机电的紧凑式保护开关设备的制作方法

1.本发明涉及一种机电的紧凑式保护开关设备本发明涉及一种机电的紧凑式保护开关设备其具有只为一个分度单位(teilungseinheit)的壳体宽度，在所述保护开关设备中布置有用于操作第一开关触头的第一磁线圈以及用于操作第二开关触头的第二磁线圈，其中，所述两个开关触头布置在两个磁线圈之间。


背景技术：

2.机电的保护开关设备、例如功率开关、线路保护开关、故障电流保护开关以及灭弧或者防火保护开关用于监测电流回路以及为电流回路提供安全保障，并且尤其是作为开关和安全元件用于供电网和配电网中。为了监测电流回路并且为电流回路提供安全保障，保护开关设备通过两个或者更多个接线端(或者说接线夹)与待监测的回路的电气线路导电地连接，以便在需要时将相应的被监测的线路中的电流断开。保护开关设备为此具有至少一个开关触头，所述开关触头能够在出现预定义的状态、例如在检测到短路或者故障电流时断开，以便将被监测的回路与电力网分离。这种保护开关设备在低压技术领域中也作为串联安装设备已知。
3.功率开关是专门针对高电流设计的。也被称为“微型断路器”(mcb)的线路保护开关(所谓的ls开关)在电气安装中呈现为所谓的过电流保护装置并且尤其是在低压电网的范围中使用。功率开关和线路保护开关确保在短路时可靠地断开并且保护用电器和设备免受过载的影响。以此方式例如保护电气线路以防由于过高的电流造成的过强的升温而损坏。
4.为了中断唯一的相线路通常使用单极的线路保护开关，所述线路保护开关通常具有一个分度单位(相应地约为18mm)的宽度。对于三相的接头，(作为对三个单极的开关设备的备选方案)使用三极的线路保护开关，所述三极的线路保护开关相应地具有三个分度单位(相应地约为54mm)的宽度。三个相导体中的每个在此都配置有极、即开关位置。如果除了三个相导体之外还应当附加地中断零线，则提到四极设备，所述四极设备具有四个开关位置：三个用于所述三个相导体以及一个用于共同的零线。对于单相的应用相应地存在所谓的“1+n”设备，所述“1+n”设备具有两个开关位置，即用于中断相导体的第一开关位置以及用于中断配属于相线路的零线的其它开关位置。
5.由于在电气安装技术中应用时，可供使用的结构空间、例如在电气安装分配器中可供使用的结构空间大多非常有限，因此有必要例如通过使用宽度只为一个分度单位的紧凑的“1+n”设备尽可能紧凑地设计保护开关设备。以狭窄的构造方式设计的紧凑的保护开关设备原则上例如由专利文献ep 1 191 562 b1、ep 1 473 750 a1或者de 10 2004 034 859 a1已知。此外，为了开发其它使用领域应当实现越来越高的额定电流强度。这些发展都导致在功能范围不断增大的同时在开关设备内部中可供使用的结构空间越来越小。


技术实现要素：

6.因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种紧凑的机电的保护开关设备，所述保护开关设备至少部分地改善前述问题。
7.按照本发明，该技术问题通过机电的紧凑式保护开关设备解决。
8.按照本发明的机电的紧凑式保护开关设备具有绝缘材料壳体，所述绝缘材料壳体具有只为一个分度单位的宽度。绝缘材料壳体本身具有前侧、与所述前侧对置的固定侧以及连接所述前侧和固定侧的第一窄侧、第二窄侧和第一宽侧、第二宽侧。此外，保护开关设备具有用于操作所述保护开关设备的第一开关触头的第一磁线圈以及用于操作所述保护开关设备的第二开关触头的第二磁线圈。第一磁线圈在此布置在第一窄侧的区域中并且第二磁线圈布置在第二窄侧的区域中，其中，两个开关触头布置在两个磁线圈之间，其中，两个磁线圈相反地(或者说反向地)卷绕。
9.术语“相反”理解为，两个磁线圈的其中一个向右、即顺时针地卷绕，而两个磁线圈中的另一个向左、即逆时针地卷绕。如果例如第一磁线圈向右卷绕，那么第二磁线圈向左卷绕，备选地当第一磁线圈向左卷绕时，第二磁线圈向右卷绕。第一磁线圈是向左还是向右卷绕在此是不重要的；对于本发明重要的是，第二磁线圈具有相反地定向的卷绕方向。
10.由于两个磁线圈分别占据绝缘材料壳体的可供使用的内部宽度的较大部分，因此所述两个磁线圈不是并排横卧地放置，而是沿着从第一窄侧向第二窄侧延伸的、与第一或者第二窄侧的法向对应的第一方向前后相继地分别布置在两个窄侧之一附近。两个磁线圈分别是电磁的触发系统的部件，所述电磁的触发系统用于在出现短路时触发保护开关设备。两个触发系统中的每个为此具有相对于相应的磁线圈可移动地支承的推杆，所述推杆在出现短路电流时直接地和/或间接地作用在相应的开关触头上，以便断开所述开关触头并且由此中断相关回路。由于两个开关触头布置在两个磁线圈之间，因此两个推杆反向地朝两个居中地布置的开关触头的方向运动。
11.在断开开关触头时产生电弧，所述电弧首先在每个开关触头的两个接触元件之间产生。在触头进一步断开的过程中，相应的电弧被朝向与之对应配属的灭弧室的方向导引，所述电弧在那里被冷却并且最终熄灭。由于两个磁线圈在构造上靠近开关触头以及两个灭弧室，所以在由于高短路电流造成短路触发的情况下产生相互的磁性影响，这体现在参与的部件的热载荷以及能量导通值(energie
‑
durchlasswert)上：在积极的影响下，热载荷以及导通值能够保持得较低。
12.在短路触发时出现的电磁场也影响导电的电弧：在此目的是驱使两个电弧尽可能快地并且在可能的情况下同时地进入相应的灭弧室中并且在那里熄灭。由于两个磁线圈的不同的、相反的卷绕方向，即其中一个顺时针地卷绕并且另一个逆时针地卷绕，能够实现明显更有利的磁场，也就是在磁线圈不同地(向右和向左地)卷绕时，由两个磁线圈产生的整个磁场的合成的力明显更强地朝对应配属于相应电弧的灭弧室的方向作用在相应的电弧上。以此方式能够对运行特性和灭弧特性实现积极的作用；参与的组件和部件的热载荷以及能量导通值由此能够明显被降低。
13.在保护开关设备的一种有利的扩展设计中，在绝缘材料壳体中还容纳并且固持有用于熄灭在断开第一开关触头时出现的第一电弧的第一灭弧室以及用于熄灭在断开第二开关触头时出现的第二电弧的第二灭弧室。
14.两个灭弧室分别具有多个灭弧板，所述灭弧板沿着堆叠方向彼此相间隔地固持。如果驱使电弧进入灭弧室中，则所述电弧通过灭弧板分成多个部分电弧。这一方面作用产生更高的电弧电压，另一方面通过金属的灭弧板作用使得电弧冷却。两种效果使得电弧更快地熄灭；由此能够显著降低能量引入并且由此显著降低周围的组件和部件的热载荷。
15.在保护开关设备的另一种有利的扩展设计中，绝缘材料壳体在看向固定侧的俯视图中分为两个分别与宽侧之一邻接的电流路径区域，其中，第一电流路径区域具有第一电流路径，第一开关触头以及第一磁线圈布置在所述第一电流路径中，并且其中，第二电流路径区域具有第二电流路径，第二开关触头以及第二磁线圈布置在所述第二电流路径中。
16.两个磁线圈之一对应配属于两个电流路径的其中分别布置有两个开关触头之一的每一个电流路径，以便在相应的电流路径中出现短路的情况下通过断开与所述电流路径对应配属的开关触头将相关的电流路径中断。以此方式能够在宽度只为一个分度单位的紧凑式保护开关设备中确保两个独立的电流路径的安全。
17.在保护开关设备的另一种有利的扩展设计中，第一电流路径能够与第一相导体接触(或者说触点接通)并且第二电流路径能够与第二相导体接触。
18.如果两个电流路径的每一个都与相导体导电地连接，则能够借助紧凑式保护开关设备保护两个独立的相线路。现在能够通过宽度只为(或者说只有)一个分度单位的双极的保护开关设备实现这种保护，而不是使用具有宽度分别为一个分度单位的两个线路保护开关。这尤其是在位置情况狭小时、例如在电气安装分配器中具有决定性的优点。
附图说明
19.以下在参考附图的情况下详细阐述机电的紧凑式保护开关设备的实施例。在附图中：
20.图1和图2在不同视角中示出了紧凑式保护开关设备的示意图；
21.图3和图4示出了具有两个同向地卷绕的磁线圈的磁性短路触发系统的示意图；
22.图5和图6示出了具有两个相反地卷绕的磁线圈的磁性短路触发系统的示意图；
23.图7示出了在线圈绕组同向和相反时的不同力向量的示意图。
24.在附图的不同视图中，相同的部件始终配设有相同的附图标记。说明书适用于同样能够看到相应的部件的所有附图。
具体实施方式
25.在图1和图2中在俯视图和正视图中示意性地示出了按照本发明的紧凑式保护开关设备1。保护开关设备1具有绝缘材料壳体2，所述绝缘材料壳体本身具有前侧3、与所述前侧3对置的固定侧4以及连接所述前侧3和固定侧4的第一窄侧5
‑
1和第二窄侧5
‑
2以及第一宽侧6
‑
1和第二宽侧6
‑
2。保护开关设备1能够借助在固定侧4的区域中沿着第一方向r1能移动地支承在绝缘材料壳体2上的滑块7固定在支承轨道或者安装轨(未示出)上。在前侧3的区域中布置有操作元件9，借助所述操作元件能够手动地操作保护开关设备1。
26.绝缘材料壳体2以狭窄的构造方式设计并且沿着与第一方向r1垂直地定向的第二方向r2具有只为一个分度单位(1te)的宽度b，这约等于18mm。假想的分隔线8(以虚线示出)在绝缘材料壳体2的中部延伸，所述分隔线将绝缘材料壳体2分为两个几乎相同大小的部分
区域、即第一电流路径区域10以及第二电流路径区域20。在图1的视图中，分隔线8精确居中地并且平行于宽侧6
‑
1和6
‑
2定向地示出。然而这只归因于图1的示意性显示并且不一定是必要的。而当然可行的是，两个电流路径区域10、20的各个单独的区段沿着宽度方向具有更高的或者更低的位置空间需求，因此分隔线8在该区段中不是居中地和/或不是平行于宽侧6
‑
1和6
‑
2地延伸。分隔线也可以区段性地设计为第一电流路径区域10和第二电流路径区域20之间的分隔壁，以便例如使两个区域彼此电绝缘。
27.第一电流路径区域10和第二电流路径区域20都设置用于分别连接外部的电的相导体p1或者p2。两个电流路径区域10、20为此分别具有两个接线端30，其中分别有一个布置在绝缘材料壳体2的第一窄侧5
‑
1的区域中并且另一个布置在绝缘材料壳体2的第二窄侧5
‑
2的区域中。为了电接触，外部的相导体p1和p2导引穿过构造在窄侧5
‑
1和5
‑
2中的开口并且与位于所述开口之后的接线端30导电连接。
28.在绝缘材料壳体2的内部中，第一电流路径区域10的两个接线端30通过从第一窄侧5
‑
1向对置的第二窄侧5
‑
2延伸的第一电流路径11彼此导电连接。为了中断第一电流路径11，在第一电流路径区域10中布置有第一开关触头12，所述第一开关触头能够在电短路的情况下借助第一磁性触发器13断开。第一磁性触发器13为此具有第一磁线圈13
‑
1，借助所述第一磁线圈能够操作第一推杆13
‑
2。在出现流过第一磁线圈13
‑
1的短路电流时，第一推杆13
‑
2从磁线圈13
‑
1朝第一开关触头12的方向运动，由此断开所述第一开关触头。
29.与第一电流路径区域10类似地，第二电流路径区域20的两个接线端30在绝缘材料壳体2的内部中通过从第一窄侧5
‑
1向对置的第二窄侧5
‑
2延伸的第二电流路径21彼此导电连接。为了中断第二电流路径21，在第二电流路径区域20中布置有第二开关触头22，所述第二开关触头能够在电短路的情况下借助第二磁性触发器23断开。第二磁性触发器23为此具有第二磁线圈23
‑
1，借助所述第二磁线圈能够操作第二推杆23
‑
2。在出现流过第二磁线圈23
‑
1的短路电流时，第二推杆23
‑
2从第二磁线圈23
‑
1朝第二开关触头22的方向运动，由此断开所述第二开关触头。
30.在紧凑式保护开关设备1的结构上的构造方面，第一磁线圈13
‑
1和第二磁线圈23
‑
1沿着宽度方向不是并排横卧地布置。因此，出于位置空间的原因，第一磁线圈13
‑
1在第一窄侧5
‑
1的区域中容纳并且固持在绝缘材料壳体2中，而第二磁线圈23
‑
1在第二窄侧5
‑
2的区域中容纳并且固持在绝缘材料壳体2中。两个开关触头12和22在此基本上居中地在第一磁线圈13
‑
1和第二磁线圈23
‑
1之间布置、即容纳并且固持在绝缘材料壳体2中。
31.除了由于短路而通过分别对应配属于开关触头12和22的磁性触发器13或者23断开所述开关触头12和22之外，也可以通过借助(未示出的)开关机构操作布置在前侧3上的操作元件9手动地操作两个开关触头12和22，所述开关机构建立了与开关触头的机械连接。
32.在第一或者第二磁性触发器13或者23下方、即朝固定侧4的方向分别在绝缘材料壳体2中容纳并且固持有对应配属于相应的触发器13或者23的第一或者第二灭弧室14或者24。这些灭弧室14或者24用于将在断开分别对应配属的开关触头12或者22时出现的电弧分为多个部分电弧、冷却并且由此使所述电弧熄灭。保护开关设备通常也具有用于在热过载的情况下触发所述保护开关设备的至少一个热触发器。热触发器同样直接地和/或间接地作用在分别对应配属的开关触头上，以便在热过载的情况下中断对应配属于所述开关触头的电流路径。然而由于这对于本发明是不重要的，因此出于图示清晰的原因舍弃对热触发
器的显示。
33.在图3和图4中示意性地示出了用于紧凑式保护开关设备的具有两个同向地卷绕的磁线圈13
‑
1和23
‑
1的磁性的短路触发系统(或者说短路保护系统)。图3在此示出了短路触发系统的侧视图，而图4示出了在右侧所示的第一灭弧室14的底视图。
34.当在第一和第二电流路径的其中一个或者两个11和/或21中出现短路时，两个磁线圈的其中一个或者两个磁线圈13
‑
1和/或23
‑
1被高的短路电流流过，由此使相应的推杆13
‑
2和/或23
‑
2被操作并且将对应配属的开关触头12和/或22断开。两个开关触头12、22的每一个都具有固定触头以及能相对于所述固定触头移动的移动触头。这能够在图3中示例性地在略微断开地示出的第二开关触头22处看到：第二开关触头22具有固定触头22
‑
1以及能够相对于所述固定触头移动的移动触头22
‑
2，所述固定触头通过第二磁线圈23
‑
1与在左侧示出的接线端30之一(第二电流路径的输入接线端)导电连接，所述移动触头与在右侧示出的接线端30之一(第二电流路径的输出接线端)导电连接。
35.在断开通电的开关触头时，由于固定触头侧和移动触头侧之间的电势差出现电弧，所述电弧在进一步移动的过程中被挤压到与相应的开关触头12或者22对应配属的灭弧室14或者24中并且在那里被熄灭。为了更快速地朝对应配属的灭弧室的方向挤压电弧，还使用(电)磁场，所述(电)磁场按照洛伦兹定理在电流流过的导体上施加力(洛伦兹力f)，所述力的方向取决于磁场的方向以及电流流过的导体中的电流方向。
36.针对图3所示的磁性短路触发系统，在图4中示意性地示出了这种作用在位于第一灭弧室14之前的电弧上的、由短路触发系统的磁场产生的力向量f1。在此突出的是，作用在电弧上的力向量f1不只具有沿着第一方向r1的力分量f
1r1
，还具有沿着第二方向r2的其它力分量f
1r2
。
37.然而宽度b只为一个分度单位te的紧凑的保护开关设备1中的狭小的位置情况导致，在可能流过高达10000安培的电流的短路切断装置中，由磁线圈13
‑
1和23
‑
1以及其余导引电流的构件产生的磁场相互影响，这基于洛伦兹定理也对作用在所述或者多个电弧上的力产生影响。根据参与的各个单独部分和部件的几何设计、功能组件在紧凑式设备中的布置结构以及在切断过程中产生的一个或者多个电弧的当前位置，在此也可能对所述或者所述多个电弧的运行特性产生不同的、甚至负面的影响。
38.在图5和图6中示意性地示出了用于紧凑式保护开关设备1的相似的磁性短路触发系统。图5在此仍示出了具有两个磁线圈13
‑
1和23
‑
1的短路触发系统的侧视图，而图6示出了在右侧所示的第一灭弧室14的与所述侧视图对应的底视图。
39.然而与图3和图4的视图不同的是，图5和图6所示的短路触发系统具有两个相反地卷绕的磁线圈13
‑
1和23
‑
1：左侧示出的第二磁线圈23
‑
1仍向右卷绕，而右侧示出的第一磁线圈13
‑
1现在具有左旋的卷绕方向。图6显示了这种设计上的变化的影响：在该处仍示出了作用在位于第一灭弧室14之前的电弧上的、由短路触发系统的磁场产生的力向量f2。所述力向量同样具有沿着第一方向r1的力分量f
2r1
以及沿着第二方向r2的其它力分量f
2r2
。
40.在图4与图6的比较中显示了不是使用两个同向地卷绕的磁线圈、而是使用两个相反地卷绕的磁线圈的这种设计上的变化的影响。为了更好地阐明这种效果，在图7中示意性地共同示出了在同向的线圈绕组中的具有相应的力向量分量f
1r1
和f
1r2
的相应力向量f1以及在相反的线圈绕组中的具有相应的力向量分量f
2r1
和f
2r2
的相应力向量f2。在此表明了，
在相反地卷绕的磁线圈中，力向量分量f
2r2
明显比按照图4的在使用同向地卷绕的磁线圈时产生的力向量分量f
1r2
小。沿着方向r1作用的力向量分量f
2r1
在相反地卷绕的磁线圈中也大于在使用同向地卷绕的磁线圈时的相应的力向量分量f
1r1
。
41.具有向左或者向右卷绕的磁线圈13
‑
1和23
‑
1的各个单独观察的磁性触发器13和23的响应和触发特性是相同的，然而通过紧凑式保护开关设备1的合成的总磁场在两个电弧的运行和熄灭特性方面显示出了明显更有利的特性：紧凑式保护开关设备1的整个磁场的合力在不同地、即相反地卷绕的磁线圈13
‑
1和23
‑
1中明显比在同向地卷绕的磁线圈中更强地沿着期望的方向r1作用在电弧上。由此能够以此方式实现进入灭弧室14中的电弧的明显更加稳定的特性：由此有效地避免了i2t导通能量值较高时存在电弧的逆弧和再点弧的不稳定的电弧运行。
42.在图5的视图中，在左侧示出的第二磁线圈23
‑
1向右、即顺时针地卷绕，而在右侧示出的第一磁线圈13
‑
1向左、即逆时针地卷绕。然而当然同样也可行的是，在图5中在左侧示出的磁线圈13
‑
1向左卷绕并且在右侧示出的磁线圈23
‑
1向右卷绕。在这种情况下，两个磁线圈13
‑
1和23
‑
1也相反地卷绕，由该布置结构产生的总磁场以及由此合成的、驱使电弧的力向量的积极的效果得以保持。
43.附图标记列表
[0044]1ꢀꢀꢀꢀ
保护开关设备
[0045]2ꢀꢀꢀꢀ
绝缘材料壳体
[0046]3ꢀꢀꢀꢀ
前侧
[0047]4ꢀꢀꢀꢀ
固定侧
[0048]5‑1ꢀꢀ
第一窄侧
[0049]5‑2ꢀꢀ
第二窄侧
[0050]6‑1ꢀꢀ
第一宽侧
[0051]6‑2ꢀꢀ
第二宽侧
[0052]7ꢀꢀꢀꢀ
滑块
[0053]8ꢀꢀꢀꢀ
分隔线
[0054]9ꢀꢀꢀꢀ
操作元件
[0055]
10
ꢀꢀꢀ
第一电流路径区域
[0056]
11
ꢀꢀꢀ
第一电流路径
[0057]
12
ꢀꢀꢀ
第一开关触头
[0058]
13
ꢀꢀꢀ
第一磁性触发器
[0059]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
13
‑
1 磁线圈
[0060]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
13
‑
2 推杆
[0061]
14
ꢀꢀꢀ
第一灭弧室
[0062]
20
ꢀꢀꢀ
第二电流路径区域
[0063]
21
ꢀꢀꢀ
第二电流路径
[0064]
22
ꢀꢀꢀ
第二开关触头
[0065]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
22
‑
1 固定触头
[0066]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
22
‑
2 移动触头
[0067]
23
ꢀꢀꢀ
第二磁性触发器
[0068]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
23
‑
1 磁线圈
[0069]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
23
‑
2 推杆
[0070]
24
ꢀꢀꢀ
第二灭弧室
[0071]
30
ꢀꢀꢀ
接线端
[0072]
b
ꢀꢀꢀꢀ
宽度
[0073]
f1ꢀꢀꢀ
力向量
[0074]
f2ꢀꢀꢀ
力向量
[0075]
f
1r1 向量f1的沿着方向r1的力分量
[0076]
f
1r2 向量f1的沿着方向r2的力分量
[0077]
f
2r1 向量f2的沿着方向r1的力分量
[0078]
f
2r2 向量f2的沿着方向r2的力分量
[0079]
p1
ꢀꢀꢀ
第一相导体
[0080]
p2
ꢀꢀꢀ
第二相导体
[0081]
r1ꢀꢀꢀ
第一方向
[0082]
r2ꢀꢀꢀ
第二方向
[0083]
te
ꢀꢀꢀ
分度单位