帶有煙室的被動(dòng)電弧管理裝置制造方法
【專利摘要】在配電柜中，提供快速、可靠、被動(dòng)的電弧爆炸控制的機(jī)構(gòu)具有包圍可能的電弧部位(例如，電氣連接點(diǎn))的煙室。該煙室提供的煙道延長(zhǎng)了電弧并衰減電流和溫度直到電弧熄滅。優(yōu)選地，煙室和煙道形成為敞開面相對(duì)的多面體結(jié)構(gòu)，一個(gè)裝配在另一個(gè)中。該機(jī)構(gòu)特別適合用于開關(guān)柜中的抽出型電路斷路器連接。
【專利說明】帶有煙室的被動(dòng)電弧管理裝置
[0001]發(fā)明背景之發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體上涉及包含在外殼(本文中一般稱為殼體)中的配電設(shè)備和導(dǎo)體，但是這種外殼不需要具有門以便受益于本發(fā)明。本發(fā)明更具體地涉及被動(dòng)地控制電器柜中的電弧故障的影響。這里提到的電弧控制不在電路斷路器本身內(nèi)，即非短路故障。
[0003]發(fā)明背景之現(xiàn)有技術(shù)的討論
[0004]在電器柜中意外的和/或不受控制的電弧放電事件(又名電弧故障)的危險(xiǎn)是公知的，并且包含對(duì)設(shè)備的潛在損傷，以及由電弧閃光和電弧爆炸所引起的對(duì)在操作環(huán)境中的人員的危害，下文中為了簡(jiǎn)單起見稱為電弧爆炸。被動(dòng)和主動(dòng)電弧控制工具在本領(lǐng)域中都是已知的。被動(dòng)工具包括電弧爆炸能量和氣體從殼體中的定向排出。其它被動(dòng)工具可包括試圖承受爆炸的殼體結(jié)構(gòu)的加固。沒有任何一種形式的被動(dòng)方法限制了故障持續(xù)時(shí)間或可容易地改進(jìn)成現(xiàn)有的開關(guān)柜。主動(dòng)工具通常包括某種形式的感測(cè)和切換機(jī)構(gòu)以控制電流。對(duì)主動(dòng)工具的考慮可以包括費(fèi)用、亂真跳閘(nuisance trip)、速度和未檢測(cè)到的系統(tǒng)故障。當(dāng)然，控制電弧的速度越快，電弧放電事件可能造成的損害越小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種用于控制和熄滅電器柜內(nèi)部的電弧事件的快速的、經(jīng)濟(jì)的、被動(dòng)的機(jī)構(gòu)在本領(lǐng)域中是受歡迎的。為此，本發(fā)明在其不同方面和實(shí)施例中教導(dǎo)并提供了具有煙室的電弧管理裝置，該煙室圍繞殼體中可能發(fā)生電弧的部位，諸如導(dǎo)體和設(shè)備之間或之中的電氣連接或接近點(diǎn)。該煙室中提供了煙道，其延長(zhǎng)電弧且衰減電流和溫度優(yōu)選地直到電弧熄滅。優(yōu)選地，煙室和煙道形成為敞開面相對(duì)的平行六面體或其它多面體結(jié)構(gòu)，即，沒有蓋子的盒子，一個(gè)裝配在另一個(gè)內(nèi)部，兩者之間具有間隙，從而產(chǎn)生在內(nèi)盒的外徑(OD)或壁和外盒子的內(nèi)徑(ID)或壁之間的環(huán)形通道。由于該平行六面體結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是基本上管狀的，因此曲面共有的術(shù)語可在本文中作為輔助解釋來使用。
[0006]因此，電弧管理裝置可以提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括通過物理屏障的電弧防護(hù)以用于隔離由疏忽導(dǎo)致的電弧放電的原因(例如，掉落的工具或其它短路導(dǎo)體或例如潮濕的環(huán)境污染)以及通過煙室的電弧熄滅或衰減，該煙室被設(shè)計(jì)尺寸、定位和布置以便抽出電弧，從而降低其電流和熱量。
[0007]在一些方面中，本發(fā)明可以提供一種帶有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，其用于具有極大電弧故障傷害(例如，源自外露的電導(dǎo)體之間的短路)的可能性的電氣設(shè)備。通常，這些導(dǎo)體將被包含在外殼(本文又稱為殼體)內(nèi)，將電氣設(shè)備與外部或周圍的環(huán)境分離。通過利用在其中提供煙道的煙室來圍繞可能的電弧放電部位，即，電導(dǎo)體，煙室可以包含電弧并且煙道能抽出電弧，即，衰減在其中的電弧。
[0008]在本發(fā)明的一些方面中，煙道將由環(huán)形空間形成，該環(huán)形空間位于一對(duì)同心的盒狀或多面體腔室之間，其中至少一個(gè)腔室可移動(dòng)以嵌套在另一個(gè)內(nèi)。然而，本發(fā)明不限于此，并且可以通過各種各樣的形狀或構(gòu)造(不管是一體或多部分)實(shí)現(xiàn)并且是固定的或可移動(dòng)的，在電弧部位周圍提供煙道。主要考慮的一點(diǎn)是煙道是具有窄橫截面和足夠長(zhǎng)度的通道以衰減或熄滅電弧。
[0009]本發(fā)明的一些方面可以特別地適合或適應(yīng)于抽出型電路斷路器周圍的電弧管理，該抽出型電路斷路器包含在開關(guān)柜的斷路器部分中的插拔箱(drawer)內(nèi)。電弧放電可以涉及到這種斷路器布置(arrangement)，這種布置通常包括斷路器上的導(dǎo)電組件(cluster)以用于連接相鄰母線部分的導(dǎo)體延伸部。煙室部分的一部分可通過以下方式提供:將適當(dāng)形狀和尺寸的組件屏蔽件設(shè)置在組件周圍的斷路器的背面。煙室部分的第二部分可通過以下方式提供:將導(dǎo)體延伸部周圍的相環(huán)繞物(phase-surrounds)設(shè)置在配合組件屏蔽件的斷路器部分的模制背板上。因此，當(dāng)斷路器接近導(dǎo)體放置時(shí)，該煙室將被形成。
[0010]附圖的簡(jiǎn)要說明
[0011]通過閱讀下面的具體描述以及根據(jù)參考附圖，本公開的上述和其它優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在附圖中:
[0012]圖1是用于本發(fā)明的帶有電路斷路器部分和母線部分的開關(guān)柜的一種合適環(huán)境的示例性實(shí)施例。
[0013]圖2是用于圖1的開關(guān)柜的電路斷路器部分的抽出型電路斷路器的后部的透視詳圖，示出了抽出型電路斷路器的電氣連接組件和組件環(huán)繞物。
[0014]圖3是從抽出型電路斷路器支架和殼體的后部看的模制背板的透視詳圖，其提供了用于配合抽出型電路斷路器的電氣連接組件的導(dǎo)體延伸部。
[0015]圖4是電路斷路器部分的后部的模制背板的詳圖，示出了圍繞導(dǎo)體延伸部的相屏障以及為斷路器提供對(duì)流冷卻。
[0016]圖5是形成的煙室的示意性俯視剖面圖。
[0017]圖6是沿圖5的線6-6的形成的煙室的示意性橫截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]參考圖1，本領(lǐng)域中通常已知的開關(guān)柜100顯示為具有斷路器部分101、母線部分102以及電纜部分103，該斷路器部分101用于容納電路斷路器或其它電氣設(shè)備，該母線部分102用于將電力分配給各個(gè)電氣設(shè)備，該電纜部分103用于接收和分配線路功率。開關(guān)柜100或其一部分可以作為保護(hù)電氣設(shè)備或?qū)w的各個(gè)部分免受本領(lǐng)域已知的外部環(huán)境影響的殼體。在某些情況下，本文所用的殼體也可以是另一個(gè)較大殼體中的保護(hù)殼體。幾個(gè)斷路器隔室(統(tǒng)稱105)垂直堆疊在斷路器部分101中，使得每個(gè)抽出型斷路器107(圖2)將具有用于接收其抽出型底板的結(jié)構(gòu)，其用于移動(dòng)斷路器以接觸和脫離從其它兩個(gè)部分102、103供給的電源，如下文進(jìn)一步所述。
[0019]如圖2所示，示例性的抽出型斷路器107 (例如，來自伊利諾斯州帕拉坦的美國(guó)施耐德電氣有限公司的SQUARE D MASTERPACT電路斷路器)的后視圖示出了組件109，組件是安裝到斷路器的連接工具，用于將其附接到由母線部分102承載的電源的各相，這里示為三相A、B、C。還參考圖5，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，組件109在一些情況下可在斷路器部分101的模制背板121處被固定到母線延伸部117，而不是固定到可移動(dòng)抽出型斷路器107的組件支撐物116。各相以列分開，其中斷路器107的線路和負(fù)載連接布置在分開的行108、110中。圍繞每組組件109安裝一組組件屏蔽件111。每個(gè)組件屏蔽件111基本上是平行六面體，具有形成包圍組件的盒子的四側(cè)或四面。在所示的實(shí)施例中，具有兩個(gè)水平側(cè)112a、112b，以及兩個(gè)垂直側(cè)114a、114b。水平側(cè)112a、112b的每一個(gè)在屏蔽件111的開口端均具有凹口 113a、113b以允許被動(dòng)熱對(duì)流，如下文進(jìn)一步所述。屏蔽件的第五側(cè)由斷路器的后壁115形成。第六面敞開以允許組件109附接到作為母線終端的導(dǎo)體延伸部123或母線部分102的導(dǎo)體延伸部117，如在圖5的橫截面中示意性地示出，并在下文中進(jìn)一步討論。
[0020]還參照?qǐng)D3和圖4，圖3表示電路斷路器抽出型底板119，無斷路器107插入。在底板119的后部是斷路器部分101的模制背板121，該模制背板121提供的導(dǎo)體延伸部(統(tǒng)稱123)用于與抽出型電路斷路器107的電氣連接組件109配合。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，該導(dǎo)體延伸部123延伸穿過模制背板121以連接到開關(guān)柜100的母線部分102中的母線(未示出)。圍繞每個(gè)導(dǎo)體延伸部123的是包括平行六面體結(jié)構(gòu)的相環(huán)繞物125，該平行六面體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部尺寸稍大于(例如，1.0mm)在斷路器107的背面的組件屏蔽件111的平行六面體的外部尺寸。因此，當(dāng)組件屏蔽件111插入在相環(huán)繞物125內(nèi)時(shí)，由于斷路器107靠近形成煙道128的模制背板121放置，所以無論是在底板119的“插入”或“抽出”操作中，即，斷路器107的組件109與導(dǎo)體延伸部123連接或斷開，都允許有以下稱為煙室127的自由空間，如圖5的橫截面圖所示?？梢岳斫猓瑑蓚€(gè)平行六面體結(jié)構(gòu)、相環(huán)繞物125和組件屏蔽件111共同形成物理屏障和圍繞斷路器107的電氣連接的煙室127，其也在沿著圖5的線6-6的圖6的橫截面中也示意性地被示出。可以理解，示意性的圖5和圖6顯然不是按比例繪制的。
[0021]圖4是在電路斷路器部分101后部的模制背板121的詳圖，示出了圍繞每個(gè)導(dǎo)體延伸部123的相環(huán)繞物125以及為斷路器部分101提供對(duì)流冷卻。相環(huán)繞物125可由非導(dǎo)電熱固性聚酯、塑料或其它合適材料制成。在本發(fā)明的某些方面中，模制背板121在其后部設(shè)置有通煙管道129以提供給穿過相環(huán)繞物125的對(duì)流軸131 (優(yōu)選在每相上提供)，以在通煙管道129的頂部、背部或兩者處從模制背板121中和從斷路器部分101中消除熱量，用于堆疊斷路器的熱管理。由于熱量建立在組件109至導(dǎo)體延伸部123的電氣連接點(diǎn)處，因此對(duì)流將抽取加熱的空氣，使其離開斷路器。在本發(fā)明的一些方面中，可以設(shè)想的是，相環(huán)繞物和組件屏蔽件中的任一個(gè)或兩者可以是單個(gè)垂直定向的盒子，該盒子通常圍繞每一相的線路和負(fù)載組件，而不是在線路和負(fù)載組件之間具有水平止擋壁，如圖3和圖4所示。此夕卜，理想的是，本裝置的布置具有從組件至導(dǎo)體延伸區(qū)域覆蓋或去除的任何接地金屬。
[0022]再參看圖5，在電弧故障期間，產(chǎn)生的等離子體和氣體將被迫通過擠壓和拉長(zhǎng)電弧的窄的煙室127，從而增加電弧電壓，降低電弧電流，冷卻等離子體和氣體，并提供電弧的中斷。該冷卻不僅會(huì)對(duì)維持電弧進(jìn)行干擾，它還減少了對(duì)設(shè)備周圍人員的人身傷害的機(jī)會(huì)。根據(jù)所需要的結(jié)果，電弧可在斷路器隔室中自熄或中斷，并且泄漏/引導(dǎo)至母線隔室用于再觸發(fā)，在此其不容易損傷敏感設(shè)備。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，抽出型斷路器具有將組件109放置在離導(dǎo)體延伸部123不同距離處的連接、斷開和測(cè)試位置，該抽出型斷路器必須在每個(gè)位置上具有與相環(huán)繞物125的重疊，以使該重疊在所有情況下形成發(fā)揮作用的煙室127。例如，在IEEE標(biāo)準(zhǔn)C37.20.2?-2007中的635伏特和100K安培持續(xù)500毫秒的典型電弧試驗(yàn)參數(shù)下，最小重疊為20.0毫米(mm)可能就足夠了。在任何情況下，遵循本發(fā)明指示的設(shè)計(jì)者將尋求為煙室提供大的表面積和窄的橫截面。希望將電弧長(zhǎng)度增加至其在小于一個(gè)周期中可以自熄的程度。重疊長(zhǎng)度(如圖5中表示為“L”)和煙室的壁間隙(也稱為“橫截面”，如圖6中表示為“X”)被設(shè)計(jì)尺寸使得電弧電流被限制并在第二相的第一零交叉(自然或強(qiáng)制的)至過零點(diǎn)處熄滅。應(yīng)該理解的是，在本發(fā)明的一些方面中，長(zhǎng)度L和橫截面X的所需尺寸可以相互依賴,使得橫截面X尺寸越小,長(zhǎng)度尺寸L可以越短。
[0023]在斷路器隔室或其他殼體中的壓力、溫度和電弧持續(xù)時(shí)間都將降低，這歸因于在電弧周圍的煙室的存在。因此，本發(fā)明將消除對(duì)于電器柜的應(yīng)力，導(dǎo)致不那么需要去增強(qiáng)它。將會(huì)意識(shí)到的是，本發(fā)明的裝置可用于諸多其它主動(dòng)或被動(dòng)電弧管理裝置。
[0024]如此已描述了用于電器柜的電弧管理裝置；可以理解的是，技術(shù)人員根據(jù)對(duì)本發(fā)明的理解會(huì)想到對(duì)其進(jìn)行多種變化，因此，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求進(jìn)行限定。
【權(quán)利要求】
1.一種電弧管理裝置，所述裝置具有被動(dòng)電弧衰減器且包括: a)電氣設(shè)備，其具有外露的電導(dǎo)體； b)殼體，其將所述電氣設(shè)備與外部環(huán)境分離； c)煙室，其位于所述殼體內(nèi)，并且包圍所述電導(dǎo)體， 所述煙室具有形成在其中的煙道，用于在其中的電弧的衰減。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧管理裝置，其中，所述煙道是環(huán)形的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧管理裝置，其中，所述煙道是具有窄橫截面和足夠長(zhǎng)度的通道以衰減電弧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧管理裝置，其中，所述煙道是具有窄橫截面和足夠長(zhǎng)度的通道以熄滅電弧。
5.一種電弧管理裝置，所述裝置具有被動(dòng)電弧衰減器且包括: a)電氣設(shè)備，其具有外露的電導(dǎo)體； b)殼體，其將所述電氣設(shè)備與外部環(huán)境分離； c)煙室，其位于所述殼體內(nèi)，并且包圍所述電導(dǎo)體， 所述煙室具有: i)第一腔室部分，其在一個(gè)面上敞開，以及 ?)第二腔室部分，其在一個(gè)面上敞開并且其尺寸適合于覆蓋所述第一腔室部分， d)所述第一腔室能夠移動(dòng)到所述第二腔室內(nèi)的一個(gè)位置，以便在其間形成煙道，用于電弧爆炸熱量和電流的衰減。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，其中，所述第一腔室部分和所述第二腔室部分具有相同的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，其中，所述第二腔室具有的ID比所述第一腔室的OD大約大I毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，其中，當(dāng)所述第一腔室被放置在第二腔室內(nèi)時(shí)，在它們之間有重疊，形成長(zhǎng)度為至少大約20毫米的煙道。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，其中，所述第一腔室可在直線上移動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，其中，煙室部分是具有敞開面的平行六面體。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，其中，所述電氣設(shè)備是開關(guān)柜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，其中，所述開關(guān)柜具有斷路器部分以及母線部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，還包括抽出型斷路器，其位于所述斷路器部分中的插拔箱里； 所述斷路器包括在所述斷路器上的導(dǎo)電組件，其用于連接所述母線部分的導(dǎo)體延伸部， 組件屏蔽件，其在包圍所述組件的斷路器的背面； 所述斷路器部分的模制背板，其具有位于其上的通向所述母線部分的導(dǎo)體的組件支撐物，以及在所述模制背板上的相環(huán)繞物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，其中，所述組件屏蔽件和所述相環(huán)繞物形成所述煙室。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，還包括在所述斷路器部分的所述模制背板中的通煙管道。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，還包括在所述組件屏蔽件或所述相環(huán)繞物或二者內(nèi)整形，以產(chǎn)生用于熱管理的開口。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的具有被動(dòng)電弧衰減器的電弧管理裝置，其中，在所述斷路器部分中具有多個(gè)垂直堆疊的斷路器。
18.—種電弧管理裝置，所述裝置具有被動(dòng)電弧衰減器且包括: a)電氣設(shè)備，其具有外露的電導(dǎo)體； b)殼體，其包圍所述電氣設(shè)備； c)煙室，其包圍所述外露的電導(dǎo)體， 所述煙室具有形成在其中的煙道，用于來自所述電導(dǎo)體的電弧的衰減。
【文檔編號(hào)】H02B1/56GK104247182SQ201380020237
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月20日
【發(fā)明者】蒂莫西·羅伯特·法伯爾 申請(qǐng)人:施耐德電氣美國(guó)股份有限公司