CN114144857A - 电气断路器 - Google Patents

Abstract

一种电气断路器(2)，该电气断路器包括：开关(22，24)，灭弧室(32)以及熔断部(40)，该熔断部被配置为在开关被触发后电连接在第一端子和第二端子之间，该电气断路器还包括：连接装置，该连接装置包括屏障(50，52)，该屏障被配置为仅当灭弧室(32)内的温度、压力或存在于灭弧室(32)中的电弧的强度中的至少一个超过预定阈值时，在开关触发后被破坏，该连接装置被配置为仅当屏障(50，52)被破坏时，将熔断部的电极(42)连接到电导体(10)的端子中的一个(12)上。

Description

电气断路器

技术领域

本发明涉及一种电气断路器。

背景技术

在电气保护领域，电气断路器使中断电流成为可能，例如以便响应于切断命令，将电气负载与电路断开。

在某些应用中，特别是与光伏电板或电池供电的电动汽车有关的应用中，有时需要以极短的响应时间(例如，小于10ms)对电流进行中断。

理想情况下，这种断路器必须具有非常宽的工作范围，也就是说，无论是在具有非常低的电感(例如3μH或更低)还是在具有高电感(例如100μH或更高)的电路中，这种断路器必须能够对低强度电流(例如在直流电DC为1000V下小于100A)进行中断，甚至在没有电流的情况下断开电路，以及对高强度电流(例如高达30kA)进行中断。

从FR-3064107-A1中已知，使用一种通过将烟火式(pyrotechnique)开关与外部熔断部相关联而形成的一次性断路器，在该一次性断路器中，烟火式开关被触发以将连接断路器的输入端子和输出端子的电导体物理地截断，并且在该一次性断路器中，一旦所述开关触发，外部熔断部的电极自动连接到被截断的导体上。这种连接使电流偏转到熔断部上，随后熔断部将熔化以中断电流。

然而，这种断路器的缺点是工作范围过小，因为不可能对该熔断部进行优化以既中断低强度电流又中断高强度电流。

在实践中，对于低强度电流(例如，强度小于熔断部标称值(calibre)的10倍)，熔断部需要很长时间才能完全熔化，特别是由于熔断部的预燃弧时间取决于待中断的电流的强度。

因此，如果对熔断部的尺寸进行设置以用于高强度电流，当熔断部中通过低强度电流时，熔断部将需要更长的时间才能完全熔化。在这段时间里，尽管存在切断命令，但是电流将继续在烟火式开关内流通，并且继续向电气负载供电。

如果断路器触发时没有电流在断路器中流通，熔断部将保持完整。因此，远低于熔断部标称值的电流可以在断路器中不受任何时间限制地继续流通。这是不被期望的，因为所要求的断路器的功能是在所有情况下将电路断开，而与断路器在触发的瞬间通过该断路器的电流值无关。

相反，如果将熔断部的尺寸设置为用于低强度电流，那么当熔断部中通过高强度电流时就有熔化过快的风险，这将使得存在于开关中的气体不能进行冷却和去离子，而这可能导致在烟火式开关中的导体的被截断的部分之间重新形成电弧。随后不能再对电流进行中断，这可能损坏电气负载和/或断路器本身，以至于造成断路器的破坏。

因此，需要一种能够以非常短的响应时间以及宽的工作范围对电流进行中断的电气断路器，其中，该宽的工作范围为从零强度电流到非常高的强度的电流。

发明内容

为此，根据本发明的一个方面，公开了一种电气断路器，该电气断路器包括：

-电导体，所述电导体包括第一端子和第二端子；

-开关，所述开关被配置为当响应于电流切断命令而触发时，将所述第一端子与所述第二端子分开；

-灭弧室，所述灭弧室由所述路器的主体限定，所述灭弧室被配置为在所述烟火式开关触发后，容纳所述电导体的至少与所述第一端子或所述第二端子分开的部分；

-熔断部，所述熔断部被配置为在所述开关触发后电连接在所述第一端子和所述第二端子之间。

所述断路器包括：连接装置，所述连接装置包括屏障，所述屏障被配置为仅当存在于所述灭弧室中的电弧强度、或者所述灭弧室内的温度或压力中的至少一个超过预定阈值时，在所述开关触发后被破坏，所述连接装置被配置为仅当所述屏障被破坏时，将所述熔断部的电极连接到所述电导体的所述端子中的一个上。

熔断部和装置之间的关联使得能够获得快速的响应以及宽的工作范围。

该屏障使得能够引入一个阈值，超过该阈值电流将偏转向熔断部。将屏障破坏并且因此连接熔断部所需的阈值间接地取决于待中断的电流的强度，并且该阈值可以在断路器制造过程中通过选择屏障的的特定特性来控制。

因此，在开关触发后使得熔断部进行连接所超过阈值根据灭弧室内的条件自动地调整。由于这种调整，对于强度低于定义阈值的电流，开关在没有熔断部干预的情况下将电路断开；对于强度超过定义阈值的电流，熔断部与该开关并联连接。随后熔化熔断部所需的时间(预燃弧时间)使得开关的切断室中存在的气体能够进行冷却和去电离。当熔断部熔化后，电弧出现并且在该切断室内部变大，这使得可以中断通过的电流。由于这种调整，同一熔断部可以用于中断高强度和低强度电流两者。

根据有利但可选的方面，这种电气断路器可以单独考虑或根据任何技术上允许的组合包括以下特征中的一个或多个：

-熔断部的至少一个电极在灭弧室内部延伸，屏障是将所述至少一个电极与灭弧室的其余部分分开的电绝缘屏障。

-绝缘屏障包括壁，所述壁在灭弧室中限定围绕熔断部的所述至少一个电极的体积。

-壁是电绝缘的。

-壁被配置为当灭弧室中的压力超过预定阈值时熔化。

-壁包括预切割区域，所述预切割区域被配置为当灭弧室中的压力超过预定阈值时脱离并且在壁中形成开口。

-绝缘屏障包括电绝缘涂层，所述电绝缘涂层沉积在灭弧室中的熔断部的所述至少一个电极上，所述涂层被配置为当灭弧室中的温度超过预定阈值时熔化。

-壁或涂层覆盖有至少一个导电外层。

-壁由金属制成。

-壁被配置为当灭弧室中的压力超过预定阈值时变形，直到壁与所述至少一个电极的自由端部发生接触。

-所述至少一个电极的自由端部被配置为在壁发生变形并且与所述自由端部发生接触时对壁穿孔。

-壁包括预切割区域，所述预切割区域被配置为当灭弧室中的压力超过预定阈值时脱离并且在壁中形成开口。

-断路器包括控制电路；传感器，所述传感器用于测量灭弧室内部的条件；以及辅助致动器，所述辅助致动器被配置为破坏绝缘屏障，并且其中，所述控制电路被配置为当由传感器测量的物理性能超过阈值时，触发辅助致动器。

-断路器包括附加熔断部，所述附加熔断部被配置为在开关被触发后电连接在第一端子和第二端子之间，所述附加熔断部的至少一个电极在灭弧室内部延伸，所述断路器还包括电绝缘的附加屏障，所述电绝缘的附加屏障将附加熔断部的所述电极与灭弧室的其余部分分开，所述屏障被配置为仅当存在于灭弧室内的电弧强度或者灭弧室内的温度或压力中的至少一个超过预定阈值时，在开关触发后被破坏，所述阈值不同于与另一熔断部的绝缘屏障相关联的触发阈值。

-断路器包括附加电导体，所述附加电导体连接到电导体的端子中的一个上，所述附加电导体与灭弧室绝缘，并且附加电导体包括通入由壁限定的体积的内部的自由端部。

-连接装置包括导电的可移动部件，所述可移动部件能够在空闲位置和激发位置之间移动，在所述激发位置中，所述可移动部件将熔断部的所述电极与所述端子进行电连接，所述可移动部件能够滑动地安装在断路器的容置部中，屏障被设置为将灭弧室与容置部分开，并且屏障被配置为在超过预定阈值时被破坏。

-开关为烟火式开关。

附图说明

根据以下对仅作为非限制性示例提供并且参照附图做出的电气断路器实施例的描述，本发明将被更好地理解，并且本发明的其他优点将更清楚地示出，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的处于第一状态下的电气断路器的截面示意图；

图2是图1的处于第二状态下的电气断路器的示意图；

图3是根据本发明的第二实施例的电气断路器的截面示意图；

图4是根据本发明的第三实施例的电气断路器的截面示意图；

图5是图4的处于第二状态下的电气断路器的截面示意图；

图6是根据本发明的第四实施例的电气断路器的截面示意图；

图7是根据本发明的第五实施例的电气断路器的截面示意图；

图8是根据本发明的第六实施例的电气断路器的截面示意图；

图9是根据本发明的第七实施例的电气断路器的截面示意图；

图10是根据本发明的第八实施例的电气断路器的截面示意图；

图11是根据另一实施例的图6的电气断路器的截面示意图；

图12是两个串联的电气断路器的示意图。

具体实施方式

图1和图2示出了一种电气断路器2。

断路器2能够用于电气系统中以对连接到电源的电气负载进行保护。

例如，断路器2更特别地被配置为例如当在电气系统中检测到电气故障时响应于控制命令将电气负载断开。

根据非限制性的示例，断路器2可以用于保护一组电化学电池或者光伏板。

例如，控制命令可以由触发单元或者由电子控制系统自动地提供，或者由操作人员手动提供。

断路器2包括电导体10，该电导体包括第一端子12和第二端子14，第一端子和第二端子分别形成断路器2的输入端子和输出端子。例如，该电导体10是金属材料(诸如铜)的棒或条。

断路器2可以从第一状态，也称为“闭合状态”或“待命状态”，切换到第二状态，也称为“断开状态”或“触发状态”。

在闭合状态下，断路器2使得电流能够流过电导体10。例如，第一端子12和第二端子14通过电导体10的主要部分16进行电连接。

在断开状态下，电导体10被截断以将第一端子12与第二端子14分开，从而中断电流。

断路器2还包括开关20。

根据以下作为示例而进行描述和示出的优选实施例，开关20是烟火式开关，该烟火式开关包括容纳在断路器2的壳体的第一部分中的烟火式致动器22和切断构件24。

切断构件24被配置为响应于致动器22的启动而将第一端子12与第二端子14分开。

该构件24例如包括被配置为切割导体10的尖锐元件，诸如刀片或截断机或冲头，或者包括被配置为推挤导体10的预切割或削弱部分的可移动体。

切断构件24可以通过在缩回位置和展开位置之间平移而移动。在附图中，仅示出了处于展开位置的切断构件24。

致动器22包括烟火式负载，该烟火式负载可以通过施加控制信号而触发，并且其操作将切断构件24推至切断构件的展开位置以截断导体10。

密封件26或另一密封构件可以由切断构件24承载，以便将第一壳体部分密封地闭合。

在替代实施例中，开关20可以是机电电气开关装置，例如包括可以通过致动机构进行致动的可移动部件，诸如可分离电触头。随后，这些可移动部件代替切断构件24和电导体10的部分16。

以下关于烟火式开关20进行描述的所有内容加以必要的变通后适用于这种替代实施例。

断路器2还包括灭弧室32，该灭弧室由断路器2的壳体的第二部分30部分地限定。

该室32与电导体10相关联，并且当断路器2从闭合状态切换到断开状态时，该室参与对第一端子12和第二端子14之间的电流的中断。

在断开状态下，主要部分16至少与第一端子12或第二端子14分开，并且至少部分地位于室32的内部。例如，如图1的示例，该部分16与端子14分离，但仍然附接到端子12上。在一个变型中，该部分16可以与端子12和14两者完全分开。

根据图1和图2所示的结构的示例，第一壳体部分和第二壳体部分沿着第一方向(例如竖直方向)连接并且对齐，并且导体10沿着垂直于第一方向的第二方向(例如沿着水平方向)延伸。但是，也可以使用其他配置作为变型。

例如，该壳体由电绝缘材料(诸如聚合物)制成。

实际上，当导体10在电流流过时被截断时，在室32中在导体10的两个截断的端部之间形成电弧(表示为A)，例如，在主要部分16的自由端部与仍然连接到端子14的导体10的切割端部之间形成电弧。

只要电弧A保持存在，电流就继续在端子12和14之间流通。因此，将要理解的是，必须将电弧A熄灭，以使得断路器2对电流进行有效地中断。

断路器2还包括熔断部40，熔断部40被设置为在开关触发后在第一端子12和第二端子14之间串联地电连接，如下文更详细地说明。在闭合状态下，熔断部40与端子12保持断开。在所示的示例中，熔断部40的另一端部始终保持与端子14连接。

熔断部40包括至少一个电极42，该至少一个电极延伸到由界定灭弧室32的壳体部分30限定的内部体积内部。

熔断部40的第二电极44连接到导体的端子12或14中的一个上。

在室32中突出的电极42的自由端部在本示例中以附图标记46来表示。自由端部46对应于电极42的在室32内的部分。

因此，熔断部40与导体10的另一个端子的连接只能借助于灭弧室32通过将电极42与所述端子直接接触，或者通过在所述端子12和电极42之间的电弧A’来实现。

一般而言，此示例中的“熔断部”是指能够耗散能量以中断通过该熔断部的电流的任何部件，诸如偶极子。根据一个示例，熔断部40可以包括设置在熔断部主体中的至少一个熔断链。

断路器2进一步包括连接装置，该连接装置包括将所述至少一个电极42与灭弧室32的其余部分分开的电绝缘屏障。

根据如图1的插入部分(a)所示的实施例，电绝缘屏障包括在灭弧室32内限定封闭体积52的壁50。该体积52填充有电绝缘介质，诸如空气或真空。然而，该屏障可以以不同的方式实现。

有利地，该屏障被配置为仅当存在于灭弧室32内的电弧强度或者灭弧室32内的温度或压力中的至少一个超过预定阈值时在开关22触发后被破坏。

换句话说，只要该屏障没有被破坏，即使当开关22被触发并且断路器2不再处于闭合状态时，该屏障也能防止熔断部40连接到端子10上。因此，电弧A可以保持在端子12和14之间。待中断的电流不会进入熔断部40。

一旦屏障特别是在电弧A的直接或间接影响下，例如由于由电弧A产生的电离气体的加热和/或侵蚀和/或压力的增加而被破坏，电极42只能连接到导体10(在本示例的情况下，连接到图2的示例中的端子12)上。

优选地，如图2所示，一旦屏障被破坏，电弧A消失，并且随后通过在电极42和端子12的端部16之间建立的第二电弧A’实现连接。

换句话说，连接装置被配置为仅在屏障被破坏时才将电极42连接到端子12上。

在所示实施例中以绝缘屏障实现的该连接装置使得在致动装置被触发的时刻与待中断电流偏转到熔断部40的时刻之间引入滞后(延迟)。通过选择屏障的结构参数，可以至少部分地对这种延迟的值进行控制。在本说明书的其余部分中，这种延迟可以被称为“阈值”。

破坏屏障从而连接熔断部40所需的阈值间接地取决于待中断的电流的强度，并且可以通过选择屏障的一些特性来对该阈值进行控制，这些特性诸如为用于形成壁50的材料的熔化或升华温度、和/或壁50的机械强度、和/或壁50和/或体积52的尺寸特性。

这使得能够保证当室32中的物理状态(由以下物理特性中的至少一个来表征的状态：室32中的温度、室32中的压力、电弧A的强度)达到预定阈值时，屏障将被破坏。

因此，在烟火式装置触发后使得熔断部被连接所超过的阈值根据灭弧室内的条件自动调整。由于这种调整，同一熔断部可以用于中断高强度和低强度电流两者。

例如，如果待中断的电流强度为零或较低，则没有达到熔断部进行连接的阈值。开关单独工作；熔断部始终未连接到端子12上。这使得能够获得电流的快速中断时间。

例如，如果待中断的电流强度较高，则超过了熔断部进行连接的阈值。随后将熔断部的尺寸设置为具有足够长的预燃弧时间，以使得室32内的气体能够进行冷却并且去离子。

如将通过下面的示例所解释的，壁50可以是通过超过预定温度的熔化或升华而被破坏的熔断壁，或者是超过预定压力而变形或破裂的壁。

根据实施例，壁50由电绝缘材料制成。因此，壁50将电极42(例如，电极42的至少在室32内的部分)与室32的其余部分进行电绝缘。因此，屏障的绝缘特性归因于壁50的绝缘特性，尽管空气或真空的体积52也可以参与到这种绝缘中。然而，当壁50足够绝缘时，可以省略体积52。

在其他实施例中，屏障的电绝缘特性来自空气或真空的体积52的电绝缘特性，于是壁50仅用于容纳该体积52，并且保持该体积与灭弧室32的其余部分分开，直到壁50破坏。

在这种情况下，壁50可以由导电材料，例如金属制成，体积52本身的尺寸被确定为使得电极42与室32的其余部分以及与壁50电绝缘。电极42的接触不是通过破坏壁50而确保的，而是通过使壁50变形直到该壁与电极42的端部46发生直接接触从而与所述电极进行电接触来确保的。随后可以通过在壁50和端子16之间建立的电弧A’来实现熔断部40和导体10之间的电连接。

根据示例，熔断壁50由聚合物，例如聚酰胺或聚丙烯或聚酰亚胺、或由弹性体、或由聚酯纤维、或由硅树脂制成，这些材料能够包括无机填料，例如玻璃纤维或石墨烯。

根据作为说明而提供的示例，聚酰胺/聚酰亚胺壁的厚度可以小于300μm，或小于100μm，或小于50μm。聚丙烯壁的厚度可以小于450μm，或小于300μm，或小于100μm。

在图1的插入部分(a)所示的示例中，壁50附接到室32的内部。

然而，在一个变型中，如图1的插入部分(b)所示，壁50可以与第二壳体部分30的壁形成为一体件，该附图中所示的壁50的确切形状不一定是限制性的。这简化了制造方法，因为壁50可以与壳体30的其余部分例如通过模制同时制造。例如，附接的底壁53可以用于封闭容置部52的后部。

根据作为示例提供的实施例，第二壳体部分30的壁可以包括通入室32中的容置部，并且电极42的端部46布置在该容置部中。壁50设置在所述容置部的开口中以对该容置部进行封闭。

壁50的尺寸，特别是壁的厚度，取决于所选择的材料以及为温度或压力选择的阈值。

根据作为示例给出的非限制性示例，壁50的厚度小于0.5mm或小于0.1mm。在此示例中，体积52具有直径为3mm、高度为2mm的圆柱形形状。

例如，体积52小于或等于50mm³。

在一个变型中，壁50可以由不一定采用板的形式实现的分隔元件代替，诸如分隔膜，或者一个或多个密封垫片。

根据附图中未示出的本发明的其他实施例，当壁50由电绝缘材料形成时，该壁在其外表面上可以覆盖有导电涂层，也就是说，该外表面为直接朝向室32暴露的表面。该导电涂层使得能够将电弧A吸引到尽可能的靠近壁50，这使得可以加快壁50的裂化速度。

图3示出了根据本发明的另一实施例的断路器302。

该断路器302与断路器2类似，不同之在于该断路器302还包括控制电路310和第二致动器312，该第二致动器被设置为响应于由控制电路310发出的控制信号而破坏绝缘屏障。

在所示实施例中，致动器312是与致动器22类似的烟火式致动器。在一个变型中，致动器312可以是电磁致动器或压电致动器，或者使用任何其他适当的马达装置来破坏屏障50。

控制电路310包括电子处理单元314(例如处理器，诸如微控制器)和传感器316，以测量与室32内的条件相关的至少一个物理性能。

电路310被配置为在所述测量的条件超过预定阈值时，触发第二烟火式致动器312以破坏所述屏障。例如，该条件是室32中的温度，或室32中的压力，或在导体10中流通的电流的强度。

在所示的示例中，传感器316被配置为当电弧A在端子12和14之间建立时，对在导体10中流通的电流进行测量。当测量的电流超过预定阈值时，第二致动器312被触发。

根据一个示例，第二致动器312设置在室32的外部，同时由于设置在壳体部分30中的开口318，第二致动器被设置为与壁50相对。当烟火式负载在致动器32启动后而被点燃时，由烟火式负载的操作产生的压力波至少部分地被引导穿过通道318并且到达壁50，使得该壁破坏并且打开电极42和导体10之间的导电路径。

除了这些不同之外，对断路器2的描述适用于断路器302。

图4和图5示出了根据本发明的另一实施例的断路器402。在图4中示出处于闭合状态的该断路器402，在图5中示出了处于断开状态的该断路器。

断路器402在功能上与断路器2类似，但是在构造的特定细节上与所述断路器2不同，特别是在连接装置的绝缘屏障的构造方式上不同。

与断路器2中的元件相似或与所述断路器2中的元件起类似作用的断路器402中的元件具有与所述断路器2中的元件相同的附图标记，其中每个附图标记的数量增加了“400”。例如，熔断部440与熔断部40类似。以上关于断路器2的实施例提供的这些元件的描述可以转用于断路器402中。

在断路器402中，导体410呈刀片或条状的形式，该导体包括通过中心部分416彼此连接的端子412和414，该中心部分能够相对于端子412和414被预切割或削弱。

断路器402包括具有轴线Z402的圆柱体形式的主体(壳体)。壳体的第一部分420包括限定中心容置部426的壁，该中心容置部以轴线Z402为中心，并且，该中心容置部中设置有烟火式开关的烟火式负载422和可移动体424，该可移动体能够通过沿着轴线Z426在容置部426中平移而移动。

灭弧室432由壳体的第二部分430的壁限定，并且该灭弧室在中央容置部426的延伸部分中延伸。

例如，容置部426、室432和可动体424具有圆柱形形状。

只要断路器402处于闭合状态，导体410的中心部分416垂直于方向Z402延伸穿过容置部426。

熔断部440包括第一电极442和第二电极444，第一电极和第二电极部分地嵌入到第二壳体部分430的壁中，并且分别通过端部446和448通入灭弧室432中。例如，端部446和448面对彼此设置。

绝缘屏障包括O形环450，该O形环450设置在室432中，与熔断部440的电极的端部446和448相对。

例如，O形环450与轴线Z402同轴地设置，同时压靠在室432的壁上。O形环450包括中央开口，该中央开口被配置为在烟火式负载422被触发后，当该可移动体处于其展开位置时使得可移动体424可以通过。

例如，O形环450由弹性体材料制成，例如由聚丙烯、或PTFE、或硅树脂、或任何其他适当的材料制成。

有利地，室432中设置有第二O形环452，该第二O形环位于O形环450的上方，与方向Z402同轴。第二O形环452使得能够在电流被切断时防止电弧离开室432。

有利地，室432中设置有第三O形环454，该第三O形环位于O形环450下方，与方向Z402同轴。当电流被切断时，第三O形环454可以防止电弧通过主要部分16(在负载422被触发后，该主要部分通过可移动体424推向室432的底部)。

优选地，O形环452和454具有比O形环450更大的电阻，因为O形环450被配置为当室中的条件要求O形环450破坏时而破坏，而O形环452和454在断路器操作期间必须保持灭弧室的密封性。

例如，O形环452和454由弹性体材料制成，例如由PTFE或硅树脂制成，优选地，由填充有无机材料(诸如云母)的硅树脂制成。

有利地，至少一个带状的竖直密封件456通过沿着室432的壁延伸，例如平行于方向Z402延伸而连接O形环450、452和454。尽管在图4中只能看到一个这种竖直密封件456，但实际上可以在室432中布置多个这样的密封件。

例如，竖直密封件456由弹性体材料制成，例如由PTFE或由硅树脂制成，例如由填充有无机材料(诸如云母)的硅树脂制成，优选地，由与O形环452和454相同的材料制成。

图6示出了根据本发明的另一实施例的断路器502。

断路器502与断路器2类似，但与断路器2的不同之处在于，如图6的插入部分(a)所示，绝缘屏障包括密封地围绕电极42的端部46安装的金属囊壳550，并且该金属囊壳限定了与体积52相当的体积552。

只要金属囊壳550完好无损，电极42就能通过容纳在体积552中的空气或真空与室32的其余部分绝缘。

当室32中的压力超过预定压力阈值时，如图6的插入部分(b)示意性地示出的，囊壳550发生变形，迫使该囊壳在变形区域554处与电极42发生直接接触，优选地与电极42的自由端部46发生直接接触。在这种情况下，电极42与囊壳550电接触，即使该囊壳没有被破坏，也可以在电极42和导体10之间通过电弧建立电接触。

根据另一变型，电极42的端部46具有尖头形状并且被配置为在囊壳550变形并且与端部46发生接触时在囊壳550上穿孔。所述穿孔在囊壳550中形成孔，通过该孔，体积552的内部被设置为与室32的其余部分连通。绝缘屏障因此被破坏，并且可以在电极42和导体10之间通过电弧建立电接触。

该变型有利地可以在不一定由金属或导电材料制成的囊壳或壁的情况下实施，例如可以在由塑料制成的膜或绝缘屏障的情况下实施。

根据另一变型，该囊壳550被配置为当室32中的压力超过预定的压力阈值时被破坏。例如，预先在囊壳550的一个面上形成预切割部。在过压的情况下，预切割区域完全或部分地与囊壳的其余部分脱离，从而在囊壳550中形成孔，通过该孔，体积552的内部被设置为与室32的其余部分连通。绝缘屏障因此被破坏，并且可以在电极42和导体10之间通过电弧建立电接触。

该变型有利地可以在不一定由金属或导电材料制成囊壳或壁的情况下实施，例如在由塑料制成的膜或绝缘屏障的情况下实施。

根据未示出的替代实施例，囊壳550可以由一个或多个金属壁代替。

除了这些不同之外，对断路器2的描述适用于断路器502。

应当注意的是，在该示例中，灭弧室32的壁30包括从该室32的内部突出的加强区域560，以将电弧A引导朝向灭弧室32的特定位置。

该加强区域560不是必需的，并且作为变型可以被省略。在替代的实施例中，一个或多个加强区域560可以用于根据本文中描述的其他实施例的断路器中。

图7示出了根据本发明的另一实施例的电气断路器602。

断路器602与断路器2类似，但与断路器2的不同之处在于，绝缘屏障包括沉积在电极42的端部46的电绝缘涂层650，并且优选地，电绝缘涂层沉积在电极42的在室32中延伸的整个部分上。涂层650将电极42与室32的其余部分绝缘，并且防止在电极42与导体10之间甚至是通过电弧建立电接触。涂层650被配置为当室32中的温度超过预定温度时熔化。通过熔化或升华，该涂层使得电极42暴露，并且使得该电极能够与导体10建立电接触。

根据示例，涂层650由聚合物制成，例如由聚酰胺、或聚丙烯、或聚酰亚胺制成。在一个变型中，涂层650为瓷漆。例如，通过将漆包线的一部分连接到熔断部40而形成电极42。

除了这些不同之外，对断路器2的描述适用于断路器602。

图8示出了根据本发明的另一实施例的电气断路器702。

断路器702与断路器2类似，但与断路器2的不同之处在于，该断路器702包括两个熔断部710、720以代替熔断部40。例如，第一熔断部710包括通入室32内的第一电极712以及连接到导体10的第二电极714，例如，本示例中第二电极714连接到端子14。类似地，第二熔断部720包括通入室32内的第一电极722以及连接到导体10的第二电极724，例如，本示例中第二电极724通过与电极714共享的电极连接到端子14。

两个熔断部710和720具有不同的标称值。

例如，熔断部710的电流标称值为50A，而熔断部720的电流标称值为150A。

第一绝缘屏障与第一熔断部410的电极412相关联，第二绝缘屏障与第二熔断部420的电极422相关联。第一绝缘屏障和第二绝缘屏障如前面所述。例如，第一屏障包括与囊壳550和体积552类似的壁730和体积732。类似地，第二屏障包括与囊壳550和体积552类似的壁740和体积742。

尽管本示例中以与囊壳550类似的囊壳的形式示出，但是壁730和740可以以不同的方式制成。例如，这些壁可以是与壁50类似的壁。

有利地，第一屏障和第二屏障被配置为在不同的条件下被破坏，特别是不是同时被破坏。例如，当导体10被切断之后电弧A出现，并且温度和/或压力和/或电弧的强度增加时，第一屏障被配置为在第二屏障之前被破坏。

优选地，与两个熔断部410、420中具有最低电流标称值的熔断部410或420相关联的屏障被配置为在与另一个熔断部410或420相关联的屏障之前被破坏。

图7的实施例可以推广到使用两个以上熔断部410、420的其他实施例中。

除了这些不同之外，对断路器2的描述适用于断路器702。

图9示出了根据本发明的另一实施例的电气断路器802。

断路器802与断路器2类似，但与断路器2的不同之处在于，该断路器802包括与导体10的端子中的一个(此处为端子12)连接的附加电导体860，该附加电导体860与灭弧室绝缘，并且包括通向由壁50限定的体积52的内部的自由端部862。

例如，附加电导体860形成在主体30的外部，或形成在主体30的壁中(例如通过包覆模制)。

根据作为示例给出的实施例，该附加电导体860由钨制成。

有利地，对附加电导体860的端部862与电极42的端部46之间的绝缘距离进行选择以使得大于或等于与该断路器802相关联的电路中使用的发电机电压的至少1.5倍的电压能够在空气中实现电绝缘。

由于该绝缘距离，只要屏障50没有被破坏，就不能在端部46和862之间建立电弧。

在开关22、24触发之后，一旦屏障在电弧A的作用下被破坏，体积52就与灭弧室中的电离大气连通。于是可以在端部46和862之间建立电弧，从而将熔断部40连接到端子12。

通过该附加电导体860，使得能够以更好的可靠性连接熔断部40，因为在制造断路器802期间可以轻易地限定端部46和862之间的距离，反之，并不总是能够精确地预测在导体10分离之后所述部分16和电极46之间的距离。

根据一个变型，壁50可以包括在其外表面上的导电层，换句话说，该壁暴露在室32一侧的表面上包括导电层。这使得电弧更容易地被吸引到壁50附近，并且通过熔化促进该壁被破坏。

根据可以与前述变型相结合的另一可选变型，壁50可以包括在其外表面上的导电层，换句话说，该壁包括位于体积52内的表面上的导电层。于是，该导电层能够确保屏障破坏后在2个电极46和862之间的电接触。

这使得能够获得取决于温度和压力的阈值，这些特性中的“最强”因素随后触发屏障的破坏以使得熔断部40连接。

除了这些不同之外，对断路器2的描述适用于断路器802。

图10示出了根据本发明的另一实施例的电气断路器902。

断路器902总体上与断路器2类似，但与断路器2的不同之处在于，连接装置不包括前面定义的将端部46与灭弧室的其余部分开的屏障。

取而代之的是，连接装置包括形成在主体30的壁中的容置部910，并且在所述容置部中设置有屏障912和导电的可移动部件914，例如，该可移动部件由金属制成，该可移动部件可滑动地安装在容置部910中。

例如，容置部910是通向主体30外部的通路，优选地为圆柱形。

熔断部40的电极44的端部通过电极的自由端部916通入容置部910中。附加电极连接到端子14，并且通过该附加电极的自由端部918通入容置部910中。例如，端部916和918彼此相对设置。

端部916和918彼此分开一距离，例如，分开的距离为先前定义的绝缘距离。

可移动部件914可以在空闲位置和激发位置之间移动，其中，在空闲位置中，该可移动部件与端部916和918分开，在激发位置中，可移动部件将熔断部40的所述电极与所述端子14电连接，并且该可移动部件与端部916和918发生直接接触。

在图10中，示出了处于空闲位置的可移动部件914。通过虚线轮廓914’示出了由处于激发位置的可移动部件914占据的位置。

屏障912被设置为例如通过关闭容置部910的入口将灭弧室32与容置部910分开。

屏障912被配置为当超过灭弧室32中的预定阈值时被破坏。

因此，该屏障912有利地可以是与壁50或囊壳550类似的壁。

优选地，屏障912被配置为当灭弧室32中的压力超过预定阈值时被破坏。

一旦屏障被破坏，可移动部件914在容置部910中的压力增加的作用下从其初始空闲位置向激发位置914’移动，该压力增加是由于容置部与室32流体连通引起的。换句话说，部件914的作用如同活塞。如图10中通过箭头F1示出了这种移动。

例如，部件914的形状与容置部910的截面的形状互补。

优选地，只要屏障912没有被破坏并且部件914没有因压力增加而移动，部件914以零间隙或负间隙安装在容置部910中，以便能够保持在空闲位置。这限制了部件914例如当断路器902受到冲击或强加速度时意外地向激发位置移动的风险。

在一个变型中，出于相同的目的，例如通过包覆模制，部件914可以与屏障912机械地连接。

有利地，容置部910包括保持构件920，诸如一个或多个止动件，该保持构件限制可移动部件914的移动以防止其行进超过激发位置914’。因此，部件914保持在激发位置914’。

在替代实施例中，尽管在图10中未示出，但是该断路器902可以包括如图1至图9的实施例中限定的附加连接装置，该附加连接装置与电极42的端部46相关联。

根据变型，端部46和电极42可以被省略并且由电极922代替，该电极922直接将熔断部40的端部连接到端子12上，而不必穿过灭弧室。

除了这些不同之外，对断路器2的描述适用于断路器902。

在上述实施例中，一旦绝缘屏障被破坏，电极42和导体10就通过电弧A’实现接触。然而，根据未示出的实施例，通过将电极和导体10设置为直接接触以直接实现所述连接。

例如，电极42设置在室32中，使得在导体10被切断后，截断部分16抵靠壁50(或囊壳550)发生接触。当屏障被破坏时(例如通过破坏壁50或囊壳550)，截断部分16与电极42直接接触。

在上述实施例中，只有熔断部的电极42出现在室32中。然而，根据未示出的变型，熔断部的另一电极44也可以出现在室32中。在这种情况下，需要两个独立的电弧是需要的以将熔断部40电连接到导体10的两个端子12和14上。

在上述实施例中，作为示例，切断装置被描述为与电极42或与电极44相关联(并且，分别与端子12或与端子14相关联)，但是将理解的是，作为一个变型，这些切断装置可以用于熔断部的另一个电极44或42上(并且因此在另一个端子14或12上)，或者甚至可以同时用于电极42和44上。

其他实施例也是可能的。以下描述的附加变型可以根据任何技术上允许的组合与前面描述的实施例组合。

根据图9所示的断路器802的实施例的一个变型，附加导体860的自由端部862可以通入灭弧室32内部，同时位于由壁50限定的体积52的外部，电极46通过膜50与切断室的其余部分保持绝缘。

这种布置使得自由端部862能够自由地放置在灭弧室32中，并且因此适应灭弧室的几何形状。即使自由端部862随后不再与端子14绝缘，一旦壁50被破坏，电弧在任何情况下都会通过电极46。

自由端部862因此能够自由地放置，可以将该自由端部放置在与电极46相距较小的一距离处，例该距离如小于500μm，以减小电弧的长度，并且因此降低该电弧在室52内以及在灭弧室32内耗散的能量。

根据特别适用于图6和图8的实施例的一个变型，金属囊壳550能够以双稳态方式变形，也就是说，金属囊壳可以在第一状态和第二状态之间可逆地变形，其中，在第一状态中该囊壳不与电极46接触，在第二状态中电极46与金属囊壳550直接接触以建立导电性。

金属囊壳的变形的双稳态性质可以是由于囊壳的上壁的特定构造(例如，由于弯曲形状或圆顶形状)而获得的。

在所示的示例中，在第一状态下，该弯曲形状远离电极46。在第二状态下，弯曲形状颠倒并且与电极46发生接触。这有利于与电极46的接触，并且确保良好的阈值效应。

根据该变型的一个特别的实施例，该实施例的一个示例由图11示出，断路器502包括与附加导体860类似的附加导体，并且该附加导体将端子12连接到金属囊壳，该囊壳在此示例中的附图标记为1050。这获得了与参照附加导体860所描述的那些优点相同的优点。

根据另一变型，该附加导体的自由端部可以通入由囊壳1050限定的体积1052内。

根据又另一变型，即使当囊壳不能以双稳态方式变形时，如前面描述的囊壳550，该附加导体也可以连接到金属囊壳。

根据图10所示的断路器902的实施例的一个变型，可移动部件914联接到复位构件，诸如螺旋弹簧或预应力弹簧，该复位构件被配置为将可移动部件推回到其激发位置。

只要屏障912没有被破坏，可移动部件914就保持在空闲位置。当屏障912被破坏时，可移动部件向激发位置移动，特别是在复位构件的作用下向激发位置移动。

这使得在屏障被破坏但是灭弧室中的条件不足以使可移动部件914完全移动的情况下，可以防止可移动部件914与端部916和918完全建立电接触。

通常，根据上述的一个或多个实施例的断路器可以通过各自的端子12、14彼此连接，例如串联或并联连接，以形成具有增强性能的断路器装置。

根据可选的实施例，如图12所示，当两个断路器1100和1102彼此连接时，其中一个断路器的熔断部40可以被省略并且由电导体1110代替，以与断路器各自的电极42连接。

可以将以上考虑的实施例和变型进行组合以形成新的实施例。

Claims (17)

1.一种电气断路器，所述电气断路器包括：

-电导体(10)，所述电导体包括第一端子(12)和第二端子(14)；

-开关(22，24)，所述开关被配置为当响应于电流切断命令而被触发时，将所述第一端子与所述第二端子分开；

-灭弧室(32)，所述灭弧室由所述断路器的主体限定，所述灭弧室被配置为在所述开关被触发后，容纳所述电导体的至少与所述第一端子或所述第二端子分开的部分(16)；

-熔断部(40)，所述熔断部被配置为在所述开关被触发后电连接在所述第一端子和所述第二端子之间；

所述断路器的特征在于，所述断路器包括：连接装置，所述连接装置包括屏障(50，52，912)，所述屏障被配置为仅当存在于所述灭弧室(32)中的电弧的强度、或者所述灭弧室(32)内的温度或压力中的至少一个超过预定阈值时，在所述开关触发后被破坏，所述连接装置被配置为仅当所述屏障(50，52，912)被破坏时，将所述熔断部(40)的电极(42，916)连接到所述电导体(10)的所述端子中的一个(12，918)上。

2.根据权利要求1所述的断路器，其中，所述熔断部(40)的至少一个电极(42)在所述灭弧室(32)内部延伸，所述屏障是将所述至少一个电极(42)与所述灭弧室(32)的其余部分分开的电绝缘屏障(50，52)。

3.根据权利要求2所述的断路器，其中，所述绝缘屏障包括壁(50)，所述壁在所述灭弧室(32)中限定围绕所述熔断部(40)的所述至少一个电极(42)的体积(52)。

4.根据权利要求3所述的断路器，其中，所述壁(50)是电绝缘的。

5.根据权利要求3或4所述的断路器，其中，所述壁(50)被配置为当所述灭弧室(32)中的温度超过预定阈值时熔化。

6.根据权利要求3或4所述的断路器，其中，所述壁(50)包括预切割区域，所述预切割区域被配置为当所述灭弧室(32)中的压力超过预定阈值时脱离并且在所述壁(50)中形成开口。

7.根据权利要求2所述的断路器，其中，所述绝缘屏障包括电绝缘涂层(650)，所述电绝缘涂层沉积在所述灭弧室(32)中的所述熔断部(40)的所述至少一个电极(42)上，所述涂层被配置为当所述灭弧室(32)中的温度超过预定阈值时熔化。

8.根据权利要求3至6中任一项或根据权利要求7所述的断路器，其中，所述壁(50)或所述涂层(650)覆盖有至少一个导电外层。

9.根据权利要求3所述的断路器，其中，所述壁(50)由金属制成。

10.根据权利要求3或9所述的断路器，其中，所述壁(550)被配置为当所述灭弧室(32)中的压力超过预定阈值时发生变形，直到所述壁与所述至少一个电极(42)的所述自由端部(46)发生接触。

11.根据权利要求10所述的断路器，其中，所述至少一个电极(42)的所述自由端部(46)被配置为在所述壁(550)发生变形并且与所述自由端部(46)发生接触时对所述壁(550)穿孔。

12.根据权利要求3或9所述的断路器，其中，所述壁(50)包括预切割区域，所述预切割区域被配置为当所述灭弧室(32)中的压力超过预定阈值时脱离并且在所述壁(50)中形成开口。

13.根据权利要求2所述的断路器，其中，所述断路器(302)包括控制电路(310)；传感器(316)，所述传感器用于测量所述灭弧室(32)内部的条件；以及辅助致动器(312)，所述辅助致动器被配置为破坏所述绝缘屏障，并且其中，所述控制电路(310)被配置为当由所述传感器(316)测量的物理性能超过阈值时，触发所述辅助致动器(312)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其中，所述断路器(702)包括附加熔断部(720)，所述附加熔断部被配置为在所述开关被触发后电连接在所述第一端子和所述第二端子之间，所述附加熔断部的至少一个电极(722)在所述灭弧室(32)内部延伸，所述断路器还包括电绝缘的附加屏障(740，742)，所述电绝缘的附加屏障将所述附加熔断部的所述电极(722)与所述灭弧室(32)的其余部分分开，所述屏障被配置为仅当存在于所述灭弧室(32)内的电弧的强度或者所述灭弧室(32)内的温度或压力中的至少一个超过预定阈值时，在所述开关触发后被破坏，所述阈值不同于与另一熔断部(710)的绝缘屏障相关联的触发阈值。

15.根据权利要求3、4、5、6、8、9、10、11、12中任一项或根据权利要求14与权利要求3、4、5、6、8、9、10、11、12中任一项相结合的断路器，其中，所述断路器(802)包括附加电导体(860)，所述附加电导体连接到所述电导体的所述端子中的一个(12)上，所述附加电导体(860)与所述灭弧室绝缘，并且所述附加电导体包括通入由所述壁(50)限定的所述体积(52)内部的自由端部(862)。

16.根据权利要求1所述的断路器(902)，其中，所述连接装置包括导电的可移动部件(914)，所述可移动部件能够在空闲位置和激发位置之间移动，在所述激发位置中，所述可移动部件将所述熔断部(40)的所述电极(916)与所述端子(14)进行电连接，所述可移动部件能够滑动地安装在所述断路器(902)的容置部(910)中，所述屏障被设置为将所述灭弧室与所述容置部(910)分开，并且所述屏障被配置为在超过所述预定阈值时被破坏。

17.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其中，所述开关(22，24)为烟火式开关。

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