CN113889354A - 一种抑弧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抑弧装置，包括密封容器和填充物，所述填充物装在所述密封容器的内部，所述填充物为降温物质和/或绝缘物质，所述密封容器为绝缘体。本发明提供的抑弧装置在开关柜内某处温度达到期望值时释放填充物，该填充物吸热使柜内环境温度快速下降，和/或提高开关柜内的介质绝缘强度，避免开关柜内继续产生电弧，适用于各种超高压、高压、低压开关柜或其他需要故障灭弧的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关柜保护装置，具体涉及一种抑弧装置。
背景技术
电流通过气体时伴随着强烈的发热过程，以致电流通道中的中性气体分子全被电离而形成等离子体，此时气体成为导体，电子从中穿过从而产生电弧。电弧产生的条件如下：一、在电压作用下形成很高的电场强度，电场超出气体的绝缘强度时，气体被击穿形成放电。二、气体中自由电子的热游离，高温使周围气体产生电离，并使电流以电弧的形式保存通过。
在开关柜的应用过程中，内部电弧故障是比较常见的问题。因此在开关柜的应用当中，需要提高对电弧故障的保护，从而保证开关柜的应用安全。
目前，现有技术主要包括气密密封的箱体(如环网柜)、断路器和空气柜防弧。气密密封的箱体内始终充满六氟化硫气体，该气体的绝缘强度/介电强度高于空气，与空气相比，可以削弱电离过程，提供更强的灭弧能力，其缺点是需通过焊接工艺将整个箱体密封，成本高，生产工艺复杂。断路器是在短路故障时，断路器通过短路反馈信号自动分闸断开回路，其缺点是反应时间长，无法在电弧能量达到高峰前断开回路。空气柜的箱体不密封，绝缘介质为空气，空气柜防弧措施主要有两个：柜体结构加强，防止柜体被炸坏；增加灭弧室，将电弧能量引导至灭弧室以保护开关柜本体；在电弧能量已经损坏开关柜本身后防止产生更大范围的人身或财产损失，其缺点是成本高，无法阻止开关柜本体损坏。
因此，研究开发新型的抑弧装置用于保护开关柜就显得非常必要，这正是本发明得以完成的动力和出发点所在。在开关柜的内部，若有装置起到降温和/或提高介质绝缘强度的作用，会大大减少电弧的产生，减轻电弧带来的危害。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述技术问题，本发明人在进行了仔细分析和研究之后，提供了一种抑弧装置，在开关柜内某处温度达到期望值时释放填充物，填充物吸热使开关柜内部环境温度快速下降，和/或提高开关柜内的介质绝缘强度，避免开关柜内继续产生电弧，适用于各种超高压、高压、低压开关柜或其他需要故障灭弧的设备。
本发明通过以下技术方案实现，一种抑弧装置，包括密封容器和填充物，所述填充物装在所述密封容器的内部，所述填充物为降温物质和/或绝缘物质，所述密封容器为绝缘体。
作为上述技术方案的优选方案：所述密封容器的壁上设置有局部较薄弱的结构，例如槽或盲孔。
作为上述技术方案的优选方案：所述密封容器也可以局部或全部由薄膜围成。
作为上述技术方案的优选方案：所述填充物为液体、固体或气体，进一步优选的，所述气体为氮气或二氧化碳，所述固体为碳酸氢钙或碳酸氢钠。
在本发明中，密封容器的主要功能在于密封内部的填充物，在需要的时候破裂，其设计需要考虑期望其破裂时相对于日常情况下的内外条件的变化。如果外界温度相对于日常情况增加了，比如两倍、三倍甚至更多倍，比如室温25℃变化到150℃甚至200℃，如果期望密封容器在150℃破裂，那么就考虑在这个条件下，密封容器的破坏强度的内压需要多少，再折算到日常的情况，同时考虑内部填充物的物理变化和化学反应所产生的气体的影响，预先充入气体，获得相应的内部气压；当然，如果平时工作是在更低的温度，在室温或高温下破裂。
密封容器大小和外形可以根据实际情况的需要设计、调整，可以是单个的，也可以是组合的，也包括各式阵列排布，通过法兰连成整体，组成的外形可以是规则的方形或圆形，也可以是不规则的几何形状，以适应外部环境的需要。
单个密封容器大小不限定，考虑到整个装置反应的灵敏性，在同样的内压下，可以采用较小的尺寸，这样，密封容器可以在吸收更少的热量的情况下内压增加更快，也会更快破裂，这也是可以设计成单个较小容积的密封容器组成阵列形式的原因。
单个密封容器的外形是由曲面、平面或它们组合的表面围成的封闭体，包括但不限于球形、饼形或多面体，例如金字塔或钻石似的四面体、五面体、六面体，甚至更多面体；另外，选择棱角的外形，在施加同样的内部压强的情况下，由于应力集中可以使局部获得更大的压力，使密封容器在该处破裂。为使各单个密封容器可以互相连接，可以在外部设计一个法兰并分隔各个单元，法兰的外形可以与单个密封容器相似或不同，相对于每个单个密封容器的垂直位置根据实际情况调整，不一定是在中点的位置。
密封容器的壁可以是整体连续的，即壁厚均匀，也可以在局部有变薄的地方，造成局部的弱点或应力集中，以利于控制破裂的强度和方向。变薄的地方，可以是一个或数个槽或凹槽，向壁内凹，或者盲孔、凹坑的设计。
密封容器的材料不限，视实际情况需要，可以但不限于是高分子(塑料或树脂)，也可以是其他纸料、木料、石料、金属或非金属材料等等。选择材料的标准之一是其破坏强度。它是决定期望密封容器在什么温度下破坏、什么压力下破坏的重要因素之一。例如，聚丙烯塑料常温下拉伸强度约为30MPa，温度在150℃时会显著下降，拉伸强度降至约十分之一甚至更低。如果仅仅考虑这一个指标选择这种聚丙烯材料做密封容器，期望在160℃破坏。根据理想气体定律倒推，可以在常温下充入一定的气压(>2.1MPa)，此时未超出其材料的强度，能保证密封容器完好，而在温度升高至160℃、内部的压力会增加到>3MPa，超过此时的密封容器材料的强度，密封容器会自动破裂。
在实际设计时，密封容器的结构因素，材料的剪切强度、密封容器的应力分布等指标也会同时考虑。
在本发明中，填充物包括降温液、阻燃剂等等，视具体的用途需要，如果外部需要降温，可以充入吸热的物质，如果需要灭火，可以充入阻燃、隔绝空气(氧气)的物质，如果需要提高空气绝缘强度/介电强度，可以充入高绝缘强度/介电强度的物质，例如充入氮气或液氮，或者也可以放入干冰，干冰在常温下很快气化，二者都能使密封容器产生高压，在密封容器破裂后快速释放，可以提高空气绝缘强度/介电强度，也能降低空气中氧气比例，起到降温、灭火的目的。
填充物的物质形态可以是液体、固体或气体。在温度变化时，可以因为相变或化学变化产生更多的气体，也有辅助增加内压的作用。例如，放入碳酸氢钙或碳酸氢钠等，这类物质在温度升高时会迅速吸热并分解，产生二氧化碳气体。
填充物在密封容器内的体积占比视实际情况而定，可以从10％～90％甚至更广的范围，而气体的体积占比相应地是90％～10％，气体越多，内压受温度影响越大，对温度变化的反应也就越灵敏。
本发明的关键点包括但不限于以下几个方面：
一、填充物的选择；
二、密封容器的承压特性，既能在设备常规运行时的环境温度下保持稳定，又能在故障状态温度上升到阈值时破裂从而释放填充物；
三、密封容器的壁上槽或盲孔的分布和尺寸设计，以造成局部的应力集中状态，在达到一定条件时可以爆开，该条件可以是外力、受热或者电路异常需要立即释放填充物时；
四、密封容器的薄膜材料和结构，在达到一定条件时可以爆开，该条件可以是受热、受外力或者电路异常需要立即释放填充物时。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的抑弧装置，可以预先放置、充入其他受热时体积能快速膨胀的气体、液体或固体，优选充气，因为在体积不变的情况下，通常是气体受热后比液体或固体升高的压力更大。
根据理想气体定律，由于PV/T＝常数，如果开氏温度升高一倍，而气体体积不变时，其压力相应增大一倍。当装有填充物的密封容器的附近温度上升到一定的阈值时，密封容器内由于温升导致内部压力上升，超过密封容器的强度时，首先在密封容器的薄弱部位破裂，例如密封容器的槽或盲孔处应力集中导致密封容器破裂，或者密封容器的薄膜直接胀破，从而释放出内部的填充物，填充物迅速吸收大量热量，这样可以使柜内环境温度快速下降，和/或提高开关柜内的介质绝缘强度，避免开关柜内继续产生电弧，有效减少电弧危害。
该抑弧装置放在开关柜内部的适当位置，例如可通过螺栓或其他适当方式放置一个或者数个、数十、数百、数千甚至更多在开关柜内部的适当位置或其他需要保护的元器件内部。
与目前的现有技术相比，例如将短路电路引导出故障设备，本发明提供的抑弧装置不但快速降温，而且更为简便。
附图说明
图1是本发明的第一个实施例的内部结构示意图。
图2是图1所示结构的立体结构示意图。
图3是本发明的第二个实施例的立体结构示意图。
图4是图3所示结构的安装示意图。
图5是本发明的第三个实施例的立体结构示意图。
图6是图5所示结构的安装示意图。
图7是本发明的第四个实施例的内部结构示意图。
图8是本发明的第五个实施例的内部结构示意图。
图中，1为密封容器；2为填充物；3为法兰；4为盲孔；5为槽。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例1一种抑弧装置
一种抑弧装置，如图1所示，包括密封容器1和填充物2，填充物2装在密封容器1的内部，填充物2采用液氮作为降温物质和绝缘物质，密封容器1为绝缘体，密封容器1全部由薄膜围成，密封容器1呈球形。
使用安装方法：如图2所示，在使用时，数个抑弧装置由法兰3连在一起，然后通过螺栓固定在开关柜内部的适当位置。
当开关柜内部温度上升到一定的阈值时，抑弧装置内由于温度上升导致内部压力上升，超过抑弧装置的密封容器强度时，密封容器直接胀破，从而释放出内部的填充物液氮，液氮迅速挥发吸收大量热量，使柜内环境温度快速下降，防止设备内部环境温度上升到气体电离温度，提高开关柜内的介质绝缘强度，从而避免产生电弧，有效减少电弧危害。
实施例2一种抑弧装置
本实施例与实施例1的区别在于：如图3和图4所示，密封容器的形状是四方体。
实施例3一种抑弧装置
本实施例与实施例1的区别在于：如图5和图6所示，密封容器的形状是八面体。
实施例4一种抑弧装置
本实施例与实施例2的区别在于：如图7所示，密封容器的壁上设置有盲孔4。
实施例5一种抑弧装置
本实施例与实施例2的区别在于：如图8所示，密封容器的壁上设置有槽5。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，例如使用不同材料的密封容器，使用不同材料的降温物质和/或绝缘物质作为填充物，使用不同的内部高压方法，外部有触发爆裂的热敏装置，外部有触发爆裂的电弧导引装置，外部有触发爆裂的其他传感器，这些替代方案并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种抑弧装置，其特征在于，包括密封容器和填充物，所述填充物装在所述密封容器的内部，所述填充物为降温物质和/或绝缘物质，所述密封容器为绝缘体。
2.如权利要求1所述的一种抑弧装置，其特征在于，所述密封容器的壁上设置有槽。
3.如权利要求1所述的一种抑弧装置，其特征在于，所述密封容器的壁上设置有盲孔。
4.如权利要求1所述的一种抑弧装置，其特征在于，所述密封容器的局部或全部由薄膜围成。
5.如权利要求1所述的一种抑弧装置，其特征在于，所述填充物为液体、固体或气体。
6.如权利要求5所述的一种抑弧装置，其特征在于，所述气体为氮气或二氧化碳。
7.如权利要求5所述的一种抑弧装置，其特征在于，所述固体为碳酸氢钙或碳酸氢钠。
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