CN101040357A - 特别适用于过载保护装置的电弧消灭装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供特别适用于过载保护装置的电弧消灭装置。本发明涉及用于电气设施的保护装置，该保护装置包括：至少两个电极，在这两个电极之间可以形成电弧；以及用于遮断电弧的装置(6)，该装置(6)由多个分割板(7)的组件形成，并在上游端(6A)与下游端(6B)之间延伸，在其上游端(6A)处具有电弧入口区域(E)。所述遮断器装置(6)包括绝缘部件(10)，其特征在于，绝缘部件(10)由盖(13)形成，盖(13)被实施为在电极与上游端(6A)之间形成部分绝缘屏障，所述盖(13)设有被实施为容纳在两个相邻板(7)之间的齿部(16)。本发明进一步涉及过载和短路保护装置。

Description

特别适用于过载保护装置的电弧消灭装置

技术领域

本发明涉及用于保护电气设备或设施免于过压(尤其是由于闪电而引起的瞬间过压)、过载或短路的装置的通用技术领域。

更具体地说，本发明涉及一种用于保护电气设施免于过压、过载或短路的装置，该装置包括：至少两个主电极，在这两个主电极之间可以形成电弧；以及用于遮断电弧的装置，该电弧遮断装置由多个分割板(splitting plate)的组件形成，并沿着电弧传播方向在上游端与下游端之间延伸，并在其上游端处具有电弧入口区域，电弧在该入口区域处穿入遮断器装置的内部，所述遮断器装置在其上游端包括防止电弧返回的绝缘部件，该绝缘部件在结构上被设计并设置为使电弧可以进入遮断器装置、同时形成防止电弧退出的障碍，从而一旦电弧已经位于遮断器装置内部就防止电弧从该遮断器装置的内部逃逸。

背景技术

存在不同种类的能够遮断电流、尤其是常规频率(50Hz)的高强度电流的装置。在被设计为保护电气设施免于过载或短路的诸如电路遮断器的装置、以及用于保护电气设施免于过压的诸如避雷器或电涌抑制器的装置之间进行区分。

这种保护装置通常设有电流遮断装置(或遮断盒(breakingchamber))。在电路遮断器的情况下，该遮断器装置旨在遮断短路电流。在火花隙避雷器的情况下，该遮断器装置旨在遮断持续电流。

遮断器装置通常由多个金属分割板形成，这些分割板平行安装以将电弧分解成小的基本电弧，从而增大电弧电压并提供对电流的遮断。公知的遮断器装置具有与其能够熄灭的电流最大值相对应的固有的预定遮断容量。

因此，已经发现，当电流强度值大于给定遮断器装置的建议值时，电弧可能在穿入遮断器装置之后从遮断器装置逃逸，然后例如沿着主电极之一与分割板的端部之间的最短路径而在遮断器装置外部再次形成。

就其效果是使得切断电流的努力失败来说，这种现象对保护装置极为有害。此外，该现象可能在相当短的时间段内发生多次。因此，电弧可能进入遮断器装置、然后从遮断器装置退出、并再次进入遮断器装置，直到该单元被毁坏而不能切断持续电流或短路电流。

公知的是，当需要较大的遮断容量时，可以通过增加分割板的数量、串联或并联放置若干个保护装置、或者使用物理地遮断电弧的附加机构来克服这些缺点。然而，所有这些解决方案都具有许多缺点，这些缺点尤其与其通常很困难的应用相关，并且是由于这些解决方案导致保护装置的尺寸显著增加的事实。

发明内容

因此，本发明的目的旨在提供针对以上列出的各种缺点的解决方案，并提出一种电流遮断容量得到改进的用于保护电气设施免于过压、过载或短路的新装置。

本发明的另一目的旨在提出一种不过于庞大的用于保护电气设施免于过压、过载或短路的新装置。

本发明的另一目的旨在提出一种结构尤其非常适于高强度电流的情况的用于保护电气设施免于过压、过载或短路的新装置。

本发明的另一目的旨在提出一种特别容易制造的用于保护电气设施免于过压、过载或短路的新装置。

本发明的这些目的通过用于保护电气设施免于过压、过载或短路的如下装置来实现，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；以及电弧遮断器装置，该电弧遮断器装置由多个分割板的组件形成，并且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电弧入口区域，电弧在该入口区域处穿入遮断器装置的内部，所述遮断器装置在其上游端处包括用于防止电弧返回的绝缘部件，该绝缘部件在结构上被设计并设置为使电弧可以进入遮断器装置、同时形成防止电弧退出的障碍，从而一旦电弧已经位于遮断器装置内部就防止电弧从该遮断器装置的内部逃逸，所述装置的特征在于，所述绝缘部件由盖构成，该盖被设置为在电极与上游端之间形成部分绝缘屏障，所述盖设置有彼此间隔开并且适于卡在两个连续分割板之间的齿部。

附图说明

在阅读仅仅作为示例而非限制给出的参照附图进行的以下描述之后，本发明的其他特征和优点将变得更加显而易见，在附图中：

图1例示了根据本发明的过压保护装置的一个实施例的剖视图。

图2例示了根据本发明的遮断器装置的第一实施例的侧视图。

图3例示了图2所示的遮断器装置的正视图。

图4例示了图2所示的遮断器装置的顶视图。

图5例示了根据本发明的保护装置使用的遮断器装置的另一实施例的正视图。

图6例示了根据本发明的保护装置使用的遮断器装置的另一实施例的侧视图。

图7例示了根据本发明的保护装置使用的遮断器装置的另一实施例的侧视图。

具体实施方式

根据本发明的用于保护电气设施免于过压、过载或短路的装置被设计为保护设备或设施的电气部件。表述“电气设施”是指可能遭受电压扰动(特别是由于闪电引起的瞬间过压)乃至过载、显著过载或者短路电流的任何类型的设备或网络。因此，这种装置可以包括火花隙避雷器、或设有持续电流遮断装置的电涌抑制器、或装备有短路电流遮断装置的电路遮断器。

在本说明书的以下部分，我们特别关注用于过压保护的火花隙式避雷器类型的保护装置，但是，本发明很显然适用于电路遮断器。

图1例示了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。如图1所示，保护装置1在绝缘壳体20内至少包括可以形成火花隙避雷器的两个主电极的第一电极2和第二电极3。这两个电极2、3彼此保持一距离，由可以改进并较好地控制电极2、3之间的电弧放电的介电材料的薄板(lamella)4将这两个电极分隔开。因此，所谓的装置的上游端部分是电弧5放电的区域。

在电路遮断器的情况下，电极由彼此保持物理接触以提供电连接的两个触头(例如固定触头和移动触头)形成。在该情况下，当移动触头与固定触头分开而提供电断开时，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包括用于遮断电弧5的装置6。

按特别有利的方式，通过由导电材料(例如金属)制成、彼此平行并隔开地设置的多个分割板7的组件来形成遮断器装置6。有利的是，通过由电绝缘材料制成的支承条8来将分割板7保持为彼此隔开。

根据本发明，就电弧5的传播方向F来说，遮断器装置6在上游端6A与下游端6B之间延伸。如图3至图5所示，遮断器装置6B在其上游端6A具有电弧的入口区域E，电弧5在该入口区域E穿入遮断器装置6的内部。因此，在穿入遮断器装置6内之前，电弧5沿着传播方向F在延伸于电弧放电区域与遮断器装置6之间的渐扩空间(divergentspace)9内传播。有利的是，该渐扩空间9由电极3、3界定，并优选地充满空气。

根据本发明的一个本质特征，遮断器装置6在其上游端6A包括防止电弧5返回的绝缘部件10。这些绝缘部件10在结构上被设计并设置为使电弧5可以进入遮断器装置6，同时形成防止电弧5退出的障碍，从而一旦电弧5位于遮断器装置6内部就防止电弧5从该装置逃逸。

因此，绝缘部件6适于按如下方式防止电弧5沿着与其正常传播方向F相反的方向向后返回：一旦电弧5在遮断器装置6内被分解为多个基本电弧，它就不能在遮断器装置6外部(尤其是渐扩空间9中)再次形成。

因此，防返回的绝缘部件10用作地，一方面相对于分割板7安装和定位，另一方面相对于电极2、3安装和定位，从而大大减小电弧5从遮断器装置6逃逸的可能性。因此，根据本发明的保护装置1的设计可以显著地提高其短路电流遮断容量。

根据本发明的绝缘部件10实际上必须提供对如下的新问题的解决方案，所述新问题是，让电弧5穿入保护装置6内部，同时限制该电弧逃逸并在遮断器装置6的外部再次形成的可能性。

有利的是，将绝缘部件10设置为在电极2、3与遮断器装置6的上游端6A之间形成部分绝缘屏障。表述“部分绝缘屏障”不仅表示由电绝缘材料制成的物理屏障，而且表示能够防止在电极2、3与遮断器装置6的上游端6A之间形成电弧的未必是物理屏障但是可以是电绝缘屏障的绝缘屏障。

有利的是，分割板7沿着电弧5的传播方向F在前端7A与远端7B之间延伸。前端7A和远端7B位于与遮断器装置6的上游端6A和下游端6B基本相同的水平面上。按特别有利的方式，分割板7各自设置有凹口11，凹口11至少部分地将各个分割板7分成两个分开的分支7C、7D。因此，当组装分割板7以形成遮断器装置6时，凹口11形成凹槽12，该凹槽12的形状(例如V形)被特别设计为将电弧5吸向遮断器装置6的内部。这样，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被设置为至少部分地在物理上封闭遮断器装置6的上游端6A，由此在电极2、3与遮断器装置6的上游端6A之间形成物理绝缘屏障。

更优选的是，绝缘部件10被设置为完全覆盖遮断器装置的位于电弧5的入口区域E周围(例如，位于其两侧上)的上游端6A。如图3所示，由此绝缘部件10可以位于凹槽12的两侧上，从而覆盖分割板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可以由例如位于凹槽12的两侧上从而覆盖分割板7的前端7A的一个或若干个刚性条带(未示出)形成。随后，该刚性条带优选地沿着基本垂直于电弧5的传播方向F并与由分割板7的前端7A形成的平面共面的平面延伸。

有利的是，该刚性条带可以穿有多个孔，以在渐扩空间9与遮断器装置6之间提供气流。

优选的是，刚性条带以其表面之一接触分割板7的前端7A，优选地以密封方式支承在分割板7的前端7A上。

更优选的是，绝缘部件10由如下的盖13形成，所述盖13被设置为形成位于凹槽12两侧上的在电极2、3与上游端6A之间的部分绝缘屏障，并且被设计为在其功能位置处还覆盖一个或若干个分割板7的前端7A。

有利的是，将盖13设置为完全覆盖遮断器装置6的位于电弧入口区域E周围的上游端6A。

如图3和图4所示，盖13优选地由大致细长型的条带14形成，该条带14被设计为覆盖若干个分割板7的前端7A，从条带14延伸的边缘15被设置并定向为当盖13位于其功能位置时边缘15自然地覆盖凹槽12的上边缘12A。

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

更优选的是，如图3所示，盖13具有大致U形的剖面，从而覆盖分割板7的端部，尤其是分支7C、7D的端部，由此与所述分支7C、7D的形状近似一致。

根据图2所示的一个另选实施例，盖15包括彼此间隔开(优选为按规则的间隔隔开)的齿部16，当盖13处于其功能位置时齿部16适于卡在两个连续的分割板7之间。由此，通过齿部16可以防止分割板7在其前端7A处变形以及显著地彼此移近，同时改进盖13的绝缘特性。

根据本发明的一个另选实施例(未在图中示出)，有利的是，绝缘部件10与保护装置1的绝缘壳体20由相同的材料制成，所述壳体20一方面包括主电极2、3，另一方面包括遮断器装置6。

在这种情况下，例如在对壳体20进行模制时，使壳体20的内表面的形状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可以由能够承受电弧温度的刚性材料制成，例如具有良好耐温性的注射塑料(injected plastic)，更优选为环氧树脂或陶瓷。

根据图5所示的本发明的另一实施例，有利的是，绝缘部件10由一个或若干个优选为有挠性和粘性的条带17形成。如图5所示，有利的是，条带17覆盖分割板7的分支7C、7D的前端7A，从而形成盖，这与上述示例性实施例类似。

有利的是，条带17由耐高温(特别是耐电弧温度)的绝缘材料制成。优选的是，条带17由在其表面之一上涂覆有热固型硅酮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。

按特别有利的方式，条带17的粘性部分密切地贴合遮断器装置6的上游端6A，从而将条带17固定到上游端6A上。

根据图6和图7所示的本发明的另一实施例，绝缘部件10并不在电极2、3与遮断器装置6的上游端6A之间形成物理屏障，而是形成无形的电绝缘屏障。

根据图6所示的第一另选例，有利的是，绝缘部件10由朝向一个或若干个分割板7的前端7A的、淀积在末端部分7E的大致整个表面上的电绝缘涂层18形成。因此，涂层18有利地定位为覆盖所述末端部分7E。因此涂层18可以显著增大电弧在遮断器装置6外部再次形成而要行进的距离。因此，涂层18的存在可以减小电弧在遮断器装置6之外在主电极2、3之间可以再次形成的可能性。

根据在图7所示的本发明的另一另选实施例，绝缘部件10由如下的绝缘板19形成，所述绝缘板19位于凹槽12两侧上，并按朝向遮断器装置6的外部延伸超过所述分割板7的前端7A的方式插设在两个连续的分割板7之间。通过增大电弧在遮断器装置6的外部在主电极2、3之间再次形成而需要行进的距离，绝缘板19也可以防止电弧逃逸到遮断器装置6的外部。

根据本发明的另一更优选实施例，遮断器装置6在其下游端6B处包括绝缘屏蔽件(screen)30，该绝缘屏蔽件30被设置为至少部分地覆盖遮断器装置6的下游端6B，从而防止电弧5在其已经穿过遮断器装置6例如一次之后从遮断器装置6逃逸(图1)。

在该优选实施例中，绝缘部件10具有如下的关键作用：电弧5在沿着传播方向F穿过遮断器装置6之后，在绝缘屏蔽件30上“回弹”，然后沿着与传播方向F大致相反的方向朝向遮断器装置6的上游端6A继续行进。在这种结构中，申请人已经发现，电弧5优选地沿着分割板7的分支7C、7D返回，很少返回到凹槽12的中部12B。

由此，在该优选实施例中，由绝缘部件10形成的绝缘屏障可以显著降低电弧在遮断器装置6的上游端6A逃逸的可能性，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的工作。

在工作期间，当发生超过预定阈值的过压(尤其是由于雷击而发生超过预定阈值的过压)时，在两个主电极2、3之一之间形成电弧5，使得闪电电流可以流向地。然后，电弧5上升到遮断器装置6，电弧5在与凹槽12大致位于相同平面上的入口区域E处穿入遮断器装置6。然后，电弧5分解为多个基本电弧，从而使电流的弧电压增大为高于主电压，并限制保护装置排出的电流的强度。这些基本电弧朝向遮断器装置6的下游端6B移动，直到它们到达绝缘屏蔽件30。然后发生“回弹”现象，基本电弧沿着与电弧5的初始传播方向F相反的方向朝向遮断器装置6的上游端6A而离开。根据最可能的工作模式，基本电弧朝向分支7C、7D移动，更具体地说，沿着这些分支移动远至其前端7A。然后，它们被绝缘部件10捕获，由此这防止了电弧5在遮断器装置6外部再次形成。

因此，与根据现有技术的装置的电流遮断容量相比，根据本发明的保护装置1具有更好的短路电流或持续电流遮断容量，同时限制电弧一旦已经位于遮断器装置内并被分解为多个基本电弧再从遮断器装置逃逸以在遮断器装置外部在主电极之间再次形成的可能性。

由于存在绝缘部件10，根据本发明的保护装置的电流遮断能力与根据现有技术的装置的电流遮断能力相比是其至少两倍。

工业应用性

本发明的工业应用在于防止过压、过载或短路的保护装置的设计、制造和使用。

Claims (10)

1、一种用于保护电气设施免于过压、过载或短路的装置，该装置包括：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)；以及电弧遮断器装置(6)，该电弧遮断器装置(6)由多个分割板(7)的组件形成，并且就电弧(5)的传播方向(F)来说在上游端(6A)与下游端(6B)之间延伸，并在其上游端处具有电弧入口区域(E)，电弧(5)在该入口区域(E)处穿入遮断器装置(6)的内部，所述遮断器装置(6)在其上游端(6A)处包括用于防止电弧(5)返回的绝缘部件(10)，该绝缘部件(10)在结构上被设计并设置为使电弧(5)可以进入遮断器装置(6)、同时形成防止电弧(5)退出的障碍，从而一旦电弧(5)已经位于遮断器装置(6)内部就防止电弧(5)从该遮断器装置的内部逃逸，所述装置的特征在于，所述绝缘部件(10)由盖(13)构成，该盖(13)被设置为在电极(2，3)与上游端(6A)之间形成部分绝缘屏障，所述盖(13)设置有彼此间隔开并且适于卡在两个连续的分割板(7)之间的齿部(16)。

2、根据权利要求1所述的装置，该装置的特征在于，盖(13)被设置为完全覆盖遮断器装置(6)的位于电弧入口区域(E)周围的上游端(6A)。

3、根据上述权利要求中的任一项所述的装置，该装置的特征在于，所述多个分割板(7)的组件沿着电弧(5)的传播方向(F)在前端(7A)与远端(7B)之间延伸，所述多个分割板(7)各自设有凹口(11)，使得一旦组装所述多个分割板(7)就形成被设置为吸引电弧(5)的凹槽(12)，从而电弧入口区域(E)与该凹槽(12)基本重合。

4、根据权利要求3所述的装置，该装置的特征在于，在凹槽(12)的任一侧上都设置有盖(13)，并且盖(13)被设计为当处于其功能位置时覆盖一个或若干个分割板(7)的前端(7A)。

5、根据权利要求4所述的装置，该装置的特征在于，盖(13)由大致细长的条带(14)形成，所述条带(14)用于覆盖若干个分割板(7)的前端(7A)，从该条带(14)延伸出被设置为当盖(13)处于其功能位置时自然地覆盖凹槽(12)的上边缘(12A)的边缘(15)。

6、根据权利要求5所述的装置，该装置的特征在于，盖(13)的边缘(15)适于当盖(13)处于其功能位置时穿入凹槽(12)的内部。

7、根据权利要求3至6中的任一项所述的装置，该装置的特征在于，盖(13)具有大致U形的剖面。

8、根据前述权利要求中的任一项所述的装置，该装置的特征在于，该装置包括电绝缘材料的壳体(20)，主电极(2，3)和遮断器装置(6)安装在该壳体(20)内，并且，该装置的特征在于绝缘部件(10)与壳体(20)由相同的材料制成。

9、根据权利要求8所述的装置，该装置的特征在于，绝缘部件(10)和壳体(20)通过由注射塑料、环氧树脂或陶瓷型的材料开始进行模制而制成。

10、根据前述权利要求中的任一项所述的装置，该装置的特征在于，遮断器装置(6)在其下游端(6B)包括定位为至少部分地覆盖该遮断器装置(6)的下游端(6B)的绝缘屏蔽件(30)，从而防止电弧(5)在其已经通过遮断器装置(6)之后从遮断器装置(6)逃逸。

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