CN110520953B - 用于直流断路器的电弧室 - Google Patents

Abstract

一种用于直流断路器的电弧室(10)包括进入侧(E)，该进入侧适于接收电弧(50)，该电弧在电弧室(10)外部产生并沿向前方向(F)传播；多个堆叠的分隔板(11a…11f)和至少一个抑制屏障(20a,20b)。至少一个抑制屏障(20a,20b)布置在进入侧(E)上，以抑制电弧(50)沿相反方向(R)反向传播出电弧室(10)。包括电弧室的直流断路器。电弧室与断路器在直流电气系统中的使用。

Description

用于直流断路器的电弧室

技术领域

本公开的各方面大体上涉及一种用于直流断路器(DC circuit breaker)的电弧室，涉及一种包括如本文所公开的电弧室的直流断路器，并且涉及电弧室与断路器在直流电气系统中的使用。

背景技术

在某些类型的断路器中，触头通过机械移动彼此分离，使得在触头之间点燃电弧。电弧通常沿金属导轨朝向多个分隔板的堆叠布置引导，这些分隔板位于充满交换介质(switching medium)的电弧(arcing)室内。分隔板通常在堆叠方向上并排基本彼此平行地布置，其中在每对相邻的分隔板之间形成空间。

电弧撞击在分隔板的边缘上，并分成几个电弧段。理想地，电弧进入分隔板，并且电弧段停留(stay)在分隔板区域内，直到电流中断为止。然后，熄灭电弧。

由于电弧段之中的电磁相互作用，电弧可沿向后的方向传播，即朝向进入分隔板堆叠的侧传播。在此情况下，阻碍了在合理的时间量内熄灭电弧，这可能导致电弧熄灭过程的不期望的延长。

发明内容

本公开的目的在于提供一种具有改进的电弧熄灭能力，特别是即使在困难的条件下也允许更可靠地熄灭电弧，同时保持低成本和/或紧凑的设计的电弧室。

鉴于以上所述，提供了根据权利要求1所述的用于直流断路器的电弧室，一种根据权利要求11所述的包括电弧室的直流断路器，以及根据权利要求12所述的电弧室与断路器在直流电气系统中的使用。

根据第一方面，提供了一种用于直流断路器的电弧室。电弧室包括进入侧、多个堆叠的分隔板和至少一个抑制屏障(inhibitor barrier)。进入侧适于接收在电弧室外部产生并沿向前方向传播的电弧。至少一个抑制板布置在进入侧上，并且构造和布置成以便抑制电弧沿相反的方向反向传播出电弧室。

根据本公开的另一方面，提供了一种直流断路器。直流断路器包括如本文所述的电弧室。根据本公开的又一另外的方面，提供了如本文所述的电弧室与断路器在直流电气系统中的使用。

当电弧在进入侧上进入室时，其沿向前的方向朝分隔板的堆叠或堆传播。通过至少一个抑制板的布置和构造，抑制(suppress)了一旦进入室的电弧的向后传播，即，沿反向方向传播使得电弧最终再次在进入侧上离开室。

在实施例中，在电弧室的俯视图中，即在沿分隔板的堆叠方向的观察方向上，至少一个抑制屏障布置在电弧室的进入侧上的角部中。另外，电弧室可包括至少两个抑制屏障，在该室的俯视图中，抑制屏障的每个都布置在电弧室的进入侧上的相对的角部中。可选地，当在电弧室的进入侧上的相对的角部中设置至少两个抑制屏障时，至少两个抑制屏障可彼此间隔开，因此形成用于电弧进入到堆叠的分隔板区域中的间隙。

沿相反方向传播的电弧经常从电弧室的中心区域移动到室的角部。布置在进入侧的角部中的抑制屏障(可选地，每个不同的角部一个抑制板)可帮助进一步改善更有效或更选择性地防止电弧的向后传播。用于电弧进入的间隙可帮助确保电弧可基本上不受阻碍地进入分隔板区域，同时有效地防止了电弧沿相反方向传播超过进入侧上的角。

在实施例中，至少一个抑制屏障基本上在分隔板的堆叠方向上延伸。基本上沿分隔板的堆叠方向延伸的至少一个抑制屏障可从堆叠的一个最外部的分隔板基本上连续地延伸到堆叠的另一个最外部的分隔板。

备选地，基本上沿分隔板的堆叠方向延伸的至少一个抑制屏障可由一堆抑制板形成，这些抑制板在堆叠方向上以对准的方式布置，其中每个抑制板设置在多个分隔板的相邻分隔板之间，即在多个分隔板中的至少一对相邻的分隔板之间。可选地，相应的抑制板设置在多个分隔板中的相邻分隔板的每个之间，即在多个分隔板中的每对相邻分隔板之间。

在实施例中，电弧室在至少一个抑制屏障的区域中包括排气通道的入口。至少一个抑制屏障的区域(其中提供入口)是由传播的电弧生成的热气流的至少大部分可能流入到入口中的区域。排气通道延伸至气体出口。气体出口形成在电弧室的与进入侧不同的一侧上。以此方式，可将热气体有效地引导到其不延迟或防止电弧熄灭的位置。

可与本文所述的实施例适当组合的另外的优点、特征、方面和细节在从属权利要求和权利要求的组合、说明书和附图中公开。

附图说明

将参考附图更详细地描述本公开，在附图中：

图1a-1c示出了根据比较实例的电弧室的示意性横截面侧视图，其中示意性地示出了朝多个堆叠的分隔板传播的电弧的不同阶段；

图2a示出了根据本发明实施例的包括抑制屏障的电弧室的示意性横截面侧视图；以及

图2b示出了图2a的电弧室的示意性横截面俯视图。

具体实施方式

现在将详细参考各个方面和实施例。每个方面和实施例通过解释的方式提供，并且不旨在作为限制。作为一个方面或实施例的一部分示出或描述的特征可与任何其它方面或实施例结合使用。本公开旨在包括这样的组合和修改。在附图中，相同的参考标记指代相同或相似的部分。为了便于理解，在那些附图中省略了一些参考标记，所述附图示出了在先的附图在不同的时间点处的基本相同的结构。

为了说明的目的，图1a-1c示出了根据比较实例的电弧室10的示意性横截面侧视图。在图1a-1c中，堆叠或堆包括多个分隔板11a至11f，这些分隔板彼此基本平行地布置，并在堆叠方向S上，每对相邻的分隔板11a-11b, 11b-11c, 11c-11d, 11d-11e, 11e-11f之间隔开一定距离。通常，堆叠方向S对应于室10的上下方向。附图中所示的分隔板的数量仅作为实例，而不应理解为限制。

电弧50在电弧室10的外部产生，例如，在低压或中压断路器(未显示)的断开触头元件之间。电弧在充满交换介质的空间内点燃。当电弧在触头之间燃烧时，电弧电压变化不大。在某个时间点，电弧通常朝分隔板11a-11f的堆叠，沿称为电弧滚环(arc runner)的金属导轨从触头分离、弯曲并移动。

在图1a中，电弧50仍在堆叠外部，并沿向前的方向F传播，直到其到达，即撞击到分隔板11a-11f的前缘为止。前缘位于电弧室10的电弧50撞击其上的一侧上，并且电弧室的这一侧在本文中将称为进入侧E。由于燃烧的电弧引起的电压增加，并且电弧进一步通勤(commute)进入分隔板11a-11f的区域。

在图1b中，在撞击之后，电弧50在分隔板11a-11f中的相邻分隔板之间的空间内分成几段50a-50e。保持最大电弧电压，直到电流中断为止。分隔板11a-11f的冷却效果可帮助熄灭电弧段50a-50e并中断电流。

在图1a-1c的比较实例中，由于在下文中称为"回燃"的现象，可能会增加中断电流所需的时间。在回燃之前，未熄灭的电弧50或电弧段50a-50e沿反向方向R传播。由于回燃而导致的额外延迟导致大量能量沉积在断路器中，并因此导致增加断路器的损耗。

在图1c中，电弧段50a-50e之间的磁性相互作用产生排斥力，其作用在一些或全部电弧段50a-50e上。通过排斥力将增强电弧段50a-50e沿堆叠方向S的位置的不对称性，导致电弧段50a-50e相对于其在堆叠方向S上的相邻段排斥。图1c中的电弧段50a, 50c, 50e中的一个或多个可能会在相反方向R上进一步传播并导致回燃。

图2a示出了根据一个实施例的电弧室10的截面侧视图。在图2a中，在室10的进入侧E上设置并布置有抑制屏障20a,20b。根据该实施例，从对应于图2a的视图的图2b的截面俯视图，抑制屏障20a,20b相对于投影平面的空间布置变得更加明显。

在图2b中，用虚线示出了多个分隔板11a-11f中的任意分隔板11。抑制屏障20a,20b以这样一种方式布置在进入侧E上，使得它们抑制电弧沿相反方向R反向传播出电弧室。换言之，抑制屏障20a,20b布置成使得它们基本上阻止热气流沿相反方向R流动超过室10的进入区域。

应注意的是，相反方向R不一定是与向前方向F完全相反的方向，而可为朝向进入侧E的倾斜方向，例如朝向室10的进入侧E上的角部15a,15b中的任何一个。

在图2b的俯视图中，抑制屏障20a,20b布置成使得在电弧50沿向前方向F传播时，形成(即，形成在抑制屏障20a,20b之间)用于电弧50进入的间隙(即，在俯视图中看时或沿分隔板的堆叠方向看时的间隙)。电弧50进入并分成电弧段50a-50e之后(图2a中呈现，如图1中所示)，电弧进一步传播到室10的中心部分中。随后，全部或一些电弧段50a-50e极有可能传播到室10的进入侧E上的前角部15a或15b、室10的相对侧上的后角部15c或15d的方向。

由电弧段50a-50e产生，朝向任何前角部15a,15b传播的热气体即使在相应的电弧段50a-50e已熄灭之后也可能导致引起回燃(重燃)的热传导气体。

在图2a和2b的实施例中，一个或多个抑制屏障20a,20b布置在电弧室10的进入侧E上的一个角部15a,15b或两个角部15a,15b中。在分隔板11a-11f的前缘的区域中，即在进入侧E上，任何抑制屏障20a,20b都用作电弧位置周围的保护结构。借助于这样布置的抑制屏障20a,20b将热气体引导离开，以减少或消除回燃的可能性。当设置至少两个抑制屏障20a,20b时，每一个在相应的角部15a,15b中，前角部15a,15b由抑制屏障20a,20b屏蔽，同时在俯视图中看时，抑制屏障20a,20b之间留有间隙。

电弧50或电弧段50a-50e可首先以基本上无阻碍的方式进入分隔板区域，同时由抑制屏障20a,20b有效地抑制或防止了电弧的向后传播(可能导致回燃)。可选地，抑制屏障20a,20b构造和/或布置成使得在设置有抑制屏障20a,20b的区域中，气流不能沿相反方向R穿过超过电弧室10的进入区域。应注意的是，抑制屏障20a,20b的数量不限于两个。

在实施例中，抑制屏障20a,20b从分离板11a-11f堆叠的一个最外部的分离板11a延伸到另一最外部的分离板11f。换言之：根据该方面，分隔板11a-11f之间的所有空间在进入侧上以及在诸如相应的角区域15a,15b的有限区域(在俯视图中看时)中由相应的抑制屏障20a,20b屏蔽。最外部的分隔板11a,11f分别是在堆叠方向上的分隔板11a-11f堆叠的一端侧和另一端侧上的分隔板。

根据该方面，抑制屏障20a,20b可连续地形成，可选地形成为连续壁，该连续壁整体上覆盖堆叠的分隔板11a-11f处的相应区域。备选地，并且仍然属于该方面，抑制屏障20a,20b可由覆盖小于堆叠的分隔板11a-11f处的相应区域的整体的多个屏障段形成，而形成抑制屏障20a,20b的多个屏障段仍屏蔽相应区域中的进入侧上的分隔板11a,11f之间的所有空间。

基本上可在分隔板11a-11f的整个堆叠上抑制或防止可能导致回燃的电弧的向后传播，即，对于在相应空间中移动或传播的电弧段50a-50e的每个。

在实施例中，抑制屏障20a,20b由沿堆叠方向以对准方式布置的一堆抑制板形成，并且每个提供的抑制板布置在多个分隔板11a-11f中的相邻分隔板之间。布置在至少一对相邻的分隔板11a-11f之间的抑制板紧靠在两个分隔板11a-11b、11b-11c等上，以有效地防止热气体沿反向方向R移动和/或穿透超过进入侧E上的分隔板11a-11f的前缘。可选地，相应的抑制板布置在多个分隔板11a-11f的每对相邻分隔板之间，即，在分隔板11a-11f之间的空间的每个中。

根据此方面，抑制屏障20a,20b不连续；然而，分隔板11a-11f之间的一些或全部空间在进入侧上并且在俯视图中看时在诸如相应的角区域15a,15b的有限区域中由抑制板屏蔽。

基本上在堆叠方向S上对准的分隔板11a-11f形成相应的抑制屏障20a,20b，其通过在提供分隔板11a-11f的区域(例如，进入侧E上的角区域15a,15b)中禁止由电弧50或电弧段50a-50e产生的热气体沿相反方向向后流动来抑制或防止电弧50或电弧段50a-50e的向后传播。

如图2b中所示，抑制屏障20a,20b可包括相应的偏转区段22a,22b，该偏转区段22a,22b(即，当在电弧室10的俯视图中看时)延伸到电弧室10的内部。一个或多个偏转区段22a,22b可帮助捕获和偏转电弧50或电弧段50a-50e，使得其不移动或传播到间隙区域，该间隙区域在进入侧上形成在抑制屏障20a,20b之间，用于提供电弧50到电弧室10中的进入。

在图2a-2b的实施例中，在与室10的进入侧E相对的后角部15c,15d中，设置有排气开口以释放热气流。鉴于电弧的回燃或重燃，在与进入侧相对的一侧上释放热气体是不关键的。在实施例中，电弧室10还可包括至少一个排气通道16。排气通道16在至少一个抑制屏障20a,20b的区域中具有入口。排气通道16从入口延伸到气体出口。气体出口形成在电弧室10的与进入侧不同的一侧上。

例如，图2a中的最外部的分隔板11a布置在室10的顶侧，图2a中的最外部的分隔板11f布置在室10的底侧，具有图2b中的后角部15c,15d的侧是室10的后侧，并且除进入侧E之外的其余两侧分别是室10的第一横向侧和第二横向侧。气体出口可例如设置在顶侧、底侧、后侧、第一横向侧和第二横向侧中的任何一个中。

在设置有排气通道16的入口的区域中产生的至少一部分热气体流动到入口中，穿过排气通道16，并最终在室10的与进入侧不同的一侧上从室10排出。因此，较少的热气体将在进入侧的方向上向后传播，并且可进一步减小回燃的可能性。

在实施例中，具有电弧触头布置的直流断路器(未示出)设置有如本文所述的电弧室10。在直流断路器中，在进行触头断开操作时，产生电弧，该电弧在电弧室10的进入侧E上接收，并沿向前方向传播到堆叠的分隔板的区域中。布置在进入侧E上的至少一个抑制屏障构造成以便抑制电弧沿相反方向R反向传播出电弧室10。应注意的是，同样在设置有电弧室10的直流断路器中，可适当地实施和/或彼此自由地组合如本文所述的一些或所有方面。

在实施例中，如本文所述，电弧室10与直流电气系统中的断路器一起使用。应注意的是，同样在将电弧室10与断路器在直流电气系统中使用时，可适当地实施和/或彼此自由组合如本文所述的一些或所有方面。

Claims (9)

1.一种包括电弧室(10)的直流断路器，所述电弧室(10)包括：

进入侧(E)，其适于接收在所述电弧室(10)外部产生并沿向前方向(F)传播的电弧(50)；

多个堆叠的分隔板(11a…11f)；

至少两个抑制屏障(20a,20b)，其布置在所述进入侧(E)上，以抑制所述电弧沿相反方向(R)反向传播出所述电弧室，

其中，所述至少两个抑制屏障(20a,20b)，在所述电弧室的俯视图中，布置在所述电弧室(10)的进入侧(E)上的相对的角部(15a,15b)中，

其中所述至少两个抑制屏障(20a,20b)包围电弧室的进入侧(E)上的角部，使得在设置有所述至少两个抑制屏障(20a,20b)的区域中，气流不能沿相反方向(R)穿过超过所述电弧室(10)的进入区域，并且

其中所述电弧室(10)还包括至少两个排气通道(16)，所述至少两个排气通道(16)的入口分别设置在所述至少两个抑制屏障(20a,20b)的每一个抑制屏障的区域中，其中所述排气通道(16)延伸至形成在所述电弧室(10)的与所述进入侧(E)不同的一侧上的气体出口。

2.根据权利要求1所述的直流断路器，

其特征在于，在与室(10)的进入侧(E)相对的后角部(15c,15d)中，设置有排气开口以释放来自所述电弧室(10)的热气流。

3.根据权利要求1到2中任一项所述的直流断路器，

其特征在于，还包括：

触头元件，其中在所述触头元件断开时在所述触头元件之间产生所述电弧，和引弧器，其中引弧器是金属轨道，其被配置为将所述电弧从所述触头元件沿向前方向引导到分隔板堆叠。

4.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述至少两个抑制屏障在所述电弧室的俯视图中，对称地布置在所述电弧室(10)的进入侧(E)上的相对的角部(15a,15b)中。

5.根据权利要求1到2中任一项所述的直流断路器，

其特征在于，在所述电弧室(10)的俯视图中，至少两个抑制屏障(20a,20b)彼此间隔开，使得在所述进入侧(E)上形成用于所述电弧进入的间隙。

6.根据权利要求1所述的直流断路器，

其特征在于，所述抑制屏障(20a,20b)各自包括至少一个偏转区段(22a,22b)，所述偏转区段延伸到所述电弧室(10)的内部。

7.根据权利要求6所述的直流断路器，其特征在于一个或多个所述偏转区段(22a,22b)设计用于捕获和偏转所述电弧(50)或电弧段(50a-50e)，使得其不传播回到所述进入侧(E)上的间隙的区域，其在所述进入侧(E)上形成在所述抑制屏障(20a,20b)之间中，用于所述电弧(50)的进入。

8.根据权利要求1到2中任一项所述的直流断路器，其特征在于，所述至少两个抑制屏障(20a,20b)基本上在所述分隔板(11a…11f)的堆叠方向(S)上延伸。

9.根据权利要求1到2中任一项所述的直流断路器，

其特征在于，所述至少两个抑制屏障(20a,20b)在所述分隔板(11a…11f)的堆叠方向(S)上基本上从所述多个堆叠的分隔板(11a…11f)的一个最外部的分隔板(11a)连续地延伸到所述多个堆叠的分隔板(11a…11f)的另一个最外部的分隔板(11f)。