CN103155075B - 用于断路器的灭弧栅、断路器和用于组装灭弧栅的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于DC断路器的灭弧栅，其包括：多个基本平行金属板(104，104a，104b，104n，108，108a，108b，108n)形成的至少两个平行叠堆(102，106)，其限定平行于叠堆方向的第一轴线(A)，其中同一叠堆的金属板在第一轴线的方向上、在相邻金属板之间具有基准距离(D1)；电弧空间(109)，其限定在两个平行叠堆之间且适于允许电弧沿着第一轴线移动，其中第二轴线(X)平行于金属板而横穿至少两个平行叠堆和电弧空间(109)，其中第二轴线基本垂直于第一轴线；以及灭弧栅壳体(111)，其具有在第一轴线的方向上限定灭弧栅壳体的内部的至少一个顶壁，其中通道(113a，113b)形成于顶壁和至少一个叠堆(102，106)的最靠近顶壁的金属板(104n，108n)之间，通道在第一轴线的方向上具有为基准距离(D1)的至少2倍的延伸部(D3)。另外本公开涉及断路器和用于组装断路器的灭弧栅的方法。

Description

用于断路器的灭弧栅、断路器和用于组装灭弧栅的方法

技术领域

本公开涉及用于特别地针对中等电压定额或具有标称中等电压的直流(DC)断路器的灭弧栅(arcchute)。更特别地，本公开涉及直流断路器，其包括：多个基本平行金属板形成的至少一个叠堆，至少一个叠堆限定平行于叠堆方向的第一轴线；电弧空间，其适于允许电弧沿着第一轴线延伸，其中，第二轴线平行于金属板而横穿至少一个叠堆和电弧空间，并且基本垂直于第一轴线。典型地，中等电压是介于400V和4000V之间的电压。

另外，本公开涉及断路器和用于组装灭弧栅的方法。

背景技术

典型地，断路器或空气断路器用于轨道运载工具上的DC电路中。其它示例可为吊车索道或无轨电车。例如，这样的高速DC断路器可开关具有超过900伏的电压电平的1.5kA的直流。

在传统DC断路器的灭弧栅组件中，塑料框架和金属板交替地叠堆在彼此上，其中，金属板设置在塑料框架上。塑料框架具有切口，使得可在两个相邻金属板之间建立电弧。塑料框架用来在脱开开关触头时产生气体，使得电弧中的热快速从灭弧栅中排出，以及用来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，气体排到灭弧栅中的金属板的所有侧部。

塑料框架形成金属板之间的介电层。然后用模制壳体覆盖灭弧栅。随着气体在所有侧部上排出，断路器需要大量无法被其它装备使用的空间。典型地，在机车车辆上的空间有限。

众所周知的是，必须在灭弧栅内拉长电弧和将电弧推入灭弧栅内，以建立足够的电压，使得可切断DC电流。电压建立得越快，电弧放电的总时间将越短。

相对于标称电流在低电流下，例如在标称电流为1200A至4500A的情况下的10A至100A的电流下，特别是在电弧中存在低电流密度，使得将电弧推入灭弧栅内所需的磁场受到限制。另外，电弧脚可能难以离开触头尖部而爬到电弧室或灭弧栅的内部。因而，在某些情况下，建立所需的电压可能需要时间，电弧可粘附到一个触头尖部，使得仅建立50%的电压，并且电流决不会被切断。在另一种情形中，电弧可粘在或粘附到固定触头和移动触头上，使得不建立电压，并且电流决不会被切断。

DE102008021025A1公开一种用于马达保护开关的灭弧栅单元，其具有布置成三组且布置在电弧滑行板(runnerplate)之间的成单个叠堆的平行灭弧栅板。相应的组的距离或者在外围组和相邻电弧滑行板之间的距离为相邻的电弧放电栅板之间的距离的至少2倍。照这样，大量灭弧栅板布置在电弧放电室的有限空间中。

由于那个原因，一些灭弧栅或断路器包括自拱胀(blowup)线圈，自拱胀线圈取决于电流而被启动，使得磁场被提供来将电弧上推到灭弧栅中。

但是，这种解决方案复杂，并且需要拱胀线圈和控制电路(例如印刷电路板)，以控制产生磁场的线圈。

本发明的目标是提供一种不会带来已知灭弧栅的不便的灭弧栅、断路器以及用于组装灭弧栅的方法，特别是提供一种需要较少维护且较容易建设的灭弧栅。

发明内容

根据第一方面，提供一种用于DC断路器的灭弧栅，其包括：多个基本平行金属板形成的至少两个叠堆，至少两个平行叠堆限定平行于堆叠方向的第一轴线，其中，同一叠堆的金属板在第一轴线的方向上、在相邻金属板之间具有基准距离，以及其中，第二轴线平行于金属板而横穿至少两个平行叠堆和电弧空间，其中，第二轴线基本垂直于第一轴线；电弧空间，其限定在两个平行叠堆之间，并且适于允许电弧沿着第一轴线移动；以及灭弧栅壳体，其具有在第一轴线的方向上限定灭弧栅壳体的内部的至少一个顶壁，其中，在顶壁和至少一个叠堆的最靠近顶壁的金属板之间形成通道，通道在第一轴线的方向上具有为基准距离的至少2倍的延伸部。

在实施例中，多个平行金属板形成的同一叠堆的两个相邻金属板之间的基准距离可为多个平行金属板形成的同一叠堆的两个相邻金属板之间的平均距离。

在另一个实施例中，基准距离是在第一轴线的方向上、在同一叠堆的大部分成对的两个相邻金属板中的两个相邻金属板之间的距离。例如，大部分成对的两个相邻金属板可包括超过70%的金属板，特别地超过80%的金属板，例如超过90%的金属板。因而，大部分金属板，特别是超过70%的金属板(例如超过80%或超过90%的金属板)等距地布置在各个叠堆中。

在典型的实施例中，通道在第一轴线的方向上具有为基准距离的2.5倍以上、特别地3倍以上的延伸部，以及/或者通道在第一轴线的方向上具有为基准距离的10倍以下、特别地7倍以下的延伸部。

例如，在实施例中，通道可在第一轴线的方向上具有介于5mm和20mm之间、特别地介于7mm和15mm之间的延伸部。

在实施例中，断路器是空气DC断路器。因而，各个电流中断会产生电弧。典型地，电弧始于触头分开，并且保持到电流达到零。在实施例中，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栅或熄灭室，其中，使用金属板来将电弧分成若干个部分电弧，电弧被拉长，并且通过化学效应(例如利用塑料或另一种材料的蒸发)而使用气体来提高电弧电压。

对于灭弧栅，即使相对于包含所述灭弧栅的断路器的标称电流在低电流下，特别地由于来自开关触头的在朝灭弧栅的方向上的气体流的原因，与传统灭弧栅相比，更好地将电弧向上推入灭弧栅的壳体中，这是由于传统灭弧栅的通道在灭弧栅的上部端处。

例如，相对于为5倍以上、特别地10倍以上的标称电流(例如介于1000A和7000之间，特别地介于1200A和4500之间的标称电流)，对于介于10A和200A之间或低于200A的电流，电弧更好地被向上推入灭弧栅的壳体中或者被拉长。

特别地，因为与属于金属板叠堆的金属板之间的空间相比，通道的尺寸在第一轴线的方向上增加，所以产生气体流，气体流帮助将电弧吸向灭弧栅顶部。这种气体流是高效的，尤其是在电流相对于标称电流而言低的时候，即当磁场太弱而无法推动电弧时。典型地，磁场由电弧本身产生。在标称电流下，金属板和顶壁之间的扩大的空间典型地没有实质的负面影响。

在典型的实施例中，基准距离介于大约1mm和大约8mm之间，特别地介于2mm和大约6mm之间。

例如，在实施例中，顶壁基本平行于多个金属板的表面，并且/或者面向灭弧栅的内部的顶壁表面的法线平行于第一轴线。

例如，在实施例中，顶壁和/或通道特别地沿着第二轴线而至少在多个基本平行金属板形成的至少一个叠堆(特别地所有叠堆)和电弧空间之上延伸，第二轴线平行于金属板而横穿至少一个叠堆和电弧空间，其中，第二轴线基本垂直于第一轴线。

在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，顶壁是封闭的，使得电弧产生的气体流通过通道在第二轴线的方向上被引导出壳体，第二轴线平行于金属板而横穿至少一个叠堆和电弧空间，其中，第二轴线基本垂直于第一轴线。换句话说，顶壁在第一轴线的方向上阻止气体流。

典型地，如果轴线平行于面向在第一轴线的方向上相邻的金属板的表面的金属板的表面，则轴线平行于多个基本平行金属板形成的叠堆的金属板。

在典型的实施例中，灭弧栅进一步包括具有至少一个侧壁的灭弧栅壳体，所述至少一个侧壁基本平行于第一轴线和/或第二轴线，第二轴线平行于金属板而横穿至少一个叠堆和电弧空间，其中，第二轴线基本垂直于第一轴线，其中，至少一个侧壁和金属板之间的距离小于10mm，特别地小于5mm。

在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，至少一个侧壁接触至少一个叠堆的金属板。

在实施例中，侧壁在垂直于第一轴线且垂直于第二轴线的方向上限定通道。因而，通道具有垂直于第一轴线且垂直于第二轴线的尺寸，该尺寸对应于金属板在垂直于第一轴线且垂直于第二轴线的方向上的延伸部。

典型地，使用根据实施例的这种灭弧栅的断路器消耗较少空间。这对于其中空间有限的应用(例如在火车上)而言可为重要的。

例如，在实施例中，灭弧栅壳体具有两个侧壁，其中两个侧壁都与金属板具有小于10mm，特别地小于5mm的距离。

在实施例中，至少一个侧壁在第二轴线的方向上具有使得侧壁至少完全覆盖至少一个叠堆(特别地两个叠堆)和电弧空间的尺寸。例如，在两个叠堆的情况下，侧壁覆盖两个叠堆和该两个叠堆之间的电弧空间。

在实施例中，至少一个侧壁在第二轴线的方向上具有为至少一个叠堆(特别地两个叠堆)和电弧空间在第二轴线的方向上的尺寸的对应的至少110%、特别地至少120%的尺寸。

典型地，侧壁具有至少对应于叠堆在第一轴线的方向上的尺寸的高度。

在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，侧壁基本是封闭的。

典型地，侧壁在第三轴线的方向上阻止气体流。因而，气体主要被引导在第二轴线的方向上。

因而，对于各个叠堆，灭弧栅包括在仅一个方向上、特别地在平行于金属板而横穿至少一个叠堆和电弧空间的第二轴线的方向上的排气，其中，第二轴线基本垂直于第一轴线。

例如，在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，在脱开断路器的开关触头时所产生的气体仅在两个方向上、特别地在两个相反的方向上(例如在第二轴线的方向上)排出。

因此，在垂直于第一轴线且垂直于第二轴线的第三轴线的方向上的排气被阻止。

因而，灭弧栅可包括在相应的最靠近顶壁的板和顶壁之间的两个通道。

例如，在实施例中，两个平行叠堆包括第一叠堆和第二叠堆，其中，第一叠堆的金属板到第二叠堆的最近的金属板之间的距离介于金属板的在第二轴线的方向上的延伸部的长度和/或金属板的纵向边的长度的0.75倍和2倍之间，特别地介于0.8倍和1.5倍之间。

例如，第一叠堆的金属板和第二叠堆的最近的金属板之间的距离对应于金属板在第二轴线的方向上的延伸部的长度。

例如，在其中第一叠堆和/或第二叠堆的金属板在第二轴线的方向上具有不同的长度，以及/或者具有不同的长度的纵向边情况下，第一叠堆的金属板与第二叠堆的最近的金属板之间的距离介于金属板在第二轴线的方向上的延伸部的平均长度和/或金属板的纵向边的平均长度的75%和200%之间。

典型地，第一叠堆的金属板和第二叠堆的最近的金属板涉及未永久地电连接到彼此上的金属板。

在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，第一叠堆的金属板与第二叠堆的最近的金属板之间的距离在第二轴线的方向上介于75mm和200mm之间，特别地介于85mm和120mm之间，例如为大约100mm，并且/或者等于金属板的纵向边的长度。

在典型的实施例中，电弧空间在具有在第一轴线的方向上的法线的平面中的面积基本对应于金属板的表面的面积。在实施例中，平面在第二轴线的方向上受金属板的限制。例如，电弧空间在具有在第一轴线的方向上的法线的平面中的面积介于5000mm²和10000mm²之间，特别地介于6000mm²和9000mm²之间。在另一个示例中，电弧空间在具有在第一轴线的方向上的法线的平面中的面积介于金属板的表面的面积的80%和150%之间。因此增加产生气体流的空间，气体流会将电弧拉或推入灭弧栅中。

例如，在实施例中，金属板叠堆的金属板为基本长方形，并且特别地具有指向电弧空间的基本V形或U形切口，其中，第二轴线基本平行于金属板的在侧壁附近延伸的两个纵向边。

在实施例中，灭弧栅的壳体具有至少一个开口，至少一个开口布置成使得气体可在第二轴线的方向上横穿开口，第二轴线平行于金属板而横穿至少一个叠堆和电弧空间，其中，第二轴线特别地基本垂直于第一轴线，其中，特别地，至少一个开口具有平行于由第一轴线和第三轴线跨越的平面的开口表面，第三轴线垂直于第一轴线和第二轴线。

在可结合本文公开的其它实施例的实施例中，开口在第一轴线的方向上具有的尺寸为至少一个叠堆的在第一轴线的方向上的尺寸的至少90%、特别地超过95%。

在实施例中，开口具有的尺寸基本对应的金属板在垂直于第一轴线和第二轴线的方向上的尺寸，例如金属板的宽度的至少90%、特别地至少95%。典型地，沿着垂直于第一轴线和垂直于第二轴线的第三轴线测量金属板的宽度。

在实施例中，金属板基本为长方形，具有在朝电弧空间的方向上的第一横向边和与第一横向边相对的第二横向边，并且特别地具有基本平行于第二轴线的两个纵向边，其中，灭弧栅壳体的开口在金属板的第二横向边的附近和/或侧部。

在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，至少一个叠堆的金属板的表面的超过70%、特别地超过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实施例中，灭弧栅的金属板具有为大约3000mm²至大约12000mm²、特别地介于大约5000mm²和大约8000mm²之间的表面面积，以及/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为大约1至2、特别地1.1至1.5的比率。

根据另一方面，提供了一种断路器，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，第二开关触头可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，而在第二位置上，第一和第二开关彼此分开；以及根据本文公开的实施例的灭弧栅。

在可与其它实施例结合的实施例中，断路器为空气断路器。

例如，在实施例中，断路器为用于牵引运载工具、特别地用于轨道运载工具、吊车索道、无轨电车等的断路器。

在实施例中，断路器可适于针对超过400V的电压和/或超过1000A的电流(例如针对在1200A和4500A之间的额定或标称电流)而定额。

在实施例中，第二开关触头基本沿着移动方向可动，其中第二轴线基本平行于移动方向。

在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，断路器不包括用于产生电场和/或磁场以将电弧推入灭弧栅中的装置。用于产生电场和/或磁场的装置可为线圈等。

在实施例中，定位装置为螺钉、铰链、螺栓、止动器、杆等。例如，定位装置用来将灭弧栅连接到开关单元上。

本公开进一步涉及用于组装断路器的灭弧栅的方法，灭弧栅包括电弧空间，所述方法包括：叠堆平行于第一轴线的多个基本平行金属板，以组装两个平行叠堆，其中，电弧空间适于允许电弧沿着第一轴线而延伸，其中，同一叠堆的金属板在第一轴线的方向上、在相邻金属板之间具有基准距离；以及安装灭弧栅壳体的至少一个顶壁，顶壁在第一轴线的方向上限定灭弧栅壳体的内部，使得通道形成在顶壁和至少一个叠堆的最靠近顶壁的金属板之间，其中，通道在第一轴线的方向上具有为基准距离的至少2倍的延伸部。

例如，在实施例中，方法进一步包括将灭弧栅安装在开关单元上。

附图说明

为了获得可详细理解本发明的上面叙述的特征的方式，在上面简要概述的本发明的具体描述可参照实施例来论述。附图涉及本发明的实施例且在下面进行描述：

图1示意性地显示具有断开的开关触头的断路器的实施例的侧视图；

图2示意性地显示断路器的实施例的一些元件的透视图；

图3示意性地在俯视图中显示灭弧栅的区段；以及

图4示意性地显示根据实施例的断路器的透视图。

具体实施方式

现在将详细参照各种实施例，实施例的一个或多个示例示出在图中。各个示例以说明的方式提供，而不意图为本发明的限制。在附图的以下描述内，相同参考标号指相同构件。大体上，仅描述了关于单独的实施例的差异。

图1显示中等电压直流(DC)断路器的侧视图。例如，中等电压直流断路器可针对介于1000和7000安培之间、特别地介于1200和4500安培之间的标称电流而设计。

断路器典型地为空气断路器。断路器包括灭弧栅100和开关单元200。

灭弧栅包括金属板104a、104b、…、104n形成的第一叠堆102和金属板108a、108b、…、108n形成的第二叠堆106。典型地，金属板等距地布置在各个叠堆中。换句话说，各个相邻的一对金属板间隔相同距离D1。例如，相邻板之间的距离可介于1mm和8mm之间，特别地介于2mm和6mm之间。各个叠堆的金属板叠堆在平行于第一轴线Y的叠堆方向上。典型地，灭弧栅关于第一轴线Y对称。

在实施例中，第一叠堆102和第二叠堆106的金属板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n的数量和形式基本相同。

典型地，金属板具有的厚度为大约0.5mm至大约8mm，特别地介于0.5和大约3mm之间，例如为大约1mm。在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，金属板104、108可具有的表面面积为大约3000mm²至大约12000mm²，特别地介于大约5000mm²和大约8000mm²之间。在实施例中，金属板的体积介于大约3000mm³和大约20000mm³之间，特别地介于大约5000mm³和大约10000mm³之间。例如单个金属板或钢板可具有的重量介于30g和100g之间，例如为大约50g。

电弧空间109设置在金属板形成的第一叠堆102和第二叠堆106之间。

典型地，当断路器断开时，电弧在典型地对应于第一轴线Y的电弧移位方向A上形成在电弧空间109中。

第一叠堆102的最低的金属板或零层金属板104a和第二叠堆106的最低的金属板或零层金属板108a典型地为相应的叠堆102、106的最靠近开关单元200的金属板。因此，最低的金属板104a、108a和顶层板104n、108n在金属板的相应的叠堆102、106的叠堆方向上设置在相对的端部处，叠堆方向典型地平行于电弧移位方向A或灭弧栅的第一轴线Y。

典型地，第一叠堆102和第二叠堆106的金属板或消电离板104、108的表面平行于第二轴线X，第二轴线X典型地垂直于电弧移位方向A和第一轴线Y。

在实施例中，各个叠堆102、106包括大约36个金属板104a、104b、…104n、108a、108b、…108n。其它实施例可甚至包括超过36个金属板。金属板的数量典型地取决于被断路器开关的标称电流。

在第一叠堆102的金属板和第二叠堆106的金属板之间的距离D2基本对应于金属板在第二轴线X的方向上的长度。例如，在实施例中，距离D2可介于75mm和150mm之间，例如为100mm。因而，存在足够的空间使得气体流可将电弧推到或吸到电弧空间中。

在实施例中，灭弧栅100包括具有至少一个侧壁112的壳体111。在实施例中，至少一个侧壁112由塑料板制造。例如，侧壁基本封闭，以阻止排气通过侧壁。侧壁112典型地设置在平行于由第一轴线Y和第二轴线X跨越的平面的平面中。

另外，壳体111包括顶壁150，顶壁150具有面向灭弧栅的内部的表面，使得通道113a、113b形成在相应的最近的金属板(即，顶层板104n、108n)之间，通道113a、113b在第一轴线Y的方向上具有延伸部D3，其中，延伸部D3为相应的叠堆102、106中的一对金属板之间的距离D1的至少两倍。因而，气体流可形成于通道113a、113b中。这使得甚至相对于灭弧栅的标称电流在低电流处，气体流能够将电弧向上推或拉到灭弧栅中。典型地，面向灭弧栅的内部的表面具有平行于第一轴线Y的法线方向。在垂直于第一轴线Y和垂直于第二轴线X的第三轴线Z的方向上的通道宽度基本对应于金属板在第三轴线的方向上的尺寸。典型地，通道在第三轴线Z的方向上受侧壁112的限制。粗箭头115指示在相对于标称电流为低电流的情况下通过灭弧栅的气体流。特别地，通过通道113a、113b的气体流比叠堆104、106的两个相邻金属板之间的气体流更重要。因而，电弧被拉到灭弧栅的顶部，这使得能够在相邻金属板之间分成多个小电弧。

灭弧栅100以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。例如，定位装置用来将灭弧栅布置在开关单元上的正确位置处。定位装置可为止动器、螺钉或将灭弧栅100设置在开关单元200上的正确位置处的另一个装置。

开关单元200包括第一开关触头202a，其可电连接到电网上或电连接到附连到第一开关触头终端204a上的负载上。典型地，第一开关触头连接到第一开关触头条或总线条203上，第一开关触头条或总线条203通往第一开关触头终端204a，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的第二端处，第二端与第一端相对。

另外，开关单元200包括第二开关触头202b。驱动单元206使第二开关触头202b在移动方向S上移动，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进行物理接触，在第二位置上，第一开关触头202a与第二开关触头202b分开。图1中显示了第二位置。第二开关触头202b可经由第二开关触头终端204b连接到电网或负载上。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的第二端处，其中，第二端与第二开关触头条208b的第一端相对。

典型地，在断路器的运行中，当断路器处于闭合位置上时，即，当第一开关触头202a接触第二开关触头202b时，电弧空间109设置在第一开关触头和第二开关触头上方。另外，金属板叠堆102、106的叠堆方向基本平行于电弧移位方向A，电弧移位方向A基本垂直于移动方向S。典型地，叠堆方向或电弧移位方向A对应于电弧迁移或延伸到灭弧栅中的方向。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，并且因而平行于第二轴线X。

第一触角210a固定到第一触头202a上，以将电弧脚引导到金属板104a、104b、…104n，特别地引导到灭弧栅100的第一叠堆102的最低的金属板104a。另外，开关单元200设有第二触角210b，第二触角210b设置成使得在第二开关触头202b处具有脚的电弧跳到触角210b，并且移动到第二叠堆106的金属板108a、108b、…、108n，特别地移动到最低的金属板108a。

在实施例中，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，中断电流所产生的电弧的电弧脚典型地不保持在第一触角210a和第二触角210b上，而是跳到最低的金属板104a、108a。一旦相应的电弧脚已经跳到最低的金属板，电流就流过相应的等势连接。

图1显示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示意性地显示处于标称电流的灭弧栅200内的电弧膨胀，特别地，处于在通过使第二开关触头202b移动离开第一开关触头202a来断开开关之后的不同的时刻的电弧。

在第一时间t0处，在第一开关触头202a和第二开关触头202b的触头分开之后，电弧放电开始。

然后在时间t1处，电弧或电弧的一脚离开第一开关触头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的触角210a、210b上。这个可首先发生在固定开关触头即第一开关触头202a上，或发生在活动弄触头即第二开关触头202b上。在t2处，电弧离开第二开关触头。然后，电弧脚分别位于第一触角210a和第二触角210b上。

然后在时间t3处，电弧脚跳到相应的零层金属板或最低的金属板104a、108a，并且电弧继续爬到灭弧栅内。典型地，在这个阶段，在第一和第二叠堆102、104的相应的相邻金属板之间产生若干小电弧。

在时间t4处，电弧很好地分别建立在第一和第二叠堆102、106的最低的金属板104a、108a上，并且继续爬到灭弧栅内，特别地在电弧空间109内。

最后，在时间t5处，电弧完全拉长而到达灭弧栅的顶部，使得建立或积累最大电压。电弧建立的电压在时间t0处开始建立或积累，从时间t1增大到时间t4，并且在大约时间t5处到达其最大值。典型地，该序列可受到例如电流产生的磁场(例如对于大于100A的电流)、由于热气体而引起的烟囱效应(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。

电弧保持存在到电流到达零，然后电弧自然地消失。典型地，电弧放电时间与下者成比例：电路的预期短路电流和时间常数、在断开时的电流水平(磁场)、切断所需要建立的电压、触头速度(例如第二开关触头的触头速度)、断路器几何结构(其影响例如烟囱效应)和/或使用的材料(其影响灭弧栅或断路器中产生的气体)。

图2示意性地显示根据实施例的灭弧栅的透视图，并且图3示意性地显示根据实施例的断路器的俯视图。灭弧栅100具有安装在开关单元200上的灭弧栅基部140。基部140具有用于开关单元200的触角的开口143。因而，开口143典型地设置在第一开关触头202a和第二开关触头202b之上。典型地开口连接灭弧栅100(特别地灭弧栅100的电弧空间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143而进入灭弧栅100。

如显示在图3中，金属板具有基本平行于第二轴线X而延伸的纵向边142，以及平行于第三轴线Z的横向边144，第三轴线Z垂直于第一轴线Y和第二轴线X。金属板104、106和/或纵向边142典型地在第二轴线X的方向上具有纵向延伸部l。典型地，纵向边和横向边具有介于0.5和0.9之间(例如为2/3)的比率。在图3中显示的实施例中，纵向边比横向边更长。

在电弧空间109附近的横向边包括基本V形或基本U形切口145。典型地，切口的横向尺寸超过电弧空间109附近的横向边144的尺寸的50%。切口145可在纵向边和/或第二轴线X的方向上具有介于纵向边142的长度的10%和40%之间、例如介于15%和30%之间的延伸部。在实施例中，基本V形切口具有包围60°和120°之间的角度的两个边。

典型地，叠堆的金属板的表面的超过70%、特别地超过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基本是空的，特别地没有塑料框架或可阻碍在相应的相邻金属板之间产生电弧的其它材料。在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，叠堆的金属板的表面的超过95%面向相邻金属板的表面。典型地在叠堆102、106的相邻金属板之间的电弧不可在金属板的表面上保持在相同位置处。它们可使用整个空间来在灭弧栅的金属板的表面上迁移。因而，金属板以较均匀的方式磨损，使得可减少板之间的距离和厚度。另外，还改进了金属板的冷却。

在实施例中，内部止动器板146在电弧空间109中固定到侧壁112上，特别地固定到各个侧壁112上，以限制金属板104、108在电弧空间109的方向上、在基部开口143之上的移动，使得电弧可在灭弧栅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上的两个平行轨替代。例如，止动器板可在第二轴线的方向上具有对应于电弧空间在第一轴线的方向上的最小延伸部的长度。例如，止动器板146可在第二轴线的方向上具有介于75mm和150mm之间、特别地介于90mm和120mm之间的延伸部。典型地，指向电弧空间109的横向边144抵靠在止动器板146上。

在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，灭弧栅可包括多个基本平行偏转器148(显示在图1中)，其插入侧壁112中的相应的凹槽中。例如，凹槽和偏转器可基本平行于板104a、104b、…104n、108a、108b、…108n。典型地，偏转器板148在平行于金属板的方向上将灭弧栅中产生的气体引导出灭弧栅。

典型地，顶壁150固定到侧壁112上。因此，显著减少了组装的构件的数量。

因而，例如，如果断路器安装在电动运载工具(例如火车)上，由于与其它构件的金属壁的减少的间隙距离的原因，灭弧栅100轻且小。特别是因为不需要塑料模具，灭弧栅可快速组装，并且可容易的缩放。另外，减少了成本。

典型地，对于根据本公开的实施例的灭弧栅，电弧不总是在相同位置处燃烧，因而磨损较均匀地分布在金属板104a、104b、…104n、108a、108b、…108n上，使得可减少金属板之间的距离以及金属板的厚度。

如显示在图3和4中，在第一开关触头和第二开关触头脱开期间产生的热气体可基本仅在两个方向152a、152b上排出，特别地平行于第二轴线X和/或第二开关触头的移动方向S的方向而排出。典型地，灭弧栅的壳体在移动方向S或横穿灭弧栅的两个叠堆和电弧空间109的轴线的方向上具有开口154a、154b。在实施例中，开口154a、154b在电弧移位方向A或第一轴线Y的方向上具有为金属板的第一叠堆102或第二叠堆106的至少90%、特别地95%的尺寸。另外，开口154a、154b具有的垂直于电弧移位方向A和移动方向S的尺寸基本对应于金属板的尺寸，对应于例如金属板的宽度的至少90%、特别地至少95%。典型地，沿着垂直于电弧移位方向A和垂直于移动方向S的第三轴线测量金属板的宽度。

壳体的侧壁112典型地接触第一叠堆102和第二叠堆106的金属板，或者在第一叠堆102和第二叠堆106的金属板附近。例如壳体的侧壁112和金属板之间的距离小于5mm，特别地小于2mm。因此，这种断路器可设置在其上的机车车辆的另外的装备可布置成靠近断路器，这与其中气体排出到金属板104、108的所有侧的断路器相反。因而，气体仅在平行于用箭头152a和152b显示的移动方向S或第二轴线X的方向上排出。

图4显示包括灭弧栅100和开关单元200的断路器的实施例的透视图。如显示在图4中，灭弧栅100在侧部由侧壁112覆盖，而在顶部由板150覆盖。

因而，在实施例中，可容易地组装灭弧栅，因为侧壁112和顶壁150为板形和由塑料制成。因此，灭弧栅是可变的，使得其可容易地适于要开关的电流或电压，例如可容易地调节要插入灭弧栅中的金属板的数量。另外，侧壁112和顶壁150可容易地适于配合，并且可通过将较大的板切割成要制造的灭弧栅所需要的形式而容易地制造。

在可与本文公开的其它实施例结合的实施例中，开关单元由开关单元侧壁250覆盖，开关单元侧壁250由塑料板制造。因而，可还容易地制造开关单元200。

典型地，与AC断路器相比，对于中等电压DC断路器，总的电弧放电时间更长。因而，产生更高温度，并且可在第一开关触头和第二开关触头之间和在灭弧栅中产生等离子体。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域任何技术人员能够制造和使用本发明。虽然在多种具体实施例方面描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明可用在权利要求的精神和范围内的修改来实践。特别地，上面描述的实施例的不相互排斥的特征可彼此结合。本发明的可专利性范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员构想到的其它示例。这样的其它示例将在权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种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，所述第二开关触头在第一位置和第二位置之间可动，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(202a)和所述第二开关触头(202b)彼此分开；其中，所述第二开关触头(202b)基本沿着移动方向(S)可动，其中，第二轴线(X)基本平行于所述移动方向(S)，所述DC断路器进一步具有灭弧栅(100)，所述灭弧栅包括

多个基本平行金属板(104，104a，104b，104n，108，108a，108b，108n)形成的至少两个平行叠堆(102，106)，其限定平行于所述叠堆(102，106)的堆叠方向的第一轴线(Y)，其中，同一叠堆的金属板在所述第一轴线的方向上、在相邻金属板之间具有基准距离(D1)；

电弧空间(109)，其限定在所述至少两个平行叠堆之间，并且适于允许电弧沿着所述第一轴线移动，其中

第二轴线(X)平行于所述金属板而横穿所述至少两个平行叠堆和所述电弧空间(109)，其中，所述第二轴线基本垂直于所述第一轴线；以及

灭弧栅壳体(111)，其具有在所述第一轴线的方向上限定所述灭弧栅壳体的内部的至少一个顶壁，其特征在于，所述灭弧栅壳体(111)在所述移动方向(S)的方向上具有至少一个开口(154a，154b)，其中

通道(113a，113b)形成于所述顶壁和所述至少两个平行叠堆(102，106)的最靠近所述顶壁的金属板(104n，108n)之间，所述通道在所述第一轴线的方向上具有为所述基准距离(D1)的至少2倍的延伸部(D3)，从而使得气体流能够将电弧推入所述灭弧栅中，以及其中，所述气体流通过所述通道(113a，113b)在所述第二轴线(X)的方向上被引导出所述灭弧栅壳体(111)。

2.根据权利要求1所述的DC断路器，其特征在于

所述通道在所述第一轴线的方向上具有为所述基准距离(D1)的2.5倍以上的延伸部(D3)，以及/或者

所述通道在所述第一轴线的方向上具有为所述基准距离(D1)的10倍以下的延伸部(D3)。

3.根据权利要求2所述的DC断路器，其特征在于

所述通道在所述第一轴线的方向上具有为所述基准距离(D1)的3倍以上的延伸部(D3)，以及/或者

所述通道在所述第一轴线的方向上具有为所述基准距离(D1)的7倍以下的延伸部(D3)。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的DC断路器，其特征在于，

所述基准距离(D1)介于1mm和8mm之间。

5.根据权利要求4所述的DC断路器，其特征在于，

所述基准距离(D1)介于2mm和6mm之间。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的DC断路器，其特征在于，

所述顶壁(150)基本平行于所述多个金属板的表面，以及/或者

面向所述灭弧栅的内部的顶壁(150)表面的法线平行于所述第一轴线(Y)。

7.根据权利要求1-3中的任一项所述的DC断路器，其特征在于，

所述顶壁(150)和/或所述通道在多个基本平行金属板形成的所述叠堆(102，106)和所述电弧空间(109)之上延伸。

8.根据权利要求7所述的DC断路器，其特征在于，

所述顶壁(150)和/或所述通道沿着所述第二轴线(X)延伸。

9.根据权利要求7所述的DC断路器，其特征在于，

具有至少一个侧壁(112)，所述至少一个侧壁基本平行于所述第一轴线和/或第二轴线，所述第二轴线平行于所述金属板而横穿所述至少两个平行叠堆和所述电弧空间(109)，其中，所述至少一个侧壁(112)和所述金属板之间的距离小于10mm。

10.根据权利要求9所述的DC断路器，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5mm。

11.根据权利要求9所述的DC断路器，其特征在于，

所述至少两个平行叠堆包括第一叠堆和第二叠堆，其中

所述第一叠堆的金属板到所述第二叠堆的最近的金属板之间的距离(D2)介于所述金属板在所述第二轴线的方向上的延伸部的长度(l)和/或所述金属板的纵向边的长度(l)的0.75倍和2倍之间。

12.根据权利要求11所述的DC断路器，其特征在于，

所述第一叠堆的金属板到所述第二叠堆的最近的金属板之间的距离(D2)介于所述金属板在所述第二轴线的方向上的延伸部的长度(l)和/或所述金属板的纵向边的长度(l)的0.8倍和1.5倍之间。

13.根据权利要求1-3中的任一项所述的DC断路器，其特征在于，

所述至少两个平行叠堆的金属板(104，108)为基本长方形，其中，第二轴线基本平行于所述金属板的在所述DC断路器的侧壁(112)附近延伸的两个纵向边。

14.根据权利要求13所述的DC断路器，其特征在于，

所述至少两个平行叠堆的金属板(104，108)具有指向所述电弧空间(109)的基本V形或U形切口(145)。

15.根据权利要求1-3中的任一项所述的DC断路器，其特征在于，

所述至少一个开口布置成使得气体能够在所述第二轴线的方向上横穿所述至少一个开口，所述第二轴线平行于所述金属板而横穿所述至少两个平行叠堆和所述电弧空间(109)，其中，所述至少一个开口具有平行于由所述第一轴线和第三轴线跨越的平面的开口表面，所述第三轴线垂直于所述第一轴线和所述第二轴线。

16.根据权利要求1-3中的任一项所述的DC断路器，其特征在于，

所述DC断路器不包括用于产生电场和/或磁场以将电弧推入所述灭弧栅中的装置。