CN102222578B - 用于中压电路的开关单元和断路器 - Google Patents

Abstract

本发明名称为用于中压电路的开关单元和断路器，提供一种用于电压断路器的开关单元，包括：第一开关接触部；第二开关接触部，其中第一开关接触部在第一开关接触部接触第二开关接触部的第一位置与第一开关接触部和第二开关接触部彼此分离的第二位置之间是可移动的。此外，定位元件将熄弧沟定位在开关单元上，其中熄弧沟包括：多个基本上平行金属板的至少两个叠层；第一连接装置，其能够将第一开关接触部电连接到从第一叠层的最接近的25％金属板中选择的预定金属板；以及第二连接装置，其能够将第二开关接触部电连接到从第二叠层的最接近的25％金属板中选择的预定金属板。

Description

用于中压电路的开关单元和断路器

技术领域

本发明涉及用于中压断路器的开关单元，其中包括：第一开关接触部；第二开关接触部，其中第一开关接触部在第一开关接触部接触第二开关接触部的第一位置与第一开关接触部和第二开关接触部彼此分离的第二位置之间移动；定位元件，将熄弧沟在开关单元上，其中熄弧沟包括多个基本上平行金属板的至少两个叠层，其中各叠层具有适合于设置在开关单元的方向上的近端。

此外，本公开涉及断路器。

背景技术

通常，断路器或空气断路器用于铁路车辆上的直流(DC)电路。例如，这类高速DC断路器可开关具有超过500伏特和5000安培的直流。

从EP1876618A1已知用于断路器的包括串行连接的多个熄弧沟(arcchute)单元的可适配熄弧沟，并且其特征在于还包括与熄弧沟单元的一部分并行连接的开关，以便当处于闭合位置时绕过熄弧沟单元的所述部分。

在已知断路器中，大量使用连接到开关接触部的角形件(horn)。通常，角形件用于将电弧导向熄弧沟中，但是在起弧时间期间电弧的足部(thefeetofthearcs)保持在角形件上。例如，电弧使角形件变热，角形件立即开始汽化和生成气体。角形件磨损，并且在一定数量的操作之后必须更换。因此，角形件在断路器的使用寿命结束之前必须定期更换。但是，角形件难以调换。此外，因热集中而生成许多气体，通常大多数气体集中在靠近开关接触部的有限容积中。这些气体可生成等离子体，并且复燃(re-ignition)可能发生。调换断路器的角形件通常是复杂的。

本发明的目的是提供一种不存在现有技术的这些缺点的用于中压电路的开关单元和断路器，尤其是提供角形件的低使用率以及开关单元的更长使用寿命。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供一种用于DC中压断路器的开关单元，其中包括：第一开关接触部；第二开关接触部，其中第二开关接触部在第一开关接触部接触第二开关接触部的第一位置与第一开关接触部和第二开关接触部彼此分离的第二位置之间是可移动的；定位元件，将熄弧沟定位在开关单元上，其中熄弧沟包括多个基本上平行金属板的至少两个叠层；第一连接装置，适合于和/或能够将第一开关接触部电连接到从第一叠层的最接近的25%金属板中选择的预定金属板；以及第二连接装置，适合于和/或能够将第二开关接触部电连接到从第二叠层的最接近的25%金属板中选择的预定金属板。通常，各叠层具有适合于和/或能够朝着开关单元设置的近端。

在一个典型实施例中，断路器是空气DC断路器。因此，每次电流中断生成电弧。通常，电弧从接触部分离开始，并且保持到电流为零。在典型实施例中，为了能够阻断DC电流，高速DC断路器构建比电网电压(netvoltage)更高的DC电压。要构建DC电压，空气断路器可使用熄弧沟或者熄弧室，其中金属板用于将电弧分为若干局部电弧，使该电弧延长，并且气体用于通过化学反应、例如通过汽化塑料或另一种材料来增加电弧电压。

因此，提供一种断路器，其具有使用寿命更长的角形件。第一叠层和第二叠层的预定金属板具有与各自的第一开关接触部和第二开关接触部相同的电位。例如，熄弧沟的零层金属板或预定金属板通过等位(equipotential)连接与开关接触部连接，例如通过电连接与开关接触部连接。一旦电弧足部跳转到相应叠层的零层或预定金属板上，电流则流经等位连接。通常，开关接触部和角形件比现有断路器更凉，因为电弧、尤其是电弧足部更快地从角形件转移到熄弧沟的预定金属板或零层。此外，电弧足部相互之间具有更大距离。

此外，熄弧沟通常比角形件更容易和更快调换，使得角形件的更长使用寿命会引起熄弧沟的更短维护。这在熄弧沟用于车辆、例如火车的情况下会是重要的。根据一个实施例，角形件的使用寿命与开关接触部和用于移动断路器的开关接触部的驱动单元的使用寿命大致相同。因此，在维护期间，在其被使用时可以仅调换熄弧沟。

在一个典型实施例中，第一叠层的预定金属板从第一叠层的最接近的20%、特别是最接近的10%金属板中选择。

在一个典型实施例中，第二叠层的预定金属板从第二叠层的最接近的20%、特别是最接近的10%金属板中选择。

在可与本文所公开的其它实施例进行组合的一个典型实施例中，第一连接装置和/或第二连接装置设置成使得将中断操作中在第一开关接触部与第二开关接触部之间所形成的电弧的电弧足部转移到第一叠层和第二叠层的预定金属板。

在一个典型实施例中，定位元件为螺杆(screw)、铰链(hinge)、螺栓(bolt)、挡块(stop)、条等等。例如，定位元件用于将熄弧沟连接到开关单元。

在一个典型实施例中，第二开关接触部基本上沿移动方向移动。

在一个实施例中，通常，开关单元还包括：第一角形件，尤其由钢或铁制造，电连接到第一开关接触部，其中第一开关接触部适合将第一电弧足部导向熄弧沟、尤其导向熄弧沟的第一叠层；以及第二角形件，它尤其由钢或铁制造，电连接到第二开关接触部，第二开关接触部适合将第二电弧足部导向熄弧沟、尤其导向熄弧沟的第二叠层。

在可与本文所公开的其它实施例进行组合的一个典型实施例中，第一角形件和/或第二角形件具有沿第一和/或第二开关接触部的方向的固定第一端以及与其相应第一端相对的弹性第二端，其中尤其是第二端沿待安装到开关单元上的熄弧沟的方向是可移动的。

例如，在一个实施例中，第一连接装置设置在第一角形件上，和/或第二连接装置设置在第二角形件上，其中尤其是第一连接装置设置在第一角形件的第二端处，和/或第二连接装置设置在第二角形件的第二端处。

在可与本文所公开的其它实施例进行组合的一个典型实施例中，第一连接装置和/或第二连接装置分别是石墨导体(graphiteconductor)，尤其是固定到相应第一或第二角形件的石墨导体。

例如，在一个实施例中，第一角形件的第二端和/或第二角形件的第二端沿适合安装到开关单元上的熄弧沟的叠层的方向偏置。

在可与本文所公开的其它实施例进行组合的一个典型实施例中，第一连接装置是第一金属连接器、尤其是条，和/或第二连接装置是第二金属连接器、尤其是金属线。

例如，在一个实施例中，第一叠层的预定金属板和/或第二叠层的预定金属板是相应叠层的沿开关单元的方向最接近的金属板。

在一个典型实施例中，第一叠层和第二叠层分别具有远端,尤其是与近端相对的远端，其中第一叠层的远端处的金属板、尤其是第一叠层的最远的金属板电连接到第二叠层的远端处的金属板、尤其是第二叠层的最远的金属板。

在一个典型实施例中，从第一叠层的最远的25%、尤其为10%的金属板中选择的金属板电连接到从第二叠层的最远的25%、尤其为10%的金属板中选择的金属板,尤其是通过金属条。

例如，在一个实施例中，提供根据本文所公开的一个实施例的开关单元用于具有超过600A的DC电流。

此外，本公开涉及用于中压电路的包括根据本文所公开的一个实施例的开关单元的断路器,以及熄弧沟。

在一个典型实施例中，熄弧沟的各叠层的金属板基本上相等。

在可与本文所公开的其它实施例进行组合的一个典型实施例中，叠层基本上与第一和/或第二开关接触部的移动方向正交。

例如，在一个实施例中，第一叠层的预定金属板和/或第二叠层的预定金属板具有铜镀层。

在一个典型实施例中，第一叠层和/或第二叠层的金属板由钢制造。

在可与本文所公开的其它实施例进行组合的一个典型实施例中，断路器是用于牵引车辆、尤其用于铁路车辆、有轨电车、无轨电车等的断路器。

附图说明

为了能够详细了解本发明的上述特征的方式，可参照实施例来论述本发明的具体描述、上文概述。附图涉及本发明的实施例，并且描述如下：

图1示意示出具有断开的开关接触部的断路器的一个实施例的侧视图；

图2示意示出断路器的开关单元的一部分的侧视图；以及

图3示意示出开关单元的另一个实施例的侧视图。

现在详细参照各个实施例，在附图中示出它们的一个或多个示例。各示例作为说明来提供，而不是对本发明的限制。在附图的以下描述中，相同参考标号表示相同组件。一般来说，仅描述相对单独实施例的差异。

具体实施方式

图1示出中压直流(DC)断路器的侧视图。断路器通常是工作在通常为500V与3600V之间的中压的空气断路器。断路器包括熄弧沟100和开关单元200。熄弧沟包括金属板104a、104b、…、104n的第一叠层102以及金属板108a、108b、…、108n的第二叠层106。

在一个典型实施例中，第一叠层和第二叠层102、106的金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n基本上相等。电弧空间(arcspace)109设置在金属板的第一叠层102与第二叠层106之间。通常，当断路器开路时，电弧置于(mountsin)电弧空间109中。

通常，熄弧沟对称于穿过电弧空间109的轴，该轴与金属板的第一叠层102和金属板的第二叠层106的堆叠方向平行。此外，在一个典型实施例中，第一叠层102的顶层金属板或最远的金属板104n通过连接条110电连接到第二叠层106的顶层金属板或最远的金属板108n。因此，第一叠层的顶层金属板104n处于与第二叠层106的顶层金属板108n相同的电位。

第一叠层102的最底部金属板或零层金属板104a和第二叠层106的最底部金属板或零层金属板108a通常是相应叠层102、106相对开关单元200的最近金属板。因此，最底部金属板或最接近的金属板104a、108a和顶层板104n、108n设置在沿金属板的相应叠层102、106的堆叠方向的相对端。

在一个典型实施例中，各叠层102、106包括大约36个金属板104a、104b、…104n、108a、108b、…108n。其它实施例最终可包括超过36个金属板。金属板的数量通常取决于断路器开关的标称电流和/或起弧电压。

在一个典型实施例中，熄弧沟100设置在具有至少一个侧壁112的壳体中。在一个典型实施例中，具有其外壳的熄弧沟100可易于与开关单元200分离。因此可减少维护时间。

开关单元200包括第一开关接触部202a，它可通过第一开关接触端点204a电连接到电网或负载。通常，第一开关接触部202a通过第一开关接触条或汇流条(busbar)203连接到第一开关接触端点204a，其中尤其是第一开关接触条203包括第一开关接触端点204a。通常，第一开关接触部202a固定到第一开关接触条203的第一端，以及第一开关接触端点204设置在第一开关接触条203的与第一端相对的第二端。

此外，开关单元200包括第二开关接触部202b。第二开关单元由驱动单元206沿移动方向S移动，以便将第二开关接触部202b从第一开关接触部202a与第二开关接触部202b处于物理接触的第一位置移动到第一开关接触部202a与第二开关接触部202b分离的第二位置。第二位置如图1所示。第二开关接触部202b可经由第二开关接触端点204b连接到电网或负载。第二开关接触部202b通过柔性导体208a和第二开关接触条208b电连接到第二开关接触端点204b，其中柔性导体208a连接到第二开关接触条208b的第一端。通常，第二开关接触端点204b设置在第二开关接触条208b的第二端处，其中第二端与第二开关接触条208b的第一端相对。

通常，当断路器处于闭合位置、即第一开关接触部202a接触第二开关接触部202b时，电弧空间109在断路器的操作中设置在第一开关接触部和第二开关接触部之上。此外，金属板102、106的叠层的堆叠方向基本上平行于电弧位移方向A，它基本上与移动方向S正交。通常，堆叠方向或电弧位移方向A对应于电弧扩展到熄弧沟中的方向。通常，金属板104a、104b、…104n、108a、108b、…108n和连接条110基本上平行于移动方向S。

第一角形件210a固定到第一接触部202a，以便将电弧足部导向熄弧沟100的第一叠层102的金属板104a、104b、…104n，尤其导向熄弧沟100的第一叠层102的最底部金属板104a。此外，开关单元200配备有第二角形件210b，它设置成使得在第二开关接触部202b具有足部的电弧跳转到角形件210b，并且移动到第二叠层106的金属板108a、108b、…、108n，尤其移动到第二叠层106的最底部金属板108a。

在一个典型实施例中，第一叠层102的最底部金属板104a和第二叠层106的最底部金属板108a分别电连接到第一开关接触部202a和第二开关接触部202b。因此，通过中断电流所形成的电弧的电弧足部通常没有保持在第一和第二角形件210a、210b上而是跳转到最底部金属板104a、108a上。一旦相应电弧足部已经跳转到最底部金属板，电流流经相应等位连接，下文中进行说明。通常，角形件没有被电弧加热，并且因而没有汽化。此外，角形件磨损降低，使得角形件、例如第一角形件210a和第二角形件210b可经得住断路器的使用寿命。通常，一旦电弧已经跳转到最底部金属板上，则增加热耗散。此外，在接近开关接触部处生成较少气体。通常，接近开关接触部的热集中降低，使得等离子体生成和二次点燃(recognition)现象的风险降低。

图1示出处于开路状态的断路器的侧视图，其中第一开关接触部202a与第二开关接触部202b分离。此外，图1示意示出熄弧沟200内的电弧扩张，尤其是通过移动第二开关接触部202b使其离开第一开关接触部202a来断开开关之后的不同时刻的电弧。

在第一时间t0，在第一开关接触部202a和第二开关接触部202b的接触分离之后，起弧开始。

然后，在t1，电弧或者电弧的一个足部离开第一或第二开关接触部202a、202b其中之一，并且跳转到相应开关接触部202a、202b的角形件210a、210b。这可首先在固定的、即第一开关接触部202a上或者在移动的接触部、即第二开关接触部202b上发生。在t2，电弧离开第二开关接触部。然后，电弧足部分别位于第一角形件210a和第二角形件210b上。

然后，在t3，电弧足部跳转到相应零层或最底部金属板104a、108a上，并且电弧继续在熄弧沟内攀升。通常，在这个阶段，若干小电弧在第一叠层1与第二叠层102、104的相应相邻金属板之间生成。

在t4，电弧分别在第一和第二叠层102、106的最底部金属板104a、108a上充分建立(wellestablished)，并且在熄弧沟、尤其是电弧空间109内继续攀升。最后，在t5，电弧完全拉长，到达熄弧沟的顶部，使得构建最大电压。由电弧所构建的电压在t0开始，从t1至t4增加，并且大约在t5达到其最大值。通常，该序列例如受到由电流(例如对于大于100A的电流)所生成的磁场、因热气体引起的烟囱效应(例如对于低于100A的电流)和/或断路器的机械行为(例如第二开关接触部202b的速率)的影响。

在一个典型实施例中，电弧持续存在，直到电流为零，然后电弧自然熄灭。通常，起弧时间与电路的时间常数中的预期短路电流、开路时的电流电平、为了停止(cutting)例如第二开关接触部的接触部速率所需构建的电压、几何断路器设计、例如烟囱效应和/或对熄弧沟或断路器中形成的气体具有影响的所使用材料成比例。

图2以透视图示出用于中压的断路器的一部分。相同特征采用与图1相同的参考标号来表示。断路器在图2中示为处于开路状态。此外，第一叠层102的最底部金属板104a经由板连接条120连接到第一开关接触条203，尤其连接在第一开关接触部的第二端处。因此，第一叠层102的最底部金属板104a具有与第一开关接触部202a相同的电位。通常，第一金属板可松开地连接到板连接条120，并且板连接条120例如通过螺杆可松开地连接到第一开关接触条203。第一开关接触部202a也可按照另一种方式电连接到第一叠层102的第一金属板104a。但是，第一叠层102的最底部金属板或者第一叠层102的接近第一角形件210a的金属板设置成具有与第一角形件210a和/或第一接触开关202a相同的电位。

此外，第二开关接触条208b并且因而第二开关接触部202b通过第一板连接线122a和第二板连接线122b电连接到第二叠层106的最底部金属板108a。因此，第二叠层106的最底部金属板108a具有与第二开关接触部202b相同的电位。在一个典型实施例中，第一板连接线和第二板连接线122a、122b设置在第二开关接触部202b的两侧，使得驱动单元206或者驱动单元206的杆设置在它们之间。在一个典型实施例中，第一板连接线122a和第二板连接线122b可以可松开地连接到第二叠层106的最底部金属板108a和/或连接到第二开关接触条208b。第二开关接触部202b也可按照另一种方式电连接到第一叠层106的第一金属板108a。但是，第一叠层106的最底部金属板或者第一叠层106的接近第二角形件210b的金属板设置成具有与第二角形件210b和/或第二接触开关202b相同的电位。

在一个典型实施例中，第一叠层102的最底部金属板104a和/或第二叠层106的最底部金属板108a可涂敷有铜。因此，热量能够更容易地在相应最底部金属板104a、106a上耗散，并且避免第一金属板104a、108a的生锈。在一个实施例中，第一叠层和第二叠层的金属板由钢制造。第一角形件和第二角形件210a、210b通常由钢或铁制造。

通常，开关接触部与相应最底部金属板之间的等位连接的优点在于，当电弧已跳转到最底部金属板104a、106a上时，热耗散得到改进。因此，在接近接触部处生成较少气体，并且增加阻断能力(breakingcapability)。在一个典型实施例中，角形件、尤其为第一角形件120a和第二角形件120b应当经得住开关单元200的使用寿命。

图3以侧视图示意示出相应开关接触部202a、202b与相应最底部金属板104a、108a之间的连接的另一个实施例，它可与本文所公开的其它实施例进行组合。相同特征采用与前面附图中相同的参考标号来表示。

通常，第一角形件210a与第一开关接触部202a电连接，以及第二角形件210b与第二开关接触部202b电连接。第一角形件210a具有连接到第一开关接触部202a的第一端以及(尤其沿移动方向S的方向)与第一端相对的第二自由端。第一石墨连接器230a固定或连接到第一角形件210a的第二端。第二角形件210b具有沿第二开关接触部202b的方向的第一端,(尤其沿移动方向S的方向)与第一端相对的第二自由端。第二石墨连接器230b固定或连接到第二角形件210b的第二端。

在可与本文所公开的其它实施例进行组合的一个典型实施例中，第一角形件210a沿第一叠层102的金属板的方向偏置，并且第二角形件210b沿第二叠层106的金属板的方向偏置。因此，当熄弧沟固定在开关单元200上时，最底部金属板104a、104b沿开关接触部202a、202b的方向推动相应角形件210a、210b。因此，可靠电接触在开关接触部与熄弧沟的相应最底部金属板104a、104b之间建立。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域的技术人员能够进行和使用本发明。虽然按照各种具体实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员会知道，在权利要求书的精神和范围之内，可经过修改来实施本发明。特别是上述实施例的非互斥特征可相互组合。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。这类其它示例落入权利要求书的范围之内。

Claims (18)

1.一种用于断路器的开关单元(200)，包括：

第一开关接触部(202a)；

第二开关接触部(202b)，其中所述第二开关接触部(202b)在所述第一开关接触部(202a)接触所述第二开关接触部的第一位置与所述第一开关接触部和第二开关接触部(202a，202b)彼此分离的第二位置之间是可移动的；

定位元件，将熄弧沟(100)定位在所述开关单元上，其中所述熄弧沟(100)包括多个基本上平行金属板(104、104a、104b、…、104n、108、108a、108b、…、108n)的至少两个叠层(102，106)；

第一连接装置(120，230a)，能够将所述第一开关接触部(202a)电连接到从第一叠层(102)的最接近的25%金属板中选择的预定金属板(104a)；以及

第二连接装置(122a，122b，230b)，能够将所述第二开关接触部电连接到从第二叠层(106)的最接近的25%金属板中选择的预定金属板(108a)。

2.如权利要求1所述的开关单元，其中

所述第二开关接触部(202b)沿移动方向(S)移动。

3.如以上权利要求中的任一项所述的开关单元，还包括：

第一角形件(210a)，电连接到所述第一开关接触部(202a)，其中所述第一开关接触部适合将电弧的第一足部导向所述熄弧沟(100)；以及

第二角形件(210b)，电连接到所述第二开关接触部(202b)，所述第二开关接触部适合将所述电弧的第二足部导向所述熄弧沟(100)，其中将所述电弧的第二足部导向所述熄弧沟(100)的所述第二叠层(106)。

4.如权利要求3所述的开关单元，其中，所述第一开关接触部适合将电弧的第一足部导向所述熄弧沟(100)的所述第一叠层(102)。

5.如权利要求3所述的开关单元，其中

所述第一角形件(210a)和/或所述第二角形件(210b)具有沿所述第一和/或第二开关接触部(202a，202b)的方向的固定第一端以及与其相应第一端相对的弹性第二端，其中，所述第二端沿待安装到所述开关单元(200)上的所述熄弧沟(100)的方向是可移动的。

6.如权利要求5所述的开关单元，其中

所述第一连接装置(230a)设置在所述第一角形件(210a)上，和/或所述第二连接装置(230b)设置在所述第二角形件(210b)上，其中，所述第一连接装置设置在所述第一角形件的所述第二端处，和/或所述第二连接装置设置在所述第二角形件的所述第二端处。

7.如权利要求6所述的开关单元，其中，所述第一连接装置(230a)和/或所述第二连接装置(230b)分别是石墨导体，其固定到相应第一或第二角形件。

8.如权利要求5所述的开关单元，其中，所述第一角形件(210a)的所述第二端和/或所述第二角形件(210b)的所述第二端沿适合安装到所述开关单元(200)上的所述熄弧沟的所述叠层的方向偏置。

9.如权利要求1或2所述的开关单元，其中

所述第一连接装置(120)是第一金属连接器，其中所述第一金属连接器是条形物，和/或所述第二连接装置(122a，122b)是第二金属连接器，其中所述第二金属连接器是金属线。

10.如权利要求1或2所述的开关单元，其中

所述第一叠层的所述预定金属板和/或所述第二叠层的所述预定金属板是沿所述开关单元(200)的方向的相应叠层的最接近的金属板(104a，108a)。

11.如权利要求1或2所述的开关单元，其中

所述第一叠层(102)和所述第二叠层(106)分别具有远端，其中所述第一叠层的所述远端处的金属板电连接到所述第二叠层的所述远端处的金属板。

12.如权利要求11所述的开关单元，所述第一叠层的最远的金属板(104n)电连接到所述第二叠层的最远的金属板(108n)。

13.如权利要求1或2所述的开关单元，其用于具有超过600A的DC电流并且工作在具有超过500V的电网电压电平。

14.一种用于中压电路的断路器，包括:如以上权利要求中的任一项所述的开关单元;以及熄弧沟。

15.如权利要求14所述的用于中压电路的断路器，其中，所述熄弧沟的各叠层的所述金属板基本上相等。

16.如权利要求14或15所述的用于中压电路的断路器，其中

所述叠层基本上与所述第一开关接触部和/或第二开关接触部的移动方向(S)正交。

17.如权利要求14或15所述的用于中压电路的断路器，其中

所述第一叠层的所述预定金属板和/或所述第二叠层的所述预定金属板具有铜镀层。

18.如权利要求14所述的用于中压电路的断路器，其中所述断路器是DC断路器。