CN104637709A - 断路器气体引导系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于断路器的气体引导系统，该系统包括装配在通风口上方的绝缘壳体，该通风口在断路器操作时传输热气体。壳体具有相位隔板和横向隔板，其中，相位隔板使相位部段彼此分离，而横向隔板将用于每个相位的通风部段与端子部段分离开。在通风部段中设置有气体引导结构，该气体引导结构使热气体朝向气体排出所穿过的孔口重新定向。整个结构可以具有比先前的设计间隔要求更小的轮廓。

Description

断路器气体引导系统

技术领域

本发明大体上涉及断路器和用于断路器的气体引导和排气装置的领域。更具体地，本发明涉及用于在断路器操作期间对热气体和导电材料重新引导和排出的系统。

背景技术

在工业中存在许多针对包括断路器在内的开关装置的应用。通常，断路器通过限制来自电源比如电网的电流而对接线和各种下游部件提供保护。在许多工业环境中，使用三相断路器，在三相断路器中，三相电源通过断路器硬件被布线至负载。断路器可以闭合以完成通往下游设备比如马达驱动器、开关装置、马达起动器等的电力路径。当发生某些情况时，断路器可以被断开，从而中断全部三个相的电流。在大部分应用中，提供了手动复位，从而允许操作人员在断路器断开之后重新闭合断路器以重新操作。在许多应用中，断路器还可以是通过对杆、旋钮或其他接口硬件进行致动而被手动断开。

断路器、特别是在工业的或类似的封罩中的断路器的设计和使用中存在的一个挑战涉及在断路器操作期间适当地排出热气体。也就是说，当断路器断开时，由于断开开始时与通过装置的所有电流消失之间的流通能量而使得触头和周围的结构被显著地加热。在该过程中材料可能被汽化并且气体可能被离子化，使得排气包括热气体和导电离子(例如等离子体)两者。在许多断路器设计中，制造商可能建议留有间隙或邻近程度限制以留出用于排气的空间。然而，这对封罩内的空间强加了不理想的约束。此外，热气体从断路器的自由排出可能使封罩内的内压不利地增加，特别是如在许多应用中那样当这些断路器受到限制时。通过由于自由排气引起的压力的高升高率加重了压力增加。

因此，存在对用于可以解决这种缺点的断路器应用的改进设计的需要。

发明内容

本公开涉及响应这种需要而设计的系统。根据本公开的一个方面，提供了一种断路器气体引导系统，该系统包括绝缘的塑料壳体，该绝缘的塑料壳体构造成装配在断路器的气体排出部的上方。相位分离隔板设置在壳体中并且使三个通风部段彼此分离，对每个相应的电相位限定有一个通风部段。气体引导隔板使每个通风部段与用于每个相应的相位的相位端子部段分离。孔口使每个通风部段与周围环境连通。

根据本公开的另一方面，断路器气体引导系统包括绝缘的塑料壳体，该绝缘的塑料壳体构造成装配在断路器的气体排出部的上方。相位分离隔板设置在壳体中并且使三个通风部段彼此分离，对每个相应的电相位限定有一个通风部段，并且气体引导隔板使每个通风部段与用于每个相应的相位的相位端子部段分离。孔口使每个通风部段与周围环境连通。通风部段成形为容纳排出气体并且从而限制在孔口的周围环境侧上的气体压力的升高率。塑料壳体、相位分离隔板和气体引导隔板包括单个模制件。

本公开还提供了断路器气体引导系统，该断路器气体引导系统包括断路器和盖，其中，断路器具有在断路器操作时排出气体的相位通风口。盖装配在相位通风口上方并且包括绝缘的塑料壳体、相位分离隔板、气体引导隔板和孔口，其中，相位分离隔板设置在壳体中并且使三个通风部段彼此分离，对每个相应的电相位限定有一个通风部段，气体引导隔板使每个通风部段与用于每个相应的相位的相位端子部段分离，孔口使每个通风部段与周围环境连通。

本公开中阐述的技术还提供了包括一个或多个断路器和如所公开的相关的气体引导系统的电气系统，比如马达控制中心。

附图说明

本发明的这些和其他特征、方面和优点将在参照附图阅读下面的详细描述时变得更好理解，在附图中，贯穿附图，相同的附图标记指示相同的部件，其中，

图1示出了可能结合工业设备使用的处于封罩中的示例性断路器组件；

图2是同一断路器组件的分解图，其中，前板和侧板被移除以显示断路器和一些操作机构；

图3是图2中所示类型的示例性断路器的立体图，示出了示例性操作组件和本文所公开的盖；

图4是同一断路器组件的分解图，示出了各种操作部件、气体引导部件、以及位置调节部件；

图5是装置的相似的后视分解立体图；

图6是具有示例性气体引导盖的同一断路器的分解图；

图7是气体引导盖的仰视立体图；

图8是气体引导盖的俯视立体图；

图9是具有调节系统的安装基部的后视图，其中，调节系统被安装用于调节断路器相对于支承件、安装件和操作硬件的位置；

图10是同一结构的后视立体图，其中，调节板与基部分离以示出调节板的特征；

图11是示例性操作系统的分解图，其中，示例性操作系统包括提环(bail)、基部和其间的断路器；

图12和图13示出了图11中所示的示例性提环和基部；以及

图14至图16示出了为4极断路器设计的气体引导断路器盖的替代性实施方式。

具体实施方式

图1示出了示例性断路器组件10，该示例性断路器组件10利用根据本公开的部件和特征。断路器组件可以用于包括工业环境、商业环境在内的大范围的环境，并且用于各种应用，比如制造、材料处理、运输、加工业等。在许多应用中，断路器组件将安装在封罩12中，并且该封罩或包含在该封罩中的部件可以进而安装在更大的封罩和系统中。在一些工业环境中，例如，这种断路器组件可以安装在用来控制被驱动的一个或多个马达的操作以执行自动化任务的马达控制中心(MCC)中。在许多这些应用中，操作者手柄14、旋钮或相似的机械装置将设置成允许在正常操作期间断开和闭合(以及复位)断路器。这些操作者手柄14、旋钮或相似的机械装置通常设置在封罩的外表面上或靠近封罩的外表面设置以允许在不打开封罩的情况下操作。例如，在图1的图示中，操作者手柄14从封罩的前板16突出，比如穿过孔口18。

应该指出的是，本公开意在扩展为实现将所公开的断路器和相关的技术包括和结合在电气设备及系统中，特别是MCC中。在下述专利中提供了这种MCC的详细描述：2013年10月8日授权给Blodorn等人的名称为“马达控制中心网络连接方法及系统(MotorControl Center Network Connectivity Method and System)”的美国专利No.8,553,395，以及2013年4月13日授权给Malkowski，Jr等人的名称为“用于马达控制中心的总线支承系统(Bus SupportSystem for a Motor Control Center)”的美国专利No.8,420,935，这两个专利在此通过参引并入本公开中。如将被本领域技术人员理解的，这种系统一般包括一个或多个封罩部分，一个或多个封罩部分封装在设置有密封门的金属箱中。这种系统的部件组合在机架或抽屉中，并且有利的是可以相当紧密地包装。本技术允许在这些系统中使用断路器，满足与MCC相关联的需求严格的应用、特别是在操作期间定位和通风，并且在需要的情况下能够实现比先前的方法更紧密的包装。

图2以分解图示出了同一示例性结构。在该视图中，示出了手柄组件20，手柄组件20具有用于示出在不同位置的两个断路器组件的手柄14。侧板22也已被移除以露出断路器24本身以及致动连杆26和操作组件28，该致动连杆26和操作组件28用于通过操作者手柄14的移动断开和闭合断路器。应该指出的是，在该视图中为了清楚起见移除了一些部件，比如用于将机构偏压在期望位置中的偏压弹簧。致动连杆26机械地联接至操作者手柄14并且可以通过操作者手柄的移动被推动或拉动以使断路器操作组件在其断开位置与闭合位置之间移动。在图示的实施方式中，操作组件28包括提环30和基部32，该提环30和基部32连接在一起并且与如下所述的断路器接合以断开和闭合断路器。可以设计各种连杆机构和机械结构以致动提环从而致动断路器，并且这些特定的结构和布置通常超出本公开的范围。

图3图示了断路器24，该断路器24从封罩移除并且与操作连杆和其他机构断开连接。在该示例性实施方式中，断路器自身包括壳体34，该壳体34接收来自电源(例如电网)的电力并且将电力提供至负载(例如马达)。特别地，在该实施方式中，在断路器的上部作出线路侧连接部，并且在断路器的下部作出负载侧连接部。该负载侧连接部被相位分离器36分离开。在线路侧上作出相似的分离。

操作组件28在此包括提环30和基部32，该基部32连接至提环并且枢转地支承提环。基部32允许安装断路器并且将断路器紧固地保持在位，而提环允许断路器在其操作位置之间切换。在所图示的实施方式中，断路器具有若干操作状态，包括“开”、“关”、“跳闸”和“复位”。提环和基部由绝缘塑料材料制成，通常模制成其最终形状。根据当前构思的实施方式，提环和基部由相同的模制塑料材料制成，并且提环和基部中的每一者通常包括单片模制材料。用于提环的合适的材料可以包括例如玻璃填充的聚丙烯酰胺，比如Ixef 1022，但也可以使用其他材料。用于基部的合适的材料可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，比如Rynite FR945。如本文所使用的，术语“绝缘的”意味着材料在暴露于电位差或接触电位差——比如在操作期间通过断路器排出的热气体或离子化材料——时将不传导电荷。

所示提环包括前侧部42以及大致封围断路器的侧部38和40。槽44形成在前侧部中并且接纳从断路器延伸的拨动杆46，当提环相对于基部旋转时，能够使提环将拨动杆移动，从而使断路器在其操作状态之间切换。在图3的图示中，在断路器的上侧部上设置有气体引导盖48，并且该气体引导盖48允许引导和排出在断开断路器时所产生的气体。气体引导盖还容置有用于将电力线的三个相连接至断路器的端子。

图4以分解立体图示出了相同的布置。在这里提环30已经从基部32移除并且可以看到提环30的侧部、大体形状和槽44。盖48也向上分解以显示断路器的上部部件。在图4的图示中，可以看到允许气体在操作期间逸出断路器的通风口。如将被本领域技术人员理解的，这种气体通常包括最终被冷却、但在离开装置时通常是导电的离子化粒子和等离子体。在图4的图示中，例如，可以看到侧通风口50和上通风口52。上通风口52通常允许气体从断路器内的每个分离的相位部逸出。绝缘塑料提环30的设置允许这种导电气体在不将电荷传递至导电的移动部件(提环和基部不导电)的情况下从通风口50逸出以及从围绕断路器的任何其他通风口逸出。

在图4的图示中，在盖48下方还可以看到线路侧端子54。可以提供多个进入点和连接形式以将相导体连接至这些端子。

同样在图4所示的实施方式中，可以看到在提环30的近侧的枢转孔口56，其中，在相反侧上设置有相似的孔口。枢转孔口允许提环关于基部的设置在延伸部60上的突出的枢转销58枢转。

此外，在图4的图示中，可以看到从基部32的后部分解出的调节板62。如下面更详细地讨论的，该调节板允许断路器松弛地装配至基部，并且随后调节到位(例如向上地和向下地调节)以改善断路器相对于其他致动部件的位置。调节板62通过调节螺钉操作以提供断路器位置所需的连续调节。

在图5中还图示了这些相同的部件。此处，提环再次从基部分解出，其中，与基部的对应的枢转销58接合的枢转孔口56是可见的。在盖48的下方还可以看见上部气体通风口52。调节板62和带螺纹的调节螺钉64示出为从后侧66分解出，其中，调节板62和带螺纹的调节螺钉64在安装和操作期间置于后侧66。

图6、图7和图8图示了气体引导盖48的示例性实施方式的细节，其中，气体引导盖48设计成装配在断路器上并且引导在断路器断开时排出的气体。如图6中所示，盖包括壳体68，该壳体68由绝缘塑料材料制成，比如玻璃纤维填充的阻燃剂尼龙66。盖装配在断路器的上部通风口52和端子54两者的上方。盖的前侧部70被排气孔口72贯穿，其中，排气孔口72允许热气体和导电材料在断路器断开时从断路器的各个相中的每一相排出。断路器的盖可以设置有顶出件74，顶出件74是邻接弱化区域或较薄区域的板或区域，该弱化区域或较薄区域使得在穿过盖进行接线的位置处可以容易地移除一些部分。替代性地，导体可以穿过盖的与前部70相反的背侧。当设置有顶出件时，顶出件将提供具有大约12mm的宽度的开口。

盖的内部构造在图7中最弱化区域佳地示出。这里，同样地，盖48包括塑料绝缘壳体68，该塑料绝缘壳体68具有用于每个电相位的部段。这些部段由沿着壳体纵向地延伸的相位分离隔板76形成。气体引导隔板78横向于这些相位分离隔板形成。形成的内部结构在气体引导隔板的最接近孔口72的一侧有效地限定了通风部段80，而在气体引导隔板的相反侧有效地限定了相位端子部段82。因而，在所示实施方式中，在断路器断开时从断路器排出的气体被限定在通风部段80内，并且每个通风部段通过相位分离隔板与相邻的通风部段分离开。这使气体仅通过孔口72通风而不朝向端子向后通风。此外，气体转向结构84可以一体地形成在每个通风部段内以在通风时控制气体的流动和压力。在当前构思的实施方式中，例如，包括隔板、转向结构和孔口的通风部段的构型使气体压力(即背压)增加，从而在通风时限定气体并且限制断路器周围的大气中的压力升高率。这可以有效地限制封罩内的压力升高率，从而当气体逸出到断路器的受限空间和通风部段时限定气体，直到所有气体压力均衡为止。

盖设计成借助于形成在其下部处的相位分离隔板76和凸部84紧密地装配在断路器上。这些凸部可以在形成在断路器的相位部段之间的凹槽88(参见图6)内滑动。形成的结构提供了排出气体的容纳、气体的导向、气体压力的控制以及通风部段与相位端子部段的分离。

如图8所示，排出气体通常沿90度的重新定向路径从附图的向上方向向外重新引导穿过孔口72，正如箭头92所指示的。该重新定向由转向结构84辅助。通过重新定向、气体容纳和气体分离，与现有的断路器通风结构相比，盖可以以非常小的轮廓制成。尺寸90表示盖的在断路器的高度之上的高度。在当前构思的实施方式中，高度90可以为大约25mm，而在没有盖的情况下，则需要大约100mm的间隔。该降低的高度允许断路器和整个组件在封罩内以更小且更密集地组装的方式放置。

用于调节断路器位置的当前构思的结构在图9和图10中示出。如上所讨论的，绝缘基部32允许断路器和提环的安装。然而，可能需要断路器相对于该基部和提环调节位置。为了允许这种调节，调节板62设置在基部的后凹部94中。紧固件96延伸穿过调节板并且贯穿基部，并且紧固至断路器壳体。这些紧固件中的一些紧固件比如铆钉98可以使调节板初始固定至基部。其他紧固件将通常包括螺钉，这些螺钉延伸穿过调节板和基部并且延伸进入设置在断路器壳体中的相应的孔口。

所图示的实施方式中的调节板是大致Z形形状的以在断路器的中心线的每一侧上提供良好的支承。在所图示的实施方式中，调节板的上部100在中心线的一侧支承断路器，而下部102在相反侧上支承断路器。在调节板和基部中可以提供特征以获得对准并且当板和断路器一起相对于基部和提环运动时保持对准。在所示实施方式中，例如，在调节板中设置有对准槽104，而对应的对准突出部106从基部延伸。这些结构均在图9和图10中示出。

对断路器的位置进行调节如下进行。首先，断路器安装在基部上，其中，调节板62通常已经借助于铆钉98安装在基部中。然而，这些铆钉足够松弛地装配以允许板相对于基部的平移运动。断路器通过穿过设置在基部和调节板中的孔口安装紧固件而安装至基部，如图10中最佳地示出的。在断路器被安装、但略微松弛地安装的情况下，呈螺纹紧固件64形式的连续调节构件可以被调节以使调节板和断路器一起相对于基部和提环向上和向下地运动。在所示实施方式中，调节紧固件64的旋转运动通过图9中的箭头108示出，从而导致如箭头110所指示的平移运动。为了允许平移，孔口——所有紧固件经由孔口穿过基部——被开槽，正如图10中的附图标记112所指示的。连续调节通过下述部件获得：形成在基部中的一个肩部或凸部114或者多个肩部或凸部、以及调节板中的对应的凸部116。因而，紧固件的旋转允许调节板连同断路器一起相对于基部和提环连续向上和向下地平移。一旦这些部件处于所需位置，所有紧固件则可以被紧固以将部件锁定至其所需位置或关系。在需要任何后续变化的情况下，该步骤可以通过简单地松开紧固件、对连续调节紧固件64进行调节以及重新紧固安装紧固件来重复进行。

关于提环和基部部件的当前构思的实施方式在图11至图13中示出。如上文所指出的，提环30包括槽44，该槽44接纳用于断路器操作的拨动杆46。侧部38和40可以与断路器接界或者部分地围绕断路器并且特别是围绕位于断路器的侧部上的通风口50。特别是有鉴于制造提环和基部的绝缘材料，排出气体不具有不利影响。这里，同样地，如上面所指出的，枢转孔口56示出为位于提环的侧部中，并且这些枢转孔口56与基部的枢转销58接合。在所示实施方式中，在这些销中的每个销上形成有斜面118以允许提环上的对应位置处的凹部120在销上滑动，从而使提环的侧部略微变形直到提环在基部上卡合为止。为了限制提环相对于基部的不利的运动，可以提供一个或多个运动抵抗特征，比如突出部或凸台122(参见图12和图13)。

在所示实施方式中，提环的另一特征包括形成一体式连杆槽124，该连杆槽124接纳上文讨论的致动连杆(例如参见图2)。在所示实施方式中，这些一体式连杆槽124在提环的两侧上以对称位置设置以允许连杆设置在一个或两个位置中。提环还可以包括设计成允许辅助特征的致动的突出部或特征。这些突出部或特征例如以图12中的突出部126和图13中的侧突出部128的形式示出。如本领域技术人员将理解的，辅助开关(为了清楚起见被移除)可以安装至断路器自身或安装至基部，或安装至任何外围结构并且可以用来通过参考提环的位置提供断路器的操作状态的确认信号。因而，当提环被升高或降低时，突出部126和128可以致动(闭合)一个或多个辅助开关和停用(断开)一个或多个辅助开关。

在实现上述技术的各种替代性的结构及系统之中的是4极式的盖(以及其他操作部件)。图14至图16示出了为4极断路器设计的用于气体引导盖的当前构思的实施方式。如图14中可见的，4极气体引导盖130可以装配至4极断路器132，断路器以与前面的附图所示的3极式断路器相似的方式构造，但是更宽，其中，附加的极邻近前三个极定位。在该构型中，4极气体引导盖130可以包括补充有附加延伸部134的3极盖48。在该延伸部中提供了相似的结构，以及与3极实施方式相同的气体分离特征和引导特征和功能。如图15所示，延伸部可以包括排气孔口72和位于端子侧上的顶出件74。盖将在端子部段136和附加极的排气孔口138上装配，并且如上所述地如其他盖结构那样操作。如图16所示，为了便于延伸部的安装和操作，机械接收件140可以形成在3极盖48上，该3极盖48接收延伸部的对应凸部142。该布置使两个本体彼此紧固地接合，允许3极盖的端壁用作分隔器，并且在不需要改变3极盖的结构或不需要制造不同的3极式盖的情况下允许同一3极盖用于3极应用和4极应用两者。

尽管本文示出和描述了本发明的仅仅一些特征，但本领域技术人员可以进行许多变型和修改。因此，应理解的是所附权利要求意在涵盖落入本发明的实质精神内的所有这种变型和修改。

Claims (20)

1.一种断路器气体引导系统，包括：

绝缘的塑料壳体，所述绝缘的塑料壳体构造成装配在断路器的气体排出部的上方；

相位分离隔板，所述相位分离隔板设置在所述壳体中并且使三个通风部段彼此分离，其中对每个相应的电相位限定有一个通风部段；

气体引导隔板，所述气体引导隔板使每个通风部段与用于每个相应的相位的相位端子部段分离；以及

孔口，所述孔口使每个通风部段与周围环境连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体、所述相位分离隔板和所述气体引导隔板由相同的绝缘塑料制成。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述塑料壳体、所述相位分离隔板和所述气体引导隔板包括单个模制件。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体具有大约25mm的高度。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体包括顶出件，所述顶出件用于在所述系统安装在断路器上时接近设置在所述相位端子部段中的端子。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，当所述顶出件被移除时，在所述壳体中形成具有不超过大约12mm的宽度的开口。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通风部段成形为引导气体以大致90度的弯曲的方式从所述断路器排出。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述通风部段成形为容纳排出气体并且从而限制在所述孔口的周围环境侧上的气体压力的升高率。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体包括接合导轨，所述接合导轨构造成至少沿所述通风部段的边界滑动地接合所述断路器上的通道。

10.一种断路器气体引导系统，包括：

绝缘的塑料壳体，所述绝缘的塑料壳体构造成装配在断路器的气体排出部的上方；

相位分离隔板，所述相位分离隔板设置在所述壳体中并且使三个通风部段彼此分离，其中对每个相应的电相位限定有一个通风部段；

气体引导隔板，所述气体引导隔板使每个通风部段与用于每个相应的相位的相位端子部段分离；以及

孔口，所述孔口使每个通风部段与周围环境连通；

其中，所述通风部段成形为容纳排出气体并且从而限制在所述孔口的周围环境侧上的气体压力的升高率；以及

其中，所述塑料壳体、所述相位分离隔板以及所述气体引导隔板包括单个模制件。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述壳体具有大约25mm的高度。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述壳体包括顶出件，所述顶出件用于在所述系统安装在断路器上时接近设置在所述相位端子部段中的端子。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，当所述顶出件被移除时，在所述壳体中形成具有不超过大约12mm的宽度的开口。

14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述通风部段成形为引导气体以大致90度的弯曲的方式从所述断路器排出。

15.根据权利要求10所述的系统，其中，所述壳体包括接合导轨，所述接合导轨构造成至少沿着所述通风部段的边界滑动地接合所述断路器上的通道。

16.一种断路器气体引导系统，包括：

断路器，所述断路器具有在所述断路器操作时排出气体的相位通风口；以及

盖，所述盖装配在所述相位通风口的上方并且包括绝缘的塑料壳体、相位分离隔板、气体引导隔板以及孔口，其中，所述相位分离隔板设置在所述壳体中并且使三个通风部段彼此分离，对每个相应的电相位限定有一个通风部段，所述气体引导隔板使每个通风部段与用于每个相应的相位的相位端子部段分离，所述孔口使每个通风部段与周围环境连通。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述壳体、所述相位分离隔板和所述气体引导隔板由相同的绝缘塑料制成。

18.根据权利要求16所述的系统，所述塑料壳体、所述相位分离隔板以及所述气体引导隔板包括单个模制件。

19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述通风部段成形为引导气体以大致90度的弯曲的方式从所述断路器排出。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述通风部段成形为容纳排出气体并且从而限制在所述孔口的周围环境侧上的气体压力的升高率。