CN106898530A - 灭弧器和安全配电设备 - Google Patents

Abstract

灭弧器(10)有开关触点(12)和灭弧室(20)，开关触点本身有固定触点(13)和相对于它运动的运动触点(14)。灭弧器有导轨(23)和线匝(30)，导轨的第一端设置在灭弧室区域内，第二端设在前室区(21)内，线匝与导轨的第二端导电连接，线匝在电弧(11)从运动触点转换到导轨上后才通电。线匝有第一段(31)，它设置在开关触点的侧旁，以便将电弧在其转换后朝灭弧室方向挤压。线匝有第二段(32)，它至少部分设置在灭弧室与安全配电设备的外壳宽侧(4)之间，以便将电弧在其转换后朝灭弧室方向吸引。通过线匝通电，在电弧上施加将电弧朝灭弧室方向排挤的电磁力，第一段将电弧朝这个方向挤压，而第二段将电弧朝这个方向吸引。基于这种设计在电弧上施加更大的力，由此明显改善灭弧器的配电容量。

Description

灭弧器和安全配电设备

技术领域

本发明涉及一种灭弧器，用于熄灭机电式安全配电设备，尤其线路保护开关或断路器的电弧。此外本发明还涉及一种具有这种灭弧器的机电安全配电设备。

背景技术

由现有技术已知不同的安全配电设备。断路器专门设计用于大电流。线路保护开关(所谓LS开关)是电子设备中使用的过电流保护装置，它尤其使用于低压电网领域。线路保护开关在英语专业书籍中也称为(“Miniature Circuit Breaker(小型断路器)”)(缩略语：MCB)。断路器和线路保护开关在短路时保证可靠断开，并保护用户和防止电气设备过载，例如防止由于电流过大导致过度加热而损坏电路。断路器和线路保护开关在供电网中尤其用作开关和安全元件，以及用于监控和保护电路。

在这里，安全配电设备通过两个电缆接头与要监控的电路的电缆导电连接，以便在需要时切断在该电缆内的电流。为此，安全配电设备有开关触点，包括位置固定的固定触点和可相对它运动的运动触点。运动触点在这里可以通过安全配电设备的开关机构操纵，从而能够打开和闭合开关触点。以此方式，当发生一种预定的状况，例如短路或电流过载时，将开关触点打开，目的是将所监控的电路与供电网分离。这种安全配电设备在低压技术领域也称为串装设备以及例如由出版物DE60209126T2或EP1939912B1是已知的。

若在电流正在流动通过开关触点的时刻将开关触点打开，则在开关触点打开时，在固定触点与运动触点之间形成电弧。为了熄灭此电弧，传统的安全配电设备有至少一个电弧引入其中的所谓灭弧室，以便能在那里尽可能迅速地熄灭电弧。为此，这种灭弧室有多个并列设置和彼此间隔的灭弧片。若电弧被驱入此灭弧室内，当它冲撞在灭弧片上时被分割成多个分电弧，它们接着在各灭弧片之间燃烧。基于多个这种电路顺序串联的分电弧，所以产生高的电弧电压，这导致撕裂电弧并因而迅速熄灭电弧。由此能保持在灭弧室内加入低的能量，改善安全配电设备的配电容量(Schaltleistung)或断流容量例如由公开文件DE3311052A1已知一种有此类灭弧室的安全配电设备。

正是在小型设备中，安全配电设备的排热成为疑难问题，因为在此设备中通过灼热的电弧引起的能量加入，基于有限的结构空间，使安全配电设备外壳内部温度激烈升高，这带来的结果是会导致损环安全配电设备的零部件。因为通过电弧形成的热能很难能排入周围环境，所以人们力求保持尽可能短的电弧燃烧时间，并由此在安全配电设备内加入尽可能少的能量。为了能将安全配电设备设计成尽可能紧凑，要求进一步改善安全配电设备的配电容量，目的是减少在设备中的能量加入，并由此降低外壳内的温度。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题尤其是，提供一种灭弧器和一种安全配电设备，它们的特征在于，在避免发生前言详细说明的疑难问题同时，改善配电容量。

上述技术问题通过一种灭弧器和一种具有按照本发明的灭弧器的机电安全配电设备得以解决。

按照本发明的灭弧器具有开关触点和灭弧室，开关触点本身包括固定触点和相对于它运动的运动触点。此外，灭弧器有导轨和线匝，导轨的第一端设在灭弧室的区域内，以及它的第二端设在前室区内，线匝与导轨的第二端导电连接，其中，线匝在电弧从运动触点转换到导轨上后才通电。在这里线匝有第一段，它设置在开关触点的侧旁，以便将电弧在其转换后朝灭弧室方向挤压。此外，线匝有第二段，它至少部分设置在灭弧室与安全配电设备的外壳宽侧之间，以便将电弧在其转换后朝灭弧室方向吸引。

通过线匝通电，在电弧上施加一个朝灭弧室方向排挤电弧的电磁力，以便在那里熄灭电弧。换句话说：可将电匝通电为，使它在电弧上施加电磁力，目的是在通电状态，亦即在电弧转换到导轨上后，能将电弧朝灭弧室方向推动。此时线匝的第一段将电弧朝灭弧室方向压出前室区，换句话说：第一段在电弧上施加磁推斥力。反之，线匝至少部分设置在灭弧室与安全配电设备外壳宽侧之间的第二段，则将电弧朝灭弧室方向从前室区吸出，换句话说：第二段在电弧上有磁吸引作用。总之，基于这种设计在电弧上施加更大的力，从而能更迅速熄灭电弧。由此能明显改善灭弧器的配电容量。

此外也能带来优点的是，基于线匝的第二段设置在灭弧室与安全配电设备外壳宽侧之间的区域内，将电弧直至其熄灭都稳定地保持在灭弧室内，从而避免电弧重复从灭弧室出来和再重新进入灭弧室内。此外将线匝在电路上连接为，在电弧转换到导轨上时它才通电。由此与持续通电的线匝相比，明显减少在“正常工作”时安全配电设备的发热。因此，基于安全配电设备内部较低的热负荷，所以对所使用的材料也提出较低的热力学要求，从而能实现一种成本更低的结构。除此之外，安全配电设备只是在转换后才存在的大的内电阻，使电流有限地作用在要切断的短路电流上，所以通过这种效应也能实现更高的断流容量。

装配后安全配电设备的开关触点通常以这种方式触点接通，亦即固定触点与安全配电设备输入接头导电连接，以及运动触点与安全配电设备的输出接头导电连接。

术语“前室区”指的是处于灭弧室前和开关触点区下方的那个空间区域。有时也取代术语“线匝”使用术语“熄弧线匝(Blasschleife)”。术语“转换”指的是当开关触点打开时电弧从运动触点跳跃到导轨上。因为只通过电弧转换到导轨上线匝才通电，所以在“正常”状态，亦即在开关触点闭合时的通电状态下，可以保持安全配电设备低的损失功率。

此外，术语“灭弧室”可以广泛理解。其中首先可理解为是传统的电弧熄灭室，它有多个并列设置和彼此间隔的灭弧片。若电弧被推入此灭弧室内，当它冲撞在灭弧片上时分割成多个分电弧，它们接着在各灭弧片之间燃烧。基于多个这种电路顺序串联的分电弧，所以产生高的电弧电压，这导致撕裂电弧并因而迅速熄灭电弧。除此之外术语“灭弧室”还理解为所谓塑料灭弧室，它有少量甚至没有铁磁性组成部分，并因而在电弧上没有提供“自推动力”，这种自推动力通常通过铁磁性材料(一般为钢)和相应的几何设计(例如V形截面的灭弧片)实现。

按灭弧器的一项有利的扩展设计，线匝设计成一体式的。以此方式可以低成本地制成线匝，因为与由多部分组成的实施形式相比取消了装配费用。

按另一项有利的扩展设计，灭弧器有铁磁性元件，它在线匝第二段旁设置在灭弧室与安全配电设备外壳宽侧之间。借助铁磁性元件，增强线匝的第二段在电弧上的电磁作用，这导致电弧朝灭弧室方向进一步加速，由此导致更迅速地熄灭电弧，并因而导致进一步改善配电容量。

按安全配电设备另一项有利的扩展设计，在灭弧室两侧分别设置线匝的一个第二段，以及这两个第二段至少在一端互相导电连接。借助此线匝的另一个第二段，进一步增强线匝在电弧上的电磁作用，这导致电弧朝灭弧室方向进一步加速，因此导致更迅速地熄灭电弧，并因而导致进一步改善配电容量。

按安全配电设备另一项有利的扩展设计，在灭弧室两侧分别设置一个铁磁性元件。借助此另一个铁磁性元件，进一步增强灭弧器在电弧上的电磁作用，这导致电弧朝灭弧室方向进一步加速，因此导致更迅速地熄灭电弧，并因而导致进一步改善配电容量。

按本发明的机电式安全配备设备具有外壳，外壳本身有前侧、与前侧对置的固定侧、以及连接前侧与固定侧的窄侧和宽侧。此外，安全配备设备还有前面所述类型的灭弧器，它安装并固定在安全配备设备的外壳内。有关按本发明的灭弧器安装和固定在其外壳内的这种机电安全配备设备所具有的优点，可参见前面已详细阐明的按本发明灭弧器的优点。

按安全配备设备一项有利的扩展设计，外壳设计为绝缘材料壳体。对此应理解为，外壳由一种电绝缘的材料构成，例如塑料。

按安全配备设备另一项有利的扩展设计，外壳有一个分配单元(Teilungseinheit)的宽度。通过实现具有等于18mm分配单元宽度的设备外壳，能将灭弧器设置在有标准宽度为18mm的传统串装设备中。因此，按本发明的灭弧器也可以使用于结构紧凑的标准串装设备，由此在外壳宽度不变的情况下同样明显改善其配电容量。

附图说明

下面参见附图详细说明灭弧器的两种实施例。附图中：

图1A至1C示意表示灭弧器第一种实施例在第一种开关状态；

图2A至2C示意表示灭弧器第一种实施例在第二种开关状态；以及

图3A和3B示意表示灭弧器第二种实施例。

在所表示的不同的附图中，相同的部分始终采用同样的附图标记。本说明适用于在其中同样能看到相应部分的所有附图。

具体实施方式

图1A至1C在不同的视图中示意表示灭弧器10第一种实施例，它处于第一种开关状态。图1B示意表示灭弧器10侧视图。在图1A中表示与之对应的下侧视图。在此视图中可以清楚看出，灭弧器10以两个平行的、彼此对置的宽侧4，以及两个与其正交设置、同样互相平行和彼此对置的窄侧3为界。基于紧凑的结构设计，这种灭弧器10也适合在紧凑的、具有仅一个分配单元宽度B(约等于18mm)的串装设备中使用。

第一种开关状态的特点在于，灭弧器10的由固定触点13和可相对其运动的运动触点14组成的开关触点12闭合，所以电流I可以流过开关触点12。在图1B中借助多个箭头示意表示与此对应的、电流I按此通过灭弧器10的电流路径8：电流I通过安全配备设备的输入接头(未表示)，经由励磁线圈2流向固定触点13，以及，在开关触点12闭合的情况下，通过运动触点14流向安全配电设备的输出接头9。为了熄灭在开关触点12打开时形成的电弧11(见图2B)，灭弧器10还有一个灭弧室20。所谓前室区21(用虚线表示)处于灭弧室20与开关触点12之间。此外，灭弧器10还有导轨23，它的第一端23-1设置在灭弧室20下方，而将其第二端23-2伸入前室区21内。

若在通电的状态下通过运动触点14离开固定触点运动而将开关触点12打开，则首先在固定触点13与运动触点14之间形成电弧11，所以通过电弧11保持电流流动经过开关触点12。若运动触点14进一步运动离开固定触点13，则基于加大距离连续提高电弧电压，直至电弧11从运动触点14转换，亦即跳跃到导轨23上。更准确地说，电弧11跳跃到导轨23的第二端23-2上，它在前室区21中设置在开关触点12下方。在触角24与导轨23之间燃烧的电弧11，通过导轨23和在固定触点13下方并与其导电连接的触角24，经由另一个与触角24和固定触点13导电连接的导轨26，朝灭弧室20的方向导引。在这里，灭弧室20设计为传统的灭弧室，它有许多并列设置并彼此间隔的灭弧片22。若电弧11从前室区21朝此灭弧室20方向驱动，则当它冲撞在灭弧片22上时分割成多个分电弧，它们接着在各灭弧片22与另一个导轨26之间燃烧。基于多个这种电路顺序串联的分电弧，所以产生高的电弧电压，这最终导致撕裂电弧11并由此熄灭电弧11。

为了能进一步改善灭弧器10的配电容量，电弧11应更迅速地朝灭弧室20方向推动，并因而更迅速将其熄灭。为此，灭弧器10有线匝30，它与导轨23的第二端23-2导电连接，并在电弧11从运动触点14转换到导轨23上后才通电。在这里，线匝30有第一段31，它构成与导轨23第二端23-2导电连接以及设置在开关触点12的侧旁，以便在电弧11从前室区21转换后将其朝灭弧室20方向挤压。在第一段31上连接线匝30的第二段32，它至少部分设置在灭弧室20与安全配电设备外壳宽侧4之间，目的是在电弧11从前室区21转换后将其朝灭弧室20方向吸引。

因为在线匝30第一段31中的电流方向与电弧11的电流方向相反定向，所以在电弧11上产生推斥作用的电磁力。反之，在第二段32内的电流方向平行于电弧11的电流方向定向，由此在电弧11上造成吸引作用的电磁力。总之，由于线匝30的这种设计，在电弧11上造成双重的力作用，它迫使电弧11更迅速地从前室区去往灭弧室20的方向。通过所述的使电弧11更迅速地进入灭弧室20内，显著改善灭弧器10的配电容量。

此外在图1C中示意表示线匝30与图1A与1B所示对应的详图。为了视图清晰起见，在本视图中没有灭弧室20。线匝30在这里整体式设计，不过同样有可能将线匝30设计为由多部分组成。此外，线匝30可以或设计为平面的，亦即平的，或设计为弯曲的，使它与前室区21内的空间状况相适应。在这里它例如能成形为冲压弯曲件、有不同横截面形状的线材成型件、或还能成形为易弯的零件，例如绞合线。同样还有可能将线匝30，尤其它的第二段32，不仅在一侧设置在灭弧室20与外壳宽侧4之间，而是在两侧设置在灭弧室20与两个外壳宽侧4的每一个之间。为此，线匝30必须有两个第二段32，它们互相或串联或并联地电路连接。

图2A至2C在相应的视图中示意表示灭弧器10第一种实施例，它处于与第一种不同的第二种开关状态。图2B仍示意表示灭弧器10侧视图。图2A表示与之对应的下侧视图。图2C仍示意表示现在已通电的线匝30与图2A和2B所示相对应的详图。

第二种开关状态的特点在于，灭弧器10的开关触点12现在已被打开。此时形成电弧11，它首先在固定触点13与运动触点14之间燃烧。在此时刻，电流I继续经由开关触点12流动。若运动触点14进一步离开固定触点13运动，则电弧电压进一步增大，直至电弧11从运动触点13转换到导轨23的第二端23-2上。在图2B中表示这种电弧11已经转换并处于导轨23的第二端23-2与触角24之间的状态。仍用多个箭头示意表示的电流路径8，在这里从安全配电设备的输入接头，通过励磁线圈2和固定触点13延伸到触角24，从那里通过电弧11向导轨23的第二端23-2延伸，并进一步通过现在已通电的线匝30延伸到输出接头9。在进一步灭弧的过程中，电弧11被朝灭弧室20的方向推动，并在那里首先在导轨23、各灭弧片22与另一个导轨26之间燃烧。图2A表示这种状态。

图2C表示在两个不同时刻通过已通电的线匝30的电流路径，其中还表示了在两个不同时刻的电弧11。为了表明这两种不同的状态/时刻，图中用标记11-1和11-2表示电弧。图2C首先表示直接在电弧转换后的电弧11-1：此时电弧11-1处于触角24与导轨23第二端23-2之间。在这种情况下，电流路径8经由电弧11-1延伸到第二端23-2，并经由与此第二端23-2连接的线匝30延伸到输出接头9。在电弧11-1在此时刻处于其中的前室区21内，经过电弧11-1的电流方向，与在线匝30第一段31内的电流方向彼此相反定向。因为相反定向的电流彼此推斥，由此在电弧11-1上施加电磁力F1，它将电弧11-1朝灭弧窒20方向挤压。

在图2C所示略晚的第二个时刻，电弧11已经处于灭弧室20(见图2B)的区域内，为了视图清晰起见在图2C的视图中没有表示灭弧室20。在这种情况下，电流路径8通过另一个导轨26和电弧11-2延伸到导轨23第一端23-1，进一步通过导轨23延伸到其第二端23-2，以及再经由与此第二端23-2连接的线匝30延伸到输出接头9。在此时刻通过电弧11-2的电流方向与在线匝30第二段31-2内的电流方向，彼此平行定向。因为同向电流相互吸引，因此在电弧11-2上施加电磁力F2，它将电弧11-2朝灭弧窒20方向吸引或将其保持在灭弧室20内，目的是阻止从灭弧室20外出。

借助这种设计，明显增大在电弧11上的力作用，这种力作用将电弧11朝灭弧室20方向排挤，由此使电弧11更迅速地进入灭弧室20内，并因而达到更迅速地熄灭电弧。因此显著改善灭弧器电容量并因而改善安全配电设备的配电容量。

图3A和3B示意表示灭弧器10第二种实施例。在这里，在线匝30第二段32的区域内附加设置一个铁磁性元件35，它用于增强第二段32在电弧11-2上的电磁力作用。没有与线匝30导电连接的铁磁性元件35，优选地在线匝30内部设置在灭弧室20与宽侧4之间。增强第二段32在电弧11-2上的电磁力作用，尤其当电流小于1000安时是有利的，因为在这种情况下由线匝30在电弧11上产生的电磁力，往往不足以将电弧1顺利推入灭弧室20内并保持在那里。

此外通过将线匝30的第二段32至少部分设置在灭弧室20与宽侧4之间，还提供了可能性，在此区域内设置一个附加的出口通道25，由电弧11造成的热气体可以通过它从安全配电设备引出。由此降低灭弧室20内在电弧11熄灭期间的压力水平，这有助于电弧11更易于进入并更稳定地保持在灭弧室20内。

附图标记清单

2 励磁线圈

3 窄侧

4 宽侧

8 电流路径

9 输出接头

10 灭弧器

11 电弧

12 开关触点

13 固定触点

14 运动触点

20 灭弧室

21 前室区

22 灭弧片

23 导轨

24 触角

25 出口通道

26 另一个导轨

30 线匝

31 第一段

32 第二段

35 铁磁性元件

I 电流

B 宽度

F1、F2 力

Claims (8)

1.一种机电安全配电设备用的用于熄灭电弧(11)的灭弧器(10)，包括

-开关触点(12)，该开关触点具有固定触点(13)和相对于固定触点运动的运动触点(14)，

-灭弧室(20)，

-导轨(23)，该导轨的第一端设在灭弧室(20)的区域内，以及它的第二端设在前室区(21)内，

-线匝(30)，该线匝与导轨(23)的第二端导电连接，

其中，线匝(30)在电弧(11)从运动触点(14)转换到导轨(23)上之后才通电，其中，线匝(30)具有第一段(31)，该第一段设置在开关触点(12)的侧旁，以便将电弧(11)在其转换后朝灭弧室(20)方向挤压，以及其中，线匝(30)具有第二段(32)，该第二段至少部分设置在灭弧室(20)与安全配电设备的外壳宽侧(4)之间，以便将电弧(11)在其转换后朝灭弧室(20)方向吸引。

2.按照权利要求1所述的灭弧器(10)，其特征在于，所述线匝(30)设计成一体式。

3.按照权利要求1或2所述的灭弧器(10)，其特征在于，所述灭弧器(10)具有铁磁性元件(35)，该铁磁性元件在线匝(30)的第二段(32)旁设置在灭弧室(20)与安全配电设备的外壳宽侧(4)之间。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的灭弧器(10)，其特征在于，在灭弧室(20)的两侧分别设置所述线匝(30)的一个第二段(32)，所述第二段至少在一端互相导电连接。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的灭弧器(10)，其特征在于，在灭弧室(20)的两侧分别设置一个铁磁性元件(35)。

6.一种机电安全配电设备，尤其线路保护开关或断路器，包括

-外壳，该外壳具有前侧、与前侧相对置的固定侧、以及连接前侧与固定侧的窄侧和宽侧(3、4)，

-按照权利要求1至5中任一项所述的灭弧器(10)，该灭弧器安装并固定在所述外壳内。

7.按照权利要求6所述的安全配电设备，其特征在于，所述外壳设计为绝缘材料壳体。

8.按照权利要求6或7所述的安全配电设备，其特征在于，所述外壳具有一个分配单元的宽度(B)。