用于切换高直流电压的开关单元制造技术

本发明专利技术涉及用于切换高的直流（DC）电压、特别是用于对在一个直流源（2）与一个电气设备（3）之间的直流电流进行中断的一种开关单元（1）。该开关单元（1）包括：两个连接点（11，12），这两个连接点从一个壳体（10）伸出并且它们通过一个导体路径（22）是导电联接的；一个接触系统（7），该接触系统被安排在该第一连接点与第（11，12）之间；并且还包括一个隔离装置（27，27’），该隔离装置可以通过一个热熔断器（8）来切断。该温度熔断器（8）包括一个熔化位置（19），该熔化位置被安排在该导体路径（22）中并且该熔化位置首先被连接到该接触系统（7）上并且其次经由一个移动的导体区段（20）而被连接到该第一连接点（12）上。当接触系统（7）被断开时所产生的电弧（26）已经导致了达到或超过该熔化位置（19）的熔化温度时，该隔离装置（27，27’）被切断并且该导体区段（20）与该接触系统（7）之间的连接在该熔化位置（19）处被断开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于切换高直流电压的开关单元本专利技术涉及用于对高直流(DC)电压、特别是用于对直流源与电气设备之间的直流电流进行中断的开关单元，这种开关单元具有两个连接点，这两个连接点从一个壳体伸出并且它们是通过一个导体路径而导电联接的；并且这种开关单元具有安排在该第一连接点与第二连接点之间的一个机械接触系统，该机械接触系统具有两个触点，这两个触点可以彼此相对移动并且它们可以从一个闭合位置转换到一个打开位置；并且这种开关单元还具有用于熄灭这些触点被打开时所产生的电弧的一个隔离装置，该隔离装置可以通过热熔断器来切断。在此背景下，一个直流源旨在被理解为具体表示一个光伏(PV)发电机(太阳能设施)，并且一个电气设备旨在被理解为具 体表示一个逆变器。当上至1500V (DC)的相对高的直流电压被切换时，高的场强度(气体电离的结果)在这些接触区域之间在这类开关单元中产生多个导电通道，所述导电通道已知为电弧或电弧等离子体。必须使得隔离这些切换触点时所产生的电弧尽可能快地熄灭，因为电弧释放了大量的热(具有几千开氏度的气体温度)，这导致这些切换触点以及环境的严重加热。这种严重加热可以导致开关单元的损坏(例如该开关单元的燃烧)，并且还会导致上一级安装单元的损坏。DE 20 2008 010 312 Ul披露了一种具有已知为PV发电机的PV设施或太阳能设施，该设施对于其一部分而言包括分组的多个太阳能模块，这些太阳能模块组合形成多个发电机元件。这些太阳能模块被串联连接或者在多个并联的道中。而一个发电机元件将其直流电力经由两个端子输出，整个PV发电机的直流电力经由一个逆变器而给送至一个交流(AC)电压系统。为了在这种情况下使得这些发电机元件与中央逆变器之间的布线的复杂性以及功率损失保持较低，已知的发电机接线盒被安排为接近这些发电机元件。以此方式积聚的直流电力通常通过一个共用的缆线而引入该中央逆变器。取决于这种系统，PV设施连续地传送一个范围在180V (DC)与1500V (DC)之间的运行电流和运行电压。为了安装、组装或维修的目的，例如，还特别为了对人员的通常保护的目的，令人希望的是可靠地将电气元件或设备与作为一个直流源而起作用的PV设施隔离开。一种适当的隔离装置能够在载荷下(也就是说直流源没有预先断开的情况下)执行中断。为了隔离负载，有可能使用多个机械开关(切换触点)。这些机械开关具有的优点是，当这些触点已经被打开时，同样存在电气设备(逆变器)与直流源(PV设施)之间产生的DC隔尚。这类开关单元通常是从现有技术中已知的。这些触点在负载下打开时所产生的电弧被快速移动到为此目的而提供的熄灭装置，在此发生了适当的电弧熄灭。为此所要求的力是由磁场提供的，该磁场被已知为磁吹磁场(blowing field),它们典型地是由一个或多个永磁铁产生的。这些接触区域以及导弧件的特殊设计将电弧引入多个适当的熄灭室中，在此在已知原理的基础上发生电弧熄灭。例如,这类熄灭室包括多个分弧器叠(arc splitter stack)。这些分弧器所使用的材料通常是铁磁材料，因为伴随着延伸经过这些分弧器的击弧的磁场，它在铁磁材料附近区域中表现出较好的磁导。这在这些分弧器的方向上产生一个吸力效应，这种效应导致电弧朝着这些分弧器的安排而移动并且在这些分弧器之间被分割。在简单的机械开关单元中，在实践中出现众多故障源，这些故障源对于安全切换具有负面影响或者甚至致使安全切换是不可能的。一个可能的故障是缺少一个灭弧部件，如一个分弧器或一个磁吹磁铁。此外，不正确组装的部件(例如以错误的极性插入的磁吹磁铁的结果)也会同样导致开关单元的失效。特别是在混合切换系统的情况中，对于由于遗漏或有缺陷的电气部件引起的故障而言存在着更多的机会。为了使PV设施处于一种有故障出现的这类情况下对于人类以及设施是安全的状态，回路需要被永久地被隔离从而使得使用者可以识别故障并且可以更换开关单元。当设施被转换到这种状态时，设备的开关壳体必须不被损坏或损毁，从而使得这些带电部分保持绝缘。在这种故障情况下的转换是通过开关单元的已知为一种故障安全元件来起作用的，而无需预先采取启动措施，例如手动干预或者类似的措施。 典型的故障安全元件是根据超过一个取决于材料的容许电流强度(单位表面面积的电流强度)来切断的。在这种情况中，一个导电体被熔化并且该电路被中断。这是识别并断开过流的一种常规方法，例如像在安全熔断器中所使用的。然而这种方法不能在PV设施中使用，因为在这种情况中不可能假定一个具体的电流强度或电流水平。相反，这种切断或故障检测需要独立于电流水平而起作用。DE 102008049472A1披露了电涌放电器，该电涌放电器具有至少一个耗散元件，并且还具有一个断开装置，其中首先有可能的是通过一种由热方法可实现的方式将至少一个耗散元件断开。其次，有可能在进一步能量相关的(具体是热)加载的情况下引起短接。在这种情况中，在一个导体区段的运动路径中存在着一个热学可分开的停止设备，该停止设备由该断开装置移动在一个熔化位置与形成一个相对触点的一个导体元件之间。在切断的事件中以及在过载的情况下，导体区段的运动在到达末端位置之前被该停止设备中断。在一个故障事件中(其中断开装置不能将电流安全地中断并且在该耗散元件的固定连接与导体区段之间产生或者继续存在电弧，这对应于一个额外的热量输入)，这种停止动作被取消并且移动的导体区段被移动到末端位置。短路的间隙以及因此的电涌放电器与系统的断开连接是通过一种方式进行的，该方式通过一个上游的过流保护设备(具体是一个熔断器)而是本身已知的。这种故障安全元件同样不适合于以上描述的应用，由于还是在这种情况中，直到已经达到一个具体的过流这种故障检测才会发生。在一个故障事件中在相对高的电压下一个出现的电弧也会产生在开关单元的电能范围内。本专利技术所基于的目的是对在开头所提出的类型的可以可靠且安全地切换一个高的直流(DC)电压的一种开关单元进行说明。具体的说，开关单元旨在适合于在直流源(具体是一个PV发电机)与一个电气设备(具体是一个逆变器)之间执行直流中断。此外，该开关单元旨在被设定以便熄灭在故障事件中产生的并且在开关单元内不会自动熄灭的一种电弧而无需预先采取启动措施，例如手动干预或类似措施。本专利技术是通过权利要求I的这些特征来实现此目的的。有利的改进和发展是从属权利要求的主题。至此，这种开关单元包括两个连接点，这两个连接点从一个壳体伸出并且它们是通过一个导体路径是导电地联接的。一个机械接触系统被安排在该第一连接点与第二连接点之间，该机械接触系统具有两个触点，这两个触点可以彼此相对移动并且可以从一个闭合位置转换到一个打开位置。可以通过热熔断器来切断的一个隔离装置被用于熄灭这些触点打开时所产生的电弧。这个热熔断器包括一个熔化位置，该熔化位置被安排在该导体路径中并且该熔化位置首先被连接到该接触系统上并且其次经由一个移动的导体区段而被连接到该第一连接点上。在一个故障事件中，由于在这些触点区域之间应用的高电压，当接触系统被打开时，在负载下可以形成一个不会自动熄灭的电弧。当电弧已经导致达到或超过熔化位置的熔化温度时，这个隔离装置被切断并且导体区段与接触系统之间的连接在熔化位置处被断开。在故障事件中所产生的电弧的能量是非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.25 DE 202011001891.1;2011.03.30 DE 10201101.一种用于切换高直流电压的开关单元(1)，该开关单元具有两个连接点(U，12)，这两个连接点从一个壳体(10)伸出并且这两个连接点通过一个导体路径(22)是导电地联接的；并且该开关单元具有一个机械接触系统(7)，该机械接触系统被安排在该第一连接点与第二连接点(11，12)之间并且该机械接触系统具有两个触点(15，16)，这两个触点可以彼此相对移动并且可以从一个闭合位置转换到一个打开位置；并且该开关单元还具有用于熄灭这些触点(15，16)被打开时所产生的一个电弧(26)的一个隔离装置(27，27’)，该隔离装置可以通过一个热熔断器(8)来切断， 其特征在于 该热熔断器(8 )包括一个熔化位置(19 )，该熔化位置被安排在该导体路径(22 )中并且该熔化位置首先被连接到该接触系统(7)上并且其次经由一个移动的导体区段(20)而被连接到该第一连接点(12)上，其中当该电弧(26)已经导致了达到或超过该熔化位置(19)的熔化温度时该隔离装置(27，27’)被切断并且该导体区段(20)与该接触系统(7)之间的 连接在该熔化位置(19)处被断开。2.如权利要求I所述的开关单元(1)， 其特征在于 该隔离装置(27，27’)包括一个预应力的弹簧元件(28，35)，该弹簧元件的弹簧力^，F’ )在一个断路方向(A)上间接或直接地作用在该导体区段(20)上。3.如权利要求I或2所述的开关单元(I)， 其特征在于 当该隔离装置(27，27’)被切断时，该弹簧元件(28，35)使该导体区段(20)围绕一个枢转点(34)偏转，该枢转点与该熔化位置(19)相距一个距离。4.如权利要求3所述的开关单元(I)， 其特征在于 该隔离装置(27，27’)使该导体区段(20)偏转经过一个大于或等于90°的枢转角。5.如权利要求I至4之一所述的开关单元(I)， 其特征在于 该壳体(10)具有一个绝缘室(30，30’)，该绝缘室邻接该熔化位置(19)并且当该隔离装置(27，27’)已经被切断时该导体区段(20)被定位在该绝缘室中。6.如权利要求I至5之一所述的开关单元(I)， 其特征在于 该隔离装置(27，27’ )具有一个隔离元件(29，36)，该隔离元件被保持在该壳体(10)中以便移动并且该隔离元件被引导抵靠在该导体区段(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦尔德马·韦伯，克劳斯·维尔纳，胡贝特·哈雷尔，沃尔夫冈·施密特，
申请(专利权)人：埃伦贝格尔及珀恩斯根有限公司，
类型：发明
国别省市：