CN109216069B - 包括主动电弧控制特征的断路器 - Google Patents

Abstract

一种断路器包括构造成选择性地防止穿过断路器的电流的流的断续器以及组件。该组件包括壳体、断续器机构、和电弧保护机构。壳体包括开口，其构造成将电弧故障期间生成的电弧故障放电导送到壳体中。断续器机构联接至壳体和断续器，且构造成使断续器在第一位置和第二位置之间移动，其中第一位置防止穿过断路器的电流的流，且第二位置允许穿过断路器的电流的流。电弧保护机构在壳体内，且构造成接收穿过壳体的电弧故障放电，且促使断续器响应于电弧故障放电而移动至第一位置。

Description

包括主动电弧控制特征的断路器

技术领域

本公开的领域大体上涉及断路器，且更具体地涉及包括不需要触发电路或电气输入的主动电弧控制特征的断路器。

背景技术

在已知的电气开关设备中，电弧具有在非常短的时间段中释放非常大量的能量的可能性。此类电弧故障可致使开关设备和相关联的设备不可用。用于控制开关设备中的电弧能量的已知的装置和方法包括被动和主动系统。被动系统通常通过增强的外壳和电弧故障放电的通风来提供增加的保护。用于电弧能量控制的主动装置和方法目标在于缩短电弧电流的时间或幅度，以控制电弧闪光能量。此已知的主动装置(例如，断路器)和方法探索通过使电弧熄灭或将电弧传输至备选位置来缩短电弧存在于开关设备中的时间。

至少一些已知的断路器装置用于在居住、工业、设施、或商业环境中保护其免受不期望的且需要断路器阻止穿过断路器的电流的流动的过电流条件、地面故障条件、或其他系统反常。已知主动断路器装置通过使用需要电源起作用的触发电路而阻止穿过断路器的电流的流动而缩短电弧存在的时间。这些电路可对此断路器装置增加显著量的复杂性和成本。此外，在至少一些已知的主动断路器装置和方法中，响应于电弧闪光条件的速度的局限限制了在直流(DC)和交流(AC)电源系统应用中的低、中、和高电压开关设备的内部电弧等级(IAC)。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于电弧保护系统的断路器。断路器包括：断续器，其构造成选择性地防止穿过断路器的电流的流动；以及组件。组件包括：壳体，其包括开口；断续器机构；以及电弧保护机构。断续器机构联接至壳体和断续器，断续器机构构造成使断续器在第一位置和第二位置之间移动，其中第一位置防止穿过断路器的电流的流动，且第二位置允许穿过断路器的电流的流动。电弧保护机构在壳体内，其中壳体开口定位成允许电弧故障期间生成的电弧故障放电传送到壳体中且至电弧保护机构，其中电弧保护机构构造成促使断续器响应于电弧故障放电而移动至第一位置。

在另一个方面，提供了一种用于电气外壳的电弧保护系统。电气外壳包括断路器隔间和电缆隔间。电弧保护系统包括：负载侧电源线路，其联接至至少一个电气构件；以及线路侧电源线路，其联接至至少一个电源。电弧保护系统还包括断路器，其包括断续器和组件。断续器构造成选择性地防止穿过断路器的电流的流动。组件包括：壳体，其包括开口；断续器机构；以及电弧保护机构。断续器机构联接至壳体和断续器，断续器机构构造成使断续器在第一位置和第二位置之间移动，其中第一位置防止穿过断路器的电流的流动，且第二位置允许穿过断路器的电流的流动。电弧保护机构在壳体内，其中壳体开口定位成允许电弧故障期间生成的电弧故障放电传送到壳体中且至电弧保护机构，其中电弧保护机构构造成促使断续器响应于电弧故障放电而移动至第一位置。

在又一个方面，提供了一种以断路器将电弧从电气外壳的内部中发生的电弧故障消除的方法。该方法包括将电弧故障期间生成的电弧故障放电导送到断路器的壳体中。该方法还包括通过壳体内的电弧保护机构来接收电弧故障放电，其中电弧保护机构构造成接收电弧故障放电且使断续器机构按响应而跳闸。该方法还包括通过断续器机构来使断续器在壳体内移动至第一位置，其中第一位置防止穿过断路器的电流的流动。

附图说明

本公开的这些和其他特征、方面和优点在参照附图阅读以下详细描述时将变得更好理解，附图中相似的标号贯穿附图表示相似的部分，在附图中：

图1是包括电弧保护系统的电气外壳的示例性实施例的透视和局部剖视图；

图2是可与图1中所示的电气外壳一起使用的电弧保护系统的示例性实施例的简化框图；

图3是可与图2中所示的电弧保护系统一起使用的断路器的示例性实施例的示意图；

图4是可与图2中所示的电弧保护系统一起使用的断路器的另一个示例性实施例的示意图；

图5是可与图2中所示的电弧保护系统一起使用的断路器的另一个示例性实施例的示意图；以及

图6是以可与图2中所示的电弧保护系统一起使用的断路器来将电弧从电气外壳的内部中发生的电弧故障消除的示例性方法的流程图。

除非另外指出，否则本文提供的附图意思是说明本公开的实施例的特征。相信这些特征可在包括本公开的一个或更多个实施例的多种系统中应用。因此，附图不意味着包括本文公开的实施例的实践所要求的由本领域的普通技术人员已知的所有常规特征。

零件列表

100 开关设备外壳

101 断路器隔间

102 门

103 电缆隔间

104 外部面板

105 电弧保护系统

106 框架部件

108 外部环境

110 覆盖的通风孔

112 电气构件

114 内部面板

115 可变形的部分、内部面板

116 开孔

200 断路器

201 负载侧电源线路

202 线路侧电源线路

204 电源

205 组件

206 断续器

208 断续器机构

210 壳体

214 通风路径、机构壳体

215 开口、通风路径、机构壳体

216 电弧保护机构

218 跳闸凸轮、电弧保护机构

220 绝缘联接棒、断续器机构

222 下接触端子、断续器机构

224 上接触端子、断续器机构

226 杠杆轴、断续器机构

228 连杆、断续器机构

230 联接器凸轮、电弧保护、至断续器机构

232 弹簧、电弧保护机构

236 弹簧、断续器机构

238 第一位置、真空断续器

240 第二位置、真空断续器

242 下壁、壳体

244 上壁、壳体

246 侧壁、壳体

248 背壁、壳体

300 真空断路器

302 负载侧电源线路

304 线路侧电源线路

306 壳体

308 电源

310 组件

312 断续器

314 断续器机构

316 真空断续器第一位置

318 真空断续器第二位置

320 通风路径、机构外壳

322 开口、通风路径、机构外壳

324 电弧保护机构

325 枢转点、跳闸杠杆、电弧保护机构

326 跳闸杠杆、电弧保护机构

327 跳闸臂、电弧保护

328 绝缘联接棒、断续器机构

330 下接触端子、断续器机构

332 上接触端子、断续器机构

334 杠杆轴、断续器机构

336 连杆、断续器机构

338 联接器臂、电弧保护、至断续器机构

340 弹簧、电弧保护机构

342 跳闸凸轮、电弧保护机构

344 弹簧、断续器机构

350 上部部分、跳闸杠杆、电弧保护机构

352 下部部分、跳闸杠杆、电弧保护机构

354 下壁、壳体

356 上壁、壳体

358 侧壁、壳体

360 背壁、壳体

400 真空断路器

402 负载侧电源线路

404 线路侧电源线路

406 壳体

408 电源

410 组件

412 断续器

414 断续器机构

416 真空断续器第一位置

418 真空断续器第二位置

420 通风路径、机构外壳

422 开口、通风路径、机构外壳

424 电弧保护机构

425 枢转点、跳闸杠杆、电弧保护机构

426 跳闸杠杆、电弧保护机构

427 跳闸臂、电弧保护

428 绝缘联接棒、断续器机构

430 下接触端子、断续器机构

432 上接触端子、断续器机构

434 杠杆轴、断续器机构

436 连杆、断续器机构

438 联接器臂、电弧保护、至断续器机构

440 弹簧、电弧保护机构

442 跳闸凸轮、电弧保护机构

444 弹簧、断续器机构

446 真空断续器第一位置

448 真空断续器第二位置

450 上部部分、跳闸杠杆、电弧保护机构

452 下部部分、跳闸杠杆、电弧保护机构

454 第一部分、跳闸杠杆、电弧保护机构

456 第二部分、跳闸杠杆、电弧保护机构

458 约束件、跳闸杠杆、电弧保护机构

460 下壁、壳体

462 上壁、壳体

464 侧壁、壳体

466 背壁、壳体

600 将电弧从电弧事件消除的方法

602 导送电弧事件中生成的电弧气

604 接收电弧气

606 将真空断续器在断续器外壳中移动。

具体实施方式

在以下说明书和权利要求书中，将对多个用语进行参照，这些术语应当限定成具有以下意思。

单数形式“一”、“一种”、和“该”包括复数参照，除非上下文另外清楚地指出。

“可选的”或“可选地”意思是随后描述的事件或情况可发生或可不发生，且描述包括事件发生或其不发生的情形。

如贯穿说明书和权利要求书使用的近似语言可应用于修饰可许可修改而不造成其相关的基本功能的改变的任何数量表达。因此，由诸如“大约”、“大致”和“近似”的用语或多个用语修饰的值不限于规定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及贯穿说明书和权利要求书，范围限制可组合和/或互换，此范围是被识别的且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。

断路器以及使用断路器的方法的示例性实施例在本文中描述。断路器是设计成保护电气线路免受由说明书之外的电流条件(通常源于过载或短路)引起的损害的电气开关。本文描述的断路器大体上包括断续器和组件。该组件包括壳体、断续器机构、和电弧保护机构。断续器构造成在断续器在第一位置时防止穿过断路器的电的流动，以及在断续器在第二位置时允许穿过断路器的电流的流动。壳体包括带有开口的通风路径，该开口允许电弧故障放电进入壳体，且将电弧故障放电引导至电弧保护机构。电弧保护机构被收纳在壳体内且联接至壳体，且当由到来的电弧故障放电接触时触发。当电弧保护机构触发时，断续器机构激活以使断续器在第一位置和第二位置之间移动。在示例性实施例中，本文中描述的断路器构造成机械地触发以保护电气外壳内的元件部分，而不需要触发电路、或电气输入，且没有与触发线路相关联的任何潜在的响应延迟。

图1是电气外壳(例如开关设备外壳100)的示例性实施例的透视和局部剖视图。在示例性实施例中，开关设备外壳100包括至少一个断路器隔间101和至少一个电缆隔间103。各个断路器隔间包括至少一个门102，其允许接近开关设备外壳100的内部，例如至电弧保护系统105(图2中所示)。在示例性实施例中，电弧保护系统105构造成便于消除在断路器隔间101中电弧故障期间生成的电弧。电弧故障是一种类型的电气爆炸或放电，其来源于穿过空气至地面或电气系统中的另一电压相的低阻抗连接。在示例性实施例中，电弧故障放电包括但不限于电弧爆破、电弧气、等离子体、压力波、以及来自电弧爆破的碎屑。电弧故障可为与电气设备和/或人员程序失败相关的许多因素的结果。如本文中所使用的，“电弧故障”大体上指作为设备或人员失败的结果发生的电弧事件，且不指在断路器的跳闸期间发生的电弧事件。设备相关的电弧闪光事件可来源于而不限于磨损或破坏的导体绝缘、带电电路的部分的暴露的电气元件部分、松动的线连接、不合理地维持的开关和断路器、受阻的断开面板、电气设备附近的水或液体。高电压电缆、静电、和损坏的工具和设备。此外，电弧故障可在断路器隔间101和电缆隔间103中的每一个中发生。电弧保护系统105至少部分地通过引导由开关设备外壳100内的电弧故障生成的电弧故障放电的至少一部分的流动而起作用。

开关设备外壳100也可包括多个金属或金属-镀层外部面板104，其布置在多个支撑性框架部件106上且联接到多个支撑性框架部件106上，且提供结构支撑和保护来免于开关设备外壳100外的外部环境108中存在的条件。此外，在示例性实施例中，开关设备外壳100包括多个覆盖的通风孔110，其限定在一个或更多个门102以及一个或更多个外部面板104中的至少一者中。覆盖的通风孔110便于来自外部环境108的空气至/自开关设备外壳100的内部的交换，且进一步便于防止烟在其中聚集(例如，在开关设备外壳100内的电弧故障期间)。

此外，在示例性实施例中，开关设备外壳100的内部包括多个电气构件112，诸如电线、开关设备、开关、连接器、以及将电气负载装置连接至主电源线和断路器所必需的各种其他装置。此外，在示例性实施例中，开关设备外壳100的内部包括一个或更多个内部面板114。在至少一些实施例中，电弧保护系统105包括至少一个内部面板114的可变形的部分115，其构造成响应于电缆隔间103中发生的电弧故障而变形。内部面板114可包括穿过其限定的一个或更多个开孔116。开孔116构造成在开关设备外壳100执行多个功能，包括但不限于，便于其中的通风且允许开关设备外壳100内的多个电气构件112的独立电气构件112之间的连接。

图2是可与图1中所示的开关设备外壳100一起使用的电弧保护系统105的示例性实施例的简化框图。在示例性实施例中，电弧保护系统105的断路器200是真空断路器(即，电弧在真空中熄灭的断路器)。备选地，断路器200可为任何其他类型的断路器，包括但不限于，空气断路器、碘化硫断路器、和二氧化碳断路器。断路器200定位在断路器隔间101内，且联接到两组电源线路且联接在它们之间。该两组电源线路包括至少一个负载侧电源线路201和至少一个线路侧电源线路202。此外，在示例性实施例中，负载侧电源线路201联接到外壳100的电缆隔间103内的至少一个电气构件112上，且线路侧电源线路202联接到至少一个电源204(包括但不限于，AC发电机或DC电供应)上。

在示例性实施例中，断路器200包括断续器206和断路器组件205，断路器组件205包括电弧保护机构216和断续器机构208且限定通风路径214。在备选实施例中，断路器200包括允许断路器200如本文描述的那样操作的任何构件。例如，在一些实施例中，断路器200包括负载带(未示出)、线路带(未示出)、转子组件(未示出)、和操作机构(未示出)。

在示例性实施例中，内部面板114的可变形的部分115构造成响应于电缆隔间103内的电弧故障期间生成电弧故障放电而变形。具体而言，可变形的部分115包括围绕可变形的部分115的周边的弱化区域，其便于可变形的部分115的至少一部分与内部面板114分开，使得电弧故障放电从电缆隔间103导送到断路器隔间101中，且至少部分地到通风路径214中。在示例性实施例中，电弧故障放电将力施加到可变形的部分115上，从而促使可变形的部分115至少部分地与内部面板114分开。然后促使可变形的部分115远离电缆隔间103内的电弧故障且朝断路器隔间101内的断路器200变形，而可变形的部分115的至少一部分保持连接到内部面板114上。电弧故障放电由于可变形的部分115的变形而经过内部面板114中的开口，电弧故障放电在其进入断路器隔间101时至少部分地由可变形的部分115约束。在备选实施例中，可变形的部分115以允许电弧保护系统105如本文描述的那样操作的任何方式构造。

图3是可与图2中所示的电弧保护系统105一起使用的断路器200的示例性实施例的示意图。在示例性实施例中，断路器组件205包括壳体210、断续器机构208、和电弧保护机构216。壳体210限定形成在壳体210中且包括开口215的通风路径214，开口215构造成将在电弧故障期间生成的电弧故障放电的至少一部分导送到壳体210中。通风路径214由一对侧壁246、上壁244、下壁242和背壁248限定。穿过开口215进入通风路径214的电弧故障放电由侧壁246、上壁244、以及下壁242约束，且被引导成与背壁248接触。电弧故障放电然后由背壁246朝电弧保护机构216重新引导。在备选实施例中，通风路径214构造成将电弧故障放电导送至允许断路器200如本文描述的那样操作的断路器200的任何部分。

断续器206构造成选择性地防止穿过断路器200的电流的流动。断续器206还构造成在第一位置238和第二位置240(在图3中以重影示出)之间移动，其中第一位置238防止穿过断路器200的电流的流动，且第二位置240允许穿过断路器200的电流的流动。电弧保护机构216构造成接收电弧故障放电且使断续器机构208跳闸来促使断续器206响应于电弧故障放电移动至第一位置238。断续器机构208联接至壳体210和断续器206，且构造成使断续器206在第一位置238和第二位置240之间移动。在备选实施例中，断续器机构208和电弧保护机构216以允许断路器200如本文描述的那样操作的任何方式构造。

在示例性实施例中，断续器机构208和电弧保护机构216构造成在没有触发电路或电气输入且没有与触发电路相关联的任何潜在的响应延迟的情况下操作。更具体而言，断续器机构208和电弧保护216使用储存的机械能和来自撞击电弧故障放电的力而起作用。机械能是至少部分地由断续器机构弹簧236和电弧保护机构弹簧232储存的势能的形式。在示例性实施例中，电弧保护机构216包括跳闸凸轮218，其构造成接收电弧故障放电，其中撞击电弧故障放电引起跳闸凸轮218中的移动，其足以释放储存在电弧保护机构弹簧232中的势能，且激活电弧保护机构216。在电弧保护机构216由撞击电弧故障放电激活之后，电弧保护机构216跳闸且/或激活断续器机构208，从而释放储存在断续器机构弹簧236中的势能以促使断路器200消除电弧故障。在备选实施例中，断续器机构208和电弧保护机构216以允许断路器200如本文描述的那样起作用的任何方式操作。

更具体而言，在示例性实施例中激活电弧保护机构216之后，电弧保护机构联接器臂230旋转且促使断续器机构连杆228平移和旋转两者。断续器机构连杆228继而促使断续器机构杠杆轴226在断续器机构弹簧236的辅助下旋转。杠杆轴226联接到绝缘联接棒220上，绝缘联接棒220联接到断续器206上。在杠杆轴226由断续器机构208促使旋转时，联接棒220和断续器206被促使在壳体210的本体内在第二位置240和第一位置238之间移动。在备选实施例中，断路器200的构件以允许断路器200如本文描述的那样操作的任何方式构造。

图4是可与图2中所示的电弧保护系统105一起使用的断路器300的另一示例性实施例的示意图。在示例性实施例中，断路器300是真空断路器。备选地，断路器300可为任何其他类型的断路器，包括但不限于，空气断路器、碘化硫断路器、和二氧化碳断路器。在示例性实施例中，断路器300联接至两组电源线路上且联接在它们之间，该两组电源线路包括至少一个负载侧电源线路302和至少一个线路侧电源线路304。此外，在示例性实施例中，负载侧电源线路302联接到至少一个电气构件112(图1中所示)上，且线路侧电源线路304联接到至少一个电源308(包括但不限于，AC发电机或DC电供应)上。断路器300包括允许断路器300如本文描述的那样操作的任何构件。例如，在一些实施例中，断路器300包括负载带(未示出)、线路带(未示出)、转子组件(未示出)、和操作机构(未示出)。

此外，在示例性实施例中，断路器300包括断续器312和组件310。断续器312构造成选择性地防止穿过断路器300的电流的流动。断续器312还构造成在第一位置316和第二位置318(在图3中以重影示出)之间移动，其中第一位置316防止穿过断路器300的电流的流动，且第二位置318允许穿过断路器300的电流的流动。组件310包括壳体306、断续器机构314、和电弧保护机构324。壳体306限定形成在壳体306中且包括开口322的通风路径320，开口322构造成将电弧故障期间生成的电弧故障放电的至少一部分导送到壳体306中。通风路径320限定在一对壳体侧壁358、壳体上壁356、壳体下壁354、和壳体背壁360之间。穿过开口322进入通风路径320的电弧故障放电由侧壁358、上壁356、以及下壁354约束，且引导成与背壁360接触。电弧故障放电然后由背壁360朝电弧保护机构324重新引导。在备选实施例中，通风路径320构造成将电弧故障放电导送至允许断路器300如本文描述的那样操作的断路器300的任何部分。

在示例性实施例中，电弧保护机构324构造成接收电弧故障放电且使断续器机构314跳闸而促使断续器312响应于电弧故障放电而移动至第一位置316。断续器机构314联接至壳体306和断续器312上，且构造成使断续器312在第一位置316和第二位置318之间移动。在备选实施例中，断续器机构314和电弧保护机构324以允许断路器300如本文描述的那样操作的任何方式构造。

在示例性实施例中，断续器机构314和电弧保护机构324构造成在没有触发电路或电气输入且没有与触发电路相关联的任何潜在的响应延迟的情况下操作。更具体而言，断续器机构314和电弧保护机构324使用储存的机械能和来自撞击电弧故障放电的力而起作用。在示例性实施例中，储存的机械能是至少部分地由断续器机构弹簧344和电弧保护机构弹簧340储存的势能的形式。在示例性实施例中，电弧保护机构324包括跳闸杠杆326，其定位在通风路径320中且构造成接收电弧故障放电，其中撞击电弧故障放电促使跳闸杠杆326围绕跳闸杠杆枢转点325旋转。当促使跳闸杠杆326围绕跳闸杠杆枢转点325旋转时，跳闸杠杆326的上部部分350与跳闸臂327接触，跳闸臂327作用为用于跳闸凸轮342的杠杆臂。跳闸臂327引起跳闸凸轮342中的移动，其足以释放储存在电弧保护机构弹簧340中的势能，且激活电弧保护机构324。在电弧保护机构324由撞击电弧故障放电激活之后，电弧保护机构324跳闸且/或激活断续器机构314，从而释放储存在断续器机构弹簧344中的势能以促使断路器300消除电弧故障。在备选实施例中，断续器机构314和电弧保护机构324以允许断路器300如本文描述的那样起作用的任何方式操作。

更具体而言，在示例性实施例中激活电弧保护机构324之后，电弧保护机构联接器臂338旋转且促使断续器机构连杆336平移和旋转两者。断续器机构连杆336继而促使断续器机构杠杆轴334在断续器机构弹簧344的辅助下旋转。杠杆轴334联接到绝缘联接棒328上，绝缘联接棒220联接到断续器312上。在杠杆轴334由断续器机构314促使旋转时，联接棒328和断续器312被促使在壳体306的本体内在第一位置316和第二位置318之间移动。在备选实施例中，断路器300的构件以允许断路器300如本文描述的那样操作的任何方式操作。

图5是可与图2中所示的电弧保护系统105一起使用的断路器400的另一示例性实施例的示意图。在示例性实施例中，断路器400是真空断路器。备选地，断路器400可为任何其他类型的断路器，包括但不限于，空气断路器、碘化硫断路器、和二氧化碳断路器。在示例性实施例中，断路器400联接至两组电源线路上且联接在它们其之间，该两组电源线路包括至少一个负载侧电源线路402和至少一个线路侧电源线路404。此外，在示例性实施例中，负载侧电源线路402联接到至少一个电气构件112(图1中所示)上，且线路侧电源线路404联接到至少一个电源408(包括但不限于，AC发电机或DC电供应)上。断路器400包括允许断路器400如本文描述的那样操作的任何构件。例如，在一些实施例中，断路器400包括负载带(未示出)、线路带(未示出)、转子组件(未示出)、和操作机构(未示出)。

此外，在示例性实施例中，断路器400包括断续器412和组件410。断续器412构造成选择性地防止穿过断路器400的电流的流动。断续器412还构造成在第一位置416和第二位置418(在图3中以重影示出)之间移动，其中第一位置416防止穿过断路器400的电流的流动，且第二位置418允许穿过断路器400的电流的流动。组件410包括壳体406、断续器机构414、和电弧保护机构424。壳体406限定形成在壳体406中且包括开口422的通风路径420，开口422构造成将电弧故障期间生成的电弧故障放电的至少一部分导送到壳体406中。通风路径420由一对侧壁464、上壁462、下壁460和背壁466限定。穿过开口422进入通风路径420的电弧故障放电由侧壁464的对、上壁462、以及下壁460约束，且引导成与背壁466接触。电弧故障放电然后由背壁466朝电弧保护机构424重新引导。在备选实施例中，通风路径420构造成将电弧故障放电导送至允许断路器400如本文描述的那样操作的断路器400的任何部分。

在示例性实施例中，电弧保护机构424构造成接收电弧故障放电且使断续器机构414跳闸而促使断续器412响应于电弧故障放电移动至第一位置416。断续器机构414联接至壳体406和断续器412上，且构造成使断续器412在第一位置416和第二位置418之间移动。在备选实施例中，断续器机构414和电弧保护机构424以允许断路器400如本文描述的那样操作的任何方式构造。

在示例性实施例中，断续器机构414和电弧保护机构424构造成在没有触发电路或电气输入且没有与触发电路相关联的任何潜在的响应延迟的情况下操作。更具体而言，断续器机构414和电弧保护机构424使用储存的机械能和来自撞击电弧故障放电的力而起作用。在示例性实施例中，储存的机械能是至少部分地由断续器机构弹簧444和电弧保护机构弹簧440储存的势能的形式。在示例性实施例中，电弧保护机构424包括跳闸杠杆426，其定位在通风路径420中且构造成接收电弧故障放电，其中撞击电弧故障放电促使跳闸杠杆426围绕跳闸杠杆枢转点425旋转。在示例性实施例中，跳闸杠杆426包括第一部分454和第二部分456，其中第二部分456具有预定的柔性且构造成由约束件458可释放地保持，约束件458联接到组件410上。在示例性实施例中，约束件458包括联接到组件410上的一组刚性壁，其抑制第二部分456的运动，直到第二部分456已经响应于撞击电弧故障放电而变形允许第二部分456传递到约束件458外的量。在备选实施例中，断续器机构414和电弧保护机构424以允许断路器400如本文描述的那样起作用的任何方式操作。

更具体而言，在激活电弧保护机构424之后，电弧保护机构联接器臂438旋转且促使断续器机构连杆436平移和旋转两者。断续器机构连杆436继而促使断续器机构杠杆轴434在断续器机构弹簧444的辅助下旋转。杠杆轴434联接到绝缘联接棒428上，绝缘联接棒220联接到断续器412上。在杠杆轴434由断续器机构414促使旋转时，联接棒428和断续器412被促使在壳体406的本体内在第一位置416和第二位置418之间移动。在备选实施例中，断路器400的构件以允许断路器400如本文描述的那样操作的任何方式构造。

在示例性实施例中，第二部分456和约束件458构造成便于减少电弧保护机构424的错误激活。跳闸杠杆426的运动受约束，直到来源于电弧故障放电撞击在下部分452上的某个力足以使第二部分456变形，使得跳闸杠杆426从约束件458释放且能够围绕枢转点425旋转。在至少一些实施例中，第二部分456的预定的柔性构造成在电弧保护机构424引起振动抗性、地震移动抗性、倾斜抗性、和时间延迟中的至少一者。在备选实施例中，约束件458和第二部分456的预定的柔性以允许断路器400如本文描述的那样起作用的任何方式构造。

当促使跳闸杠杆426围绕跳闸杠杆枢转点425旋转时，跳闸杠杆426的上部部分450与跳闸臂427接触，跳闸臂427作用为用于跳闸凸轮442的杠杆臂。跳闸臂427引起跳闸凸轮442中的移动，其足以释放储存在电弧保护机构弹簧440中的势能，且激活电弧保护机构424。在电弧保护机构424由撞击电弧故障放电激活之后，电弧保护机构424跳闸且/或激活断续器机构414，从而释放储存在断续器机构弹簧444中的势能以促使断路器400消除电弧故障。在备选实施例中，跳闸杠杆426和跳闸臂427以允许电弧保护系统424如本文描述的那样操作的任何方式移动。

图6是以可与图2中所示的电弧保护系统一起使用的断路器(例如，断路器200)来将电弧从电气外壳(例如，开关设备外壳100)的内部中发生的电弧故障消除的示例性方法600的流程图。方法600包括将在电弧故障期间生成的电弧故障放电导送602到组件(例如，组件205)的通风路径(例如，通风路径214)中。方法600还包括使用电弧保护机构(例如，电弧保护机构216)来接收604电弧故障放电，其中电弧保护机构构造成接收电弧故障放电且使断续器机构(例如，断续器机构208)跳闸。方法600还包括使用断续器机构来使断续器(例如，断续器206)在壳体(例如，壳体210)内移动至第一位置(例如，第一位置238)，其中第一位置防止穿过断路器的电流的流动。

上文描述的断路器大体上包括断续器外壳，断续器外壳包括断续器，断续器构造成选择性地防止穿过断路器的电流的流动。断路器包括组件，该组件包括断续器机构、通风路径、和电弧保护机构，电弧保护机构构造成使断续器机构跳闸来促动断续器。断路器可在不需要电气触发电路的情况下操作。在其他实施例中，电弧保护机构包括跳闸凸轮，其构造成从壳体内的通风路径接收电弧故障放电，且构造成激活电弧保护机构。在其他适合的实施例中，电弧保护机构包括跳闸杠杆，其构造成从通风路径接收电弧故障放电，且构造成激活电弧保护机构。在一些实施例中，跳闸杠杆具有第一部分、以及具有预定的柔性的第二部分，柔性部分构造成可释放地保持在联接到组件上的约束件内。此外，在一些实施例中，跳闸杠杆的柔性部分构造成在电弧保护机构中引起振动抗性、地震移动抗性、倾斜抗性、和时间延迟中的至少一者。

本文描述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下的至少一者：(a)快速停止诸如AC电源系统中的开关设备的电气构件中的电弧故障；(b)减轻或防止开关设备中的电弧的不期望的效果；(c)增加操作断路器的机构的可靠性；(d)允许以相对于已知电弧主动控制器的较低水平的复杂性和成本的开关设备中的主动电弧控制；(e)在不需要电流的情况下，减少用于断路器的响应时间；以及(f)在DC和AC电源系统应用中，增加低、中、高电压开关设备的IAC等级。

断路器以及使用断路器的方法的示例性实施例在上文详细描述。断路器和方法不限于本文描述的特定实施例，而是，断路器的构件和/或方法的操作可与本文描述的其他构件和/或操作独立地和分离地使用。此外，描述的构件和/操作也可限定在其他系统、方法、和/或装置中或结合它们使用，且不限于仅利用本文描述的断路器和系统来实践。

本文描述和示出的本公开的实施例中的操作的运行或执行的顺序不是实质性的，除非另外说明。即，操作可以以任何顺序执行，除非另外说明，且本公开的实施例可包括相比于本文公开的那些额外或较少的操作。例如，构想出的是，在另一个操作之前、同时、或之后运行或执行特定操作在本公开的方面的范围内。

虽然本公开的各种实施例的具体特征可在一些附图中示出且在其它附图中未示出，但这仅为了方便。按照本公开的原理，附图的任何特征可与任何其它附图的任何特征组合来参照和/或要求保护。

该书面描述使用实例来公开本公开(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或者系统以及执行任何并入的方法。本公开的可授予专利的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。如果这样的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有非实质差异的等效结构元件，则这样的其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种用于电弧保护系统的断路器，所述断路器包括：

断续器，其经配置以选择性地防止穿过所述断路器的电流的流动；以及

组件，其包括：

壳体，其包括开口；

断续器机构，其联接至所述壳体和所述断续器，所述断续器机构经配置以使所述断续器在第一位置和第二位置之间移动，其中所述第一位置防止穿过所述断路器的电流的流动，且所述第二位置允许穿过所述断路器的电流的流动；以及

所述壳体内的电弧保护机构，其中壳体开口定位成允许电弧故障期间生成的电弧故障放电传送到所述壳体中且至所述电弧保护机构，以及其中所述电弧保护机构经配置以接收所述电弧故障放电且使所述断续器机构跳闸来促使所述断续器响应于所述电弧故障放电而移动至所述第一位置。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，还包括：

由一对侧壁、上壁、下壁、和背壁限定在所述壳体中的通风路径，其中所述通风路径布置成用于所述电弧故障放电穿过所述壳体中的所述开口进入所述通风路径，在所述侧壁对、所述下壁、和所述上壁之间传送，且与所述背壁接触，以将所述电弧故障放电朝所述电弧保护机构引导。

3.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述断续器机构和所述电弧保护机构经配置以在没有电气输入的情况下操作。

4.根据权利要求3所述的断路器，其特征在于，所述断路器包括真空断路器。

5.根据权利要求3所述的断路器，其特征在于，所述电弧保护机构包括经配置以接收所述电弧故障放电的跳闸凸轮。

6.根据权利要求3所述的断路器，其特征在于，所述电弧保护机构包括跳闸杠杆，其中所述跳闸杠杆的至少一部分定位成接收所述壳体中的所述电弧故障放电，所述跳闸杠杆经配置以响应于接收所述电弧故障放电而激活，且激活所述电弧保护系统。

7.根据权利要求6所述的断路器，其特征在于，所述跳闸杠杆具有第一部分和第二部分，所述第二部分具有预定的柔性，且经配置以由联接至所述组件的约束件可释放地保持，其中所述第一部分的至少一部分定位在所述壳体中以接收所述电弧故障放电。

8.根据权利要求7所述的断路器，其特征在于，所述第二部分的预定的柔性经配置以在所述电弧保护机构中引起振动抗性、地震移动抗性、倾斜抗性、和时间延迟中的至少一者。

9.一种用于电气外壳的电弧保护系统，所述电气外壳包括断路器隔间和电缆隔间，所述电弧保护系统包括：

负载侧电源线路，其联接至至少一个电气构件；

线路侧电源线路，其联接至至少一个电源；以及

断路器，其联接至所述负载侧电源线路和所述线路侧电源线路；所述断路器包括：

断续器，其经配置以选择性地防止穿过所述断路器的电流的流动；以及

组件，其包括：

壳体，其包括开口；

断续器机构，其联接至所述壳体和所述断续器，所述断续器机构经配置以使所述断续器在第一位置和第二位置之间移动，其中所述第一位置防止穿过所述断路器的电流的流动，且所述第二位置允许穿过所述断路器的电流的流动；以及

所述壳体内的电弧保护机构，其中壳体开口定位成允许电弧故障期间生成的电弧故障放电传送到所述壳体中且至所述电弧保护机构，以及其中所述电弧保护机构经配置以接收所述电弧故障放电且使所述断续器机构跳闸来促使所述断续器响应于所述电弧故障放电而移动至所述第一位置。

10.根据权利要求9所述的电弧保护系统，其特征在于，还包括：

由一对侧壁、上壁、下壁、和背壁限定在所述壳体中的通风路径，其中所述通风路径布置成用于所述电弧故障放电穿过所述壳体中的所述开口进入所述通风路径，在所述侧壁对、所述下壁、和所述上壁之间传送，且与所述背壁接触，以将所述电弧故障放电朝所述电弧保护机构引导。

11.根据权利要求9所述的电弧保护系统，其特征在于，所述断续器机构和所述电弧保护机构经配置以在没有电气输入的情况下操作。

12.根据权利要求11所述的电弧保护系统，其特征在于，所述断路器包括真空断路器。

13.根据权利要求11所述的电弧保护系统，其特征在于，所述电弧保护机构还包括经配置以接收所述电弧故障放电的跳闸凸轮。

14.根据权利要求11所述的电弧保护系统，其特征在于，所述电弧保护机构包括跳闸杠杆，其中所述跳闸杠杆的至少一部分定位成接收所述壳体中的所述电弧故障放电，所述跳闸杠杆经配置以响应于接收所述电弧故障放电而激活，且激活所述电弧保护系统。

15.根据权利要求14所述的电弧保护系统，其特征在于，所述跳闸杠杆具有第一部分和第二部分，所述第二部分具有预定的柔性，且经配置以由联接至所述组件的约束件可释放地保持，其中所述第一部分的至少一部分定位在所述壳体中以接收所述电弧故障放电。

16.根据权利要求15所述的电弧保护系统，其特征在于，所述第二部分的预定的柔性经配置以在所述电弧保护机构引起振动抗性、地震移动抗性、倾斜抗性、和时间延迟中的至少一者。

17.根据权利要求15所述的电弧保护系统，其特征在于，所述电缆隔间的一部分经配置以在所述电弧故障期间变形，以将所述电弧故障放电从所述电缆隔间导送至所述壳体的所述开口。

18.一种以断路器将电弧从电气外壳的内部中发生的电弧故障消除的方法，所述方法包括：将所述电弧故障期间生成的电弧故障放电导送到所述断路器的壳体中；

通过所述壳体内的电弧保护机构的跳闸凸轮来接收所述电弧故障放电从而移动所述跳闸凸轮，其中所述跳闸凸轮的移动激活所述电弧保护机构，且其中所述电弧保护机构经配置以接收所述电弧故障放电且使断续器机构按响应而跳闸；以及

通过所述断续器机构来使所述断续器在所述壳体内移动至第一位置，其中所述第一位置防止穿过所述断路器的电流的流动。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，使所述断续器机构移动不需要电气输入。

Images