位置移动。因此，移 动屏障60仅在过电流条件下从第一操作位置移动且通过手动控制装置3 方式不会处于断路器1的每个开路(opening)处。上述手动控制装置3 的一般实施例还具有不需要移动屏障60的复杂的专用移动系统的优点和 使断路器1高度可靠的相关优点。

优选地，移动屏障60的侧壁62可转动地铰接以绕转动轴转动。在图 11中，该转动轴由从侧壁62突出的销63限定。相同销可设置在另一侧壁 62，在图11中不可见。可使用上述销63例如以使移动屏障60结合到第 二外壳20。在图8至图11中所示的实例中，第二触头支路C2包括移动 屏障60可转动地铰接到的移动屏障60的支撑框架70。

优选地，支承框架70由电绝缘材料制成。

根据一个有利的实施例，移动屏障60的支撑框架70包括断路器1 的去离子单元8a、8b的第一部分8a，其包括多片导电元件。断路器1还 包括去离子单元的第二部分8b，其被适配为在第二外壳20耦接到第一外 壳10时被并列于去离子单元的第一部分8a。

根据一个特别有利的实施例，第一外壳10包括灭弧室19，其容纳去 离子单元8a、8b的第一部分8b并具有面对第二外壳20的开口9。

应记住，虽然所描述的实例的实施例具有由两个不同部分形成的灭弧 单元8a、8b，但是本说明书的教导也适用于具有在物理上不划分成两个不 同部分的单个灭弧单元的断路器。

在上述实施例中，参考图4、图5和图7至图11，移动屏障由移动臂 27自动地移动，当从电路的关闭的状态开始时，短路或过电流发生，诸如 以由于排斥效应而移动移动臂27以便远离两个触头元件P1、P2移动，直 到达到图10的配置(在其中，即使由于断路器1的自动释放的效果而使 第一支撑件S1已返回到休眠位置)。很明显，图10的配置表示限制配置， 这是因为毋庸置疑，当移动屏障已到达该图中所示的行程结束位置时，支 撑件S1已同时到达休眠位置。应记住，在上述实施例中，移动屏障60移 动以至少部分将其本身插置在两个触头元件P1、P2之间，在两个触头元 件之间具有电弧，因此电弧由移动屏障60偏转、加长和/或分裂以便使电 弧靠近灭弧单元。这导致电弧的更快速消灭，从而在断路能力方面增加断 路器1的性能。

图12和图13示出第二外壳20的变化实施例，其不同于图7的第二 外壳20，不同之处在于移动屏障60诸如中断电弧，由于移动屏障60(在 图13所表示的第二操作位置与设置在断路器1中的电绝缘单元65配合) 形成屏蔽件，其例如通过覆盖第二触头元件P2而诸如中断电弧。例如， 在第二操作位置，移动屏障60适合侧接(flank)上述电绝缘单元65以形 成使第一P1和第二P2触头元件彼此隔离的屏蔽件。电绝缘单元65优选 具有前开口，其被适配为在移动屏障60处于第二操作位置时至少部分地 接收移动屏障。

例如，电绝缘单元65被集成到类似于图11的支撑框架70的移动屏 障60的支撑框架，其中，优选地，不提供形成去离子单元8a的部分的片 材，然而在任何情况下，去离子单元8b的部分可设置在第一外壳10中。

图14和图15示出另一变化实施例，其中移动屏障60绕垂直于第一 支撑元件S1的转动轴且在实例中也垂直于导电臂27的转动轴的各自转动 轴转动。移动屏障60例如可转动地铰接到第二外壳20的壁或铰接到类似 于图11的支撑框架70的支撑框架。

此外，图14和图15中所示的实施例不同于图7的实施例，不同之处 在于：为第二触头元件P2的第二支撑元件S2中的每个仅设置一个弹性元 件26且对于每个电相位，提供了两个移动屏障60，其在第二操作位置(图 15)被设置为彼此并排以形成将第二触头元件P2与第一触头元件P1隔离 的屏蔽件。

仍参考图14和图15，可以提供：移动屏障具有在图中不可见的壁或 臂，其被适配为与移动臂27协作以使移动屏障60从第一操作位置(图14)， 移动到第二操作位置(图15)，反之亦然。

迄今为止，已经描述了可能的实施例，其中移动屏障60被适配为由 第二支撑元件S2移动，且具体由移动臂27移动。然而，可以提供替代的 实施例，其中移动屏障60被适配为由第一支撑元件S1移动。在这样的实 施例中，可以提供：第二触头元件P2可不具有运动，这是因为它与没有 移动部件的第二支撑元件S2一体。

根据实施例，断路器1包括自动保护系统，其具有跳闸系统，被适配 为在检测到短路或过电流情况后使第一触头元件P1进入休眠位置。本领 域技术人员的知识的主体包括各种类型的跳闸系统，完全机电类型(自动 磁热断路器)且由电子控制互锁(自动电子断路器)。上述自动保护系统 也可不加区别地设置有，或不设置有剩余电流保护系统。

很显然，为了满足偶然和特殊的需要，本领域技术人员可对上述断路 器1做出多种修改和变化，然而所有的修改和变化都包含在如由以下权利 要求所限定的本发明的范围之内。