CN102947913B - 断路器的灭弧罩、断路器和用于组装灭弧罩的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于DC断路器的灭弧罩，其包括：至少一个叠堆102、106的多个基本平行的金属板104、104a、…、104n、108、108a、…、108n，该至少一个叠堆限定平行于堆叠方向的第一轴线A；适于允许电弧沿着第一轴线延伸的弧隙109，其中，平行于金属板而横穿至少一个叠堆和弧隙109的第二轴线基本垂直于第一轴线。另外，灭弧罩壳体111具有至少一个侧壁112，所述至少一个侧壁基本平行于第二轴线，其中，至少一个侧壁112和金属板之间的距离小于5mm，特别是小于2mm。
Description
技术领域
本公开涉及用于直流(DC)断路器，特别是用于DC断路器的灭弧罩，其包括：至少一个叠堆的多个基本平行的金属板，该至少一个叠堆限定平行于堆叠方向的第一轴线；适于允许电弧沿着第一轴线延伸的弧隙，其中，平行于金属板而横穿该至少一个叠堆和弧隙的第二轴线基本垂直于第一轴线。
另外，本公开涉及DC断路器和用于组装灭弧罩的方法。
背景技术
典型地，在铁路车辆上的DC电路中使用断路器或空气断路器。其它示例可为有轨电车或无轨电车。例如，这样的高速DC断路器可开关具有超过600伏和5000安培的直流电。
例如，在DC断路器中，由于断开开关触头会产生许多气体，在灭弧罩中的金属板的所有侧排出气体是比较好的。特别地，塑料框架会产生气体，金属板置于塑料框架上。塑料框架在金属板之间形成介电层。然后用模制壳体盖住灭弧罩。由于气体在所有侧排出，所以断路器需要许多位置，这些位置无法由其它装备使用。典型地，在铁道车辆上的位置是有限的。
在传统的DC断路器的灭弧罩组件中，塑料框架和金属板交替地堆叠在彼此上，其中，金属板设置在塑料框架上。塑料框架具有切口，使得在两个相邻金属板之间可产生电弧。塑料框架用来产生气体使得电弧中的热迅速从灭弧罩中吹出，以及通过改变金属板之间的空气的化学成分来提高电弧电压。
典型地，电弧常常在金属板上移动，通常在切口内移动。但是，电弧常常停留在切口的角处。因而，金属板的金属在这些角处会变得非常热，并且可开始熔化。在最糟糕的情况下，相邻金属板被熔化的金属连接到彼此上。
这会导致灭弧罩的寿命缩短，以及因为会增加金属板之间的距离以避免两个相邻金属板之间的连接(因为金属熔化)而导致大的结构尺寸，以及导致金属板和塑料框架的数量增加。
典型地，传统的灭弧罩沉重且具有高的高度。另外，特别是在高电流下(例如在大于1kA的电流下)，损耗是很大的。典型地，损耗取决于操作的数量、电流密度和起弧时间(时间常数)。因而，灭弧罩的损耗是不可预测的。因此，难以计划维护操作，尽管如此这又是不可缺少的。例如，可经常检查和更换金属或钢板。另外，也可检查塑料框架，并且有时甚至可更换塑料框架。另外，板之间存在最小钢落差的风险，使得建立较小电压。在最糟糕的情况下，断路器下一次可能无法切断。另外，典型地必须组装超过120个构件，而且间隙距离增加。
US2001/0015879A1公开了一种具有平行于彼此的两个灭弧罩叠堆以及内壳与外壳的断路器，断路器的功能构件位于内壳和外壳中。平行于两个灭弧罩叠堆而对准的壳体的侧壁具有开口。
US2005/0263492A1公开了一种用于使电流持续地上升到400amp的低电压断路器，其具有枢转部件(其具有握柄)和用以熄灭电弧的灭弧罩叠堆。
发明内容
本发明的目标是提供一种灭弧罩、断路器和用于组装不存在已知灭弧罩的不便的灭弧罩(特别是，需要较少安装空间且较容易地适于需要和电流的灭弧罩)的方法。
根据一方面，提供一种用于直流(DC)断路器的灭弧罩，其包括：至少一个叠堆的多个基本平行的金属板，该至少一个叠堆限定平行于堆叠方向的第一轴线；适于允许电弧沿着第一轴线延伸的弧隙，其中，平行与金属板而横穿该至少一个叠堆和弧隙的第二轴线基本于垂直第一轴线；以及具有至少一个侧壁的灭弧罩壳体，所述至少一个侧壁基本平行于第二轴线，其中，介于至少一个侧壁和金属板之间的距离小于5mm，特别是小于2mm。
在典型的实施例中，断路器是空气DC断路器。因而，各个电流中断产生电弧。典型地，电弧从触头分开开始，并且保持，直到电流为零为止。在典型的实施例中，为了能够切断DC电流，高速DC断路器会建立比净电压更高的DC电压。为了建立DC电压，空气断路器可使用灭弧罩或灭弧室，其中，金属板用来将电弧分成若干个部分电弧，电弧被拉长，并且使用气体来通过化学作用(例如通过蒸发塑料或另一种材料)来提高电弧电压。
典型地，使用根据实施例的这种灭弧罩的断路器不会消耗那么多空间。这对于其中空间有限(例如在火车上)的应用来说是重要的。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，至少一个侧壁接触金属板。
例如，在实施例中，灭弧罩壳体具有两个侧壁。
在典型的实施例中，至少一个侧壁在第二轴线的方向上具有的尺寸使得侧壁至少完全覆盖至少一个叠堆和弧隙。例如在两个叠堆的情况下，侧壁覆盖两个叠堆和这两个叠堆之间的弧隙。在典型的实施例中，至少一个侧壁在第二轴线的方向上具有的尺寸对应于至少一个叠堆(特别是两个叠堆)和弧隙在第二方向的方向上的尺寸的至少110%，特别是至少120%。
典型地，侧壁在堆叠方向的方向上具有的高度至少对应于叠堆在第一轴线的方向上的尺寸。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，侧壁是基本封闭的。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，至少两个平行的金属板叠堆，其中，第二轴线横穿至少两个平行的叠堆。
例如，在实施例中，金属板基本为长方形，并且特别地，相应地具有指向弧隙的基本V形的切口，其中，第二轴线基本平行于金属板的邻近侧壁的两个侧边。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，灭弧罩的壳体在第二轴线的方向上具有开口。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，开口在第一轴线的方向上具有为至少一个叠堆的至少90%(特别是95%)的尺寸。
在典型的实施例中，开口具有的尺寸基本对应于金属板在垂直于第一轴线和第二轴线的方向上的尺寸，例如为金属板的宽度的至少90%，特别是至少95%。典型地，沿着垂直于第一轴线且垂直于第二轴线的第三轴线测量金属板的宽度。
在典型的实施例中，其中，金属板基本为长方形，在弧隙的方向上具有第一边，以及与第一边相对的第二边，而且特别地，两个侧边基本平行于第二轴线，其中，灭弧罩壳体的开口在金属板的第二边的侧部附近和/或在侧部上。
例如，在实施例中，至少一个叠堆的金属板的表面的超过70%(特别是超过90%)面向同一叠堆中的相邻金属板的表面。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，灭弧罩的金属板具有大约3000mm2至大约12000mm2、特别是介于大约5000mm2和大约8000mm2之间的表面，并且/或者在平行于第二轴线的纵向方向上的延伸部和在横向方向上的延伸部之间具有大约1至2、特别是1.1至1.5的比。
例如在实施例中，至少一个叠堆包括金属板组，其中，该金属板组的金属板由至少一个支承装置支承，该支承装置适于使金属板彼此保持平行关系，并且适于使金属板组共同插入和移除。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，该金属板组的各个金属板包括用于插入支承装置的多个切口，其中特别地，金属板和支承装置适于彼此，使得当支承装置插入金属板的相应的切口中时，支承装置的与金属板相对的后部边基本与金属板位于距侧壁的相同距离处或比金属板位于距侧壁更远的距离处，特别地，侧边平行于支承装置插入到其中的金属板的第二轴线。
例如，在实施例中，金属板、特别是金属板组的金属板相应地彼此之间具有大约2mm至大约4mm的距离。
根据另一方面，提供一种断路器，其包括具有第一开关触头和第二开关触头的开关单元，其中，第二开关触头能够在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置上，第一开关触头接触第二开关触头，并且在第二位置上，第一开关触头和第二开关触头彼此分开；以及根据本文公开的实施例的灭弧罩。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，断路器是空气断路器。
例如，在实施例中，断路器是用于牵引车辆，特别是用于铁路车辆、有轨电车、无轨电车和对铁道车辆等提供能量的变电站的断路器。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，第二开关触头能够基本沿着移动方向移动，其中，第二轴线基本平行于移动方向。
在典型的实施例中，开关单元包括第一开关触头；第二开关触头能够在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置上，第一开关触头接触第二开关触头，并且在第二位置上，第二开关触头与第一开关触头分开；用以将灭弧罩定位在开关单元上的定位装置，其中，灭弧罩包括多个基本平行的金属板，定位元件布置成使得在第一开关触头和第二开关触头之间产生的电弧沿电弧转移方向被导引到灭弧罩中，以便被熄灭；以及至少一个气体排放元件，其包括气体排放层，气体排放层具有面向第一开关触头和第二开关触头的层表面，其中，气体排放元件布置成与第一开关触头和第二开关触头有距离，使得在断路器在其标称电流下的中断操作时，第一开关触头和第二开关触头之间的电弧使气体排放层的一部分蒸发。
典型地，由于气体排放板的原因，回弧复燃被延迟。例如过压有助于将电弧推到灭弧罩中。因而，断路器能力得到提高。
在典型的实施例中，断路器可开关具有超过600安培的直流电。
在典型的实施例中，在第一开关触头和第二开关触头之间产生的电弧会产生很多热，使得气体排放层的一部分蒸发。
在典型的实施例中，气体排放层由在蒸发状态中提高第一开关触头和第二开关触头之间的绝缘电阻的材料形成。
在典型的实施例中，定位装置是螺钉、铰链、螺栓、止动器、条等。例如，定位装置用来将灭弧罩连接到开关单元上。
例如，在实施例中，第二开关触头能够基本沿着移动方向移动，其中，层表面布置成基本平行于由移动方向和电弧转移方向限定的平面。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，至少一个气体排放元件设置成使得蒸发的气体排放层将电弧推到灭弧罩中，以及/或者提高第一开关触头和第二开关触头之间的绝缘电阻。
例如，在实施例中，开关单元包括至少两个气体排放元件，气体排放元件具有面向第一开关触头和第二开关触头的层表面，其中，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基本平行。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，层表面与第一开关触头和/或第二开关触头的距离(特别地，在第二开关触头的第一位置和第二位置上)介于大约15mm和大约40mm之间，特别是介于大约25mm和大约30mm之间。
例如，在实施例中，气体排放层由聚四氟乙烯(PTFE)制成，其中特别地，气体排放层具有大约2mm至大约8mm、特别是大约3mm至大约5mm的厚度。在另一个实施例中，气体排放层由其它类型的含氟聚合物制成，例如氟化乙烯-丙烯(PEP)、过氧烷氧基化物(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚氟乙烯(PVF)。在另一个实施例中，气体排放层由诸如共聚物或三元共聚物的类型的含氟弹性体制成。在另一个典型的实施例中，气体排放元件不是大件材料，而是具有诸如PTFE的类型的含氟聚合物或者诸如使气体蒸发的共聚物的类型的含氟弹性体的表面涂层。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，开关单元可进一步包括：电连接到第一开关触头上的第一角，其中，第一角设置成将电弧的第一足(foot)导引到灭弧罩，特别是导引到灭弧罩的第一叠堆；以及/或者电连接到第二开关触头上的第二角，其中，第二角设置成将电弧的第二足导引到灭弧罩，特别是导引到灭弧罩的第二叠堆，其中，层表面具有的大小使得第一角和/或第二角在第二开关触头的移动方向的方向上的至少一部分设置成平行于层表面，其中特别地，该部分大于角的25%，特别是大于角在移动方向的方向上的延伸部的大约50%。
例如，在实施例中，至少一个气体排放元件为具有基部部分和两个臂的板形，并且特别地，基本T形的板，其中，开关单元包括开关空间，第一开关触头和在第一位置上和在第二位置上的第二开关触头永久地设置在开关空间中，其中，至少一个气体排放元件的基部部分设置在开关空间中，并且特别地，臂平行于第一角和/或第二角而延伸。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，至少一个气体排放层沿电弧转移方向基本延伸到最接近的金属板的平面，以在灭弧罩中分割电弧。最接近的金属板典型地是灭弧罩的最靠近开关单元的的金属板。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，断路器是用于牵引车辆，特别是用于铁路车辆、有轨电车、无轨电车等的DC断路器。
根据另一方面，提供一种用于组装断路器的灭弧罩的方法，灭弧罩包括弧隙，该方法包括：平行于第一轴线而堆叠多个基本平行的金属板，其中，弧隙适于允许电弧沿着第一轴线延伸；其中，平行于金属板而横穿至少一个叠堆和弧隙的第二轴线基本垂直于第一轴线；以及基本平行于第二轴线而安装灭弧罩的壳体的至少一个侧壁，其中，侧壁和金属板之间的距离小于5mm，特别是小于1mm。在另一个典型的实施例中，金属板的叠堆与侧壁接触。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，方法进一步包括将灭弧罩安装在开关单元上。
附图说明
为了得到可详细地理解本发明的上述特征的方式，可参照实施例来论述在上面简要概述的本发明的特定描述。附图与本发明的实施例有关，并且在下面进行描述：
图1示意性地显示了具有断开的开关触头的断路器的实施例的侧视图；
图2示意性地显示了开关单元的一部分的侧视图；
图3在俯视图中示意性地显示了断路器的区段；
图4示意性地显示了金属板组；
图5示意性地显示了叠堆的金属板；
图6示意性地显示了支承装置的侧视图；
图7示意性地显示了根据实施例的灭弧罩的透视图；
图8示意性地显示了断路器的实施例的一些元件的侧视图；
图9示意性地显示了断路器的实施例的一些元件的侧视图；
图10在俯视图中示意性地显示了灭弧罩的区段；以及
图11示意性地显示了根据实施例的断路器的透视图。
具体实施方式
现在将详细参照多种实施例，在图中示出了实施例的一个或多个示例。以阐述的方式提供各个示例，并且各个示例不表示对本发明的限制。在图的以下描述内，相同参考标号指示相同构件。大体上，仅描述关于单独的实施例的不同之处。
图1显示了在典型地介于600V和3600V之间的中等电压下工作的高压直流(DC)断路器的侧视图。断路器典型地是空气断路器。断路器包括灭弧罩100和开关单元200。灭弧罩包括第一叠堆102的金属板104a、104b、…、104n，并且在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，灭弧罩包括第二叠堆106的金属板108a、108b、…、108n。
在典型的实施例中，第一叠堆102和第二叠堆106的金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n是基本相等的。弧隙109设置在第一叠堆102的金属板和第二叠堆106的金属板之间。典型地，当断路器断开时，电弧出现在弧隙109中。
典型地，灭弧罩关于横穿弧隙109的轴线对称，该轴线平行于第一叠堆102的金属板和第二叠堆106的金属板的堆叠方向。另外，在典型的实施例中，第一叠堆102的顶层金属板104n通过连接条110电连接到第二叠堆106的顶层金属板108n上。因而，第一叠堆的顶层金属板104n与第二叠堆106的顶层金属板108n在相同的电势上。
第一叠堆102的最低的金属板或零层金属板104a和最低的金属板或零层金属板108a典型地是相应的叠堆102、106的最接近开关单元200的金属板。因此，最低的金属板104a、108a和顶层板104n、108n在相应的叠堆102、106的金属板的堆叠方向上设置在相对的端部上。
在典型的实施例中，各个叠堆102、106包括大约36个金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n。其它实施例可包括超过36个金属板。金属板的数量典型地取决于由断路器开关的标称净电压。
在典型的实施例中，灭弧罩100设置在具有至少一个侧壁112的壳体中。在典型的实施例中，灭弧罩100及其壳体可容易地与开关单元200分开。因而，可减少维护时间。
开关单元200包括可通过第一开关触头终端204a电连接到电力网或负载上的第一开关触头202a。典型地，第一开关触头通过第一开关触头条或汇流条203连接到第一开关触头终端204a上，其中特别地，第一开关触头条203包括第一开关触头终端204a。典型地，第一开关触头202a固定到第一开关触头条203的第一端上，并且第一开关触头终端204设置在第一开关触头条203的与第一端相对的第二端上。
另外，开关单元200包括第二开关触头202b。驱动单元206使第二开关单元沿移动方向S移动，以使第二开关触头202b移动离开第一位置和第二位置，在第一位置上，第一开关触头202a与第二开关触头202b物理接触，并且在第二位置上，第一开关触头202a与第二开关触头202b分开。在图1中显示了第二位置。第二开关触头202b可通过第二开关触头终端204b连接到电力网或负载上。第二开关触头202b通过柔性导体208a和第二开关触头条208b电连接到第二开关触头终端204b上，其中，柔性导体208a连接到第二开关触头条208b的第一端上。典型地，第二开关触头终端204b设置在第二开关触头条208b的第二端上，其中，第二端与第二开关触头条208b的第一端相对。
典型地，在断路器的操作中，当断路器在闭合位置上时，即，第一开关触头202a接触第二开关触头202b时，弧隙109设置在第一开关触头和第二开关触头的上方。另外，金属板叠堆102、106的堆叠方向基本平行于电弧转移方向A，电弧转移方向A基本垂直于移动方向S。典型地，堆叠方向或电弧转移方向A对应于电弧延伸到灭弧罩中所沿的方向。典型地，金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n和连接条110基本平行于移动方向S。
第一角210a固定到第一触头202a上，以将电弧的足导引到灭弧罩100的第一叠堆102的金属板104a、104b、…、104n，特别是导引到最低的金属板104a。另外，开关单元200设有第二角210b第二角210b设置成使得在第二开关触头202b处具有足的电弧跳到角210b，并且移动到第二叠堆106的金属板108a、108b、…、108n，特别是移动到最低的金属板108a。
在典型的实施例中，第一叠堆102的最低的金属板104a和第二叠堆106的最低的金属板108a分别电连接到第一开关触头202a和第二开关触头202b上。因而，由于中断电流而产生的电弧的电弧足典型地不保留在第一角210a和第二角210b上，而是跳到最低的金属板104a、108a上。一旦相应的电弧足跳到最低的金属板，电流就流过相应的等势连接件。典型地，角不被电弧加热，并且从而不会蒸发。另外，角损耗减小，使得角(例如第一角210a和第二角210b)可经受断路器的寿命。典型地，一旦电弧跳到最低的金属板上，热消散就增加。另外，在接近开关触头的地方不会产生那么多气体。典型地，接近开关触头的热集中降低，使得等离子产生和识别的现象的风险降低。
图1显示了处于断开状态的断路器的侧视图，其中，第一开关触头202a与第二开关触头202b分开。另外，图1示意性地显示了灭弧罩200内的电弧扩张，特别是，通过从第一开关触头202a移离第二开关触头202b，在开关断开之后的时刻的电弧。
在第一开关触头202a和第二开关触头202b的接触分开之后的第一时间t0，开始起弧。
然后，在t1处，电弧或电弧的一个足离开第一开关触头202a或第二开关触头202b中的一个，并且跳到相应的开关触头202a、202b的角210a、210b。这首先可发生在固定的(即第一)开关触头202a上，或者发生在移动的触头上，即，第二开关触头202b。在t2处，电弧离开第二开关触头。然后，电弧足分别位于第一角210a和第二角210b上。
然后，在t3处，电弧足跳到相应的零层或最低的金属板104a、108a上，并且电弧继续在灭弧罩内爬升。典型地，在此阶段中，在第一叠堆102和第二叠堆104的相应的相邻金属板之间产生若干个小电弧。
在t4处，分别在第一叠堆102和第二叠堆106的最低的金属板104a、108a上良好地产生电弧，并且电弧继续在灭弧罩(特别是弧隙109)内爬升。最后，在t5处，电弧完全伸长，从而到达灭弧罩的顶部，使得建立最大电压。由电弧建立的电压在t0处开始，从t1增加到t4，并且大致在t5处达到其最大值。典型地，顺序受到例如由电流产生的磁场(例如对于大于100A的电流)、热气而引起的烟囱效应(例如对于低于100A的电流)和/或断路器的机械行为(例如第二开关触头202b的速度)的影响。
在典型的实施例中，电弧保持存在，直到电流为零为止，然后电弧自然地熄灭。典型地，起弧时间与电路的时间常数中的预期短路电流、在断开时的电流电平、建立用于切断例如第二开关触头的接触速度所需的电压、断路器几何结构设计(例如烟囱效应)，以及/或者所使用的对灭弧罩或断路器中产生的气体有影响的材料成比例。
图2示意性地显示了开关单元200的一部分的透视图，并且图3显示了开关单元200和灭弧罩100的第一叠堆102和第二叠堆106的相应的最低的金属板104a、108a俯视图。在开关单元200中，第一聚四氟乙烯(PTFE)板220a和第二PTFE板220b设置成平行于第二开关触头202b的移动方向或开关轴线S，以及/或者平行于堆叠方向或电弧转移方向A。而且，另一种材料可代替PTFE而使用，或者作为PTEE的补充而使用，但是，材料典型地可产生气体，或者使气体蒸发，以改变断路器中的气氛，以减少回弧复燃，以及/或者提高特别是在灭弧罩和/或开关单元200的开关空间226中的绝缘电阻。
在典型的实施例中，PTFE板基本为T形。但是，也可提供具有另一种形状的板，例如V形或长方形PTFE板。
在可与本文公开其它实施例结合的典型的实施例中，第一PTFE板220a和第二PTFE板220b设置成使得第一角210a和第二角210b在移动方向S的方向上的大部分，特别是至少25%，相应地设置在第一PTFE板220a和第二PTFE板220b之间。典型地，在PTFE板220a、220b为T形的情况下，它们包括基部224和两个臂224a、224b，其中，臂224a、224b从开关空间226延伸，其中，第一开关触头202a和第二开关触头202b在断路器的断开和闭合状态中(例如，当第二开关触头在第一位置和第二位置上时)，永久地设置在开关单元200的框架(未显示)(其典型地支承臂224a、224b，并且从而支承PTFE板220a、220b)和第一叠堆102与第二叠堆106的相应的最低的金属板104a、108a之间。例如，在灭弧罩被从开关单元200移除时，PTFE板可在灭弧罩的方向上容易地被移除和进行更换。
在可与本文公开其它实施例结合的典型的实施例中，第一开关触头202a和/或第二开关触头202b在断路器的断开状态和闭合状态中紧密地设置在两个PTFE板220a、220b之间。典型地，PTFE板在垂直于堆叠方向或电弧转移方向A和开关轴线或移动方向S的方向上对在开关空间226中产生的电弧形成限制。
在典型的实施例中，PTFE板、特别是PTFE板的基部224和臂224a、224b沿朝灭弧罩的方向基本延伸到第一叠堆102和第二叠堆106的最低的金属板104a、108a的平面，特别是延伸到最低的金属板104a、108a的下面不远处。因而，在操作期间，即，当灭弧罩100安装在开关单元200上时，PTFE板220a、220b不沿堆叠方向A的方向移动。另外，在实施例中，PTFE板220a、220b布置成使得它们不可沿移动方向S的方向移动。
在开关触头断开的情况下，当第一开关触头202a和第二开关触头202b之间产生电弧时，PTFE板220a、220b在它们之间导引电弧。典型地，由于电弧的温度热的原因，一些气体从PTFE导引件的表面蒸发，使得气体将电弧推出第一开关触头202a和第二开关触头202b之间的区域。典型地，电弧较迅速地被导引到灭弧罩100中。另外，气体用来改变灭弧罩中的大气的组成，特别是提高相邻金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n之间的电阻。
对于PTFE板220a、220b或PTFE门，回弧复燃被延迟，因为PTFE非常快速地蒸发，并且产生过压。因而，过压帮助将电弧推到灭弧罩中。另外，由于PTFE，气体化学组成在第一开关触头202a、和第二开关触头202b之间中被修改，并且等离子的产生被延迟。因而，在触头之间仍然可发生回弧复燃，但比在没有PTFE板220a、220b的情况下有高得多的电流。因而，断路器断路能力得到提高。
图4显示了用于第一叠堆102或用于第二叠堆106的成组128的金属板104、108。在可与本文公开其它实施例结合的典型的实施例中，金属板组128通过多个梳状支承装置130连接或编组。例如，用于灭弧罩的金属板组128可包括五至二十个金属板，特别是十个金属板。
在图5中显示了单个金属板104、106的典型实施例的示意性俯视图。各个金属板104、106包括用于支承装置130的多个切口132，例如六个切口，如图5中显示的那样。典型地，切口132具有深度132d。也可在金属板中提供另一个数量的切口，例如四个切口。切口132适于梳状支承装置130。在典型的实施例中，切口132基本为长方形，使得支承装置可滑动地引入到切口132中。
典型地，金属板具有大约0.5mm至大约2mm的厚度，特别是介于0.5mm和大约1.5mm之间，例如大约1mm。在可与本文公开其它实施例结合的典型的实施例中，金属板104、108可具有大约3000mm2至12000mm2、特别是介于大约5000mm2和大约8000mm2之间的表面。在典型的实施例中，金属板的体积介于大约3000mm3和大约20000mm3之间，特别是介于大约5000mm3和大约10000mm3之间。例如单个金属板或钢板可具有介于30g和100g之间的重量，例如大约50g。
在典型的实施例中，金属板基本为长方形，其具有在四边中的一个处、特别是设置在弧隙109附近的V形切口。典型地，切口对应于具有切口的边的超过50%。
在可与本文公开其它实施例结合的典型的实施例中，金属板之间的距离为大约2mm至大约4mm，特别是2.5mm。
图6显示了支承装置130的实施例的示意性侧视图。梳状支承装置130具有多个支承切口134，它们典型地规则地隔开。支承切口134设置在首先被引入金属板104、108的切口132中的侧部上。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。因而，由于多个梳状支承装置130，多个金属板104、108可被编组。典型地，支承装置可由塑料材料制成。
另外，在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，支承装置的在支承切口134的底部135和支承装置130的后部边136(与支承切口134相对)之间的剩余厚度130d基本对应于金属板中的切口的深度132。因而，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相对的后部边136不从金属板104、108的周边凸出。因此，壳体的侧壁可接触灭弧罩的金属板。
典型地，叠堆的金属板的表面的超过70%(特别是超过90%)面向相邻金属板的表面。那意味着相邻金属板之间的空间基本是空的，特别是没有可阻碍在相应的相邻金属板之间产生电弧的塑料框架或其它材料。在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，叠堆的金属板的表面的超过95%面向相邻金属板的表面。典型地，叠堆102、106的相邻金属板之间的电弧可能不停留在金属板的表面上的同一处。它们可使用全部空间来在灭弧罩的金属板的表面上来回移动。因而，金属板的损耗较均匀，使得板的距离和厚度可减小。另外，金属板的冷却也得到改进。
图7示意性地显示了根据实施例的灭弧罩的透视图，并且图8示意性地显示了实施例断路器的侧视图。灭弧罩100具有安装在开关单元200上的灭弧罩基部140。基部140具有用于开关单元200的角的开口142。因而，开口142典型地设置在第一开关触头202a和第二开关触头202b的上面。典型地，开口连接灭弧罩100(特别是灭弧罩100的弧隙109)与开关空间226。在第一开关触头202a和第二开关触头202b之间产生的电弧通过开口142进入灭弧罩100。另外，灭弧罩100包括具有侧壁112的壳体111。在典型的实施例中，侧壁112由塑料板制成。例如，侧壁基本封闭。侧壁112典型地设置在平行于由移动方向S和堆叠方向A跨过的平面的平面上。在实施例中，内部止动器壁146在弧隙109中固定到侧壁112上，特别是固定到各个侧壁112上，以限制金属板104、108沿弧隙109的方向在基部开口142上面的移动，使得电弧可在灭弧罩100内在第一叠堆102和第二叠堆106之间上升。在另一个实施例中，止动器板可由固定到侧壁112上的两个平行的轨代替。在典型的实施例中，金属板的块128从顶部插入到灭弧罩100中。
在可与本文公开的其它实施例结合的典型的实施例中，灭弧罩可包括插入侧壁112中的相应的凹槽144中的多个基本平行的偏导器148。典型地，凹槽144基本平行于板104a、104b、…104n、108a、108b、…、108n。典型地，偏导器板148平行于金属板而将在灭弧罩中产生的气体导引出灭弧罩。
典型地，灭弧罩由图9中显示的盖150覆盖，盖150固定到侧壁112上。因此，要组装的零件的数量显著减少。
因而，灭弧罩100轻且小，因为与其它构件的金属壁的间隙距离减小，例如在断路器安装在电动车辆(例如火车)上的情况下。另外，灭弧罩的金属板几乎没有损耗。另外，在金属板之间基本没有短路的风险。因而，易于计划对断路器(特别是灭弧罩)的维护。另外，可快速地组装和容易地升级根据实施例的灭弧罩，特别是因为不需要塑料模型。另外，成本降低。
典型地，由于根据本公开的实施例的灭弧罩，电弧不会总是在同一位置处燃烧，从而损耗较均匀地分布在金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n上，使得可减小板的距离，而且也可减小板的厚度。
图10显示了灭弧罩100的实施例的水平区段的俯视图。如图10中显示的那样，在第一开关触头和第二开关触头断开期间产生的热气基本可沿仅两个方向152a、152b排出，特别地，平行于第二开关触头的移动方向S的方向。典型地，灭弧罩的壳体在移动方向S的方向上或者在横穿灭弧罩的两个叠堆和弧隙109的轴线上具有开口154a、154b。在典型的实施例中，开口154a、154b在为电弧转移方向A或堆叠方向A的方向上具有为第一叠堆102或第二叠堆的金属板的至少90%(特别是95%)的尺寸。另外，开口154a、154b具有的垂直于电弧转移方向A和移动方向S的尺寸基本对应于金属板的尺寸，例如金属板的宽度的至少90%，特别是至少95%。典型地，沿着垂直于电弧转移方向A且垂直于移动方向S的第三轴线测量金属板的宽度。
壳体111的侧壁112典型地接触或邻近第一叠堆102和第二叠堆106的金属板104a、104b、…、104n。例如壳体的侧壁112和金属板之间的距离小于5mm，特别是小于2mm。因此，这种断路器可设置在其上的铁道车辆的另外的装备可置于断路器旁边，这与其中气体排到金属板104、108的所有侧部的断路器相反。因而，气体仅沿平行于箭头152a和152b所显示的移动方向S的方向排出。
图11显示了包括灭弧罩100和开关单元200的断路器的实施例的透视图。如图10中显示的那样，灭弧罩100被侧壁112从侧部覆盖，并且在顶部被盖板150覆盖。
因而，在典型的实施例中，可容易地组装灭弧罩，因为侧壁112和盖板150为板形且由塑料制成。因此，灭弧罩是可变的，使其可容易地适于待开关的电流或电压，例如可通过引入更多或更少金属板组128来容易地调节待插入到灭弧罩中的金属板的数量。另外，侧壁112和顶壁150可容易地适应，因为它们只是通过将较大的板锯成生产的灭弧罩所使用的形式而制成的板。
在可与本文公开的其它实施例结合典型的实施例中，开关单元200由开关单元侧壁250覆盖，开关单元侧壁250由塑料板制成。因而，也可容易地制造开关单元200。
典型地，对于高电压DC断路器，总起弧时间比AC长得多。因而，产生较高的温度，并且可在第一开关触头和第二开关触头之间以及在灭弧罩中产生等离子。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够制造和使用本发明。虽然已经按照多种具体实施例来描述了本发明，但本领域技术人员将认识到，可用在权利要求的精神和范围内的修改来实践本发明。特别地，上面描述的实施例的互不排斥的特征可彼此结合。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。这样的其它示例处在权利要求的范围之内。
Claims (20)
1.一种用于牵引车辆DC断路器或变电站DC断路器的灭弧罩，所述牵引车辆DC断路器或变电站DC断路器在介于600V和3600V之间的中等电压下工作，所述灭弧罩包括
至少两个叠堆(102，106)的多个平行的金属板(104，104a，104b，104n，108，108a，108b，108n)，所述至少两个叠堆中的至少一个叠堆限定平行于堆叠方向的第一轴线(A)；
适于允许电弧沿着所述第一轴线延伸的弧隙(109)，其中，平行于所述金属板而横穿所述至少两个叠堆和所述弧隙(109)的第二轴线垂直于所述第一轴线；以及
具有至少一个侧壁(112)的灭弧罩壳体(111)，所述至少一个侧壁平行于所述第二轴线，其中
所述灭弧罩壳体(111)在所述第二轴线的方向上具有用于排出气体的开口(154a，154b)，以及其中，所述至少一个侧壁(112)和所述金属板之间的距离小于5mm，其中，所述至少一个叠堆(102，106)包括金属板组(128)，其中，所述金属板组的金属板由至少一个支承装置(130)支承，所述至少一个支承装置(130)适于使所述金属板(104，108)彼此保持平行关系，并且适于使所述金属板组(128)共同插入和移除。
2.根据权利要求1所述的灭弧罩，其特征在于，所述至少一个侧壁(112)和所述金属板之间的距离小于2mm。
3.根据权利要求1所述的灭弧罩，其特征在于，所述灭弧罩包括多个平行的偏导器(148)，以将气体导引出所述灭弧罩。
4.根据权利要求1－3中的任一项所述的灭弧罩，其特征在于，
所述金属板(104，108)为长方形，并且相应地具有指向所述弧隙(109)的V形的切口，其中，所述第二轴线平行于所述金属板的邻近所述侧壁(112)的两个侧边。
5.根据权利要求3所述的灭弧罩，其特征在于，
所述平行的偏导器(148)插入所述至少一个侧壁(112)中的相应的凹槽(144)中。
6.根据权利要求1－3中的任一项所述的灭弧罩，其特征在于，
所述至少一个叠堆的金属板的表面的超过70%面向同一叠堆中的相邻金属板的表面。
7.根据权利要求6所述的灭弧罩，其特征在于，
所述至少一个叠堆的金属板的表面的超过90%面向同一叠堆中的相邻金属板的表面。
8.根据权利要求1－3中的任一项所述的灭弧罩，其特征在于，
所述灭弧罩(100)的金属板(104，104a，104b,…,104n，108，108a，108b,…,108n)具有3000mm2至12000mm2的表面，并且/或者在平行于所述第二轴线的纵向方向上的延伸部和在横向方向上的延伸部之间具有1至2的比。
9.根据权利要求8所述的灭弧罩，其特征在于，
所述灭弧罩(100)的金属板(104，104a，104b,…,104n，108，108a，108b,…,108n)具有介于5000mm2和8000mm2之间的表面。
10.根据权利要求8所述的灭弧罩，其特征在于，
所述灭弧罩(100)的金属板(104，104a，104b,…,104n，108，108a，108b,…,108n)在平行于所述第二轴线的纵向方向上的延伸部和在横向方向上的延伸部之间具有1.1至1.5的比。
11.根据权利要求1－3中的任一项所述的灭弧罩，其特征在于，
所述金属板组的各个金属板包括用于插入所述支承装置(130)的多个切口(132)，其中所述金属板(104，108)和所述支承装置适于彼此，使得当所述金属板组的金属板布置在所述支承装置上时，所述支承装置的与所述金属板相对的后部边与所述金属板位于距所述侧壁的相同距离处或比所述金属板位于距所述侧壁更远的距离处。
12.根据权利要求1－3中的任一项所述的灭弧罩，其特征在于，
所述金属板组的各个金属板包括用于插入所述支承装置(130)的多个切口(132)，其中所述金属板(104，108)和所述支承装置适于彼此，使得当所述金属板组的金属板布置在所述支承装置上时，所述支承装置的与所述金属板相对的后部边与所述金属板的侧边位于距所述侧壁的相同距离处或比所述侧边位于距所述侧壁更远的距离处，所述侧边与所述支承装置被插入其中的所述金属板的第二轴线平行。
13.根据权利要求1－3中的任一项所述的灭弧罩，其特征在于，
其中，所述金属板组(128)的金属板(104，108)彼此之间相应地具有2mm至4mm的距离。
14.根据权利要求13所述的灭弧罩，其特征在于，
其中，所述金属板组(128)的金属板(104，108)彼此之间相应地具有2.5mm的距离。
15.一种牵引车辆DC断路器或变电站DC断路器，包括
具有第一开关触头(202a)和第二开关触头(202b)的开关单元(200)，其中，所述第二开关触头能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置上，所述第一开关触头接触所述第二开关触头，而在所述第二位置上，所述第一开关触头和所述第二开关触头(202a，202b)彼此分开；以及
根据前述权利要求中的任一项所述的灭弧罩(100)。
16.根据权利要求15所述的DC断路器，其特征在于，所述第二开关触头(202a)能够沿着垂直于所述堆叠方向(A)的移动方向(S)移动。
17.根据权利要求15所述的DC断路器，其特征在于，可开关超过600安培的电流。
18.根据权利要求15所述的DC断路器，其特征在于，所述灭弧罩包括至少一个气体排放元件，所述至少一个气体排放元件包括气体排放层，所述气体排放层具有面向所述第一开关触头和所述第二开关触头的层表面。
19.根据权利要求15所述的DC断路器，其特征在于，
所述断路器是空气断路器。
20.根据前述权利要求15至19中的任一项所述的DC断路器，其特征在于，
所述第二开关触头(202b)能够沿着移动方向(S)移动，其中，所述第二轴线平行于所述移动方向(S)。
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