用於中壓電路的熄弧溝、斷路器以及聚合物板的使用的製作方法

2023-05-28 22:12:01 2

專利名稱：用於中壓電路的熄弧溝、斷路器以及聚合物板的使用的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於中壓斷路器的熄弧溝。此外，本發明涉及用於中壓電路的斷路器。 更具體來說，本發明涉及用於中壓直流斷路器的熄弧溝以及用於直流中壓電路的斷路器。 典型地，中壓是在400V與4000V之間的電壓。此外，本發明涉及聚合物板的使用。
背景技術：
典型地，斷路器或空氣斷路器用於鐵路車輛上的直流(DC)電路。其它示例可以是有軌電車或無軌電車。例如，這類高速DC斷路器可對於超過900V的電壓電平開關1. 5kA 的直流電流。例如，在將第一開關接觸部與第二開關接觸部斷開時，開關接觸部之間的氣體因空氣電離而迅速變為導電，並且等離子體可能出現。此外，特別是在高電流，例如對於大於 40kA的電流，後復燃(back re-ignition)或重燃(re-strike)現象可能發生。因此可降低斷路器能力。此外，在某個電流電平，第一接觸部與第二開關接觸部之間的電弧在熄弧溝內部甚至沒有攀升。此外，特別是在高電流的磨損可能是重要的。另外，常規熄弧溝重並且尚ο在常規DC斷路器的熄弧溝組件中，塑料框和金屬板彼此交替堆疊，其中金屬板放置在塑料框上。塑料框形成金屬板之間的介電層。塑料框具有切口(cut out)，使得電弧可在兩個相鄰金屬板之間建立。塑料框用於產生氣體，使得電弧中的熱量從熄弧溝迅速被吹出，並且通過改變金屬板之間的空氣的化學成分來增加電弧電壓。典型地，電弧往往在金屬板上、通常在切口中移動。但是，電弧常常停留在切口的角上。因此，金屬板的金屬在這些角上變得很熱，並且可能開始熔化。在最壞情況下，相鄰金屬板通過熔化的金屬相互連接。這導致熄弧溝的短使用壽命以及由於金屬板之間為了避免因熔化的金屬引起的兩個相鄰金屬板之間的連接而增加的距離所引起的大結構尺寸以及金屬板和塑料框的增加數量。典型地，常規熄弧溝重並且高度大。此外，特別是在高電流、例如在大於IkA的電流，磨損是重要的。典型地，磨損取決於操作次數、電流密度和電弧作用時間(時間常數)。 因此，熄弧溝的磨損不是可預測的。因此，維護操作難以計劃，然而是不可缺少的。例如，可經常檢查和更換金屬板或鋼板。此外，塑料框也可被檢查並且有時甚至更換。此外，存在板之間鋼粒最小數(steel drop minimum)的風險，使得建立較小電壓。在最壞情況下，斷路器在下一次可能無法切斷。此外，典型地，必須裝配超過120個部件，並且增加了間隙距離。

發明內容
本發明的目的是提供用於中壓斷路器的熄弧溝、斷路器以及聚合物板的使用，使得使用這類裝置的斷路器沒有呈現已知斷路器的缺點，特別是具有提高的斷路能力並且易於維護。
按照另一個方面，提供一種用於中壓斷路器的熄弧溝，包括殼體；布置在殼體中的多個基本上平行的金屬板的至少一個疊層，至少一個疊層定義與堆疊方向平行的第一軸；布置在殼體中的電弧空間，其中電弧空間適合允許電弧在其中擴張；以及放置在殼體中的至少一個熄弧板，其中熄弧板具有其表面平面與第一軸平行地延伸的至少一個表面。在一個實施例中，熄弧溝還可用於交流(AC)應用。在一個典型實施例中，至少一個熄弧板引導熄弧溝中的電弧。典型地，至少一個熄弧板支持熄弧溝中的電弧的熄滅。例如，在一個實施例中，當電弧經過並且至少一個熄弧板被加熱時，氣體從至少一個熄弧板蒸發。在一個典型實施例中，至少熄弧板的至少一個表面可以是例如至少一個表面可包括剖面和/或可高低不平的結構。典型地，該表面的表面平面則定義為表面上與熄弧板的中面平行的平面。在一個典型實施例中，熄弧板表面的尺寸比在1/15與1/3之間，尤其是在1/10與1/5之間。在一個典型實施例中，至少一個熄弧板沿第一軸方向的延伸大小是金屬板的至少一個疊層沿第一軸方向的延伸大小(extension)的至少50%、尤其是80%。例如，在一個實施例中，第二軸與金屬板平行地、即與金屬板表面平行地穿過至少一個疊層以及基本上正交於第一軸的電弧空間，其中熄弧板的至少一個表面的表面平面與第二軸平行地延伸。在實施例中，與金屬板表面平行地穿過至少一個疊層和電弧空間的第二軸可與第一軸具有80與100度之間、尤其是85度與95度之間的角。典型地，熄弧板的至少一個表面的表面平面布置成與殼體的側壁平行。因此，熄弧板不會阻塞沿排出方向、例如熄弧溝的殼體的開口流動的氣體。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，至少一個熄弧板可包括多個副板(sub-plates)，副板可布置成形成至少一個熄弧板。例如，熄弧板可包括兩個副板，每個副板在重量方面可具有阻燃填料的不同含量。例如，兩個副板可沿第二軸方向相繼布置，其中典型地，具有較高阻燃劑含量的第一副板以相比具有較低阻燃填料含量的第二副板離電弧空間更大的距離來布置。例如，第一副板沿第二軸方向的延伸大小是在熄弧板的延伸大小的50%與80%之間、尤其是在60%與70%之間。典型地，阻燃劑可以是三 /Kn^S^in (aluminiumtrihydrate) (ATH)。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，電弧空間適合允許電弧沿第一軸位移和/或擴張。例如，在一個實施例中，至少一個熄弧板沿第二軸方向具有金屬板沿第二軸方向的延伸大小的大約20%與大約80%之間、尤其是在大約25%與大約60%之間的延伸大小。 例如，在金屬板沿第二軸方向的IOOmm的延伸大小的情況下，熄弧板沿第二軸方向可具有大約30mm的延伸大小。在一個典型實施例中，至少一個疊層的金屬板具有與第二軸平行地延伸的兩個縱向邊緣，其中至少一個熄弧板布置在兩個縱向邊緣之間，尤其是基本上在兩個縱向邊緣之間的中間。典型地，使電弧保持在金屬板的中間，使得金屬板的熱分布更均等。這可引起較低金屬板磨損。例如，在一個實施例中，金屬板基本上是具有與正交於第一軸和第二軸的第三軸平行的兩個橫向邊緣以及與第二軸平行的兩個縱向邊緣的矩形，其中金屬板在與電弧空間相鄰的第一橫向邊緣中分別具有基本上V形或U形切口，其中熄弧板其中之一放置在V形或U形切口與第二橫向邊緣之間。在一個典型實施例中，V形或U形切口可不對稱地布置在橫向邊緣。在一個典型實施例中，第二橫向邊緣相比第一橫向邊緣具有離電弧空間更大的距

例如，在一個實施例中，至少一個疊層的金屬板是按照本文所公開的實施例其中之一，其中熄弧板其中之一放置在槽中。按照一個方面，熄弧溝的多個平行的金屬板的疊層的金屬板，其中，金屬板基本上為矩形並且具有兩個縱向邊緣和兩個橫向邊緣，其中金屬板包括槽，其中該槽基本上與縱向邊緣平行地延伸並且具有縱向邊緣長度的至少20%、尤其是至少1/3的縱向延伸大小。 在一個實施例中，槽可具有縱向邊緣長度的80 %的最大延伸大小。在一個典型實施例中，金屬板是熄弧溝的消電離板。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，槽是直槽。典型地，槽的寬度在3mm與IOmm之間、尤其在4mm與7mm之間。在一個實施例中，槽基本上布置在兩個縱向邊緣之間的中間，和/或從橫向邊緣中的基本上V形或U形切口延伸，其中V形或U形切口沿縱向具有縱向邊緣長度的至少 10%、尤其是15%的延伸大小。在一個典型實施例中，槽從基本上V形切口的、該V形切口的兩個分支在其中相遇的相交點延伸。在橫向邊緣中對稱放置的V形切口或者對稱V形切口的情況下，典型的情況是這樣。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，V形切口的分支彼此之間具有60度至120度之間、尤其是基本上為80度與100度之間的角。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，板包括布置成連同與縱向邊緣平行地延伸的槽一起形成基本上T形的第二直槽，其中第二槽平行於橫向邊緣的延伸大小是橫向邊緣長度的至少基本上50%、尤其是70%。縱向邊緣比橫向邊緣更長，例如金屬板可具有1 2與3 4之間、尤其是大約為 2 3 的尺寸比(aspect ratio)。在一個典型實施例中，熄弧板放置成使得指向電弧空間的熄弧板的邊緣沿電弧空間方向到槽端部和/或到朝向第二橫向邊緣的V形或U形切口端部的距離是熄弧板沿第二軸方向的延伸大小的至少大約10%。按照另一個實施例，指向電弧空間的熄弧板的邊緣到朝向第二橫向邊緣的V形或U形切口端部的距離為金屬板的縱向邊緣長度的至少大約2%。例如，在一個實施例中，至少一個、尤其是兩個熄弧板沿正交於第一軸並且正交於第二軸的方向限定電弧空間。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，限定電弧空間的至少一個熄弧板充當至少一個疊層的金屬板的擋塊，使得阻止金屬板到電弧空間中的移動。例如，在一個實施例中，金屬板的至少兩個平行疊層，其中第二軸穿過至少兩個疊層，其中尤其是相應熄弧板處於兩個疊層中。在一個典型實施例中，疊層的金屬板表面的多於70%、尤其是多於90%面向同一疊層的相鄰金屬板的表面。按照另一個方面，斷路器包括開關單元，具有第一開關接觸部和第二開關接觸部，可在第一開關接觸部接觸第二開關接觸部的第一位置與第一開關接觸部與第二開關接觸部分離的第二位置之間移動；以及按照本文所公開的一個實施例的熄弧溝。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，斷路器是空氣斷路器。例如，在一個實施例中，斷路器是用於牽引車輛、尤其是用於鐵路車輛、有軌電車 (tramway)、無軌電車(trolleybus)等的斷路器。在一個典型實施例中，電弧位移方向與第一軸平行，和/或在從第一位置移動到第二位置時第二開關接觸部的移動方向與第二軸平行。在一個典型實施例中，斷路器是空氣直流(DC)斷路器。因此，各電流中斷產生電弧。典型地，電弧從接觸部分離開始，並且保持到電流為零。在典型實施例中，為了能夠切斷DC電流，高速DC斷路器建立比網壓(net voltage)更高的直流(DC)電壓。要建立DC 電壓，空氣斷路器使用熄弧溝或者熄弧室，其中金屬板用於將電弧分為若干局部電弧，使該電弧延長，並且氣體用於通過化學反應、例如通過汽化塑料或另一種材料來增加電弧電壓。在一個典型實施例中，斷路器可開關具有超過400伏特和/或具有超過500安培的直流。在一些實施例中，斷路器可具有對於50毫秒超過20kA、尤其是超過30kA的額定短路分斷能力。 在一個典型實施例中，按照理論，熄弧板或熄弧導向裝置(arc quenching guides)的材料在汽化狀態可增加熄弧溝的金屬板之間的空氣阻力。此外，熄弧導向裝置可在正確壓力下在正確位置產生正確氣體。例如，介電性能在電弧作用期間增加。典型地，在分斷期間產生超過20000°C的溫度。典型地，熄弧板或熄弧導向裝置可將電弧一直導向熄弧溝的頂部。此外，熄弧板或熄弧導向裝置可便於將新鮮空氣引入熄弧溝。按照另一個方面，提供從由阻燃聚合物、包含阻燃填料的阻燃聚合物和包含阻燃填料的聚合物所組成的組中選取的聚合物板作為按照本文所公開的一個實施例的熄弧溝的熄弧板的使用。典型地，在包括熄弧板或熄弧導向裝置的熄弧溝中，提高了分斷能力，並且避免了重燃的風險。尤其是，減小板之間的空間而沒有它們之間的短路風險。此外，板和/或熄弧溝幾乎沒有磨損。因此，易於計劃維護。此外，熄弧溝是快速組件並且可容易地縮放 (scalable)。因此，包括熄弧板或熄弧導向裝置的熄弧溝能夠以低成本來製造。在一個典型實施例中，定位裝置為螺杆、鉸鏈、螺栓、擋塊、條(bar)等等。例如，定位裝置用於將熄弧溝連接到開關單元。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，斷路器是用於牽引車輛、尤其是用於鐵路車輛、有軌電車、無軌電車等的斷路器。在一個典型實施例中，熄弧溝殼體具有至少一個側壁，所述至少一個側壁基本上與第二軸平行，其中至少一個側壁與金屬板之間的距離小於10mm、尤其是小於5mm。例如， 距離可小於2mm。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，至少一個側壁接觸金屬板。
在一個典型實施例中，至少一個側壁沿第二軸方向具有使得側壁完全覆蓋至少所述至少一個疊層和電弧空間的尺寸(dimension)。例如，在兩個疊層的情況下，側壁覆蓋兩個疊層以及兩個疊層之間的電弧空間。在一個典型實施例中，至少一個側壁沿第二軸方向的尺寸對應於至少一個疊層、尤其是兩個疊層和電弧空間沿第二軸方向的方向的尺寸的至少110%、尤其是至少120%。典型地，側壁沿堆疊方向的方向的高度至少對應於疊層沿第一軸方向的尺寸。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，側壁基本上是封閉的。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，熄弧溝的殼體沿第二軸方向具有開口。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，開口沿第一軸方向的尺寸為至少一個疊層的至少90 %、尤其是95 %。在一個典型實施例中，開口的尺寸基本上對應於金屬板沿正交於第一軸和第二軸的方向的尺寸，例如金屬板寬度的至少90%、尤其是至少95%。典型地，沿正交於第一軸且正交於第二軸的第三軸來度量金屬板的寬度。在一個典型實施例中，其中金屬板基本上為矩形，具有沿電弧空間方向的第一邊緣以及與第一邊緣相對的第二邊緣，以及尤其是基本上平行於第二軸的兩個側邊，其中熄弧溝殼體的開口與金屬板的第二邊緣的側相鄰和/或位於其上。


為了能夠詳細了解本發明的上述特徵的方式，可參照實施例來論述本發明的具體描述、概述。附圖涉及本發明的實施例，並且描述如下圖1示意示出具有開式開關接觸部的斷路器的一個實施例的側視圖；圖2示意示出一組金屬板；圖3示意示出疊層的金屬板的一個實施例；圖4示意示出支承裝置的側視圖；圖5示意示出疊層的金屬板的一個實施例；圖6以頂視圖示意示出熄弧溝的一部分；以及圖7示意示出按照本發明的斷路器的透視圖。
具體實施例方式現在詳細參照多種實施例，在附圖中示出它們的一個或多個示例。各示例作為說明來提供，而不是要對本發明進行限制。在附圖的以下描述中，相同參考標號表示相同部件。一般來說，僅描述相對各個實施例的差異。圖1示出高速中壓直流(DC)斷路器的側視圖。典型地，斷路器是空氣斷路器。斷路器包括熄弧溝100和開關單元200。熄弧溝包括金屬板l(Ma、104b、…、10 的第一疊層102，以及在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個實施例中包括金屬板108a、 108b、...、108n 的第二疊層 106。在一個典型實施例中，第一疊層和第二疊層102、106的金屬板l(Ma、104b、…、104nU08aU08b,…、108η的數量和形式基本上相同。電弧空間109放置在金屬板的第一疊層102與第二疊層106之間。典型地，當斷路器斷開時，電弧沿電弧位移方向A在電弧空間109中上升(mount)。典型地，熄弧溝關於典型地與電弧位移方向A對應的、穿過與金屬板的第一疊層 102和金屬板的第二疊層106的堆疊方向平行的電弧空間109的第一軸Y對稱。此外，在一個典型實施例中，採用連接條110將第一疊層102的頂層金屬板10 電連接到第二疊層 106的頂層金屬板108η。因此，第一疊層的頂層金屬板10 處於與第二疊層106的頂層金屬板108η相同的電位。典型地，第一疊層102的最底部金屬板或零層金屬板10 和最底部金屬板或零層金屬板108a是相應疊層102、106相對於開關單元200最接近的金屬板。因此，最底部金屬板104a、108a和頂層板104η、108η沿金屬板的相應疊層102、106的堆疊方向放置在相對端，其中該堆疊方向典型地與熄弧溝的電弧位移方向A或第一軸Y平行。典型地，第一疊層102和第二疊層106的金屬板或消電離板104、108的表面平行於第二軸X，第二軸X典型地正交於電弧位移方向A和第一軸Y。 在一個典型實施例中，各疊層102、106包括大約36個金屬板104a、104b、…104η、 108aU08b,-108no其它實施例甚至可包括超過36個金屬板。金屬板的數量典型地取決於由斷路器進行開關的標稱電流。在一個典型實施例中，熄弧溝100包括具有至少一個側壁112的殼體111。在一個典型實施例中，具有其外殼的熄弧溝100可易於與開關單元200分離。因此可減少維護時間。例如，定位裝置用於將熄弧溝布置在開關單元上的正確位置。定位裝置可以是擋塊、螺杆或者將熄弧溝100設置在開關單元200上正確位置的另一種裝置。開關單元200包括第一開關接觸部202a，它可通過第一開關接觸端子20 電連接到電網或負載。典型地，第一開關接觸部採用第一開關接觸條或匯流條203連接到第一開關接觸端子20 ,其中尤其是，第一開關接觸條203包括第一開關接觸端子2(Ma。典型地， 第一開關接觸部20 固定到第一開關接觸條203的第一端，以及第一開關接觸端子204放置在第一開關接觸條203的與第一端相對的第二端。此外，開關單元200包括第二開關接觸部202b。第二開關單元由驅動單元206沿移動方向S移動，以便將第二開關接觸部202b從第一開關接觸部20 與第二開關接觸部 202b物理接觸的第一位置和第一開關接觸部20 與第二開關接觸部202b分離的第二位置移動。第二位置如圖1所示。第二開關接觸部20 可經由第二開關接觸端子204b連接到電網或負載。第二開關接觸部202b由柔性導體208a和第二開關接觸條208b電連接到第二開關接觸端子204b，其中柔性導體208a連接到第二開關接觸條208b的第一端。典型地，第二開關接觸端子204b放置在第二開關接觸條208b的第二端，其中該第二端與第二開關接觸條208b的第一端相對。典型地，當斷路器處於閉合位置、即第一開關接觸部20 接觸第二開關接觸部 202b時，電弧空間109在斷路器的操作中放置在第一開關接觸部和第二開關接觸部之上。 此外，金屬板102、106的疊層的堆疊方向基本上平行於電弧位移方向A，電弧位移方向A基本上正交於移動方向S。典型地，堆疊方向或電弧位移方向A對應於電弧擴展到熄弧溝中所沿的方向。典型地，金屬板l(Ma、104b、...、l(Mn、108a、108b、…、108n和連接條110基本上平行於移動方向S並且因而平行於第二軸X。第一角形件(horn) 210a固定到第一接觸部20加，以便將電弧足部導向熄弧溝100 的第一疊層102的金屬板l(Ma、104b、…104η，尤其是導向熄弧溝100的第一疊層102的最底部金屬板10如。此外，開關單元200配備有第二角形件210b，第二角形件210b放置成使得足部在第二開關接觸部202b處的電弧跳轉到角形件210b，並且移動到第二疊層106的金屬板108a、108b、…、108η，尤其是移動到第二疊層106的最底部金屬板108a。在一個典型實施例中，第一疊層102的最底部金屬板10 和第二疊層106的最底部金屬板108a分別電連接到第一開關接觸部20 和第二開關接觸部202b。因此，通過中斷電流所形成的電弧的電弧足部典型地沒有保持在第一角形件和第二角形件210a、210b 上，而是跳轉到最底部金屬板l(Ma、108a上。一旦相應電弧足部已經跳轉到最底部金屬板， 電流流經相應等電位連接。典型地，角形件沒有被電弧加熱，並且因而沒有汽化。此外，角形件磨損降低，使得角形件、例如第一角形件210a和第二角形件210b可耐受斷路器的使用期限。典型地，一旦電弧已經跳轉到最底部金屬板上，則增加熱耗散。此外，在接近開關接觸部處生成較少氣體。典型地，接近開關接觸部的熱集中降低，使得等離子體生成和復燃現象的風險降低。圖1示出斷開狀態中斷路器的側視圖，其中第一開關接觸部20 與第二開關接觸部202b分離。此外，圖1示意示出熄弧溝200內的電弧擴張，尤其是在通過使第二開關接觸部202b離開第一開關接觸部20 來斷開開關之後的不同時刻的電弧。在第一時間t0，在第一開關接觸部20 和第二開關接觸部202b的接觸部分離之後，電弧作用開始。然後，在tl，電弧或者電弧的一個足部離開第一或第二開關接觸部20h、202b其中之一，並且跳轉到相應開關接觸部20h、202b的角形件210a、210b。這可首先在固定的、 即第一開關接觸部20 上或者在移動接觸部、即第二開關接觸部202b上發生。在t2，電弧離開第二開關接觸部。然後，電弧足部分別位於第一角形件210a和第二角形件210b上。然後，在t3，電弧足部跳轉到相應零層或最底部金屬板104a、108a上，並且電弧在熄弧溝內繼續攀升。典型地，在這個階段，若干小電弧在第一疊層與第二疊層102、104的相應相鄰金屬板之間生成。在t4，電弧分別在第一疊層和第二疊層102、106的最底部金屬板104a、108a上充分地(well)建立，並且在熄弧溝、尤其是電弧空間109內繼續攀升。最後，在t5，電弧完全拉長，到達熄弧溝的頂部，使得構建最大電壓。由電弧所構建的電壓在t0開始，從tl至t4 增加，並且大約在t5達到其最大值。典型地，該序列例如受到由電流所生成的磁場(例如對於大於100A的電流)、因熱氣體引起的煙囪效應(例如對於低於100A的電流)和/或斷路器的機械行為(例如第二開關接觸部202b的速率)影響。在一個典型實施例中，電弧仍然存在，直到電流為零，然後電弧自然熄滅。典型地， 電弧作用時間與電路的時間常數中的預期短路電流、斷開時的電流電平、切斷(例如第二開關接觸部的)接觸部速率所需的要建立的電壓、幾何斷路器設計(例如煙囪效應)和/ 或對熄弧溝或斷路器中形成的氣體具有影響的所使用材料成比例。在一個典型實施例中，熄弧溝放置在開關單元上，使得當開關接觸部相互接觸時， 電弧空間在第一開關接觸部和第二開關接觸部之上。
圖2示出第一疊層102或者第二疊層106的一組128金屬板104、108。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，金屬板組1 通過多個梳狀支承裝置130來連接或編組。例如，熄弧溝的金屬板組1 可包括5至20個金屬板、尤其是10個金屬板。單金屬板104、106的一個典型實施例的示意頂視圖如圖3所示。各金屬板104、 106包括用於支承裝置130的多個切口 132，例如圖3所示的6個切口。典型地，切口 132 具有深度132d。另一種數量的切口也可設置在金屬板中，例如4個切口。切口 132適合於梳狀支承裝置130。在一個典型實施例中，切口 132基本上為矩形，使得支承裝置可滑動地引入切口 132中。典型地，金屬板的厚度大約為0. 5mm至大約8mm，尤其是在Imm與大約3mm之間，例如大約1mm。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，金屬板104、 108的表面可大約為3000mm2至12000mm2，尤其是在大約5000mm2與大約8000mm2之間。在一個典型實施例中，金屬板的體積是在大約3000mm3與大約20000mm3之間，尤其是在大約 5000mm3與大約IOOOOmm3之間。例如，單金屬板或鋼板的重量可在30g與IOOg之間，例如大約50g。此外，熄弧溝的金屬板具有兩個平行縱向邊緣140以及與縱向邊緣140正交的兩個橫向邊緣142。典型地，縱向邊緣140比橫向邊緣142要長。例如，橫向邊緣142與縱向邊緣之間的尺寸比可以是2 3。在其它實施例中，該尺寸比可以在1 2與4 5之間。 金屬板布置在熄弧溝中，使得縱向邊緣140基本上與熄弧溝連接到其上的開關單元200的第二開關接觸部的移動方向S平行。在一個典型實施例中，金屬板基本上是具有(尤其與電弧空間109相鄰地放置的) 橫向邊緣142處的基本上V形切口 144的矩形。典型地，切口對應於包括切口的橫向邊緣 142的超過50%、例如60%與90%之間。在一個典型實施例中，切口沿縱向的的延伸大小是縱向邊緣長度的至少10%、尤其是15%。基本上V形切口 144具有夾角是在基本上60 度與120度之間的兩個分支或支臂。在其它實施例中，金屬板可包括具有U形切口或者具有相似形狀的切口。沿金屬板104、108的中心的方向，基本上V形切口在兩個分支相交的位置具有底部146。從V形切口 144的底部146，直槽148與縱向邊緣140平行地延伸。因此，直槽148 延長基本上V形的切口 144。典型地，槽148的長度基本上為縱向邊緣140的長度的至少 20%，例如在縱向邊緣140的長度的30%與80%之間。與橫向邊緣142平行的直槽的寬度是在大約3mm與大約IOmm之間，尤其是在4mm與大約7mm之間。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，熄弧溝中金屬板之間的距離為大約Imm至大約8mm，尤其是2mm至大約4mm，尤其是沿第一軸方向或者電弧位移方向。圖4示出支承裝置130的一個實施例的示意側視圖。梳狀支承裝置130具有典型地規則間隔的多個支承切口 134。支承切口 134設置在首先要被引入金屬板104、108的切口 132中的一側上。在一個典型實施例中，支承切口 134可具有與金屬板104、108的厚度對應的高度134h。因此，通過多個梳狀支承裝置130，可編組多個金屬板104、108。典型地， 支承裝置可由塑性材料來製造。
此外，在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個實施例中，支承裝置在支承切口 134的底部135與相對於支承切口 134的支承裝置130的後向邊緣136之間的剩餘厚度130d基本上對應於金屬板中的切口的深度132。因此，在將梳狀支承裝置130插入金屬板的切口 132時，與支承切口 134相對的後向邊緣136沒有從金屬板104、108的周緣突出。因此，殼體的側壁可接觸熄弧溝的金屬板。典型地，疊層的金屬板表面的超過70%、尤其是超過90%面向相鄰金屬板的表面。這意味著，相鄰金屬板之間的空間尤其是基本上沒有可阻止相應相鄰金屬板之間的電弧形成的塑料框或其它材料。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，疊層的金屬板表面的超過95%面向相鄰金屬板的表面。典型地，疊層102、106的相鄰金屬板之間的電弧不會停留在金屬板表面上的同一個位置。它們可使用整個空間在熄弧溝的金屬板表面上來回移動。因此，金屬板的磨損更為均勻，使得可減小板的距離和厚度。此外，還改進金屬板的冷卻。圖5公開熄弧溝的疊層的金屬板304的另一個實施例。金屬板可用作圖1所示的第一疊層102的金屬板104和/或第二疊層106的金屬板108。金屬板304與圖3所示的板相似地形成。因此，圖5的參考標號對應於圖3的參考標號，其中增加了 200。兩個基本上直的槽放置在板304中，即第一槽348和第二槽350，它們放置成使得第一槽348和第二槽350形成T。因此，第一槽348具有在基本上V形切口 344的底部放置的第一端以及連接到第二槽350的第二端。第二槽350基本上與橫向邊緣342平行地並且因而與縱向邊緣 340正交地延伸。第一槽348的長度基本上為縱向邊緣長度的大約20%至80%，尤其是在 30%與60%之間。典型地，第二直槽的長度為橫向邊緣342的長度的至少40%，尤其是至少 60%。圖6示出熄弧溝100的一個實施例的水平部分的頂視圖。熄弧溝100包括具有側壁112的殼體111。在一個典型實施例中，側壁112由塑料板來製造。例如，側壁基本上是封閉的。側壁112典型地放置在與移動方向S和堆疊方向A所張開(spanned by)的平面平行的平面中。在一個實施例中，第一熄弧板或熄弧導向裝置(arc guide) 150布置在電弧空間 109的側壁112上，尤其布置在第一疊層102和第二疊層106的金屬板104、108之間的各側壁112上，使得電弧能夠在第一疊層102與第二疊層106之間的熄弧溝100內上升。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，熄弧板固定到側壁112上。在一個典型實施例中，金屬板的塊1 從頂部插入熄弧溝100中。此外，第一內熄弧板150沿正交於電弧位移方向A並且正交於移動方向S或第二軸X的第三軸Z的方向來限制電弧空間109。因此，沿電弧空間方向的熄弧板的表面基本上平行於與軸Z正交的平面。在另一個實施例中，提供擋塊以阻止第一疊層102或第二疊層106的金屬板104、106(尤其是沿第二軸X的)朝電弧空間109的移動。例如，第一熄弧板的延伸大小基本上對應於第一疊層 102的金屬板104與第二疊層106的金屬板108之間的距離。第一熄弧板的厚度可在Imm 與IOmm之間，尤其是在2mm與4mm之間。在一個實施例中，第一熄弧板150則放置成與側壁112相鄰，以便引導電弧空間 109中的電弧。典型地，第一熄弧板150在(基本上全部沿熄弧溝100的疊層102、106的金屬板104、108的)電弧位移方向上延伸。例如，第一熄弧板150沿電弧位移方向可覆蓋基本上電弧空間109的至少50%、尤其是至少80%或者具有基本上為電弧空間109的至少50%、尤其是至少80%的長度。此外，在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，第二熄弧板放置在金屬板的(第一)直槽148、348中。第二熄弧板152基本上是成形和定向成使得第二熄弧板152的表面基本上與熄弧溝的側壁112平行的板。典型地，第二熄弧板152的表面平行於與第三軸Z正交的平面。第二熄弧板沿金屬板的縱向和/或X軸方向的延伸大小1521基本上在金屬板104、108的縱向邊緣140、340的長度的大約20%與大約80%之間、尤其是在大約25%與大約60%之間。典型地，第二熄弧板152具有指向電弧空間的第一邊緣，它放置成遠離V形切口 144的底部146。例如，熄弧板152的邊緣與V形切口的底部146的距離d可以是第二熄弧板152沿金屬板104、106的縱向邊緣140、340方向的延伸大小1521的大約10%。典型地，熄弧板沿電弧空間方向的邊緣與V形或U形切口之間的距離d準許沿電弧位移方向引導電弧，使得電弧可到達熄弧溝的頂部。在一個典型實施例中， 第二電弧導向裝置152基本上放置在第一直槽148、348的中間。此外，第二熄弧板152在 (基本上全部沿熄弧溝的)電弧位移方向上延伸。在一個典型實施例中，第二熄弧板152沿電弧位移方向A可基本上覆蓋沿電弧位移方向A的疊層高度的至少50%、尤其是至少80% 或者具有基本上為沿電弧位移方向A的疊層高度的至少50%、尤其是至少80%的長度。此外，第二熄弧板152的厚度可為大約Imm至大約10mm，例如為2mm至4mm。在一個實施例中，熄弧板150、152適合熄滅和引導熄弧溝中的電弧。典型地，第一熄弧板和第二熄弧板150、152可改變金屬板之間空氣的介電性能。 按照另一個理論，熄弧板150、152便於使冷空氣進入熄弧溝100。按照又一個理論，熄弧板或熄弧導向裝置將電弧引導到熄弧溝中。圖1中，第二熄弧板以虛線示出。在一個示例中，熄弧板150、152支持熄弧溝中電弧的熄滅。例如，熄弧板可由適當聚合物板來製造。在一個典型實施例中，可從由阻燃聚合物、包含阻燃填料的阻燃聚合物以及包含阻燃填料的聚合物所組成的組中所選的適當聚合物板中選擇熄弧板。在一個典型實施例中，阻燃填料可以是諸如氫氧化鋁、氫氧化鎂之類的無機阻燃填料。在一個典型實施例中， 適當聚合物板可包括作為基礎材料的聚酯樹脂，例如不飽和聚酯樹脂。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，熄弧板150、152 可由片狀模塑料(sheet moulding compound)或塊狀模塑料(bulk moulding compound) 來製造。適當聚合物板可包括典型地為玻璃纖維的加固結構。例如，熄弧板可由經過玻璃纖維加固的熱固塑料(duroplast)、熱固和/或熱塑材料來製造。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，適當聚合物板可包括15至40重量百分比的玻璃纖維。在典型實施例中，熄弧板(尤其是適當聚合物板)的材料包括填料，例如典型地包含阻燃填料的5至70重量百分比的填料。在一個實施例中，熄弧板的材料可包含三水合氫化鋁(ATH)，例如15至50重量百分比的ΑΤΗ。典型地，熄弧溝由固定到側壁112的、圖7所示的覆蓋件153來覆蓋。因此，實質上減少了要裝配的件數。
因此，例如，如果斷路器安裝在電動車輛(例如火車)上，則熄弧溝100因離其它部件的金屬壁減小的間隙距離而比較輕而且比較小。此外，熄弧溝的金屬板幾乎沒有磨損。 此外，基本上不存在金屬板之間短路的風險。因此，易於計劃斷路器(尤其是熄弧溝)的維護。此外，按照一個實施例的熄弧溝能夠快速裝配，並且可易於縮放，特別是因為無需塑料模。此外，降低了成本。典型地，通過按照本公開的實施例的熄弧溝，電弧不會始終在同一個位置燃燒，因而磨損更均勻地分布於金屬板1 (Ma、104b、…l(Mn、108a、108b、…108η，使得可減小板的
距離，並且還能夠減小板的厚度。如圖6所示，在斷開第一開關接觸部與第二開關接觸部期間所形成的熱氣體可以基本上僅沿(尤其與第二開關接觸部的移動方向S的方向平行的)兩個方向156a、156b來排放。典型地，熄弧溝的殼體沿移動方向S或者穿過熄弧溝的兩個疊層和電弧空間109的軸的方向具有開口 15 、巧4b。在一個典型實施例中，開口 IMa、154b沿電弧位移方向A或堆疊方向A的方向的尺寸為金屬板的第一疊層102或第二疊層的至少90%、尤其是95%。 此外，開口 M4a、154b與電弧位移方向A和移動方向S正交的尺寸基本上對應於金屬板的尺寸，例如金屬板寬度的至少90%、尤其是至少95%。典型地，沿正交於電弧位移方向A並且正交於移動方向S的第三軸來度量金屬板的寬度。殼體的側壁112典型地與第一疊層102和第二疊層的金屬板接觸或相鄰。例如， 殼體的側壁112與金屬板之間的距離小於5mm，尤其是小於2mm。因此，這種斷路器可放置於其上的機車輛(rolling stock)的其它設備可接近斷路器置放，與其中氣體被排放到金屬板104、108的所有側的斷路器相反。因此，氣體僅沿採用箭頭156a和156b所示的與移動方向S平行的方向排放。圖7示出包括熄弧溝100和開關單元200的斷路器的一個實施例的透視圖。如圖 7所示，採用側壁112從側面以及採用覆蓋件153在頂部覆蓋熄弧溝100。因此，在一個典型實施例中，熄弧溝能夠易於裝配，因為側壁112和覆蓋件153是由塑料所成形和製造的板。因此，熄弧溝是可變的，使得能夠易於適合待開關的電流或電壓，例如待插入熄弧溝中的金屬板的數量能夠易於通過引入更多或更少金屬板組1 來調整。此外，側壁112和頂壁或覆蓋件153可易於適合實際熄弧溝，因為它們是可通過將較大板鋸成待生產熄弧溝所使用的形式來製造的板。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，通過由塑料板製造的開關單元側壁250來覆蓋開關單元200。因此，還可易於製造開關單元200。典型地，對於中壓DC斷路器，總電弧作用時間比AC要長許多。因此，形成更高溫度並且可在第一開關接觸部與第二開關接觸部之間以及在熄弧溝中產生等離子體。本書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發明，並且還使本領域的技術人員能夠進行和使用本發明。雖然按照各種具體實施例描述了本發明，但是本領域的技術人員會知道，在權利要求書的精神和範圍之內，可經過修改來實施本發明。特別是上述實施例的非互斥特徵可相互組合。本發明的專利範圍由權利要求書來定義，並且可包括本領域的技術人員想到的其它示例。這類其它示例落入權利要求書的範圍之內。參考標號列表100熄弧溝
102疊層
104,104a, 104b, 104η 金屬板
106疊層
108，108a,L08b,108n 金屬板
109電弧空間
110連接條
111殼體
112側壁
128金屬板組
130支承裝置
130d厚度
132切口
132d切口深度
134支承切口
134h高度
135底部
140縱向邊緣
142橫向邊緣
144V形切口
146底部
148槽
150電弧導向裝置
152電弧導向裝置
1521縱向延伸大小
153覆蓋件
154a,154b開口
156a,156b排放方向
200開關單元
202a,202b開關接觸部
203開關接觸條
204a,204b開關接觸端子
206驅動單元
208a柔性導體
208b接觸條
210a,210b角形件
250側壁
304金屬板
340縱向邊緣
342橫向邊緣
344V形切口
346底部
348槽
350槽
d距離
A電弧位移方向，堆Ife方向
S移動方向
X第二軸
Y第一軸
Z第三軸
權利要求
1.一種用於中壓斷路器的熄弧溝，包括 殼體(111，112，153)，布置在所述殼體中的多個基本上平行的金屬板(104，104a, 104b, 104η, 108，108a, 108b, 108η, 304)的至少一個疊層(102，106)，所述至少一個疊層定義與堆疊方向平行的第一軸(Y，Α)；布置在所述殼體中的電弧空間(109)，其中所述電弧空間適合允許電弧在其中擴張；以及放置在所述殼體中的至少一個熄弧板(150，152)，其中具有至少一個表面的所述熄弧板具有與所述第一軸(Υ，Α)平行地延伸的表面平面。
2.如權利要求1所述的熄弧溝，其中所述至少一個熄弧板(150，152)沿所述第一軸方向的延伸大小是金屬板的所述至少一個疊層沿所述第一軸方向的延伸大小的至少50 %、尤其是至少80 %。
3.如權利要求1或2所述的熄弧溝，其中第二軸(X)與所述金屬板平行地穿過所述至少一個疊層以及基本上正交於所述第一軸(A)的所述電弧空間，其中所述熄弧板(150，152)的至少一個表面的表面平面與所述第二軸平行地延伸。
4.如以上權利要求中的任一項所述的熄弧溝，其中所述至少一個熄弧板(150,15 沿所述第二軸方向的延伸大小在所述金屬板(104， 104a, 104b, 104η, 108,108a, 108b, 108n, 304)沿所述第二軸(X)方向的延伸大小的大約 20%與大約80%之間、尤其是在大約25%與大約60%之間。
5.如權利要求3至6中的任一項所述的熄弧溝，其中所述至少一個疊層(102，106)的所述金屬板(104,104a, 104b, 104η, 108,108a, 108b, 108n,304)具有與所述第二軸(X)平行地延伸的兩個縱向邊緣(140，340)，其中至少一個熄弧板(15 布置在所述兩個縱向邊緣(140，340)之間，尤其是基本上在所述兩個縱向邊緣之間的中間。
6.如權利要求3至7中的任一項所述的熄弧溝，其中所述金屬板(104,104a, 104b, 104η, 108,108a, 108b, 108n, 304)基本上是具有與第三軸(Z)平行的兩個橫向邊緣(142，342)以及與所述第二軸平行的兩個縱向邊緣(140，340) 的矩形，所述第三軸(Z)正交於所述第一軸(A)和所述第二軸(X)，其中所述金屬板在與所述電弧空間(109)相鄰的第一橫向邊緣中分別具有基本上V形或U 形切口(144，344)，其中所述熄弧板其中之一放置在所述V形或U形切口與所述第二橫向邊緣(140，340)之間。
7.如權利要求3至8中的任一項所述的熄弧溝，其中所述至少一個疊層(102，106)的所述金屬板(104,104a, 104b, 104η, 108,108a, 108b, 108n,304)基本上為矩形，並且具有兩個縱向邊緣(140，340)和兩個橫向邊緣(142，342)， 其中所述金屬板包括槽(148，348)，其中所述槽基本上與所述縱向邊緣平行地延伸，並且所述槽的縱向延伸大小是所述縱向邊緣長度的至少20%、尤其是至少1/3，其中所述熄弧板其中之一放置在所述槽(148，348)中。
8.如權利要求7所述的熄弧溝，其中所述槽(148，348)基本上布置在所述兩個縱向邊緣之間的中間。
9.如權利要求7或8所述的熄弧溝，其中所述槽(148，348)從所述橫向邊緣中的基本上V形或U形切口(144，344)延伸，其中所述切口沿縱向的延伸大小是所述縱向邊緣長度的至少10%、尤其是15%。
10.如權利要求3至9中的任一項所述的熄弧溝，其中，所述熄弧板放置成使得指向所述電弧空間的所述熄弧板的邊緣沿所述電弧空間(109) 的方向到所述槽(148，348)的端部和/或到朝向所述第二橫向邊緣的所述V形或U形切口 (144,344)的端部的距離是所述熄弧板沿所述第二軸方向的延伸大小的至少大約10%。
11.如權利要求3至9中的任一項所述的熄弧溝，其中至少一個、尤其是兩個熄弧板(150)沿正交於所述第一軸並且正交於所述第二軸的方向限定所述電弧空間(109)。
12.如權利要求11所述的熄弧溝，其中限定所述電弧空間(109)的所述至少一個熄弧板(150)充當所述至少一個疊層(102， 106)的所述金屬板的擋塊，使得阻止所述金屬板到所述電弧空間中的移動。
13.如權利要求3至12中的任一項所述的熄弧溝，其中金屬板的至少兩個平行疊層(102，106)，其中第二軸(X)穿過所述至少兩個疊層，其中尤其是相應熄弧板(152)處於兩個疊層(102，106)中。
14.一種斷路器，包括開關單元000)，具有第一開關接觸部和第二開關接觸部(202b)，可在所述第一開關接觸部接觸所述第二開關接觸部的第一位置與所述第一開關接觸部與所述第二開關接觸部分離的第二位置之間移動；以及如權利要求3至13中的任一項所述的熄弧溝(100)。
15.從由阻燃聚合物、包含阻燃填料的阻燃聚合物和包含阻燃填料的聚合物所組成的組中選取的聚合物板作為如權利要求3至13中的任一項所述的熄弧溝中的熄弧板的使用。
全文摘要
本發明名稱為用於中壓電路的熄弧溝、斷路器以及聚合物板的使用。本公開涉及一種用於中壓斷路器的熄弧溝，包括殼體；布置在殼體中的多個基本上平行的金屬板的至少一個疊層，至少一個疊層定義與堆疊方向平行的第一軸；布置在殼體中的電弧空間，其中電弧空間適合允許電弧在其中擴張；以及放置在殼體中的至少一個熄弧板，其中電弧導向裝置具有表面平面與第一軸平行地延伸的至少一個表面。此外，本公開涉及一種斷路器，包括開關單元，具有第一開關接觸部和第二開關接觸部，可在第一開關接觸部接觸第二開關接觸部的第一位置與第一開關接觸部與第二開關接觸部分離的第二位置之間移動；以及熄弧溝。另外，本公開涉及聚合物板作為熄弧板的使用。
文檔編號H01H73/18GK102299031SQ201110158248
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月1日 優先權日2010年6月1日
發明者P·努瓦塞特, P·黑伯林, Y·阿爾方 申請人:Abb技術有限公司