本發(fā)明一般涉及用于諸如在斷路器中熄滅電弧的電弧室。

背景技術(shù)：

一般來(lái)說(shuō)，斷路器工作以使所選擇的電路與電源接合和脫離。斷路器確保電流中斷，由此給電路提供保護(hù)防止由于例如電短路而產(chǎn)生的持續(xù)的過(guò)電流狀態(tài)和高的電流暫態(tài)。這樣的斷路器通過(guò)使容納在斷路器的殼體(例如，模制外殼)內(nèi)的一對(duì)內(nèi)部電接觸件分離而工作。典型地，一個(gè)電接觸件是靜止的，而另一個(gè)是可移動(dòng)的(例如，典型地安裝在可樞轉(zhuǎn)的接觸臂上)。

可以手動(dòng)地進(jìn)行接觸分離，諸如，當(dāng)一個(gè)人推動(dòng)斷路器的操作手柄時(shí)。這可以使操作機(jī)構(gòu)接合，該操作機(jī)構(gòu)可以聯(lián)接至接觸臂和可移動(dòng)的電接觸件。另外，當(dāng)遇到過(guò)電流、短路或故障狀態(tài)時(shí)，電接觸件可以自動(dòng)地分離。自動(dòng)脫扣可以由操作機(jī)構(gòu)完成，該操作機(jī)構(gòu)經(jīng)由熱過(guò)載元件(例如，雙金屬元件)或者通過(guò)磁性元件或者甚至致動(dòng)器(例如，電磁線圈)而致動(dòng)。

當(dāng)通過(guò)脫扣而使電接觸件分離時(shí)，在容納電接觸件的電弧室中可以形成強(qiáng)電弧。這個(gè)分離可以由于熱量和/或高電流通過(guò)斷路器而產(chǎn)生，或者由于感測(cè)到接地故障或其它電弧故障而產(chǎn)生。期望的是盡可能快速地熄滅電弧以避免損壞斷路器的內(nèi)部部件。

在低電壓交流(ac)斷路器中，諸如在模制外殼斷路器(mccb)中，通常使用兩種方法來(lái)熄滅電弧。第一種方法經(jīng)常被稱為電流限制，并且其包括將電弧電壓主動(dòng)地升高至高于系統(tǒng)電壓的水平，這有效地迫使電流減小至零。通常使用的電流限制方法包括設(shè)置電弧板、除氣材料以及設(shè)計(jì)長(zhǎng)電弧。第二種方法包括使用來(lái)自ac電路的自然電流過(guò)零來(lái)防止在電流達(dá)到零之后的重燃。

在一些目前可獲得的斷路器中，由于存在于電路中的電感，能夠橫跨電弧室引起恢復(fù)電壓。如果電弧室中的恢復(fù)電壓足夠高，這能夠使熄滅的電弧重燃并且導(dǎo)致失效的或延遲的中斷以及接觸件和周圍部件的額外磨損。

因此，對(duì)迅速地熄滅由接觸分離所產(chǎn)生的斷路器中的電弧的裝置和方法存在需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)第一方面，提供斷路器。該斷路器包括：第一和第二電接觸件(例如，靜止的電接觸件和可移動(dòng)的電接觸件)，這些電接觸件被構(gòu)造成當(dāng)被分離時(shí)產(chǎn)生電弧；環(huán)繞第一電接觸件和第二電接觸件之間的空間的至少一部分的電弧室；靠近于電弧室定位的至少一個(gè)膨脹室；以及被構(gòu)造成允許基于閾值的流動(dòng)進(jìn)入和離開(kāi)至少一個(gè)膨脹室的閥組件。

根據(jù)另一方面，提供斷路器的電弧壓力控制組件。該電弧壓力控制組件包括：容納第一和第二電接觸件的電弧室；靠近于電弧室定位的至少一個(gè)膨脹室；以及被構(gòu)造成允許基于閾值的流動(dòng)進(jìn)入和離開(kāi)至少一個(gè)膨脹室的閥組件。

根據(jù)另一方面，提供操作斷路器的方法。該方法包括：使第一電接觸件與第二電接觸件分離并且在電弧室中形成電??；響應(yīng)于電弧室中的由電弧產(chǎn)生的升高的壓力而使氣體從電弧室流入至鄰近于該電弧室設(shè)置的膨脹室，僅當(dāng)超出入口閾值壓力時(shí)該氣體才流動(dòng)；將氣體保持在膨脹室中；以及響應(yīng)于電弧室中的壓力的下降而使氣體從膨脹室流回至電弧室中，僅當(dāng)電弧室中的壓力下降至出口閾值壓力以下時(shí)該氣體才流動(dòng)。

通過(guò)圖解說(shuō)明包括考慮用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的多個(gè)示例實(shí)施方式和實(shí)施例，從下列詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)可以是顯而易見(jiàn)的。

附圖說(shuō)明

下面所描述的附圖只是用于說(shuō)明的目的并且不必按比例繪制。該附圖是說(shuō)明性的并且沒(méi)有旨在以任何方式限制本發(fā)明的范圍。只要有可能，在所有的附圖中將使用相同或相似的附圖標(biāo)記來(lái)指代相同或相似的部件。

圖1a和圖1b分別示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的包括膨脹室的斷路器的俯視平面圖和橫截面正視圖。

圖2a示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的入口閥的各部件的分解視圖。

圖2b示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的入口閥的等軸測(cè)視圖。

圖3a示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的出口閥的各部件的分解視圖。

圖3b示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的出口閥的等軸測(cè)視圖。

圖4是圖示根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的在具有膨脹室的斷路器中的電弧放電事件期間的壓力與時(shí)間之間的所估計(jì)的關(guān)系的圖。

圖5a示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的具有一個(gè)或多個(gè)膨脹室的斷路器的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖5b示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的具有一個(gè)或多個(gè)膨脹室的斷路器的橫截面俯視圖。

圖6示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的操作斷路器的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

在本文中描述的一個(gè)或多個(gè)膨脹室的示例實(shí)施方式可以包括在斷路器中，以防止斷路器的重燃故障。在某些示例實(shí)施方式中，在接觸件分離時(shí)，在斷路器的電弧室的內(nèi)部空間中形成電弧。在第一電接觸件和第二電接觸件(例如，靜止的電接觸件和可移動(dòng)的電接觸件)之間延伸的電弧產(chǎn)生電弧氣體，并且還加熱并增壓電弧室內(nèi)的空氣。由于壓力變化，這導(dǎo)致加熱空氣和電弧氣體的流動(dòng)進(jìn)入鄰近于電弧室設(shè)置的膨脹室中，但是這僅發(fā)生在電弧放電事件期間的某些時(shí)間。

在電弧室和膨脹室之間設(shè)置閥組件以允許流動(dòng)僅在電弧放電事件期間的某些時(shí)間進(jìn)入和離開(kāi)膨脹室。例如，該閥組件可以包括入口閥，僅當(dāng)超出電弧室中的入口閾值壓力時(shí)，該入口閥才允許氣體流動(dòng)。另外，該閥組件可以包括出口閥，僅當(dāng)電弧室中的壓力下降至出口閾值壓力以下時(shí)，該出口閥才允許氣體流動(dòng)。

因此，在電弧室中的氣體壓力達(dá)到入口閾值壓力之后，氣體流入膨脹室中，氣體被保持在膨脹室中持續(xù)部分的電弧循環(huán)，并且然后當(dāng)電弧室中的壓力下降至出口閾值壓力以下時(shí)，氣體流出膨脹室并且流回至電弧室中。該氣體流動(dòng)可以使電弧室冷卻并且還可以增加其介電強(qiáng)度。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，圍繞電弧的氣體流動(dòng)使電弧電壓增加，由此提供更好的電流限制性能。

在本文中提供了并且參照?qǐng)D1a至圖6充分描述了電弧室壓力控制組件、包括電弧室壓力控制組件的斷路器以及操作斷路器的方法的這些和額外的實(shí)施方式。

現(xiàn)在參照?qǐng)D1a和圖1b，其示出斷路器101的電弧室壓力控制組件100的橫截面俯視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。如圖所示，電弧室壓力控制組件100包括電弧室102，電弧形成在電弧室102中。電弧室102包括在可移動(dòng)的電接觸件104(圖1a中僅示出一部分)和靜止的電接觸件106(圖1a中僅示出一部分)之間的空間的至少一部分，因?yàn)樵诿摽凼录陂g，靜止的電接觸件106和可移動(dòng)的電接觸件104彼此分離。

可移動(dòng)的電接觸件104可以固定在接觸臂107的端部，該接觸臂可以是可樞轉(zhuǎn)的以在脫扣事件期間移動(dòng)可移動(dòng)的電接觸件104遠(yuǎn)離靜止的電接觸件106。接觸臂107可以經(jīng)由柔性導(dǎo)體等連接至負(fù)載終端(未圖示)。靜止的電接觸件106可以置于線路導(dǎo)體105上，該線路導(dǎo)體可以聯(lián)接至線路終端(未圖示)。在電弧室102的前端處可以設(shè)置電弧板108。電弧板108可以包括一疊間隔的u形金屬電弧板，該金屬電弧板的功能是有助于熄滅電弧?？梢允褂贸拘螤钜酝獾钠渌螤?。

電弧室壓力控制組件100可以包括一個(gè)或多個(gè)膨脹構(gòu)件110，其每一個(gè)包括形成在其內(nèi)部中并且靠近于電弧室102定位的至少一個(gè)膨脹室112，在圖示的實(shí)施方式中，兩個(gè)膨脹室112彼此相對(duì)地定位在電弧室102的相對(duì)側(cè)上。電弧板108可以定位在一個(gè)或多個(gè)膨脹構(gòu)件110的前端并且可以被截?cái)?。膨脹?gòu)件110可以容納在模制外殼117內(nèi)并且由此可以被固定就位。模制外殼117可以包括由緊固件(例如鉚釘，未圖示)保持在一起的兩個(gè)或更多的部件構(gòu)造。

膨脹構(gòu)件110可以包括兩個(gè)或更多的部件構(gòu)造，例如圖示的主體114和蓋子116。然而，其它構(gòu)造可以是可能的。在替代實(shí)施方式中，主體114可以是模制外殼117的部分。在一些實(shí)施方式中主體114和蓋子116可以彼此密封，諸如通過(guò)粘合劑、超聲波焊接、或者其它合適的連接方式。電弧室102可以由膨脹構(gòu)件110的蓋子116的壁所限定，并且由靜止的電接觸件106和所聯(lián)接的導(dǎo)體105、模制外殼117以及電弧板108的前緣所限定。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，電弧室壓力控制組件100包括電弧壓力控制閥組件118，該組件是可操作的(能夠被操作)并且被構(gòu)造成允許基于閾值的流動(dòng)進(jìn)入和離開(kāi)至少一個(gè)膨脹室112。例如，在所示的實(shí)施方式中，每一個(gè)膨脹室112可以包括電弧壓力控制閥組件118，該組件促進(jìn)基于閾值的流動(dòng)進(jìn)入和離開(kāi)膨脹室112。當(dāng)在本文中使用時(shí)，“基于閾值的流動(dòng)”意味著氣體流動(dòng)進(jìn)入和離開(kāi)膨脹室112僅發(fā)生在實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的期望閾值壓力水平時(shí)，即，下面將充分描述的在入口閾值壓力以上以及在出口壓力閾值以下。

特別地，如在圖2a-圖2b以及圖3a-圖3b中所示，每一個(gè)膨脹構(gòu)件112的每一個(gè)電弧壓力控制閥組件118可以包括入口閥120和出口閥122。入口閥120可以被構(gòu)造成允許氣體(例如，空氣和電弧氣體)的流動(dòng)響應(yīng)于電弧中的電流上升階段(例如，圖4的電流上升階段427)以及在電弧室102內(nèi)的相關(guān)的壓力的上升而從電弧室102流出并且進(jìn)入鄰近于電弧室102設(shè)置的膨脹室112。特別地，入口閥120可以被構(gòu)造成允許進(jìn)入膨脹室112中的單向流入。

在圖4中示出在電弧室102中的絕對(duì)壓力的所估計(jì)的壓力對(duì)時(shí)間的曲線424的示例。根據(jù)本發(fā)明的操作，在電弧的電流上升階段427期間，僅當(dāng)超出電弧室102中的入口閾值壓力426時(shí)，氣體才流動(dòng)通過(guò)入口閥120。入口閾值壓力426由入口閥120的構(gòu)造所設(shè)定，該入口閥可以具有彈出(pop-off)類型的閥構(gòu)造，如在下面充分描述的。

另外，根據(jù)本發(fā)明的操作，在電弧循環(huán)的各部分期間，容納在膨脹室112中的氣體可以被保持，并且然后流出膨脹室112，通過(guò)出口閥122，并且在電流下降階段429期間響應(yīng)于電弧室102中的相關(guān)聯(lián)的壓力的下降而流回至電弧室102。在電流下降階段429期間，氣體被保持在膨脹室112中，并且僅當(dāng)電弧室102中的壓力下降至出口閾值壓力430以下時(shí)，氣體可以通過(guò)出口閥122從膨脹室112流出。出口閾值壓力430由出口閥122的構(gòu)造設(shè)定，該出口閥也可以具有彈出類型的閥構(gòu)造，如將在下面充分描述的。因此，出口閥122可以被構(gòu)造成允許從膨脹室112單向流出。

在所描繪的實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)膨脹室112的入口閥120和出口閥122設(shè)置在相對(duì)于彼此的間隔位置中(例如，沿蓋子116的高度間隔)。以這種方式，氣體可以最靠近于靜止的電接觸件106流出電弧室102，并且在較靠近于可移動(dòng)的電接觸件104的位置流回至電弧室102。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，可以改變?nèi)肟陂y和出口閥120、122的數(shù)量和位置。另外，可以取決于斷路器的規(guī)格而改變一個(gè)或多個(gè)膨脹室112的尺寸、位置和數(shù)量。在一些實(shí)施方式中，膨脹室可以位于電弧室102的一側(cè)或兩側(cè)上，和/或甚至在電弧室102的下方或上方。

在所描繪的實(shí)施方式中，膨脹構(gòu)件110可以由合適的聚合物材料模制。在一些實(shí)施方式中，該材料可以是除氣材料，諸如熱固性材料(例如，填充玻璃的聚酯)或者熱塑性材料(例如，尼龍材料)。當(dāng)承受電弧能量時(shí)，除氣材料可以除去氣體(諸如，水蒸氣)?？梢允褂闷渌线m的除氣材料。例如，蓋子116可以由除氣材料制成，但是主體可以是金屬(諸如，鋼)，以便作用為槽式電機(jī)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2a和圖2b，其示出電弧壓力控制閥組件118的入口閥120的相應(yīng)的分解等軸測(cè)視圖和等軸測(cè)視圖。如圖所示，入口閥120包括支架232、活塞234、軸承236以及復(fù)位彈簧238，其中活塞234被構(gòu)造成相對(duì)于軸承236移動(dòng)。在所描繪的實(shí)施方式中，軸承236可以被緊固至膨脹構(gòu)件110的蓋子116或者與該蓋子116成為整體?；钊?34相對(duì)于軸承236可以是可移動(dòng)的并且可以包括軸240，該軸240具有在軸承236的孔242內(nèi)的緊密容納的滑動(dòng)配合。

復(fù)位彈簧238可以容納在活塞234的彈簧導(dǎo)向件244之上并且可提供彈簧力抵靠凸緣246以經(jīng)由將軸240密封在孔242中而關(guān)閉入口閥120，即，其中，復(fù)位彈簧238偏壓活塞234至常閉位置。彈簧導(dǎo)向件244可被容納并且被支承在形成于支架232中的導(dǎo)槽245中。支架232、活塞234和軸承236可以由合適的剛性材料(諸如，聚合物)制成。復(fù)位彈簧238可以是螺旋彈簧或者是其它合適類型的彈簧。

作用抵靠軸240的圓形端部區(qū)域的電弧室102內(nèi)部的壓力引起活塞234在孔242中平移，并且對(duì)抗由復(fù)位彈簧238所提供的彈簧力。在預(yù)先設(shè)計(jì)的入口閾值壓力426下，軸240向外移動(dòng)超出切去部分(cutout)248，因此允許氣體(例如，空氣和電弧氣體)從電弧室102逸出并流出，并且進(jìn)入膨脹室112中。氣體繼續(xù)流入膨脹室112中直至就在達(dá)峰值壓力454之前膨脹室112中的壓力幾乎與電弧室102中的壓力相等。在該點(diǎn)處，在支架232和凸緣246之間的復(fù)位彈簧238的力通過(guò)使軸240的端部移動(dòng)經(jīng)過(guò)切掉部分248而再次關(guān)閉入口閥120。

在整個(gè)電流上升階段427期間(圖4)，出口閥122可以保持關(guān)閉。有效地，當(dāng)入口閥120打開(kāi)時(shí)，膨脹室112開(kāi)始增壓并持續(xù)增加壓力直至達(dá)到均衡，并且然后入口閥120關(guān)閉。膨脹室112中的這個(gè)所存儲(chǔ)的壓力將保持在膨脹室112中持續(xù)一時(shí)間，以便之后在電弧放電循環(huán)中使用，如通過(guò)下面的進(jìn)一步描述將明顯的。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，膨脹室112包括大于大約500mm³的內(nèi)部存儲(chǔ)體積。例如，對(duì)于600v/250a斷路器而言，膨脹室112的內(nèi)部存儲(chǔ)體積可以大于大約1,000mm³，或者對(duì)于600v/250a斷路器而言甚至大于大約1,500mm³。在一些實(shí)施方式中，膨脹室112的內(nèi)部存儲(chǔ)體積可以是大約2,000mm³或更大。在一些示例實(shí)施方式中，膨脹室112可以是矩形形狀，并且可具有大約38mm的內(nèi)部高度(h)、大約6mm的內(nèi)部寬度(w)以及6mm的內(nèi)部厚度(t)。可以使用用于一個(gè)或多個(gè)膨脹室112的其它尺寸、形狀和存儲(chǔ)體積。圖中示出兩個(gè)膨脹室112。然而，可以使用其它數(shù)量的膨脹室。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，活塞234的軸240的活塞面積大于大約12mm²。在一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施方式中，在軸240的端部上的活塞234的直徑為大約4.57mm或者具有大約16.4mm²的活塞面積。用于入口閥120的復(fù)位彈簧238可以具有例如在大約0.28n/mm和大約0.42n/mm之間的彈簧剛度(springrate)。當(dāng)入口閥120完全打開(kāi)時(shí)，可以產(chǎn)生大約1.25mm或更大的位移。當(dāng)完全打開(kāi)時(shí)，入口閥120的入口流動(dòng)面積可以大于大約5mm²，并且在一些實(shí)施方式中可以大于大約6mm²。然而，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，可以使用其它的直徑、活塞234的面積、復(fù)位彈簧238的彈簧剛度、以及入口流動(dòng)面積。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3a和圖3b，其示出出口閥122的示例實(shí)施方式。如圖所示，出口閥122包括支架332、活塞334、軸承336以及復(fù)位彈簧338，其中活塞334被構(gòu)造成相對(duì)于軸承336移動(dòng)。在所描繪的實(shí)施方式中，軸承336可以被緊固至膨脹構(gòu)件110的蓋子116或者與該蓋子116成為整體?；钊?34相對(duì)于軸承336可以是可移動(dòng)的，并且可以包括軸340，該軸340被緊密地且可滑動(dòng)地容納在軸承336的孔342中。復(fù)位彈簧338可以被容納在彈簧導(dǎo)向件344之上，并且可以提供彈簧力抵靠凸緣346以關(guān)閉出口閥122。當(dāng)正在關(guān)閉時(shí)，軸340被密封在孔342中，即，復(fù)位彈簧338偏壓活塞334至常閉位置。彈簧導(dǎo)向件344可以被容納且被支承于形成在支架332中的導(dǎo)槽345中。支架332、活塞334和軸承336可以由合適的剛性材料(諸如，聚合物)制成。復(fù)位彈簧338可以是螺旋彈簧或者其它合適類型的彈簧。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，活塞334的軸340的活塞面積大于大約12mm²。在一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施方式中，軸340的端部的直徑為大約4.6mm或者具有大約16mm²的活塞面積。用于出口閥122的復(fù)位彈簧338可以具有在大約0.28n/mm和大約0.42n/mm之間的彈簧剛度。當(dāng)出口閥122被完全打開(kāi)時(shí)，可以產(chǎn)生大約1.25mm或更多的位移。當(dāng)完全打開(kāi)時(shí)，出口閥122的流動(dòng)面積可以大于大約3mm²，并且在一些實(shí)施方式中可以大于大約4mm²。出口端口356的直徑可以是大約2.29mm，用于大約4.1mm²的出口面積。因此，如應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的，出口閥122的出口面積可以小于入口閥120的入口面積，該入口面積至少是該出口面積的1.1倍。然而，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，可以使用其它的出口直徑、活塞334的面積以及彈簧剛度，并且對(duì)于更大或更小的斷路器將進(jìn)行調(diào)整。

作用抵靠軸340的圓形端區(qū)的膨脹室112內(nèi)部的壓力引起活塞334在孔342中平移，并且對(duì)抗由復(fù)位彈簧338所提供的彈簧偏壓力。當(dāng)電弧室中的壓力下降至預(yù)先設(shè)計(jì)的第二出口閾值壓力(出口閾值壓力430)以下時(shí)，軸340在孔342中向外移動(dòng)，使得一個(gè)或多個(gè)出口端口350被打開(kāi)，因此允許氣體(例如，空氣和電弧氣體)從膨脹室112逸出并流出，并且流回至電弧室102中。氣體持續(xù)流入電弧室102直至膨脹室112中的壓力與電弧室102中的壓力接近相等。在該點(diǎn)處，在支架332和凸緣346之間的復(fù)位彈簧338的力通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)出口端口350移回至孔342中而再次關(guān)閉出口閥122。

因此，在整個(gè)電流下降階段429(圖4)，入口閥120可以保持關(guān)閉，并且在峰值壓力454和出口閾值壓力430之間，出口閥122也可以保持關(guān)閉。有效地，當(dāng)出口閥122打開(kāi)時(shí)，膨脹室112開(kāi)始在相對(duì)高的體積率下將氣體流排出至電弧室102中，并且特別地可以將氣體射流排出至電弧室102中。

在一些實(shí)施方式中，氣體射流流率可以在大約500mm³/ms和大約1,000mm³/ms之間的范圍內(nèi)。也可以使用其它流率?？梢猿蚩梢苿?dòng)的電接觸件104的位置引導(dǎo)氣體射流，使得當(dāng)可移動(dòng)的電接觸件104處于如在圖1中所示的脫扣位置時(shí)，氣體的射流152可以射到(如由箭頭所示)可移動(dòng)的電接觸件104上。氣體射流(例如，氣體的射流152)的提供被認(rèn)為增加了可移動(dòng)的電接觸件104和靜止的電接觸件106之間的介電強(qiáng)度。因此，降低了恢復(fù)電壓，或者至少降低了重燃的傾向或幅值。

在一些實(shí)施方式中，應(yīng)該使入口閾值壓力426和出口閾值壓力430設(shè)定為盡可能地低，使得膨脹室112可以增壓至可行的最大程度，并且使得壓力差可以是最大的以提供高流率氣體射流。在一些實(shí)施方式中，入口閾值壓力426可以大于出口閾值壓力430。

現(xiàn)在參照?qǐng)D4，其示出圖示了在脫扣事件期間在壓力和時(shí)間之間的所估計(jì)的關(guān)系的圖，該脫扣事件引起斷路器101中的電接觸件分離。在電流上升階段427期間，電弧室102中的壓力高于膨脹室112中的壓力。當(dāng)達(dá)到入口閾值壓力426時(shí)，產(chǎn)生氣體流動(dòng)以將加熱空氣和電弧氣體推入膨脹室112中。在電流上升階段427期間的某點(diǎn)處，膨脹室112中的壓力增加至大致等于電弧室102中的壓力，其中，入口閥120關(guān)閉。

在半循環(huán)期間的電弧中的電流達(dá)到峰值電弧電流以及在峰值壓力454下的峰值壓力之后，電弧室102中的壓力開(kāi)始下降。在電流下降階段429期間的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)處，電弧室102中的壓力將下降至膨脹室112與電弧室102之間的壓力差足夠大到打開(kāi)出口閥122的點(diǎn)處。這個(gè)點(diǎn)被稱為出口閾值壓力430。在該點(diǎn)時(shí)，出口閥122打開(kāi)并且產(chǎn)生氣體流動(dòng)，其在相對(duì)高的速度下將氣體的射流從膨脹室112吹至電弧室102中。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，膨脹室的體積和出口閥122的出口端口的尺寸可以被選擇成使得來(lái)自膨脹室112的氣體流動(dòng)可以持續(xù)直至電弧中的電流流近似達(dá)到自然過(guò)零點(diǎn)455。

圖5a和圖5b示出包括模制外殼517的斷路器501的實(shí)施方式，該模制外殼517可以由用緊固件(例如，鉚釘?shù)?保持在一起的多個(gè)互接的外殼部段組成，并且可以包括內(nèi)壁和外壁的結(jié)構(gòu)，該內(nèi)部和外壁適于容納或保持?jǐn)嗦菲?01的各種部件。雖然圖示的斷路器501是模制外殼斷路器(mccb)，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，本發(fā)明適用于具有類似結(jié)構(gòu)的其它設(shè)計(jì)。

在所描繪的示例實(shí)施方式中，斷路器501包括可操作地連接至操作機(jī)構(gòu)509的手柄503。操作機(jī)構(gòu)509可以互連至包括可移動(dòng)的電接觸件104的接觸臂107，并且可以引起接觸臂107的脫扣(例如，手動(dòng)地，或者由于例如短路、持續(xù)的過(guò)電流、或者電弧或接地故障)。操作機(jī)構(gòu)509可以包括常規(guī)部件，諸如托架、電樞和彈簧，這些部件的細(xì)節(jié)完全是常規(guī)的并且在本文中將不作進(jìn)一步解釋。斷路器501可以進(jìn)一步包括上電弧滾環(huán)513和下電弧滾環(huán)515，以及如所示的豎向?qū)盈B并且隔開(kāi)的多個(gè)電弧板108。如由圖1b和圖5b最清楚地圖示，電弧板108可以具有u形形狀，并且圍繞容納靜止的電接觸件106和可移動(dòng)的電接觸件104的電弧室102的前部設(shè)置(圖5a)。在所描繪的實(shí)施方式中，示出兩個(gè)膨脹構(gòu)件110，其每一個(gè)包括入口閥120和出口閥122。然而，在一些實(shí)施方式中，可以只設(shè)置一個(gè)膨脹構(gòu)件110。

圖6圖示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的操作包括膨脹室112的斷路器(例如，斷路器501)的方法。方法600包括：在602中，使第一電接觸件(例如，可移動(dòng)的電接觸件104)與第二電接觸件(例如，靜止的電接觸件106)分離，并且在電弧室(例如，電弧室102)中形成電弧；以及在604中，響應(yīng)于電弧室中的由電弧產(chǎn)生的上升的壓力而使氣體(例如，空氣和電弧氣體)從電弧室(例如，電弧室102)流入鄰近于電弧室設(shè)置的膨脹室(例如，膨脹室112)中，其中，僅當(dāng)超出入口閾值壓力(例如，入口閾值壓力426，參見(jiàn)圖4)時(shí)氣體才流動(dòng)。

方法600進(jìn)一步包括：在606中，將氣體保持在膨脹室中持續(xù)一時(shí)間；以及然后，在步驟608中，響應(yīng)于電弧室中的壓力的下降而使氣體從膨脹室(例如，膨脹室112)流回至電弧室(例如，電弧室102)中。僅在電弧室中的壓力下降至出口閾值壓力(例如，出口閾值壓力430)以下時(shí)，氣體才將流動(dòng)。這個(gè)氣體流動(dòng)最小化或防止重燃。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，出口閥122以與電弧室102成角度的定向而被定向，使得當(dāng)可移動(dòng)的電接觸件104處于脫扣位置時(shí)，通過(guò)氣體從膨脹室112中流出而引起的氣體射流直接地射在可移動(dòng)的電接觸件104上(如在圖1a中所示)?？梢允褂萌肟陂y120和出口閥122的其它定向以及這些閥的構(gòu)造。

雖然本發(fā)明易于具有各種修改方式和替代形式，但是具體的裝置和方法的實(shí)施方式已經(jīng)通過(guò)示例的方式在附圖中被示出并且在本文中被詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，其沒(méi)有旨在將本發(fā)明限于所公開(kāi)的特定裝置或方法，而是相反地，本發(fā)明將涵蓋落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有修改方式、等同方式和替代方式。