專利名稱：用于切換高直流電壓的開關單元的制作方法
用于切換高直流電壓的開關單元本發明涉及用于對高直流(DC)電壓、特別是用于對直流源與電氣設備之間的直流電流進行中斷的開關單元，這種開關單元具有兩個連接點，這兩個連接點從一個殼體伸出并且它們是通過一個導體路徑而導電聯接的；并且這種開關單元具有安排在該第一連接點與第二連接點之間的一個機械接觸系統，該機械接觸系統具有兩個觸點，這兩個觸點可以彼此相對移動并且它們可以從一個閉合位置轉換到一個打開位置；并且這種開關單元還具有用于熄滅這些觸點被打開時所產生的電弧的一個隔離裝置，該隔離裝置可以通過熱熔斷器來切斷。在此背景下，一個直流源旨在被理解為具體表示一個光伏(PV)發電機(太陽能設施)，并且一個電氣設備旨在被理解為具 體表示一個逆變器。當上至1500V (DC)的相對高的直流電壓被切換時，高的場強度(氣體電離的結果)在這些接觸區域之間在這類開關單元中產生多個導電通道，所述導電通道已知為電弧或電弧等離子體。必須使得隔離這些切換觸點時所產生的電弧盡可能快地熄滅，因為電弧釋放了大量的熱(具有幾千開氏度的氣體溫度)，這導致這些切換觸點以及環境的嚴重加熱。這種嚴重加熱可以導致開關單元的損壞(例如該開關單元的燃燒)，并且還會導致上一級安裝單元的損壞。DE 20 2008 010 312 Ul披露了一種具有已知為PV發電機的PV設施或太陽能設施，該設施對于其一部分而言包括分組的多個太陽能模塊，這些太陽能模塊組合形成多個發電機元件。這些太陽能模塊被串聯連接或者在多個并聯的道中。而一個發電機元件將其直流電力經由兩個端子輸出，整個PV發電機的直流電力經由一個逆變器而給送至一個交流(AC)電壓系統。為了在這種情況下使得這些發電機元件與中央逆變器之間的布線的復雜性以及功率損失保持較低，已知的發電機接線盒被安排為接近這些發電機元件。以此方式積聚的直流電力通常通過一個共用的纜線而引入該中央逆變器。取決于這種系統，PV設施連續地傳送一個范圍在180V (DC)與1500V (DC)之間的運行電流和運行電壓。為了安裝、組裝或維修的目的，例如，還特別為了對人員的通常保護的目的，令人希望的是可靠地將電氣元件或設備與作為一個直流源而起作用的PV設施隔離開。一種適當的隔離裝置能夠在載荷下(也就是說直流源沒有預先斷開的情況下)執行中斷。為了隔離負載，有可能使用多個機械開關(切換觸點)。這些機械開關具有的優點是，當這些觸點已經被打開時，同樣存在電氣設備(逆變器)與直流源(PV設施)之間產生的DC隔尚。這類開關單元通常是從現有技術中已知的。這些觸點在負載下打開時所產生的電弧被快速移動到為此目的而提供的熄滅裝置，在此發生了適當的電弧熄滅。為此所要求的力是由磁場提供的，該磁場被已知為磁吹磁場(blowing field),它們典型地是由一個或多個永磁鐵產生的。這些接觸區域以及導弧件的特殊設計將電弧引入多個適當的熄滅室中，在此在已知原理的基礎上發生電弧熄滅。例如,這類熄滅室包括多個分弧器疊(arc splitter stack)。這些分弧器所使用的材料通常是鐵磁材料，因為伴隨著延伸經過這些分弧器的擊弧的磁場，它在鐵磁材料附近區域中表現出較好的磁導。這在這些分弧器的方向上產生一個吸力效應，這種效應導致電弧朝著這些分弧器的安排而移動并且在這些分弧器之間被分割。在簡單的機械開關單元中，在實踐中出現眾多故障源，這些故障源對于安全切換具有負面影響或者甚至致使安全切換是不可能的。一個可能的故障是缺少一個滅弧部件，如一個分弧器或一個磁吹磁鐵。此外，不正確組裝的部件(例如以錯誤的極性插入的磁吹磁鐵的結果)也會同樣導致開關單元的失效。特別是在混合切換系統的情況中，對于由于遺漏或有缺陷的電氣部件引起的故障而言存在著更多的機會。為了使PV設施處于一種有故障出現的這類情況下對于人類以及設施是安全的狀態，回路需要被永久地被隔離從而使得使用者可以識別故障并且可以更換開關單元。當設施被轉換到這種狀態時，設備的開關殼體必須不被損壞或損毀，從而使得這些帶電部分保持絕緣。在這種故障情況下的轉換是通過開關單元的已知為一種故障安全元件來起作用的，而無需預先采取啟動措施，例如手動干預或者類似的措施。
典型的故障安全元件是根據超過一個取決于材料的容許電流強度(單位表面面積的電流強度)來切斷的。在這種情況中，一個導電體被熔化并且該電路被中斷。這是識別并斷開過流的一種常規方法，例如像在安全熔斷器中所使用的。然而這種方法不能在PV設施中使用，因為在這種情況中不可能假定一個具體的電流強度或電流水平。相反，這種切斷或故障檢測需要獨立于電流水平而起作用。DE 102008049472A1披露了電涌放電器，該電涌放電器具有至少一個耗散元件，并且還具有一個斷開裝置，其中首先有可能的是通過一種由熱方法可實現的方式將至少一個耗散元件斷開。其次，有可能在進一步能量相關的(具體是熱)加載的情況下引起短接。在這種情況中，在一個導體區段的運動路徑中存在著一個熱學可分開的停止設備，該停止設備由該斷開裝置移動在一個熔化位置與形成一個相對觸點的一個導體元件之間。在切斷的事件中以及在過載的情況下，導體區段的運動在到達末端位置之前被該停止設備中斷。在一個故障事件中(其中斷開裝置不能將電流安全地中斷并且在該耗散元件的固定連接與導體區段之間產生或者繼續存在電弧，這對應于一個額外的熱量輸入)，這種停止動作被取消并且移動的導體區段被移動到末端位置。短路的間隙以及因此的電涌放電器與系統的斷開連接是通過一種方式進行的，該方式通過一個上游的過流保護設備(具體是一個熔斷器)而是本身已知的。這種故障安全元件同樣不適合于以上描述的應用，由于還是在這種情況中，直到已經達到一個具體的過流這種故障檢測才會發生。在一個故障事件中在相對高的電壓下一個出現的電弧也會產生在開關單元的電能范圍內。本發明所基于的目的是對在開頭所提出的類型的可以可靠且安全地切換一個高的直流(DC)電壓的一種開關單元進行說明。具體的說，開關單元旨在適合于在直流源(具體是一個PV發電機)與一個電氣設備(具體是一個逆變器)之間執行直流中斷。此外，該開關單元旨在被設定以便熄滅在故障事件中產生的并且在開關單元內不會自動熄滅的一種電弧而無需預先采取啟動措施，例如手動干預或類似措施。本發明是通過權利要求I的這些特征來實現此目的的。有利的改進和發展是從屬權利要求的主題。至此，這種開關單元包括兩個連接點，這兩個連接點從一個殼體伸出并且它們是通過一個導體路徑是導電地聯接的。一個機械接觸系統被安排在該第一連接點與第二連接點之間，該機械接觸系統具有兩個觸點，這兩個觸點可以彼此相對移動并且可以從一個閉合位置轉換到一個打開位置。可以通過熱熔斷器來切斷的一個隔離裝置被用于熄滅這些觸點打開時所產生的電弧。這個熱熔斷器包括一個熔化位置，該熔化位置被安排在該導體路徑中并且該熔化位置首先被連接到該接觸系統上并且其次經由一個移動的導體區段而被連接到該第一連接點上。在一個故障事件中，由于在這些觸點區域之間應用的高電壓，當接觸系統被打開時，在負載下可以形成一個不會自動熄滅的電弧。當電弧已經導致達到或超過熔化位置的熔化溫度時，這個隔離裝置被切斷并且導體區段與接觸系統之間的連接在熔化位置處被斷開。在故障事件中所產生的電弧的能量是非常大的。與現有技術相比，在過流事件中不是通過電流強度而是通過電弧所產生的熱能(這種熱能在故障事件中不成比例地增加)使得熱熔斷器被切斷或者熔化位置被熔化。這導致開關單元的故障安全性，它獨立于電流 水平而被切斷或者使得一個故障被檢測到。因此開關單元中的熱熔斷器起到了一個故障安全元件的作用，該故障安全元件特別適合用于PV設施中。此外，對于制造而言開關單元的備份是不昂貴的并且因此滿足了經濟可制造性的要求。在一個方便的實施方案中，熔化位置具體是一個焊點，這個焊點在達到或超過響應溫度時被斷開。在接觸系統與導體區段之間所使用的焊接材料可以是一種易熔合金，如鋁/硅/錫合金或其他通常已知的低熔點合金。這類合金的熔點通常是在150° C至250° C的范圍內。這意味著在額定運行過程中，電流被安全運送而不會切斷熱熔斷器。可替代的是，可以想象將其他溫度敏感的以及導電性材料用作熔化位置材料，如一種導電塑料。根據應用的領域，對于該開關單元的導電和/或絕緣材料的選擇允許了在有待實現的響應溫度和/或切斷時間的一種相應改變。還可以想象的是所使用的材料的適合尺度和編譯允許這種開關單元也被用于較低的電壓。在一個有利的發展中，隔離裝置包括一個預應力的彈簧元件。彈簧恢復力在斷路方向上間接地或直接地作用在移動的導體區段上。如果在故障事件中熔化位置被非容許地加熱，則該熔化位置被熔斷并且該開關單元因此而由于彈簧恢復力來促使系統中斷。具體而言，在故障事件中預應力的彈簧元件因此允許系統自動中斷而無需通過人來采取啟動措施。當熔化位置斷開時，同樣在一方面的該接觸系統與另一方面的移動的導體區段之間形成了電弧。由于彈簧恢復力，導體區段被移動離開該接觸系統并且因此電弧或電弧等離子體被人為地延伸。如果電弧以此方式被熄滅，則接觸系統的這些接觸區域之間的電弧也被熄滅。結果是直流源與電氣設備具有直流隔離。在一個適合的實施方案中，當隔離裝置被切斷時，彈簧元件使該導體區段圍繞一個樞轉點偏轉，該樞轉點與熔化位置相距一個距離。在此情況中所覆蓋的樞轉角是大于或者具體等于90°。導體區段的這種樞轉人為地延伸了該第二電弧并且因此使其進一步冷卻。這種額外的延伸或冷卻確保了接觸系統與導體區段之間的距離被盡可能快速地且盡可能寬地打開以便使得導體區段分離時所產生的該(第二)電弧熄滅并且同樣使呈現在該接觸系統上的該(第一)電弧熄滅。在這種情況中，彈簧恢復力被選擇為對于導體區段盡可能快速地被樞轉是具有適當足夠大的，從而有利地防止該切換殼體被這些電弧損壞。在一個適合的實施方案中，開關單元的殼體具有一個絕緣室，該絕緣室鄰接該熔化位置。當隔離裝置已經被切斷時，彈簧恢復力的結果是將導體區段推入這個絕緣室中。這個絕緣室被用于導體區段與接觸系統的實體的以及因此絕緣的隔離，有利的是這有助于熄滅電弧。在一個類似適合的實施方案中，隔離裝置具有一個隔離元件，該隔離元件被保持在殼體中以便移動并且該元件被引導抵靠在該導體區段上。熔化位置自然地對作用于其上的外力是敏感的。由于隔離裝置在導體區段上的上述彈簧恢復力，該熔化位置遭受相對強烈的負載。隔離元件的結果是，該恢復力可以在導體區段上的相對大的接觸區域上有效地開始。換言之，這意意味著熔化位置處作用的合成力矩被有利地減小。其結果是，存在著施加到熔化位置上的較小的機械應力。在本發明的一個適合的實施方案中，隔離元件同樣開始接近導體區段上的熔化位置，其結果是動力臂以及因此熔化位置處的有效力矩被進一步減小。這個力矩、或者動力臂的長度和/或隔離元件的尺度可以用作一個額外參數用于對開關單元或隔離裝置中的跳開式熔斷器的響應溫度和/或切斷時間進行度量。在一個方便的發展中，當隔離裝置已經被切斷時，導體區段被隔離元件覆蓋從而至少部分地與熔化位置絕緣，其結果是電弧被有利地抑制。在開關單元的一個方便的改進中，隔離元件在該殼體中被引導從而通過滑動的形式移動，并且當隔離裝置被切斷時，它通過彈簧恢復力與導體區段一起移動到絕緣室中。其結果是，在切斷的狀態中導體區段被完全覆蓋。當隔離裝置被切斷時，由于導體區段被樞轉，這個另外的電弧被壓擠在隔離元件與絕緣室之間。借助電弧的被擠入，確保了將電弧特別快速且安全地熄滅。在一個優選的實施方案中，彈簧元件在此情況中是一個壓縮彈簧，該壓縮彈簧在斷路方向上將隔離元件推入絕緣室中。至此，隔離元件以及絕緣室具有幾何形狀上補償的設計，這樣使得電弧能夠擠入該室中并且該導體區段可以通過該隔離元件而被該接觸系統完全隱藏。在這種情況中，擠入長度可以方便地與直流源的性能參數相匹配。在一個替代實施方案中，同樣該開關單元的有利改進是隔離元件被保持在殼體中以便通過轉動的方式移動。當該隔離裝置被切斷時，導體區段通過該隔離元件圍繞該樞轉點樞轉，該樞轉點與熔化位置相距一個距離。在一個方便的實施方案中，彈簧元件是一個支腿彈簧，在故障事件中一個樞轉杠桿通過該彈簧元件使該導體區段樞轉。在本發明的一種簡單形式中，接觸系統包括一個移動觸點以及一個固定觸點。一個導電的觸點載體被安排在該固定觸點與該熔化位置之間，該觸點載體聯接該固定觸點與該熔化位置以便傳導熱量。替代一個移動觸點以及一個固定觸點，還可以提供兩個移動觸點。在這種情況中，該觸點載體的熱容量或者熔點是高于熔化位置的熱容量或者熔點的。在一個方便的實施方案中，觸點載體是由一種材料生產的，該材料是一種良好的熱和電的導體(如銅)，從而確保隔離裝置的快速且可靠的切斷。為了支持導熱性(單位截面面積流過的熱量以及溫度梯度)，例如借助載體上的一個錐形，觸點載體可以被相應地成形和確定尺寸。、
在一個適合的發展中，該移動觸點被聯接到一個搖臂上以便通過一個切斷機構來手動地運行該接觸系統。在一個典型的實施方案中，該切斷機構、移動觸點以及固定觸點形成一個(機械)卡扣接觸系統。在這種卡扣接觸的情況中，這些觸點由于操作的結果典型地通過一個施加預應力的支腿彈簧而盡可能快速地(典型地在幾毫秒內)彼此離開。通常這允許所產生的一個(第一)電弧被熄滅，從而使得隔離裝置不被切斷。在開關單元的一個典型的實施方案中，可移動的導體區段是一個柔性的連接元件(具體是一個絞合導線)，連接元件的固定端被不可拆開地焊接到第一連接點上，并且連接元件的松動端被焊接在熔化位置處，優選被焊接到觸點載體上。在一個類似的典型實施方案中，開關單元的殼體保持了導體路徑、機械接觸系統、隔離裝置以及熱熔斷器。其結果是，開關單元的這些帶電部分是與環境絕緣的。具體而言，這有利地保護了操作該開關單元的人員免于施加的高電壓和電流。在一個有利的改進中，殼體和隔離元件是由一種熱穩定的塑料材料制成，具體是由一種熱固性材料制成。這確保了由于電弧所產生的高水平的熱量不會損壞或損毀該開關 殼體。其結果是，這些帶電部分繼續被絕緣以便在故障事件中安全接觸。此外，它確保了隔離元件不被熔化位置的區域中的第二電弧損壞或損毀。其結果是，在故障事件中隔離元件能夠可靠地使開關單元與系統隔離。在一個適合的實施方案中，隔離元件和/或絕緣室是由一種在火災事件中除氣的塑料材料制成，具體是由聚酰胺制成。作為舉例，聚碳酸酩或多聚甲醛同樣是適合的。有利地是這種塑料除氣操作有助于快速熄滅該(第二)電弧。具體而言，這些氣體阻礙了嚴重熔化位置區域中的空氣隙的電離、或者有助于所述電離較快地終止。對于殼體、絕緣室以及隔離元件的適合塑料的選擇，觸點載體的形狀和材料，以及擠入的尺度，還以及作用在熔化位置上的扭矩的相互作用允許了在故障事件中隔離裝置的完全切斷以及可靠的熄弧。就用于中斷一個直流源與一個電氣設備之間(特別是一個PV發電機與一個逆變器之間)的直流電流的斷開裝置而言，所述目的是通過權利要求16的這些特征實現的。因此，該裝置包括一個根據本發明的帶電的開關單元。在開關單元的一個方便的實施方案中，這些連接點以及該殼體至此是適合的并且被設置用于一個印刷電路板組件。在優選使用的開關單元的情況中，例如該斷開裝置因此是特別適合于一個PV設施與一個與其相關的逆變器之間以及例如與燃料電池設施或一個儲存器(電池)相聯系的可靠的且安全接觸中斷。以下通過參見附圖
對本發明的多個示例性實施方案予以更詳細的說明，在附圖中圖I不出根據本發明在PV發電機與一個逆變器之間具有一個故障安全系統的開關單元的框圖，圖2示出處于閉合切換狀態的開關單元的截面展示，圖3示出在機械接觸系統被打開時以及在電弧形成時圖I所示的開關單元的截面
展示，圖4示出在故障安全系統已經被切斷之后圖I和圖2所示的開關單元的截面展示，
圖5示出開關單元的一個分解展示，圖6示出隔離裝置的一個細節展示，圖7示出具有一個替代的隔離裝置的開關單元的多個細節的截面展示，并且圖8示出處于切斷故障安全狀態中的圖6所示開關單元的多個細節的截面展示。在所有附圖中彼此相對應的多個部件和度量始終配備有相同的參數符號。圖I示意性示出一個開關單元1，該開關單元在示例性實施方案中被連接在一個PV發電機2與一個逆變器3之間。PV發電機2包括多個太陽能模塊4 ，這些模塊在彼此并聯的一種情形中被引導至一個共用的發電機接線盒5，這個接線盒有效地起到一個組裝點的作用。在表示正端子的主電流路徑6中，開關單元I主要包括用于將PV發電機2與逆變器3直流(DC)隔離的兩個子系統。該第一子系統是一個手動可運行的機械接觸系統7，而第二子系統是在故障事件中自動切斷的一個故障安全系統8。在表示開關單元I的(并且由此是整個設施的)負端子的返回線路9中可以存在另外的接觸和故障安全系統7、8，這些系統以一種未更詳細示出的方式而連接。圖2至圖6通過詳細的展示示出了根據本發明的開關單元I的一個變體。這種開關單元I包括一個殼體10，從該殼體中伸出兩個連接點(外部連接點)11和12。開關單元I通過連接點11和12連接到PV發電機2與逆變器3之間的主電流路徑6上。此外這個接觸系統7包括作為一個移動觸點的一個接觸橫桿15和被形成為一個固定觸點的觸點載體16，該接觸橫桿可以通過一個搖臂13和一個聯接杠桿14來手動操作。在接觸橫桿15與觸點載體16之間的這些觸點或接觸區域17a和17b是小片狀的接觸元件的形式。接觸橫桿15通過一個固定絞合導線18而導電地聯接到連接點11上，其中在接觸橫桿15與絞合導線18之間的連接以及在絞合導線18與連接點11之間的連接均為焊接連接的形式。接觸橫桿15實質上是錘形的并且它是由一種導電金屬制成，接觸區域17a被安排在錘頭末端處并且在開關單元I的閉合位置中停靠在接觸區域17b上(圖2)。觸點載體16是由銅制成，這意味著它具有高水平的導電性和導熱性。觸點載體16實質上具有臺階的形狀，其中接觸區域17b被安排在上部臺階邊緣處。觸點載體15的臺階體具有一個錐形截面以便增加其導熱性。一個移動的絞合導線20通過焊料19被導電地聯接在下部臺階邊緣處。絞合導線20可以具有一個電絕緣屏蔽件21，該屏蔽件在所述絞合導線的兩端處已經被去除。絞合導線20的這些導體末端之一(固定端)是通過焊接來不可拆卸地連接到連接點12上的，而另一個導線末端(松動端)是通過焊料19被焊接到觸點載體15上。在開關單元I的閉合位置中，因此回路是借助兩個連接點11和12以及主電流路徑6來閉合的。電流流過一個導體路徑22，該導體路徑是這樣形成的，即包括連接點11、絞合導線18、接觸橫桿15、接觸區域17a和17b、觸點載體16、焊料19、絞合導體20以及連接點12。導體路徑22在殼體10內以一種大致U形的形狀延伸。殼體10包括一種電絕緣及耐熱塑料并且如從圖5中可以看到的，該殼體由兩個互補的殼體半殼IOa和IOb形成。這些半殼IOa和IOb可以通過四個孔23使用螺釘或鉚釘(未另外示出)而彼此連接。這些孔23被安排為在殼體10上被均勻地大致分配在一個假想正方形的拐角點處。殼體10具有一個大致矩形的截面，從而使得彼此靠近安排的多個開關單元I或者一個共同印刷電路板的簡單組裝是可能的。殼體10具有一個大致U形的范圍，其中兩個U形翼通過一個水平部分而彼此相連接。兩個連接點11和12從這個水平部分中伸出，并且搖臂13在U形基底處至少部分伸出。此外，這些半殼IOa和IOb被設計為具有對應的內部輪廓結構，可以使用互鎖形狀或通過游隙將開關單元I的這些單獨的部分插入該輪廓中。搖臂13不僅被用于打開和關閉接觸系統7而且還作為開關單元I的切換狀態的一個外部的視覺指示，如在圖4中可以看到，其中搖臂13是處于打開位置。當用手操作該搖臂13時，一個用于肘接固定該開關的外力通過一個鉸接系統24被轉換成一個用于該接觸橫桿15的樞轉運動。故障安全系統8確保PV發電機2與逆變器3之間的永久的直流(DC)隔離。故障安全系統8包括該觸點載體16、焊料19、絞合導線20、一個隔離裝置27 (該隔離裝置具有 一個螺旋壓縮彈簧28以及一個滑動件29)、并且還包括一個絕緣室30。隔離裝置27的這個變體實施方案在圖6中被更詳細示出。壓縮彈簧28被定位在殼體10的一個引導室31中，其中引導室31的銷釘狀的延伸部分32至少部分被縮彈簧28環抱。壓縮彈簧28由于一個彈簧恢復力F而將滑動件29推靠到絞合導線20上。滑動件29具有一個延伸部分，該延伸部分是一個指形件33的形式并且該延伸部分直接推靠在絞合導線20上。在這種情況中，指形件33開始接近焊料19，其結果是由于彈簧恢復力F，作用在這種焊料連接上的力矩是盡可能小的。引導室31和絕緣室30在斷路方向A上處于一個水平并且它們通過絞合導線20彼此隔離，該絞合導線垂直于該斷路方向延伸。此外引導室31以及絕緣室30具有同一個(滑動件形狀)截面。在故障事件中，所產生的電弧26由于不成比例增加的熱量產生而使這些接觸區域17a和17b還以及由此的觸點載體16加熱。由于所述觸點載體的高熱容量，焊料19被加熱至一個可比較的程度并且它最終被熔化。其結果是壓縮彈簧28的彈簧恢復力F在斷路方向A上將滑動件29移動到絕緣室30中。滑動件29以及絕緣室30具有幾何形狀互補的設計，這意味著它們可以不費力地推入到彼此之中。在這種情況中，絕緣室30的擠入長度方便地與PV發電機2的這些性能參數相匹配。
當滑動件29被移動到絕緣室30中時，絞合導線20圍繞一個轉動中心34樞轉，并且它最終被彎曲經過大致90° (圖4)。當焊料19熔化并且斷開時，在觸點載體16與絞合導線20的松動端之間形成一個第二電弧(未示出)，該第二電弧在斷開狀態中大致沿著這些的連線延伸。這個第二電弧首先借助滑動件29移動而被延伸并且由此被冷卻，并且其次由于滑動件29與絕緣室30之間的配合的形狀而被擠入在它們之間并且因此被熄滅。一旦第二電弧已經被熄滅，觸點載體16以及絞合導線20就是直流(DC)隔離的，其結果是電弧26也同時被熄滅。指形件33促進焊料連接的斷路并且當它撞擊絕緣室30的底部時將第二電弧完全封裝或切斷。滑動件29以及絕緣室30的這些內部壁均可以由一種除氣的且電絕緣的塑料材料制成。第二電弧周圍(具體是隔離裝置27的區域中)產生的熱量使氣體從這些塑料材料中釋放。這些氣體阻礙了被斷開的焊料19的區域中的空氣隙的電離或者幫助電離較快終止。其結果是，第二電弧對于隔離裝置27而言更易于熄滅。在斷開狀態(圖4)中，因此開關單元I的導體路徑22具有兩個DC隔離位置，即首先是在接觸區域17a和17b之間以及其次是在觸點載體16與絞合導線20的松動端之間。開關單元I以及其隔離裝置27的材料和尺度被適當地確定大小以便甚至在故障事件中也確保在幾毫秒內將PV發電機2與逆變器3之間的直流電流中斷。帶有一個隔離裝置27’的開關單元I的一個第二變體實施方案在以下通過參見圖7和圖8予以說明，其中為了清楚的目的，僅示出了故障安全系統8相關的導體路徑22的第二半部(觸點載體16、焊料19、絞合導線20以及連接點12)。隔離裝置27’包括一個預應力的支腿彈簧35、一個大致鉤狀的樞轉頭或杠桿36以及一個絕緣室30’。殼體2的內部輪廓被設定和成形為與隔離裝置27’相對應。在這個實施方案中，絕緣室30’實質上是殼體10的下半部(起始于頂帽軌道12)。 樞轉頭(樞轉杠桿)36大致為L形，其中樞轉頭36和絕緣室30’均由一種除氣的電絕緣的塑料材料制成。樞轉頭36的水平的L分枝的上部拐角36a以一種類似于之前說明的變體中的指形件33的方式在絞合線20處開始。預應力的支腿彈簧35被安排在樞轉頭36的垂直的L分枝的下部末端處。支腿彈簧35保持該樞轉頭36從而通過樞轉的形式或通過轉動的形式來移動。當焊接件19由于電弧26所產生的熱量而熔化時，支腿彈簧35由于彈簧恢復力F’而使樞轉頭36樞轉。在這種情況中，絞合線20在殼體10的下部右手拐角方向上或者絕緣室30’的方向上圍繞轉動中心34’樞轉經過一個大致90°的角。與第一示例性實施方案相比，電弧并未被擠入而是僅僅被人為地延伸，其結果是電弧等離子體會由于所導致的冷卻而被熄滅。在這種情況中，與第一示例性實施方案相比，電弧被延伸至一個實質上更大的范圍上，這是因為絞合導線20并未在右手側壁的方向上被推擠而是被樞轉進入下部拐角中。具有隔離裝置27’的開關單元I被設定并且適合于在正常情況下以及在故障事件中均確保PV發電機2與逆變器之間的直流電流在幾毫秒內中斷。當通過適合的形式確定殼體的尺寸時，殼體10在頂帽軌道側上的水平接觸區域大致為4cm寬，殼體的橫向邊緣大致為6cm長并且殼體10大致為2cm深。在打開位置中這些接觸區域17a與17b之間的距離大致為1cm，而在隔離裝置27或27’已經被切斷后觸點載體15與絞合導線20的松動端之間的距離至少為I. 5cm。用于殼體10、絕緣室30/30’以及滑動件29或樞轉頭35的塑料，觸點載體16的形狀和材料還以及作用在焊料19上的扭矩被選擇為使得開關單元I具有大致1500V直流(DC)的額定電壓。本發明不限于以上所述這些示例性實施方案。相反，本領域普通技術人員還有可能獲得本發明的其他變體而不背離本發明的主題。具體而言，所有結合不同示例性實施方案說明的單獨特征此外還可以通過不同方式彼此組合而不背離本發明的主題。參考符號清單I開關單元19焊料2PV發電機20絞合導線3逆變器21屏蔽件4太陽能模塊22導體路徑
5接線盒23孔6主電流路徑24鉸接系統7接觸系統26電弧8故障安全系統27，27’隔離裝置9返回線路28壓縮彈簧10切換殼體29滑動件 10a, IOb半殼30，30’絕緣室11, 12連接點31引導室13搖臂32引導延伸部分14聯接杠桿33指形延伸部分15接觸橫桿34轉動中心16觸點載體35支腿彈簧17a, 17b接觸區域36樞轉頭/杠桿18絞合導線36a樞轉頭的頂端A斷路方向F，F’彈簧力
權利要求
1.一種用于切換高直流電壓的開關單元(1)，該開關單元具有兩個連接點(U，12)，這兩個連接點從一個殼體(10)伸出并且這兩個連接點通過一個導體路徑(22)是導電地聯接的；并且該開關單元具有一個機械接觸系統(7)，該機械接觸系統被安排在該第一連接點與第二連接點(11，12)之間并且該機械接觸系統具有兩個觸點(15，16)，這兩個觸點可以彼此相對移動并且可以從一個閉合位置轉換到一個打開位置；并且該開關單元還具有用于熄滅這些觸點(15，16)被打開時所產生的一個電弧(26)的一個隔離裝置(27，27’)，該隔離裝置可以通過一個熱熔斷器(8)來切斷， 其特征在于 該熱熔斷器(8 )包括一個熔化位置(19 )，該熔化位置被安排在該導體路徑(22 )中并且該熔化位置首先被連接到該接觸系統(7)上并且其次經由一個移動的導體區段(20)而被連接到該第一連接點(12)上，其中當該電弧(26)已經導致了達到或超過該熔化位置(19)的熔化溫度時該隔離裝置(27，27’)被切斷并且該導體區段(20)與該接觸系統(7)之間的 連接在該熔化位置(19)處被斷開。
2.如權利要求I所述的開關單元(1)， 其特征在于 該隔離裝置(27，27’)包括一個預應力的彈簧元件(28，35)，該彈簧元件的彈簧力^，F’ )在一個斷路方向(A)上間接或直接地作用在該導體區段(20)上。
3.如權利要求I或2所述的開關單元(I)， 其特征在于 當該隔離裝置(27，27’)被切斷時，該彈簧元件(28，35)使該導體區段(20)圍繞一個樞轉點(34)偏轉，該樞轉點與該熔化位置(19)相距一個距離。
4.如權利要求3所述的開關單元(I)， 其特征在于 該隔離裝置(27，27’)使該導體區段(20)偏轉經過一個大于或等于90°的樞轉角。
5.如權利要求I至4之一所述的開關單元(I)， 其特征在于 該殼體(10)具有一個絕緣室(30，30’)，該絕緣室鄰接該熔化位置(19)并且當該隔離裝置(27，27’)已經被切斷時該導體區段(20)被定位在該絕緣室中。
6.如權利要求I至5之一所述的開關單元(I)， 其特征在于 該隔離裝置(27，27’ )具有一個隔離元件(29，36)，該隔離元件被保持在該殼體(10)中以便移動并且該隔離元件被引導抵靠在該導體區段(20)上。
7.如權利要求6所述的開關單元(I)， 其特征在于 在已經被切斷時，該隔離元件(29，36)覆蓋該導體區段(20)以便提供與該熔化位置(19)的至少部分的絕緣。
8.如權利要求6或7所述的開關單元(I)， 其特征在于 該隔離元件(29)被引導在該殼體(10)中以便通過滑動的形式來移動，并且當該隔離裝置(27)被切斷時，該隔離元件與該導體區段(20)—起進入該絕緣室(30)中。
9.如權利要求6或7所述的開關單元(I)， 其特征在于 該隔離元件(36)被保持在該殼體(10)中以便通過轉動的形式來移動，并且當該隔離裝置(27’)被切斷時，該隔離元件使該導體區段(20)圍繞該樞轉點(34)樞轉，該樞轉點與該熔化位置(19)相距一個距離。
10.如權利要求I至9之一所述的開關單元(I)， 其特征在于 該接觸系統(7)具有一個移動觸點(17a)以及一個固定觸點(17b)或者兩個移動觸點(17a，17b)，其中該熔化位置(19)通過一個導電的觸點載體(16)而聯接到該固定觸點(17b)上或者連接到這些移動觸點之一(17b)上以便傳導熱量。
11.如權利要求10所述的開關單元(1)， 其特征在于 該移動觸點(15)通過一個切斷機構(24，25)聯接到用于運行該接觸系統(7)的一個搖臂(13)上。
12.如權利要求I至11之一所述的開關單元(1)， 其特征在于 該可移動的導體區段(20)是一個柔性連接元件，具體是一個絞合導線(20)的形式，該可移動的導體區段的固定端被不可拆開地焊接到該第一連接點(12)上，并且該可移動的導體區段的松動端被焊接在該熔化位置(19)處，優選被焊接到該觸點載體(16)上。
13.如權利要求I至12之一所述的開關單元(I)， 其特征在于 該殼體(10)保持該導體路徑(22)、該機械接觸系統(7)、該隔離裝置(27，27’)以及該熱熔斷器(8)。
14.如權利要求I至13之一所述的開關單元(I)， 其特征在于 該殼體(10)以及該隔離元件(29，36)是由一種熱穩定的塑料材料制成，具體是由一種熱固性材料制成。
15.如權利要求I至14之一所述的開關單元(I)， 其特征在于 該隔離元件(29，36 )和/或該絕緣室(30，30 ’)是由一種在火災事件中除氣的塑料材料制成，具體是由聚酰胺制成。
16.—種用于對直流源與電氣設備之間、具體在光伏發電機(2 )與逆變器(3 )之間的直流電流進行中斷的隔離裝置(27，27’)，該隔離裝置具有如權利要求I至15之一所述的一個通電的開關單元(I)。
全文摘要
本發明涉及用于切換高的直流(DC)電壓、特別是用于對在一個直流源(2)與一個電氣設備(3)之間的直流電流進行中斷的一種開關單元(1)。該開關單元(1)包括兩個連接點(11，12)，這兩個連接點從一個殼體(10)伸出并且它們通過一個導體路徑(22)是導電聯接的；一個接觸系統(7)，該接觸系統被安排在該第一連接點與第(11，12)之間；并且還包括一個隔離裝置(27，27’)，該隔離裝置可以通過一個熱熔斷器(8)來切斷。該溫度熔斷器(8)包括一個熔化位置(19)，該熔化位置被安排在該導體路徑(22)中并且該熔化位置首先被連接到該接觸系統(7)上并且其次經由一個移動的導體區段(20)而被連接到該第一連接點(12)上。當接觸系統(7)被斷開時所產生的電弧(26)已經導致了達到或超過該熔化位置(19)的熔化溫度時，該隔離裝置(27，27’)被切斷并且該導體區段(20)與該接觸系統(7)之間的連接在該熔化位置(19)處被斷開。
文檔編號H01H9/32GK102725812SQ201180005134
公開日2012年10月10日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年1月25日
發明者克勞斯·維爾納, 沃爾夫岡·施密特, 瓦爾德馬·韋伯, 胡貝特·哈雷爾 申請人:埃倫貝格爾及珀恩斯根有限公司