专利名称：用于切换高直流电压的开关单元的制作方法
用于切换高直流电压的开关单元本发明涉及用于对高直流(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。本发明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。本发明是通过权利要求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常大的。与现有技术相比，在过流事件中不是通过电流强度而是通过电弧所产生的热能(这种热能在故障事件中不成比例地增加)使得热熔断器被切断或者熔化位置被熔化。这导致开关单元的故障安全性，它独立于电流 水平而被切断或者使得一个故障被检测到。因此开关单元中的热熔断器起到了一个故障安全元件的作用，该故障安全元件特别适合用于PV设施中。此外，对于制造而言开关单元的备份是不昂贵的并且因此满足了经济可制造性的要求。在一个方便的实施方案中，熔化位置具体是一个焊点，这个焊点在达到或超过响应温度时被断开。在接触系统与导体区段之间所使用的焊接材料可以是一种易熔合金，如铝/硅/锡合金或其他通常已知的低熔点合金。这类合金的熔点通常是在150° C至250° C的范围内。这意味着在额定运行过程中，电流被安全运送而不会切断热熔断器。可替代的是，可以想象将其他温度敏感的以及导电性材料用作熔化位置材料，如一种导电塑料。根据应用的领域，对于该开关单元的导电和/或绝缘材料的选择允许了在有待实现的响应温度和/或切断时间的一种相应改变。还可以想象的是所使用的材料的适合尺度和编译允许这种开关单元也被用于较低的电压。在一个有利的发展中，隔离装置包括一个预应力的弹簧元件。弹簧恢复力在断路方向上间接地或直接地作用在移动的导体区段上。如果在故障事件中熔化位置被非容许地加热，则该熔化位置被熔断并且该开关单元因此而由于弹簧恢复力来促使系统中断。具体而言，在故障事件中预应力的弹簧元件因此允许系统自动中断而无需通过人来采取启动措施。当熔化位置断开时，同样在一方面的该接触系统与另一方面的移动的导体区段之间形成了电弧。由于弹簧恢复力，导体区段被移动离开该接触系统并且因此电弧或电弧等离子体被人为地延伸。如果电弧以此方式被熄灭，则接触系统的这些接触区域之间的电弧也被熄灭。结果是直流源与电气设备具有直流隔离。在一个适合的实施方案中，当隔离装置被切断时，弹簧元件使该导体区段围绕一个枢转点偏转，该枢转点与熔化位置相距一个距离。在此情况中所覆盖的枢转角是大于或者具体等于90°。导体区段的这种枢转人为地延伸了该第二电弧并且因此使其进一步冷却。这种额外的延伸或冷却确保了接触系统与导体区段之间的距离被尽可能快速地且尽可能宽地打开以便使得导体区段分离时所产生的该(第二)电弧熄灭并且同样使呈现在该接触系统上的该(第一)电弧熄灭。在这种情况中，弹簧恢复力被选择为对于导体区段尽可能快速地被枢转是具有适当足够大的，从而有利地防止该切换壳体被这些电弧损坏。在一个适合的实施方案中，开关单元的壳体具有一个绝缘室，该绝缘室邻接该熔化位置。当隔离装置已经被切断时，弹簧恢复力的结果是将导体区段推入这个绝缘室中。这个绝缘室被用于导体区段与接触系统的实体的以及因此绝缘的隔离，有利的是这有助于熄灭电弧。在一个类似适合的实施方案中，隔离装置具有一个隔离元件，该隔离元件被保持在壳体中以便移动并且该元件被引导抵靠在该导体区段上。熔化位置自然地对作用于其上的外力是敏感的。由于隔离装置在导体区段上的上述弹簧恢复力，该熔化位置遭受相对强烈的负载。隔离元件的结果是，该恢复力可以在导体区段上的相对大的接触区域上有效地开始。换言之，这意意味着熔化位置处作用的合成力矩被有利地减小。其结果是，存在着施加到熔化位置上的较小的机械应力。在本发明的一个适合的实施方案中，隔离元件同样开始接近导体区段上的熔化位置，其结果是动力臂以及因此熔化位置处的有效力矩被进一步减小。这个力矩、或者动力臂的长度和/或隔离元件的尺度可以用作一个额外参数用于对开关单元或隔离装置中的跳开式熔断器的响应温度和/或切断时间进行度量。在一个方便的发展中，当隔离装置已经被切断时，导体区段被隔离元件覆盖从而至少部分地与熔化位置绝缘，其结果是电弧被有利地抑制。在开关单元的一个方便的改进中，隔离元件在该壳体中被引导从而通过滑动的形式移动，并且当隔离装置被切断时，它通过弹簧恢复力与导体区段一起移动到绝缘室中。其结果是，在切断的状态中导体区段被完全覆盖。当隔离装置被切断时，由于导体区段被枢转，这个另外的电弧被压挤在隔离元件与绝缘室之间。借助电弧的被挤入，确保了将电弧特别快速且安全地熄灭。在一个优选的实施方案中，弹簧元件在此情况中是一个压缩弹簧，该压缩弹簧在断路方向上将隔离元件推入绝缘室中。至此，隔离元件以及绝缘室具有几何形状上补偿的设计，这样使得电弧能够挤入该室中并且该导体区段可以通过该隔离元件而被该接触系统完全隐藏。在这种情况中，挤入长度可以方便地与直流源的性能参数相匹配。在一个替代实施方案中，同样该开关单元的有利改进是隔离元件被保持在壳体中以便通过转动的方式移动。当该隔离装置被切断时，导体区段通过该隔离元件围绕该枢转点枢转，该枢转点与熔化位置相距一个距离。在一个方便的实施方案中，弹簧元件是一个支腿弹簧，在故障事件中一个枢转杠杆通过该弹簧元件使该导体区段枢转。在本发明的一种简单形式中，接触系统包括一个移动触点以及一个固定触点。一个导电的触点载体被安排在该固定触点与该熔化位置之间，该触点载体联接该固定触点与该熔化位置以便传导热量。替代一个移动触点以及一个固定触点，还可以提供两个移动触点。在这种情况中，该触点载体的热容量或者熔点是高于熔化位置的热容量或者熔点的。在一个方便的实施方案中，触点载体是由一种材料生产的，该材料是一种良好的热和电的导体(如铜)，从而确保隔离装置的快速且可靠的切断。为了支持导热性(单位截面面积流过的热量以及温度梯度)，例如借助载体上的一个锥形，触点载体可以被相应地成形和确定尺寸。、
在一个适合的发展中，该移动触点被联接到一个摇臂上以便通过一个切断机构来手动地运行该接触系统。在一个典型的实施方案中，该切断机构、移动触点以及固定触点形成一个(机械)卡扣接触系统。在这种卡扣接触的情况中，这些触点由于操作的结果典型地通过一个施加预应力的支腿弹簧而尽可能快速地(典型地在几毫秒内)彼此离开。通常这允许所产生的一个(第一)电弧被熄灭，从而使得隔离装置不被切断。在开关单元的一个典型的实施方案中，可移动的导体区段是一个柔性的连接元件(具体是一个绞合导线)，连接元件的固定端被不可拆开地焊接到第一连接点上，并且连接元件的松动端被焊接在熔化位置处，优选被焊接到触点载体上。在一个类似的典型实施方案中，开关单元的壳体保持了导体路径、机械接触系统、隔离装置以及热熔断器。其结果是，开关单元的这些带电部分是与环境绝缘的。具体而言，这有利地保护了操作该开关单元的人员免于施加的高电压和电流。在一个有利的改进中，壳体和隔离元件是由一种热稳定的塑料材料制成，具体是由一种热固性材料制成。这确保了由于电弧所产生的高水平的热量不会损坏或损毁该开关 壳体。其结果是，这些带电部分继续被绝缘以便在故障事件中安全接触。此外，它确保了隔离元件不被熔化位置的区域中的第二电弧损坏或损毁。其结果是，在故障事件中隔离元件能够可靠地使开关单元与系统隔离。在一个适合的实施方案中，隔离元件和/或绝缘室是由一种在火灾事件中除气的塑料材料制成，具体是由聚酰胺制成。作为举例，聚碳酸酩或多聚甲醛同样是适合的。有利地是这种塑料除气操作有助于快速熄灭该(第二)电弧。具体而言，这些气体阻碍了严重熔化位置区域中的空气隙的电离、或者有助于所述电离较快地终止。对于壳体、绝缘室以及隔离元件的适合塑料的选择，触点载体的形状和材料，以及挤入的尺度，还以及作用在熔化位置上的扭矩的相互作用允许了在故障事件中隔离装置的完全切断以及可靠的熄弧。就用于中断一个直流源与一个电气设备之间(特别是一个PV发电机与一个逆变器之间)的直流电流的断开装置而言，所述目的是通过权利要求16的这些特征实现的。因此，该装置包括一个根据本发明的带电的开关单元。在开关单元的一个方便的实施方案中，这些连接点以及该壳体至此是适合的并且被设置用于一个印刷电路板组件。在优选使用的开关单元的情况中，例如该断开装置因此是特别适合于一个PV设施与一个与其相关的逆变器之间以及例如与燃料电池设施或一个储存器(电池)相联系的可靠的且安全接触中断。以下通过参见附图
对本发明的多个示例性实施方案予以更详细的说明，在附图中图I不出根据本发明在PV发电机与一个逆变器之间具有一个故障安全系统的开关单元的框图，图2示出处于闭合切换状态的开关单元的截面展示，图3示出在机械接触系统被打开时以及在电弧形成时图I所示的开关单元的截面
展示，图4示出在故障安全系统已经被切断之后图I和图2所示的开关单元的截面展示，
图5示出开关单元的一个分解展示，图6示出隔离装置的一个细节展示，图7示出具有一个替代的隔离装置的开关单元的多个细节的截面展示，并且图8示出处于切断故障安全状态中的图6所示开关单元的多个细节的截面展示。在所有附图中彼此相对应的多个部件和度量始终配备有相同的参数符号。图I示意性示出一个开关单元1，该开关单元在示例性实施方案中被连接在一个PV发电机2与一个逆变器3之间。PV发电机2包括多个太阳能模块4 ，这些模块在彼此并联的一种情形中被引导至一个共用的发电机接线盒5，这个接线盒有效地起到一个组装点的作用。在表示正端子的主电流路径6中，开关单元I主要包括用于将PV发电机2与逆变器3直流(DC)隔离的两个子系统。该第一子系统是一个手动可运行的机械接触系统7，而第二子系统是在故障事件中自动切断的一个故障安全系统8。在表示开关单元I的(并且由此是整个设施的)负端子的返回线路9中可以存在另外的接触和故障安全系统7、8，这些系统以一种未更详细示出的方式而连接。图2至图6通过详细的展示示出了根据本发明的开关单元I的一个变体。这种开关单元I包括一个壳体10，从该壳体中伸出两个连接点(外部连接点)11和12。开关单元I通过连接点11和12连接到PV发电机2与逆变器3之间的主电流路径6上。此外这个接触系统7包括作为一个移动触点的一个接触横杆15和被形成为一个固定触点的触点载体16，该接触横杆可以通过一个摇臂13和一个联接杠杆14来手动操作。在接触横杆15与触点载体16之间的这些触点或接触区域17a和17b是小片状的接触元件的形式。接触横杆15通过一个固定绞合导线18而导电地联接到连接点11上，其中在接触横杆15与绞合导线18之间的连接以及在绞合导线18与连接点11之间的连接均为焊接连接的形式。接触横杆15实质上是锤形的并且它是由一种导电金属制成，接触区域17a被安排在锤头末端处并且在开关单元I的闭合位置中停靠在接触区域17b上(图2)。触点载体16是由铜制成，这意味着它具有高水平的导电性和导热性。触点载体16实质上具有台阶的形状，其中接触区域17b被安排在上部台阶边缘处。触点载体15的台阶体具有一个锥形截面以便增加其导热性。一个移动的绞合导线20通过焊料19被导电地联接在下部台阶边缘处。绞合导线20可以具有一个电绝缘屏蔽件21，该屏蔽件在所述绞合导线的两端处已经被去除。绞合导线20的这些导体末端之一(固定端)是通过焊接来不可拆卸地连接到连接点12上的，而另一个导线末端(松动端)是通过焊料19被焊接到触点载体15上。在开关单元I的闭合位置中，因此回路是借助两个连接点11和12以及主电流路径6来闭合的。电流流过一个导体路径22，该导体路径是这样形成的，即包括连接点11、绞合导线18、接触横杆15、接触区域17a和17b、触点载体16、焊料19、绞合导体20以及连接点12。导体路径22在壳体10内以一种大致U形的形状延伸。壳体10包括一种电绝缘及耐热塑料并且如从图5中可以看到的，该壳体由两个互补的壳体半壳IOa和IOb形成。这些半壳IOa和IOb可以通过四个孔23使用螺钉或铆钉(未另外示出)而彼此连接。这些孔23被安排为在壳体10上被均匀地大致分配在一个假想正方形的拐角点处。壳体10具有一个大致矩形的截面，从而使得彼此靠近安排的多个开关单元I或者一个共同印刷电路板的简单组装是可能的。壳体10具有一个大致U形的范围，其中两个U形翼通过一个水平部分而彼此相连接。两个连接点11和12从这个水平部分中伸出，并且摇臂13在U形基底处至少部分伸出。此外，这些半壳IOa和IOb被设计为具有对应的内部轮廓结构，可以使用互锁形状或通过游隙将开关单元I的这些单独的部分插入该轮廓中。摇臂13不仅被用于打开和关闭接触系统7而且还作为开关单元I的切换状态的一个外部的视觉指示，如在图4中可以看到，其中摇臂13是处于打开位置。当用手操作该摇臂13时，一个用于肘接固定该开关的外力通过一个铰接系统24被转换成一个用于该接触横杆15的枢转运动。故障安全系统8确保PV发电机2与逆变器3之间的永久的直流(DC)隔离。故障安全系统8包括该触点载体16、焊料19、绞合导线20、一个隔离装置27 (该隔离装置具有 一个螺旋压缩弹簧28以及一个滑动件29)、并且还包括一个绝缘室30。隔离装置27的这个变体实施方案在图6中被更详细示出。压缩弹簧28被定位在壳体10的一个引导室31中，其中引导室31的销钉状的延伸部分32至少部分被缩弹簧28环抱。压缩弹簧28由于一个弹簧恢复力F而将滑动件29推靠到绞合导线20上。滑动件29具有一个延伸部分，该延伸部分是一个指形件33的形式并且该延伸部分直接推靠在绞合导线20上。在这种情况中，指形件33开始接近焊料19，其结果是由于弹簧恢复力F，作用在这种焊料连接上的力矩是尽可能小的。引导室31和绝缘室30在断路方向A上处于一个水平并且它们通过绞合导线20彼此隔离，该绞合导线垂直于该断路方向延伸。此外引导室31以及绝缘室30具有同一个(滑动件形状)截面。在故障事件中，所产生的电弧26由于不成比例增加的热量产生而使这些接触区域17a和17b还以及由此的触点载体16加热。由于所述触点载体的高热容量，焊料19被加热至一个可比较的程度并且它最终被熔化。其结果是压缩弹簧28的弹簧恢复力F在断路方向A上将滑动件29移动到绝缘室30中。滑动件29以及绝缘室30具有几何形状互补的设计，这意味着它们可以不费力地推入到彼此之中。在这种情况中，绝缘室30的挤入长度方便地与PV发电机2的这些性能参数相匹配。
当滑动件29被移动到绝缘室30中时，绞合导线20围绕一个转动中心34枢转，并且它最终被弯曲经过大致90° (图4)。当焊料19熔化并且断开时，在触点载体16与绞合导线20的松动端之间形成一个第二电弧(未示出)，该第二电弧在断开状态中大致沿着这些的连线延伸。这个第二电弧首先借助滑动件29移动而被延伸并且由此被冷却，并且其次由于滑动件29与绝缘室30之间的配合的形状而被挤入在它们之间并且因此被熄灭。一旦第二电弧已经被熄灭，触点载体16以及绞合导线20就是直流(DC)隔离的，其结果是电弧26也同时被熄灭。指形件33促进焊料连接的断路并且当它撞击绝缘室30的底部时将第二电弧完全封装或切断。滑动件29以及绝缘室30的这些内部壁均可以由一种除气的且电绝缘的塑料材料制成。第二电弧周围(具体是隔离装置27的区域中)产生的热量使气体从这些塑料材料中释放。这些气体阻碍了被断开的焊料19的区域中的空气隙的电离或者帮助电离较快终止。其结果是，第二电弧对于隔离装置27而言更易于熄灭。在断开状态(图4)中，因此开关单元I的导体路径22具有两个DC隔离位置，即首先是在接触区域17a和17b之间以及其次是在触点载体16与绞合导线20的松动端之间。开关单元I以及其隔离装置27的材料和尺度被适当地确定大小以便甚至在故障事件中也确保在几毫秒内将PV发电机2与逆变器3之间的直流电流中断。带有一个隔离装置27’的开关单元I的一个第二变体实施方案在以下通过参见图7和图8予以说明，其中为了清楚的目的，仅示出了故障安全系统8相关的导体路径22的第二半部(触点载体16、焊料19、绞合导线20以及连接点12)。隔离装置27’包括一个预应力的支腿弹簧35、一个大致钩状的枢转头或杠杆36以及一个绝缘室30’。壳体2的内部轮廓被设定和成形为与隔离装置27’相对应。在这个实施方案中，绝缘室30’实质上是壳体10的下半部(起始于顶帽轨道12)。 枢转头(枢转杠杆)36大致为L形，其中枢转头36和绝缘室30’均由一种除气的电绝缘的塑料材料制成。枢转头36的水平的L分枝的上部拐角36a以一种类似于之前说明的变体中的指形件33的方式在绞合线20处开始。预应力的支腿弹簧35被安排在枢转头36的垂直的L分枝的下部末端处。支腿弹簧35保持该枢转头36从而通过枢转的形式或通过转动的形式来移动。当焊接件19由于电弧26所产生的热量而熔化时，支腿弹簧35由于弹簧恢复力F’而使枢转头36枢转。在这种情况中，绞合线20在壳体10的下部右手拐角方向上或者绝缘室30’的方向上围绕转动中心34’枢转经过一个大致90°的角。与第一示例性实施方案相比，电弧并未被挤入而是仅仅被人为地延伸，其结果是电弧等离子体会由于所导致的冷却而被熄灭。在这种情况中，与第一示例性实施方案相比，电弧被延伸至一个实质上更大的范围上，这是因为绞合导线20并未在右手侧壁的方向上被推挤而是被枢转进入下部拐角中。具有隔离装置27’的开关单元I被设定并且适合于在正常情况下以及在故障事件中均确保PV发电机2与逆变器之间的直流电流在几毫秒内中断。当通过适合的形式确定壳体的尺寸时，壳体10在顶帽轨道侧上的水平接触区域大致为4cm宽，壳体的横向边缘大致为6cm长并且壳体10大致为2cm深。在打开位置中这些接触区域17a与17b之间的距离大致为1cm，而在隔离装置27或27’已经被切断后触点载体15与绞合导线20的松动端之间的距离至少为I. 5cm。用于壳体10、绝缘室30/30’以及滑动件29或枢转头35的塑料，触点载体16的形状和材料还以及作用在焊料19上的扭矩被选择为使得开关单元I具有大致1500V直流(DC)的额定电压。本发明不限于以上所述这些示例性实施方案。相反，本领域普通技术人员还有可能获得本发明的其他变体而不背离本发明的主题。具体而言，所有结合不同示例性实施方案说明的单独特征此外还可以通过不同方式彼此组合而不背离本发明的主题。参考符号清单I开关单元19焊料2PV发电机20绞合导线3逆变器21屏蔽件4太阳能模块22导体路径
5接线盒23孔6主电流路径24铰接系统7接触系统26电弧8故障安全系统27，27’隔离装置9返回线路28压缩弹簧10切换壳体29滑动件 10a, IOb半壳30，30’绝缘室11, 12连接点31引导室13摇臂32引导延伸部分14联接杠杆33指形延伸部分15接触横杆34转动中心16触点载体35支腿弹簧17a, 17b接触区域36枢转头/杠杆18绞合导线36a枢转头的顶端A断路方向F，F’弹簧力
权利要求
1.一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)上。
7.如权利要求6所述的开关单元(I)， 其特征在于 在已经被切断时，该隔离元件(29，36)覆盖该导体区段(20)以便提供与该熔化位置(19)的至少部分的绝缘。
8.如权利要求6或7所述的开关单元(I)， 其特征在于 该隔离元件(29)被引导在该壳体(10)中以便通过滑动的形式来移动，并且当该隔离装置(27)被切断时，该隔离元件与该导体区段(20)—起进入该绝缘室(30)中。
9.如权利要求6或7所述的开关单元(I)， 其特征在于 该隔离元件(36)被保持在该壳体(10)中以便通过转动的形式来移动，并且当该隔离装置(27’)被切断时，该隔离元件使该导体区段(20)围绕该枢转点(34)枢转，该枢转点与该熔化位置(19)相距一个距离。
10.如权利要求I至9之一所述的开关单元(I)， 其特征在于 该接触系统(7)具有一个移动触点(17a)以及一个固定触点(17b)或者两个移动触点(17a，17b)，其中该熔化位置(19)通过一个导电的触点载体(16)而联接到该固定触点(17b)上或者连接到这些移动触点之一(17b)上以便传导热量。
11.如权利要求10所述的开关单元(1)， 其特征在于 该移动触点(15)通过一个切断机构(24，25)联接到用于运行该接触系统(7)的一个摇臂(13)上。
12.如权利要求I至11之一所述的开关单元(1)， 其特征在于 该可移动的导体区段(20)是一个柔性连接元件，具体是一个绞合导线(20)的形式，该可移动的导体区段的固定端被不可拆开地焊接到该第一连接点(12)上，并且该可移动的导体区段的松动端被焊接在该熔化位置(19)处，优选被焊接到该触点载体(16)上。
13.如权利要求I至12之一所述的开关单元(I)， 其特征在于 该壳体(10)保持该导体路径(22)、该机械接触系统(7)、该隔离装置(27，27’)以及该热熔断器(8)。
14.如权利要求I至13之一所述的开关单元(I)， 其特征在于 该壳体(10)以及该隔离元件(29，36)是由一种热稳定的塑料材料制成，具体是由一种热固性材料制成。
15.如权利要求I至14之一所述的开关单元(I)， 其特征在于 该隔离元件(29，36 )和/或该绝缘室(30，30 ’)是由一种在火灾事件中除气的塑料材料制成，具体是由聚酰胺制成。
16.—种用于对直流源与电气设备之间、具体在光伏发电机(2 )与逆变器(3 )之间的直流电流进行中断的隔离装置(27，27’)，该隔离装置具有如权利要求I至15之一所述的一个通电的开关单元(I)。
全文摘要
本发明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。
文档编号H01H9/32GK102725812SQ201180005134
公开日2012年10月10日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年1月25日
发明者克劳斯·维尔纳, 沃尔夫冈·施密特, 瓦尔德马·韦伯, 胡贝特·哈雷尔 申请人:埃伦贝格尔及珀恩斯根有限公司