CN102299031A - 用于中压电路的熄弧沟、断路器以及聚合物板的使用 - Google Patents

Abstract

本发明名称为用于中压电路的熄弧沟、断路器以及聚合物板的使用。本公开涉及一种用于中压断路器的熄弧沟，包括：壳体；布置在壳体中的多个基本上平行的金属板的至少一个叠层，至少一个叠层定义与堆叠方向平行的第一轴；布置在壳体中的电弧空间，其中电弧空间适合允许电弧在其中扩张；以及放置在壳体中的至少一个熄弧板，其中电弧导向装置具有表面平面与第一轴平行地延伸的至少一个表面。此外，本公开涉及一种断路器，包括：开关单元，具有第一开关接触部和第二开关接触部，可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与第二开关接触部分离的第二位置之间移动；以及熄弧沟。另外，本公开涉及聚合物板作为熄弧板的使用。

Description

用于中压电路的熄弧沟、断路器以及聚合物板的使用

技术领域

本发明涉及用于中压断路器的熄弧沟。此外，本发明涉及用于中压电路的断路器。更具体来说，本发明涉及用于中压直流断路器的熄弧沟以及用于直流中压电路的断路器。典型地，中压是在400V与4000V之间的电压。此外，本发明涉及聚合物板的使用。

背景技术

典型地，断路器或空气断路器用于铁路车辆上的直流(DC)电路。其它示例可以是有轨电车或无轨电车。例如，这类高速DC断路器可对于超过900V的电压电平开关1.5kA的直流电流。

例如，在将第一开关接触部与第二开关接触部断开时，开关接触部之间的气体因空气电离而迅速变为导电，并且等离子体可能出现。此外，特别是在高电流，例如对于大于40kA的电流，后复燃(backre-ignition)或重燃(re-strike)现象可能发生。因此可降低断路器能力。此外，在某个电流电平，第一接触部与第二开关接触部之间的电弧在熄弧沟内部甚至没有攀升。此外，特别是在高电流的磨损可能是重要的。另外，常规熄弧沟重并且高。

在常规DC断路器的熄弧沟组件中，塑料框和金属板彼此交替堆叠，其中金属板放置在塑料框上。塑料框形成金属板之间的介电层。塑料框具有切口(cut out)，使得电弧可在两个相邻金属板之间建立。塑料框用于产生气体，使得电弧中的热量从熄弧沟迅速被吹出，并且通过改变金属板之间的空气的化学成分来增加电弧电压。

典型地，电弧往往在金属板上、通常在切口中移动。但是，电弧常常停留在切口的角上。因此，金属板的金属在这些角上变得很热，并且可能开始熔化。在最坏情况下，相邻金属板通过熔化的金属相互连接。

这导致熄弧沟的短使用寿命以及由于金属板之间为了避免因熔化的金属引起的两个相邻金属板之间的连接而增加的距离所引起的大结构尺寸以及金属板和塑料框的增加数量。

典型地，常规熄弧沟重并且高度大。此外，特别是在高电流、例如在大于1kA的电流，磨损是重要的。典型地，磨损取决于操作次数、电流密度和电弧作用时间(时间常数)。因此，熄弧沟的磨损不是可预测的。因此，维护操作难以计划，然而是不可缺少的。例如，可经常检查和更换金属板或钢板。此外，塑料框也可被检查并且有时甚至更换。此外，存在板之间钢粒最小数(steel drop minimum)的风险，使得建立较小电压。在最坏情况下，断路器在下一次可能无法切断。此外，典型地，必须装配超过120个部件，并且增加了间隙距离。

发明内容

本发明的目的是提供用于中压断路器的熄弧沟、断路器以及聚合物板的使用，使得使用这类装置的断路器没有呈现已知断路器的缺点，特别是具有提高的断路能力并且易于维护。

按照另一个方面，提供一种用于中压断路器的熄弧沟，包括：壳体；布置在壳体中的多个基本上平行的金属板的至少一个叠层，至少一个叠层定义与堆叠方向平行的第一轴；布置在壳体中的电弧空间，其中电弧空间适合允许电弧在其中扩张；以及放置在壳体中的至少一个熄弧板，其中熄弧板具有其表面平面与第一轴平行地延伸的至少一个表面。

在一个实施例中，熄弧沟还可用于交流(AC)应用。

在一个典型实施例中，至少一个熄弧板引导熄弧沟中的电弧。典型地，至少一个熄弧板支持熄弧沟中的电弧的熄灭。例如，在一个实施例中，当电弧经过并且至少一个熄弧板被加热时，气体从至少一个熄弧板蒸发。

在一个典型实施例中，至少熄弧板的至少一个表面可以是例如至少一个表面可包括剖面和/或可高低不平的结构。典型地，该表面的表面平面则定义为表面上与熄弧板的中面平行的平面。在一个典型实施例中，熄弧板表面的尺寸比在1/15与1/3之间，尤其是在1/10与1/5之间。

在一个典型实施例中，至少一个熄弧板沿第一轴方向的延伸大小是金属板的至少一个叠层沿第一轴方向的延伸大小(extension)的至少50％、尤其是80％。

例如，在一个实施例中，第二轴与金属板平行地、即与金属板表面平行地穿过至少一个叠层以及基本上正交于第一轴的电弧空间，其中熄弧板的至少一个表面的表面平面与第二轴平行地延伸。在实施例中，与金属板表面平行地穿过至少一个叠层和电弧空间的第二轴可与第一轴具有80与100度之间、尤其是85度与95度之间的角。典型地，熄弧板的至少一个表面的表面平面布置成与壳体的侧壁平行。因此，熄弧板不会阻塞沿排出方向、例如熄弧沟的壳体的开口流动的气体。

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，至少一个熄弧板可包括多个副板(sub-plates)，副板可布置成形成至少一个熄弧板。例如，熄弧板可包括两个副板，每个副板在重量方面可具有阻燃填料的不同含量。例如，两个副板可沿第二轴方向相继布置，其中典型地，具有较高阻燃剂含量的第一副板以相比具有较低阻燃填料含量的第二副板离电弧空间更大的距离来布置。例如，第一副板沿第二轴方向的延伸大小是在熄弧板的延伸大小的50％与80％之间、尤其是在60％与70％之间。典型地，阻燃剂可以是三水合氢化铝(aluminiumtrihydrate)(ATH)。

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，电弧空间适合允许电弧沿第一轴位移和/或扩张。

例如，在一个实施例中，至少一个熄弧板沿第二轴方向具有金属板沿第二轴方向的延伸大小的大约20％与大约80％之间、尤其是在大约25％与大约60％之间的延伸大小。例如，在金属板沿第二轴方向的100mm的延伸大小的情况下，熄弧板沿第二轴方向可具有大约30mm的延伸大小。

在一个典型实施例中，至少一个叠层的金属板具有与第二轴平行地延伸的两个纵向边缘，其中至少一个熄弧板布置在两个纵向边缘之间，尤其是基本上在两个纵向边缘之间的中间。典型地，使电弧保持在金属板的中间，使得金属板的热分布更均等。这可引起较低金属板磨损。

例如，在一个实施例中，金属板基本上是具有与正交于第一轴和第二轴的第三轴平行的两个横向边缘以及与第二轴平行的两个纵向边缘的矩形，其中金属板在与电弧空间相邻的第一横向边缘中分别具有基本上V形或U形切口，其中熄弧板其中之一放置在V形或U形切口与第二横向边缘之间。在一个典型实施例中，V形或U形切口可不对称地布置在横向边缘。

在一个典型实施例中，第二横向边缘相比第一横向边缘具有离电弧空间更大的距离。

例如，在一个实施例中，至少一个叠层的金属板是按照本文所公开的实施例其中之一，其中熄弧板其中之一放置在槽中。

按照一个方面，熄弧沟的多个平行的金属板的叠层的金属板，其中，金属板基本上为矩形并且具有两个纵向边缘和两个横向边缘，其中金属板包括槽，其中该槽基本上与纵向边缘平行地延伸并且具有纵向边缘长度的至少20％、尤其是至少1/3的纵向延伸大小。在一个实施例中，槽可具有纵向边缘长度的80％的最大延伸大小。

在一个典型实施例中，金属板是熄弧沟的消电离板。

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，槽是直槽。典型地，槽的宽度在3mm与10mm之间、尤其在4mm与7mm之间。

在一个实施例中，槽基本上布置在两个纵向边缘之间的中间，和/或从横向边缘中的基本上V形或U形切口延伸，其中V形或U形切口沿纵向具有纵向边缘长度的至少10％、尤其是15％的延伸大小。

在一个典型实施例中，槽从基本上V形切口的、该V形切口的两个分支在其中相遇的相交点延伸。在横向边缘中对称放置的V形切口或者对称V形切口的情况下，典型的情况是这样。

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，V形切口的分支彼此之间具有60度至120度之间、尤其是基本上为80度与100度之间的角。

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，板包括布置成连同与纵向边缘平行地延伸的槽一起形成基本上T形的第二直槽，其中第二槽平行于横向边缘的延伸大小是横向边缘长度的至少基本上50％、尤其是70％。

纵向边缘比横向边缘更长，例如金属板可具有1∶2与3∶4之间、尤其是大约为2∶3的尺寸比(aspect ratio)。

在一个典型实施例中，熄弧板放置成使得指向电弧空间的熄弧板的边缘沿电弧空间方向到槽端部和/或到朝向第二横向边缘的V形或U形切口端部的距离是熄弧板沿第二轴方向的延伸大小的至少大约10％。按照另一个实施例，指向电弧空间的熄弧板的边缘到朝向第二横向边缘的V形或U形切口端部的距离为金属板的纵向边缘长度的至少大约2％。

例如，在一个实施例中，至少一个、尤其是两个熄弧板沿正交于第一轴并且正交于第二轴的方向限定电弧空间。

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，限定电弧空间的至少一个熄弧板充当至少一个叠层的金属板的挡块，使得阻止金属板到电弧空间中的移动。

例如，在一个实施例中，金属板的至少两个平行叠层，其中第二轴穿过至少两个叠层，其中尤其是相应熄弧板处于两个叠层中。

在一个典型实施例中，叠层的金属板表面的多于70％、尤其是多于90％面向同一叠层的相邻金属板的表面。

按照另一个方面，断路器包括：开关单元，具有第一开关接触部和第二开关接触部，可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与第二开关接触部分离的第二位置之间移动；以及按照本文所公开的一个实施例的熄弧沟。

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，断路器是空气断路器。

例如，在一个实施例中，断路器是用于牵引车辆、尤其是用于铁路车辆、有轨电车(tramway)、无轨电车(trolleybus)等的断路器。

在一个典型实施例中，电弧位移方向与第一轴平行，和/或在从第一位置移动到第二位置时第二开关接触部的移动方向与第二轴平行。

在一个典型实施例中，断路器是空气直流(DC)断路器。因此，各电流中断产生电弧。典型地，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，为了能够切断DC电流，高速DC断路器建立比网压(net voltage)更高的直流(DC)电压。要建立DC电压，空气断路器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。

在一个典型实施例中，断路器可开关具有超过400伏特和/或具有超过500安培的直流。在一些实施例中，断路器可具有对于50毫秒超过20kA、尤其是超过30kA的额定短路分断能力。

在一个典型实施例中，按照理论，熄弧板或熄弧导向装置(arcquenching guides)的材料在汽化状态可增加熄弧沟的金属板之间的空气阻力。此外，熄弧导向装置可在正确压力下在正确位置产生正确气体。例如，介电性能在电弧作用期间增加。典型地，在分断期间产生超过20000℃的温度。

典型地，熄弧板或熄弧导向装置可将电弧一直导向熄弧沟的顶部。

此外，熄弧板或熄弧导向装置可便于将新鲜空气引入熄弧沟。

按照另一个方面，提供从由阻燃聚合物、包含阻燃填料的阻燃聚合物和包含阻燃填料的聚合物所组成的组中选取的聚合物板作为按照本文所公开的一个实施例的熄弧沟的熄弧板的使用。

典型地，在包括熄弧板或熄弧导向装置的熄弧沟中，提高了分断能力，并且避免了重燃的风险。尤其是，减小板之间的空间而没有它们之间的短路风险。此外，板和/或熄弧沟几乎没有磨损。因此，易于计划维护。此外，熄弧沟是快速组件并且可容易地缩放(scalable)。因此，包括熄弧板或熄弧导向装置的熄弧沟能够以低成本来制造。

在一个典型实施例中，定位装置为螺杆、铰链、螺栓、挡块、条(bar)等等。例如，定位装置用于将熄弧沟连接到开关单元。

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、尤其是用于铁路车辆、有轨电车、无轨电车等的断路器。

在一个典型实施例中，熄弧沟壳体具有至少一个侧壁，所述至少一个侧壁基本上与第二轴平行，其中至少一个侧壁与金属板之间的距离小于10mm、尤其是小于5mm。例如，距离可小于2mm。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，至少一个侧壁接触金属板。

在一个典型实施例中，至少一个侧壁沿第二轴方向具有使得侧壁完全覆盖至少所述至少一个叠层和电弧空间的尺寸(dimension)。例如，在两个叠层的情况下，侧壁覆盖两个叠层以及两个叠层之间的电弧空间。在一个典型实施例中，至少一个侧壁沿第二轴方向的尺寸对应于至少一个叠层、尤其是两个叠层和电弧空间沿第二轴方向的方向的尺寸的至少110％、尤其是至少120％。

典型地，侧壁沿堆叠方向的方向的高度至少对应于叠层沿第一轴方向的尺寸。

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，侧壁基本上是封闭的。

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，熄弧沟的壳体沿第二轴方向具有开口。

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，开口沿第一轴方向的尺寸为至少一个叠层的至少90％、尤其是95％。

在一个典型实施例中，开口的尺寸基本上对应于金属板沿正交于第一轴和第二轴的方向的尺寸，例如金属板宽度的至少90％、尤其是至少95％。典型地，沿正交于第一轴且正交于第二轴的第三轴来度量金属板的宽度。

在一个典型实施例中，其中金属板基本上为矩形，具有沿电弧空间方向的第一边缘以及与第一边缘相对的第二边缘，以及尤其是基本上平行于第二轴的两个侧边，其中熄弧沟壳体的开口与金属板的第二边缘的侧相邻和/或位于其上。

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、概述。附图涉及本发明的实施例，并且描述如下：

图1示意示出具有开式开关接触部的断路器的一个实施例的侧视图；

图2示意示出一组金属板；

图3示意示出叠层的金属板的一个实施例；

图4示意示出支承装置的侧视图；

图5示意示出叠层的金属板的一个实施例；

图6以顶视图示意示出熄弧沟的一部分；以及

图7示意示出按照本发明的断路器的透视图。

具体实施方式

现在详细参照多种实施例，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，而不是要对本发明进行限制。在附图的以下描述中，相同参考标号表示相同部件。一般来说，仅描述相对各个实施例的差异。

图1示出高速中压直流(DC)断路器的侧视图。典型地，断路器是空气断路器。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，以及在可与本文所公开的其它实施例进行组合的一个实施例中包括金属板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的数量和形式基本上相同。电弧空间109放置在金属板的第一叠层102与第二叠层106之间。

典型地，当断路器断开时，电弧沿电弧位移方向A在电弧空间109中上升(mount)。

典型地，熄弧沟关于典型地与电弧位移方向A对应的、穿过与金属板的第一叠层102和金属板的第二叠层106的堆叠方向平行的电弧空间109的第一轴Y对称。此外，在一个典型实施例中，采用连接条110将第一叠层102的顶层金属板104n电连接到第二叠层106的顶层金属板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。

典型地，第一叠层102的最底部金属板或零层金属板104a和最底部金属板或零层金属板108a是相应叠层102、106相对于开关单元200最接近的金属板。因此，最底部金属板104a、108a和顶层板104n、108n沿金属板的相应叠层102、106的堆叠方向放置在相对端，其中该堆叠方向典型地与熄弧沟的电弧位移方向A或第一轴Y平行。

典型地，第一叠层102和第二叠层106的金属板或消电离板104、108的表面平行于第二轴X，第二轴X典型地正交于电弧位移方向A和第一轴Y。

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。其它实施例甚至可包括超过36个金属板。金属板的数量典型地取决于由断路器进行开关的标称电流。

在一个典型实施例中，熄弧沟100包括具有至少一个侧壁112的壳体111。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。例如，定位装置用于将熄弧沟布置在开关单元上的正确位置。定位装置可以是挡块、螺杆或者将熄弧沟100设置在开关单元200上正确位置的另一种装置。

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子204a电连接到电网或负载。典型地，第一开关接触部采用第一开关接触条或汇流条203连接到第一开关接触端子204a，其中尤其是，第一开关接触条203包括第一开关接触端子204a。典型地，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子204放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物理接触的第一位置和第一开关接触部202a与第二开关接触部202b分离的第二位置移动。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子204b连接到电网或负载。第二开关接触部202b由柔性导体208a和第二开关接触条208b电连接到第二开关接触端子204b，其中柔性导体208a连接到第二开关接触条208b的第一端。典型地，第二开关接触端子204b放置在第二开关接触条208b的第二端，其中该第二端与第二开关接触条208b的第一端相对。

典型地，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在断路器的操作中放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，电弧位移方向A基本上正交于移动方向S。典型地，堆叠方向或电弧位移方向A对应于电弧扩展到熄弧沟中所沿的方向。典型地，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并且因而平行于第二轴X。

第一角形件(horn)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，尤其是导向熄弧沟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，第二角形件210b放置成使得足部在第二开关接触部202b处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，尤其是移动到第二叠层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典型地没有保持在第一角形件和第二角形件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，电流流经相应等电位连接。典型地，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可耐受断路器的使用期限。典型地，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。典型地，接近开关接触部的热集中降低，使得等离子体生成和复燃现象的风险降低。

图1示出断开状态中断路器的侧视图，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，尤其是在通过使第二开关接触部202b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的接触部分离之后，电弧作用开始。

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，并且电弧在熄弧沟内继续攀升。典型地，在这个阶段，若干小电弧在第一叠层与第二叠层102、104的相应相邻金属板之间生成。

在t4，电弧分别在第一叠层和第二叠层102、106的最底部金属板104a、108a上充分地(well)建立，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。典型地，该序列例如受到由电流所生成的磁场(例如对于大于100A的电流)、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)影响。

在一个典型实施例中，电弧仍然存在，直到电流为零，然后电弧自然熄灭。典型地，电弧作用时间与电路的时间常数中的预期短路电流、断开时的电流电平、切断(例如第二开关接触部的)接触部速率所需的要建立的电压、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。

在一个典型实施例中，熄弧沟放置在开关单元上，使得当开关接触部相互接触时，电弧空间在第一开关接触部和第二开关接触部之上。

图2示出第一叠层102或者第二叠层106的一组128金属板104、108。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，金属板组128通过多个梳状支承装置130来连接或编组。例如，熄弧沟的金属板组128可包括5至20个金属板、尤其是10个金属板。

单金属板104、106的一个典型实施例的示意顶视图如图3所示。各金属板104、106包括用于支承装置130的多个切口132，例如图3所示的6个切口。典型地，切口132具有深度132d。另一种数量的切口也可设置在金属板中，例如4个切口。切口132适合于梳状支承装置130。在一个典型实施例中，切口132基本上为矩形，使得支承装置可滑动地引入切口132中。

典型地，金属板的厚度大约为0.5mm至大约8mm，尤其是在1mm与大约3mm之间，例如大约1mm。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，金属板104、108的表面可大约为3000mm²至12000mm²，尤其是在大约5000mm²与大约8000mm²之间。在一个典型实施例中，金属板的体积是在大约3000mm³与大约20000mm³之间，尤其是在大约5000mm³与大约10000mm³之间。例如，单金属板或钢板的重量可在30g与100g之间，例如大约50g。

此外，熄弧沟的金属板具有两个平行纵向边缘140以及与纵向边缘140正交的两个横向边缘142。典型地，纵向边缘140比横向边缘142要长。例如，横向边缘142与纵向边缘之间的尺寸比可以是2∶3。在其它实施例中，该尺寸比可以在1∶2与4∶5之间。金属板布置在熄弧沟中，使得纵向边缘140基本上与熄弧沟连接到其上的开关单元200的第二开关接触部的移动方向S平行。

在一个典型实施例中，金属板基本上是具有(尤其与电弧空间109相邻地放置的)横向边缘142处的基本上V形切口144的矩形。典型地，切口对应于包括切口的横向边缘142的超过50％、例如60％与90％之间。在一个典型实施例中，切口沿纵向的的延伸大小是纵向边缘长度的至少10％、尤其是15％。基本上V形切口144具有夹角是在基本上60度与120度之间的两个分支或支臂。在其它实施例中，金属板可包括具有U形切口或者具有相似形状的切口。

沿金属板104、108的中心的方向，基本上V形切口在两个分支相交的位置具有底部146。从V形切口144的底部146，直槽148与纵向边缘140平行地延伸。因此，直槽148延长基本上V形的切口144。典型地，槽148的长度基本上为纵向边缘140的长度的至少20％，例如在纵向边缘140的长度的30％与80％之间。与横向边缘142平行的直槽的宽度是在大约3mm与大约10mm之间，尤其是在4mm与大约7mm之间。

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，熄弧沟中金属板之间的距离为大约1mm至大约8mm，尤其是2mm至大约4mm，尤其是沿第一轴方向或者电弧位移方向。

图4示出支承装置130的一个实施例的示意侧视图。梳状支承装置130具有典型地规则间隔的多个支承切口134。支承切口134设置在首先要被引入金属板104、108的切口132中的一侧上。在一个典型实施例中，支承切口134可具有与金属板104、108的厚度对应的高度134h。因此，通过多个梳状支承装置130，可编组多个金属板104、108。典型地，支承装置可由塑性材料来制造。

此外，在可与本文所公开的其它实施例进行组合的一个实施例中，支承装置在支承切口134的底部135与相对于支承切口134的支承装置130的后向边缘136之间的剩余厚度130d基本上对应于金属板中的切口的深度132。因此，在将梳状支承装置130插入金属板的切口132时，与支承切口134相对的后向边缘136没有从金属板104、108的周缘突出。因此，壳体的侧壁可接触熄弧沟的金属板。

典型地，叠层的金属板表面的超过70％、尤其是超过90％面向相邻金属板的表面。这意味着，相邻金属板之间的空间尤其是基本上没有可阻止相应相邻金属板之间的电弧形成的塑料框或其它材料。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，叠层的金属板表面的超过95％面向相邻金属板的表面。典型地，叠层102、106的相邻金属板之间的电弧不会停留在金属板表面上的同一个位置。它们可使用整个空间在熄弧沟的金属板表面上来回移动。因此，金属板的磨损更为均匀，使得可减小板的距离和厚度。此外，还改进金属板的冷却。

图5公开熄弧沟的叠层的金属板304的另一个实施例。金属板可用作图1所示的第一叠层102的金属板104和/或第二叠层106的金属板108。金属板304与图3所示的板相似地形成。因此，图5的参考标号对应于图3的参考标号，其中增加了200。两个基本上直的槽放置在板304中，即第一槽348和第二槽350，它们放置成使得第一槽348和第二槽350形成T。因此，第一槽348具有在基本上V形切口344的底部放置的第一端以及连接到第二槽350的第二端。第二槽350基本上与横向边缘342平行地并且因而与纵向边缘340正交地延伸。第一槽348的长度基本上为纵向边缘长度的大约20％至80％，尤其是在30％与60％之间。典型地，第二直槽的长度为横向边缘342的长度的至少40％，尤其是至少60％。

图6示出熄弧沟100的一个实施例的水平部分的顶视图。熄弧沟100包括具有侧壁112的壳体111。在一个典型实施例中，侧壁112由塑料板来制造。例如，侧壁基本上是封闭的。侧壁112典型地放置在与移动方向S和堆叠方向A所张开(spanned by)的平面平行的平面中。

在一个实施例中，第一熄弧板或熄弧导向装置(arc guide)150布置在电弧空间109的侧壁112上，尤其布置在第一叠层102和第二叠层106的金属板104、108之间的各侧壁112上，使得电弧能够在第一叠层102与第二叠层106之间的熄弧沟100内上升。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，熄弧板固定到侧壁112上。在一个典型实施例中，金属板的块128从顶部插入熄弧沟100中。此外，第一内熄弧板150沿正交于电弧位移方向A并且正交于移动方向S或第二轴X的第三轴Z的方向来限制电弧空间109。因此，沿电弧空间方向的熄弧板的表面基本上平行于与轴Z正交的平面。在另一个实施例中，提供挡块以阻止第一叠层102或第二叠层106的金属板104、106(尤其是沿第二轴X的)朝电弧空间109的移动。例如，第一熄弧板的延伸大小基本上对应于第一叠层102的金属板104与第二叠层106的金属板108之间的距离。第一熄弧板的厚度可在1mm与10mm之间，尤其是在2mm与4mm之间。

在一个实施例中，第一熄弧板150则放置成与侧壁112相邻，以便引导电弧空间109中的电弧。

典型地，第一熄弧板150在(基本上全部沿熄弧沟100的叠层102、106的金属板104、108的)电弧位移方向上延伸。例如，第一熄弧板150沿电弧位移方向可覆盖基本上电弧空间109的至少50％、尤其是至少80％或者具有基本上为电弧空间109的至少50％、尤其是至少80％的长度。

此外，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，第二熄弧板放置在金属板的(第一)直槽148、348中。第二熄弧板152基本上是成形和定向成使得第二熄弧板152的表面基本上与熄弧沟的侧壁112平行的板。典型地，第二熄弧板152的表面平行于与第三轴Z正交的平面。第二熄弧板沿金属板的纵向和/或X轴方向的延伸大小152l基本上在金属板104、108的纵向边缘140、340的长度的大约20％与大约80％之间、尤其是在大约25％与大约60％之间。典型地，第二熄弧板152具有指向电弧空间的第一边缘，它放置成远离V形切口144的底部146。例如，熄弧板152的边缘与V形切口的底部146的距离d可以是第二熄弧板152沿金属板104、106的纵向边缘140、340方向的延伸大小152l的大约10％。典型地，熄弧板沿电弧空间方向的边缘与V形或U形切口之间的距离d准许沿电弧位移方向引导电弧，使得电弧可到达熄弧沟的顶部。在一个典型实施例中，第二电弧导向装置152基本上放置在第一直槽148、348的中间。此外，第二熄弧板152在(基本上全部沿熄弧沟的)电弧位移方向上延伸。在一个典型实施例中，第二熄弧板152沿电弧位移方向A可基本上覆盖沿电弧位移方向A的叠层高度的至少50％、尤其是至少80％或者具有基本上为沿电弧位移方向A的叠层高度的至少50％、尤其是至少80％的长度。此外，第二熄弧板152的厚度可为大约1mm至大约10mm，例如为2mm至4mm。

在一个实施例中，熄弧板150、152适合熄灭和引导熄弧沟中的电弧。

典型地，第一熄弧板和第二熄弧板150、152可改变金属板之间空气的介电性能。按照另一个理论，熄弧板150、152便于使冷空气进入熄弧沟100。按照又一个理论，熄弧板或熄弧导向装置将电弧引导到熄弧沟中。图1中，第二熄弧板以虚线示出。

在一个示例中，熄弧板150、152支持熄弧沟中电弧的熄灭。例如，熄弧板可由适当聚合物板来制造。

在一个典型实施例中，可从由阻燃聚合物、包含阻燃填料的阻燃聚合物以及包含阻燃填料的聚合物所组成的组中所选的适当聚合物板中选择熄弧板。在一个典型实施例中，阻燃填料可以是诸如氢氧化铝、氢氧化镁之类的无机阻燃填料。在一个典型实施例中，适当聚合物板可包括作为基础材料的聚酯树脂，例如不饱和聚酯树脂。

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，熄弧板150、152可由片状模塑料(sheet moulding compound)或块状模塑料(bulk moulding compound)来制造。适当聚合物板可包括典型地为玻璃纤维的加固结构。例如，熄弧板可由经过玻璃纤维加固的热固塑料(duroplast)、热固和/或热塑材料来制造。

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，适当聚合物板可包括15至40重量百分比的玻璃纤维。

在典型实施例中，熄弧板(尤其是适当聚合物板)的材料包括填料，例如典型地包含阻燃填料的5至70重量百分比的填料。在一个实施例中，熄弧板的材料可包含三水合氢化铝(ATH)，例如15至50重量百分比的ATH。

典型地，熄弧沟由固定到侧壁112的、图7所示的覆盖件153来覆盖。因此，实质上减少了要装配的件数。

因此，例如，如果断路器安装在电动车辆(例如火车)上，则熄弧沟100因离其它部件的金属壁减小的间隙距离而比较轻而且比较小。此外，熄弧沟的金属板几乎没有磨损。此外，基本上不存在金属板之间短路的风险。因此，易于计划断路器(尤其是熄弧沟)的维护。此外，按照一个实施例的熄弧沟能够快速装配，并且可易于缩放，特别是因为无需塑料模。此外，降低了成本。

典型地，通过按照本公开的实施例的熄弧沟，电弧不会始终在同一个位置燃烧，因而磨损更均匀地分布于金属板104a、104b、…104n、108a、108b、…108n，使得可减小板的距离，并且还能够减小板的厚度。

如图6所示，在断开第一开关接触部与第二开关接触部期间所形成的热气体可以基本上仅沿(尤其与第二开关接触部的移动方向S的方向平行的)两个方向156a、156b来排放。典型地，熄弧沟的壳体沿移动方向S或者穿过熄弧沟的两个叠层和电弧空间109的轴的方向具有开口154a、154b。在一个典型实施例中，开口154a、154b沿电弧位移方向A或堆叠方向A的方向的尺寸为金属板的第一叠层102或第二叠层的至少90％、尤其是95％。此外，开口154a、154b与电弧位移方向A和移动方向S正交的尺寸基本上对应于金属板的尺寸，例如金属板宽度的至少90％、尤其是至少95％。典型地，沿正交于电弧位移方向A并且正交于移动方向S的第三轴来度量金属板的宽度。

壳体的侧壁112典型地与第一叠层102和第二叠层的金属板接触或相邻。例如，壳体的侧壁112与金属板之间的距离小于5mm，尤其是小于2mm。因此，这种断路器可放置于其上的机车辆(rolling stock)的其它设备可接近断路器置放，与其中气体被排放到金属板104、108的所有侧的断路器相反。因此，气体仅沿采用箭头156a和156b所示的与移动方向S平行的方向排放。

图7示出包括熄弧沟100和开关单元200的断路器的一个实施例的透视图。如图7所示，采用侧壁112从侧面以及采用覆盖件153在顶部覆盖熄弧沟100。

因此，在一个典型实施例中，熄弧沟能够易于装配，因为侧壁112和覆盖件153是由塑料所成形和制造的板。因此，熄弧沟是可变的，使得能够易于适合待开关的电流或电压，例如待插入熄弧沟中的金属板的数量能够易于通过引入更多或更少金属板组128来调整。此外，侧壁112和顶壁或覆盖件153可易于适合实际熄弧沟，因为它们是可通过将较大板锯成待生产熄弧沟所使用的形式来制造的板。

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，通过由塑料板制造的开关单元侧壁250来覆盖开关单元200。因此，还可易于制造开关单元200。

典型地，对于中压DC断路器，总电弧作用时间比AC要长许多。因此，形成更高温度并且可在第一开关接触部与第二开关接触部之间以及在熄弧沟中产生等离子体。

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。

参考标号列表

100                   熄弧沟

102                    叠层

104，104a，104b，104n  金属板

106                    叠层

108，108a，108b，108n  金属板

109           电弧空间

110           连接条

111           壳体

112           侧壁

128           金属板组

130           支承装置

130d          厚度

132           切口

132d          切口深度

134           支承切口

134h          高度

135           底部

140           纵向边缘

142           横向边缘

144           V形切口

146           底部

148           槽

150           电弧导向装置

152           电弧导向装置

152l          纵向延伸大小

153           覆盖件

154a，154b    开口

156a，156b    排放方向

200           开关单元

202a，202b    开关接触部

203           开关接触条

204a，204b    开关接触端子

206           驱动单元

208a        柔性导体

208b        接触条

210a，210b  角形件

250         侧壁

304         金属板

340         纵向边缘

342         横向边缘

344         V形切口

346         底部

348         槽

350         槽

d           距离

A           电弧位移方向，堆叠方向

S           移动方向

X           第二轴

Y           第一轴

Z           第三轴

Claims (15)

1.一种用于中压断路器的熄弧沟，包括：

壳体(111，112，153)，

布置在所述壳体中的多个基本上平行的金属板(104，104a，104b，104n，108，108a，108b，108n，304)的至少一个叠层(102，106)，所述至少一个叠层定义与堆叠方向平行的第一轴(Y，A)；

布置在所述壳体中的电弧空间(109)，其中所述电弧空间适合允许电弧在其中扩张；以及

放置在所述壳体中的至少一个熄弧板(150，152)，其中具有至少一个表面的所述熄弧板具有与所述第一轴(Y，A)平行地延伸的表面平面。

2.如权利要求1所述的熄弧沟，其中

所述至少一个熄弧板(150，152)沿所述第一轴方向的延伸大小是金属板的所述至少一个叠层沿所述第一轴方向的延伸大小的至少50％、尤其是至少80％。

3.如权利要求1或2所述的熄弧沟，其中

第二轴(X)与所述金属板平行地穿过所述至少一个叠层以及基本上正交于所述第一轴(A)的所述电弧空间，其中所述熄弧板(150，152)的至少一个表面的表面平面与所述第二轴平行地延伸。

4.如以上权利要求中的任一项所述的熄弧沟，其中

所述至少一个熄弧板(150，152)沿所述第二轴方向的延伸大小在所述金属板(104，104a，104b，104n，108，108a，108b，108n，304)沿所述第二轴(X)方向的延伸大小的大约20％与大约80％之间、尤其是在大约25％与大约60％之间。

5.如权利要求3至6中的任一项所述的熄弧沟，其中

所述至少一个叠层(102，106)的所述金属板(104，104a，104b，104n，108，108a，108b，108n，304)具有与所述第二轴(X)平行地延伸的两个纵向边缘(140，340)，其中至少一个熄弧板(152)布置在所述两个纵向边缘(140，340)之间，尤其是基本上在所述两个纵向边缘之间的中间。

6.如权利要求3至7中的任一项所述的熄弧沟，其中

所述金属板(104，104a，104b，104n，108，108a，108b，108n，304)基本上是具有与第三轴(Z)平行的两个横向边缘(142，342)以及与所述第二轴平行的两个纵向边缘(140，340)的矩形，所述第三轴(Z)正交于所述第一轴(A)和所述第二轴(X)，其中

所述金属板在与所述电弧空间(109)相邻的第一横向边缘中分别具有基本上V形或U形切口(144，344)，其中

所述熄弧板其中之一放置在所述V形或U形切口与所述第二横向边缘(140，340)之间。

7.如权利要求3至8中的任一项所述的熄弧沟，其中

所述至少一个叠层(102，106)的所述金属板(104，104a，104b，104n，108，108a，108b，108n，304)基本上为矩形，并且具有两个纵向边缘(140，340)和两个横向边缘(142，342)，其中

所述金属板包括槽(148，348)，其中所述槽基本上与所述纵向边缘平行地延伸，并且所述槽的纵向延伸大小是所述纵向边缘长度的至少20％、尤其是至少1/3，其中所述熄弧板其中之一放置在所述槽(148，348)中。

8.如权利要求7所述的熄弧沟，其中

所述槽(148，348)基本上布置在所述两个纵向边缘之间的中间。

9.如权利要求7或8所述的熄弧沟，其中

所述槽(148，348)从所述横向边缘中的基本上V形或U形切口(144，344)延伸，其中所述切口沿纵向的延伸大小是所述纵向边缘长度的至少10％、尤其是15％。

10.如权利要求3至9中的任一项所述的熄弧沟，其中，

所述熄弧板放置成使得指向所述电弧空间的所述熄弧板的边缘沿所述电弧空间(109)的方向到所述槽(148，348)的端部和/或到朝向所述第二横向边缘的所述V形或U形切口(144，344)的端部的距离是所述熄弧板沿所述第二轴方向的延伸大小的至少大约10％。

11.如权利要求3至9中的任一项所述的熄弧沟，其中

至少一个、尤其是两个熄弧板(150)沿正交于所述第一轴并且正交于所述第二轴的方向限定所述电弧空间(109)。

12.如权利要求11所述的熄弧沟，其中

限定所述电弧空间(109)的所述至少一个熄弧板(150)充当所述至少一个叠层(102，106)的所述金属板的挡块，使得阻止所述金属板到所述电弧空间中的移动。

13.如权利要求3至12中的任一项所述的熄弧沟，其中

金属板的至少两个平行叠层(102，106)，其中第二轴(X)穿过所述至少两个叠层，其中尤其是相应熄弧板(152)处于两个叠层(102，106)中。

14.一种断路器，包括

开关单元(200)，具有第一开关接触部(202a)和第二开关接触部(202b)，可在所述第一开关接触部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与所述第二开关接触部分离的第二位置之间移动；以及

如权利要求3至13中的任一项所述的熄弧沟(100)。

15.从由阻燃聚合物、包含阻燃填料的阻燃聚合物和包含阻燃填料的聚合物所组成的组中选取的聚合物板作为如权利要求3至13中的任一项所述的熄弧沟中的熄弧板的使用。

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