專利名稱：用于斷路器的滅弧柵、斷路器和用于組裝滅弧柵的方法
技術領域：
本公開涉及用于特別地針對中等電壓定額或具有標稱中等電壓的直流(DC)斷路器的滅弧柵(arc chute)。更特別地，本公開涉及直流斷路器，其包括:多個基本平行金屬板形成的至少一個疊堆，至少一個疊堆限定平行于疊堆方向的第一軸線；電弧空間，其適于允許電弧沿著第一軸線延伸，其中，第二軸線平行于金屬板而橫穿至少一個疊堆和電弧空間，并且基本垂直于第一軸線。典型地，中等電壓是介于400V和4000V之間的電壓。另外，本公開涉及斷路器和用于組裝滅弧柵的方法。
背景技術：
典型地，斷路器或空氣斷路器用于軌道運載工具上的DC電路中。其它示例可為吊車索道或無軌電車。例如，這樣的高速DC斷路器可開關具有超過900伏的電壓電平的1.5kA的直流。在傳統(tǒng)DC斷路器的滅弧柵組件中，塑料框架和金屬板交替地疊堆在彼此上，其中，金屬板設置在塑料框架上。塑料框架具有切口，使得可在兩個相鄰金屬板之間建立電弧。塑料框架用來在脫開開關觸頭時產生氣體，使得電弧中的熱快速從滅弧柵中排出，以及用來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，氣體排到滅弧柵中的金屬板的所有側部。塑料框架形成金屬板之間的介電層。然后用模制殼體覆蓋滅弧柵。隨著氣體在所有側部上排出，斷路器需要大量無法被其它裝備使用的空間。典型地，在機車車輛上的空間有限。眾所周知的是，必須在滅弧柵內拉長電弧和將電弧推入滅弧柵內，以建立足夠的電壓，使得可切斷DC電流。電壓建立得越快，電弧放電的總時間將越短。相對于標稱電流在低電流下，例如在標稱電流為1200A至4500A的情況下的IOA至100A的電流下，特別是在電弧中存在低電流密度，使得將電弧推入滅弧柵內所需的磁場受到限制。另外，電弧腳可能難以離開觸頭尖部而爬到電弧室或滅弧柵的內部。因而，在某些情況下，建立所需的電壓可能需要時間，電弧可粘附到一個觸頭尖部，使得僅建立50%的電壓，并且電流決不會被切斷。在另一種情形中，電弧可粘在或粘附到固定觸頭和移動觸頭上，使得不建立電壓，并且電流決不會被切斷。DE 102008021025 Al公開一種用于馬達保護開關的滅弧柵單元，其具有布置成三組且布置在電弧滑行板(runner plate)之間的成單個疊堆的平行滅弧柵板。相應的組的距離或者在外圍組和相鄰電弧滑行板之間的距離為相鄰的電弧放電柵板之間的距離的至少2倍。照這樣，大量滅弧柵板布置在電弧放電室的有限空間中。由于那個原因，一些滅弧柵或斷路器包括自拱脹(blow up)線圈，自拱脹線圈取決于電流而被啟動，使得磁場被提供來將電弧上推到滅弧柵中。但是，這種解決方案復雜，并且需要拱脹線圈和控制電路(例如印刷電路板)，以控制產生磁場的線圈。
本發(fā)明的目標是提供一種不會帶來已知滅弧柵的不便的滅弧柵、斷路器以及用于組裝滅弧柵的方法，特別是提供一種需要較少維護且較容易建設的滅弧柵。

發(fā)明內容
根據(jù)第一方面，提供一種用于DC斷路器的滅弧柵，其包括:多個基本平行金屬板形成的至少兩個疊堆，至少兩個平行疊堆限定平行于堆疊方向的第一軸線，其中，同一疊堆的金屬板在第一軸線的方向上、在相鄰金屬板之間具有基準距離，以及其中，第二軸線平行于金屬板而橫穿至少兩個平行疊堆和電弧空間(109)，其中，第二軸線基本垂直于第一軸線；電弧空間，其限定在兩個平行疊堆之間，并且適于允許電弧沿著第一軸線移動；以及滅弧柵殼體，其具有在第一軸線的方向上限定滅弧柵殼體的內部的至少一個頂壁，其中，在頂壁和至少一個疊堆的最靠近頂壁的金屬板之間形成通道，通道在第一軸線的方向上具有為基準距離的至少2倍的延伸部。在實施例中，多個平行金屬板形成的同一疊堆的兩個相鄰金屬板之間的基準距離可為多個平行金屬板形成的同一疊堆的兩個相鄰金屬板之間的平均距離。在另一個實施例中，基準距離是在第一軸線的方向上、在同一疊堆的大部分成對的兩個相鄰金屬板中的兩個相鄰金屬板之間的距離。例如，大部分成對的兩個相鄰金屬板可包括超過70%的金屬板，特別地超過80%的金屬板，例如超過90%的金屬板。因而，大部分金屬板，特別是超過70%的金屬板(例如超過80%或超過90%的金屬板)等距地布置在各個疊堆中。在典型的實施例中，通道在第一軸線的方向上具有為基準距離的2.5倍以上、特別地3倍以上的延伸部，以及/或者通道在第一軸線的方向上具有為基準距離的10倍以下、特別地7倍以下的延伸部。例如，在實施例中，通道可在第一軸線的方向上具有介于5mm和20mm之間、特別地介于7 mm和15mm之間的延伸部。在實施例中，斷路器是空氣DC斷路器。因而，各個電流中斷會產生電弧。典型地，電弧始于觸頭分開，并且保持到電流達到零。在實施例中，為了能夠切斷DC電流，高速DC斷路器建立高于凈電壓的DC電壓。為了建立DC電壓，空氣斷路器可使用滅弧柵或熄滅室，其中，使用金屬板來將電弧分成若干個部分電弧，電弧被拉長，并且通過化學效應(例如利用塑料或另一種材料的蒸發(fā))而使用氣體來提高電弧電壓。對于滅弧柵，即使相對于包含所述滅弧柵的斷路器的標稱電流在低電流下，特別地由于來自開關觸頭的在朝滅弧柵的方向上的氣體流的原因，與傳統(tǒng)滅弧柵相比，更好地將電弧向上推入滅弧柵的殼體中，這是由于傳統(tǒng)滅弧柵的通道在滅弧柵的上部端處。例如，相對于為5倍以上、特別地10倍以上的標稱電流(例如介于1000A和7000之間，特別地介于1200A和4500之間的標稱電流)，對于介于IOA和200A之間或低于200A的電流，電弧更好地被向上推入滅弧柵的殼體中或者被拉長。特別地，因為與屬于金屬板疊堆的金屬板之間的空間相比，通道的尺寸在第一軸線的方向上增加，所以產生氣體流，氣體流幫助將電弧吸向滅弧柵頂部。這種氣體流是高效的，尤其是在電流相對于標稱電流而言低的時候，即當磁場太弱而無法推動電弧時。典型地，磁場由電弧本身產生。在標稱電流下，金屬板和頂壁之間的擴大的空間典型地沒有實質的負面影響。在典型的實施例中，基準距離介于大約I mm和大約8 mm之間,特別地介于2 mm和大約6 mm之間。例如，在實施例中，頂壁基本平行于多個金屬板的表面，并且/或者面向滅弧柵的內部的頂壁表面的法線平行于第一軸線。例如，在實施例中，頂壁和/或通道特別地沿著第二軸線而至少在多個基本平行金屬板形成的至少一個疊堆(特別地所有疊堆)和電弧空間之上延伸，第二軸線平行于金屬板而橫穿至少一個疊堆和電弧空間，其中，第二軸線基本垂直于第一軸線。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，頂壁是封閉的，使得電弧產生的氣體流通過通道在第二軸線的方向上被引導出殼體，第二軸線平行于金屬板而橫穿至少一個疊堆和電弧空間，其中，第二軸線基本垂直于第一軸線。換句話說，頂壁在第一軸線的方向上阻止氣體流。典型地，如果軸線平行于面向在第一軸線的方向上相鄰的金屬板的表面的金屬板的表面，則軸線平行于多個基本平行金屬板形成的疊堆的金屬板。在典型的實施例中，滅弧柵進一步包括具有至少一個側壁的滅弧柵殼體，所述至少一個側壁基本平行于第一軸線和/或第二軸線，第二軸線平行于金屬板而橫穿至少一個疊堆和電弧空間，其中，第二軸線基本垂直于第一軸線，其中，至少一個側壁和金屬板之間的距離小于IOmm,特別地小于5 mm。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，至少一個側壁接觸至少一個疊堆的金屬板。在實施例中，側壁在垂直于第一軸線且垂直于第二軸線的方向上限定通道。因而，通道具有垂直于第一軸線且垂直于第二軸線的尺寸，該尺寸對應于金屬板在垂直于第一軸線且垂直于第二軸線的方向上的延伸部。典型地，使用根據(jù)實施例的這種滅弧柵的斷路器消耗較少空間。這對于其中空間有限的應用(例如在火車上)而言可為重要的。例如，在實施例中，滅弧柵殼體具有兩個側壁，其中兩個側壁都與金屬板具有小于IOmm,特別地小于5 mm的距離。 在實施例中，至少一個側壁在第二軸線的方向上具有使得側壁至少完全覆蓋至少一個疊堆(特別地兩個疊堆)和電弧空間的尺寸。例如，在兩個疊堆的情況下，側壁覆蓋兩個疊堆和該兩個疊堆之間的電弧空間。在實施例中，至少一個側壁在第二軸線的方向上具有為至少一個疊堆(特別地兩個疊堆)和電弧空間在第二軸線的方向上的尺寸的對應的至少110%、特別地至少120%的尺寸。典型地，側壁具有至少對應于疊堆在第一軸線的方向上的尺寸的高度。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，側壁基本是封閉的。典型地，側壁在第三軸線的方向上阻止氣體流。因而，氣體主要被引導在第二軸線的方向上。因而，對于各個疊堆，滅弧柵包括在僅一個方向上、特別地在平行于金屬板而橫穿至少一個疊堆和電弧空間的第二軸線的方向上的排氣，其中，第二軸線基本垂直于第一軸線。例如，在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，在脫開斷路器的開關觸頭時所產生的氣體僅在兩個方向上、特別地在兩個相反的方向上(例如在第二軸線的方向上)排出。因此，在垂直于第一軸線且垂直于第二軸線的第三軸線的方向上的排氣被阻止。因而，滅弧柵可包括在相應的最靠近頂壁的板和頂壁之間的兩個通道。例如，在實施例中，兩個平行疊堆包括第一疊堆和第二疊堆，其中，第一疊堆的金屬板到第二疊堆的最近的金屬板之間的距離介于金屬板的在第二軸線的方向上的延伸部的長度和/或金屬板的縱向邊的長度的0.75倍和2倍之間，特別地介于0.8倍和1.5倍之間。例如，第一疊堆的金屬板和第二疊堆的最近的金屬板之間的距離對應于金屬板在第二軸線的方向上的延伸部的長度。例如，在其中第一疊堆和/或第二疊堆的金屬板在第二軸線的方向上具有不同的長度，以及/或者具有不同的長度的縱向邊情況下，第一疊堆的金屬板與第二疊堆的最近的金屬板之間的距離介于金屬板在第二軸線的方向上的延伸部的平均長度和/或金屬板的縱向邊的平均長度的75%和200%之間。典型地，第一疊堆的金屬板和第二疊堆的最近的金屬板涉及未永久地電連接到彼此上的金屬板。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，第一疊堆的金屬板與第二疊堆的最近的金屬板之間的距離在第二軸線的方向上介于75 mm和200mm之間，特別地介于85mm和120mm之間，例如為大約100mm，并且/或者等于金屬板的縱向邊的長度。在典型的實施例中，電弧空間在具有在第一軸線的方向上的法線的平面中的面積基本對應于金屬板的表面的面積。在實施例中，平面在第二軸線的方向上受金屬板的限制。例如，電弧空間在具有在第一軸線的方向上的法線的平面中的面積介于5000mm2和IOOOOmm2之間，特別地介于6000mm2和9000mm2之間。在另一個示例中，電弧空間在具有在第一軸線的方向上的法線的平面中的面積介于金屬板的表面的面積的80%和150%之間。因此增加產生氣體流的空間，氣體流會將電弧拉或推入滅弧柵中。例如，在實施例中，金屬板疊堆的金屬板為基本長方形，并且特別地具有指向電弧空間的基本V形或U形切口，其中，第二軸線基本平行于金屬板的在側壁附近延伸的兩個縱向邊。在實施例中，滅弧柵的殼體具有至少一個開口，至少一個開口布置成使得氣體可在第二軸線的方向上橫穿開口，第二軸線平行于金屬板而橫穿至少一個疊堆和電弧空間，其中，第二軸線特別地基本垂直于第一軸線，其中，特別地，至少一個開口具有平行于由第一軸線和第三軸線跨越的平面的開口表面，第三軸線垂直于第一軸線和第二軸線。在可結合本文公開的其它實施例的實施例中，開口在第一軸線的方向上具有的尺寸為至少一個疊堆的在第一軸線的方向上的尺寸的至少90%、特別地超過95%。在實施例中，開口具有的尺寸基本對應的金屬板在垂直于第一軸線和第二軸線的方向上的尺寸，例如金屬板的寬度的至少90%、特別地至少95%。典型地，沿著垂直于第一軸線和垂直于第二軸線的第三軸線測量金屬板的寬度。
在實施例中，金屬板基本為長方形,具有在朝電弧空間的方向上的第一橫向邊和與第一橫向邊相對的第二橫向邊，并且特別地具有基本平行于第二軸線的兩個縱向邊，其中，滅弧柵殼體的開口在金屬板的第二橫向邊的附近和/或側部。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，至少一個疊堆的金屬板的表面的超過70%、特別地超過90%面向同一疊堆中的相鄰金屬板的表面。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，滅弧柵的金屬板具有為大約3000mm2至大約12000mm2、特別地介于大約5000mm2和大約8000mm2之間的表面面積，以及/或者在平行于第二軸線的縱向方向上的延伸部和在橫向方向上的延伸部之間具有為大約I至2、特別地1.1至1.5的比率。根據(jù)另一方面，提供了一種斷路器，其包括:具有第一開關觸頭和第二開關觸頭的開關單元，其中，第二開關觸頭可在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置上，第一開關觸頭接觸第二開關觸頭，而在第二位置上，第一和第二開關彼此分開；以及根據(jù)本文公開的實施例的滅弧柵。在可與其它實施例結合的實施例中，斷路器為空氣斷路器。例如，在實施例中，斷路器為用于牽引運載工具、特別地用于軌道運載工具、吊車索道、無軌電車等的斷路器。在實施例中，斷路器可適于針對超過400V的電壓和/或超過1000A的電流(例如針對在1200A和4500A之間的額定或標稱電流)而定額。在實施例中，第二開關觸頭基本沿著移動方向可動，其中第二軸線基本平行于移動方向。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，斷路器不包括用于產生電場和/或磁場以將電弧推入滅弧柵中的裝置。用于產生電場和/或磁場的裝置可為線圈等。在實施例中，定位裝置為螺釘、鉸鏈、螺栓、止動器、桿等。例如，定位裝置用來將滅弧柵連接到開關單元上。本公開進一步涉及用于組裝斷路器的滅弧柵的方法，滅弧柵包括電弧空間，所述方法包括:疊堆平行于第一軸線的多個基本平行金屬板，以組裝兩個平行疊堆，其中，電弧空間適于允許電弧沿著第一軸線而延伸，其中，同一疊堆的金屬板在第一軸線的方向上、在相鄰金屬板之間具有基準距離；以及安裝滅弧柵殼體的至少一個頂壁，頂壁在第一軸線的方向上限定滅弧柵殼體的內部，使得通道形成在頂壁和至少一個疊堆的最靠近頂壁的金屬板之間，其中，通道在第一軸線的方向上具有為基準距離的至少2倍的延伸部。例如，在實施例中，方法進一步包括將滅弧柵安裝在開關單元上。


為了獲得可詳細理解本發(fā)明的上面敘述的特征的方式，在上面簡要概述的本發(fā)明的具體描述可參照實施例來論述。附圖涉及本發(fā)明的實施例且在下面進行描述:
圖1示意性地顯示具有斷開的開關觸頭的斷路器的實施例的側視 圖2示意性地顯示斷路器的實施例的一些元件的透視 圖3示意性地在俯視圖中顯示滅弧柵的區(qū)段；以及 圖4示意性地顯示根據(jù)實施例的斷路器的透視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細參照各種實施例，實施例的一個或多個示例示出在圖中。各個示例以說明的方式提供，而不意圖為本發(fā)明的限制。在附圖的以下描述內，相同參考標號指相同構件。大體上，僅描述了關于單獨的實施例的差異。圖1顯示中等電壓直流(DC)斷路器的側視圖。例如，中等電壓直流斷路器可針對介于1000和7000安培之間、特別地介于1200和4500安培之間的標稱電流而設計。斷路器典型地為空氣斷路器。斷路器包括滅弧柵100和開關單元200。滅弧柵包括金屬板104a、104b、…、104η形成的第一疊堆102和金屬板108a、108b、...、108n形成的第二疊堆106。典型地，金屬板等距地布置在各個疊堆中。換句話說，各個相鄰的一對金屬板間隔相同距離Dl。例如，相鄰板之間的距離可介于Imm和8mm之間，特別地介于2mm和6mm之間。各個疊堆的金屬板疊堆在平行于第一軸線Y的疊堆方向上。典型地，滅弧柵關于第一軸線Y對稱。在實施例中，第一疊堆102和第二疊堆106的金屬板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n的數(shù)量和形式基本相同。典型地，金屬板具有的厚度為大約0.5mm至大約8mm,特別地介于0.5和大約3mm之間，例如為大約1mm。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，金屬板104、108可具有的表面面積為大約3000mm2至大約12000mm2，特別地介于大約5000mm2和大約8000mm2之間。在實施例中，金屬板的體積介于大約3000mm 3和大約20000mm 3之間,特別地介于大約5000mm3和大約IOOOOmm3之間。例如單個金屬板或鋼板可具有的重量介于30g和IOOg之間，例如為大約50g。

電弧空間109設置在金屬板形成的第一疊堆102和第二疊堆106之間。典型地，當斷路器斷開時，電弧在典型地對應于第一軸線Y的電弧移位方向A上形成在電弧空間109中。第一疊堆102的最低的金屬板或零層金屬板104a和第二疊堆106的最低的金屬板或零層金屬板108a典型地為相應的疊堆102、106的最靠近開關單元200的金屬板。因此，最低的金屬板104a、108a和頂層板104η、108η在金屬板的相應的疊堆102、106的疊堆方向上設置在相對的端部處，疊堆方向典型地平行于電弧移位方向A或滅弧柵的第一軸線Y。典型地，第一疊堆102和第二疊堆106的金屬板或消電離板104、108的表面平行于第二軸線X，第二軸線X典型地垂直于電弧移位方向A和第一軸線Y。在實施例中，各個疊堆102、106包括大約36個金屬板104a、104b、…104n、108a、108b、-108no其它實施例可甚至包括超過36個金屬板。金屬板的數(shù)量典型地取決于被斷路器開關的標稱電流。在第一疊堆102的金屬板和第二疊堆106的金屬板之間的距離D2基本對應于金屬板在第二軸線X的方向上的長度。例如，在實施例中，距離D2可介于75mm和150mm之間，例如為100_。因而，存在足夠的空間使得氣體流可將電弧推到或吸到電弧空間中。在實施例中，滅弧柵100包括具有至少一個側壁112的殼體111。在實施例中，至少一個側壁112由塑料板制造。例如，側壁基本封閉，以阻止排氣通過側壁。側壁112典型地設置在平行于由第一軸線Y和第二軸線X跨越的平面的平面中。另外，殼體111包括頂壁150，頂壁150具有面向滅弧柵的內部的表面，使得通道113a、113b形成在相應的最近的金屬板(即，頂層板104η、108η)之間，通道113a、113b在第一軸線Y的方向上具有延伸部D3，其中，延伸部D3為相應的疊堆102、106中的一對金屬板之間的距離Dl的至少兩倍。因而，氣體流可形成于通道113a、113b中。這使得甚至相對于滅弧柵的標稱電流在低電流處，氣體流能夠將電弧向上推或拉到滅弧柵中。典型地，面向滅弧柵的內部的表面具有平行于第一軸線Y的法線方向。在垂直于第一軸線Y和垂直于第二軸線X的第三軸線Z的方向上的通道寬度基本對應于金屬板在第三軸線的方向上的尺寸。典型地，通道在第三軸線Z的方向上受側壁112的限制。粗箭頭115指示在相對于標稱電流為低電流的情況下通過滅弧柵的氣體流。特別地，通過通道113a、113b的氣體流比疊堆104,106的兩個相鄰金屬板之間的氣體流更重要。因而，電弧被拉到滅弧柵的頂部，這使得能夠在相鄰金屬板之間分成多個小電弧。滅弧柵100以及其殼體可容易地與開關單元200分開。因而，可減少維護時間。例如，定位裝置用來將滅弧柵布置在開關單元上的正確位置處。定位裝置可為止動器、螺釘或將滅弧柵100設置在開關單元200上的正確位置處的另一個裝置。開關單元200包括第一開關觸頭202a，其可電連接到電網上或電連接到附連到第一開關觸頭終端204a上的負載上。典型地，第一開關觸頭連接到第一開關觸頭條或總線條203上，第一開關觸頭條或總線條203通往第一開關觸頭終端204a，其中，特別地，第一開關觸頭條203包括第一開關觸頭終端204a。典型地，第一開關觸頭202a固定到第一開關觸頭條203的第一端上，并且第一開關觸頭終端204設置在第一開關觸頭條203的第二端處，第二端與第一端相對。另外，開關單元200包括第二開關觸頭202b。驅動單元206使第二開關觸頭202b在移動方向S上移動，以使第二開關觸頭202b移動離開第一位置和第二位置，在第一位置上，第一開關觸頭202a與第二開關觸頭202b進行物理接觸，在第二位置上，第一開關觸頭202a與第二開關觸頭202b分開。圖1中顯示了第二位置。第二開關觸頭202b可經由第二開關觸頭終端204b連接到電網或負載上。第二開關觸頭202b通過柔性導體208a和第二開關觸頭條208b電連接到第二開關觸頭終端204b上，其中柔性導體208a連接到第二開關觸頭條208b的第一端上。典型地，第二開關觸頭終端204b設置在第二開關觸頭條208b的第二端處，其中，第二端與第二開關觸頭條208b的第一端相對。
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典型地，在斷路器的運行中，當斷路器處于閉合位置上時，即，當?shù)谝婚_關觸頭202a接觸第二開關觸頭202b時，電弧空間109設置在第一開關觸頭和第二開關觸頭上方。另外，金屬板疊堆102、106的疊堆方向基本平行于電弧移位方向A,電弧移位方向A基本垂直于移動方向S。典型地,疊堆方向或電弧移位方向A對應于電弧遷移或延伸到滅弧柵中的方向。典型地，金屬板104a、104b、…、104n、108a、108b、…、108n和連接條110基本平行于移動方向S，并且因而平行于第二軸線X。第一觸角210a固定到第一觸頭202a上，以將電弧腳引導到金屬板104a、1041..104η，特別地引導到滅弧柵100的第一疊堆102的最低的金屬板104a。另外，開關單元200設有第二觸角210b，第二觸角210b設置成使得在第二開關觸頭202b處具有腳的電弧跳到觸角210b，并且移動到第二疊堆106的金屬板108a、108b、…、108η，特別地移動到最低的金屬板108a。在實施例中，第一疊堆102的最低的金屬板104a和第二疊堆106的最低的金屬板108a分別電連接到第一開關觸頭202a和第二開關觸頭202b上。因而，中斷電流所產生的電弧的電弧腳典型地不保持在第一觸角210a和第二觸角210b上，而是跳到最低的金屬板104a、108a。一旦相應的電弧腳已經跳到最低的金屬板，電流就流過相應的等勢連接。圖1顯示處于斷開狀態(tài)的斷路器的側視圖，其中第一開關觸頭202a與第二開關觸頭202b分開。另外，圖1示意性地顯示處于標稱電流的滅弧柵200內的電弧膨脹，特別地，處于在通過使第二開關觸頭202b移動離開第一開關觸頭202a來斷開開關之后的不同的時刻的電弧。在第一時間t0處，在第一開關觸頭202a和第二開關觸頭202b的觸頭分開之后，電弧放電開始。然后在時間tl處，電弧或電弧的一腳離開第一開關觸頭202a或第二開關觸頭202b中的一個，并且跳到相應的開關觸頭202a、202b的觸角210a、210b上。這個可首先發(fā)生在固定開關觸頭即第一開關觸頭202a上，或發(fā)生在活動弄觸頭即第二開關觸頭202b上。在t2處，電弧離開第二開關觸頭。然后，電弧腳分別位于第一觸角210a和第二觸角210b上。然后在時間t3處，電弧腳跳到相應的零層金屬板或最低的金屬板104a、108a，并且電弧繼續(xù)爬到滅弧柵內。典型地，在這個階段，在第一和第二疊堆102、104的相應的相鄰金屬板之間產生若干小電弧。在時間t4處，電弧很好地分別建立在第一和第二疊堆102、106的最低的金屬板104a、108a上，并且繼續(xù)爬到滅弧柵內，特別地在電弧空間109內。最后，在時間t5處，電弧完全拉長而到達滅弧柵的頂部，使得建立或積累最大電壓。電弧建立的電壓在時間to處開始建立或積累，從時間tl增大到時間t4，并且在大約時間t5處到達其最大值。典型地,該序列可受到例如電流產生的磁場(例如對于大于100A的電流)、由于熱氣體而引起的煙囪效應(例如對于低于100A的電流)和/或斷路器的機械行為(例如第二開關觸頭202b的速度)的影響。電弧保持存在到電流到達零，然后電弧自然地消失。典型地，電弧放電時間與下者成比例:電路的預期短路電流和時間常數(shù)、在斷開時的電流水平(磁場)、切斷所需要建立的電壓、觸頭速度(例如第二開關觸頭的觸頭速度)、斷路器幾何結構(其影響例如煙囪效應)和/或使用的材料(其影響滅弧柵或斷路器中產生的氣體)。圖2示意性地顯示根據(jù)實施例的滅弧柵的透視圖，并且圖3示意性地顯示根據(jù)實施例的斷路器的俯視圖。滅弧柵100具有安裝在開關單元200上的滅弧柵基部140?；?40具有用于開關單元200的觸角的開口 143。因而，開口 143典型地設置在第一開關觸頭202a和第二開關觸頭202b之上。典型地開口連接滅弧柵100 (特別地滅弧柵100的電弧空間109)與開關空間226。在第一開關觸頭202a和第二開關觸頭202b之間產生的電弧通過開口 143而進入滅弧柵100。如顯示在圖3中，金屬板具有基本平行于第二軸線X而延伸的縱向邊142，以及平行于第三軸線Z的橫向邊144，第三軸線Z垂直于第一軸線Y和第二軸線X。金屬板104、106和/或縱向邊142典型地在第二軸線X的方向上具有縱向延伸部I。典型地，縱向邊和橫向邊具有介于0.5和0.9之間(例如為2/3)的比率。在圖3中顯示的實施例中，縱向邊比橫向邊更長。在電弧空間109附近的橫向邊包括基本V形或基本U形切口 145。典型地，切口的橫向尺寸超過電弧空間109附近的橫向邊144的尺寸的50%。切口 145可在縱向邊和/或第二軸線X的方向上具有介于縱向邊142的長度的10%和40%之間、例如介于15%和30%之間的延伸部。在實施例中，基本V形切口具有包圍60°和120°之間的角度的兩個邊。典型地，疊堆的金屬板的表面的超過70%、特別地超過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基本是空的，特別地沒有塑料框架或可阻礙在相應的相鄰金屬板之間產生電弧的其它材料。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，疊堆的金屬板的表面的超過95%面向相鄰金屬板的表面。典型地在疊堆102、106的相鄰金屬板之間的電弧不可在金屬板的表面上保持在相同位置處。它們可使用整個空間來在滅弧柵的金屬板的表面上遷移。因而，金屬板以較均勻的方式磨損，使得可減少板之間的距離和厚度。另外，還改進了金屬板的冷卻。在實施例中，內部止動器板146在電弧空間109中固定到側壁112上，特別地固定到各個側壁112上，以限制金屬板104、108在電弧空間109的方向上、在基部開口 143之上的移動，使得電弧可在滅弧柵100內在第一疊堆102和第二疊堆106之間上升。在另一個實施例中，止動器板可由固定到側壁112上的兩個平行軌替代。例如，止動器板可在第二軸線的方向上具有對應于電弧空間在第一軸線的方向上的最小延伸部的長度。例如，止動器板146可在第二軸線的方向上具有介于75mm和150mm之間、特別地介于90mm和120mm之間的延伸部。典型 地，指向電弧空間109的橫向邊144抵靠在止動器板146上。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，滅弧柵可包括多個基本平行偏轉器148 (顯示在圖1中)，其插入側壁112中的相應的凹槽中。例如，凹槽和偏轉器可基本平行于板104a、104b、...104n、108a、108b、...108n。典型地，偏轉器板148在平行于金屬板的方向上將滅弧柵中產生的氣體引導出滅弧柵。典型地，頂壁150固定到側壁112上。因此，顯著減少了組裝的構件的數(shù)量。因而，例如，如果斷路器安裝在電動運載工具(例如火車)上，由于與其它構件的金屬壁的減少的間隙距離的原因，滅弧柵100輕且小。特別是因為不需要塑料模具，滅弧柵可快速組裝，并且可容易的縮放。另外，減少了成本。典型地，對于根據(jù)本公開的實施例的滅弧柵，電弧不總是在相同位置處燃燒，因而磨損較均勻地分布在金屬板104a、104b、…104n、108a、108b、…108n上，使得可減少金屬板之間的距離以及金屬板的厚度。如顯示在圖3和4中，在第一開關觸頭和第二開關觸頭脫開期間產生的熱氣體可基本僅在兩個方向152a、152b上排出，特別地平行于第二軸線X和/或第二開關觸頭的移動方向S的方向而排出。典型地，滅弧柵的殼體在移動方向S或橫穿滅弧柵的兩個疊堆和電弧空間109的軸線的方向上具有開口 154a、154b。在實施例中，開口 154a、154b在電弧移位方向A或第一軸線Y的方向上具有為金屬板的第一疊堆102或第二疊堆106的至少90%、特別地95%的尺寸。另外，開口 154a、154b具有的垂直于電弧移位方向A和移動方向S的尺寸基本對應于金屬板的尺寸，對應于例如金屬板的寬度的至少90%、特別地至少95%。典型地，沿著垂直于電弧移位方向A和垂直于移動方向S的第三軸線測量金屬板的寬度。
殼體的側壁112典型地接觸第一疊堆102和第二疊堆106的金屬板，或者在第一疊堆102和第二疊堆106的金屬板附近。例如殼體的側壁112和金屬板之間的距離小于5_，特別地小于2_。因此，這種斷路器可設置在其上的機車車輛的另外的裝備可布置成靠近斷路器，這與其中氣體排出到金屬板104、108的所有側的斷路器相反。因而，氣體僅在平行于用箭頭152a和152b顯示的移動方向S或第二軸線X的方向上排出。圖4顯示包括滅弧柵100和開關單元200的斷路器的實施例的透視圖。如顯示在圖4中，滅弧柵100在側部由側壁112覆蓋，而在頂部由板150覆蓋。因而，在實施例中，可容易地組裝滅弧柵，因為側壁112和頂壁150為板形和由塑料制成。因此，滅弧柵是可變的，使得其可容易地適于要開關的電流或電壓，例如可容易地調節(jié)要插入滅弧柵中的金屬板的數(shù)量。另外，側壁112和頂壁150可容易地適于配合，并且可通過將較大的板切割成要制造的滅弧柵所需要的形式而容易地制造。在可與本文公開的其它實施例結合的實施例中，開關單元由開關單元側壁250覆蓋，開關單元側壁250由塑料板制造。因而，可還容易地制造開關單元200。典型地，與AC斷路器相比，對于中等電壓DC斷路器，總的電弧放電時間更長。因而，產生更高溫度，并且可在第一開關觸頭和第二開關觸頭之間和在滅弧柵中產生等離子體。本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領域任何技術人員能夠制造和使用本發(fā)明。雖然在多種具體實施例方面描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員將認識到，本發(fā)明可用在權利要求的精神和范圍內的修改來實踐。特別地，上面描述的實施例的不相互排斥的特征可彼此結合。本發(fā)明的可專利性范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員構想到的其它示例。這樣的其它示例將在權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種用于DC斷路器的滅弧柵，包括 多個基本平行金屬板(104,104a, 104b, 104η, 108,108a, 108b, 108n)形成的至少兩個平行疊堆(102，106)，其限定平行于堆疊方向的第一軸線(A)，其中，同一疊堆的金屬板在所述第一軸線的方向上、在相鄰金屬板之間具有基準距離(Dl)； 電弧空間(109)，其限定在所述兩個平行疊堆之間，并且適于允許電弧沿著所述第一軸線移動，其中 第二軸線⑴平行于所述金屬板而橫穿所述至少兩個平行疊堆和所述電弧空間(109)，其中，所述第二軸線基本垂直于所述第一軸線，以及 滅弧柵殼體(111)，其具有在所述第一軸線的方向上限定所述滅弧柵殼體的內部的至少一個頂壁，其中 通道(113a，113b)形成于所述頂壁和所述至少一個疊堆(102，106)的最靠近所述頂壁的金屬板(104η，108η)之間，所述通道在所述第一軸線的方向上具有為所述基準距離(Dl)的至少2倍的延伸部(D3)，從而使得氣體流能夠將電弧推入所述滅弧柵中。
2.根據(jù)權利要求1所述的滅弧柵，其特征在于， 所述通道在所述第一軸線的方向上具有為所述基準距離(Dl)的2.5倍以上、特別地3倍以上的延伸部(D3)，以及/或者 所述通道在所述第一軸線的方向上具有為所述基準距離(Dl)的10倍以下、特別地7倍以下的延伸部(D3)。
3.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的滅弧柵，其特征在于， 所述基準距離(Dl) 介于大約I mm和大約8 mm之間,特別地介于2 mm和大約6 mm之間。
4.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的滅弧柵，其特征在于， 所述頂壁(150)基本平行于所述多個金屬板的表面，以及/或者 面向所述滅弧柵的內部的頂壁(150)表面的法線平行于所述第一軸線(Y)。
5.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的滅弧柵，其特征在于， 所述頂壁(150)和/或所述通道特別地沿著所述第二軸線(X)而在多個基本平行金屬板形成的所有疊堆(104，106)和所述電弧空間(109)之上延伸。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于DC斷路器的滅弧柵，其特征在于， 具有至少一個側壁(112)，所述至少一個側壁(112)基本平行于所述第一軸線和/或第二軸線，所述第二軸線平行于所述金屬板而橫穿所述至少一個疊堆和所述電弧空間(109)，其中，所述至少一個側壁(112)和所述金屬板之間的距離小于10mm，特別地小于5 mm。
7.根據(jù)權利要求6所述的滅弧柵，其特征在于， 所述兩個平行疊堆包括第一疊堆和第二疊堆，其中 所述第一疊堆的金屬板到所述第二疊堆的最近的金屬板之間的距離(D3)介于所述金屬板的在所述第二軸線的方向上的延伸部的長度(I)和/或所述金屬板的縱向邊的長度(I)的0.75倍和2倍之間，特別地介于0.8倍和1.5倍之間。
8.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的滅弧柵，其特征在于， 所述金屬板疊堆的金屬板(104，108)基本為長方形，并且特別地具有指向所述電弧空間(109)的基本V形或U形切口(145)，其中，第二軸線基本平行于所述金屬板的在所述側壁(112)附近延伸的兩個縱向邊。
9.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的滅弧柵，其特征在于， 所述滅弧柵的殼體具有至少一個開口，所述至少一個開口布置成使得氣體能夠在所述第二軸線的方向上橫穿所述開口，所述第二軸線平行于所述金屬板而橫穿所述至少兩個疊堆和所述電弧空間(109)，其中， 所述至少一個開口具有平行于由所述第一軸線和第三軸線跨越的平面的開口表面，所述第三軸線垂直于所述第一軸線和所述第二軸線。
10.一種斷路器，包括 具有第一開關觸頭(202a)和第二開關觸頭(202b)的開關單元(200)，其中，所述第二開關觸頭在第一位置和第二位置之間可動，在所述第一位置上，所述第一開關觸頭接觸所述第二開關觸頭，而在所述第二位置上，所述第一開關觸頭和第二開關觸頭(202a，202b)彼此分開；以及 根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的滅弧柵(100)。
11.根據(jù)權利要求10所述的斷路器，其特征在于， 所述第二開關觸頭(202b)基本沿著移動方向(S)可動，其中，所述第二軸線基本平行于所述移動方向(S)。
12.根據(jù)權利要求10或11中的任一項所述的斷路器，其特征在于， 所述斷路器不包括用于產生電場 和/或磁場以將電弧推入所述滅弧柵中的裝置。
13.一種用于組裝斷路器的滅弧柵的方法，所述滅弧柵包括電弧空間(109)，所述方法包括 平行于第一軸線(A)而堆疊多個基本平行金屬板(104，104a，104b，104η，108，108a，108b，108n)，從而組裝兩個平行疊堆(102，106)，使得第二軸線(X)平行于所述金屬板而橫穿所述至少兩個平行疊堆和所述電弧空間(109)，其中，所述第二軸線基本垂直于所述第一軸線，其中，所述電弧空間適于允許電弧沿著所述第一軸線以及在所述兩個平行疊堆之間延伸，其中，同一疊堆的金屬板在所述第一軸線的方向上、在相鄰金屬板之間具有基準距離；以及 安裝滅弧柵殼體(111)的至少一個頂壁，所述頂壁在所述第一軸線的方向上限定所述滅弧柵殼體的內部，使得通道形成于所述頂壁(150)和所述至少一個疊堆的最靠近所述頂壁的金屬板(104η，108η)之間，其中，所述通道在所述第一軸線(Y)的方向上具有為所述基準距離的至少2倍的延伸部(D3)。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，進一步包括 將所述滅弧柵(100)安裝在開關單元(200)上。
全文摘要
本公開涉及用于DC斷路器的滅弧柵，其包括多個基本平行金屬板(104，104a，104b，104n，108，108a，108b，108n)形成的至少兩個平行疊堆(102，106)，其限定平行于疊堆方向的第一軸線(A)，其中同一疊堆的金屬板在第一軸線的方向上、在相鄰金屬板之間具有基準距離(D1)；電弧空間(109)，其限定在兩個平行疊堆之間且適于允許電弧沿著第一軸線移動，其中第二軸線(X)平行于金屬板而橫穿至少兩個平行疊堆和電弧空間(109)，其中第二軸線基本垂直于第一軸線；以及滅弧柵殼體(111)，其具有在第一軸線的方向上限定滅弧柵殼體的內部的至少一個頂壁，其中通道(113a，113b)形成于頂壁和至少一個疊堆(102，106)的最靠近頂壁的金屬板(104n，108n)之間，通道在第一軸線的方向上具有為基準距離(D1)的至少2倍的延伸部(D3)。另外本公開涉及斷路器和用于組裝斷路器的滅弧柵的方法。
文檔編號H01H33/59GK103155075SQ201180051636
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權日2010年8月25日
發(fā)明者P.努瓦塞特, Y.阿爾方 申請人:Abb 技術有限公司