CN102570339B - 用于电路保护的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电路保护的装置和方法。其中，提供了一种远离电弧闪光转移能量的装置。该装置包括：电弧源，其被构造为形成第二电弧闪光；等离子体枪，其被构造为响应于电弧闪光在电弧源附近喷射等离子体；电弧遏制装置，其容纳电弧源和等离子体枪；排气端口，其被构造为将排出气体从该装置在第一方向发送出来；以及，排气管，其与排气端口联接成流动连通，该排气管包括基本上中空的管，其包括第一管部和第二管部，第一管部与排气端口联接成流动连通，第二管部限定排气口且与第一管部联接成流动连通，以将排出气体从该装置在第二方向发送出来。

Description

用于电路保护的装置和方法

技术领域

本文所述的实施例大体而言涉及电力器械保护装置(powerequipment protection devices)，且更特定而言涉及用于导送排出气体和压力(exhaust gases and pressure)远离电弧发生位置的设备。

背景技术

已知的电力电路和开关设备通常具有由诸如空气，或者气体或者固体电介质这样的绝缘物分隔的导体。但是，如果这些导体过于紧密地位于一起，或者如果在导体之间的电压超过导体之间绝缘物的绝缘性能，就可发生电弧。在导体之间的绝缘物可被电离，这使得绝缘物导电且允许形成电弧闪光。

电弧闪光包括在两个相导体之间，相导体与中性导体之间或者相导体与接地点之间的故障所致的快速能量释放。电弧闪光温度可到达或超过20,000℃，其可使得导体和相邻器械汽化。此外，电弧闪光可释放大量以热、强光、压力波和/或声波形式的能量，足以破坏导体和相邻的器械。但是，生成电弧闪光的故障的电流水平通常小于短路的电流水平，使得电路断路器可不跳闸或者展示延迟的跳闸，除非电路断路器被具体地设计成处置电弧故障条件。

标准电路保护装置(诸如熔断器和电路断路器)通常并不足够迅速地反应以减轻电弧闪光。一种展示充分快速响应的已知电路保护装置为电“撬棒(crowbar)”，其通过故意地形成电“短路”远离电弧闪光点转移电能来利用机械和/或机电过程。然后，通过使得熔断器或电路断路器跳闸来清除这种故意的短路故障。但是，使用撬棒所形成的故意短路故障可允许大的电流水平流经相邻的电器械，从而仍能损坏该器械。

另一种展示足够快速响应的已知的电路保护装置为电弧遏制装置，其形成遏制的电弧(contained arc)以将电能远离电弧闪光点转移。举例而言，一些已知的装置生成电弧(诸如二次电弧闪光)，以用于耗散与在电路上检测到的一次电弧相关联的能量。至少一些已知的电弧遏制装置包括排放端口，其沿着侧表面定位以缩短远离形成遏制的电弧的位置且到环境内的排放路径。但是，这种通风方案释放高压热气到器械封壳内，其可对同一封壳内的其它电子模块造成额外损坏。

由于至少上述的原因，存在对于电弧遏制装置的需要，该电弧遏制装置具有改进的排气管设备，改进的排气管设备将排出气体从电弧遏制装置上的排气端口朝最佳方向导向到器械封壳内。

此外，由于至少上文所述的原因，存在对于具有排气管设备的电弧遏制装置的需要，其简单、结实、廉价且并无移动部件。

发明内容

在一方面，提供一种用于将能量远离在电力系统内发生的电弧闪光进行转移的装置。该装置包括电弧源(arc source)，其被构造为形成第二电弧闪光(second arc flash)；等离子体枪，其被构造和安置成响应于电弧闪光在所述电弧源附近喷射等离子体；电弧遏制装置(arccontainment device)，其被构造和安置成容纳所述电弧源和所述等离子体枪，所述电弧遏制装置包括排气端口(exhaust port)，所述排气端口被构造为将排出气体在第一方向从所述电弧遏制装置发送出来；以及，排气管(exhaust duct)，其被构造为在操作上(operatively)与所述排气端口联接成流动连通(flow communication)，该排气管包括基本上中空的管，其包括第一管部和第二管部；所述第一管部被构造为与所述排气端口联接成流动连通；所述第二管部限定排气口(exhaust vent)且与所述第一管部联接成流动连通，以将排出气体从所述电弧遏制装置在第二方向发送(route)出来。

在另一方面，提供一种制造装置的方法。该方法包括：安置电弧源，其被构造为形成第二电弧闪光；安置等离子体枪，其被构造为响应于电弧闪光在所述电弧源附近喷射等离子体；安置电弧遏制装置，以便容纳所述电弧源和所述等离子体枪；将排气端口设置成与电弧遏制装置流动连通；将排气端口安置成将排出气体从电弧遏制装置在第一方向发送出来；以及，将排气管安置成与排气端口流动连通以将排出气体从该装置在第二方向发送出来。

附图说明

图1为具有电路保护系统的示例性电子器械堆(electronicequipment stack)的正视图。

图2是可结合图1所示的电路保护系统使用的示例性电弧遏制装置的透视示意图。

图3是图2所示的电弧遏制装置的截面示意图。

图4为图2所示的电弧遏制装置的局部分解图。

图5为图1所示的电路保护系统的透视示意图。

图6为图1所示的电路保护系统的局部分解图。

图6A为图1的替代实施例电路保护系统的局部分解图。

具体实施方式

在本文中描述了结合电路保护系统使用的装置和方法的示例性实施例。这些实施例在生成电弧闪光之后促进了排出气体、热和压力从电路保护系统出来的流动。举例而言，电路保护系统能接收指示检测到联接到电路保护系统的电力系统内一次电弧闪光的信号。该电路保护系统然后能生成二次电弧闪光来将一次电弧闪光生成的能量远离电力系统进行转移。此外，这些实施例促进了排出气体、热和压力从作为电路保护系统的部分的电路保护装置出来的流动。将排出气体远离电路保护装置发送(例如在基本上竖直方向)，保护了该电路保护系统和位于器械封壳内的任何其它电器械免受排出气体、热和压力的流动。

图1是容纳于器械封壳102内的示例性电子器械堆100的正视图。该堆100包括一个或多个电子模块104和电路保护系统106，电路保护系统106向电子模块104提供保护以例如避免电弧闪光事件。封壳102包括多个隔室，包括：下部隔室108；中央隔室110，其容纳电路保护系统106；以及，上部隔室112，其容纳电子模块104。封壳102具有顶壁114，顶壁114在封壳102的第一侧壁116与第二侧壁118之间延伸。诸如通风口的排气开口(在图1中未图示)穿过顶壁114延伸且流动连通地联接到排气通风系统(exhaust plenum)(在图1中未图示)。排气通风系统在电子模块102后方从顶壁114向下延伸且到中央隔室110内，其中排气通风系统相对于电路保护系统106定位。应当指出的是，电路保护系统106包括电弧转移装置(在图1中未图示)。电弧转移装置将能量远离诸如电子模块104或馈电的电路中检测的电弧闪光事件转移。电弧转移装置可为电弧遏制装置，其在下文中更详细地描述。或者，电弧转移装置可为栓接故障装置(bolted fault device)，其将与电弧闪光事件相关联的能量转移到另一位置以便以任何合适方式来耗散。

图2是可结合图1的电路保护系统106使用的示例性电弧遏制装置200的透视示意图；且图3是电弧遏制装置200的截面示意图；以及图4为电弧遏制装置200的局部分解图。在一示例性实施例中，电弧遏制装置200包括顶部覆盖物202(图2至图6)，排气歧管204(图3和图4)，冲击屏蔽件206(在图3和图4中示出)以及导体组件208(图4)。如在图2、图3、图5和图6中所示的那样，导体组件208包括导体基部210和导体覆盖物212，多个电导体(未图示)定位于它们之间。每个电导体联接到支承电弧源电极216(图4)的电极支承件214。每个电弧源电极216刚性地安装到导体覆盖物212上且间隔开，以限定电弧源电极间隙284。每个电导体(未图示)延伸穿过导体基部210以将电极216连接到电源(未图示)，诸如电力总线。导体基部210和导体覆盖物212可由任何合适电绝缘材料和复合物制成，以提供电极216的电绝缘支承件。

电弧触发装置(诸如等离子体枪282)安置于电弧源电极间隙284附近，例如，相对于电弧源电极216安置于中央，且被构造为使得电弧源电极间隙284中的空间的一部分电离。在一实施例中，等离子体枪282作为电弧减轻技术喷射等离子体，以响应于指示联接到电路保护系统106的电力系统内的一次电弧闪光的信号而形成二次发弧故障。在一实施例中，等离子体枪282由等离子体枪覆盖物218(图3)覆盖。在操作中，电弧源电极216生成电弧(诸如二次电弧闪光)，以用于耗散由电路上检测的一次电弧闪光相关联的能量，从而在电弧遏制装置200内产生排出气体、热和压力。

导体覆盖物212包括多个安装孔口(未图示)，安装孔口的大小各适于在其中接纳相应紧固机构以将导体覆盖物212联接到支承件，诸如导体基部210。此外，导体覆盖物212包括边缘部220，边缘部220中形成有多个凹口222(图4)。如将在下文中更详细地讨论，导体覆盖物212包括一个或多个配合部件(诸如肋状物229)，其被构造为与形成于排气歧管204的排气端口构件345中的相对应的配合部件(诸如槽353)配合。

顶部覆盖物202包括顶表面242、唇缘244和在顶表面242与唇缘244之间延伸的侧表面246。唇缘244的大小适于盖住排气歧管柱232(图2和图4)且包括多个安装孔口248，安装孔口248大小适于在其中接纳相应紧固机构(诸如螺栓249)以联接到导体覆盖物212。举例而言，顶部覆盖物202的每个安装孔口248与排气歧管204的相应安装孔口和导体覆盖物212的相应安装孔口222对准。

此外，如图3和图4所示，冲击屏蔽件206的大小适于覆盖电极216且安置于电极216上，使得电弧源包含于屏蔽件206内。在一实施例中，冲击屏蔽件206固定地联接到导体覆盖物212的顶表面224上。

在示例性实施例中，冲击屏蔽件206包括顶表面226和侧表面228。多个排气口230形成于顶表面226和侧表面228中。排气歧管204的大小适于覆盖冲击屏蔽件206。排气歧管204包括多个柱232(图4)。每个柱232包括安装孔口(未图示)，其大小适于在其中接纳相应紧固机构以将排气歧管204联接到导体覆盖物212。此外，每个柱232的大小适于装配在导体覆盖物212的相应凹口222内。

在示例性实施例中，且如图3所示，顶部覆盖物202的大小适于覆盖排气歧管204使得歧管204由覆盖物202包含且在它们之间限定腔238以用作通路或排气路径240，在图3中大体上以箭头“P”指示。在一示例性实施例中，排气歧管204还包括顶表面234，其具有穿过它延伸且与排气路径240流动连通的多个排气口236。同样，多个排气口236与冲击屏蔽件206的多个排气口230流动连通。此外，排气歧管204包括至少一个排气端口构件345。排气端口构件345包括第一排气端口表面351，其被构造为与顶部覆盖物202的一部分合作以限定开口或间隙358。间隙358安置成与排气路径240流动连通且被布置成提供排气端口350来从腔238排放排出气体、热和压力且从电弧遏制装置200出来。在一示例性实施例中，排气歧管204包括形成于排气歧管204外部上的两个排气端口构件345。在操作中，一个或多个配合部件(诸如置于排气端口构件345上的槽353)，与相对应的配合部件(诸如置于导体覆盖物212上的肋状物229)合作以提供结构刚性且防止排出气体、热和压力从排气歧管204内不当地“吹送(blow-by)”到电接地(诸如框架204)且由此防止不当的接地撞击。

而且，电弧遏制装置200包括位于顶部覆盖物202外围上的一个或多个非导电排气管322。在一示例性实施例中，如图4至图6所示，电弧遏制装置200包括两个排气管322。每个排气管322从排气端口350导引排出气体。

图5为电路保护系统106的透视示意图，且图6为电路保护系统106的局部分解图。在一示例性实施例中，电路保护系统106包括控制器300和电弧遏制装置200。框架302的大小适于在器械封壳102(图1)内支承电弧遏制装置200。优选地，框架302与地电联接。控制器300联接到框架302以在从设备封壳102插入或移除电路保护系统106时将控制器300固定到电弧遏制装置200。在一示例性实施例中，框架302包括底壁304、第一侧壁306和第二侧壁308。侧壁306和308各包括一个或多个辊310，辊310的大小适于插入于架设轨(racking rail)(未图示)中或者结合架设轨使用，架设轨设于诸如中央隔室110(图1)的封壳隔室内。

在操作期间，控制器300从例如电子模块104(图1)接收指示由一个或多个监视装置(未图示)，诸如电流传感器、电压传感器等所监视的电路上检测到一次电弧闪光的信号。响应于该检测，控制器300使得等离子体枪282发出消融等离子体羽流。具体而言，等离子体枪282将等离子体发出到限定于电极216(图4)之间的间隙284内。等离子体降低了电极216顶端之间的阻抗以能形成二次电弧闪光。二次电弧闪光释放包括热、压力、光和/或声的能量。

二次电弧闪光也形成排出气体。排出气体通过冲击屏蔽件206的排气口230导送。排出气体也通过排气歧管204的排气口236(图4)导送且到限定于排气歧管204与顶部覆盖物202之间的排气路径240(图2)内。排出气体沿着排气路径240流动且在第一方向导送通过排气端口350且然后通过排气管322在第二方向导送，且从电弧遏制装置200出来，诸如到器械封壳102内的排气通风系统(在图5和图6中未图示)内。举例而言，在图6所示的实施例中，第二方向可在与第一方向相同的方向。在图6A所示的另一实施例中，第二方向可相对于第一方向成角度。举例而言，在一实施例中，当第一方向基本上竖直时，第二方向可基本上水平。在另一实施例中，当第一方向基本上竖直时，第二方向可基本上水平。

虽然在附图中以举例方式而非限制方式示出了每个排气管322具有大体上三角形截面，但设想到每个排气管322可包括具有任何大体上方便截面的管路、管道或通道。每个排气管322可定向且布置成在任何所需预定方向导向排出气体。同样，虽然在附图中的实施例以举例方式而不是限制方式示出了两个排气端口350，但应了解任意数量的排气端口可如所述的那样形成且布置成与排气路径240流动连通。同样，虽然在附图中的实施例以举例方式而不是限制方式示出了两个排气管322与相对应的排气端口350流动连通，但应了解在一实施例中可提供任意数量的排气管322。在一实施例中，如图6所示，每个排气管322包括下部或第一排气管部326和联接到下部排气管部326的上部或第二排气管部328。举例而言，下部排气管部326包括唇缘330，唇缘330至少部分地沿着顶端332的外围延伸。唇缘330的大小适于插入到上部排气管部328的底端334。下部排气管部326包括沿着底端338的至少一部分的凸缘336。凸缘336包括多个安装孔口340，安装孔口340的大小适于在其中接纳相应紧固机构以联接到顶部覆盖物202。举例而言，下部排气管部326的每个安装孔口340与顶部覆盖物202的相应安装孔口248和排气歧管204的相应安装孔口对准。同样，上部排气管部328包括沿着顶端344的至少一部分的凸缘342。凸缘342包括多个安装孔口346，安装孔口340的大小适于在其中接纳相应紧固机构以联接到顶部覆盖物202。举例而言，上部排气管部328的每个安装孔口346与顶部覆盖物202的相应安装孔口348对准。优选地且如图4至图6所示，上部排气管部328的远端被构造为具有保护网格或丝网347以防止物体不当地进入到排气管322内。

虽然在附图中的实施例以举例说明方式而非限制性方式示出了每个排气管322由两个单独部件形成，但应了解在一实施例中，每个排气管322可为整体的或者为联接在一起的任何所需数量的部件。

多个第一主电连接器312联接到电弧遏制装置200以将电弧遏制装置200电连接到电路(未图示)的多个导体(未图示)，该电路由电弧遏制装置200监视和/或受电弧遏制装置200保护。此外，控制器300(图5)包括第一次电连接器(secondary connector)314，其将控制器300连接到第二次连接器(未图示)以用于执行诊断和/或等离子体枪发射测试。位置指示器316联接到顶部覆盖物202且被定向成接合设于架设盒(未图示)中的开关(未图示)，以指示电弧遏制装置200在架设盒内的位置，如在下文中更详细地描述的那样。举例而言，位置指示器316包括凸缘318，凸缘516具有穿过它延伸的一个或多个安装孔口320且其大小适于接纳相应紧固机构以将位置指示器316联接到顶部覆盖物202。因此，顶部覆盖物202包括一个或多个相对应的安装孔口(未图示)，其位于凸缘318的相应安装孔口320下方。应当指出的是，位置指示器316可联接到电弧遏制装置200的任何合适部分，其使得开关能指示架设盒内的电弧遏制装置200的位置。

上文详细描述了在用于保护配电器械的装置中使用的设备的示例性实施例。这些系统、方法和设备不限于本文所述的具体实施例，而相反，方法的操作和/或系统和/或设备的部件可独立地且与本文所述的其它操作和/或部件分开地使用。此外，所描述的操作和/或部件还可限定在其它系统、方法和/或设备中，或结合其它系统、方法和/或设备使用，且不限于仅利用如本文所述的系统、方法和储存介质来实施。

尽管本发明结合示例性电路保护环境来描述，但本发明的实施例结合许多其它通用或专用电路保护环境或构造来操作。电路保护环境并不旨在提出对本发明任何方面的用途或功能范围的任何限制。此外，电路保护环境不应被理解为具有关于示例性操作环境中所示的任一部件或部件组合的任何依赖性或要求。

在本文所示和所述的本发明的实施例中的操作的执行或实行次序并非至关重要的，除非规定为其它情况。即，除非规定为其它情况，可以任何次序来执行操作，且本发明的实施例可包括除本文所公开的那些操作之外的操作或比本文所公开的那些操作更少的操作。举例而言，设想到在另一操作之前，与另一操作同时或者在另一操作之后实行或执行特定操作在本发明的方面范围内。

当介绍本发明的方面的元件或其实施例时，冠词“一”、“该”和“所述”预期表示存在这些元件中的一个或多个。用语“包括”、“包含”和“具有”预期是包括性的且意味着可存在除了所列出元件之外的额外元件。

本书面描述使用实例来公开本发明(包括最佳实施方式)，且也能使本领域技术人员实践本发明(包括做出和使用任何装置或系统和执行任何合并的方法)。专利保护范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等效结构元件，那么其它实例预期在权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种用于将能量远离在电力系统内发生的一次电弧闪光进行转移的装置，所述装置包括：

电弧源，其被构造为形成第二电弧闪光；

等离子体枪，其被构造和安置成响应于所述一次电弧闪光在所述电弧源附近喷射等离子体；

电弧遏制装置，其被构造和安置成容纳所述电弧源和所述等离子体枪，所述电弧遏制装置包括排气端口，所述排气端口上安置有一个或多个配合部件并且被构造为将排出气体在第一方向从所述电弧遏制装置发送出来；以及

排气管，其被构造为在操作上与所述排气端口联接成流动连通，所述排气管包括：

基本上中空的管，其包括第一管部和第二管部；

所述第一管部被构造为与所述排气端口联接成流动连通；

所述第二管部限定排气口且与所述第一管部联接成流动连通，以将所述排出气体从所述电弧遏制装置在第二方向发送出来；

其中所述一个或多个配合部件与相对应的配合部件合作以防止排气的不当吹送。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二方向为基本上竖直方向。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二方向为基本上水平方向。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二方向相对于所述第一方向成角度。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第一管部包括第一端和第二端，所述第一端和第二端联接成流动连通；

所述第二管部包括第三端和第四端，所述第三端和第四端联接成流动连通；

所述第一端还被构造成与所述排气端口联接成流动连通；以及

所述第二端被构造为与所述第三端流动连通。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一管部和所述第二管部形成为单个单元。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一个或多个配合部件是槽或肋状物中的一种，并且相对应的配合部件是槽或肋状物中的另一种。

8.一种制造将能量远离在电力系统内发生的一次电弧闪光进行转移的装置的方法，所述方法包括：

安置电弧源，所述电弧源被构造为形成第二电弧闪光；

安置等离子体枪，所述等离子体枪被构造为响应于所述一次电弧闪光在所述电弧源附近喷射等离子体；

安置电弧遏制装置以便容纳所述电弧源和所述等离子体枪，将其上置有一个或多个配合部件的排气端口安置成与所述电弧遏制装置流动连通；

将所述一个或多个配合部件和与相对应的配合部件安置成合作以便在操作上防止排气的不当吹送；

将所述排气端口设置成将排出气体从所述电弧遏制装置在第一方向发送出来；以及

将排气管安置成与所述排气端口流动连通，以将所述排出气体从所述装置在第二方向发送出来。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二方向为基本上竖直方向。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二方向为基本上水平方向。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二方向相对于所述第一方向成角度。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述排气管形成为单个单元。