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CN111095457A - 压力触发装置的触发元件、具有这种触发元件的压力触发装置和电气开关 - Google Patents

压力触发装置的触发元件、具有这种触发元件的压力触发装置和电气开关 Download PDF

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CN111095457A
CN111095457A CN201880059484.3A CN201880059484A CN111095457A CN 111095457 A CN111095457 A CN 111095457A CN 201880059484 A CN201880059484 A CN 201880059484A CN 111095457 A CN111095457 A CN 111095457A
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triggering
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O.安德森
P.比顿基维茨
J-U.达尔
E.戴利茨
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Abstract

本发明公开了一种具有用于电气开关的压力触发装置的操作构件的触发元件，其中，所述压力触发装置针对每个电极配设有至少一个流动通道，其中，电气开关的至少一个极包括至少两个用于闭合或断开电流路径的开关触点，其中，电气开关的至少一个极的开关触点可通过操作构件断开，该操作构件能够对在各两个开关触点的断开区中通过在开关触点的电动力学反冲中拉出的电弧(LB)而产生的压力(p)做出响应，其中，断开区可通过流动通道与操作构件连接，从而使操作构件由触发元件的壳体在中性位置和触发位置之间引导，其中，在到达触发位置之后，减压部使压力触发装置排气。

Description

压力触发装置的触发元件、具有这种触发元件的压力触发装 置和电气开关
本发明涉及一种用于电气开关的压力触发装置的触发元件、具有触发元件的压力触发装置以及具有这种压力触发装置的电气开关。
限流开关设备、特别是例如形式为MCCB(Moulded Case Circuit Breaker，塑壳断路器)的限流断路器通常被用于广泛分支的配电网络中。通常以所参与的开关设备之间的最小额定电流距离进行选择性分级(Staffelung)。在此，取决于所连接的负载，可以使用相应地设计尺寸的开关设备来保护每个分支层面以防出现过载和短路。
在此例如将最靠近负载布置并且通常被称为近负载开关设备或下级或者说下游开关设备的开关设备设计用于最低的额定电流。如果短路电流既流过近负载开关设备又流过在配电网层级中位于近负载开关设备上方的通常被称为远负载开关设备(或者说距离负载较远的开关设备)或上游开关设备的开关设备，则应当只关断(abschalten)近负载开关设备。换句话说，在发生故障(短路)的情况下，只有最接近该事件的开关设备应当切断(unterbrechen)电流。
在断开时，近负载开关设备和远负载开关设备的开关触点对产生或者说拉出电弧，其中，对于近负载开关设备，因为它的可移动电流路径(包括开关触点)的惯性力矩较小，所以开关触点对的断开宽度以及电弧能量更高。跟随在这种有时候只是单极的断开之后，必须将近负载开关设备的所有极关断。远负载开关设备不允许关断，以免将其它负载从配电网断开。然而，远负载开关设备允许通过短暂地升高开关触点来辅助地起作用，即，例如通过限制电流来辅助近负载开关设备的关断。
这样分级地在配电网中工作的开关设备会选择性地运行。为了实现这种选择性，最接近故障的开关设备必须比布置在上级的开关设备更快地切断所有开关极的电流路径。
在DE 691 10 540T2和DE 692 17 441T2中分别公开了形式为具有绝缘材料外壳的断路器(Leistungsschalter)的电气开关装置，它们针对每个开关极都包括两个在断路器的接通位置弹性地相互压靠的开关触点。如果流经开关触点的电流超过某个阈值，则可以通过电动力学的反冲力的作用使开关触点分开，以便由此实现对所述电流的限制。
在专利文献中公开的断路器包括过载和/或短路检测元件，其用于加载或者说作用于在发生故障时使断路器自动关断的关断机构。此外，在专利文献中公开的断路器包括致动构件或者说操作构件，该操作构件响应于通过在所述开关触点的断开区中在开关触点的电动力学反冲情况下拉出的电弧而产生的过压，以便操作断路器的关断机构。
在专利文献中公开的操作构件是气密单元，其只与开关触点的断开区连接，并且包括具有有限控制行程的可移动元件、例如活塞或膜片。可移动元件一方面被加载所述过压，并且另一方面通过复位装置被加载适当的作用力。可移动元件的移位引起断路器的所述关断机构的触发，其中，所述复位装置具有合适大小的作用力，以防止在简单过载的情况下不期望地触发或者下游的限制电流的断路器做出响应。
在专利文献DE 10 2009 015 126 A1和DE 10 2011 077 359 A1中也公开了另外的压力触发装置。
在DE 10 2017 213 238中公开了一种具有止回阀的压力触发装置，其中只允许从电气开关的断开区朝压力触发装置的操作构件的方向的流动。
由于开关室(断开区)中极高的电弧温度而产生了高压，压力触发装置利用该高压来触发电气开关设备。在高开关功率或者说断流容量的情况下形成特别高的温度并且相应地形成高压，这会从内部损坏压力触发装置。所述损坏例如可能包括烧孔、开裂或熔化，这会使压力触发装置在功能上减弱。
从该现有技术出发，本发明要解决的技术问题是提出一种备选的用于压力触发装置的触发元件。
根据本发明，该技术问题通过根据权利要求1所述的触发元件来解决。根据本发明的触发元件的有利的设计方案在从属权利要求2至5中给出。根据本发明，该技术问题同样通过根据权利要求6所述的压力触发装置来解决。从属权利要求7至9规定了有利的设计方案。根据本发明，该技术问题同样通过根据权利要求10所述的电气开关来解决。在从属权利要求11中提出了有利的设计方案。
根据权利要求1的触发元件包括用于压力触发装置或者说减压装置的操作构件，其中，所述压力触发装置针对每个电极配设有至少一个流动通道，其中，所述电气开关的至少一个极包括至少两个用于闭合(或者说接通)或断开电流路径的开关触点，其中，所述电气开关的至少一个极的开关触点可通过操作构件分离，所述操作构件能够对压力(p)做出响应，所述压力在分别两个开关触点的断开区中通过在开关触点的电动力学反冲过程中被拉出的电弧(LB)而产生，并且其中，所述断开区可通过流动通道与操作构件连接，因此操作构件在中性位置和触发位置之间由触发元件的壳体引导，其中在到达触发位置后，减压部或者说泄压部使压力触发装置排气。
在此有利的是，直到触发时间点都存在压力触发装置的密封系统，并且因此可以实现较短的触发时间。压力直到触发时间点都在压力触发装置中保持相对恒定，由此可以实现高触发力。热气体和高压可通过减压部逸出，因此不会因过压情形而造成损坏。根据本发明的触发元件只需要在已知的压力触发装置的设计中单纯地进行结构性的改变，因此不会产生额外的成本。在受控式排气的情况下，只当不再需要用于触发的过压时才对系统进行排气。
在触发元件的一种设计方案中，在触发位置中，将电气开关的至少一个极的开关触点断开。
在触发元件的另一设计方案中，操作构件可在壳体的导引部中在中性位置和触发位置之间移动。
在触发元件的一种设计方案中，壳体的导引部中的凹槽引起压力触发装置在触发位置中的减压。
在触发元件的备选的设计方案中，壳体中的孔、缝隙或另一种类型的开口引起压力触发装置在触发位置中的减压。
根据权利要求6所述的压力触发装置包括根据本发明的触发元件。
根据本发明的压力触发装置被优化用于快速触发。就其构造而言，它可以紧凑地构造，从而使用于压缩空气的路径保持较短，这可以确保更快速地触发。根据本发明的压力触发装置可以被设计为组件，该组件在与极盒(PolKassetten)的接口处具有集成的止回阀。
在压力触发装置的一种设计方案中，压力触发装置包括至少一个止回阀，该止回阀只允许从断开区朝操作构件的方向的流动。
在压力触发装置的另一种设计方案中，压力触发装置由至少两个分别具有止回阀和分别具有流动通道的阀元件以及具有操作构件的触发元件模块化地构造，其中，至少两个阀元件和触发元件设计为能够插接在一起。
在压力触发装置的一种设计方案中，压力触发装置包括封闭元件和连接元件，所述封闭元件和连接元件将至少两个阀元件或触发元件彼此连接或封闭。
根据权利要求10所述的电气开关包括多个极和根据本发明的压力触发装置，其中，所述电气开关的多个极分别包括至少两个用于闭合或断开电流路径的开关触点，其中，电气开关的多个极的开关触点通过操作构件被断开，该操作构件对压力(p)做出响应，所述压力(p)通过在各两个开关触点的断开区中在开关触点的电动力学反冲过程中拉出的电弧(LB)而产生，并且其中，断开区借助流动通道与操作构件连接。
在电气开关的一种设计方案中，电气开关包括两个或者三个电极，压力触发装置包括三个或者四个流动通道。
结合下面对实施例的描述，本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方式将变得更加清楚和明确地易理解，结合附图更详细地阐述这些实施例。
在附图中：
图1示出了具有第一壳体部分和第二壳体部分的压力触发装置；
图2示出了具有舌状件的止回阀；
图3示出了具有压力触发装置的电气开关；
图4示出了具有多个极和压力触发装置的电气开关；
图5示出了模块化的压力触发装置；
图6A、6B、6C、6D示出了具有减压部的触发元件；和
图7A和7B示出了具有备选的减压部的触发元件。
图1示出了用于电气开关1000的压力触发装置100。压力触发装置100包括由第一壳体部分191和第二壳体部分192组成的壳体190。在第二壳体部分192上安装有流动通道151；152；153，所述流动通道与电气开关1000的电极1101；1102；1103的断开区1201；1202；1203共同作用并且能够与所述断开区连接。
在图4中示出了多极电气开关1000。它包括多个极1101；1102；1103，所述多个极分别具有至少两个用于闭合或断开电流路径的开关触点1211、1221；1212、1222；1213、1223。具有两个开关触点的电气开关1000被称为单断电气开关，而在多于两个开关触点的情况下，被称为多断开关。压力触发装置100适用于单断和多断电气开关1000。
根据图4，多极电气开关1000可包括例如三个电极1101；1102；1103。电气开关1000的多个极1101；1102；1103的开关触点1211、1221；1212、1222；1213、1223可以借助压力触发装置100的操作构件110通过操作触发杆1500来断开，其中，操作构件110可以对在各两个开关触点1211、1221；1212、1222；1213、1223的断开区1201、1202、1203中通过在开关触点1211、1221；1212、1222；1213、1223的电动力学反冲过程中拉出的电弧(LB)而产生的压力(p)做出响应。断开区1201；1202；1203借助流动通道151；152；153与操作构件110连接。这意味着，在断开区1201；1202；1203中由于拉出的电弧(LB)而产生的压力(p)在压力触发装置100内部以流动技术被引向操作构件110。
压力触发装置100还包括止回阀161；162；163，例如在图2中所示。止回阀161；162；163布置在各自的流动通道151；152；153处并且只允许从各自的断开区1201；1202；1203朝操作构件110的方向的流动。止回阀161；162；163主要用于防止可能从电气开关100的极1101；1102；1103的一个断开区1201；1202；1203向另一个断开区1201；1202；1203的流动。
根据图2，止回阀161包括舌状件181，该舌状件181在静止状态下遮盖流动通道151，如图2所示。在配属于流动通道151的断开区1201中产生压力(p)的情况下，舌状件181释放流动通道151并且实现了与图2相应的向下流动。舌状件181则位于虚线所示的位置。
与图2的视图相应地，在来自相邻的流动通道152；153的压力冲击并且因此舌状件181下方的压力提高的情况下，所述舌状件封闭流动通道151。由此防止可能从电气开关1000的极1101；1102；1103的一个断开区1201；1202；1203向另一个断开区1201；1202；1203的流动。
图1还示出了压力触发装置100包括共同的收集室170，该收集室170布置在各个止回阀161；162；163和操作构件110之间。
这在图3中更详细地示出，其中示出了通过流动通道151和位于其端部的止回阀161进入共同的收集室170的流动。由于共同的收集室170中的压力提高，操作构件110与图3中的图示相应地向上偏转，并且操作多极电气开关1000的锁扣机构(Schaltschloss)的触发杆1500。
操作构件110可以设计为挺杆，用于操作锁扣机构的触发杆1500。此外，操作构件110可配设有弹簧并且可以被所述弹簧保持在静止位置。在压力(p)的情况下，操作构件110可以克服所述弹簧的弹力被操作。由此例如可以通过选择弹簧来调节压力触发装置100的响应特性。
图2所示的舌状件181可以例如由芳族聚酰胺制成。芳族聚酰胺是一种特别耐高温的材料，尽管如此该材料仍然是柔性和可弯曲的，并且允许舌状件181从图2所示的静止位置偏转到虚线所示的偏转位置。止回阀161的响应特性可以通过舌状件181的材料厚度来调节。同样，可以通过选择舌状件181的材料、取决于所述材料的刚性地调节响应特性。
此外，舌状件181可以被固持在压力触发装置100的第一壳体部分191和第二壳体部分192之间。舌状件181的固持区可以具有角(α)和/或弯曲半径，其成型在第一壳体部分191或第二壳体部分192中并且因此形成了舌状件181的用于封闭流动通道151的预应力。同样可以利用舌状件181的固持区的角(α)的变化来调节止回阀161的响应特性。
为了确保尽可能高的气密性，可以通过激光束焊接、超声波焊接、粘接或其它接合方法来连接封闭元件145；145'、连接元件146、阀元件141；142；143和触发元件147。
图5示出了模块化构造的压力触发装置100。压力触发装置100包括阀元件141；142；143，所述阀元件分别具有止回阀161；162；163和流动通道151；152；153(不包括在图5的图示中)。此外，图5所示的压力触发装置100包括用于断开开关触点1211、1221；1212、1222；1213、1223的触发元件147。为此，触发元件147配备有操作构件110、例如挺杆。阀元件141；142；143和触发元件147设计为能够被插接在一起。
此外，为了模块化的压力触发装置100的机械构造，还设有封闭元件145；145'和连接元件146。封闭元件145；145'和连接元件146用于与阀元件141；142；143和触发元件147共同实现压力触发装置100的可插接的构造。
模块化的压力触发装置100的优点是，其可用于具有不同数量的极1101；1102；1103的电气开关1000并且能够与电气开关适配。各个单独的元件如阀元件141；142；143的较高件数实现了成本低廉的制造。同样可以借助模块化的压力触发装置100来进行相之间的机械公差补偿。
图6A、6B、6C和6D示出了根据本发明的触发元件147的工作方式。
在图6A的图示中，电气开关1000被接通，开关触点1211、1221；1212、1222；1213、1223闭合并且操作构件110处于中性位置。触发元件147的壳体148具有孔149，该孔149被操作构件110遮盖和封闭。由此关闭排气口并且实现压力触发装置100中的增压。
在图6B的图示中，开始电气开关1000的触发。由于开关触点1211、1221；1212、1222；1213、1223在断开区1201；1202；1203中断开而产生电弧(LB)，该电弧加热其周围环境，从而导致高压。该过压使操作构件110移动(与图6B中的图示相应地向上移动)并且触发电气开关1000。直到触发时间点，排气口都是关闭的(孔149被操作构件110遮盖)，因此该压力直到该时间点都不会明显降低。
在操作构件110操作触发杆1500之后，该触发杆1500在被触发之后也通过过压被进一步向上按压并且由此经过用于排气的孔149，如图6C所示。排气口可以是孔149，但也可以具有缝隙的形状。在排气期间，热气体从孔149流出，并且压力在压力触发装置100中降低。
在压力触发装置100中的压力降低之后，可以通过锁扣机构杠杆中的扭转弹簧向下按压操作构件110并且由此使操作构件进入起始位置，如图6D所示。
在图7A和7B中示出了备选的减压部。借助在壳体148的导引部中呈扩宽部形式的凹槽150，同样可以在预定义的位置中形成减压部，因为热气体随即能够在操作构件110旁流过。
与图6C的图示相反，在图7A和7B的备选减压部中，热气体沿操作构件110的移动方向而不是垂直于其移动方向流动。
凹槽150可以只区段性地设置在壳体148的导引部上，因此只设置在周向的某些位置上。这确保了尽管有凹槽150，操作构件110仍继续被导引并且不会倾斜或被阻挡。

Claims (11)

1.一种具有用于电气开关(1000)的压力触发装置(100)的操作构件(110)的触发元件(147)，其中，压力触发装置(100)针对每个电极(1101；1102；1103)配设有至少一个流动通道(151；152；153)，
其中，电气开关(1000)的至少一个极(1101；1102；1103)包括至少两个用于闭合或断开电流路径的开关触点(1211、1221；1212、1222；1213、1223)，
其中，电气开关(1000)的至少一个极(1101；1102；1103)的开关触点(1211、1221；1212、1222；1213、1223)能够借助操作构件(110)断开，所述操作构件能够对在各两个开关触点(1211、1221；1212、1222；1213、1223)的断开区(1201；1202；1203)中通过在开关触点(1211、1221；1212、1222；1213、1223)的电动力学反冲中拉出的电弧(LB)而产生的压力(p)做出响应，并且
其中，断开区(1201；1202；1203)能够借助流动通道(151；152；153)与操作构件(110)连接，
其特征在于，
操作构件(110)由触发元件(147)的壳体(148)在中性位置和触发位置之间导引，其中，在到达触发位置之后，减压部使压力触发装置(100)排气。
2.根据权利要求1所述的用于电气开关(1000)的压力触发装置(100)的具有操作构件(110)的触发元件(147)，其中，在所述触发位置中，电气开关(1000)的至少一个极(1101；1102；1103)的开关触点(1211、1221；1212、1222；1213、1223)被断开。
3.根据权利要求1或2所述的具有用于电气开关(1000)的压力触发装置(100)的操作构件(110)的触发元件(147)，其中，所述操作构件(110)能够在壳体(148)的导引部中在中性位置和触发位置之间移动。
4.根据权利要求1至3之一所述的具有用于电气开关(1000)的压力触发装置(100)的操作构件(110)的触发元件(147)，其中，壳体(148)的导引部中的凹槽(150)作用使得压力触发装置(100)在触发位置中减压。
5.根据权利要求1至3之一所述的具有用于电气开关(1000)的压力触发装置(100)的操作构件(110)的触发元件(147)，其中，壳体(148)中的孔(149)、缝隙或者其它类型的开口作用使得压力触发装置(100)在触发位置中减压。
6.一种具有根据前述权利要求之一所述的触发元件(147)的压力触发装置(100)。
7.根据权利要求6所述的具有触发元件(147)的压力触发装置(100)，其中，压力触发装置(100)包括止回阀(161；162；163)，所述止回阀只允许从断开区(1201；1202；1203)朝操作构件(110)的方向的流动。
8.根据前述权利要求6或7所述的压力触发装置(100)，其中，压力触发装置(100)由至少两个分别具有止回阀(161；162；163)和流动通道(151；152；153)的阀元件(141；142；143)以及具有操作构件(110)的触发元件(147)模块化地构造，其中，至少两个阀元件(141；142；143)和触发元件(147)设计为能够插接在一起。
9.根据权利要求8所述的压力触发装置(100)，其中，所述压力触发装置(100)包括使至少两个阀元件(141；142；143)或触发元件(147)彼此连接或封闭的封闭元件(145；145')和连接元件(146)。
10.一种电气开关(1000)，具有多个极(1101；1102；1103)和根据权利要求6至9之一所述的压力触发装置(100)，
其中，电气开关(1000)的多个极(1101；1102；1103)分别包括至少两个用于闭合或断开电流路径的开关触点(1211、1221；1212、1222；1213、1223)，
其中，电气开关(1000)的多个极(1101；1102；1103)的开关触点(1211、1221；1212、1222；1213、1223)借助操作构件(110)断开，所述操作构件对在各两个开关触点(1211、1221；1212、1222；1213、1223)的断开区(1201；1202；1203)中通过在开关触点(1211、1221；1212、1222；1213、1223)的电动力学反冲中拉出的电弧(LB)而产生的压力(p)做出响应，并且
其中，断开区(1201；1202；1203)借助流动通道(151；152；153)与操作构件(110)连接。
11.根据权利要求10所述的电气开关(1000)，其中，电气开关(1000)包括一个、两个或者三个电极(1101；1102；1103)，并且所述压力触发装置(100)包括三个或者四个流动通道(151；152；153)。
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