CN105826099A - 低压开关极 - Google Patents

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Abstract

一种低压开关极，其包括：绝缘壳体，所述绝缘壳体具有侧壁以及前壁和后壁并且限定具有接触区域和灭弧区域的内部空间；设置于所述接触区域中的固定触头组件以及可动触头组件，所述可动触头组件能在接通位置与断开位置之间运动，在所述接通位置中所述可动触头组件与所述固定触头组件接触，在所述断开位置中所述可动触头组件与所述固定触头组件相间隔；设置于所述灭弧区域中的灭弧室，所述灭弧室包括被***至由绝缘材料所构成的封壳中的多个大致平行的金属板；所述开关极进一步包括：绝缘壁，其在所述接触区域与所述灭弧区域之间设置于所述内部空间中并且部分地将所述接触区域与所述灭弧区域分离，以及设置于所述绝缘壁中的、将所述接触区域连接至所述灭弧区域的通道。

Description

低压开关极
技术领域
本发明涉及一种用于开关装置的低压极，特别地涉及要被用于低压电气***(亦即，以达到大约1000V的AC运行的***)中的断路器、切断器、或接触器。本发明同样地涉及一种包括有一个或多个所述极的低压开关。
背景技术
已知的是，比如断路器、切断器、接触器、限制器的低压开关装置(为简洁起见，此后被称为开关)包括一个或多个电极，存在与所述一个或多个电极中的每一个相关联的至少一对触头，其可联接至彼此以及彼此分离。已知技术的开关还包括控制装置，所述控制装置引起所述多对触头的相对运动，以使得它们可呈现至少一个第一联接位置(电路接通)以及一个第二分离位置(电路断开)。所述控制装置包括比如这样的机构，该机构例如以可操作地连接至所述可移动的触头的杆而终结。
特别地，断路器通常设置有这样的***，该***确保各种使用者所需的标称电流，负载的连接和分离，通过自动地使电路断开而对任何异常状况(比如过载和短路)进行保护，以及通过相对于固定触头将可动触头断开(电流阻断)以便实现负载相对于电源的完全的隔离而将受保护的电路切断。
通过断路器在所述断路器的特定部分中提供使电流(无论是标称电流、过载电流或短路电流)中断的重要功能，所述特定部分由所谓的灭弧室组成。
因此，通常存在与低压开关的每个极相关联的至少一个灭弧室，亦即，被特别地设计成促进电弧中断的空间区域。灭弧室可为设置于开关的壳体中的简单的区域，或者可包括各种模块化元件，所述模块化元件的形状例如如设置有灭弧板的、由绝缘材料所构成的壳体。模块化灭弧室(其为更先进的)具有能容易地替换以及能用与例如用于开关的壳体的材料相比为更适合的材料构成的优点。
由于断开运动，触头之间的电压引起空气的介电放电，在所述室中导致电弧的形成。通过布置于所述灭弧室中的一系列灭弧金属板内部的电磁和流体动力学效应推动所述电弧，所述灭弧金属板用于通过冷却和***作用熄灭电弧。
在电弧形成期间，由焦耳效应所释放的能量是非常高的并且在板容纳区域内部引起热应力和机械应力。为了承受这些应力，必须仔细地评估灭弧室的设计，以便获得坚固度足以承受所述热应力和机械应力的构件。
实际上，已知类型的低压开关装置中通常存在的问题之一是电弧在灭弧室的金属板之间的不均匀的分布，引起对灭弧板的不均匀的且不太有效的利用。换句话说，可能发生的是，电弧绕过金属板中的至少某些，从而在灭弧室的某一区域中引起应力的更高的集中以及更高的温度，具有随之而产生的不太有效的电弧猝熄。
值得注意的是，除了以上问题之外，对灭弧板的不均匀的利用通常不利地影响灭弧室的寿命，引起它的特性的提前退化并因此引起低压开关自身的性能的降低。
而且，所述室的设计必须保证将电弧适当地引导至熄灭区域中同时对一定不能被影响的区域提供保护。
实际上，若绝缘效果不佳，则可能的是，在某些情况下，电弧从灭弧室“逃逸”(电流泄漏)，在可动触头与中断区域外部的其它金属部件(比如低压开关的驱动机构或其它附件)之间引起非常危险的电弧形成。
发明内容
基于以上考虑因素，需要具有使以上所述的限制和问题能够被克服的可用的替代的技术方案。因此，本发明的目的在于提供一种低压开关极，其使得能够克服以上所提到的缺点中的至少某些。
特别地，本发明的目的在于提供一种低压开关极，其中通过在电弧猝熄期间涉及所有的金属板而保证了对灭弧室的板的更均匀的利用。
本发明的另一个目标是提供一种低压开关极，其中保证了绝缘并且避免了由于金属部件而在中断区域外部形成电弧/产生电流泄漏的风险。
本发明的又一个目标是提供一种低压开关极，其为可靠的并且以具有竞争力的成本生产起来相对简单。
因此，本发明涉及一种低压开关极，其包括绝缘壳体，所述绝缘壳体具有侧壁、前壁以及后壁并且限定具有接触区域和灭弧区域的内部空间。固定触头组件以及可动触头组件设置于所述接触区域中，所述可动触头组件能在接通位置与断开位置之间运动，在所述接通位置中所述可动触头组件与所述固定触头组件接触，在所述断开位置中所述可动触头组件与所述固定触头组件相间隔；本发明的低压开关极进一步包括设置于所述灭弧区域中的灭弧室，所述灭弧室包括被***至由绝缘材料所构成的封壳中的多个大致平行的金属板。根据本发明所述的低压开关极的特征在于，在所述内部空间中、在所述接触区域与所述灭弧区域之间设置绝缘壁，所述绝缘壁部分地将所述接触区域与所述灭弧区域分离，并且在所述绝缘壁中设置有将所述接触区域连接至所述灭弧区域的通道。
一种包括有如在本发明中所描述的低压开关极的低压开关(例如低压断路器)也为本发明的部分。
为了本发明的目的，在本发明中所使用的相对术语(例如“前”、“后”、“侧”、以及术语“上”和“下”)与在处于“竖直”安装中时的、在运行状态下的低压开关极相关。
如在以下描述中更好地解释说明的，由于本发明的低压开关极的特定结构和功能，可以对灭弧室的大致所有金属板(在断开操作期间电弧逐渐地使所有金属板参与其中)具有最佳利用。
在实践中，所述低压开关极的绝缘壳体的内部空间中的接触区域和灭弧区域通过所述绝缘壁至少部分地彼此分离。当所述可动触头开始与固定触头分离时，一开始在灭弧室的、靠近固定触头的区域中形成电弧。接着电弧扩展至整个灭弧室中，并且绝缘壁避免了电弧绕过中间板中的某些直接地“跳跃(jump)”至终端板上。
在该方面中，将绝缘壳体的内部空间中的接触区域连接至灭弧区域的所述通道将热气输送至灭弧室的、与固定触头相对的并且超过终端板的部分中，从而去除整个灭弧室(包含所有金属板)中的电弧。同时，绝缘壁避免了朝向中断区域的外部的任何起弧，亦即避免了可动触头与外部金属部件之间的任何电弧/电流泄漏。
因此，在根据本发明所述的低压开关极中，所述绝缘壳体的内部空间中的接触区域和灭弧区域在所述固定触头组件附近的区域中彼此直接地相连通；在与所述固定触头组件相对的区域中，所述绝缘壳体的内部空间中的接触区域和灭弧区域通过绝缘壁彼此相分离，但是同时通过通道维持它们之间的连通，所述通道形成于绝缘壁中并且将所述接触区域连接至所述灭弧区域。
有利地，根据本发明所述的低压开关极具有模块化结构并且绝缘壳体包括联接至彼此的第一半壳和第二半壳。在实践中，根据本实施例，所述两个半壳中的每一个包括绝缘壳体的两个侧壁中的一个、前壁的至少一部分以及后壁的至少一部分。
在本发明的低压开关极的一个相当优选的实施例中，绝缘壳体的内部空间中的接触区域与灭弧区域之间的通道将所述接触区域的中间部分与所述灭弧区域的终端部分连接。就这一点而言，术语“终端部分”用来指示接触区域的以及灭弧区域的、对应于所述可动触头组件的断开位置的部分，术语“初始部分”用来指示接触区域的以及灭弧区域的、对应于所述可动触头组件的接通位置的部分，以及术语“中间部分”用来指示接触区域的以及灭弧区域的、对应于所述可动触头组件的、在它的断开和接通位置之间的中间位置的部分。
因此，根据本优选实施例，一旦所述可动触头组件已经到达接通位置与断开位置之间的中间位置，热气就被通过所述通道从接触区域输送至灭弧区域的终端部分，从而有助于(迫使)电弧在大致所有金属板中扩展。
优选地，所述绝缘壁与所述固定触头组件相对地设置于所述绝缘壳体的内部空间中。
在实践中，所述固定触头组件通常对应于所述绝缘壳体的后壁设置并且所述绝缘壁优选地对应于所述可动触头组件的断开位置(亦即，对应于所述绝缘壳体的前壁)设置于所述绝缘壳体的内部空间中。
在本发明的低压开关极的另一个优选实施例中，所述绝缘壁与所述绝缘壳体的所述前壁和所述侧壁一体并且从所述前壁朝向所述固定触头组件和所述后壁在所述内部空间中延伸。因此，当所述绝缘壳体由两个半壳构成时，所述绝缘壁也分成两个部分，其中每一个与相对应的半壳是一体的。
在这种情况下，优选地，所述绝缘壁具有对应于所述接触区域的中间部分的终端边缘，并且所述通道具有接近于所述终端边缘的、与所述接触区域相连通的第一开口以及接近于所述前壁的、与所述灭弧区域相连通的第二开口。换句话说，根据本实施例，所述通道在所述绝缘壁内部大致水平地延伸，以便使接触区域的中间部分与灭弧区域的终端部分相连通。
优选地，所述灭弧室的金属板在距所述接触区域以及距所述可动触头组件和所述固定触头组件一定距离处***至所述灭弧室的所述封壳中。换句话说，金属板被***至灭弧室中，以便在它们与接触区域之间具有一间隙。
因此，所述灭弧室通常包括终端金属板，其封闭所述灭弧室并且优选地被设置成大致安放于所述绝缘壁上。
在这种情况下，所述通道在所述终端金属板与所述前壁之间敞开至所述灭弧区域中，亦即所述通道超过灭弧室的金属板的整个组件且靠近所述极的绝缘壳体的前壁敞开至所述灭弧区域中。
附图说明
通过对根据本发明所述的低压开关极的优选的但并非排外的实施例的描述，本发明的另外的特征和优点将变得更清楚，在附图中通过示例示出所述实施例，其中：
-图1为包括有根据本发明的低压开关极的低压开关的立体图；
-图2为示出图1的低压开关的极的布置的立体图；
-图3为根据本发明的低压开关极的一个实施例的分解图；
-图4为图3的低压开关极在可动触头组件最初移动离开接通位置时的立体图；
-图5为图3的低压开关极在可动触头组件的第一中间位置中的立体图；
-图6为图3的低压开关极在可动触头组件的第二中间位置中的立体图；
-图7为图3的低压开关极在可动触头组件的断开位置中的立体图；
-图8为图3的低压开关极在可动触头组件最初移动离开接通位置时的平面图；
-图9为图3的低压开关极在可动触头组件的第一中间位置中的平面图；
-图10为图3的低压开关极在可动触头组件的第二中间位置中的平面图；以及
-图11为图3的低压开关极在可动触头组件的断开位置中的平面图。
具体实施方式
参考附图，特别是图3，根据本发明所述的低压开关极(总体用附图标记1表示)在它的更一般的定义上包括绝缘壳体2，其具有第一侧壁21、第二侧壁22、前壁23以及后壁24。如附图中所示，绝缘壳体2优选地包括第一半壳10和第二半壳20，其联接至彼此以便形成绝缘壳体2。在实践中，所述第一半壳10包括第一侧壁21、前壁23的至少一部分以及后壁24的至少一部分，而所述第二半壳20包括第二侧壁22、前壁23的至少一部分以及后壁24的至少一部分。
由绝缘壳体2所限定的内部空间包括接触区域3以及相对于所述接触区域3设置于更高高度处的灭弧区域4。
包括有电触头311、312的固定触头组件31对应于绝缘壳体2的后壁24设置于接触区域3内部。同样地，可动触头组件32也设置于所述接触区域3中，所述可动触头组件32能在接通位置与断开位置之间运动，在所述接通位置中它与所述固定触头组件31接触，在所述断开位置中它与所述固定触头组件31相间隔。
在图中所示的实施例中，可动触头组件32通常包括电触头321、322，以及用于支撑所述触头321、322的支撑结构323，所述支撑结构323可旋转地安装于轴325上，以便使触头321、322能够接合至固定触头组件31的触头311、312/与固定触头组件31的触头311、312分离。支撑结构323还包括连接元件324，其从前壁23中的窗口凸出于绝缘壳体2外部，以与操作所述可动触头组件32的断开/接通的驱动机构(未示出)连接。然而，可动触头组件32的不同的结构也为可能的。
根据本发明所述的低压开关极1还包括灭弧室41，灭弧室41继而包括***至由绝缘材料所构成的封壳43中的多个大致平行的金属板42。所述灭弧室41被***至所述灭弧区域4中，以便设置于所述接触区域3上方。
根据本发明所述的低压开关极1的特征之一为，绝缘壁5在所述接触区域3与所述灭弧区域4之间设置于所述内部空间中并且部分地将所述接触区域3与所述灭弧区域4分离。按这种方式，接触区域3和灭弧区域4在固定触头组件31附近(亦即在绝缘壳体2的后壁24附近)的区域中彼此直接地相连通，从而使得能够在灭弧室41中实现电弧形成。相反地，在绝缘壳体2的前壁23附近(亦即与固定触头组件31相对)的区域中，接触区域3和灭弧区域4通过绝缘壁5彼此隔离，从而避免电弧绕过中间金属板42中的某些直接地“跳跃”至灭弧室41的终端板上。
在实践中，如附图中所示，可方便地与所述固定触头组件31相对地、亦即对应于绝缘壳体2的前壁23将绝缘壁5设置于所述内部空间中。
根据本发明所述的低压开关极1的另一个特征为，通道6设置于所述绝缘壁5中。通道6使接触区域3与灭弧区域4相连通，使得能够实现在电弧形成期间所形成的热气的、从接触区域3至灭弧区域4的通路。
如先前所解释说明的，热气流动至灭弧室41的终端部分中并且极大地改进灭弧室41内部的流体动力学，有助于(迫使)电弧扩展至整个灭弧室41中并且涉及所有金属板42。特别地，通道6将所述接触区域3的中间部分与所述灭弧区域4的终端部分连接，亦即当可动触头组件32处于接通位置与断开位置之间的中间位置中时热气开始通过通道6从接触区域3传递至灭弧区域4。
在实践中，参考图4和8，当可动触头组件32开始与固定触头组件31分离时，在灭弧室41的包括第一金属板42(亦即更靠近固定触头组件31的、在右手侧上的那些)的初始部分中形成电弧(示意性地显示为板之间的实线箭头)。
接着，当可动触头组件32在图5、9以及6、10的中间位置中移动时，电弧(示意性地显示为板之间的实线箭头)还在灭弧室41的中间部分(因此也包括存在于所述中间部分中的金属板42)中继续扩展；同时，热气(示意性地显示为虚线箭头)由于压力增强而从接触区域3流动至通道6中并接着流动至灭弧室41的终端部分中。
最后，当可动触头32大致处于图7、11的断开位置中时，电弧已经扩展至整个灭弧室41中——涉及大致所有的金属板42。如在后面这些图中清楚地示出的，对应于所述可动触头组件32的断开位置方便地将绝缘壁5设置于绝缘壳体2的内部空间中，从而保证完美的电气绝缘并避免朝向外部的起弧/电流泄漏的任何风险。
从构造的角度而言，在根据本发明所述的低压开关极1中，绝缘壁5优选地与绝缘壳体2的半壳10和20的前壁23以及侧壁21和22一体成型而成。绝缘壁5在绝缘壳体2的内部空间中从所述前壁23向着固定触头组件31以及后壁24延伸，以便部分地将接触区域3与灭弧区域4分离。
在实践中，在图中所示的实施例中，绝缘壁5具有对应于所述接触区域3的中间部分的终端边缘51。通道6因此具有接近于所述终端边缘51的、与所述接触区域3相连通的第一开口61以及接近于所述绝缘壳体2的前壁23的、与所述灭弧区域4相连通的第二开口62。如先前所述，按这种方式，可以将热气从接触区域3的中间部分输送至灭弧室41的终端部分。
灭弧室41的金属板42可根据需要具有不同的尺寸和形状。通常将金属板42***至所述灭弧室41的封壳43中，以使得在操作位置中在它们的下边缘与所述接触区域3之间、以及在它们的下边缘与所述可动触头组件32和固定触头组件31之间留有一定的间隙。
在根据本发明所述的低压开关极1的一个相当优选的实施例中，所述灭弧室41包括终端金属板45，其充当用于所述灭弧室41的“顶部部件”，亦即起一定的作用以便在灭弧室41的终端部分中封闭灭弧室41。
在实践中，终端金属板45相对于其它金属板42在较低的高度处***至所述灭弧室41的绝缘封壳43中，以便在处于运行位置中时被定位成大致与绝缘壁5接触或者非常靠近于绝缘壁5。
在这种情况下，通道6具有对应于所述接触区域3的中间部分的、与所述接触区域3相连通的第一开口61以及在所述终端金属板45与所述前壁23之间的点处的、与所述灭弧区域4相连通的第二开口62。换句话说，根据该相当优选的实施例，热气被从接触区域3排放至灭弧室41中的、超过由终端金属板45所形成的“顶部部件”的位置中。
如通过以上描述将变得清楚的，为根据本发明所述的低压开关极所采用的技术方案使得能够完全地实现所提出的目的和目标。
特别地，在电弧猝熄期间涉及大致所有金属板42，从而使得能够实现对灭弧室41的更均匀的利用。因此在灭弧室41中生成更少的机械应力和热应力，实现灭弧室41的及相关联的开关极的随之而产生的延长的寿命。
由于绝缘壁5，基本避免了电弧绕过中间的金属板42中的某些的可能性并且还避免了或显著地减小了朝向极1的外部的起弧的任何风险。同时，由于设置于绝缘壁5中的通道6，极大地改进热气的流体动力学，有助于消除整个灭弧室41中的电弧，以便涉及所有金属板42。热气从接触区域3至灭弧区域4的改进的流动还有助于冷却可动触头。
一种包括有如先前所描述的至少一个低压开关极1的低压开关100也为本发明的部分。
参考图1和2，示出一种包括有三个低压开关极1(亦即断路器极)的三极低压断路器100。在本实施例中，每个极1的绝缘壳体2由两个半壳10和20构成，并且极1并排设置于支撑容纳结构中，所述支撑容纳结构具有刚硬的侧翼101和102、以及盖103。连接元件324从绝缘壳体2的前侧23中的窗口凸出于外部，以与驱动机构(未示出)连接。这样的低压断路器的一般结构在技术领域中为众所周知的并且因此将不再更具体地描述。
可对所述低压开关极做出各种变形，因此所想到的所有的变形落入所附权利要求的范围内。在实践中，所使用的材料以及可能的尺寸和形状可根据要求以及目前工艺水平而为任何的材料以及尺寸和形状。

Claims (11)

1.一种低压开关极(1)，包括：绝缘壳体(2)，所述绝缘壳体(2)具有侧壁(21,22)以及前壁(23)和后壁(24)并且限定具有接触区域(3)和灭弧区域(4)的内部空间；设置于所述接触区域(3)中的固定触头组件(31)以及可动触头组件(32)，所述可动触头组件(32)能在接通位置与断开位置之间运动，在所述接通位置中所述可动触头组件(32)与所述固定触头组件(31)接触，在所述断开位置中所述可动触头组件(32)与所述固定触头组件(31)相间隔；设置于所述灭弧区域(4)中的灭弧室(41)，所述灭弧室(41)包括被***至由绝缘材料所构成的封壳(43)中的多个大致平行的金属板(42)，其特征在于，在所述内部空间中、在所述接触区域(3)与所述灭弧区域(4)之间设置有绝缘壁(5)，所述绝缘壁部分地将所述接触区域(3)与所述灭弧区域(4)分离，并且在所述绝缘壁(5)中设置有将所述接触区域(3)连接至所述灭弧区域(4)的通道(6)。
2.根据权利要求1所述的低压开关极(1)，其特征在于，所述绝缘壳体(2)包括第一半壳(10)和第二半壳(20)。
3.根据权利要求1或2所述的低压开关极(1)，其特征在于，所述通道(6)将所述接触区域(3)的中间部分与所述灭弧区域(4)的终端部分连接。
4.根据先前权利要求中的一项或多项所述的低压开关极(1)，其特征在于，所述绝缘壁(5)与所述固定触头组件(31)相对地设置于所述内部空间中。
5.根据先前权利要求中的一项或多项所述的低压开关极(1)，其特征在于，所述绝缘壁(5)对应于所述可动触头组件(32)的断开位置而设置于所述内部空间中。
6.根据先前权利要求中的一项或多项所述的低压开关极(1)，其特征在于，所述绝缘壁(5)与所述绝缘壳体(2)的所述前壁(23)和所述侧壁(21,22)一体并且在所述内部空间中从所述前壁(23)朝向所述固定触头组件(31)和所述后壁(24)延伸。
7.根据权利要求6所述的低压开关极(1)，其特征在于，所述绝缘壁(5)具有对应于所述接触区域(3)的中间部分的终端边缘(51)，并且所述通道(6)具有接近于所述终端边缘(51)的、与所述接触区域(3)相连通的第一开口(61)以及接近于所述前壁(23)的、与所述灭弧区域(4)相连通的第二开口(62)。
8.根据先前权利要求中的一项或多项所述的低压开关极(1)，其特征在于，所述金属板(42)在距所述接触区域(3)以及所述可动触头组件(32)和所述固定触头组件(31)一定距离处***至所述灭弧室(41)的所述封壳(43)中。
9.根据先前权利要求中的一项或多项所述的低压开关极(1)，其特征在于，所述灭弧室(41)包括设置于所述绝缘壁(5)处的终端金属板(45)。
10.根据权利要求9所述的低压开关极(1)，其特征在于，所述通道(6)在所述终端金属板(45)与所述前壁(23)之间敞开至所述灭弧区域(4)中。
11.一种低压开关(100)，其特征在于，所述低压开关(100)包括根据先前权利要求中的一项或多项所述的低压开关极(1)。
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