CN102947912B - 开关单元、用于组装开关单元的方法和用于中压电路的断路器 - Google Patents

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Abstract

一种用于电压断路器的开关单元，包括：第一开关触点202a；第二开关触点202b，其在第一位置和第二位置之间能移动，在该第二位置，该第二关触点与该第一开关触点分开；定位元件，用于将灭弧室100定位在该开关单元200上，其中该灭弧室100包括多个大致上平行的金属板104、104a、104b、…、104n、108、108a、108b、…、108n，该定位元件被设置使得在该第一开关触点202a和该第二开关触点202b之间产生的电弧在电弧移位方向（A）上被引导到该灭弧室内以便被熄灭；以及至少一个气体发出元件220a、220b，其包括气体发出层，该气体发出层具有面向该第一开关触点和该第二开关触点的层表面221a、221b。该气体发出元件设置在距该第一开关触点和该第二开关触点一定距离处，使得在该断路器在其标称电流时的中断操作时，该第一开关触点和该第二开关触点之间的电弧使该气体发出层的一部分汽化。

Description

开关单元、用于组装开关单元的方法和用于中压电路的断路器
技术领域
本发明涉及用于中压断路器的开关单元，其包括：第一开关触点；
在第一位置和第二位置之间能移动的第二开关触点，在该第一位置，该第一开关触点与该第二开关触点接触，在该第二位置，该第二开关触点与该第一开关触点分开。
此外，本发明涉及典型地在400V和3.600V之间的电压范围工作的中压断路器。
背景技术
典型地，断路器或空气断路器在铁路车辆上的DC电路中使用。其他示例可以是有轨电车或无轨电车。例如，这样的高速DC断路器可开关具有5000安培以上并且处于超出900伏以上电压水平的直流标称电流。
例如，当第一开关触点与第二开关触点分离时，这些开关触点之间的气体因为空气电离而很快变成导电的并且等离子体可出现。此外，后再引燃现象可发生，尤其在高电流时，例如大于15kA的电流。从而，断路器能力可降低。此外，在某一电流水平，第一开关触点和第二开关触点之间的电弧甚至未在灭弧室内部爬升。
在常规的DC断路器的灭弧室组件中，塑性框和金属板交替地堆叠在彼此之上，其中这些金属板设置在塑性框上。这些塑性框在这些金属板之间形成介电层。这些塑性框具有切口使得电弧可以在两个相邻的金属板之间聚集。这些塑性框用于产生气体，使得电弧中的热被迅速吹出灭弧室并且通过改变金属板之间的空气的化学组成而使电弧电压增加。
典型地，电弧经常在金属板上移动，通常在切口内。然而，电弧经常停留在切口的拐角处。从而，金属板的金属在这些拐角处变得很热并且可开始熔化。在最坏情况下，相邻金属板由熔化的金属而互相连接。
这导致短的灭弧室寿命以及由于金属板之间的距离增加（以避免由于熔化金属而引起两个相邻金属板之间的连接）而引起的大的结构尺寸，以及增加数量的金属板和塑性框。
典型地，常规的灭弧室是沉重的并且具有高的高度。此外，磨损是显著的，特别在高电流时，例如在大于1kA的电流时。典型地，磨损取决于操作数量、电流密度和起弧时间（时间常数）。从而，灭弧室的磨损是不可预测的。因此，难以规划维护操作但维护操作是必不可少的。例如，可经常检查和更换金属或钢板。此外，也可检查塑性框并且有时甚至将其更换。此外，在板之间存在钢减至极小的风险，使得建立较少电压。在最坏情况下，断路器下一次可不能切断。此外，典型地必须组装超出120个部件并且间隙距离增加。
在EP0299460A2中，公开了具有单个灭弧室堆叠的断路器，该灭弧室堆叠具有大致上平行的U型金属板。两个绝缘板在堆叠的垂直方向上对齐并且定位在由U型金属板形成的双支部部分的内部以便帮助熄灭电弧。断路器的开关触点设置在这两个绝缘板之间。
WO 94/11894A1公开了具有30安培额定标称电流的单极断路器单元，其具有操作杆和单个堆叠的灭弧室板用于熄灭电弧。为了帮助熄灭电弧，灭弧室由具有狭缝的热塑性吊架构件制成，灭弧室板插入这些狭缝中并且吊架构件在受电弧侵袭时发出气体。
DE3247681A1公开了具有多个金属片的单个灭弧室堆叠的微型断路器。通过涂覆在金属片中的每个上的气体发出材料的层表面而帮助熄灭电弧。至少一个开关触点连接到电弧角（arc horn）。开关触点的移动方向与气体发出层表面垂直。
在US 2236580中，公开了具有手动操作杆的断路器，其具有采用彼此非平行方式设置的多个金属板的单个灭弧室堆叠。为了帮助熄灭电弧，灭弧室的侧壁构件用硼酸涂覆。
发明内容
本发明的目标是提供用于牵引车辆DC断路器的开关单元、变电站DC断路器和用于组装开关单元的方法，该开关单元未呈现出已知开关单元的缺点，特别具有增加的开断能力并且更易于保持。
根据本公开的方面，提供用于直流（DC）中压断路器的开关单元，其包括：第一开关触点；在第一位置和第二位置之间能移动的第二开关触点，在该第一位置，该第一开关触点与该第二开关触点接触，在该第二位置，该第二开关触点与该第一开关触点分开；定位装置，用于将灭弧室定位在开关单元上，其中该灭弧室包括多个大致上平行的金属板，该定位元件被设置使得在第一开关触点和第二开关触点之间产生的电弧在电弧移位方向上被引导到灭弧室内以便被熄灭；和至少一个气体发出元件，其包括气体发出层，该气体发出层具有面向第一开关触点和第二开关触点的层表面，其中该气体发出元件设置在距第一开关触点和第二开关触点一定距离处，使得在断路器在其标称电流时的中断操作处，第一开关触点和第二开关触点之间的电弧使气体发出层的一部分汽化。
在典型的实施例中，断路器是空气DC断路器。从而，每个电流中断产生电弧。典型地，电弧从触点分开开始并且保持直到电流为零。在典型的实施例中，为了能够切断DC电流，高速DC断路器建立高于净电压的DC电压。为了建立DC电压，空气断路器可使用灭弧室或熄灭室，其中金属板用于将电弧分成若干部分电弧，电弧被延长并且气体用于通过化学效应（例如通过使塑料或另一个金属蒸发）使电弧电压增加。
典型地，利用气体发出板，后电弧再引燃被延迟。例如，过压有助于将电弧推入灭弧室内。从而，提高断路器能力。
在典型的实施例中，断路器可开关具有600安培以上并且处于500伏以上电压水平的直流电。
在典型的实施例中，在第一开关触点和第二开关触点之间产生的电弧产生如此多的热，使得该部分的气体发出层被汽化。
在典型的实施例中，气体发出层由这样的材料形成，该材料在汽化状态下使第一开关触点和第二开关触点之间的空气阻（air resistance）增加。
在典型的实施例中，定位装置是螺钉、铰链、螺栓、销、闩等。例如，定位装置用于将灭弧室连接到开关单元。
例如，在实施例中，第二开关触点大致上沿移动方向能移动，其中层表面设置成大致上平行于由移动方向和电弧移位方向限定的平面。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，至少一个气体发出元件被设置使得汽化的气体发出层将电弧推入灭弧室内和/或使第一开关触点和第二开关触点之间的空气阻增加。
例如，在实施例中，开关单元包括至少两个气体发出元件，其具有面向第一开关触点和第二开关触点的层表面，其中该至少两个板的层表面面向彼此。
在典型的实施例中，至少两个板的层表面设置成大致上平行。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，层表面到第一开关触点和/或第二开关触点的距离（特别地在第二开关触点的第一位置和第二位置）在大约15mm至大约40mm之间，特别地在大约25mm至大约30mm之间。
例如，在实施例中，气体发出层由聚四氟乙烯（PTFE）制造，其中特别地，气体发出层具有大约2至大约8mm的厚度，特别地大约3mm至大约5mm的厚度。在另一个实施例中，气体发出层由其他类型的含氟聚合物制造，例如由氟化乙烯丙烯（FEP）、全氟烷氧基（PFA）、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、聚偏二氟乙烯（PVDF）或聚偏二氟乙烯（PVF）制造。在另一个实施例中，气体发出层由作为共聚物或三元共聚物的氟橡胶类制造。在另一个典型的实施例中，气体发出元件不是块状的材料件而是具有如PTFE的含氟聚合物类的表面涂层或如共聚物的氟橡胶类的表面涂层，其使气体蒸发。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，开关单元可进一步包括：电连接到第一开关触点的第一角，其中该第一角设置成将电弧的第一底脚引导到灭弧室，特别地引导到灭弧室的第一堆叠；和/或电连接到第二开关触点的第二角，其中该第二角设置成将电弧的第二底脚引导到灭弧室，特别地引导到灭弧室的第二堆叠，其中层表面具有这样的大小，其使得该第一角和/或该第二角的至少一部分在第二开关触点的移动方向的方向上设置成与层表面平行，其中特别地该部分大于角的25%，特别地大于角在移动方向的方向上的延伸的50%。
例如，在实施例中，至少一个气体发出元件是板形的，并且特别是大致上T形板，其具有底座部分和两个臂，其中开关单元包括开关空间，在该开关空间中第一开关触点和第二开关触点永久地设置在第一位置和第二位置，其中至少一个气体发出元件的底座部分设置在该开关空间中，并且特别地，臂与第一和/或第二角平行地延伸。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，至少一个气体发出层在电弧移位方向上大致上延伸到最近金属板的平面用于使电弧在灭弧室中分裂。最近金属板典型地是灭弧室最靠近开关单元的金属板。
根据另外的方面，提供中压电路的断路器，其包括：根据本文公开的一个实施例的开关单元；和灭弧室，该灭弧室包括大致上平行的金属板的至少一个堆叠，其中该堆叠的金属板的表面的70%以上（特别地，90%以上）面向相邻金属板的表面，特别是在相同的堆叠中是这样。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，灭弧室的金属板具有大约3000mm2至大约12000 mm2的表面，特别地在大约5000 mm2至大约8000 mm2之间的表面，和/或具有大约1至2、特别地1.1至1.5的纵向方向（平行于第二轴线）上的延伸与横向方向上的延伸之间的比率。
例如，在典型的实施例中，断路器是空气断路器。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，断路器是用于牵引车辆的断路器，特别是铁路车辆、有轨电车、无轨电车和为机车车辆提供能量的变电站或类似物。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，灭弧室包括：多个大致上平行的金属板的至少一个堆叠，该至少一个堆叠限定平行于堆叠方向的第一轴线；适合于允许电弧沿该第一轴线延伸的电弧空间，其中第二轴线与金属板平行地横过该至少一个堆叠并且该电弧空间大致上与该第一轴线正交；以及灭弧室外壳，其具有至少一个侧壁，所述至少一个侧壁大致上平行于该第二轴线，其中该至少一个侧壁与金属板之间的距离小于5mm，特别地小于2mm。
典型地，使用根据实施例的这样的灭弧室的断路器不太占用空间。这对于空间有限（例如在火车上）的应用可是重要的。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，至少一个侧壁与金属板接触。
例如，在实施例中，灭弧室外壳具有两个侧壁。
在典型的实施例中，至少一个侧壁具有第二轴线方向上的尺寸，使得侧壁至少完全覆盖至少一个堆叠和电弧空间。例如在两个堆叠的情况下，侧壁覆盖这两个堆叠以及这两个堆叠之间的电弧空间。在典型的实施例中，该至少一个侧壁具有在第二轴线方向上的尺寸以及在第二方向的方向上的电弧空间，该尺寸对应于至少一个堆叠（特别地，两个堆叠中的至少一个堆叠）的尺寸的至少110%（特别地至少120%）。
典型地，侧壁在堆叠方向的方向上具有高度，其至少对应于堆叠在第一轴线方向上的尺寸。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，侧壁大致上是封闭的。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，金属板的至少两个平行堆叠，其中第二轴线横过该至少两个堆叠。
例如，在实施例中，金属板大致上是矩形的并且特别相应地具有朝向电弧空间的大致上V形的切口，其中第二轴线大致上平行于邻近侧壁的金属板的两个侧边缘。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，灭弧室的外壳在第二轴线的方向上具有开口。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，开口在第一轴线的方向上具有至少一个堆叠的至少90%（特别地，95%）的尺寸。
在典型的实施例中，开口在与第一轴线和第二轴线正交的方向上具有大致上对应于金属板的尺寸，例如金属板宽度的至少90%（特别地，至少95%）。典型地，沿与第一轴线正交并且与第二轴线正交的第三轴线测量金属板的宽度。
在典型的实施例中，其中金属板大致上是矩形的，其在电弧空间的方向上具有第一边缘以及与该第一边缘相对的第二边缘，并且特别地这两个侧边缘大致上平行于第二轴线，其中灭弧室外壳的开口邻近金属板的第二边缘的侧部和/或在金属板的第二边缘的侧部上。
例如，在实施例中，至少一个堆叠包括一组金属板，其中该组金属板中的金属板由至少一个支承装置支承，该至少一个支承装置适合于使金属板保持平行关系并且将该组金属板一起插入和移除。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，金属板组中的每个金属板包括多个切口用于插入支承装置，其中特别地金属板和支承装置适合于彼此，使得当支承装置插入金属板的相应切口中时，与金属板相对的支承装置的后边缘大致上位于或距侧壁相比金属板更大的距离处，特别地，位于平行于金属板的第二轴线的侧边缘处，支承装置插入该侧边缘。
例如，在实施例中，金属板，特别是金属板组中的金属板，彼此之间相应地具有在大约2mm至大约4mm的距离。
根据另外的方面，提供用于组装DC断路器的方法，其包括：提供开关单元，该开关单元包括第一触点；和在第一位置和第二位置之间能移动的第二开关触点，在该第一位置，该第一开关触点与该第二开关触点接触，在该第二位置，该第二开关触点与该第一开关触点分开；和设置包括气体发出层的至少一个气体发出元件，该气体发出层具有面向开关单元中的第一开关触点和第二开关触点的层表面，其中该至少一个层表面设置在距第一开关触点和第二开关触点一定距离处，使得在断路器在其额定电流时的中断操作时，第一开关触点和第二开关触点之间的电弧使气体发出层的一部分汽化；以及使具有多个大致上平行的金属板的灭弧室连接到开关单元，使得在第一开关触点和第二开关触点之间产生的电弧被引导到灭弧室内。
附图说明
因此，提供可以详细理解本发明的上述特征所采用的方式，可通过参考实施例来提供上文简要描述的本发明的特定说明。附图涉及本发明的实施例并且在下面描述：
图1示意地示出具有断开开关触点的断路器的实施例的侧视图；
图2在侧视图示意地示出开关单元的一部分；
图3在顶视图中示意地示出断路器的截面；
图4示意地示出一组金属板；
图5示意地示出堆叠中的金属板；
图6示意地示出支承装置的侧视图；
图7示意地示出根据实施例的灭弧室的透视图；
图8示意地示出断路器的实施例的一些元件的侧视图；
图9示意地示出断路器的实施例的一些元件的侧视图；
图10在顶视图中示意地示出灭弧室的截面；以及
图11示意地示出根据实施例的断路器的透视图。
具体实施方式
现在将详细参考各种实施例，其一个或多个示例在图中图示。每个示例以说明方式而非限制本发明的方式来提供。在图的下列描述中，相同的标号指代相同的部件。一般，只描述关于个体实施例的差异。
图1示出中压直流（DC）断路器的侧视图。该断路器典型地是在中压工作的空气断路器，典型地在400V和3600V之间。该断路器包括灭弧室100和开关单元200。该灭弧室包括金属板104a、104b、…、104n的第一堆叠102，并且在实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中包括金属板108a、108b、…、108n的第二堆叠106。
在典型的实施例中，第一和第二堆叠102、106中的金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n大致上等同。电弧空间109设置在金属板的第一堆叠102和第二堆叠106之间。典型地，当断路器断开时，电弧在电弧空间109中上升。
典型地，灭弧室关于横过电弧空间109的轴线对称，该轴线平行于的第一堆叠102金属板和第二堆叠106金属板的堆叠方向。此外，在典型的实施例中，用连接杆110将第一堆叠102的顶层金属板104n电连接到第二堆叠106的顶层金属板108n。从而，第一堆叠的顶层金属板104n与第二堆叠106的顶层金属板108n处于相同的电势上。
第一堆叠102的最低金属板或零级金属板104a和最低金属板或零级金属板108a典型地是相应的堆叠102、106相对于开关单元200最近的金属板。因此，在金属板的相应堆叠102、106的堆叠方向上将该最低金属板104a、108a和顶层金属板104n、108n设置在相对端上。
在典型的实施例中，每个堆叠102、106包括大约36个金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n。其他实施例甚至可包括超出36个金属板。金属板的数量典型地取决于相应地在由断路器开关的标称电流上的起弧电压。
在典型的实施例中，灭弧室100设置在罩中，该罩具有至少一个侧壁112。在典型的实施例中，具有其罩的灭弧室100可容易地与开关单元200分开。从而，维护时间可减少。
开关单元200包括第一开关触点202a，其可由第一开关接触端204a电连接到电网或负载。典型地，用第一开关接触条或母线203将该第一开关触点连接到该第一开关接触端204a，其中特别地该第一开关接触条203包括该第一开关接触端204a。典型地，第一开关触点202a固定到第一开关接触条203的第一端处，并且第一开关接触端204设置在第一开关接触条203的第二端处，与该第一端相对。
此外，开关单元200包括第二开关触点202b。由驱动单元206使第二开关单元在移动方向S上移动，来使第二开关触点202b从第一位置移到第二位置，在该第一位置，第一开关触点202a与第二开关触点202b物理接触，在该第二位置，第一开关触点202a与第二开关触点202b分开。第二位置在图1中示出。第二开关触点202b可经由第二开关接触端204b连接到电网或负载。第二开关触点202b由软导体208a和第二开关接触条208b电连接到第二开关接触端204b，其中该软导体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204b设置在第二开关接触条208b的第二端处，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时（即第一开关触点202a与第二开关触点202b接触），在断路器操作中将电弧空间109设置在第一和第二开关触点上方。此外，金属板的堆叠102、106的堆叠方向大致上平行于电弧移位方向A，该电弧移位方向A大致上与移动方向正交。典型地，堆叠方向或电弧移位方向A对应于电弧延伸进入灭弧室的方向。典型地，金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n和连接条110大致上平行于移动方向S。
第一角210a固定到第一触点202a来将电弧的底脚引导到灭弧室100的第一堆叠102的金属板104a、104b、…、104n，特别地到最低金属板104a。此外，开关单元200提供有第二角210b，其被设置使得在第二开关触点202b处具有底脚的电弧跳到角210b并且移到第二堆叠106的金属板108a、108b、…、108n，特别地到最低金属板108a。
在典型的实施例中，第一堆叠102的最低金属板104a和第二堆叠106的最低金属板108a分别电连接到第一开关触点202a和第二开关触点202b。从而，通过中断电流产生的电弧的电弧底脚典型地未保留在第一和第二角210a、210b上并且跳到最低金属板104a、108a上。一旦相应的电弧底脚跳到最低金属板，电流流过相应的等电位连接。典型地，这些角未被电弧加热并且从而未蒸发。此外，角磨损减少使得角（例如第一角210a和第二角210b）可耐受断路器的寿命。典型地，一旦电弧跳到最低金属板上，热耗散增加。此外，接近开关触点处产生更少的气体。典型地，接近开关触点处的热集中减少，使得等离子体产生和辨认现象的风险降低。
图1示出处于断开状态的断路器的侧视图，其中第一开关触点202a与第二开关触点202b分开。此外，图1示意地示出灭弧室200内的电弧扩张，特别地示出在通过将第二开关触点202b移动远离第一开关触点202a而断开开关后的不同时刻的电弧。
在第一开关触点202a和第二开关触点202b的触点分开后，在第一时间t0，开始起弧。
然后，在t1，电弧或电弧的一个底脚离开第一或第二开关触点202a、202b中的一个并且跳到相应的开关触点202a、202b的角210a、210b。这可首先在固定触点（即，第一开关触点202a）上或在移动触点（即，第二开关触点202b）上发生。在t2，电弧离开第二开关触点。然后，电弧底脚分别位于第一角210a和第二角210b上。
然后，在t3，电弧底脚跳到相应的零级或最低金属板104a、108a上并且电弧继续在灭弧室内爬升。典型地，在该阶段，若干小的电弧在第一和第二堆叠102、104的相应相邻金属板之间产生。
在t4，电弧分别在第一和第二堆叠102、106的最低金属板104a、108a上很好地建立并且继续在灭弧室内爬升，特别是在电弧空间109内爬升。最终，在t5，电弧被充分拉长，其已经到达灭弧室的顶部，使得建立最大电压。由电弧建立的电压在t0开始，在t1至t4增加并且近似在t5达到其最大值。典型地，顺序例如受到由电流（例如大于100A的电流）产生的磁场、由于热气体引起的烟囱效应（例如小于100A的电流）和/或断路器的机械性能（例如第二开关触点202b的速度）的影响。
在典型的实施例中，电弧一直存在直到电流是零，然后电弧自然熄灭。典型地，起弧时间与预期短路电流乘以电路的时间常数、断开时的电流水平、用于切割（例如第二开关触点的）接触速度所建立的需求电压、几何断路器设计（例如烟囱效应）和/或使用的材料（其对在灭弧室或断路器中产生的气体有影响）成比例。
图2示意地示出开关单元200的一部分的透视图并且图3示出开关单元200和灭弧室100的第一堆叠102和第二堆叠106的相应的最低金属板104a、108a的顶视图。在开关单元200中，第一聚四氟乙烯（PTFE）板220a和第二PTFE板220b平行于移动方向或第二开关触点202b的开关轴线S和/或平行于堆叠方向或电弧移位方向A而设置。还可使用另一个材料来代替PTFE或除PTFE外还可使用另一个材料，然而，该材料典型地可产生气体或使气体蒸发来更改断路器中的气氛以减少后电弧再引燃和/或增加空气阻（特别地在灭弧室和/或开关单元200的开关空间226中）。
在典型的实施例中，PTFE板大致上是T形的。然而，还可提供具有另一个形状的板，例如V形或矩形PTFE板。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，第一PTFE板220a和第二PTFE板220b被设置使得第一角210a和第二角210b在移动方向S方向上的相当一部分（特别地，至少25%）分别设置在它们之间。典型地，在PTFE板220a、220b是T形的情况下，它们包括底座224和两个臂224a、224b，其中这些臂224a、224b从开关空间226延伸，其中在断路器的断开和闭合状态下（例如当第二开关触点处于第一位置和第二位置时）第一开关触点和第二开关触点被永久地设置在开关单元200的框（未示出）之间，从而典型地支承臂224a、224b并且从而支承PTFE板220a、220b以及第一和第二堆叠102、106的相应的最低金属板104a、108a。例如，在将灭弧室从开关单元200移除的情况下，可容易地在灭弧室的方向上移除PTFE板并且将其更换。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，在断路器的断开和闭合状态下，第一开关触点202a和/或第二开关触点202b紧密地设置在两个PTFE板220a、220b之间。典型地，PTFE板在与堆叠方向或电弧移位方向A以及开关轴线或移动方向S正交的方向上在开关空间226中形成对所产生的电弧的限制。
在典型的实施例中，至少一个气体发出元件（220a、220b）、例如PTFE板（特别地，PTFE板的底座224和臂224a、224b）在灭弧室的方向上大致上延伸到第一堆叠102和第二堆叠106的最低金属板104a、108a的平面，特别地延伸到刚好最低金属板104a、108a的下面。从而，在操作期间，即当灭弧室100安装在开关单元200上时，PTFE板220a、220b未在堆叠方向A的方向上移动。此外，在实施例中，PTFE板220a、220b被设置使得它们可以不在移动方向S的方向上移动。
在开关触点断开的情况下，当在第一开关触点202a和第二开关触点202b之间产生电弧时，PTFE板220a、220b在它们之间引导电弧。典型地，由于电弧的高温，一些气体从PTFE导向装置的表面蒸发，使得气体将电弧推到第一开关触点202a和第二开关触点202b之间的区域外。典型地，更快地将电弧引导到灭弧室100内。此外，气体用于改变灭弧室中的气氛的组成，特别地用于使相邻金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n之间的电阻增加。
利用PTFE板220a、220b或PTFE闸，后电弧再引燃被延迟，因为PTFE非常快速地蒸发并且产生过压。从而，该过压有助于将电弧推入灭弧室内。此外，由于PTFE，化学气体组成在第一开关触点202a和第二开关触点202b之间的区域中被更改并且等离子体的产生被延迟。从而，触点之间的后电弧再引燃仍可发生但是处于比没有PTFE板220a、220b的情况要高得多的电流。从而，断路器开断能力增加。
图4示出第一堆叠102或第二堆叠106的金属板104、108组128。在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，该金属板组128由多个梳状支承装置130连接或组合。例如，灭弧室的该金属板组128可包括五至二十个金属板，特别地，十个金属板。
单个金属板104、106的典型实施例的示意顶视图在图5中示出。每个金属板104、106包括用于支承装置130的多个切口132，例如如在图5中示出的六个切口。典型地，这些切口132具有深度132d。还可在金属板中提供另外数量的切口，例如四个切口。这些切口132适合于梳状支承装置130。在典型的实施例中，这些切口132大致上是矩形的，使得支承装置可滑动地引入这些切口132内。
典型地，金属板具有大约0.5mm至大约2mm的厚度，特别地在0.5至大约1.5mm之间，例如大约1mm。在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，金属板104、108可具有大约3000mm2至12000 mm2的表面，特别地在大约5000 mm2至大约8000 mm2之间。在典型的实施例中，金属板的体积在大约3000 mm3至大约20000 mm3之间，特别地在大约5000 mm3至大约10000 mm3之间。例如，单个金属板或钢板可具有在30至100g之间的重量，例如大约50g。
在典型的实施例中，金属板大致上是矩形的，其在特别地邻近电弧空间109设置的四个边缘中的一个处具有V形切口。典型地，该切口对应于具有该切口的边缘的50%以上。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，金属板之间的距离是大约2至大约4mm，特别地2.5mm。
图6示出支承装置130的实施例的示意侧视图。梳状支承装置130具有多个支承切口134，典型地规则隔开。在首先被引入金属板104、108的切口132中的侧上提供支承切口134。在典型的实施例中，支承切口134可具有对应于金属板104、108的厚度的高度134h。从而，利用多个梳状支承装置130，多个金属板104、108可组合。典型地，支承装置可由塑性材料构造。
此外，在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，支承装置在支承切口134的底部135和与支承切口134相对的支承装置130的后边缘136之间的剩余厚度130d大致上对应于金属板中的切口的深度132。从而，当梳状支承装置130插入金属板的切口132中时，与支承切口134相对的后边缘136未从104、108的周边突出。因此，外壳的侧壁可与灭弧室的金属板接触。
典型地，堆叠中的金属板的表面的70%以上（特别地，90%以上）面向相邻金属板的表面。这意味着相邻金属板之间的空间大致上特别地没有塑性框或可阻碍在相应的相邻金属板之间产生电弧的其他材料。在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，堆叠的金属板的表面的95%以上面向相邻金属板的表面。典型地，堆叠102、106的相邻金属板之间的电弧可不停留在金属板表面上的相同地方。它们可使用全空间以在灭弧室的金属板的表面上四处移动。从而，金属板的磨损更加均匀，使得板的距离和厚度可减小。此外，还提高了金属板的冷却。
图7示意地示出根据实施例的灭弧室的透视图并且图8示意地示出实施例断路器的侧视图。灭弧室100具有灭弧室底座140，其安装在开关单元200上。底座140具有对于开关单元200的角的开口142。从而，开口142典型地设置在第一开关触点202a和第二开关触点202b上。典型地，开口使灭弧室100（特别地，灭弧室100的电弧空间109）与开关空间226连接。在第一开关触点202a和第二开关触点202b之间产生的电弧通过开口142进入灭弧室100。此外，灭弧室100包括外壳111，其具有侧壁112。在典型的实施例中，侧壁112由塑性板制造。例如，侧壁大致上是封闭的。侧壁112典型地设置在与由移动方向S和堆叠方向A横跨的平面平行的平面中。在实施例中，内部挡壁146固定到电弧空间109中的侧壁112，特别地固定到每个侧壁112，来限制金属板104、108在底座开口142上方的电弧空间109的方向上的运动，使得电弧可以在灭弧室100内在第一堆叠102和第二堆叠106之间上升。在另外的实施例中，挡板可被固定到侧壁112的两个平行轨替换。在典型的实施例中，金属板的块128从上面插入灭弧室100内。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，灭弧室可包括多个大致上平行的偏转器148，其插入侧壁112中的相应沟槽144中。典型地，这些沟槽144大致上平行于板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n。典型地，偏转器板148将灭弧室中产生的气体平行于金属板地引导到灭弧室外。
典型地，灭弧室由在图9中示出的盖150覆盖，盖150固定到侧壁112。因此，要组装的件的数量相当大地减少。
从而，例如如果断路器安装在电动车辆（例如火车）上，由于距其他部件的金属壁的间隙距离减小，灭弧室100小而轻便。此外，灭弧室的金属板几乎没有磨损。此外，在金属板之间大致上没有短路的风险。从而，易于规划断路器、特别是灭弧室的维护。此外，特别地因为不需要塑性模具，根据实施例的灭弧室可以被快速组装并且可容易地能缩放。
典型地，利用根据本公开的实施例的灭弧室，电弧不总是在相同的地方燃起，从而磨损更均匀地分布在金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n的各个地方，使得板的距离可减小并且板的厚度也可以减小。
图10示出灭弧室100的实施例的水平截面的顶视图。如在图10中示出的，在第一开关触点与第二开关触点的分离期间产生的热气体可大致上只在两个方向152a、152b上排出，特别地在平行于第二开关触点的移动方向S的方向。典型地，灭弧室的外壳在移动方向S或横过灭弧室的两个堆叠和电弧空间109的轴线的方向上具有开口154a、154b。在典型的实施例中，开口154a、154b在电弧移位方向A或堆叠方向A上具有金属板的第一堆叠102或第二堆叠的至少90%（特别地，95%）的尺寸。此外，开口154a、154b所具有的与电弧移位方向A和移动方向S正交的尺寸大致上对应于金属板的尺寸，例如金属板宽度的至少90%，特别地，至少95%。典型地，沿与电弧移位方向A正交并且与移动方向S正交的第三轴线测量金属板的宽度。
外壳的侧壁112典型地与第一堆叠102和第二堆叠的金属板接触或与其邻近。例如，外壳的侧壁112与金属板之间的距离小于5mm，特别地小于2mm。因此，这样的断路器可设置在其之上的机车车辆的另外的设备可接近断路器放置，这与其中气体排到金属板104、108的所有侧壁的断路器形成对照。从而，气体只在平行于用箭头152a和152b示出的移动方向S的方向上排出。
图11示出包括灭弧室100和开关单元200的断路器的实施例的透视图。如在图10中示出的，灭弧室100从侧面用侧壁112覆盖并且在顶部用盖板150覆盖。
从而，在典型的实施例中，因为侧壁112和盖板150是板形并且由塑料构造，可以容易地组装灭弧室。因此，灭弧室是能变化的，使得它可以容易地适应于要开关的电流或电压，例如要插入灭弧室内的金属板的数量可以通过引入更多或更少的金属板组128而容易地调整。此外，侧壁112和顶壁150可以容易地改装，因为它们只是板，其可以通过将更大的板锯成要生产的灭弧室所使用的形式而制造。
在典型的实施例（其可与本文公开的其他实施例结合）中，开关单元由开关单元侧壁250覆盖，开关单元侧壁250由塑性板制造。从而，也可容易地制造开关单元200。
典型地，对于中压DC断路器，总起电弧时间比AC（交流电）断路器的要长得多。从而，产生更高的温度并且等离子体可在第一开关触点和第二开关触点之间以及灭弧室中产生。
该书面说明使用示例来公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内任何技术人员能够制作和使用本发明。尽管本发明已经在各种特定实施例方面描述，本领域内技术人员将认识到本发明可用权利要求的精神和范围内的修改实践。特别地，上文描述的实施例的相互非排他性特征可互相结合。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想起的其他示例。这样的其他示例在权利要求的范围内。

Claims (26)

1.一种用于牵引车辆DC断路器或用于变电站DC断路器的开关单元，包括：
第一开关触点（202a）；
第二开关触点（202b），其在第一位置和第二位置之间能移动，在所述第一位置，所述第一开关触点与所述第二开关触点接触，在所述第二位置，所述第二开关触点与所述第一开关触点分开；
定位元件，用于将灭弧室（100）定位在所述开关单元（200）上，其中所述灭弧室（100）包括多个大致上平行的金属板（104，104a，104b，…，104n，108，108a，108b，…，108n），所述定位元件被设置使得在所述第一开关触点（202a）和所述第二开关触点（202b）之间产生的电弧在电弧移位方向（A）上被引导到所述灭弧室内以便被熄灭；以及
至少一个气体发出元件（220a，220b），其包括气体发出层，所述气体发出层具有面向所述第一开关触点和所述第二开关触点的层表面（221a，221b），其中所述气体发出元件设置在距所述第一开关触点和所述第二开关触点一定距离处，使得在所述断路器在其标称电流时的中断操作时，所述第一开关触点和所述第二开关触点之间的电弧使所述气体发出层的一部分汽化，
进一步包括：
第一角（210a），其电连接到所述第一开关触点，其中所述第一角设置成将所述电弧的第一底脚引导到所述灭弧室的第一堆叠（102）；和
第二角（210b），其电连接到所述第二开关触点，其中所述第二角设置成将所述电弧的第二底脚引导到所述灭弧室的第二堆叠（106），
其中电弧空间（109）设置在金属板（104，104a，104b，…，104n，108，108a，108b，…，108n）的所述第一堆叠（102）和所述第二堆叠（106）之间以及
其中
所述层表面（221a，221b）具有这样的大小使得在所述第二开关触点移动方向（S）的方向上的所述第一角和所述第二角的至少一部分设置成与所述层表面平行，其中
所述部分大于所述第一角和所述第二角的25%。
2.如权利要求1所述的开关单元，其中，所述部分大于所述第一角和所述第二角在所述移动方向（S）的方向上的延伸的50%。
3.如权利要求1所述的开关单元，其中
所述第二开关触点（220b）大致上沿移动方向（S）能移动，其中所述层表面（221a，221b）设置成大致上平行于由所述移动方向（S）和所述电弧移位方向（A）限定的平面。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的开关单元，其中
所述至少一个气体发出元件（220a，220b）被设置使得汽化的气体发出层将所述电弧推入所述灭弧室内和/或使所述第一开关触点和所述第二开关触点之间的空气阻增加。
5.如权利要求1-3中的任一项所述的开关单元，其包括：
至少两个气体发出元件（220a，220b），其具有面向所述第一开关触点和所述第二开关触点的层表面（221a，221b），其中该至少两个气体发出元件（220a，220b）的层表面面向彼此。
6.如权利要求5所述的开关单元，其中
所述至少两个气体发出元件（220a，220b）的层表面（221a，221b）设置成大致上平行。
7.如权利要求1-3中的任一项所述的开关单元，其中
所述层表面（221a，221b）到所述第一开关触点（202a）和/或所述第二开关触点（202b）的距离在所述第二开关触点的所述第一位置和所述第二位置时在15mm至40mm之间。
8.如权利要求1-3中的任一项所述的开关单元，其中
所述层表面（221a，221b）到所述第一开关触点（202a）和/或所述第二开关触点（202b）的距离在所述第二开关触点的所述第一位置和所述第二位置时在25mm至30mm之间。
9.如权利要求1-3中的任一项所述的开关单元，其中
所述气体发出层由含氟聚合物类制造，其中所述气体发出层具有2至8mm的厚度。
10.如权利要求9所述的开关单元，其中
所述气体发出层由PTFE制造。
11.如权利要求9中所述的开关单元，其中
所述气体发出层具有3mm至5mm的厚度。
12.如权利要求1-3中的任一项所述的开关单元，其中
至少一个气体发出元件（220a，220b）在所述灭弧室的方向上大致上延伸到所述第一堆叠（102）和所述第二堆叠（106）的最低金属板（104a，108a）的平面。
13.如权利要求1-3中的任一项所述的开关单元，其中
至少一个气体发出元件（220a，220b）在所述灭弧室的方向上大致上延伸到刚好所述第一堆叠（102）和所述第二堆叠（106）的最低金属板（104a，108a）的下面。
14.如权利要求1-3中的任一项所述的开关单元，其中
所述至少一个气体发出元件(220a, 220b)是板形的，其中所述开关单元包括开关空间（226），处于所述第一位置和所述第二位置的所述第二开关触点和所述第一开关触点被永久地设置在所述开关空间（226）中。
15.如权利要求14所述的开关单元，其中所述至少一个气体发出元件(220a, 220b)是具有底座部分和两个臂（224a，224b）的大致上T形板。
16.如权利要求15所述的开关单元，其中，所述至少一个气体发出元件（220a，220b）的所述底座部分设置在所述开关空间中；以及其中所述臂（224a，224b）平行于所述第一角（210a）和/或所述第二角（210b）延伸。
17.如权利要求1-3中的任一项所述的开关单元，其中
所述至少一个气体发出元件在电弧移位方向（A）上大致上延伸到最近金属板的平面用于在所述灭弧室中分裂所述电弧。
18.一种用于中压电路的断路器，包括：
根据权利要求1-3中的任一项的开关单元（200）；以及
灭弧室（100），所述灭弧室包括大致上平行的金属板（104，104a，104b，…，104n，108，108a，108b，…，108n）的至少一个堆叠，其中所述堆叠的金属板的表面的70%以上面向相邻金属板的表面。
19.如权利要求18所述的断路器，其中所述堆叠的金属板的表面的90%以上面向相邻金属板的表面。
20.如权利要求18所述的断路器，其中
所述灭弧室的金属板（104，104a，104b，…，104n，108，108a，108b，…，108n）具有3000mm2至12000 mm2的表面。
21.如权利要求18所述的断路器，其中
所述灭弧室的金属板（104，104a，104b，…，104n，108，108a，108b，…，108n）具有5000 mm2至8000 mm2之间的表面。
22.如权利要求20所述的断路器，其中
能够进行具有5000安培以上的标称电流时的所述断路器的中断操作。
23.如权利要求18所述的断路器，其中
所述断路器是空气断路器。
24.如权利要求18所述的断路器，其中
所述牵引车辆DC断路器是用于铁路车辆、有轨电车或无轨电车的断路器。
25.一种用于组装牵引车辆DC断路器或变电站DC断路器的方法，包括：
提供开关单元（200），其包括
第一开关触点（202a）；以及
第二开关触点（202b），其在第一位置和第二位置之间能移动，在所述第一位置，所述第一开关触点与所述第二开关触点接触，在所述第二位置，所述第二开关触点与所述第一开关触点分开；以及
设置包括气体发出层的至少一个气体发出元件（220a，220b），所述气体发出层具有面向所述开关单元（200）中的所述第一开关触点和所述第二开关触点的层表面（221a，221b），其中所述至少一个层表面设置在距所述第一开关触点和所述第二开关触点一定距离处，使得在所述断路器在其额定电流时的中断操作时，所述第一开关触点和所述第二开关触点之间的电弧使所述气体发出层的一部分汽化；
将具有多个大致上平行的金属板（104，104a，104b，…，104n，108，108a，108b，…，108n）的灭弧室（100）连接到所述开关单元（200），使得在第一开关触点和所述第二开关触点之间产生的电弧被引导到所述灭弧室内；
将第一角（210a）设置成电连接到所述第一开关触点以将所述电弧的第一底脚引导到所述灭弧室的第一堆叠（102）；
将第二角（210a）设置成电连接到所述第二开关触点以将所述电弧的第二底脚引导到所述灭弧室的第二堆叠（106）；
采用电弧空间（109）设置在金属板（104，104a，104b，…，104n，108，108a，108b，…，108n）的所述第一堆叠（102）和所述第二堆叠（106）之间的这样的方式来设置所述第一堆叠（102）和所述第二堆叠（106）
以及
设置所述层表面（221a，221b）使得在所述第二开关触点的移动方向（S）的方向上的所述第一角和所述第二角的至少一部分设置成与所述层表面平行，其中
所述部分大于所述第一角和所述第二角的25%。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述部分大于所述第一角和所述第二角在所述移动方向（S）的方向上的延伸的50%。
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