CN103227081B - 灭弧槽组件和制造其的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及灭弧槽组件和制造其的方法。灭弧槽组件(20)包括：外壳(28)，其具有第一壁(38)、第二壁(44)、和联接到第一壁上的成对侧壁(40,42)，壁构造成形成电弧区(34)，该外壳还具有在侧壁之间联接到第一壁上的分隔壁(50)，该分隔壁构造成形成第一子电弧区(72)、第二子电弧区(74)、和电弧板区，第一子电弧区和第二子电弧区构造成与电弧板区流连通；支承件(32)，其联接到第一壁和侧壁上；以及联接到支承件上的电弧板(30)，该电弧板具有在侧壁之间和分隔壁上方延伸的本体(82)。
Description
技术领域
本文所述的实施例总体上涉及一种用于断路器的灭弧槽(arc chute)组件，且更具体地涉及用于分配形成在断路器内的气体压力的方法和系统。
背景技术
断路器的电流中断能力可部分取决于使当断路器接触器断开时产生的电弧熄灭的能力。即使接触器分离，电流也会继续流经通过接触器和周围材料的气化而形成的电离气体。断路器需要方便和有效的电弧冷却以有利于有效的电流中断。断路器包括位于灭弧槽中的子电极。灭弧槽构造成使当断路器跳闸且断路器的接触器快速断开时产生的电弧熄灭。典型地，每个灭弧槽都与单相、例如3相配电系统的一个相相关。
传统灭弧槽包括以间隔开的关系构成并由介电侧面板保持在适当位置的一系列金属板。当断路器的接触器断开时，所产生的电弧被驱动至灭弧槽的金属板，此处电弧随即被板熄灭。金属板提高了断路器中的电弧电压以产生电流限制作用，由此提供下游防护。
用于断路器的电流路径的每一个子电极都包括灭弧槽。子电极并联地电气连接并通过分隔壁在断路器的内部隔开。由于构件差异，当断路器跳闸时，一个子电极可能承受比另一个子电极更高的压力。虽然提高在电流中断期间产生(generate)的气体的体积并强化电流流动有助于熄灭电弧，但提高的气体体积提高了子电极内以及因此灭弧槽和断路器外壳(housing)上的压力。一些情况下，暴露于较高温度的子电极可引起外壳壁和灭弧槽的损伤，这可能限制断路器的电流中断能力。
发明内容
在一方面，提供一种灭弧槽组件。该灭弧槽组件包括外壳，该外壳具有第一壁、第二壁、和联接到第一壁上的成对侧壁。壁构造成形成电弧区。外壳还具有在侧壁之间联接到第一壁上的分隔壁。该分隔壁构造成形成第一子电弧区、第二子电弧区、和电弧板区。第一子电弧区和第二子电弧区构造成与电弧板区流连通。该灭弧槽组件还包括联接到第一壁和侧壁上的支承件，以及联接到支承件上的电弧板。电弧板具有在侧壁之间和分隔壁上方延伸的本体。
在另一方面，提供一种配电系统。该配电系统包括外壳，该外壳具有第一壁、第二壁和联接到第一壁上的成对侧壁。第一壁和侧壁构造成形成电弧区。外壳还具有在侧壁之间联接到第一壁上的分隔壁。该分隔壁构造成形成第一子电弧区、第二子电弧区、和电弧板区。第一子电弧区和第二子电弧区构造成与电弧板区流连通。该配电系统还包括联接到第一壁和侧壁上的支承件，以及联接到支承件上的电弧板。电弧板具有在侧壁之间和分隔壁上方延伸的本体。该配电系统还包括断路器，该断路器联接到外壳上并具有联接在第一子电弧区内的第一子电极和联接在第二子电弧区内的第二子电极。
根据一实施例，电弧板包括邻近一个侧壁联接到支承件上的第一端和邻近另一个侧壁联接到支承件上的第二端。
根据一实施例，电弧板定位在第一子电弧区和第二子电弧区上方。
根据一实施例，电弧板包括定位在第一子电弧区上方的第一凹部和定位在第二子电弧区上方的第二凹部。
根据一实施例，电弧板还包括邻近分隔壁定位的第三凹部。
根据一实施例，第三凹部在第一凹部与第二凹部之间。
根据一实施例，分隔壁具有比侧壁中的至少一个的高度更小的高度。
根据一实施例，电弧板区构造成分配形成在第一子电弧区和第二子电弧区内的气体压力。
在又一方面，提供一种制造灭弧槽组件的方法。该方法包括形成外壳，该外壳具有第一壁、第二壁、和联接到第一壁上的成对侧壁。壁构造成形成电弧区。该方法还包括将分隔壁定位在侧壁之间。该分隔壁构造成在外壳内形成第一子电弧区、第二子电弧区、和电弧板区。该方法还包括将电弧板联接到外壳上。电弧板具有在侧壁之间和分隔壁上方延伸的本体。
根据一实施例，形成分隔壁包括形成与电弧板区流连通的第一子电弧区和第二子电弧区。
根据一实施例，将电弧板联接到外壳上包括将电弧板的第一凹部定位在第一子电弧区上方和将电弧板的第二凹部定位在第二子电弧区上方。
附图说明
图1示出了断路器的示意性框图。
图2示出了与图1中所示的断路器联用的外壳组件的顶部透视图。
图3示出了与图1中所示的断路器联用的外壳的一部分的正透视图。
图4示出了示例性电弧板的正视图。
图5示出了联接到图4中所示的电弧板上的支承件的正透视图。
图6是联接到图3中所示的外壳上的支承件和电弧板的正透视图。
图7示出了多个断路器和灭弧槽组件的正透视图。
图8是示出了制造灭弧槽组件的方法的示例性流程图。
部件列表
10 配电系统
12 电源
14 断路器
16 电力负载
18 接触组件
20 灭弧槽组件
22 第一子电极
24 第二子电极
26 接触器
28 第一外壳
30 电弧板
32 支承件
33 外壳组件
34 电弧区
36 第二外壳
38 第一壁
40 侧壁
42 侧壁
44 第二壁
46 侧壁
48 侧壁
50 分隔壁
52 第一壁顶部
54 底部
56 内侧
58 外侧
60 侧壁顶部
62 底部
64 侧壁顶部
66 底部
68 顶部
70 底部
72 第一子电弧区
74 第二子电弧区
76 电弧板区
78 第一端
80 第二端
82 本体
84 第一凹部
86 第二凹部
88 第三凹部
90 边缘
92 边缘
94 边缘
96 第一顶部区段
98 第二顶部区段
100 通气(vent)区段
102 第一侧壁
104 第二侧壁
106 紧固件
108 盖板
200 流程图
210 形成外壳，该外壳具有第一壁、相对的第二壁和联接到第一壁和第二壁上的后壁，第一壁、第二壁和后壁构造成形成电弧区
220 在第一壁与第二壁之间形成分隔壁，该分隔壁构造成在外壳内形成第一子电弧区、第二子电弧区、和电弧板区
230 在第一壁与第二壁之间形成分隔壁，该分隔壁构造成在外壳内形成第一子电弧区、第二子电弧区、和电弧板区
240 将电弧板联接到外壳上，该电弧板具有在第一壁与第二壁之间和分隔壁上方延伸的本体。
具体实施方式
图1示出了包括电源12、断路器14、和电力负载16的配电系统10的示意性框图。电源12包括诸如但不限于输入电线的线路。电力负载16包括诸如但不限于电气设备或电路的输出。断路器14包括接触器组件18和灭弧槽组件20。在一个实施例中，断路器14包括第一子电极22和第二子电极24。每个子电极22和24都具有可移动接触器26。灭弧槽组件20包括外壳28、电弧板30、和支承件32。灭弧槽组件20构造成有利于分配当断路器接触器26在过流负载状态下断开时形成的气体压力。灭弧槽组件20还构造成有利于熄灭当断路器接触器26在过流负载状态期间断开时形成的电弧。
图2示出了与图1中所示的断路器联用的外壳组件33的顶部透视图。外壳组件33包括由第一外壳28和第二外壳36形成的三个电弧室或电弧区34。第一外壳28包括第一壁38和联接到其上并从其延伸的一对侧壁40、42。第二外壳36包括第二壁44和从其延伸的一对侧壁46、48。第一外壳28连接到第二外壳36上，使得第一外壳侧壁40、42分别与第二外壳侧壁46、48接触。
图3示出了与配电系统10(在图1中示出)联用的第一外壳28的正透视图。第一外壳28构造成耐受当断路器接触器26(在图1中示出)在过流负载状态期间断开时产生的气体压力。第一外壳28包括分隔壁50。第一壁38包括顶部52、底部54、内侧56、和外侧58。侧壁40联接到内侧56上并从内侧56向外延伸。侧壁40包括顶部60、底部62、和在顶部60与底部62之间延伸的高度H1。侧壁42联接到内侧56上并从内侧56向外延伸。侧壁42包括顶部64、底部66、和在顶部64与底部66之间延伸的高度H2。分隔壁50联接到内侧56上并从内侧56向外延伸。分隔壁50包括顶部68、底部70、和在顶部68与底部70之间延伸的高度H3。在一个实施例中，分隔壁50的高度H3比高度H1和高度H2中的至少一个更小。
第一壁38和侧壁40、42形成电弧区34的至少一部分。电弧区34具有从侧壁40延伸到侧壁42的宽度W。分隔壁50定位在侧壁40、42之间，使得分隔壁50和侧壁40形成第一子电弧区72且分隔壁50和侧壁42形成第二子电弧区74。此外，电弧板区76定位在分隔壁50上方。第一子电弧区72和第二子电弧区74通向电弧板区76中并与电弧板区76流连通。第一子电弧区72具有宽度W1。在一个实施例中，宽度W1小于电弧区34的宽度W。第二电弧区74具有宽度W2。在一实施例中，宽度W2比电弧区34的宽度W小。在该示例性实施例中，宽度W1与宽度W2大致相同。
图4示出了电弧板30的正视图。电弧板30联接到支承件32(在图1中示出)上以有利于平息电弧能量。电弧板30包括第一端78、第二端80、和在第一端78与第二端80之间延伸的本体82。在一个实施例中，本体82由诸如例如钢的导电和/或磁性材料形成以有利于吸引电弧能量。
电弧板30包括第一凹部84、第二凹部86、和第三凹部88，使得第一凹部84、第二凹部86、和第三凹部88延伸到本体82中。第一凹部84和第二凹部86构造成容许接触器26(在图1中示出)的移动。第三凹部88构造成有利于将电弧板30定位在外壳28(在图3中示出)内。在一个实施例中，第三凹部88定位在第一凹部84与第二凹部86之间。
第一凹部84由边缘90限定且第二凹部86由边缘92限定。在一个实施例中，边缘90朝向彼此成角度且边缘92朝向彼此成角度。在该示例性实施例中，第一凹部84和第二凹部86大致呈“V”形。在备选实施例中，第一凹部84和第二凹部86包括诸如但不限于圆形的其它形状，以容许接触器26的移动。
第三凹部88由边缘94限定。在该示例性实施例中，第三凹部88大致呈“U”形且构造成容许将电弧板30定位在分隔壁50上方，使得分隔壁50至少部分地在第三凹部88内延伸。第三凹部88可包括容许将电弧板30定位在外壳28内的其它形状，诸如但不限于成角度的形状。在一个实施例中，第三凹部88与分隔壁50的顶部58的形状互补。
图5示出了联接到多个电弧板30上的支承件32的第一透视图。在一个实施例中，支承件32被涂覆有气体析出(evolving)材料，诸如但不限于填充三聚氰胺甲醛的纤维、填充有三水合氧化铝(ATH)的玻璃聚酯或通过设置由此类材料制成的插件以有利于分配在电流中断期间产生的体积提高的气体。
支承件32构造成有利于将电弧板30联接到第一外壳28(在图3中示出)上。支承件32包括第一顶部区段96、第二顶部区段98、和联接到第一顶部区段96和第二顶部区段98上的通风区段100。第一顶部区段96包括构造成保持至少一个电弧板30的第一侧壁102。第二顶部区段98包括构造成保持至少一个电弧板30的第二侧壁104。在一个实施例中，每个侧壁102和104都包括构造成联接到电弧板30上的紧固件106。紧固件106被确定尺寸并成形为使得电弧板30可以可移除地联接到其上。
图6是联接到第一外壳28上的多个电弧板30和支承件32的正透视图。出于图示的目的，图6示出了三个灭弧槽组件20。在备选实施例中，可使用任何数量的灭弧槽组件20以有利于断路器14(在图1中示出)的操作。在一个实施例中，第一顶部区段96联接到第一壁顶部52并联接到侧壁顶部60上且第二顶部区段98联接到第一壁顶部52并且联接到侧壁顶部64上。在该示例性实施例中，通风区段100定位在第一顶部区段96与第二顶部区段98之间。
在一个实施例中，每个电弧板30都联接到支承件32上并定位在电弧区34内。在该示例性实施例中，每个电弧板第一端78都在邻近外壳侧壁40的位置联接到第一顶部区段96上。此外，每个电弧板第二端80都在邻近外壳侧壁42的位置联接到第二顶部区段98上。每个电弧板30都在第一子电弧区72和第二子电弧区74上方的位置在电弧板区76内并跨越电弧板区76延伸。第一凹部84定位在第一子电弧区72上方且第二凹部86定位在第二子电弧区74上方。此外，如图所示，每个第三凹部88都定位在分隔壁50的上方。
电弧板30定位在支承件32内并互相平行地互连。电弧板30在相同方向上相对于彼此侧向偏离使得由单独的凹部84和86形成的空腔跟随(follow)各可移动接触器26的半径。如图6中进一步示出地，灭弧槽组件20还包括联接到支承件32上的至少一个盖板108。盖板108构造成有利于使电弧板30在支承件32内对齐。出于图示的目的，示出了包括盖板108的两个示例性灭弧槽组件20且示出了盖板108被移除的一个示例性灭弧槽组件20。
图7示出了三个灭弧槽组件20和接触器组件18的正透视图。在备选实施例中，使用多于或少于三个灭弧槽组件，以有利于断路器14(在图1中示出)的操作。每个灭弧槽组件都与3相配电系统的一个相相关。更具体而言，第一子电极22和第二子电极24与从电源12(在图1中示出)接收的电力的单相相关。第一子电极22和第二子电极24联接到外壳28上。在该示例性实施例中，第一子电极22邻近侧壁40联接在第一子电弧区72内且第二子电极24邻近侧壁42联接在第二子电弧区74内。第一子电极22和第二子电极24在相应的子电极电弧区72和74内布置在分隔壁50的相对侧。侧壁40、42和分隔壁50为了结构支承而将子电极22和24彼此机械地关联，以有利于子电极22和24承受当断路器在过流负载状态期间操作或“跳闸”以断开接触器26时的应力。第一子电极22的接触器26部分地定位在第一凹部84内且第二子电极24的接触器26定位在第二凹部86内。由相应的单独凹部84和86形成的空腔在过流负载状态期间跟随各可移动接触器26的半径。
在一示例性操作模式期间，电流从电源12(在图1中示出)经断路器14流向电力负载16(在图1中示出)。当过流负载状态发生时，断路器14跳闸，以有利于在电源12与电力负载16之间的电流中断。断路器14的跳闸使第一子电极22的接触器26迅速断开并枢转通过由电弧板30的第一凹部84形成的空腔且使第二子电极24的接触器26迅速断开并枢转通过由电弧板30的第二凹部86形成的空腔。当接触器26断开时，可产生电弧，该电弧可允许电流继续流经由电弧形成的气体。通过电弧形成气体提高了灭弧槽组件20内的压力。
分隔壁50比侧壁40和侧壁42短，使得电弧板区76在侧壁40与侧壁42之间以及第一子电弧区72和第二子电弧区74上方延伸，以在灭弧槽组件20内提供与传统灭弧槽相比提高的体积。分隔壁50的高度容许在第一子电弧区72、第二子电弧区74和电弧板区76之间的流连通，以允许在第一子电弧区72与第二子电弧区74之间的压力均衡。灭弧槽组件20因此构造成分配当接触器组件18的接触器26在过流负载状态期间断开时形成的气体压力。此外，灭弧槽组件20构造成有利于平息当接触器组件18的接触器26在过流负载状态期间断开时形成的电弧。更具体而言，灭弧槽组件20将气流从第一子电弧区72和第二子电弧区74中的一个或两个引向电弧板区76和电弧板30以强化电弧冷却和电弧的迅速终止，而同时分配由电弧形成的提高的气体压力。不论哪一个子电极22和24经历较高的电弧能量，施加在外壳28、36上的气体压力都由于在第一子电弧区72与电弧板区76之间以及在第二子电弧区74与电弧板区76之间的流连通而被分散并减小。
另外，由于分隔壁50比侧壁40和侧壁42短，因此每个电弧板30都在电弧板区76内以及子电弧区72和74内在侧壁40和42之间延伸。电弧板30提供比仅在一个子电弧区上方延伸的传统电弧板多的表面区域，这是因为电弧板30从侧壁40延伸到侧壁42并在两子电弧区72和74上方延伸。包含多个电弧板30有利于将电弧分割成一系列较小的电弧以迅速耗散和熄灭电弧。此外，冷却作用从电弧附于电弧板30、电弧板30的气化、和气体从通气区段100的排出而获得。
图8是示出了制造灭弧槽组件、例如灭弧槽组件20(在图1中示出)的方法210的示例性流程图200。方法210包括形成220成对外壳，诸如外壳28、36(在图2中示出)。第一外壳具有联接到成对侧壁上的第一壁且第二外壳具有联接到成对侧壁上的第二壁。第一壁和第二壁以及相应的侧壁形成电弧区。方法210还包括将分隔壁、例如分隔壁50(在图3中示出)定位230在侧壁之间，以在外壳内形成第一子电弧区、第二子电弧区、和电弧板区。分隔壁具有比侧壁中的至少一个的高度小的高度且第一子电弧区和第二子电弧区与电弧板区流连通。
另外，诸如电弧板30(在图4中示出)的多个电弧板联接240到外壳上并在第一壁与第二壁之间和分隔壁上方延伸。该方法包括在电弧板内形成第一凹部、第二凹部、和第三凹部。该方法还包括将电弧板的第一凹部定位在第一子电弧区上方并将电弧板的第二凹部定位在第二子电弧区上方，以使得第一凹部和第二凹部提供用于断路器的接触器的移动的通道。
本文中所述的实施例提供了用于断路器的灭弧槽组件。该灭弧槽组件的尺寸确定、形状和定向通过平息在断路器故障状态期间产生的电弧而有利于电流中断。该灭弧槽组件可用于电源模块的新建或改装已有的断路器。在一个实施例中，分隔壁比侧壁短并形成用于气体分散的高容积电弧板区。在示例性实施例中，多个电弧板跨越电弧板区并在子电弧区上方延伸以提供更多用于电弧附着的表面区域。
本文中所述的灭弧槽组件的技术效果在于电弧板区提供了用于气体膨胀和分散的更多容积。该灭弧槽组件的又一技术效果在于第一子电弧区和第二子电弧区与电弧板区流连通，以允许在第一子电弧区与第二子电弧区之间的压力均衡。该灭弧槽组件的另一技术效果在于电弧板跨越电弧板区延伸以提供用于电弧附着的更多表面区域。
以上详细描述了灭弧槽组件和制造方法的示例性实施例。灭弧槽组件和方法并不局限于本文所述的特定实施例，而是相反地，灭弧槽组件的构件和/或方法的步骤可与本文所述的其它构件和/或步骤独立地和分开地利用。例如，灭弧槽组件和方法也可与其它电气系统和方法相结合地使用，且不局限于仅以如本文所述的电源模块来实施。
虽然本发明的各种实施例的特定特征可能在一些图中示出而在其它图中未示出，但这只是为了方便起见。按照本发明的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征来进行论述和/或主张权利。
此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能实施本发明，包括制造并利用任何层(layer)或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。如果此类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，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性区别的等同结构元件，则此类其它实例预期在权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种灭弧槽组件(20)，包括：
外壳(28)，其具有第一壁(38)、第二壁(44)、和联接到所述第一壁上的成对侧壁(40,42)，所述第一壁、所述第二壁和所述成对侧壁构造成形成电弧区(34)，所述外壳还具有在所述侧壁之间联接到所述第一壁上的分隔壁(50)，所述分隔壁构造成形成第一子电弧区(72)、第二子电弧区(74)、和电弧板区(76)，所述第一子电弧区和所述第二子电弧区构造成与所述电弧板区流连通，所述电弧板区（76）定位在所述分隔壁(50)上方并且在所述第一子电弧区(72)和所述第二子电弧区(74) 上方延伸；
支承件(32)，其联接到所述第一壁和所述侧壁上；以及
联接到所述支承件上的电弧板(30)，所述电弧板具有在所述侧壁之间和在所述分隔壁上方延伸的本体(82)。
2.根据权利要求1所述的灭弧槽组件(20)，其特征在于，所述电弧板(30)定位在所述第一子电弧区(72)和所述第二子电弧区(74)上方。
3.根据权利要求1所述的灭弧槽组件(20)，其特征在于，所述电弧板(30)包括定位在所述第一子电弧区(72)上方的第一凹部(84)。
4.根据权利要求1所述的灭弧槽组件(20)，其特征在于，所述电弧板(30)包括定位在所述第二子电弧区(74)上方的第二凹部(86)。
5.根据权利要求1所述的灭弧槽组件(20)，其特征在于，所述电弧板(30)包括邻近所述分隔壁(50)的第三凹部(88)。
6.根据权利要求1所述的灭弧槽组件(20)，其特征在于，所述分隔壁(50)具有比所述侧壁(40,42)中的至少一个的高度更小的高度。
7.根据权利要求1所述的灭弧槽组件(20)，其特征在于，所述电弧区(34)具有在所述侧壁(40,42)之间延伸的宽度。
8.根据权利要求7所述的灭弧槽组件(20)，其特征在于，所述第一子电弧区(72)和所述第二子电弧区(74)中的每一个都具有比所述电弧板区(76)的宽度更小的宽度。
9.根据权利要求1所述的灭弧槽组件(20)，其特征在于，所述第一子电弧区(72)和所述第二子电弧区(74)的尺寸大致相同。
10.一种配电系统(10)，包括：
外壳(28)，其具有第一壁(38)、第二壁(44)、和联接到所述第一壁上的成对侧壁(40,42)，所述第一壁和所述侧壁构造成形成电弧区(34)，所述外壳还具有在所述侧壁之间联接到所述第一壁上的分隔壁(50)，所述分隔壁构造成形成第一子电弧区(72)、第二子电弧区(74)、和电弧板区(76)，所述第一子电弧区和所述第二子电弧区构造成与所述电弧板区流连通，所述电弧板区（76）定位在所述分隔壁(50)上方并且在所述第一子电弧区(72)和所述第二子电弧区(74) 上方延伸；
支承件(32)，其联接到所述第一壁和所述侧壁上；
联接到所述支承件上的电弧板(30)，所述电弧板具有在所述侧壁之间和在所述分隔壁上方延伸的本体(82)；以及
断路器(14)，其联接到所述外壳上并具有联接在所述第一子电弧区内的第一子电极(22)和联接在所述第二子电弧区内的第二子电极(24)。
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