CN1199235A

CN1199235A - 用于电力开关装置的双挡板设备

Info

Publication number: CN1199235A
Application number: CN98106117A
Authority: CN
Inventors: 威廉·E·格拉斯; 阿米莉亚·M·斯特; 厄尔·T·皮贝尔; 罗伯特·E·沃克
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1998-11-18
Also published as: US5861596A; CA2233766A1; ID19378A; EP0875910A2; SG64483A1; TW364142B; EP0875910A3

Abstract

在断路器中使用的挡板,它包括第一挡板机构和第二挡板机构。第一和第二挡板机构包括基座、多个由基座支承的长形构件以及用于支承挡板机构的基座的跨接销或其它长形构件,该基座基本平行于另一挡板机构的基座。第一和第二挡板机构的长形构件交替放置,形成迷宫。

Description

用于电力开关装置的双挡板设备

技术领域

本发明涉及电力开关装置，更具体一些，涉及包括挡板的像断路器之类的电路断路器。

背景技术

电力开关装置包括，例如，电路开关装置和电路断路器，如电路断路器、接触器、电机起动器、电机控制器和其它负载控制器。断路器在本领域中是古老而众所周知的。在美国专利No.4887057；5200724和5341191中都公开了断路器的例子。这些断路器通常用于保护电路，使之免受由于像过负荷故障或水平较高的短路状况之类的过电流而引起的损伤。

以模制外壳断路器为例，它包括每相一对可分开的触点；用于快速断开和接通分开触点的操作机构；设在壳体外面，用于手工操纵操作机构的把手；用于响应过电流状况而自动松开操作机构的跳闸机构。

当断路器接通时，可动的触点组件与静止的或固定的触点组件保持接触。接通的触点组件在线路端和负载端之间传导电流。当断路器跳闸或断开时，可动的触点组件离开固定的触点组件，从而中断线路终端与负载终端之间的电流。在美国专利No.3815059；4618751；4645890；4698606；4827369；4950853；4963846；4973927；5223681和5278373中都公开了模制外壳断路器的例子。

某些类型的断路器包括一机电跳闸单元，它用两种或更多的模式中断电流。机电跳闸单元通常检测达到正常额定电流的5至6倍左右的过载电流以及比正常额定电流的十倍左右还要高的短路电流。其它类型的断路器则包括用于自动中断电流的电子跳闸单元。

在过电流状况下，固定的和可动的触点组件分开，流过其间的电流在其间形成电弧。某些断路器用电弧隔板或电弧板组将在故障条件下在可分开的触点之间形成的单个电弧分割成一连串的小电弧，以加大总电弧电压并熄灭电弧。

许多用于断路器通风结构的电弧板组都设计成可从断路器释放电弧气体，其方式有助于中断电流并以一种安全的方式例如通过使其冷却或消除电离而排放气体。通过障碍通路的强制气体流使气流受到限制并在断路器外壳中产生高的室压。

已经知道可用多个通常是平行的电弧板提供一系列的垂直室，它使气流方向改变并产生紊流和附带冷却运动气体。还知道设置背靠背百叶窗式电弧板组和挡板结构，有利于气体比较自由地流动，同时使气体充分冷却和消除电离。不过，仍然有改进的余地。

需要有比较价廉的、易于制造的挡板结构用于电力开关装置，特别是其中产生电弧的断路器。

对于电力开关装置，特别是对其中产生电弧的断路器，还需要有这样一种挡板结构，它在制造过程中容易改变结构，以改变气体流。

发明内容

本发明是涉及一种用于电力开关装置的双挡板结构。挡板采用了多个用基座支承的长形构件，它们交替放置，形成迷宫。由长形构件形成的迷宫对在电力开关装置中形成的电弧气体产物提供一障碍通路，并提供用于冷却气体的大的表面积。

作为本发明的一个方面，用于电力开关装置的挡板设备包括第一挡板装置和第二挡板装置。第一和第二挡板装置每个包括一基座、由基座支承的多个长形构件和用于支承第一和第二挡板装置中的一个的基座的装置，以使该基座基本上平行于第一和第二挡板装置中的另一个的基座，第一和第二挡板装置的长形构件交替放置，形成迷宫。

可以变化长形构件的截面，以提高挡板强度或加大电力开关装置中的电弧气体产物的紊流。

作为本发明的另一个方面，其电力开关设备包括：外壳；在外壳中具有接通位置与断开位置的可分开的触点；用于在其接通位置与断开位置之间操作可分开的触点的操作装置；至少一个在可分开的触点附近的第一挡板装置；以及至少一个与所述至少一个第一挡板装置配合的第二挡板装置。所述第一和第二挡板装置的每一个包括一基座、多个由基座支承的长形构件以及用于支承第一和第二挡板装置中的一个的基座的装置，它使该基座基本上平行于第一和第二挡板装置中的另一个的基座。第一和第二挡板装置的长形构件交替放置，形成至少一个迷宫。

作为本发明的又一方面，其电力开关装置包括：在其中具有电弧室的外壳；在电弧室中的具有接通位置与断开位置的可分开的触点；用于在其接通位置与断开位置之间操作可分开的触点的操作装置；在电弧室中用于在可分开的触点之间分割电弧的电弧隔板装置；至少一个在电弧室中在电弧隔板装置附近的第一挡板；以及至少一个在电弧室中与所述至少一个第一挡板配合的第二挡板。每个第一和第二挡板包括一基座、多个由基座支承的长形构件以及用于支承第一和第二挡板中的一个基座的装置，它使基座基本上平行于第一和第二挡板中的另一个的基座。第一和第二挡板的长形构件交替放置，形成迷宫。

附图简介

图1是断路器的垂直剖视图；

图2是一对互相配合的挡板的分解等角轴测图，每个挡板有多个本发明的长形构件；

图3～10是本发明的其它实施例的长形构件的横截面的等角轴测图；

图11是本发明的一个实施例的一个挡板的侧视图；

图12是图11的挡板的平面图；

图13是用于与图11的挡板配合的挡板的侧视图；

图14是图13的挡板的平面图；

图15是两对按照本发明的另一实施例的挡板相对于断路器的平面图；以及

图16是采用了一对按照本发明的挡板的断路器的垂直剖视图。

最佳实施例

此处所用的术语“迷宫”将明确地包括但是不局限于形成多个互连通道的结构和/或用于影响气体的流动的隔室和/或构件的像阵列这样的布置。

此处所用的术语“凹座”将明确地包括但是不限于凹陷、压坑、空洞、孔或开口。

在美国专利No.4973927中公开了一种断路器的典型例子。此处将予以引用，作为参考。此处所用的高达160并包括160的参考数码与在专利4973927中所用的一致。参看图1，模制外壳断路器20包括一具有模制的基座24和模制的共同延伸的盖26的电绝缘壳体22，它们在分界线28装配在一起。模制的基座24的内腔形成框架30，用于携带断路器20的各种零件，而本发明的各原则适用于各种类型的电力开关装置。

在电弧室161中框架30携有至少一对可分开的主触点32。更具体一些，一对主触点32包括一固定地安装的主触点34和一可动地安装的主触点36。固定安装的主触点34装在线路侧的导体37上，该导体在一端有一线路侧的终端部分38。

对于每一相(只示出了一相)，可动的触点36置于开关臂42上。开关臂42可摆动地与负载侧导体组件44相连。负载侧导体组件44包括一枢轴架46，它与负载侧导体基座48固定地连接。负载侧导体基座48固定地装在框架30上并与U字形负载侧导体50(用虚线示出)电连接。U字形负载侧导体50构成电子跳闸单元51的一部分。U字形导体50的一端固定在框架30和负载侧导体基座48上。U字形导体50的另一端与负载侧的终端53电连接，以便与外接电路(未示出)连接。可分开的触点34、36有一接通位置和一断开位置(如图中用点划线所示的开关36和开关臂42)。

电子跳闸单元51含有一个或更多的用于检测流过主触点32的电流的内部电流传感器。电子跳闸单元51还包括一碰锁机构54，它与断路器20的操作机构55互锁。当检测到过电流状况时，电子跳闸单元51操纵碰锁机构54，松开断路器操作机构55，使主触点32分开。

设置了用于断开和接通主触点32的操作机构55。操作机构55包括一肘节组件56，它具有一对上肘节杆58和一对下肘节杆60(只示出了每对58、60中的一个杆)。每个上肘节杆58以其一端绕一枢轴62可摆动地与对应的下肘节杆60相连。每个下肘节杆60的另一端绕一枢轴63可摆动地与U字形支架61相连，该支架具有随从的操纵臂64(只示出了一个臂64)。

对于每一相，在电弧室161中，在固定的触点34的附近，在电弧隔板160和固定的触点34之间，设置有电弧导槽158，用于引导电弧，使之进入电弧隔板160中。用于每相的电弧隔板160将由于主触点32的分开而形成的单个电弧分割成一连串的电弧，从而可加大总电弧电压并限制故障电流的幅度。

断路器20还可以通过用手沿顺时针方向(参看图1)将与把手臂94机械地连接的绝缘的操作把手95旋转至其断开位置(未示出)而切断。这样就使肘节组件56解体，允许开关臂42(只示出了一个)在操作弹簧93的作用下向上回转至其断开位置(如同图中点划线所示)。

电弧隔板160包括两个绝缘外壳或支承168(只示出了一个)和多个薄的、通常是U字形的、用导电的磁性材料做的板162、166，例如镀镍钢板(图1的剖视图示出了基座170和一个U字形的臂172)。磁性板162、166以堆叠的、互相隔开的、面对面的关系被支承，用它们的槽对齐，以使每相开关臂42的端部116在移至其断开位置时(在图中用点划线示出)在槽中移动。

与电弧隔板160的顶部相邻的起着电弧导板的作用的上磁性板162上制有伸出的导槽164，它在可分开的触点36熔断时吸引电弧。当开关臂42断开时，电弧在可分开的触点32之间被磁力吸住，同时电弧被磁力吸入由U字形板162、166规定的凹入部分中，在该处，电弧破裂成多个成串列关系的电弧，它们以一种熟知方式被熄灭。电弧隔板160提供一电弧控制区，它限制电压并将其保持在一控制着外壳压力同时又迫使电流为零的水平上。一旦电弧路径转移至导槽164中，它就依次沿着其它磁性板166往下行走至电磁导槽158和固定的触点34。通过延长电弧，就可加大电压。

断路器电弧隔板可以释放在断路器内电弧气体产物。在此情况下，最好是例如，通过迫使气流经过障碍通路或挡板以协助中断电路并使气体冷却和消除电离。图2示出了分别具有多个长形构件208、210的一对断路器挡板204、206。挡板204、206在互相连接时形成用于电气开关装置(未示出)的挡板组件212。挡板204包括一基座214和多个由其支承的长形构件208。基座214在其上端附近(参看图2)有一对孔216、218。在基座214的下端附近有一对长的用于与另一挡板206的基座224互相连接的跨接销220、222。

第二基座224在其下端附近有一对孔226、228。其截面最好与长形构件208相同或相似的跨接销220、222有一由基座214支承的第一端和分别插入第二挡板206的基座224的孔226、228中的第二自由端219、221。在基座224的上端附近有一对用于与第一挡板204的基座214互相连接的长的跨接销230、232。跨接销220、222、230、232的端部插入各自的孔226、228、216、218中并与基座214、224相连，以便支承基本上平行于第二基座224的第一基座214。第一长形构件208的示例性阵列(例如4×8＝32)和跨接销220、222与第二长形构件210的类似阵列(例如4×8＝32)和跨接销210以这种方式交替放置，形成合适的阵列(例如4×16＝64)的长形构件的迷宫，然而，应当认识到，可能有各种不同的迷宫和阵列。当基座214、224如此装配以后，长形构件208、210的端部分别位于基本平行的基座224、214的附近，虽然本发明可用于与另一基座接合或不接合的长形构件。

再参看图3～10，图中示出了长形构件的其它实施例的横截面的等角轴测图。除去平面曲线形截面诸如构件208、210的大致为圆形截面(图2)外，截面的其它实施例包括构件233的S型(图3)、构件234的Z形(图4)、构件235的L形(图5)、三角形构件236(图6)和正方形构件(图7)的多边形，和构件240(图8)的X形或加号形。应当认识到，构件208、210、233、234、235、236、238、240的横截面都是示例性的，可以有多种不同的其它截面(例如大致为椭圆形的截面、C字形、U字形)。

两相对的基座的构件208、210、233、234、235、236、238、240可以按对称的方式使用，例如用图1的构件208、210，或是用两个具有相同取向的横截面(例如，使三角形构件236的表面237对两个相对的基座都指向同一方向)。

在如图9所示的另一实施例中，三角形构件242、244具有相似的横截面，它们基本上是彼此的镜面映象。在此情况下，三角形构件242的表面243相对于镜面映象三角形构件244的表面245指向相反的方向。

在图10所示的又一实施例中，矩形构件246、248具有相似的横截面，它们基本上彼此垂直。在此情况下，矩形构件246的表面247相对于矩形构件248的表面249旋转约90度。应当认识到，使用构件242、244和/或246、248以构成这些构件的合适的阵列可以有利地影响电弧气体产物的流动。

参看图11～14，其中示出了另一对挡板250、252。挡板250、252分别具有多个长形构件254、256。挡板250、252在互相连接时(例如如同下面联系图15所作的讨论)形成用于电力开关装置(例如下面结合图15～16所作的讨论)的挡板组件或子组件。挡板250包括一基座258和多个由其支承的长形构件254。基座258右侧附近有一对凹陷260、262(参看图12)。在基座258的左侧附近有一对长形构件264、266，它们的截面最好与长形构件254的相同或相似。长形构件264、266在其自由端还有一延伸部分268(如图11的构件266所示)，用于与另一挡板252的基座270互相连接(未示出)。示例性的长形构件254、256在对应的基座258、270附近分别有第一直径的截面，在各自的相对的基座270、258的附近有一小于第一直径的第二直径的截面。

第二基座270右侧附近(参看图14)有一对凹陷272、274。在基座270的左侧附近有一对长形构件276、278，用于与第一挡板250的基座258互相连接。长形构件264、266、276、278的延伸部分268插入各自的凹陷272、274、260、262中并与基座258、270互锁，以便支承基本平行于第二基座270的第一基座258。第一长形构件254、264、266的阵列(例如4×10＝40)与第二长形构件256、276、278的类似阵列(例如9+3×10＝39)交替放置，以一个合适的阵列(例如19+3×20＝79)形成长形构件的迷宫。当基座258、270如此装配以后，长形构件254、256的端部分别在基本平行的基座270、258的附近，虽然本发明可用于与另一基座接合或不接合的长形构件。

参看图15，它示出了两对挡板250、252。它们可以用在电弧隔板(用点划线示出)诸如电弧隔板160(图1)或160 ′(图6)附近，在断路器20′里面(部分地用点划线示出)。虽然示出的是两对挡板，但是应当认识到，可以采用挡板的任何一种合适的积木式方式(例如2N个挡板，诸如2、4、6、8个)。上面一对配合挡板250、252形成第一迷宫280，而下面一对配合挡板250、252则形成第二迷宫282，虽然可以采用任何合适数目的迷宫(例如N个迷宫，诸如1、2、3、4个)。

参看图16，其中示出了采用至少一对挡板204、206的断路器20″的垂直剖视图。第一挡板204位于电弧室161中，在电弧隔板160′附近。第二挡板206也位于电弧室161中，在电弧隔板160′的附近，并同上面结合图2所讨论的那样与第一挡板204配合，示例性的挡板204、206对电弧气体产物提供障碍通路。挡板204、206迫使气体通过最好提供大的冷却表面积的路径。

此处所公开的示例性挡板204、206、250、252可以用任何合适的材料例如尼龙、ULTEM^TM，或一种高温热塑性塑料制成。如同上面相关图2～14所讨论的那样，可以采用长形构件的多种不同的横截面，不过，可以容易地通过像注射成型这样的优选的合适的模制工艺形成任何一种纵向带斜度或不带斜度的横截面。应当认识到，在这种工艺中可以采用合适的截面变化，以提高挡板强度和/或加大电弧气体产物的紊流。

虽然详细描述了本发明的特殊的实施例，但是熟悉本领域的人应当认识到，可以根据公开内容的整个原理进行其细节的各种改进和变化。因此，所公开的特殊结构只是作为示例性的，并不打算限制全部在所附权利要求书中给出的本发明的范围和其等同物。

Claims

1.用于电力开关装置(20′、20″)中的挡板设备(212、250、252)，上述挡板设备(212、250、252)包括：第一挡板装置(204、250)，和第二挡板装置(206、252)，每个上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板装置包括：一基座(214、224、258、270)，多个由基座(214、224、258、270)支承的长形构件(208、210、264、266)，以及用于支承上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板装置中的一个基座(214、224、258、270)的装置(220、226、264、272)，以使该基座基本平行于上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板中的另一个基座(214、224、258、270)，以及，上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板装置的长形构件(208、210、264、266)交替置放，形成迷宫(280、282)。

2.如权利要求1的挡板设备(212、250、252)，其特征为，至少某些长形构件(264、266)在对应的一个基座(258、270)的附近有一第一直径和在基本平行的基座(258、270)的附近有一小于第一直径的第二直径。

3.如权利要求1的挡板设备(212、250、252)，其特征为，至少某些长形构件(208、210)在对应的一个基座(214、224)的附近有一第一截面和在基本平行的基座(214、224)的附近有一基本与第一截面相同的第二截面。

4.如权利要求3的挡板设备(212)，其特征为，至少某些截面是多边形。

5.如权利要求3的挡板设备(212)，其特征为，至少某些截面具有S形。

6.如权利要求3的挡板设备(212)，其特征为，至少某些截面具有L形。

7.如权利要求3的挡板设备(212)，其特征为，至少某些截面具有Z形。

8.如权利要求3的挡板设备(212)，其特征为，至少某些截面具有X形。

9.如权利要求3的挡板设备(212)，其特征为，至少某些截面具有加号形。

10.如权利要求3的挡板设备(212)，其特征为，至少某些截面具有平面曲线形。

11.如权利要求10的挡板设备(212)，其特征为，平面曲线大致为一个圆。

12.如权利要求1的挡板设备(212)，其特征为，至少上述第一挡板装置(204)的某些长形构件(242、246)有第一截面；以及至少上述第二挡板装置(206)的某些长形构件(244、248)有基本上为第一截面的镜面映象的第二截面。

13.如权利要求12的挡板装置(212)，其特征为，第一截面大致与第二截面垂直。

14.如权利要求1的挡板设备(212、250、252)，其特征为，上述用于支承基座(214、224、258、270)的上述装置(220、226、264、272)包括：

多个在上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板装置中的一个的基座(214、224、258、270)上的凹座(226、272)；以及

多个长形构件(220、264)，它们具有由上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板装置中的一个的上述基座(214、224、258、270)支承的第一端，并具有插入上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板装置中的另一个的基座(214、224、258、270)的凹座(226、272)中的第二端(219、268)。

15.一电力开关设备(20′、20″)，它包括：一外壳(22)；一在上述外壳(22)中的可分开的触点(32)，它具有接通位置与断开位置；一用于在其接通位置与断开位置之间操作上述可分开的触点(32)的操作装置(55)；至少一个在上述可分开的触点(32)的附近的第一挡板装置(204、250)；至少一个与上述至少一个第一挡板装置(204、250)配合的第二挡板装置(206、252)，上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板装置中的每一个包括：一基座(214、224、258、270)；多个由基座(214、224、258、270)支承的长形构件(208、210、264、266)；以及用于支承上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板装置中的另一个的基座(214、224、258、270)的装置，上述第一(204、250)和第二(206、250)挡板装置的长形构件(208、210、264、266)交替置放，形成至少一个迷宫(280、282)。

16.如权利要求15的电力开关设备(20′)，其特征为，至少某些长形构件(264、266)在对应的一个基座(258、270)的附近有一第一直径，并在基本平行的基座(258、270)的附近有一小于第一直径的第二直径。

17.如权利要求15的电力开关设备(20″)，其特征为，至少某些长形构件(208、210)在对应的一个基座(214、224)的附近有第一横截面，并在基本平行的基座(214、224)的附近有一与第一截面基本相同的第二横截面。

18.一电力开关设备(20′、20″)，它包括：一在其中具有电弧室(161)的外壳(22)；一在上述电弧室(161)中的可分开的触点(32)，它具有接通位置与断开位置；一用于在其接通位置与断开位置之间操作上述可分开的触点(32)的操作装置(55)；在上述电弧室(161)中用于在上述可分开的触点(32)间分割电弧的电弧隔板装置(160、160′)；在上述电弧室(161)中，在上述电弧隔板装置(160、160′)附近的至少一个第一挡板(204、250)；以及，在上述电弧室(161)中、与上述至少一个第一挡板(204、250)配合的至少一个第二挡板(206、252)，每个第一(204、250)和第二(206、252)挡板包括：一基座(214、224、258、270)，多个由基座(214、224、258、270)支承的长形构件(208、210、264、266)，和用于支承上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板中的一个的基座(214、224、258、270)的装置(220、226、264、272)，它使该基座基本平行于上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板装置中的另一个的基座(214、224、258、270)，上述第一(204、250)和第二(206、252)挡板的长形构件(208、210、264、266)交替置放，形成一迷宫(280、282)。

19.如权利要求18的电力开关设备(20″)，其特征为，上述第一挡板(204)的至少某些长形构件(208)有一第一截面，以及至少上述第二挡板(206)的某些长形构件(210)有一基本为第一截面的镜面映象的第二截面。

20.如权利要求18的电力开关设备(20′)，其特征为，上述至少一个第一挡板(250)是多个第一挡板(250)；以及上述至少一个第二挡板(252)是多个第二挡板(252)；以及至少上述一个迷宫(280、282)是多个迷宫(280、282)，上述第二挡板(252)的每一个与上述第二挡板(250)的对应的一个配合，用每一对上述第一(250)和第二(252)挡板形成上述一个迷宫(280、282)。