[发明专利]电开关设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种电开关设备，所述电开关设备具有一个由电绝缘材料构 成的外壳和三条布置在所述外壳内的电流路径，所述三条电流路径被分配给 一个三相系统的不同相。

背景技术

一般情况下，每条电流路径均由两个在接触区内彼此分离的导体和/或触 点支架构成。该接触区内布置有触桥，这两个导体可借助该触桥彼此电气相 连。此类开关设备的外壳由电绝缘材料(多数情况下为塑料)构成。在开关 设备的工作过程中或当开关设备发生故障(例如过载或短路)时，输电和通 断过程会在开关设备中产生须由构成外壳的塑料经受的热量。使导体和/或电 流路径受热不均的另一原因在于，这些并排布置的导体中位于外侧的导体对 位于中间的导体产生热绝缘作用，即产生一种从中间开始的散热效果。最后， 这些导体受热不均的原因还包括所述三个导体负荷或功耗不均，所述负荷或 功耗不均是由三相系统中的电流分布不均匀，电流路径的电阻(特别是接触 电阻)彼此不同，进行单侧通断操作，或者短路情况下其中一个相和/或分配 给该相的导体负荷过重等因素造成的。因此，这种开关设备需要使用较贵的 塑料，即耐热性良好的塑料。此外，上述各因素还会导致脱扣性能(即对过 载电流、断相和/或不平衡负载的识别和切断或消除)发生不利于安全性的变 化。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种开篇所述类型的开关设备，这种开关设 备在电流路径受热不均方面有所改善。

这个目的通过一种根据权利要求1所述的开关设备而达成，在该开关设 备中，所述电流路径通过至少一个热桥彼此热相连，所述热桥至少部分由一 种材料构成，所述材料的热导率大于所述外壳的材料或空气的热导率，所述 热桥通过对流方式与所述电流路径和所述外壳进行热交换，且有助于所述电 流路径的温度均衡化。本发明的出发点是利用存在于导体之间的温度梯度来 实现导体冷却。由一个因接触电阻波动而受热较多的导体将热量散发到一个 受热较少的导体上，从而使这部分热量从受热较多的导体分布在全部三个导 体上。通过这种方式可有效减小电流路径和外壳材料发生局部过热的可能 性，这样就可对耐热性较差但成本较低的塑性材料加以利用。通过为各导体 采取热均衡措施，可避免产生尤其会影响开关设备的使用寿命的受热不均现 象。另一优点在于，在不考虑受热不均的情况下，借此可为所有相和/或分配 给这些相的导体采用相同设计。构成所述热连接的元件在采用相应设计的情 况下还有助于开关设备外壳的加固。

根据第一实施方案，所述导体与所述热桥之间实现热连接的方式为，所 述热桥与所述电流路径(优选与所述触点支架、连接区或触桥)直接接触或 物理接触。一方面，上述区域不被任何绝缘物包裹，因而可与所述热桥直接 接触；另一方面，触点支架在热方面是特别关键的组件，尤其涉及到由接触 电阻引起的受热问题。在前两种情况下，可将位置固定地布置在开关设备外 壳内的热桥直接连接在一个冷源上，以便进行散热和/或冷却。但在将热桥分 配给触桥的情况下，由于触桥必须具有可动性而无法采取上述措施，此时， 该热桥主要通过对流和热辐射来发挥其冷却作用。

所述热桥可由电绝缘材料(例如陶瓷材料)构成，也可由金属构成。作 为导热性能良好的陶瓷材料，可优先考虑使用Al₂O₃、AlN和/或SiC。在所 述热桥由金属(特别是导热性能极好的Cu或Al)构成的情况下，该热桥通 过一个由电绝缘材料构成的中间层与电流路径相连。特别是当该中间层由无 机材料构成时，该中间层可保持较薄的厚度，这样就可以使电流路径与热桥 之间的热传递只受到很小程度的影响。如果为该中间层使用导热性能良好的 材料，例如云母、陶瓷材料、氧化物材料和导热胶，就可使这一情况得到进 一步的改善。另一优选设计方案是通过下述方式将金属热桥与电流路径电隔 离，即借助两个隔离层将该热桥分成三个分部件，其中，每个分部件均通过 一个金属表面与电流路径接触或导电相连。