CN105917430B - 挡弧装置 - Google Patents

Abstract

挡弧板(100)包括：第一挡板部件(102)，该第一挡板部件具有设置在其中的数个第一通气孔(110)，每个通气孔都被构造成接收由于电弧作用而产生的电离气体；第二挡板部件(104)，该第二挡板部件具有设置在其中的数个第二通气孔(116)；设置在第一挡板部件与第二挡板部件之间的多孔材料区段(106)；和邻近第二挡板部件设置在多孔材料区段的相对侧的罩盖(108)。所述第一通气孔与所述第二通气孔横向地间隔开预定距离(d)，使得从所述第一通气孔中的一个通过的由于电弧作用而产生的所述电离气体(16)在从所述第二通气孔(116)中的一个通过之前必须大体沿所述多孔材料区段最少行进所述预定距离(d)。

Description

挡弧装置

对相关申请的交叉引用

本申请要求2013年11月15日提交的美国专利申请序列号No.14/081,042的优先权并主张其权益，所述美国专利申请通过引用结合入本文。

技术领域

所公开的概念总体上涉及电气开关设备，更具体地涉及用于在这种电气开关设备中使用的挡弧装置。

背景技术

诸如断路器的电气开关设备为电气系统提供对电气故障状态例如电流过载、短路、非正常电平电压状态的保护。

例如，断路器典型地包括一组固定电触头和一组可动电触头。当期望断路器导通电力电路时，固定电触头和可动电触头彼此物理接触和电接触。当需要中断电力电路时，可动触头和固定触头分离。在可动触头与固定触头初始分离时，在触头之间的空间内形成电弧。电弧提供了从闭合电路向断开电路平稳过渡的手段，但是对断路器设计者也提出了诸多挑战。其中之一便是电弧导致通过断路器向负载的不期望的电流流动。此外，在触头之间延伸的电弧，通常会引起触头材料自身的汽化或者升华。所以，期望在任何这种电弧传播时尽快消除这些电弧。

为了有助于这一过程，断路器典型地包括被构造成用于吸引并断开电弧的电弧隔板组件。具体地，断路器的可动触头安装在容纳于枢转组件内的臂上，当可动触头与固定触头相接触或者断开接触时，该枢转组件旋转可动触头使其越过或通过电弧隔板。各电弧隔板包括多个安装在封套上的间隔开的灭弧板(arc plate)。在运行时，当可动触头远离固定触头移动时，可动触头越过灭弧板的端部，其中电弧被磁性地移向灭弧板并置于灭弧板之间。灭弧板彼此电绝缘，使得电弧被灭弧板切断并熄灭。在美国专利US 7,034,242；US 6,703,576和US 6,297,465中公开了电弧隔板的例子。

另外，随着电弧自身的产生，可导致过多热量和附加电弧并且因而对电气构件有害的电离气体作为电弧作用的副产物而产生。在电弧作用期间产生的电离气体会不期望地撞击地面并形成接地故障问题。另外，诸如熔融金属粒子或等离子体的碎屑可能在电弧作用期间形成并因而容易由电离气体携带。在电弧作用期间这种电离气体和熔融粒子的不受控制的释放对位于断路器附近的构件和/或人会是极有害的。

因此，需要提供在离开断路器的壳体之前控制和除去电离气体和等离子体的机构。

因此，用于电弧隔板组件的挡弧板和用于电气开关设备诸如断路器的电弧隔板组件存在有改进的空间。

发明内容

可供用于在电离等离子体离开电弧隔板时控制和冷却电离等离子体的所公开的概念的实施例满足了以上及其它需要。

根据所公开的概念的一方面，一种挡弧板包括：第一挡板部件，具有设置在其中的数个第一通气孔，每个所述第一通气孔都被构造成接收由于电弧作用而产生的电离气体；第二挡板部件，具有设置在其中的数个第二通气孔；设置在所述第一挡板部件与所述第二挡板部件之间的多孔材料区段；和在所述多孔材料区段的相对侧设置在所述第二挡板部件附近的罩盖，所述罩盖具有设置在所述第二通气孔附近的数个开口。所述第一通气孔与所述第二通气孔横向地间隔开预定距离，使得从所述第一通气孔中的一个通过的由于电弧作用而产生的电离气体在从所述第二通气孔中的一个通过之前必须大体沿所述多孔材料区段最少行进所述预定距离。

所述数个第一通气孔可设置成从所述第一挡板部件的中心线朝向其第一端偏置，且所述数个第二通气孔可设置成从所述第二挡板部件的中心线朝向其第二端偏置。

所述第一挡板部件和所述第二挡板部件中的每一者都可具有大体平坦的形状。

所述多孔材料区段可包括多个大体平坦的筛网。

所述多个大体平坦的筛网可设置成与所述第一挡板部件和所述第二挡板部件大体平行并设置在所述第一挡板部件和所述第二挡板部件之间。

每个所述筛网都可由钢和玻璃纤维强化聚酯形成。

所述罩盖可包括邻近所述数个开口设置在其下侧的空腔部且所述第二挡板部件和所述多孔材料区段可容纳在所述空腔部中。

所述第一挡板部件可经由数个紧固件联接到所述罩盖。

所述罩盖还可包括被构造成接合形成在电弧隔板的各部分中的相应开孔的数个突片。

根据所公开的概念的另一方面，一种电弧隔板包括：第一侧壁；第二侧壁；设置在所述第一侧壁与所述第二侧壁之间并由其支承的多个导电弧板，所述多个导电弧板是被构造成吸引由于设置成与其相邻的电触头的分离所引起的电弧作用而产生的电弧；和设置在所述多个导电弧板附近的挡弧板。所述挡弧板包括：第一挡板部件，其中设置有数个第一通气孔，每个所述第一通气孔都被构造成接收由于电弧时间而产生的电离气体；第二挡板部件，其中设置有数个第二通气孔；设置在所述第一挡板部件与所述第二挡板部件之间的多孔材料区段；和在与所述多孔材料区段相反的一侧设置在所述第二挡板部件附近的罩盖，所述罩盖具有设置在所述第二通气孔附近的数个开口。所述第一通气孔与所述第二通气孔横向地间隔开预定距离，使得从所述第一通气孔的其中一个通过的由于电弧作用而产生的电离气体在从所述第二通气孔的其中一个通过之前必须大体沿所述多孔材料区段最少行进所述预定距离。

所述罩盖还可包括从其相对两侧延伸出的数个突片，所述第一侧壁可包括第一开孔，所述第二侧壁可包括第二开孔，并且所述罩盖可经由所述突片与所述第一和第二开孔的接合而联接到所述第一侧壁和所述第二侧壁。

所述数个第一通气孔可设置成从所述第一挡板部件的中心线朝向所述第一挡板部件的第一端偏置，且所述数个第二通气孔可设置成从所述第二挡板部件的中心线朝向所述第二挡板部件的第二端偏置。

所述第一挡板部件和所述第二挡板部件中的每一者都可具有大体平坦的形状。

所述多孔材料区段可包括多个大体平坦的筛网。

所述多个大体平坦的筛网可设置成与所述第一挡板部件和所述第二挡板部件大体平行并设置在其间。

所述罩盖可包括邻近所述数个开口设置在其下侧的空腔部且所述第二挡板部件和所述多孔材料区段可容纳在所述空腔部中。

所述第一挡板部件可经由数个紧固件联接到所述罩盖。

根据所公开的概念的又一方面，一种电气开关设备包括：设置在壳体内的可分离的电触头和设置在所述可分离的电触头附近的电弧隔板。所述电弧隔板包括：第一侧壁；第二侧壁；设置在所述第一侧壁与所述第二侧壁之间并由其支承的多个导电弧板，所述多个导电弧板是被构造成吸引由于设置成与其相邻的电触头的分离所引起的电弧作用而产生的电弧；和设置在所述多个导电弧板附近的挡弧板。所述挡弧板包括：第一挡板部件，其中设置有数个第一通气孔，每个所述第一通气孔都被构造成接收由于电弧时间而产生的电离气体；第二挡板部件，其中设置有数个第二通气孔；设置在所述第一挡板部件与所述第二挡板部件之间的多孔材料区段；和在所述多孔材料区段的相对侧设置在所述第二挡板部件附近的罩盖，所述罩盖具有设置在所述第二通气孔附近的数个开口。所述第一通气孔与所述第二通气孔横向地间隔开预定距离，使得从所述第一通气孔的其中一个通过的由于电弧作用而产生的电离气体在从所述第二通气孔的其中一个通过之前必须大体沿所述多孔材料区段最少行进所述预定距离。

所述罩盖还可包括从其相对两侧延伸的数个突片，所述第一侧壁可包括第一开孔，所述第二侧壁可包括第二开孔，并且所述罩盖可经由所述突片与所述第一和第二开孔的接合而联接到所述第一侧壁和所述第二侧壁。

所述罩盖还可包括开口且所述挡弧板可经由设置在所述开口内的紧固件而联接到所述壳体。

所述第一挡板部件和所述第二挡板部件中的每一者都可呈大体平坦的形状并且所述多孔材料区段可包括设置成与所述第一挡板部件和所述第二挡板部件大体平行并设置在其间的多个大体平坦的筛网。

所述罩盖可包括邻近所述数个开口设置在其下侧的空腔部，所述第二挡板部件和所述多孔材料区段可收纳在所述空腔部中，并且所述第一挡板部件可经由数个紧固件与所述罩盖联接。

在参考附图阅读以下说明和附后权利要求后，所公开的概念的这些和其它目的、特征和特点以及结构的相关元件和零部件的组合的操作方法和功能及制造的经济性将变得显而易见，所有附图构成本说明书的一部分，其中同样的附图标记在各图中表示对应的部件。然而，应该清楚地理解的是，附图仅出于图示和说明的目的且并非意图作为对所公开的概念的限制的定义。

附图说明

通过结合附图阅读以下对优选实施例的描述，能够获得所公开的概念的完整理解，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的包括具有挡弧板的电弧隔板组件的断路器的一部分的截面图。

图2是图1中的断路器的一部分的等轴视图，其中电弧隔板组件被显示为从断路器分解。

图3、4和5分别是图1和2的挡弧板的俯视图、侧视图和底视图。

图6是图1-5的挡弧板的分解等轴视图。

图7是沿断路器的另一截面截取的图1的断路器的一部分的放大截面图，显示了挡弧板和电离气体相对于挡弧板的流动。

具体实施方式

尽管显然所公开的概念的实施例还能够被应用于具有电弧隔板的各种电气开关设备(例如，非限制性地，电路开关装置及其它电路中断器，诸如接触器、电机起动器、电机控制器和其它负载控制器等)，为了便于说明，将说明所公开的概念的实施例应用于用于塑壳断路器的电弧隔板。

本文中所使用的定向用语，例如，左、右、上、下、前、后及其衍生词，涉及附图中所示的元件的取向，不对权利要求进行限制，除非在其中明确说明。

如本文中所使用的，两个或两个以上的部件被“联接”在一起的表述所述零件被直接连接在一起或者通过一个或一个以上中间部件连接在一起。

如本文中所使用的，术语“电离的”意思是完全地或部分地转变为离子，并且至少在某种程度上为导电的，例如，断路器的可分离电触头在断开时在触头之间形成电弧而产生的电离气体。

如本文中所使用的，术语“数量”将表示一或大于一的整数(即多个)。

如本文中所使用的，术语“紧固件”指的是任何合适的连接或紧固机构，清楚地包括但不限于螺钉、螺栓、螺母(例如但不限于锁紧螺母)和其组合。

如本文中所使用的，术语“横向地间隔开”意思是朝物体的一侧分隔开一定距离。在将位于不同的大体平行的平面内的两个物体表述为“横向地间隔开”的情况下，这种间距应当指的是所述物体在叠置在单个平面上的情况下其间的距离。

图1示出了电气开关设备的一部分，诸如断路器2，包括壳体4、被壳体4封闭的可分离触头6、8(例如，固定触头6和可动触头8)，以及被构造为断开和闭合可分离触头6、8的操作机构10(图1中以简化形式示出)。具体地，操作机构10被构造成响应于电气故障(例如，非限制性地，过电流情况、过载情况、低压情况或相对高电平短路或故障情况)而跳闸断开可分离触头6、8。当可分离触头6、8跳闸断开时，产生电弧12。断路器2包括设置于可分离触头6、8处或其附近以吸引并消除电弧12的至少一个电弧隔板组件20。

除图1外还参照图2，各电弧隔板组件包括第一和第二相对侧壁22、24(例如，由合适的非导电复合材料制成)以及设置在第一和第二相对侧壁22、24之间并由所述第一和第二相对侧壁支承的多个导电电弧板30(图2中仅标出两个)(例如，非限制性地，镀镍；1010磁性钢板)。更具体地，电弧隔板组件20的第一和第二相对侧壁22、24中的每一者包括多个开孔26、28(仅显示图2的第一相对侧壁22上的开孔)，并且每个电弧板30都包括自其向外延伸的数个突起32、34(仅显示图2的电弧隔板组件20的第一相对侧壁22中的突起)。第一和第二相对侧壁22、24的开孔26、28各自都接纳对应的一个电弧板30的突起32、34。应理解的是，电弧板30被构造成通常通过任何已知的方式吸引通过触头6和8的分离而产生的电弧，并且电弧隔板组件20的电弧板30和侧壁22、24的大体结构例如仅出于举例目的被提供且不意在限制所公开的概念。相反，应理解的是，所公开的概念的实施例可大体与各种结构的电弧隔板组件联用。例如，美国专利No.7,034,242和7,674,996非限制性地提供了适合根据所公开的概念的实施例使用的电弧隔板组件的非限制性的例子。

为了在退出断路器2的壳体4之前控制和除去由于电弧作用而形成的电离气体，电弧隔板组件20还包括用于除去和选择性地排出作为电弧12的副产物产生的来自壳体4的电离气体(在图5和7中用箭头16大体表示)(图1)。参照图3-6，挡弧板100包括第一挡板部件102、第二挡板部件104、设置在第一挡板部件与第二挡板部件104之间的多孔材料区段106、以及罩盖108。在图示的示例性实施例中，第一挡弧部件102和第二挡弧部件104由机加工的耐电弧和电痕(track)的绝缘增强热固性聚酯组成，但可采用其它合适的材料，而会不脱离所公开的概念的范围。

参照图5-7，第一挡板部件102呈大体平坦的形状并且在从第一挡板部件102的中心线(未标号)朝其第一端112偏置的第一群组中包括设置在其中的数个第一通气孔110(图5和6中标出了三个)。尽管示出了12个呈圆形的第一通气孔110(按三行四列布置)，但应理解的是，第一通气孔的数量、大小或排列中的一者或一者以上是可以变化的(只要这些通气孔大体朝第一端112设置即可)，而不会脱离所公开的概念的范围。如图6所示，第一挡板部件102还包括如以下更详细地说明的用于将第一挡板部件102联接到罩盖108的数个安装开孔114。

参照图3、6和7，第二挡板部件104也呈大体平坦的形状并且在从第二挡板部件104的中心线(未标号)朝其第二端118(图6和7)偏置的第二群组中包括设置在其中的数个通气孔116(图3和6中标出了三个)。尽管示出了12个呈圆形的第二通气孔116(按三行四列布置)，但应理解的是，第二通气孔的数量、大小或排列中的一者或一者以上是可以变化的(只要这些通气孔大体朝第二端118设置即可)，而不会脱离所公开的概念的范围。

参照图6和7，多孔材料区段106由层叠在一起至预定厚度(未标示)的数个大体平坦的筛网120(例如，非限制性地，由钢质织造布或其它合适的材料形成)形成。多孔质材料区段的厚度可选择性地改变以适应与其相关的电路的电压和电流额定值。如图7的截面图中最佳地示出的，在附图所示的特定示例性实施例中，采用由钢质织造布形成的六层单独的筛网120以满足特定应用的需求。这种钢质布可被电镀或是不锈钢的。

罩盖108可经由模塑工艺形成(例如，非限制性地，由合适的绝缘材料如玻璃填充聚酯制成)。参照图3、6和7，罩盖108包括数个开口122(在图示的示例性实施例中显示了7个)，其可以是开槽的或具有可供放出由于电弧作用而产生的气体(例如图1和7中以箭头16显示)的其它合适的一种或一种以上形状。罩盖108还包括邻近多个开口122设置在其下侧(未标号)的空腔部124(图7)。如图7的详细截面图中所示，空腔部124大体尺寸确定成并适合将第二挡板部件104以及多孔材料区段106收纳在其中。第二挡板部件104和多孔材料区段106由第一挡板部件102约束在空腔部124内，第一挡板部件102经由在各安装开孔114周围与第一挡板部件102接合的数个紧固件126联接到罩盖108。

继续参照图7，当被组装为挡弧板100时，第一和第二挡板部件102和104被布置成使得第一挡板部件102的第一通气孔110的群组基于特定应用而与第二挡板部件104的第二通气孔116的群组横向地间隔开预定距离d，从而迫使断路器内由于电弧作用而产生的任何电离气体16在经罩盖108中的开口122之一退出断路器之前大体沿多孔材料区段106至少移动预定距离d。随着电离气体16从多孔材料106通过，它们由于设置了较长路径和电离等离子体的冷却而被有效地分散，并且其中包含的任何碎屑，例如熔融金属粒子或等离子体，在经罩盖108的任意开口122离开之前也被有效地捕集。

如图2所示，挡弧板100在电弧隔板20中经由突片130、132联接到多个电弧板30，所述突片从罩盖108的相对两侧延伸并在各侧壁22、24中的相应开口(图2中仅显示侧壁22的开口134)处与电弧隔板组件20的第一和第二相对侧壁22、24接合。如图1和7所示，通过这种联接，第一挡板部件102被构造成设置在电弧板30的与设置在固定触头6和可动触头8附近的端部相对的端部(未标号)处或其周围。如图2、3和5所示，罩盖108还可包括协作地接纳紧固件142(图2)以将电弧隔板组件20保持在断路器壳体(例如，图1和2的4)上的一个或一个以上开口140。

虽然已详细描述了本发明的特定实施例，但本领域的技术人员应理解，可借鉴公开内容的整体教导发展这些细节的各种改型和变型。因此，所公开的具体装置仅为说明性的而非限制本发明的范围，所述范围由所附权利要求及其任何和全部等同方案的全部涵盖内容给出。

Claims (14)

1.一种挡弧板(100)，包括：

第一挡板部件(102)，所述第一挡板部件具有靠近其第一端(112)设置在其中的数个第一通气孔(110)，并且所述第一挡板部件的其余部分没有任何通气孔，所述第一通气孔中的每一个都被构造成接收由于电弧作用而产生的电离气体；

第二挡板部件(104)，所述第二挡板部件具有靠近其第二端(118)设置在其中的数个第二通气孔(116)，并且所述第二挡板部件的其余部分没有任何通气孔；

设置在所述第一挡板部件与所述第二挡板部件之间的多孔材料区段(106)；和

罩盖(108)，所述罩盖邻近所述第二挡板部件设置在与所述多孔材料区段相反的一侧，所述罩盖具有设置在所述第二通气孔附近的数个开口(122)，

所述数个第一通气孔(110)设置成从所述挡弧板的中心线朝向所述挡弧板的第一端偏置，

其特征在于，所述数个第二通气孔(116)设置成从所述挡弧板的中心线朝向所述挡弧板的与该第一端相对的第二端偏置，使得所述数个第一通气孔与所述数个第二通气孔横向地间隔开至少预定距离(d)，使得由于通过所述第一挡板部件和所述第二挡板部件的电弧作用而产生的所述电离气体(16)进入所述第一通气孔中的一个，并随后在所述第二通气孔(116)中的一个通过之前，必须大体沿所述多孔材料区段并横过所述挡弧板的中心线最少行进所述预定距离(d)。

2.根据权利要求1所述的挡弧板(100)，其中，所述第一挡板部件(102)和所述第二挡板部件(104)中的每一者都具有大体平坦的形状。

3.根据权利要求1所述的挡弧板(100)，其中，所述多孔材料区段(106)包括多个大体平坦的筛网(120)。

4.根据权利要求3所述的挡弧板(100)，其中，所述多个大体平坦的筛网(120)设置成与所述第一挡板部件(102)和所述第二挡板部件(104)大体平行并设置在所述第一挡板部件和所述第二挡板部件之间。

5.根据权利要求4所述的挡弧板(100)，其中，每个所述筛网(120)都由钢和玻璃纤维强化聚酯形成。

6.根据权利要求1所述的挡弧板(100)，其中，所述罩盖(108)包括邻近所述数个开口(122)设置在所述罩盖下侧的空腔部(124)，其中所述第二挡板部件(104)和所述多孔材料区段(106)容纳在所述空腔部(124)内，并且其中所述第一挡板部件(102)经由数个紧固件(126)联接到所述罩盖(108)。

7.根据权利要求6所述的挡弧板(100)，其中，所述罩盖(108)还包括被构造成与形成在电弧隔板的多个部分中的相应开孔接合的数个突片(130，132)。

8.一种电弧隔板(20)，包括：

第一侧壁(22)；

第二侧壁(24)；

设置在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间并由其支承的多个导电电弧板(30)，所述多个导电电弧板被构造成吸引由于邻近其设置的电触头的分离所引起的电弧作用而产生的电弧；和

根据权利要求1-7中任一项所述的挡弧板(100)，所述挡弧板(100)设置成邻近所述多个导电电弧板。

9.根据权利要求8所述的电弧隔板(20)，其中，所述罩盖(108)还包括从其相对两侧延伸出的数个突片(130，132)，其中所述第一侧壁(22)包括第一开孔(134)，其中所述第二侧壁(24)包括第二开孔，并且其中所述罩盖经由所述突片与所述第一开孔和第二开孔的接合联接到所述第一侧壁和所述第二侧壁。

10.一种电气开关设备(2)，包括：

设置在壳体(4)内的可分离电触头；和

邻近所述可分离电触头设置的电弧隔板(20)，所述电弧隔板包括：

第一侧壁(22)；

第二侧壁(24)；

设置在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间并由其支承的多个导电电弧板(30)，所述多个导电电弧板被构造成吸引由于邻近其设置的电触头的分离所引起的电弧作用而产生的电弧；和

根据权利要求1-7中任一项所述的挡弧板(100)，所述挡弧板(100)设置成邻近所述多个导电电弧板。

11.根据权利要求10所述的电气开关设备(2)，其中，所述罩盖(108)还包括从其相对两侧延伸出的数个突片(130，132)，其中所述第一侧壁(22)包括第一开孔(134)，其中，所述第二侧壁(24)包括第二开孔，并且其中所述罩盖经由所述突片与所述第一开孔和第二开孔的接合联接到所述第一侧壁和所述第二侧壁。

12.根据权利要求11所述的电气开关设备(2)，其中，所述罩盖(108)还包括开口(140)，并且其中所述挡弧板(100)经由设置在所述开口中的紧固件(142)联接到所述壳体(4)。

13.根据权利要求11所述的电气开关设备(2)，其中，所述第一挡板部件(102)和所述第二挡板部件(104)中的每一者都具有大体平坦的形状，并且其中所述多孔材料区段(106)包括设置成与所述第一挡板部件(102)和所述第二挡板部件(104)大体平行并设置在所述第一挡板部件和所述第二挡板部件之间的多个大体平坦的筛网(120)。

14.根据权利要求13所述的电气开关设备(2)，其中，所述罩盖(108)包括邻近所述数个开口(122)设置在其下侧的空腔部(124)，其中所述第二挡板部件(104)和所述多孔材料区段(106)容纳在所述空腔部(124)内，并且其中所述第一挡板部件(102)经由数个紧固件(126)联接到所述罩盖(108)。