CN109817498A - 具有双断路触点的高压直流断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压直流电路断流器，该电路断流器包括双断路触点，其中每个触点都设有电弧室。双断路触点设置为彼此串联并且均串联至过流测量装置。本发明的有益技术效果在于：由于双断路触点彼此串联且与过流测量装置串联，使得如果测量到过流，两个触点同时打开(即双断路)以降低跨越每组触点的电压，并且把手可同时重置和闭合这两组触点。

Description

具有双断路触点的高压直流断路器

技术领域

本发明涉及一种用于高电压应用的电路断流器，并且更具体地，本发明涉及一种具有双断路触点的电路断流器，其中每个触点都设有电弧室。

背景技术

电路断流器为用来打开电路、中断电流的电气零件，电路断流器的一个基础示例为开关，开关大体上由两个电触点组成，这两个电触点处于两种状态之一：闭合，意味着两个触点彼此电接触，允许电流在两个触点之间流通，或打开，意味着两个触点彼此并不电接触、阻止电流。可直接操作开关以将控制信号提供至诸如计算机键盘按钮的系统，或提供信号来控制诸如光开关的电路中的功率流。

电路断流器的另一个示例为断路器。断路器设计为保护电路免受由诸如过载、接地故障或短路导致的损坏。如果发生故障状态，诸如在电线中发生电涌，断路器将跳闸。这将导致处于“接通”位置的断路器切换至“断开”位置并且中断从该断路器的电能传导。断路器大体上能够通过限制流经电线的电流量为不会损坏电线的水平来保护电线。断路器还可防止正在用电过多的装置的损坏。

标准电路断流器具有第一端子和第二端子，第一端子连接至电源，第二端子电连接至断路器旨在保护的电线。按照惯例，这些端子分别称为“接线端”和“负载端”。接线端有时称为断路器的输入端。负载端有时称为断路器的输出端，该输出端连接至接收电力的电路和零件。

断路器可用于保险丝的替代。然而与保险丝不同的是，保险丝在过流状态下通常操作至打开并且随后必须更换，断路器可“重置”(手动或自动)以恢复操作。保险丝与断路器执行类似的角色，然而，断路器更易于使用并且通常使用和操作更加安全。

与保险丝烧毁时的状态不同，当断路器跳闸时，通过查看配电板并且注意哪个断路器具有处于“跳闸”位置的把手，相对来说易于决定哪个断路器为中断的电路供电。该断路器可随后简单地移动至“断开”位置(这会重置断路器)，并且随后移动至“接通”位置并且电力恢复。

一般来说，单极电路断流器具有至少两个定位在外壳内部的触点。第一触点为固定的并且可连接至接线端或负载端中的一者。第二触点相对第一触点是活动的，从而当断路器处于“断开”或“跳闸”位置时，在第一触点和第二触点之间存在间隙。

在高压应用中，两个触点的打开和闭合会导致两个触点之间产生电弧。高压应用通常与高功率传输有关，并且因此，在这些应用中使用的开关装置即使在欠载的状态下也必须能够有效且安全地开闭。

在欠载的状态下，当通电的两个触点打开时，上述电路断流器的问题出现。随着两个触点分离，在两个触点之间的间隙中可形成电弧。电弧为在两个点之间的等离子体放电，该等离子体放电由电流导致，该电流电离两个点之间的空气中的气体。

在两个触点的转换期间电弧的生成会导致不良效果，该效果负面影响电路断流器的操作，甚至潜在地导致安全隐患。这些负面的影响还会对电路断流器的运行产生不良后果。

一个可能的后果是，电弧可导致电路断流器内部的器件和/或周围的器件短路，导致损坏并且存在潜在的火灾或安全隐患。

电弧的另一个后果是，电弧会损坏两个触点本身，导致一些材料逃逸至空气中成为细颗粒物。从两个触点融化下来的碎片可迁移或进入电路断流器的机构中，损坏机构或减少机构的使用寿命。

电弧的又一个影响是由于电弧的极度高温(数万摄氏度)，这样的高温可影响周围的气体分子，生成臭氧、一氧化碳、以及其他危险化合物。该电弧还可电离周围的空气，潜在地生成可替代的导电路径。

由于直流应用没有电压过零点，在高压应用中面对的挑战在直流(DC)应用中进一步复杂。在交流(AC)应用中，两个触点的打开的时间可根据电压过零点设置，以最小化潜在的电弧生成。然而，在直流应用中，没有电压过零点，因此在欠载的状态下，开关转换在峰值电压处必然会经常发生。

因此需要提供一种可在直流应用中使用的电路断流器，该电路断流器克服上述限制。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种电路断流器，该电路断流器用于高电压应用中，具有灭弧器，该灭弧器的功能为捕获电路断流器的两个触点之间的电弧。

本发明的一个进一步的目的是提供一种电路断流器，该电路断流器用于高电压应用中，设计为当两个触点打开或闭合时尽可能减少电弧的形成。

本发明的一个进一步的目的是提供一种电路断流器，该电路断流器用于高电压应用中，适用于尽可能减少电弧的形成，并且如果电弧已经形成，该电路断流器将快速运行以熄灭电弧。

本发明通过提供电路断流器来实现这些和其他目的，该电路断流器包括第一活动触点和第二固定触点(第一组触点)。第一固定触点定位在第一固定触点臂上，第一固定触点臂为长形的且大体上为平坦的，并且连接至第一端子。还设置了第一活动触点臂，第一活动触点臂具有第一活动触点，第一活动触点安装在第一活动触点臂上。第一活动触点臂可移动，使得第一活动触点移动至与第一固定触点物理接触或脱离物理接触。

在一个构造中，第一活动触点连接至第一柔性导体，该导体连接至过流测量装置的输入端。过流测量装置的输出端反过来连接至第二柔性导体，该导体连接至第二活动触点。第二活动触点定位在第二活动触点臂上。还提供第二固定触点，第二固定触点安装在第二固定触点臂上。第二活动触点和第二固定触点(第二组触点)可移动至彼此物理接触或脱离物理接触。第二固定触点进一步连接至第二端子。

在一个构造中，还提供第一灭弧器，第一灭弧器邻近第一活动触点和第一固定触点定位。第一灭弧器设置为使得当第一活动触点和第一固定触点之间生成电弧时，该电弧随后被驱入第一灭弧器内部。类似地，邻近第二活动触点和第二固定触点设置第二灭弧器，使得如果在第二活动触点和第二固定触点之间生成电弧，则该电弧随后被驱入第二灭弧器内部。

电路断流器可进一步包括外壳，电路断流器的工作部件保持在该外壳内部。在一个构造中，第一活动触点臂连接至第一连杆，第一连杆连接至把手，该把手从外壳的上侧向外延伸。第一连杆设置为使得如果把手移动至断开位置，将会导致移动第一连杆以打开第一触点和第二触点。可替代地，如果过流测量装置检测到过流状态，过流测量装置将会运行以移动第一连杆来打开第一触点和第二触点。

电路断流器进一步包括第二连杆，第二连杆连接至把手和第二活动触点臂。第二连杆设置成使得如果把手移动至断开位置，将会导致移动第二连杆以打开第二组触点。

在一个进一步的构造中，电路断流器包括单个把手，该把手用于驱动第一连杆和第二连杆，使得第一组触点和第二组触点同时打开和闭合。

如从上述描述中可见的，电路断流器包括串联的第一组触点和第二组触点，第一组触点和第二组触点同时驱动。这对于高压应用是有益的，因为在每个单组触点中产生的电压等同于应用的电压的总电压的一半。通过将彼此串联的两组触点的电压分开，可减少跨越每组触点产生的电弧。

对于本发明，适用于如下词语和定义：

词语“第一”和“第二”用于将一个元件、组、数据、物件或物体与另一个区分开，并且并不用于指定时间上的相对位置或设置。

在此使用的词语“联接的”、“联接至”、“与…联接”、“连接的”、“连接至”和“与…连接”中的每一者意味着或更多个器件、设备、文件、程序、应用、媒体、零件、网络、系统、子系统、和/或装置之间的关系、以下两项中任意一者或多者的组成：(a)连接，直接或通过一个或多个其他器件、设备、文件、程序、应用、媒体、零件、网络、系统、子系统、或装置的连接，(b)通信关系，直接或通过一个或多个其他器件、设备、文件、程序、应用、媒体、零件、网络、系统、子系统、或装置的通信关系，以及/或(c)功能性关系，在该关系中器件、设备、文件、程序、应用、媒体、零件、网络、系统、子系统、或装置中的任何一者或多者整体或局部取决于器件、设备、文件、程序、应用、媒体、零件、网络、系统、子系统、或装置中的任何一个或多个其他者的操作。

词语“高”电压在应用中使用，该应用中电压高于用于配电的电压。根据国家电气安全法规(NFPA 70)，下限通常采取8700V。

在系统的一个构造中，高压直流电路断流器包括形成第一组触点的第一固定触点和第一活动触点、具有第一活动触点的第一活动触点臂、以及连接至第一活动触点臂的第一连杆，其中第一活动触点定位在第一活动触点臂上，第一活动触点能够移动至与第一固定触点物理接触或脱离物理接触。电路断流器进一步包括形成第二组触点的第二固定触点和第二活动触点、具有第二活动触点的第二活动触点臂、以及连接至第二活动触点臂的第二连杆，其中第二活动触点定位在第二活动触点臂上，第二活动触点能够移动至与第二固定触点物理接触或脱离物理接触。电路断流器还包括过流测量装置和把手，其中，过流测量装置与第一组触点和第二组触点串联，把手连接至过流测量装置并且定位在外壳的上侧中。电路断流器使得过流测量装置在过流状态下可驱动第一连杆和第二连杆，从而使得在过流状态期间第一组触点和第二组触点同时打开。

在系统的另一个构造中，高压直流电路断流器包括形成第一组触点的第一固定触点和第一活动触点，第一活动触点定位在第一活动触点臂上并且能够移动至与第一固定触点物理接触或脱离物理接触。电路断流器进一步包括形成第二组触点的第二固定触点和第二活动触点，第二活动触点定位在第二活动触点臂上并且能够移动至与第二固定触点物理接触或脱离物理接触。电路断流器还包括连接至第一活动触点臂的第一连杆和连接至第二活动触点臂的第二连杆、外壳、以及过流测量装置，其中第一组和第二组触点以及第一连杆和第二连杆定位在外壳中，过流测量装置连接在第一组和第二组触点之间。电路断流器设置成使得在过流状态下过流测量装置能够驱动所述第一连杆和第二连杆，从而使得在过流状态期间所述第一组合第二组触点同时打开。

在考虑如下附图和详细描述的状态下，将更清楚地理解本发明的其他目的和具体特征以及有益效果。

附图说明

图1为根据一个构造的电路断流器的图解；

图2为根据图1的第一固定触点臂和第一固定触点的立体图；

图3为根据图1的电路断流器的功能的框图，示出了处于跳闸位置的把手和打开的第一组触点和第二组触点；

图4为根据图3的电路断流器的功能的框图，示出了处于断开位置的把手和打开的第一组触点和第二组触点；

图5为根据图3的电路断流器的功能的框图，示出了处于接通位置的把手和闭合的第一组触点和第二组触点。

具体实施方式

现参考附图，其中类似的参考数字指代出附图中对应的结构。

图1为电路断流其器100的视图，其中在一个构造中，电路断流器可包括断路器。电路断流器100包括外壳102，外壳102可包括绝缘材料，诸如本领域中通常使用的热固性聚酯树脂材料或类似的材料。

外壳102的顶面104包括开口，把手10位于该开口6中。把手106可移动至三个位置，接通、断开、以及跳闸。第一连杆108和第二连杆110连接至把手106的下部。第一连杆108连接至过流测量装置112并且连接至第一活动触点臂114。类似地，第二连杆110连接至过流测量装置112并且连接至第二活动触点臂116。

第一活动触点118安装在第一活动触点臂114的下侧上，并且第二活动触点120安装在第二活动触点臂116的下侧上。

第一活动触点臂114通过第一柔性导体124连接至过流测量装置112的输入端122。第二活动触点臂116通过第二柔性导体的第二部分128连接至中间板126，并且中间板126通过第二柔性导体的第一部分132连接至过流测量装置112的输出端130柔性导体。

大体上，第一活动触点118可通过绕第一枢轴134枢转而沿径向路径运动以与第一固定触点136发生接触。第一固定触点136定位在第一固定触点臂138上，第一固定触点臂138形成为平坦的导体并且在图2中更优示出。如图1中可见的，第一固定触点臂138具有U型构造，该构造具有下部，该下部包括第一端子140。第一端子示出为旋拧式连接，然而应当预见的是，事实上本领域中已知的任何类型的连接件可有效地使用，这些连接件包括穿刺型连接件、齿、或类似的连接件。第一活动触点118和第一固定触点136形成第一组触点158。

第二活动触点120与第一活动触点118的功能类似。第二固定触点142定位在第二固定触点臂144上，第二固定触点臂144形成为与第一固定触点臂138类似的平坦的导体。如图1中可见的，第二固定触点臂144具有U型构造，该构造具有下部，该下部包括第二端子146。第二端子146可包括上述讨论的与第一端子140有关的任何构造。第二活动触点120和第二固定触点142形成第二组触点160。

同样在图1中示出了第一灭弧器148和第二灭弧器150。第一灭弧器148包括多个基本上竖向堆叠的彼此间隔开的弧板152，第二灭弧器150包括多个基本上竖向堆叠的彼此间隔开的弧板154。第一灭弧器148定位在第一组触点的附近，第二灭弧器150定位在第二组触点的附近。第一灭弧器148和第二灭弧器150定位成使得弧板152、弧板154的内部分别至少部分地顺应活动触点臂114、116的径向路径。以此种方式，在第一组触点之间或在第二组触点之间产生电弧的状态下，电弧将被从这两组触点驱离并且驱入各自对应的灭弧器148、150内部。

图1中还示出了屏障156，屏障156可与外壳102一体作为外壳的一部分。屏障156可包括绝缘材料并且在第一组触点和第二组触点之间提供绝缘的屏障，这在高压环境下是有益的。

现参考图3至图5，示出了电路断流器100的功能性框图。图3示出了在过流状态下，过流测量装置112将运行以同时打开第一组触点和第二组触点158、160，以此中断第一端子和第二端子140、146之间的电流。如可见的，当电路断流器100遭遇过流状态，把手106切换至跳闸位置。

如图4所示，把手106应当移动至断开位置以离开把手106的跳闸位置。该移动的作用为“重置”过流测量装置和相关的连杆。还应当注意的是，第一组触点和第二组触点158、160保持在打开状态。

如图5所示，把手106可随后移动至接通位置，该移动的作用为闭合第一组触点和第二组触点158、160，从而电路断流器100随后允许电流在第一端子和第二端子140、146之间流通。

参考图1和图3至图5可见，第一组触点158在第一端子和第二端子140、146之间与第二组触点160串联。在高压应用中，当两组触点同时打开时，由于打开期间电阻增加，每组触点中穿过一半的电压，因此这是有益的。这意味着跨越每组触点之间的间隙发生的电弧由于更低的电压降将减少。

另外，应当注意的是，电路断流器100描述为用于直流高压应用。尽管直流电压不同于交流电压为极性相关的，本领域中的技术人员应当理解的是，电路断流器100可与正直流导电件一起使用，该导电件连接至第一端子140或第二端子146。换句话说，电路断流器100可用于极性敏感应用。这是由于至少一个灭弧器总是正确地定向并且作用为迅速熄灭任何生成的电弧。由于第一对触点和第二对触点158、160彼此串联连接，在一组触点中的电流的中断能够中断另一组触点中的电流，有效地抑制两组触点中的电弧。

尽管参考部件、特征和类似的部分的具体设置描述了本发明，并不只在穷尽全部可能的设置或特征，并且对于本领域中的技术人员来说，许多其他的修改和不同确实是可能的。

Claims (18)

1.一种高压直流电路断流器，包括：

第一固定触点和第一活动触点，所述第一固定触点和所述第一活动触点形成第一组触点，所述第一活动触点定位在第一活动触点臂上并且适于移动以与所述第一固定触点接触或脱离接触；

第二固定触点和第二活动触点，所述第二固定触点和所述第二活动触点形成第二组触点，所述第二活动触底定位在第二活动触点臂上并且适于移动以与所述第二固定触点接触或脱离接触；

第一连杆和第二连杆，所述第一连杆连接至所述第一活动触点臂，所述第二连杆连接至所述第二活动触点臂；

外壳，所述第一组触点和所述第二组触点以及所述第一连杆和所述第二连杆定位在所述外壳内；

过流测量装置，所述过流测量装置连接在所述第一组触点和所述第二组触点之间；

其中，在过流状态下，所述过流测量装置适于驱动所述第一连杆和所述第二连杆，使得所述第一组触点和所述第二组触点在过流状态期间同时打开。

2.根据权利要求1所述的电路断流器，进一步包括把手，所述把手定位在所述外壳的上侧，其中，

当所述把手处于接通位置时，所述把手同时闭合所述第一组触点和所述第二组触点；

当所述把手处于断开位置时，所述把手同时打开所述第一组触点和所述第二组触点；并且

在过流状态下所述把手转换至跳闸位置。

3.根据权利要求1所述的电路断流器，进一步包括：

第一端子，所述第一端子连接至所述第一固定触点；以及

第二端子，所述第二端子连接至所述第二固定触点。

4.根据权利要求3所述的电路断流器，进一步包括：

第一灭弧器；以及

第二灭弧器；

其中，所述第一灭弧器邻近所述第一组触点定位，并且所述第二灭弧器邻近所述第二组触点定位。

5.根据权利要求4所述的电路断流器，其中，

当所述第一端子连接至直流电源时，所述第二端子适于连接至负载端；并且

当所述第二端子连接至直流电源时，所述第一端子适于连接至负载端。

6.根据权利要求5所述的电路断流器，其中，

当所述第一端子连接至直流电源、当电弧在所述第二组触点之间生成时，电弧被驱入所述第二灭弧器内部；以及

当所述第二端子连接至直流电源、当电弧在所述第一组触点之间生成时，电弧被驱入所述第一灭弧器内部。

7.根据权利要求4所述的电路断流器，其中，所述第一灭弧器和所述第二灭弧器中均包括多个竖向堆叠的弧板。

8.根据权利要求7所述的电路断流器，其中，所述第一灭弧器的多个弧板相对于所述第一活动触点臂经过的路径至少部分地沿径向路径定位，所述第二灭弧器的多个弧板相对于所述第二活动触点臂经过的路径至少部分地沿径向路径定位。

9.根据权利要求8所述的电路断流器，进一步包括第一固定触点臂，其中所述第一固定触点定位在所述第一固定触点臂上。

10.根据权利要求9所述的电路断流器，其中，所述第一固定触点臂形成第一下电弧流道，所述第一下电弧流道在所述第一灭弧器下方延伸并且形成所述第一灭弧器的最低的弧板。

11.根据权利要求10所述的电路断流器，进一步包括第二固定触点臂，其中所述第二固定触点定位在所述第二固定触点臂上。

12.根据权利要求11所述电路断流器，其中，所述第二固定触点臂形成第二下电弧流道，所述第二下电弧流道在所述第二灭弧器下方延伸并且形成所述第二灭弧器的最低的弧板。

13.根据权利要求12所述的电路断流器，其中，所述第一固定触点臂形成为U型臂并且包括所述第一端子，所述第一端子定位在所述第一固定触点臂上。

14.根据权利要求13所述的电路断流器，其中，所述第二固定触点臂形成为U型臂并且包括所述第二端子，所述第二端子定位在所述第二固定触点臂上。

15.根据权利要求1所述的电路断流器，其中，所述第一活动触点臂通过第一柔性导体连接至所述过流测量装置的输入端，并且所述第二活动触点臂通过第二柔性导体连接至所述过流测量装置的输出端。

16.根据权利要求15所述的电路断流器，其中，所述第二活动触点臂通过所述第二柔性导体的第一部分连接至中间板，并且所述中间板通过所述第二柔性导体的第二部分连接至所述过流测量装置的所述输出端。

17.根据权利要求1所述的电路断流器，进一步包括：

绝缘屏障，所述绝缘屏障定位在所述外壳内部并且在所述第一组触点和所述第二组触点之间提供绝缘的屏障。

18.根据权利要求17所述的电路断流器，其中，所述绝缘屏障形成为与所述外壳一体。