CN108511296B - 具有电弧罩的断路器 - Google Patents

Abstract

一种电路中断器，具有位于可移动触头臂上的第一触头，可移动触头臂可移入或移出与静止触头的物理接触。电弧角罩位于擒纵机构上或固定于擒纵机构，擒纵机构与移动触头臂耦接，电弧角罩包括一个基本上呈U形的突片，该突片被提供作为具有电弧接收表面的突出部，使得当可移动触头被移动到突出部附近时，任何可能在触头之间形成的电弧可以从可移动触头传递到电弧接收表面，从而最小化对可移动触头的损坏并熄灭电弧。

Description

具有电弧罩的断路器

技术领域

本发明涉及断路器领域。特别地，本发明涉及一种断路器，该断路器包括位于擒纵机构上的电弧罩，电弧罩激发可移动触头的弧灭。

背景技术

电路中断器是一种可以用来断开电路、中断电流的电部件。电路中断器的一个基本实例是开关，它通常由两种状态之一下的两个电触头而组成；要么是闭合状态，则意味着两个触头接触且电可以在它们之间进行流动，或者是打开状态，则意味着两个触头分开且电不可以在它们之间流动。开关可以由人直接操纵以向诸如计算机键盘按钮之类的系统提供控制信号，或者用于控制诸如电灯开关的电路中的能流。

电路中断器的另一个实例是断路器。断路器可以用于配电盘中以限制通过电线所发送的电流。断路器被设计为用来保护电路免受过载或短路造成的破坏。如果在电线中出现电涌等故障情况，则断路器将跳闸。这将导致处于“接通”位置的断路器跳转到“断开”位置，并关闭从断路器引出的电力。当断路器跳闸时，可以防止过载电路中起火；其也可以防止通电设备受到破坏。

标准断路器具有连接至电源(诸如来自电力公司的电线)的一个端子，以及连接至断路器所要保护的电路的另一个端子。通常，这些端子分别被称为“线路”和“负载”。所述线路有时可以被称为断路器的输入端。所述负载，有时被称为输出端，将电馈送出断路器并连接到从断路器被供电的电部件。

断路器可以用来保护单个设备或多个设备。例如，单个受保护的设备(例如单个空调)可以直接连接到断路器。例如，断路器也可以通过终止于电插座的电线而连接到多个部件来保护多个设备。

断路器可以用作保险丝的替代品。然而，与保险丝不同，保险丝一旦运作则必须更换，而断路器可以复位(手动或自动)从而恢复正常工作。保险丝具有与断路器大致一样的保护电路的功能。但是，断路器在某些情况下可能比保险丝更安全，并且可以更容易地修复。

例如，在保险丝熔断的情况下，例如中断一个建筑物的一部分的电力，可能不清楚哪个保险丝控制了被中断的电路。在这种情况下，配电盘中的所有保险丝都需要检查，以确定哪个保险丝出现烧毁或消耗。然后该保险丝需要从保险丝盒中取出，并且需要安装一个新的保险丝。

在这方面，断路器使用起来可以比保险丝简单得多。在断路器跳闸的情况下，例如中断对建筑物的一部分的电力，通过查看配电盘并注意哪个断路器已经跳闸到“断开”位置，即可轻易地看出是哪个断路器控制了断开的电路。然后该断路器可以简单地被翻转到“接通”位置，则电力将再次恢复。

通常，典型的电路中断器具有位于壳体内部的两个触头。第一触头是静止的，可以连接到线路或负载。第二触头相对于第一触头是可移动的，使得当断路器处于“断开”或跳闸位置时，第一和第二触头之间存在间隙。

断路器跳闸时通电触头的分离导致触头之间的间隙在可动触头从闭合位置移动到打开位置时变宽，从而使得通过分离触头而运作的电路中断器出现了问题。

当触头开始从闭合位置分离，或者从打开位置接近完全闭合时，在触头闭合或打开时的短时间内触头之间存在非常小的间隙。如果触头之间的电压足够高，则可能在该间隙处产生电弧。这是因为触头间的击穿电压与典型应用中的压力和电压条件下的距离是正相关的。

在切换或跳闸电路中断器期间所产生的电弧会导致不利的副作用，这会对电路中断器的运作产生负面影响，并且可能造成安全隐患。

这些影响会对电路中断器的运作产生影响。一种可能的后果是，电弧可能短路到电路中断器中的其他物体和/或周围物体，从而造成损坏并导致潜在的火灾或触电安全危险。

电弧的另一个后果是电弧能量对触头的损坏，从而造成一些材料以微小颗粒物质的形式逃逸到空气中。已经熔断的触头碎片可能会移动到或被抛入电路中断器机构中，从而对机构造成损害或缩短其使用寿命。

电弧的另一个影响源于电弧极高的温度(几万摄氏度)，这会使周围的气体分子裂解，产生臭氧、一氧化碳和其他化合物。电弧还可以电离周围的气体，从而可能产生交替的多个传导路径。

由于电弧的这些不利影响，快速冷却和淬灭电弧以防止损坏电路中断器是非常重要的。

已知有多种技术可以用于将电弧从可移动触头移开。例如，已知的是，提供电弧转移装置以从触头上移走电弧，从而限制由于在起弧过程中的热积聚而可能对触头造成的损害。然而，由于电弧发生于触头之间，已知用于移走电弧的装置被定位在触头附近并且通常位于可移动触头臂上。然而，这种方法的主要缺点是这增加了可移动触头臂的重量(质量)，因为可移动触头臂越重，以同样的力作用时可移动触头臂的移动速度则越慢，所以该增加的重量会减慢可移动触头臂的速度。即使相对较小的延迟(几毫秒)也会导致触头发生严重损坏，因为由电弧引起的发热会严重损坏触头的表面。

同样，在可移动触头周围发生的电弧会跳到擒纵机构，从而加热和损坏擒纵机构。这可能是非常严重的，因为如果擒纵机构损坏太明显，则会显著减慢可移动触头臂的致动，由此导致系统的进一步损坏。擒纵机构损坏足够大可能导致打开机制的灾难性失效。

另外，将电弧从触头处引开或移走的系统会显著增加电路中断器的成本和重量。例如，可以被定位成紧邻于可移动触头(该可移动触头可定位在可移动触头臂上)的臂或其他特征，可以被用于将电弧从可移动触头引出和移出。然而，不幸的是，这将显著增加可移动触臂的重量。增加的质量将减慢触头臂的运作。即使对打开触头的一点点延迟，也会对系统产生非常大的负面影响。

因此，期望提供一种可以用于电路中断器的替代系统，以克服这些限制。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种电路中断器，该电路中断器具有这样一种结构，其能够快速和安全地将可在触头之间间隙中产生的电弧拉离触头。

还期望提供一种系统和方法，用于当触头打开时在电路中断器中发生电弧时保护和屏蔽连接到可移动触头臂的擒纵机构。

还期望提供一种系统和方法，用于将电路中断器中发生的电弧最小化，使其不会明显影响电路中断器的功能、运作和成本。

这些和其它目的是通过提供一种电路中断器来实现的，该电路中断器包括相互可以接触和脱离接触的第一可移动触头和第二静止触头。该电路中断器还包括擒纵机构，该擒纵机构机械地耦接于可移动触头臂的第一端，并且该擒纵机构的另一端耦接于手柄。可移动触头臂的第二端机械地连接到联动装置，其中联动装置的移动由过流装置来控制。电弧角罩连接到擒纵机构，其中电弧角从电弧角罩向可移动触头延伸，使得静止触头和可移动触头之间形成的电弧从可移动触头移开并到达电弧角上。

在一种构造中，电弧角从电弧角罩的一侧延伸并且包括大致U形的延伸部。在这种构造中，电弧角基本上包括平坦的突片，该突片向后弯曲以形成电弧接收表面，当可移动触头打开时，电弧接收表面基本上与可移动触头臂平行。当可移动触头移动到电弧接收表面附近时，电弧从可移动触头被拉向电弧接收表面。

在另一种构造中，电弧角设置为从电弧角罩的侧表面延伸并且自身向后弯曲的大致平坦的U形突片。当可移动触头臂打开时，支撑可移动触头的可移动触头臂的端部移动到电弧角附近，并从U形突片的底部的下方经过。可移动触头在打开时可能存在的任何电弧将被转移或拉到电弧角的电弧接收表面。

这种构造的主要优点是电弧角罩可以被设置为用作能够处理强电弧的鲁棒装置(robust device)。电路中断器面临的主要难题之一是灭弧装置必须具有鲁棒性(具有足够的质量)，从而可以承受电弧以及由电弧引起的热积聚而带来的可能发生的相关损坏。然而，当灭弧装置的尺寸和重量增加时，会对可移动触头臂快速且有效地打开触头以破坏可能发生的电弧这一能力具有明显的负面影响。因此，灭弧装置的尺寸和重量已经减小，以尽量减小对可移动触头臂的负面影响，但是这反而降低了灭弧装置的寿命和有效性，因为更小和更轻的装置：1)不能有效致动可移动触头的电弧的移开；2)更容易磨损和损坏。另外，灭弧装置的磨损和损坏越多，装置有效性越低，进一步恶化这一难题。然而，在目前的构造中，这个难题通过将电弧角罩不是放置在可移动触头臂上而是放在擒纵机构上而得以解决。

通过将电弧角罩定位在擒纵机构上，可移动触头臂的质量(重量)不增加，因此可移动触头打开的速度不受到负面影响。为了实现打开触头时对可能形成的电弧进行致动这一益处，擒纵机构需要以这样的方式来定位，即，该定位可以使得可移动触头靠近擒纵机构。然而，这导致了电弧及其相关热量可能损坏擒纵机构的可能性。因此，电弧角罩形成为大致围绕擒纵机构的三侧(朝向可移动触头的一侧以及相对的两个侧方位侧)而延伸。通过以这种方式形成电弧角罩，擒纵机构基本上被包裹在电弧角罩中，从而防止由于潜在电弧而带来的任何损坏。

电弧角罩可以包括任何高度导电的材料(例如基本上任何类型的金属或合金材料)，并且耦接于地面，以消散可能会引到电弧角上的任何电弧。

对于本申请，以下术语和定义适用于：

本文使用的术语“网络”包括所有种类的网络(network)和互联网(internetwork)，包括因特网(internet)，且其并不限于任何特定的网络或互联网。

术语“第一”和“第二”用于将一个元素、集合、数据、对象或事物和另一个进行区分，而不用于指定相对位置或时间设置。

本文使用的术语“耦合”、“耦合到”、“耦合于”、“连接”、“连接到”以及“连接于”均表示两个或更多个设备、装置、文件、程序、应用、媒介、部件、网络、系统、子系统、和/或工具之间的关系，构成以下(a)、(b)、(c)中的一种或多种：(a)直接连接或通过一个或多个其他设备、装置、文件、程序、应用、媒介、部件、网络、系统、子系统、或工具而形成的连接；(b)直接通信关系(communications relationship)或通过一个或多个其他设备、装置、文件、程序、应用、媒介、部件、网络、系统、子系统、或工具而形成的通信关系；(c)功能关系，其中，任何一个或多个设备、装置、文件、程序、应用、媒介、部件、网络、系统、子系统、或工具的运作完全或部分取决于其中任何一个或其他多个的运作。

在一个实施例中，提供了一种电路中断器，其包括：包括静止触头和可移动触头的一组触头，以及具有第一端和第二端的触头臂。所述可移动触头位于所述第一端。电路中断器进一步包括耦接到(coupled to)触头臂的第二端的联动装置，联动装置耦接到过流测量装置和手柄。电路中断器还包括擒纵机构，该擒纵机构的第一端连接到触头臂的第一端和第二端之间的触头臂位置，擒纵机构的第二端耦接到手柄，其中手柄的致动引起可移动触头臂的移动从而打开或关闭该组触头。最后，电路中断器包括安装在擒纵机构上的电弧角罩，电弧角罩包括突出部，该突出部以包括电弧接收表面的突片(tab)形式从电弧角罩的侧部延伸，使得当可移动触头臂移动到打开位置时，可移动触头被移动到电弧接收表面附近。

在另一个实施例中，提供一种电路中断器，其包括静止触头、可移动触头和具有第一端和第二端的触头臂，可移动触头定位朝向所述第一端。电路中断器进一步包括手柄和擒纵机构，擒纵机构的一端耦接到沿触头臂长度的点，另一端耦接到手柄，其中手柄的致动使得可移动触头臂将可移动触头移入或移出与静止触头的物理接触。电路中断器还进一步包括安装在擒纵机构上的电弧角罩，电弧角罩包括突出部，该突出部以包括电弧接收表面的突片形式从电弧角罩的侧部延伸，使得当可移动触头臂移动到打开位置时，可移动触头被移动到电弧接收表面附近。

通过考虑以下附图及详细描述，本发明的其它目的及其特定特征和优点将变得更加清晰。

附图说明

图1示出了根据本发明的电路中断器的构造；

图2示出了根据图1的电弧角罩；

图3示出了根据图1的触头之间所示的可移动触头臂打开触头伴有电弧；以及

图4示出了根据图1的静止触头和电弧角之间所示的可移动触头臂打开触头伴有电弧。

具体实施方式

发现在参考附图，其中，在所有视图中，相同的附图标记表示对应的结构。

图1示出了根据本发明方面的示例电路中断器100的多个部件。

电路中断器100可以是任何可用于使用触头制作和断开电路的装置。例如，本领域的普通技术人员应当清楚，电路中断器100例如可以是简单的开关，或者是具有壳体102的断路器。壳体102可以包括多个通风口，从而使得电弧产生的气体和碎片可以逃出壳体102。

电路中断器100包括通过导体122电连接到线路端子120的静止触头110。线路端子从诸如发电机(未示出)之类的电源接收电力，所述发电机在一些应用中来自于电力公司。

电路中断器100还包括安装在可移动触头臂130上的可移动触头112。可移动触头112定位朝向可移动触头臂130的第一端132。可移动触头臂130还包括与第一端132相对的第二端134。

可移动触头臂130进而连接到擒纵机构140，擒纵机构140包括第一端142和第二端144。擒纵机构140的第一端142在沿着可移动触头臂的长度并优选朝向触头臂中间点136的位置处连接到可移动触臂。

擒纵机构140的第二端144连接到从壳体102延伸的手柄150。

第一可移动触头112通过导体126、到过流测量装置160、到导体128从而连接到负载端子124。过流测量装置160可以是用于测量通过电路中断器100的电流的任何类型的已知装置。一旦达到最大电流，测量装置将发挥作用从而使得触头臂130移动到打开位置。类似地，手柄150将移动到中间位置以指示电路中断器100的“跳闸”状态。

在图1中还示出了安装于擒纵机构140或安装到擒纵机构140上的电弧角罩(archorn shield)170。电弧角罩170可以包括任何导电材料，包括但不限于金属或合金材料。

现在将结合图1和图2来描述电弧角罩。电弧角罩170被设置为包括第一侧172、第二侧174和第三侧176的纵长装置。第二侧174包括突出部178，突出部178为大致U形的突片。大致U形的突片具有与U的底部对应的弯曲部180，以及包括基本上为平面的电弧接收表面182。

参考图1可以看出，电弧角罩170安装于擒纵机构140并基本上围绕擒纵机构140的三侧。安装孔184设置在第一侧172和第三侧176上，用于将电弧角罩170固定到擒纵机构140。

现在转到图3和4，可以看出，第一侧172(和相应的第三侧176)被设置为大体上是L形(图3中的颠倒的L)，突出部178从第二侧174延伸。突出部178形成自身为向后弯曲的突片。

现在将描述包括电弧角罩170的电路中断器100的功能和运作。

在图3中示出了可移动触头臂130的打开。当可移动触头112从静止触头110移开并且在该组触头之间有电流流动时电流将随着触头从闭合位置移动到打开位置而继续流动。该电流流过形成在该组触头之间的间隙的结果形成电弧190。

可移动触头臂向上旋转，使得可移动触头112离开静止触头110。在图4中可以看出，可移动触头臂130的第一端132朝向突出部178移动，电弧190从可移动触头112“传递”到突出部178的电弧接收表面182。如图3所示，当可移动触头臂130的第一端132进入突出部178的附近时，可移动触头臂大致平行于电弧接收表面182。

在图4中可以看到，可移动触头臂130的第一端132经过或从下方经过弯曲部180。如前所述，电弧角罩170安装于擒纵机构140并基本上围绕擒纵机构140的三侧。电弧角罩170的定位配置用来保护擒纵机构。当可移动触头112移向并到达擒纵机构140附近时，引起较大热量产生的电弧190使得碎片可能会从触头上融化掉并移动或被抛入到机构中，特别是擒纵机构140，会破坏或严重损坏擒纵机构140。因此，电弧角罩170对擒纵机构140提供物理保护，使其免受直接来源于电弧190或可能由电弧产生热量而被抛出的碎片的损坏。

虽然已经通过参考部件、特征等特定设置而对本发明进行了描述，但是这些并不用于穷尽所有可能的设置或特征，并且实际上许多其他修改和变化将是本领域技术人员可确定的。

Claims (18)

1.一种电路中断器，包括：

包括静止触头和可移动触头的一组触头；

具有第一端和第二端的触头臂，所述可移动触头安装在所述触头臂上且位于所述第一端处；

耦接到所述触头臂的第二端的联动装置，所述联动装置耦接到过流测量装置和手柄；

擒纵机构，所述擒纵机构的第一端在所述触头臂的第一端和第二端之间的位置处耦接到所述触头臂，所述擒纵机构的第二端耦接到所述手柄，其中所述手柄的致动使得可移动的所述触头臂移动以打开或关闭该组触头；和

安装在所述擒纵机构上的电弧角罩，所述电弧角罩包括从电弧角罩的侧部延伸的突出部，所述突出部由包括电弧接收表面的突片来限定，使得当可移动的所述触头臂移位到打开位置时，所述可移动触头移动到所述电弧接收表面的附近。

2.根据权利要求1所述的电路中断器，其中，所述电弧角罩形成为纵长装置，所述纵长装置包括围绕所述擒纵机构设置的第一侧、第二侧和第三侧，所述第二侧与所述第一侧和所述第三侧连接，所述突出部从所述第二侧延伸，并且所述第一侧和所述第三侧基本上相互平行。

3.根据权利要求2所述的电路中断器，其中，所述突片形成为基本上U形的突片。

4.根据权利要求3所述的电路中断器，其中，当可移动的所述触头臂被移动到打开位置时，所述触头臂的第一端在所述基本上U形的突片的弯曲部分的下方经过。

5.根据权利要求3所述的电路中断器，其中，当可移动的所述触头臂被移动到打开位置时，在打开过程中，当可移动的所述触头臂的第一端到达所述电弧接收表面附近时，所述电弧接收表面变得与可移动的所述触头臂基本平行。

6.根据权利要求5所述的电路中断器，其中，当可移动的所述触头臂被移动到所述打开位置时，可移动的所述触头臂的第一端在可移动的所述触头臂到达完全打开位置时前移超出所述电弧接收表面。

7.根据权利要求2所述的电路中断器，其中，所述电弧角罩安装在所述擒纵机构上，使得当所述触头臂被移动到所述打开位置时，可移动的所述触头臂的第一端附近的擒纵机构的一部分基本被包围在所述电弧角罩内。

8.根据权利要求2所述的电路中断器，其中，所述第一侧面和所述第三侧面基本上为L形。

9.根据权利要求1所述的电路中断器，其中，所述电弧角罩包括金属材料或合金材料。

10.一种电路中断器，包括：

第一静止触头；

第二可移动触头；

具有第一端和第二端的触头臂，所述可移动触头安装在所述触头臂上且位于所述第一端处；

手柄；

擒纵机构，所述擒纵机构的一端耦接到沿着所述触头臂的长度的点，所述擒纵机构的另一端耦接到所述手柄，其中所述手柄的致动使得可移动的所述触头臂将所述可移动触头移入和移出与所述静止触头的物理接触；和

安装在所述擒纵机构上的电弧角罩，所述电弧角罩包括从所述电弧角罩的侧部延伸的突出部，所述突出部由包括电弧接收表面的突片来限定，使得当可移动的所述触头臂被移位到打开位置时，所述可移动触头被移动到电弧接收表面的附近。

11.根据权利要求10所述的电路中断器，其中，所述电弧角罩形成为纵长装置，所述纵长装置包括围绕所述擒纵机构设置的第一侧、第二侧和第三侧，所述第二侧与所述第一侧和所述第三侧连接，所述突出部从所述第二侧延伸，并且所述第一侧和所述第三侧基本上相互平行。

12.根据权利要求11所述的电路中断器，其中，所述突片形成为基本上U形的突片。

13.根据权利要求12所述的电路中断器，其中，当可移动的所述触头臂被移动到打开位置时，所述触头臂的第一端在所述基本上U形的突片的弯曲部分的下方经过。

14.根据权利要求12所述的电路中断器，其中，当可移动的所述触头臂被移动到打开位置时，在打开过程中，当可移动的所述触头臂的第一端到达所述电弧接收表面附近时，所述电弧接收表面变得与可移动的所述触头臂基本平行。

15.根据权利要求14所述的电路中断器，其中，当可移动的所述触头臂被移动到所述打开位置时，可移动的所述触头臂的第一端在可移动的所述触头臂到达完全打开位置时超出所述电弧接收表面。

16.根据权利要求11所述的电路中断器，其中，所述电弧角罩安装在所述擒纵机构上，使得当所述触头臂被移动到所述打开位置时，可移动的所述触头臂的第一端附近的擒纵机构的一部分基本被包围在所述电弧角罩内。

17.根据权利要求11所述的电路中断器，其中，所述第一侧和所述第三侧基本上为L形。

18.根据权利要求11所述的电路中断器，其中，所述电路中断器还包括耦接到所述触头臂的第二端的联动装置，所述联动装置耦接到过流测量装置和手柄，其中所述过流测量装置用于当检测到过电流状态时致动可移动的所述触头臂到打开位置。