CN107004534A - 高压断路器、系统、真空中断器模块和相关联的驱动模块 - Google Patents

Abstract

公开了一种高压断路器。断路器包括真空中断器模块、驱动模块和致动器。真空中断器模块包括真空中断器壳体和在真空中断器壳体中的至少两个电接触件——其中，两个电接触件中的至少一个相对于另一个可移动，以允许两个电接触件彼此接合和分离，以接通和断开高压。驱动模块包括驱动模块壳体和电绝缘的驱动构件，电绝缘的驱动构件的至少一部分被包含在将所述部分与环境空气隔离的驱动模块壳体中，同时所述电绝缘的驱动构件与至少一个可移动的接触件联接。致动器联接到电绝缘的驱动构件，用于提供所述至少两个电接触件的相对运动。

Description

高压断路器、系统、真空中断器模块和相关联的驱动模块

技术领域

本发明涉及用于铁路的断路器和电气设备，特别是用于使用高压交流电流电气化系统(诸如，标准15kV和25kV交流系统)的火车。

背景技术

存在有用于世界各地的铁路电气化的许多电压系统。相关标准中规定的最常见的电压被使用。对于交流电流，现今15kV和25kV的系统广泛地分布。此外，世界上还有若干条铁路具有高于10kV的交流电压和若干条线路具有高于25kV电压。在本文中，这些电压或高于10kV的其它电压称为“高的”。此外，在本文中，术语“断路器”应指“高压断路器”。

通常，铁路车厢经由集电弓连接到电力线路，该连接可由断路器切换。在这样的电力分配领域中，断路器通常被理解为是在维护、短路跳闸或其它异常的情况下切断电流的装置。然而，在火车电气化领域，断路器指的是有规律地操作的可控开关。

铁路火车断路器必须具有高的耐用性，因为这样的装置每天都要被例行地操作，而不是偶尔在异常情况下被操作。火车断路器可能需要在其工作寿命期间执行数十万次切换循环，这是其它领域中的断路器所需要的切换循环次数的千倍以上。

传统的高交流电压铁路断路器包括一对真空中的接触件。当电路被接通时，接触件接合在机械连接中。真空能够实现小且耐用的设备中的限制和最小化高压电弧的高压切换。

通常，断路器放置在火车车厢的顶部上，并对火车空气动力学产生负面影响。

发明内容

本发明待解决的问题

期望提供具有简单结构的紧凑型高压断路器，其可以以低成本维护。此外，期望提高断路器的耐用性。此外，期望提供一种这样的断路器：当该断路器被安装在火车车厢顶部(roof)时，该断路器与具有传统断路器的火车车厢相比降低了空气阻力，并因此提高了火车车厢的速度和能量效率。

解决上述问题的手段

根据本发明的一个方面，提供了一种采用如权利要求1所述的构造的高压断路器。

根据本发明，使得可以减小断路器的尺寸，并且同时提高其耐用性，同时使其具有简单的结构。由于减小的尺寸，断路器具有减小的质量和较小的气动阻力。

根据本发明的另一方面，提供了一种根据权利要求14所述的真空中断器模块。

根据本发明的另一方面，提供了一种根据权利要求15所述的驱动模块。

根据本发明的另一方面，驱动模块的驱动构件可以是电绝缘的杆。

根据本发明的另一方面，驱动模块壳体可以填充有介电材料或包含真空，使得驱动构件的至少一部分浸入该电介质材料中或被真空包围。这允许使得断路器更紧凑、耐用和低成本的维护。

根据本发明的另一方面，驱动模块和真空中断器模块可以是可分离的，使得能够替换一个模块，而不替换另一个模块。这允许方便地维修断路器。

根据本发明的另一方面，高压断路器可以进一步包括用于真空中断器模块和驱动模块的封装件，该封装件具有绝缘层、导电层和至少两个孔，以允许从外部电连接到所述至少两个电接触件。这允许断路器相对于接地结构的更紧凑的定位。

根据本发明的另一方面，封装件具有用于至少部分地接收驱动模块的开口。这允许方便地维修具有封装件的断路器。

在一优选的构造中，高压中断器包括真空中断器模块，该真空中断器模块包括真空中断器壳体和在该真空中断器壳体中的至少两个电接触件，其中，两个电接触件中的至少一个相对于另一个可移动，允许两个电接触件彼此接合和分离，以接通和断开高压连接；真空中断器模块进一步包括用于真空中断器模块的封装件，该封装具有：绝缘层；外部导电接地屏蔽层；至少两个孔，以允许连接到高压屏蔽的可分离连接器；以及开口，其用于至少部分地接收用于高压断路器的驱动模块。

此外，在该优选的构造中，高压断路器包括驱动模块，该驱动模块包括在绝缘壳体内的电绝缘的驱动构件，其中，该驱动构件不与环境空气或湿气接触，以确保可靠的介电性能，电绝缘的驱动构件将致动器机械地连接到真空中断器的可移动的接触件。

高压断路器优选地包括致动器。然而，致动器是采用优选的构造或权利要求1中限定的构造的断路器中的可选部件。

优选地，用于真空中断器模块的封装件在驱动模块的全部或部分上延伸，驱动模块的未被封装件覆盖的任何部分被其自身的导电屏蔽件覆盖。优选地，所述至少两个电连接孔也被导电屏蔽件覆盖。优选地，导电屏蔽件一起形成可以接地的连续屏蔽件。由此，优选地，当每个孔装配有屏蔽的可分离连接器或装配有屏蔽的帽(该帽可以放置在死端式插塞的顶部上)时，高压场被完全地包围。高压场的完全包围允许将断路器和屏蔽的连接器的任何部分紧密定位到接地结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于铁路的高压断路器系统，其包括根据本发明的一个或多个方面的断路器和指示致动器使所述两个电接触件接合或分离的控制单元。

根据本发明的另一方面，控制单元和/或断路器在高压断路器系统中放置的火车车厢的顶部下方。这允许提高断路器系统的耐用性。

在优选的构造中，分离的控制单元通过电缆连接到断路器。此外，优选地，控制单元被放置在火车车厢内。

根据本发明的另一方面，断路器可以水平地取向并在高压断路器系统中放置在火车车厢的顶部上。这允许通过顶部上的断路器降低火车车厢的空气阻力。

根据本发明的另一方面，断路器可以放置在火车车厢的顶部上的气动盖下方。类似地，这允许通过顶部上的断路器降低火车车厢的空气阻力。

在优选的构造中，断路器以任何取向(诸如垂直地或水平地)安装在相对紧凑的设备外壳或箱体内，该设备外壳或箱体在顶部下方的水平处定位于火车车厢的内部或外部。这与顶部上的安装相比允许降低火车车厢的空气阻力、允许更有效地利用火车车厢顶部空间允许由于火车或设备箱体内的较为温和的环境条件提高断路器的耐用性、以及允许更容易地通达以进行维护。

根据本发明的另一方面，断路器可以安装到具有振动隔离安装件的火车车厢。这减少了由于操作断路器而导致的传递到车厢中的噪音和振动。

根据本发明的另一方面，高压断路器系统可以包括用于测量通过所述两个电接触件中的任一个的电流的电流探头和/或用于测量所述两个电接触件之间的偏压的电压探头，其中，控制单元适于处理测量结果，以检测真空中断器壳体中的真空损失和/或跳闸状态。

根据本发明的另一方面，高压断路器系统可以包括以下设备中的一个或多个：电涌放电器、电流变换器、电压变换器和轴套组件。这种设备可以直接装配到断路器。包括一个或多个屏蔽的电涌放电器使系统更安全且更耐用。一个或多个电流变换器可以用于包括过电流检测、能量计量和真空损失检测的目的。电流变换器可用于测量通过任意电气连接件或通过相邻的屏蔽的高压电缆组件的电流。一个或多个电压变换器可用于检测/测量线路电压以控制列车、能量计量和真空损失检测。可以在适于处理测量结果的控制单元中执行真空中断器壳体中的真空损失检测和/或跳闸状态。可以使用至少一个轴套组件来将断路器连接到非屏蔽的高压设备，诸如集电弓、接地开关、电压变换器、高压母线和车厢间跨接电缆。

附图说明

为了解释本发明的原理，附图被并入并形成说明书的一部分。附图不应被解释为将本发明仅仅限制于所示出的和说明如何制造和使用本发明的的示例。根据本发明的类似的或对应的细节具有相同的附图标记。参照附图，通过以下说明，本发明的其它可形的特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1A和1B示出了用于铁路用的高压断路器的封装的真空中断器模块的俯视截面图和侧视截面图的示例；

图2A示出了用于铁路用的高压断路器的驱动模块的侧视截面图；

图2B示出了在前述图中的驱动模块中使用的电绝缘的驱动构件的截面图；

图3示出了用于铁路用的高压断路器的驱动模块的另一侧视截面图；

图4A和4B分别示出在打开状态下的和在闭合状态下的高压断路器的截面；

图5示出包括图3中示出的绝缘的驱动模块的另一高也断路器的截面；

图6A、6B和6C示出装配有保护箱体的断路器的外部的俯视图、侧视图和正视图；

图7A和7B示意性地示出安装到火车车厢的高压断路器系统的侧视图和俯视图；

图7C示意性地示出安装到火车车厢的另一高压断路器系统的侧视图；

图8A、8B、8C、8D、8E和8F示出可以用于构造模块化高压断路器系统的各种组件；

图9A和9B示出图7A和7B所示的模块化高压断路器系统的一部分的俯视图和侧视图。

具体实施方式

将参考附图描述本发明的所示实施例，在附图中，相同的元件和结构由相同的附图标记表示。

参考图1A和1B，其分别示出封装的真空中断器模块10的俯视截面图和侧视截面图的示例。该模块可用作铁路用的高压断路器的一部分。模块10包括真空中断器壳体12，两个面式(with face)电接触件14A和14B包括在壳体12中。这里，表达“真空中断器外壳”被理解为可与表达“真空中断器瓶部”互换。面式接触件14A相对于面式接触件14B可移动，允许这两个电接触件接合和分离，以接通和断开高压连接。在图1A和1B中，面式接触件14A和14B是分离的。

为了有效地利用真空中断器模块，真空中断器壳体中的气体压力通常处于高真空范围或超高真空范围内。在图1A和1B中，瓶部12是常规的，其包括陶瓷部分12A和导电真空瓶部端帽12B和12C。此外，其还包括波纹管18，用于为与面14A的运动接触提供真空密封。波纹管包括波纹管凸缘18A，并且其可以由导电材料制成。

当本发明的真空中断器模块与本发明的附加部件(诸如驱动模块)组装以形成断路器时，可移动的接触件与驱动构件联接。真空中断器模块10中的可移动的接触件具有可移动的接触杆15A，可以与该可移动的接触杆15A形成联接。由此，电接触面14A位于可移动的接触件的第一端处，可移动的接触杆15A突出到可移动的接触件的第二端。可移动的接触杆15A从真空瓶部12突出。

此外，真空中断器模块10包括滑动接触构件16，用于将可移动的接触杆15A与驱动构件机械地联接，并且用于电连接到连接块17A，接触构件16可滑动地附接到到连接块17A。可移动的接触杆15A插入波纹管18中并穿过它突出。组件和波纹管之间的连接是真空密封的。此外，滑动接触构件16通过螺纹或其它合适的方式牢固地附接到可移动的接触杆15A。滑动接触构件16由金属制成。连接块17A通常为圆柱形部件，该圆柱形部件可由导电材料的一个或多个零件形成并且可以由金属制成。连接块和接触构件之间的可滑动附件可以用肋和槽来实现。

连接块17A成形为用于与驱动模块的驱动模块壳体机械地接合，该驱动模块壳体例如是图2A所示的驱动模块260的驱动模块壳体262或图3所示的驱动模块360的驱动模块壳体362。例如，连接块空腔凸缘17F可以具有内螺纹17T，其被设计成与驱动模块外壳262或362的外螺纹263AT或363AT接合(见图2A和3)。

在真空中断器模块10中，在电接触面14A和连接块17A之间存在至少一个电气路径。这通常经过滑动构件16和组件15A和滑动构件16。在另一示例中，电气路径可以包括波纹管18和组件15A的一部分。该路径的电阻应被选择为不会通过电流损坏波纹管。因此，在优选的构造中，大部分或全部电流(例如大于80％的电流)通过滑动构件。

根据本示例，真空中断器模块10还包括螺纹连接到连接块17A中并且分别由螺母22A和22E保持在位的无头导电螺钉21A和21E，或者可以包括单体部件，这些单体部件在沿着螺纹的合适位置处包括六角平面部。螺钉21A和21E分别具有突出部分23A和23E，突出部分23A和23E具有连接螺柱。由此，外部装置可以电联接到面式电接触件14A。

面式静电接触件14B具有通过真空瓶部12而被保在位的固定接触杆15B。固定接触杆15B与真空瓶部12的连接是真空密封的。面式电接触件14B电联接到真空壳体12的外部接触件，在本示例中电联接到无头导电螺钉21C，以便于连接到外部连接器(诸如屏蔽的电缆)。

螺钉21C被旋拧穿过导电块17B，并用螺母22C固定在该块中。该块容纳分别由螺母22B和22D保持在位的两个导电螺钉21B和21D。然而，当接触面14A和14B不被接合时，它们通过真空和通过用于真空瓶部或真空中断器壳体的其它零件的材料的选择而彼此绝缘。

真空中断器模块10还包括结构绝缘筒24。它可以由GRP(glass-fibre reinforcedpolymer：玻璃纤维增强聚合物)制成。筒24、真空中断器壳体12、接触块17A和17B之间的空间填充有介电填料25(其优选地为无空隙的)。

此外，图1A和1B中的真空中断器模块10包括封装件20。封装件具有绝缘层28、导电层29以及至少两个孔或由26A、26B、26C、26D和26E示出的五个端口，以允许电连接到面式接触件14A和14B。此外，封装件20具有用于至少部分地接收断路器的驱动模块的开口22。在本示例中，开口由从结构绝缘筒24和接触块17A突出的封装部段20A形成。导电层29是相对于绝缘层28的外层。此外，封装件包括作为可选部件的应力控制层27A和27B。封装件大部分可以由橡胶制成。

通过该封装件，真空中断器模块10可以有助于真空中断器模块的外表面和断路器屏蔽高压电场。此外，断路器的其它零件(诸如驱动模块)可有助于屏蔽。屏蔽可以是完全的；在这种情况下，从断路器的任何高压导电部分到断路器外部的任何路径包括绝缘部段和屏蔽部段。

真空中断器模块可以包括不同数量的孔。特别地，该数量可以是两个或更多。孔可以接收例如高压轴套和/或“T”形或直的形状的屏蔽的可分离连接器。可以在对应于连接块的位置处方便地制造孔。孔可以围绕真空中断器模块分布，以便于断路器的具体定位。例如，在真空中断器模块10中，孔26C是轴向的。在断路器水平定位的情况下，可以方便地使用这种孔。此外，真空中断器模块可被制造为在模块的细长侧上没有孔，该细长侧例如可以用于将断路器水平地安装在振动隔离安装件上。未被使用的孔可以用填充孔空隙的死端插塞中的螺钉封闭，死端插塞提供电绝缘并装配有导电的或具有导电屏蔽的盖。这样的盖将确保断路器屏蔽件在未被使用的孔之上的连续性。

封装件的绝缘层可以例如由硅橡胶制成。导电层可以例如是硅树脂导电涂层或将形成与绝缘层的持久结合的其它导电聚合物或物质。如上所述，封装件可以包括在内侧具有一个或多个导电或半导电层的部段，用于电应力控制。例如，在图1A中，封装件20的部段20A在它的部分中包括应力控制层27A。这种层例如可以由具有高介电常数材料或非线性氧化锌涂层的应力控制件制成。封装件可以是结合到真空中断器模块的内部零件(例如结构绝缘筒24)的包覆模制件。封装件可以制成单个部件，也可以由多个部件组成。在图1A中，封装件由两个部件构成，在封装件的部件20A和20B之间具有连接面20C。如果使用这样的连接面，该连接面可以包括介电油脂。

参考图2A，其示出了驱动模块260的侧视截面图的示例，其包括驱动模块壳体262和驱动构件264。图2B单独地示出了该驱动部件。驱动构件264的部分264B使驱动构件的与驱动构件部分264B的端部相邻的部分彼此电绝缘。驱动构件壳体将驱动构件的一部分(例如，除了其端部之外的驱动构件)与环境空气绝缘。在图2A中，与环境空气绝缘的驱动构件部分包括整个电绝缘部分，即部分264B；这种构造是优选的，但不是必需的。驱动构件可以是杆，并且可以具有各种截面，例如圆形或矩形的截面。电绝缘的驱动构件部分可以例如由GRP或玻璃填充尼龙制成。

驱动模块260与图1A和1B中所示的真空中断器模块10匹配，至少在驱动构件264可与电接触面14A机械地联接的意义上。在本示例中，联接包括可移动的接触杆15A。此外，在本示例中，驱动模块260的驱动构件264与面式电接触件14A之间的联接将包括真空中断器模块的滑动接触构件16。驱动构件264包括端部264A，其在该示例中包括柱形突起部264P。该端部与滑动接触构件16接合。驱动构件可以使用螺纹附接到滑动接触构件。在本示例中，驱动构件的柱形突起部264P具有与滑动接触构件16中的螺纹匹配的螺纹264T。驱动构件的端部和滑动接触构件可以具有不同的匹配形状，例如，滑动接触构件可以在与驱动构件的连接面处具有突起部而不是柱形空腔；驱动构件可以具有可附接到该突起部的空腔。此外，可以使用多层技术。

在图2A的示例中，驱动模块壳体262包括用于将电绝缘材料引入和挤压到驱动模块壳体中的可密封压盖268。驱动模块可以连接到外部储存器或压力容器，以保持均匀的压力和微小的渗漏补充。替代地，驱动模块壳体可以不包括这样的通道。在任何情况下，当使用断路器时，驱动构件部分264B可以浸入诸如介电液体或凝胶的绝缘流体266中。例如，驱动构件部264B可以浸入硅油中。驱动构件可以可密封地附接到驱动模块壳体，以防止绝缘材料从壳体泄漏或防止其来自外部的污染。在图2A和2B的示例中，驱动构件264包括活塞密封件271A和271B。这样的密封件可以例如由聚四氟乙烯(PTFE)制成。

驱动模块壳体可以被成形为与真空中断器模块接合或附接到该真空中断器模块、特别是与可移动的电接触件不同的部分。在图2A中，驱动模块壳体262包括凸缘263AF，以便与连接块17A(见图1A)接合。附接例如可以使用螺纹。凸缘263AF有螺纹263AT，如上所述。此外，如果封装件被包括在真空中断器模块中，则驱动模块壳体可采取适合于真空中断器模块的封装件的形状。

使用如图1A、1B、2A和2B的示例中的螺纹，驱动模块壳体262可以插入真空中断器模块10中的开口22中并旋转，以使得螺纹263AT将接合到螺纹17T中。驱动构件264可以独立地旋转，使得螺纹264T将接合到滑动连接构件16中的螺纹中。在这种构造中，使得可以获得具有足够的强度和正确的调节的机械联接。

驱动模块壳体可以是多个零件的布置。例如，驱动模块壳体262包括壳体主体224、具有凸缘263AF的第一端配件263A、第二端配件263B和导电层267。壳体主体将壳体的端部彼此电绝缘。此外，壳体主体可以使驱动构件的端部彼此电绝缘。壳体主体可以例如由塑料(诸如聚酯)制成。替代地，壳体主体可以由另一刚性绝缘材料制成。端配件由导电材料制成，例如金属。这种配件的布置可以帮助围绕断路器的高压零件建立屏蔽。端配件例如可以结合、压接或拧紧到壳体主体224。此外，导电层267有助于围绕断路器的高压零件的屏蔽。

在驱动部件中，与电绝缘部分相邻的部分也可以是导电的。这种布置可以有助于围绕断路器的高压零件建立屏蔽。在图2A和2B中，驱动构件264具有如上所述的端部264A和端部264C。驱动构件264也具有活塞密封件271A和271B。端部件264A和254C也可以称为驱动构件的端配件。它们可以是圆形的，并由金属制成。

驱动构件将被联接到致动器。端配件264C可以被成形为用于这种联接，例如，具有特别是柱形的突起部或空腔、以及螺纹。

在图2A中，电绝缘的驱动构件相对于驱动模块壳体处于其最右侧的位置中。当驱动构件264处于这样的位置时，并且驱动模块260和真空中断器模块10被连结以形成高压断路器时，电接触面14A与电接触面14B接合(还参见图4B)。驱动构件64可以移动到最左侧的位置：在这种情况下，端配件264C将到达虚线265B。当然，驱动部件的其它部分也将移动。配件264A的左边缘和驱动构件的绝缘部分264B的右边缘将到达虚线265A。当驱动构件264占有这样的位置时，电接触面14A和14B脱离(还参见图4A)。

当驱动模块260和真空中断器模块连结以形成断路器、并且真空中断器模块具有封装件时，封装件可以不延伸到驱动模块的较远端，该较远端例如屏蔽配件(诸如图2A中的端配件263B)。这将增加导电层267对屏蔽所起的作用。导电层可以是半导电“地屏”涂料层。驱动模块壳体和封装件之间的连接面可以是润有油脂的，以提供抗漏电痕的电气密封。

绝缘的驱动器模块可以被设计为操作25万个以上的周期，而不需要维护。它可能具有200kV或更高的基本绝缘水平(BIL)额定值，以适应25kV的轨道高压绝缘要求。由于与真空中断器模块和致动器的选择的机械连接件，它可以是可替换的。

参考图3，其示出了用于高压断路器的另一个驱动模块360的截面的示例。驱动模块360也可与真空中断器模块10联接。驱动模块360包括驱动模块壳体362和电绝缘的驱动构件364。驱动模块壳体362包括类似于图2A中的凸缘263AF的凸缘363AF。此外，驱动模块壳体362包括类似于图2A中的突起部264P的突起部364P。另外，螺纹363AT和364T类似于图2A中的相应的螺纹263AT和264T。由此，驱动模块360可以与真空中断器模块10联接。

驱动构件364可以被认为包括部分364A、364B和364C。驱动部件364B使部分364A、364C彼此电绝缘。此外，驱动构件的一部分，特别是由绝缘部分364B、端部364A的部段364AF和端部364C的部段364CF构成的部分，与环境空气绝缘。为此，驱动模块壳体362包括紧密地附接到部段364AF和364CF的波纹管371A和371B。波纹管可以由不锈钢制成。在图5中，当驱动构件364移动到其最左侧位置时，其通过其部分364A的厚部段到达虚线365A、并通过其部分364C到达虚线365B。绝缘部分364B和部段364AF和364CF沿虚线365B的方向移动相同的距离。

驱动构件364的与环境空气绝缘的部分可以浸入诸如气体的绝缘材料366中，或者可以被与真空中断器模块中的真空不同的真空包围。气体可以是六氟化硫(SF6)。它可以处于超过大气压的压力之下。驱动模块壳体中的真空可以具有比真空中断器模块中的真空更高的气体压力(即，驱动模块中的真空度可高于真空中断器模块中的真空度)。

驱动模块壳体362还包括可以是陶瓷的绝缘主体324。而且，它包括帽322A和322B，帽322A和322B可以是导电的，例如由金属制成。它还包括用于杆(即驱动构件364)的绝缘或介电填料325(优选地无空隙的)、电绝缘管334和引导轴环368和369。端配件363A和363B的形状与端配件263A和263B的形状不同，但是它们也可以是导电的，例如由金属制成。类似于层267的导电层可以被添加到管道334的靠近端配件363B处。

参考图4A和4B，其示出了用于铁路的高压断路器400的侧视图。断路器400包括与驱动模块260接合的真空中断器模块10、以及与驱动模块的驱动构件联接的致动器490，用于使电接触件14A和14B接合或分离。在图4A中，接触件是分离的。在图4B中，这些接触件是接合的。

在本示例中，致动器经由保持在壳体494中的接触压力弹簧492与驱动构件联接。致动器具有主体499和轴489。主体相对于驱动模块的外壳处于固定位置。该位置通过保持支架496保持，该保持支架496通过螺钉或螺栓497A和497B附接到驱动模块外壳。致动器可以包括用于确定轴位置的位置传感器。致动器可以包括用于接收控制信号的插座。

断路器可以安装在诸如基板498的基板上。断路器可以安装到具有振动隔离安装件的火车车厢。

参考图5，其示出了包括与驱动模块360接合的真空中断器模块10的高压断路器500。电接触件14A和14B也被接合。

参考图6A、6B和6C，它们示出了装配有保护壳体的断路器600的外部的俯视图、侧视图和正视图。断路器600可以水平地安装在火车车厢的顶部上、或离开顶部、或在气动盖的下方。断路器优选地可以具有不超过190mm的高度、在没有孔的区域中的不超过185mm的宽度、并且在具有孔的区域中的不超过260mm的宽度。此外，电路断路器可以优选地具有不超过980mm的长度。断路器中的屏蔽是接地的，且断路器可接触接地结构。

虽然诸如真空中断器模块、驱动模块和致动器的这样的断路器零件被机械地联接，但是断路器可以通过有线和/或无线连接到控制单元。如果要使用有线连接，则断路器包括用于将致动器连接到控制单元的连接器的电线或插座。控制单元指示致动器使可移动的接触件接合或分离。由此，该技术提供了一种高压断路器系统，其例如包括控制单元和在如上所述的构造中的一个中的断路器。控制单元将来自火车的信号调整为控制致动器的信号，用于使可移动的接触件接合或分离。

参考图7A，其示意性地示出了包括断路器700和控制单元710的断路器系统750A，控制单元710指示断路器的致动器使真空断路器模块中的电接触件接合或分离。

此外，图7A示出了断路器可以放置在火车车厢的顶部790上，并且控制单元710可以放置在火车车厢的顶部的下方。在本示例中，控制单元经由断路器控制连接件712将控制信号发送到断路器。控制单元710经由火车控制连接件714从火车接收信号。此外，图7A示出了当断路器定位于顶部上时，该断路器可以水平地取向。

另外，图7A示意性地示出了断路器连接到集电弓730，在本示例中经由接地开关740连接到集电弓730。接地开关和集电弓可视为断路器系统的一部分。

来自断路器的高电压可以通过屏蔽的高压电缆784传输到地板下方的牵引变压器760。此外，其也可以经由车厢间跨接线770传输到另一车厢。

从集电弓和接地开关端部的未受保护的连接部的高度被标记为高度H。它可以不小于间隙所允许到接地结构的最小距离。断路器700经由包括电缆端接轴套706的轴套组件701连接到接地开关740。轴套组件优选地是刚性端接轴套组件。

作为选择，断路器可以由盖保护，该盖由虚线780示意性地示出。盖可以是空气动力学的，这降低了断路器系统的空气阻力。另外或替代地，它可以用作机械保护。例如，它可以保护放置在火车车厢顶部的屏蔽的电缆784的部分。另外或替代地，盖可以保护断路器免受诸如由污染、太阳或雨造成的环境影响。

参考图7B，示出了断路器系统750A的顶视图(然而，不是上述所有零件都被看到，例如，图7B中未示出控制单元710)。在图7B中可以看出，系统750A另外包括电流变换器893A、893B和893C，屏蔽的浪涌放电器890A和890B，以及屏蔽的电压变换器或探头895A和895B。电流变换器893A对于测量通过断路器700的总电流是有用的。电流变换器893B和893C对于测量流入不同电路分支中的电流是有用的。特别地，电流变换器893B对于测量流过车厢间跨接线770的电流是有用的，电流变换器893C对于测量流到地板下方的牵引变压器760的电流是有用的。这种分支布置有双堆叠电缆终端803(当然，其它分支可以在断路器中的不同孔处开始)。双堆叠电缆终端可以由两个可分离的屏蔽的电缆连接器组成。可以在断路器系统中使用的元件的更仔细的视图在图8A-8E中示出。

参考图7C，其示意性地示出了断路器系统的零件可以如何在火车车厢中分布的两个示例。系统750B包括分别经由屏蔽的电缆784A和784B连接到地板下方的牵引变压器760的两个断路器700A和700B。

从图7中的断路器700A和控制单元710A的位置可以看出，断路器和与其相关联的控制单元都可以放置在火车车厢的顶部上。作为选择，如果顶部是弯曲的，它们可以被放置在盖782或顶部轮廓的下方。

此外，从断路器700B和控制单元710B的位置看，断路器和与其相关联的控制单元都可以放置在火车车厢的顶部下方。断路器和控制单元可以放置在相同的隔间中，诸如隔间722。断路器可以经由顶部轴套716和屏蔽的电缆784C连接到集电弓。断路器与集电弓的连接可以不包括接地开关。断路器可以垂直地取向。隔间不需要电磁地屏蔽断路器，即它可以具有介电壁。从断路器到这种壁的距离可以小于高度H，并且可以甚至为零。

基于上面参考图6A-6C讨论的断路器的几何参数，可以估计可将断路器放置到其中的隔间的最大尺寸D1可小于120厘米。第二大尺寸可小于100、50、或者甚至35厘米。第三大尺寸D3可以小于80、40、或者甚至20厘米。可以组合地实现最小的尺寸。

此外，断路器系统可以例如由本文所述的高压断路器和例如用于连接到安全接地开关的接地装置、电涌放电器、电流互感、电流传感器、电压变换器、衬套组件中的至少一个形成。

参考图8A-8F，其示出了可以用在诸如系统750A或750B的断路器系统中的若干装置和部件。

在图8A中示出了高压电缆终端802。该终端也可以称为电缆屏蔽的可分离连接器。该终端的端部802A匹配断路器的一个或多个孔。电压电缆终端可以是RSTI-CC-68型号。

在图8B中，示出了双堆叠高压电缆终端803。电压电缆终端可以是RSTI-CC-68型号。

在图8C中示出了屏蔽的电涌放电器890。电涌放电器的接地引线892要接地。电涌放电器890与890A和890B(见图7B)类似地绘制；这些电涌放电器可能具有相同的型号或不同的型号。例如，电涌放电器可以是RSTI-SA-10型号。

在图8D中，示出了刚性端接轴套组件801。该组件可以是RSTI-CC-68型号。

在图8E中示出了电流变换器893的侧视图和俯视图。其与电流变换器893A、893B和893C(参见图7B)类似地绘制，但是这些电流变换器可以是不同的，因为它们可以用于测量不同的电流。

在图8F中，示出了屏蔽的电压变换器或探头895。其与屏蔽的电压探头895A和895B类似地绘制，但是这些电压探头(见图7B)可以是不同的，因为它们用于测量不同的电压。

参见图9A和9B，其示出了图7A和7B所示的断路器系统750A的一部分的俯视图和侧视图(图9A和9B例如未示出控制单元710)。断路器700在其侧面上具有五个孔。其在其顶部细长部分和底部细长部分上没有孔。断路器700被包装到硬壳711中(这种元件也称为“保护壳体”，其中，参考断路器600和图6)。

另外，关于上述部分，应注意以下内容。控制单元可以包括用于将控制单元连接到火车电源的插座。附加地或替代地，控制单元可以连接到其自己的电源，例如电池和/或太阳能发电机。

在具有控制单元的断路器系统中，可以有利地使用用于测量通过两个或更多个电接触件中的任何一个的电流的电流变换器(或探头)和/或用于测量两个或更多个电接触件之间的偏压的电压变换器(或探头)。例如，控制单元可以处理测量结果以检测真空中断器壳体中真空度的损失和/或跳闸状态。断路器系统可以包括用于控制高电压探头的电子单元。

在某些情况下，电压和/或电流探头不必连接到控制单元。例如，这些装置可以用于计量能量，计量能量可不仅由控制单元实行，而且可以用能量计来实行。此外，可以记录测量结果。这样的数据可以用于服务记录、状态监测和故障分析。

此外，电压探头可用以提供用于火车系统控制(安全互锁)、和/或故障断路器检测、和/或断路器操作相对于电压周期的精确定时、和/或新火车测试期间的谐波电压监测的信号。电压探测器信号在发送到断路器控制单元时可用于例如使真空中断器模块中的可移动的接触件分离，例如以便对功率损失或控制卡故障作出反应。

由于以下原因，上述断路器、真空中断器模块和驱动模块可为有利的。虽然常规的高交流电压铁路断路器具有用于使接触件在真空中移动的驱动杆，但是由于空气中的表面爬电路径长度要求，这种杆的长度例如是相当大的。然而，即使具有这样的长度，常规的杆由于来自空气湿度的表面冷凝而容易发生电气击穿。此外，根据本发明，在常规的棒中存在这种电气击穿风险实际上允许通过消除杆对环境空气的暴露而提高装置的耐用性。此外，通过使杆更短，常规杆的相对大的长度允许减小断路器的尺寸。当电绝缘的驱动构件放置在其自己的壳体中时，这种壳体占据一定的空间并且通常会增加断路器的尺寸。然而，根据本技术，由于增加的壳体而导致的装置尺寸的增加可由于杆(即驱动构件)的尺寸的减小而被过度补偿。因此，驱动构件可以短于30厘米。例如，其可以短于20厘米。

由于铁路的发展趋势，断路器的耐用性和更加简单的维护导致了显着的优势。诸如新轨道和分支的建设、更广泛地使用高交流电压、以及整体地更高的速度和更频繁地使用火车等因素对断路器必须运行的周期次数提出了新的要求。

此外，当杆被制造为更短时，可以结合到真空中断器模块、并且可以不结合到驱动模块或至少可以不模制到驱动模块的一部分的封装件可以降低机械故障的风险。实际上，如果使杆更短，但是没有实现抵抗环境空气的保护，则需要使断路器的零件制造得更刚硬以部分地补偿降低的电压耐受能力。然而，这将增加疲劳或脱离/脱粘失效的风险，特别是在存在橡胶零件的情况下。此外，这种故障的风险对于机车车辆设备、特别是高速火车更高。

然而，这样的构造也是可行的：在该构造中，在包覆模制工序之前，将具有电绝缘的驱动构件的驱动模块附接到真空中断器模块。在这种情况下，封装件永久地结合到驱动模块，并且驱动模块不可更换，尽管它比常规的杆组件占用较少的空间。

在任何情况下，封装件允许减少从接地结构到断路器的最小距离。换句话说，可以提升对接地结构(诸如火车顶部、或柜壁或门、或气动盖)的电气空气间隙要求。断路器的离开屋顶的放置由于改进了对装置抵抗外部影响(机械的和环境的)的保护而有助于进一步增加设备的耐用性。

使断路器更小并提升电气空气间隙要求，允许减小放置断路器所需空间的尺寸，特别是在高度方面。由于铁路发展中的某些趋势，可实现的减小带来特别显着的优势。例如，可实现的减少允许将断路器布置在：火车车厢内，特别是在高速火车车厢状态的相当小的隔间内；或在火车顶部上，在装配到断路器的气动盖下放；和/或水平地。

由此，可实现的减少允许建立或调整用于穿过高海拔、寒冷天气、高湿度或高空气污染地区的火车路线上的火车车厢。此外，这种火车车厢可以通过更紧凑的间隙隧道或在更紧凑的间隙桥梁下方通过。此外，当放置断路器所需的空间较小时，便于建立双层火车。

由此，换句话说，本发明提供了一种紧凑型断路器和相关联的连接系统，其中，所有高压部件完全被绝缘地封装并被可接地的屏蔽件封闭；这意味着没有暴露的高压表面或外部电场，允许安全地安装在火车车厢结构的内部或下方，而不需要常规火车断路器所需的大的电气空气间隙，因此实现了任何包括在内的机柜、外壳或盖子的尺寸和重量的大量减小。

此外，本发明提供一种完全封装的系统，其电绝缘性能不受污染、降水或空气压力的影响，因此其可以在极端条件下操作，而无需维护。

应当注意，包括根据本文描述的技术的断路器系统的火车车厢(广义上的，例如包括机车)也被认为是通过本发明实现的。特别地，火车车厢可以包括在离开顶部的位置中的、或用盖保护的、和/或水平地安装的断路器。火车车厢可以包括连接到断路器系统的集电弓。

此外，包括断路器的火车车厢、以及断路器和任何接地部件之间的最小距离小于当前的空气间隙，也被认为与本技术相关。

虽然已经关于与本发明一致地构造的物理实施例描述了本发明，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以根据上述教导和在所附权利要求的范围内进行本发明的各种修改、变化和改进，而不脱离本发明的范围。

此外，对于认为本领域普通技术人员熟悉的那些领域，没有进行说明，以便不会不必要地模糊本文所述的发明。因此，应当理解，本发明不受所示的具体实施例的限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

附图标记列表

Claims (15)

1.一种高压断路器(400、500、600、700、700A、700B)，包括：

真空中断器模块(10)，其包括真空中断器壳体(12)和在所述真空中断器壳体(12)中的至少两个电接触件(14A、14B)，其中，两个电接触件(14A、14B)中的至少一个电接触件(14A)相对于另一个电接触件可移动，允许所述两个电接触件(14A、14B)彼此接合和分离，以接通和断开高压；

驱动模块(260、360)，其包括驱动模块壳体(262、362)和电绝缘的驱动构件(264、364)，所述电绝缘的驱动构件(264、364)的至少一部分(264B、364B)被包含在将所述部分(264B、364B)与环境空气隔离的所述驱动模块壳体(262、362)中，所述电绝缘的驱动构件(264、364)与至少一个可移动的接触件(14A)联接；和

致动器(490)，其联接到所述电绝缘的驱动构件(264、364)，用于提供所述至少两个电接触件(14A、14B)的相对运动。

2.如权利要求1所述的高压断路器(400、500、600、700、700A、700B)，其中，所述驱动构件是电绝缘的杆。

3.如前述权利要求中任一项所述的高压断路器(400、500、600、700、700A、700B)，其中，所述驱动模块壳体(262、362)填充有介电材料(266、366)或包含真空，使得所述驱动构件的至少一部分(264B、364B)浸入所述电介质材料(266、366)中或被所述真空包围。

4.如前述权利要求中任一项所述的高压断路器(400、500、600、700、700A、700B)，其中，所述驱动模块(260、360)和所述真空中断器模块(10)是可分离的，使得能够替换一个模块、而不替换另一个模块。

5.如前述权利要求中任一项所述的高压断路器(400、500、600、700、700A、700B)，进一步包括用于所述真空中断器模块(10)和所述驱动模块(60、160)的封装件(20)，所述封装件具有绝缘层、导电层和至少两个孔(26A、26B、26C、26E、26D)，以允许从外部电连接到所述至少两个电接触件(14A、14B)。

6.如权利要求5所述的高压断路器(400、500、600、700、700A、700B)，其中，所述封装件(20)具有用于至少部分地接收所述驱动模块(260、360)的开口(22)。

7.一种用于铁路的高压断路器系统(750A、750B)，所述高压断路器系统包括根据前述权利要求中任一项所述的断路器(700、700A、700B、400、500、600)和控制单元(710、710A、710B)，所述控制单元指示所述致动器以使所述两个电接触件接合或分离。

8.如前一项权利要求所述的高压断路器系统(750A、750B)，其中，所述控制单元(710、710B)和/或所述断路器(700B、400、500、600)被放置在火车车厢的顶部(790)下方。

9.如权利要求7或8所述的高压断路器系统(750A、750B)，其中，所述断路器(700、700A、700B、400、500、600)经由电缆端接轴套(706、806)或顶部轴套(716)连接到火车车厢的集电弓(730)、和/或接地开关(740)。

10.如权利要求7所述的高压断路器系统(750A、750B)，其中，所述断路器(700、700A、400、500、600)水平地取向并被放置在火车车厢的顶部(790)上。

11.如前一项权利要求所述的高压断路器系统(750A、750B)，其中，所述断路器(700、700A、400、500、600)被放置在所述火车车厢的顶部(790)上的气动盖的下方。

12.如权利要求7至11中任一项所述的高压断路器系统(750A、750B)，进一步包括用于测量通过所述两个电接触件(14A、14B)中的任一个的电流的电流探头和/或用于测量所述两个电接触件(14A、14B)之间的偏压的电压探头(895)，其中，所述控制单元适于处理测量结果，以检测所述真空中断器壳体(12)中的真空损失和/或跳闸状态。

13.如权利要求7至12中任一项所述的高压断路器系统，进一步包括以下中的一个或多个：接地开关(740)、电涌放电器(890、890A、890B)、电流变换器(893、893A、893B、893C)、端接轴套组件(701、801)。

14.一种用于高压断路器的真空中断器模块(10)，所述真空中断器模块包括真空中断器壳体(12)和在所述真空中断器壳体(12)中的至少两个电接触件(14A、14B)，其中，两个电接触件(14A、14B)中的至少一个电接触件(14A)相对于另一个电接触件可移动，允许所述两个电接触件(14A、14B)彼此接合和分离，以接通和断开高压，

所述真空中断器模块进一步包括用于所述真空中断器模块(10)的封装件(20)，所述封装件具有绝缘层、导电层和至少两个孔(26A、26B、26C、26E、26D)，以允许从外部电连接到所述至少两个电接触件，

所述封装件(20)具有开口(22)，所述开口用于至少部分地接收用于所述高压断路器的驱动模块，以将至少一个可移动的接触件(14A)联接到所述驱动模块的驱动构件。

15.一种用于高压断路器的驱动模块(260、360)，所述驱动模块(260、360)包括驱动模块壳体(262、362)和电绝缘的驱动构件(264、364)，所述电绝缘的驱动构件(264、364)的至少一部分(264B、364B)被包含在将所述部分与环境空气隔离的所述驱动模块壳体(262、362)中，所述电绝缘的驱动构件(264、364)能够与用于高压断路器的真空中断器模块的可移动的接触件联接，并且所述电绝缘的驱动构件(264、364)能够联接到致动器。