CN101036210A - 具有断路器条带的过载及短路保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有断路器条带的过载及短路保护装置。用于电气设备的保护装置包括：至少两个电极，在这两个电极之间可形成电弧；以及用于截断电弧的装置(6)，该装置(6)在上游端(6A)与下游端(6B)之间延伸，并在其上游端(6A)处具有用于所述电弧的入口区域(E)，所述电弧在该入口区域(E)处进入断路器装置(6)。所述断路器装置(6)包括绝缘部件(10)，该绝缘部件(10)允许电弧进入断路器装置(6)，同时形成防止电弧退出的障碍，其特征在于，绝缘部件(10)由一个或多个挠性带形成，该挠性带被实施为用于在所述电极和上游端(6A)之间形成局部绝缘障碍。本发明还涉及过载及短路保护装置。

Description

具有断路器条带的过载及短路保护装置

技术领域

本发明涉及以下装置的通用技术领域，该装置用于保护电气装置或设备免受过电压(尤其是由于闪电引起的瞬时过电压)、过载或短路。

更具体的说，本发明涉及一种用于保护电气设备免受过电压、过载和短路的装置，该装置包括：至少两个主电极，在这两个主电极之间能够形成电弧；以及用于断开电弧的装置，该装置就电弧的传播方向来说在上游端与下游端之间延伸，并在其上游端处具有用于所述电弧的入口区域，所述电弧在该入口区域穿入所述断路器装置内，所述断路器装置包括定位在其上游端处的绝缘部件(means)，该绝缘部件用于防止电弧返回，并在结构上被设计和布置成使所述电弧可以进入所述断路器装置，同时形成防止所述电弧退出的障碍，以避免已经位于所述断路器装置内的电弧从该断路器装置逃逸。

背景技术

能够截断电流，尤其是高强度的标准频率(50Hz)电流的装置有不同的种类。实际上区分为：可以保护电气设备免受过载或短路的电路断路器类型的装置，和可以保护电气设备免受过电压的避雷器或浪涌抑制器类型的装置。

这些保护装置通常装有电流断开装置(或断路器灭弧室)。在电路断路器的情况下，该断路器装置用于断开短路电流。在具有火花隙的避雷器的情况下，该断路器装置用于立即熄灭电流。

断路器装置通常由多个金属分弧板(splitting plate)形成，这些分弧板平行安装，从而将电弧分解成小的基本电弧，以增加电弧电压并使电流断开。公知的断路器装置内在地具有与其所能够熄灭的电流的最大值相对应的预定电流断开能力。

因此，如果电流强度值大于给定断路器装置的推荐电流强度值，则电弧在穿入断路器装置内之后会从断路器装置逃逸，并且例如通过利用其中一个主电极与分弧板的端部之间的最短路径而在外部再次形成。

这种现象对保护装置极为有害，因为其具有妨碍电流断开企图的作用。另外，该现象可能会在相当短的时间间隔内发生多次。因此，电弧可能进入断路器装置、从断路器装置退出，然后再次进入断路器装置，并且该现象直到装置被毁坏而不再设法截断持续电流或短路电流为止。

为了找到针对这些缺点的补救方法，当需要较大的电流断开能力时，公知的是增加分弧板的数量、串联或并联放置多个保护装置、甚或采取用于在物理上断开电弧的辅助机构。然而，所有这些解决方案都具有一些缺点，这些缺点具体涉及它们通常难以应用、以及它们会导致保护装置的庞大体积明显增加的事实。

发明内容

因而，本发明的目的旨在找到针对上述所列不同缺点的补救方法，并提出一种用于保护电气设备免受过电压、过载或短路的新颖装置，该装置的电流断开能力得以增强。

本发明的另一目的旨在提出一种用于保护电气设备免受过电压、过载或短路的新颖装置，该装置的庞大体积得以限制。

本发明的另一目的旨在提出一种用于保护电气设备免受过电压、过载或短路的新颖装置，该装置的结构尤其适合于高强度电流的情况。

本发明的另一目的旨在提出一种用于保护电气设备免受过电压、过载或短路的新颖装置，该装置的制造特别简单。

本发明的所述目的通过一种用于保护电气设备免受过电压、过载或短路的装置来实现，该装置包括：至少两个主电极，在这两个主电极之间能够形成电弧；以及电弧断路器装置，该断路器装置就所述电弧的传播方向来说在上游端与下游端之间延伸，并在其上游端处具有用于所述电弧的入口区域，所述电弧在该入口区域处穿入所述断路器装置内，所述断路器装置包括定位在其上游端处的绝缘部件，该绝缘部件被用于防止所述电弧返回，并且在结构上被设计和布置成使所述电弧可以进入所述断路器装置，同时形成防止所述电弧退出的障碍，从而避免已经位于所述断路器装置内的电弧从该断路器装置逃逸，其特征在于，所述绝缘部件由一个或多个绝缘材料的挠性条带形成，该挠性条带被布置成用于在所述电极与所述上游端之间形成局部绝缘屏障。

附图说明

通过阅读以下参照附图的描述，本发明的其它特征和优点将会更明了且更加详细地显现，以下描述仅以示例而非限制性的方式提供，在附图中：

图1表示根据本发明的防止过电压的保护装置的实施例的剖视图；

图2表示用于根据本发明的保护装置的断路器装置的第一实施例的侧视图；

图3表示在图2中所示的断路器装置的前视图；

图4表示在图2中所示的断路器装置的顶视图；

图5表示用于根据本发明的保护装置的断路器装置的另一实施例的前视图；

图6表示用于根据本发明的保护装置的断路器装置的另一实施例的侧视图；

图7表示用于根据本发明的保护装置的断路器装置的另一实施例的侧视图。

具体实施方式

根据本发明的防止过电压、过载或短路的电气设备的保护装置用于保护装置或电气设备。表述“电气设备”是指可能会遭受电压干扰(尤其是由于闪电引起的瞬时过电压)甚或过载(尤其是过载或者短路电流)的任何类型的设备或网络。因此，这种装置可由火花隙避雷器或设有持续电流断路器装置的浪涌抑制器构成或由设有短路电流断路器装置的电路断路器构成。

在本说明书的如下描述中，将注意力特别多地集中在防止过电压的火花隙避雷器类型的保护装置上，但是，本发明理所当然地也可以应用于断路器。

图1表示根据本发明的保护装置1，有利的是，该保护装置1由火花隙避雷器形成。该保护装置1包括有利地安装在绝缘壳体20内的至少第一和第二电极2、3，如图1所示，该第一和第二电极2、3可形成火花隙避雷器的两个主电极。这两个电极2、3彼此保持一段距离，并被用电介质材料制成的薄板4分开，通过该薄板4可改善并更好地控制电极2、3之间的电弧5的放电。因此，所谓的装置的上游部分是用于使电弧5放电的区域。

在电路断路器的情况下，该电极由两个触头形成，例如固定触头和可动触头，这两个触头彼此保持物理接触，以提供电连接。在该情况下，当可动触头从固定触头离开以提供电断开时，则在两个触头之间形成电弧。

根据本发明，如图1所示，保护装置1包括用于断开电弧5的电弧断路器装置6。

在特别有利的方式中，断路器装置6由一组用导电材料(例如，金属)制成的分弧板7形成，这些分弧板7彼此平行并相隔开定位。有利的是，分弧板7通过由电绝缘材料制成的支撑条带8而彼此保持隔开。

根据本发明，断路器装置6就电弧5的传播方向F来说在上游端6A与下游端6B之间延伸。如图3至图5所示，断路器装置6B在其上游端6A具有用于电弧的入口区域E，电弧5在该入口区域E处穿入断路器装置6内。因此，在穿入断路器装置6中之前，电弧5沿着传播方向F在电弧放电区域与断路器装置6之间延伸的渐扩空间(divergent space)9内传播。有利的是，该渐扩空间9由电极2、3限定，并优选充满空气。

根据本发明的本质特征，断路器装置6在其上游端6A处包括防止电弧5返回的绝缘部件10。这些绝缘部件10在结构上被设计并布置成使电弧5可以进入断路器装置6，同时形成防止电弧5退出的障碍，从而避免已经位于断路器装置6内的电弧从断路器装置6逃逸。

因此，绝缘部件10适合于防止电弧5沿着与其正常传播方向F相反的方向向后传播，从而一旦电弧5在断路器装置6内被分解成多个基本电弧，则电弧5就不能在断路器装置6外部(尤其在渐扩空间9中)再次形成。

因此，防返回的绝缘部件10作为箍网(hoop net)来操作，并且一方面相对于分弧板7另一方面相对于电极2、3安装和定位，从而相当大地减小了电弧5从断路器装置6逃逸的可能性。通过根据本发明的保护装置1的设计，可以因此显著地改善其断开短路电流的电流断开能力。

新问题在于，要让电弧5穿入保护装置6，同时限制该电弧退出的可能性，从而在断路器装置6的外部不再形成电弧5，根据本发明的绝缘部件10应当确实提供该新问题的解决方案。

有利的是，将绝缘部件10布置成在电极2、3与断路器装置6的上游端6A之间形成局部绝缘屏障。表述“局部绝缘屏障”不仅指由电绝缘材料制成的物理屏障，而且也指未必是物理屏障的绝缘屏障，例如能够防止在电极2、3与断路器装置6的上游端6A之间形成电弧的电绝缘屏障。

有利的是，分弧板7就电弧5的传播方向F来说在前端7A与远端7B之间延伸。前端7A和远端7B基本位于与断路器装置6的上游端6A和下游端6B相同的水平上。在本发明的更具体的实施例中，分弧板7均设有凹口11，该凹口11至少部分地将各分弧板7分成两个不同的分支7C、7D。因而，当组装分弧板7以形成断路器装置6时，凹口11形成凹槽12，该凹槽的形状(例如，V形)被具体地设计用于朝向断路器装置6的内部吸引电弧5。这样，用于电弧5的入口区域E与凹槽12基本一致。

根据本发明的第一实施例，绝缘部件10被布置成在物理上至少部分地封闭断路器装置6的上游端6A，由此在电极2、3与断路器装置6的上游端6A之间形成物理绝缘屏障。

在更优选的方式中，绝缘部件10被布置成覆盖断路器装置6的位于例如在用于电弧5的入口区域E的两侧周围的整个上游端6A。如图3所示，绝缘部件10因而可定位在凹槽12的两侧上，从而其可覆盖分弧板7的分支7C、7D的前端7A。

根据本发明的第一另选实施例，绝缘部件10可由一个或多个刚性条带(未示出)形成，该条带例如定位在凹槽12的两侧上，从而覆盖分弧板7的前端7A。因而，该刚性条带优选沿着基本垂直于电弧5的传播方向F的平面延伸，并与由分弧板7的前端7A形成的平面共面。

有利的是，该刚性条带可穿有多个端口，以在渐扩空间9与断路器装置6之间提供空气流。

优选的是，该刚性条带通过其表面中的一个表面接触分弧板7的前端7A，且优选是密封地支撑在分弧板7的前端7A上。

在又一更优选的方式中，绝缘部件10由定位在凹槽12两侧上的盖13形成，该盖13被设计成在其功能位置中覆盖一个或多个分弧板7的前端7A。

如图3和图4所示，优选的是，盖13由基本细长的条带14形成，该条带14用于覆盖多个分弧板7的前端7A，并且一边缘15从该条带14延伸，并被布置和定向成这样，即，当盖13位于其功能位置时，边缘15会自然地覆盖凹槽12的上边缘12A。

优选的是，盖13的边缘15适于当盖13处于其功能位置时(图3)基本穿入凹槽12内。

在一更优选的方式中，如图3所示，盖13具有大致U形截面，从而覆盖分弧板7的分支7C、7D的端部，由此与所述分支7C、7D的形状基本符合。

根据图2中所示的另选实施例，盖15包括彼此间隔开(优选以规则间隔)定位的齿部16，该齿部16适合于在盖13处于其功能位置时被容纳在两个连续的分弧板7之间。由此，通过该齿部16可防止分弧板7在其前端7A处变形，尤其防止前端7A彼此接近地移动，同时改善盖13的绝缘特性。

根据本发明的另选实施例(未在图中示出)，有利的是，绝缘部件10由与保护装置1的壳体20相同的材料制成，所述壳体20一方面包括主电极2、3，另一方面包括断路器装置6。

在这种情况下，壳体20的内表面的形状(例如，在通过模制制造壳体20时)适合于表现能够形成绝缘部件10的浮雕(relief)结构。

有利的是，绝缘部件10和/或壳体20可由能够承受电弧温度的刚性材料(例如具有良好耐温性的注射塑料)制成，更优选由环氧树脂或陶瓷制成。

根据图5中所示的本发明的另一实施例，有利的是，绝缘部件10由一个或多个优选为挠性和粘性的条带17形成。有利的是，将条带17布置成覆盖断路器装置6的位于电弧入口区域E周围的整个上游端6A。如图5所示，条带17位于凹槽12的两侧上，从而有利地覆盖分弧板7的前端7A，尤其覆盖分支7C、7D的前端7A，由此形成边缘15基本穿入凹槽12中的盖13，这类似于前述示例性实施例。

有利的是，条带17由耐温的绝缘材料，尤其是耐电弧温度的绝缘材料制成。优选的是，条带17由在其中一个表面上涂覆有热固性硅树脂类型的粘合剂的玻璃纤维制成，从而提供优异的热强度和机械强度。

因此，条带17优选包括粘性部分，从而使条带17可通过粘合而附在断路器装置6的上游端6A上。

在一特别有利的方式中，条带17的粘性部分因而会紧密符合断路器装置6的上游端6A。

根据在图6和图7中所示的本发明的另一实施例，绝缘部件10在电极2、3与断路器装置6的上游端6A之间并不形成物理屏障，而是形成非物质的电绝缘屏障。

根据图6中所示的第一另选例，有利的是，绝缘部件10由沉积在一个或多个分弧板7的朝向前端7A定位的末端部分7E的大致整个表面上的电绝缘涂层18形成。涂层18因而有利地定位成覆盖所述末端部分7E。通过涂层18尤其可显著增加电弧为了在断路器装置6外部再次形成而应行进的距离。设置涂层18因而减小了在断路器装置6的外部电弧在主电极2、3之间不再形成的可能性。

根据在图7中所示的本发明的另一另选实施例，绝缘部件10由位于凹槽12两侧上的绝缘板19形成，该绝缘板19插设在两个连续的分弧板7之间，从而朝向断路器装置6的外部延伸超过所述分弧板7的前端7A。利用该绝缘板19，也可以通过增加电弧在断路器装置6的外部在主电极2、3之间再次形成而必须行进的距离来防止电弧逃逸到断路器装置6的外部。

根据本发明的更优选实施例，断路器装置6在其下游端6B处包括绝缘屏蔽件30，该绝缘屏蔽件30定位成至少部分地覆盖断路器装置6的下游端6B，从而防止电弧5在其例如已经穿过断路器装置6之后从断路器装置6逃逸(图1)。

在该优选实施例中，绝缘部件10具有至关重要的作用，从而电弧5在其沿着传播方向F穿过断路器装置6之后将在绝缘屏蔽件30上“回弹”，并朝向断路器装置6的上游端6A沿着与传播方向F大致相反的方向再次离开。在这种结构中，申请人注意到，电弧5优选的是沿着分弧板7的分支7C、7D向上运动，而极为少见的是位于凹槽12的中部12B处。

在该优选实施例中，由绝缘部件10形成的绝缘屏障使电弧能够在断路器装置6的上游端6A逃逸的可能性显著降低，从而防止电弧5在主电极2、3之间再次形成。

现在将参照附图1至7描述根据本发明的保护装置1的操作。

在操作期间，当尤其由于闪电冲击而发生超过预定阈值的过电压时，在两个主电极2、3之间形成电弧5，从而使闪电电流可流向地。然后，该电弧5运动到断路器装置6，在大致位于与凹槽12相同的平面上的入口区域E处穿入该断路器装置6。电弧5于是被分解成多个基本电弧，以增加电流相对于电源电压的弧电压，并限制由保护装置所消耗的电流的强度。基本电弧朝向断路器装置6的下游端6B运动，直到其碰撞绝缘屏蔽件30。于是发生“回弹”现象，基本电弧朝向断路器装置6的上游端6A沿着与电弧5的初始传播方向F相反的方向再次离开。根据最可能的操作模式，基本电弧朝向分支7C、7D运动，而更具体地说，沿着分支7C、7D运动到前端7A。于是它们被绝缘部件10捕获，由此防止电弧5在断路器装置6外部再次形成。

因此，相比于现有技术的装置，根据本发明的保护装置1具有改进的断开短路电流或持续电流的电流断开能力，而这是通过限制已经位于断路器装置内并且被分解成多个基本电弧的电弧从断路器装置逃逸从而在断路器装置外部在主电极之间再次形成的可能性而实现的。

通过设置绝缘部件10，根据本发明的保护装置的电流断开能力是现有技术装置的至少两倍。

工业实用性

本发明的工业应用在于防止过电压、过载或短路的保护装置的设计、制造及应用。

Claims (9)

1、一种用于保护电气设备免受过电压、过载或短路的保护装置，该保护装置包括：至少两个主电极(2，3)，在这两个主电极(2，3)之间能够形成电弧(5)；以及电弧断路器装置(6)，该电弧断路器装置(6)就所述电弧(5)的传播方向(F)来说在上游端(6A)与下游端(6B)之间延伸，并在其上游端(6A)处具有用于所述电弧的入口区域(E)，所述电弧(5)在该入口区域(E)处穿入所述断路器装置(6)内，所述断路器装置(6)包括定位在其上游端(6A)处的用于防止所述电弧(5)返回的绝缘部件(10)，该绝缘部件(10)在结构上被设计并布置成使所述电弧(5)可进入所述断路器装置(6)，同时该绝缘部件(10)形成防止所述电弧(5)退出的障碍，从而避免已经位于所述断路器装置(6)内的所述电弧(5)从该断路器装置(6)逃逸，其特征在于，所述绝缘部件(10)由一个或多个用绝缘材料制成的挠性条带(17)形成，该挠性条带(17)被布置成用于在所述电极(2，3)与所述上游端(6A)之间形成局部绝缘屏障。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述条带(17)被布置成覆盖所述断路器装置(6)的、位于用于所述电弧的所述入口区域(E)周围的整个所述上游端(6A)。

3、根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述断路器装置(6)由一组分弧板(7)形成，该组分弧板(7)就所述电弧(5)的传播方向(F)来说在前端(7A)与远端(7B)之间延伸，每个所述分弧板(7)都设有凹口(11)，使得一旦组装好就形成被布置成吸引所述电弧(5)的凹槽(12)，从而用于所述电弧的所述入口区域(E)与该凹槽(12)大致一致。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述条带(17)位于所述凹槽(12)的两侧上，从而覆盖所述分弧板(7)的所述前端(7A)。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述条带(17)形成具有大致穿入所述凹槽(12)内的边缘(15)的盖(13)。

6、根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述条带(17)包括粘性部分，该粘性部分使得条带(17)可通过粘合而附着在所述上游端(6A)上。

7、根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述条带(17)由其中一个表面上涂覆有粘合剂的玻璃纤维形成。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述粘合剂由热固性硅树脂形成。

9、根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述断路器装置(6)在其下游端(6B)包括绝缘屏蔽件(30)，该绝缘屏蔽件(30)被定位成用于至少部分地覆盖所述断路器装置的所述下游端(6B)，以防止所述电弧(5)在其已经穿过所述断路器装置(6)之后从该断路器装置(6)逃逸。

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