保护开关装置和磁轭 |
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| 申请号 | CN201310292736.6 | 申请日 | 2013-07-12 | 公开(公告)号 | CN103545153A | 公开(公告)日 | 2014-01-29 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | T.里格; W.菲尔林; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种保护 开关 装置、尤其是 断路器 ，其具有输入接头以及输出接头，所述这些接头连同电气线路构造用于触通所述保护开关装置。所述保护开关装置还具有开关触头，所述开关触头具有 位置 固定地布置的固定触通件以及相对于其可移动的移动触通件，如此构造所述触通件，从而在导电的开关触头断开时在所述移动触通件与所述固定触通件之间形成 电弧 。在此，所述开关触头通过 电流 通路与所述输入接头和所述输出接头导电地连接。所述电流通路具有导电区段，所述导电区段如此构造并且与所述电弧共同作用，从而形成生成的电 磁场 ，所述 电磁场 与所述电弧相互作用，从而驱使所述电弧远离所述开关触头。本发明明显地改善了保护开关装置的断流容量以及寿命。 | ||||||
| 权利要求 | 1.保护开关装置（1）、尤其是断路器， |
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| 说明书全文 | 保护开关装置和磁轭技术领域[0001] 本发明涉及一种保护开关装置、尤其是断路器，其具有输入接头以及输出接头，所述输入接头以及输出接头连同电气线路构造用于触通所述保护开关装置，所述保护开关装置还具有开关触头，所述开关触头具有位置固定地布置的固定触通件以及相对于所述固定触通件可移动的移动触通件，如此构造所述触通件，从而在导电的开关触头断开时在所述移动触通件与所述固定触通件之间形成电弧，其中所述开关触头通过电流通路与所述输入接头和所述输出接头导电地连接。 背景技术[0002] 在现有技术中公开了不同的保护开关装置：断路器是专门为大电流设计的。断路器（所谓的LS-Schalter）是一种应用于电子设备的过电流保护装置并且尤其应用于低压电网领域。功率开关和断路器确保了短路时的安全切断，并且保护负载和电气设备免于过载、例如保护线路免于由于过大电流引起的过大程度的变热而造成的损坏。功率开关和断路器尤其作为开关元件和安全元件应用在电能供应网络中并且用于电流回路的监测和保障。 [0003] 为此，保护开关装置通过两个连接端子与待监测的电流回路的电气线路导电地连接，以在需要时在相应线路中中断电流。在此保护开关装置具有开关触头，所述开关触头具有位置固定地布置的固定触通件以及相对于所述固定触通件可移动的移动触通件。所述移动触通件在此能够通过保护开关装置的开关机构进行操作，从而使得开关触头能够断开和闭合。以这种方式，在出现预先规定的状态、例如短路或者过载时，开关触头断开，以使得被监测的电流回路与电网分开。这种保护开关装置在低压技术的领域中也被公开为串联安装设备。 [0004] 如果开关触头在电流流经开关触头的时刻断开，则在开关触头断开时在固定触通件和分离的移动触通件之间形成电弧。为了消除这些电弧，常规的保护开关装置具有所谓的消弧室，所述消弧室具有多个并联布置并且相互间隔开的消弧片。如果驱使电弧进入到消弧室中，则所述电弧在碰到所述消弧片时会被分成多个分电弧，所述分电弧随后串联连接地在单个消弧片之间燃烧。多个顺序连续电连接的分电弧共同形成了更高的弧电压，这随后导致了电弧更快地熄灭。 [0005] 在固定触通件和移动触通件之间产生的电弧在此会导致所谓的触头烧损，即固定触通件和移动触通件会出现材料损耗，这最终会导致保护开关装置的损坏，因为所述触头烧损在开关触头闭合、有电流流过时会导致电阻提高。出于这种原因应该尽可能快地驱使电弧从触头区域进入到消弧室中。为此常规的保护开关装置具有所谓的导轨，所述导轨与电弧-消弧室的一端导电地连接。电弧-消弧室的另一端通过固定触角与固定触通件导电地连接。在此布置所述导轨使得在开关触头断开时移动触通件邻近所述导轨。在开关触头断开时电弧总是更久一些，由此升高弧电压。从一确定的弧电压起电弧会从移动触通件跳至导轨上，自此电弧在固定触通件或者说固定触角和导轨之间转换和燃烧。通过固定触角以及导轨的合适的几何形状设计，电弧被导向电弧-消弧室。 [0006] 为了驱使电弧更快地进入到电弧-消弧室中，一些保护开关装置额外具有所谓的灭弧回路（Blasschleife）。在此是一种线圈，如此电连接所述线圈，从而使得其仅在电弧被转换到导轨上时才通电，以限制在通电运行中保护开关装置的能量损耗。在此如此布置所述灭弧回路，从而定向生成的电磁场，使得给电弧施加洛伦磁力，所述洛伦磁力朝向电弧-消弧室推动电弧。这种保护开关装置例如由专利文献DE 28 41 004或者由公开文献DE 33 33 792 A1公开。 发明内容[0007] 本发明的任务是，提供一种保护开关装置，其特征在于更小的触头耗损和由此而提高的寿命以及改善的断流容量（Schaltleistung）。 [0009] 根据本发明的保护开关装置、尤其是断路器，其具有输入接头以及输出接头，所述输入接头以及输出接头连同电气线路构造用于触通所述保护开关装置。所述保护开关装置还具有开关触头，所述开关触头具有位置固定地布置的固定触通件以及相对于所述固定触通件可移动的移动触通件，如此构造所述触通件，从而在导电的开关触头断开时在所述移动触通件与所述固定触通件之间形成电弧。在此所述开关触头通过电流通路与所述输入接头和所述输出接头导电地连接。所述电流通路具有导电区段，所述导电区段如此构造并且与所述电弧共同作用，从而形成生成的电磁场，所述电磁场与所述电弧相互作用，从而驱使所述电弧远离所述开关触头。 [0010] 如果电流流经开关触头，则在开关触头断开时、即在移动触通件远离固定触通件时产生电弧。将保护开关装置内部的电流从输入接头导向固定触通件，并且在开关触头闭合时从与固定触通件导电地连接的移动触通件导向输出接头的电流通路，在开关触头的区域内、也就是直接邻近的区域内具有导电区段。因此所述导电区段是电流通路在开关触头的区域内的区段，其中所述区段要么可以布置在电流通路的第一区域内、即输入接头和固定触通件之间，要么可以布置在电流通路的第二区域内、即移动触通件和输出接头之间。原则上同样可能的是，相应的导电区段既布置在第一区域中也布置在第二区域中。 [0011] 如果电流流经电导体，则由此产生电磁场。在此几何构造导电区段，从而在通电流的状态下产生电磁场，如此定向所述电磁场，从而给电弧施加规定的、所谓的洛伦磁力。因为即使没有与电气线路连接电弧同样是电流通量，因此洛伦磁力通过以下方式又作用到电弧上，即使得电弧远离开关触头的触头区域、即固定触头和移动触头的区域。通过这种方式可以更快地驱使电弧进入到保护开关装置的消弧室中并且在那里熄灭。由此显著改善了与从电弧产生直至电弧熄灭的持续时间相关的断流容量。此外，通过使电弧仅在固定触通件和移动触通件之间相当短暂地燃烧，显著降低了由此引起的固定触通件和移动触通件上的材料烧损，这促使显著提高保护开关装置的寿命。此外，由此触头件所必需的触头材料也少了，从而能够相当紧凑地构造开关触头并且进而构造保护开关装置。 [0012] 在保护开关装置的一种有利的改进方案中，如此构造导电区段，从而使得所述导电区段与触头断开的时刻在所述移动触通件与所述固定触通件之间燃烧的电弧形成基本上U形的电流导向部。 [0013] 从触头断开的时刻直至电弧从移动触通件转换到保护开关装置的导轨上的时刻，电弧在固定触通件和移动触通件之间燃烧。在所述时间范围内形成基本上U形的电流导向部，所述电流导向部由通过线路连接的导电区段形成的第一边腿和通过非线路连接的电弧形成的第二边腿共同组成。在此所述两个边腿反向平行、即基本上相互平行但是又彼此方向相反定向地通电流。导电区段在此布置在电流通路的第一区域内、即输入接头和固定触通件之间并且结构上如此构造，即流向固定触通件的电流具有U形的走向。有利的方式是，在此将导电区段在空间上相对邻近地定位在开关触头上并且进而定位在开关触头断开时形成的电弧上，以在电弧上获得尽可能大的力作用。通过这种方式能够进一步改善断流容量。 [0014] 在另一种有利的改进方案中，保护开关装置具有磁性触发系统，所述磁性触发系统通过线圈与输入接头导电地连接并且具有相对于线圈可移动地支承的推杆。所述推杆在短路情况下直接和/或间接地作用于开关触头上，以通过使移动触通件远离固定触通件引起开关触头的断开。所述磁性触发系统为此具有磁轭，通过所述磁轭使线圈与固定触通件导电地连接，其中导电区段构造为磁轭的一部分。 [0015] 具有励磁线圈和相对于所述励磁线圈可移动地支承的推杆的磁性触发系统提供了在保护开关装置的区域内用于实现在短路的情况下触发的进一步扩展的方案。 [0016] 如果短路电流流过，则所述短路电流流经线圈，由此使得与推杆连接的衔铁被线圈吸引。同时所述推杆击打到移动触通件上或者到与所述移动触通件机械连接的移动触头支架上，从而使其远离移动触通件，以防止所述两个触头件焊接。此外通过推杆的运动触发保护开关装置的开关机构，由此通过与开关机构机械耦合的移动触通件同样断开开关触头。 [0017] 通过磁轭使线圈与移动触通件导电地连接。所述磁轭因此是电流通路的第一区域内布置得最接近移动触通件的部分。所述区域在此结构上如此构造，使得从线圈经过磁轭流至固定触通件的电流走向是U形的。以这种方式将导电区段的区域内的电流走向基本上与流经电弧的电流走向相反地定向。如果导电区段在此在空间上相对邻近地定位在开关触头上并且进而定位在开关触头断开时形成的电弧上，则能够由此在电弧上获得尽可能大的力作用。 [0018] 在保护开关装置的另一种有利的改进方案中，磁轭在导电区段的区域内分叉地构造并且在此具有两个边腿，从而在开关触头闭合时移动触通件和移动触头支架至少部分地布置在导电区段的两个边腿之间。 [0019] 通过这种方式将导电区段在空间上布置在开关触头断开时形成的电弧的直接邻近的区域内。因此与电弧共同作用产生的电磁场具有明显更高的场强，由此又将明显更大的力作用到电弧上，从而驱使电弧更快地从触头区域朝向消弧室运动。由此进一步改善了保护开关装置的断流容量。 [0020] 在保护开关装置的另一种有利的改进方案中，移动触通件布置在可旋转支承的移动触头支架上，其中所述导电区段是所述移动触头支架的一部分。 [0021] 替代将导电区段构造在电流通路的第一区域内，还能够构造在电流通路的第二区域内、即在从移动触通件到输出接头的路径上。如此构造在第二区域内在此相对于构造在第一区域内既能够是替代方案又能够是附加方案。在此还重要的是，导电区段在空间上相对邻近地布置在开关触头上并且进而布置在开关触头断开时形成的电弧上，从而实现作用到电弧上的尽可能大的力作用。通过这种方式进一步改善了断流容量。 [0022] 在保护开关装置的另一种有利的改进方案中，所述导电区段与所述移动触头支架可旋转地或者柔性地连接。为了在电弧上获得尽可能好的力作用，在电流通路的第二区域内构造的导电区段可旋转运动地或者至少柔性地与移动触头支架连接。通过这种方式能够在移动触头支架的断开运动期间优化导电区段到电弧的几何结构。 [0023] 在保护开关装置的另一种有利的改进方案中，导电区段相对于保护开关装置的壳体位置固定地支承。通过这种方式确保了保护开关装置简化的安装。 [0024] 根据本发明的磁轭构造用于上述类型的保护开关装置中。 [0025] 根据本发明的磁轭在此设置用于安装在电气保护开关装置、尤其是断路器的磁性触发系统中。所述磁轭具有第一区域，所述第一区域借助磁性触发系统的触发线圈构造用于导电地触通磁轭。此外磁轭还具有第二区域，所述第二区域借助保护开关装置的开关触头的固定触通件构造用于导电地触通磁轭。在此在通电的开关触头断开时产生电弧，所述电弧首先、即在电弧产生的第一阶段中在固定触通件和相对于所述固定触通件可移动的移动触通件之间燃烧。在此根据本发明的磁轭如此几何构造，从而使得在通电状态下，第二区域内的电流通量相对于流经电弧的电流通量至少部分地基本上反向平行地（gegengleich）定向。通过电流流经的第二区域以及电弧的共同作用产生电磁场，所述电磁场的场线在电弧的区域内如此定向，使得给电弧施加规定的力、即所谓的洛伦磁力，所述力如此设置使得电弧离开开关触头的触头区域、即固定触头和移动触头。通过这种方式能够驱使电弧更快地进入到保护开关装置的消弧室中并且在那里熄灭。由此显著改善了与从电弧产生直至电弧熄灭的持续时间相关的断流容量。附图说明 [0026] 下面借助附图详细阐述所述保护开关装置的实施例。其中：图1A和1B示出多种状态下的保护开关装置的开关触头的示意图； 图2A和2B以多种视图示出保护开关装置的磁性触发系统的示意图； 图3示出磁性触发系统的磁轭的示意图。 [0027] 附图标记列表1 保护开关装置 4 固定触通件 5 移动触通件 6 移动触头支架 7 消弧室 8 导轨 9 电弧 10 磁性触发系统 11 连接线路 12 励磁线圈 20 磁轭 21 连接元件 22 固定触头支架 23 触角 24 导电区段 25 励磁元件 26 开口 27 消弧室板 D 旋转轴线 F 力 I 电流/电流通量。 [0028] 在不同的附图示图中相同的部件总是标注有相同的附图标记。这种标记适用于所有的附图示图，在所述所有的附图示图中同样可识别出相应的部件。 具体实施方式[0029] 在图1A和1B中示意性地示出在多种开关状态下的保护开关装置1的开关触头。所述开关触头具有固定触通件4以及相对于所述固定触通件可移动的移动触通件5。移动触通件5安装在可旋转地支承在保护开关装置1的壳体内的移动触头支架6上。然而还可能是，将移动触通件5集成到移动触头支架6中，从而使得移动触头支架6的合适的分区域作为移动触通件5起作用并且与固定触通件4 共同组成开关触头。固定触通件4安装在固定触头支架22上，所述固定触头支架是磁轭20的组成部分。磁轭20具有导电地连接元件 21，通过所述导电地连接元件使得磁轭20与励磁线圈12导电地连接。励磁线圈20是磁性触发系统10（见图2A和2B）的一部分，所述磁性触发系统在短路时引起开关触头的断开。 此外磁轭20具有触角（Kontakthorn）23，通过所述触角使得磁轭20与保护开关装置1的消弧室7的第一端部导电地连接。 [0030] 通过例如能够构造为连接端子的输入接头（未示出）和输出接头（未示出）将保护开关装置1集成到待保护的电气线路中。在保护开关装置1的内部，只要开关触头闭合，输入接头和输出接头就通过电流通路相互导电地连接。在图1A和1B中在相应的组件的区域内通过简单的箭头示出通过电流通路导通的电流通量I。电流通路的第一区域在此从输入接头经过励磁线圈12和磁轭20通向固定触通件4。而电流通路的第二区域从移动触通件5通向保护开关装置1的输出接头。因此通过断开开关触头能够中断电流通路。 [0031] 在图1A中示出具有闭合的开关触头的保护开关装置1、即固定触通件4和移动触通件5直接触通，从而使得电流能够流经所述开关触头。在也被称为闭合-位置（EIN-stellung）的位置中，输入接头和输出接头相互导电地连接。如果开关触头通过将移动触通件5从固定触通件4移开而断开，则只要在断开的时刻使开关触头通电，就会在固定触通件4和移动触通件5之间形成电弧9。在图1B中示出触头断开的开始。在此电流通路的第一区域具有导电区段24，所述导电区段构造在磁轭20上。在此所述导电区段24几何地布置，从而使得所述导电区段与在固定触通件4和移动触通件5之间燃烧的电弧9共同作用，从而形成生成的电磁场，所述电磁场的场线在开关触头的区域内基本上垂直于附图平面指向。所述电磁场将力F施加到电弧9以及导电区段24上，所述力使得所述两个线路区段、即导电区段24和电弧9相互挤压。因为导电区段24位置固定地布置在保护开关装置1的壳体内，因此在导电区段24和电弧9之间相互排斥作用的力F引起了，驱使电弧9朝向消弧室7远离导电区段并且进而远离开关触头。 [0032] 因此在图1B的描述中清楚的是，流经线路连接的导电区段24的电流通量I相对于流经电弧9的非线路连接的电流通量I基本上平行反向、即基本上平行但是方向相反指向地定向。由此与固定触通件4的区域中的区段一起实现了开关触头的区域内基本上U形的电流导向部。 [0033] 如果移动触通件5通过移动触头支架6的进一步的摆转运动继续远离所述固定触通件，那么从确定的长度开始电弧跳到所谓的导轨8上，所述导轨与消弧室7的第二端部导电地连接。随后在电弧被导入到消弧室7中并且在那里熄灭之前，所述电弧首先在与固定触通件4导电地连接的触角23和导轨8之间燃烧。 [0034] 在图2A和2B中以多个视图示意性地示出保护开关装置1的磁性触发系统10。通过电连接线路11使得磁性触发系统与保护开关装置1的输入接头导电地连接，所述电连接线路既可以构造为柔性的绞合线也可以构造为刚性的。连接线路11此外与励磁线圈12的第一端部导电地连接。在已完全装配的状态下，衔铁-推杆组件（未示出）可移动支承地布置在励磁线圈12中，从而使得在短路电流流经励磁线圈12的短路的情况下，衔铁被吸引到励磁线圈12中。所述与衔铁固定连接的推杆此时击打到触发杆上，由此触发保护开关装置1的开关机构，所述开关机构引起开关触头的断开。 [0035] 磁性触发系统10的另一组成部分是磁轭20（也见图3），所述磁轭在所示的实施例中构造为板金折弯件。通过磁轭20的构造为电连接元件21的分区域，磁轭20与励磁线圈12的第二端部导电地连接。在通电状态下电流I从励磁线圈12经过连接元件21继续经过导电区段24流向磁轭20的被称为固定触头支架22的区域。在所述区域中，固定触通件4与磁轭20固定地连接。在开关触头闭合时，电流继续流经固定触通件4和移动触通件5以及移动触头支架6，所述移动触头支架再次与保护开关装置1的输出接头导电地连接。 [0036] 在开关触头断开时，电流首先流经电弧9。在电弧9转换到导轨8上之后（见图1A和1B），电流从磁轭20的被称为固定触头支架22的区域经过触角23流向构造为消弧室板27的区域，所述导轨以其一端与电弧-消弧室7导电地连接并且以其另一端与输出接头导电地连接。消弧室板27是电弧-消弧室7的上端；电弧-消弧室7的下端与导轨8导电地连接。如果驱使电弧进入到电弧-消弧室7中，那么通过那里平行布置的消弧片将所述电弧分成多个相互串联电连接的分电弧。由于所述串联电连接，一直升高总弧电压直到电弧最终中断并熄灭。 [0037] 在电连接元件21和其中还布置有导电区段24的固定触头支架22之间的区域内磁轭20分叉地构造，即在开关触头闭合时移动触头支架6连同布置在其上的移动触通件25至少部分地进入到分叉地构造的磁轭20的导电区段24的两个部分之间。因此在开关触头断开时形成的电弧9与所述导电区段24的两个部分直接邻近，由此对于与电弧9共同作用产生的电磁场而言获得了明显更高的场强。由此明显更大的洛伦磁力作用到电弧9上，从而驱使电弧9更快地从触头区域朝向消弧室7运动。 [0038] 图3示出磁性触发系统10的磁轭20的示意图。在此尤其良好地识别出导电区段24的区域内的板金折弯件结构以及分叉结构。在电连接元件21和安装元件25之间的区域内，磁轭20具有开口26，所述开口在已安装状态下至少部分地进入到励磁线圈12中并且构造用于容纳和引导衔铁-推杆组件。以这种方式能够尽可能紧凑地构造所述磁性触发系统。 [0039] 在根据附图所述的实施例中，导电区段24布置在磁轭20上并且因此布置在电流通路的第一区域内。然而同样可能的是，将导电区段布置在电流通路的第二区域内、即在动触头6和输出接头之间。这相对于电流通路的第一区域的结构既可以是替代方案又可以是附加方案。例如还可以相应低成形移动触头支架6，从而使得移动触头支架6的导电区段相对于电弧9基本上平行反向地定向。 |
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