CN1643753A - 防电弧开关盒 - Google Patents
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Abstract
用于开关系统(10)的防电弧盒，该开关系统中有开关部件例如一开关(11)、一断路器和/或开关系统的多个触点。该防电弧盒包括一具有多个导电板部件(19)的围绕壳体，以及一使该防电弧盒免受盒内产生的电弧(6)损坏的保护层(20)。该板部件(19)中的至少一个形成一朝向盒外部待保护区域的屏蔽件。该保护层(20)具有绝缘特性且仅应用于该至少一个板部件(19)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于开关系统的防电弧盒，该开关系统中有开关元件例如一开关、一断路器以及用于开关系统的多个触点，该防电弧盒包括一具有多个导电板部件的环绕壳体，以及一使该防电弧盒免受盒内产生的电弧损坏的保护层。这种类型的电弧(也称为电火花或飞弧)可能会由开关系统的故障，例如短路导致。电火花可产生于不同电位的载压部件之间，或者开关系统的载压导线或触点到通常为接地电位的导电盒之间。由于发生高电压和高电流的结合，这些电火花会产生巨大的能量，如果不采取保护措施开关系统盒会被严重损坏，并可能对盒周围的区域产生严重后果，尤其是对其附近的人。
背景技术
瑞士专利CH 649 872 A5公开了一种用于电子装置的载流或载压部件的保护层。该保护层包括一种包含合成树脂、硬化剂和填料的材料，该合成树脂为一种吸热、高电抗、低粘性和冷硬化的合成树脂，该填料中含结合水。如果短路电弧或者电火花接触到该保护层，该层将吸收由于材料分解所散发出的热量，从而保护电子装置。这种类型的保护层必须应用于盒子内侧，并且必须是完全连续的：甚至一个微小的开口都会是一个可能引起电弧形成的点。而且，在开关系统中应用这种类型的保护层价格昂贵。
瑞士专利CH 598 705 A5公开了一种夹层式的面板，其包括两个导电材料层和位于这两层之间用于保护电开关装置不受电弧造成的后果影响的阻燃层。如果有电弧在该装置中形成并接触到该夹层式面板，将在导电层内烧出一个洞。由于该导电层下面有一绝缘层，该电弧被沿导电板推开，结果处于电弧放电之下的总是该阻燃层的一新的区域。在这种情况下保护层也必须覆盖盒子的整个内侧。而且，这种类型的夹层制造和处理成本都很高。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种防电弧盒，该盒能够承受由开关系统故障导致的电弧的发生并能使盒周围的区域避免处在危险情形下。
本目的通过本文开头所述类型的防电弧盒来实现，在该防电弧盒中多个板部件中的至少一个形成一朝向盒外部待保护区域的屏蔽件，所述保护层具有绝缘特性且该保护层仅应用于该至少一个板部件。
如果仅在屏蔽位于盒外的待保护区域的一板部件上应用一保护层，则并不能防止电弧在盒内产生，但这能确保被屏蔽区域不会暴露在任何当盒被烧穿时可能产生的有害情况下，例如排出极热的气体或爆炸。
人们已经发现，由开关系统内的故障导致形成的电弧会在很短的时间内产生巨大的能量。一电弧通常持续仅约一秒，然后外部装置可确保使该电弧消失(例如使用外部开关)。盒内的压力在最初的0.1秒到0.15秒内基本以指数级数上升(已测得值为2.5个大气压)。通常用于开关系统的盒内的排气保护装置可经一安全途径把该压力消散，结果在电弧存在期间将仅引起大约35毫巴的过压力。尽管如此，考虑到极高的温度(高达3000℃)，如果盒出现故障(例如在导电板部件上烧出一个洞)这一过压力仍会导致严重的后果。
在第一个实施例中，该保护层抵靠盒的外侧面放置。如果电弧作用使得用于屏蔽盒外待保护区域的一板部件上形成一个洞，则一般形成该洞将需要一定的时间，且这一时间通常(根据盒的材料的选择和厚度)足以让盒内的压力降低为一轻微过压力。然后该保护层将在一定程度上充分截留该由于(轻微)过压力而企图排出盒内的热气体，以保护该(待保护)区域。该保护层必须是电绝缘的以防止电弧在其中烧出洞。此外，优选使用耐热材料，例如热固性材料制造该保护层。一个应用的例子就是用厚度为3毫米的可在电弧整个存在期间(一秒)提供充分保护的聚酯玻璃制成该保护层。如果采取充分的措施以防止在润湿作用下软化，则甚至能够用硬纸板或硬卡纸板来作该保护层。
在本发明的另一实施例中，该保护层被应用于盒的内侧。如果该保护层直接支靠在该至少一个用于屏蔽盒外待保护区域的板部件上，则电弧将接触不到该板部件：该电弧将寻找另一导体或盒(处在接地电位)的一导电性更好的部分以便找到一导电路径。在这种情况下，尽管可能会在盒内另一个板部件内烧出一个洞，但该板部件将朝向一原则上仅引起小得多的危险或甚至根本没有危险的区域。用于该保护层的材料可与上述实施例中的材料相同。
在又一实施例中，该保护层被设计为相距该至少一个板部件一定距离处放置的板。由于电弧指向不会出现任何危险的区域，所以在该至少一块板部件被烧穿后，该保护层仍会针对排出的热气体对(盒)的外侧提供足够的保护。当把保护层放入盒内侧时，它会提供与前述实施例中同样的好处。然而，在这种情况下如果把该保护板按照这样的方式(例如基本与盒的一侧板平行，而与其顶板/底板垂直)放置在盒内还会产生一种额外的好处，即不同温度的空气会分离。可以说，这使得在盒内形成一种烟囱，该烟囱具有使空气开始在盒内循环的作用。在正常操作下，具有一开关系统的盒内有许多所谓热点，在这些热点上会因例如电流流经一导线或触点而产生额外的热量。如果盒内的空气是静止的，该盒内热量就很难散发到盒外。通常，要求盒内的部件不得超出环境温度之上的65℃或75℃。把该保护层在盒内相距该至少一个板部件一定距离放置(例如几厘米)，会使盒内的空气产生循环，从而热量被从热点传导至正在循环的空气，并从正在循环的空气传至该盒本身，然后该盒可把热量散发到环境中。这使得盒内不必使用风扇或其它运动部件就可产生一附加的冷却效应，这样可使温度降低5到7度。
附图说明
下面将结合附图通过几个示例性实施例对本发明进行说明：
图1所示为根据本发明一个实施例的开关系统简化的横截面图；
图2是本发明第一实施例的示意图；
图3是本发明第二实施例的示意图；以及
图4为本发明第三实施例的示意图。
具体实施方式
根据本发明的防电弧盒可以应用在一如图1的横截面图中以简化形式所示的开关系统中。该开关系统10包括一开关11例如一真空开关，该开关11能够把一导线13和另一导线14相连接。该导线13经由一连接件12可操作地与电源线(未示出)连接。而导线14将开关11与沿垂直于图中平面的方向延伸的连接杆18之一相连接。在一标准开关系统10中，导线14上还有一断路器，但这对本发明的说明而言无关紧要，因此为清楚起见已在图中省略。该开关11由一驱动杆15在一驱动装置16的辅助下致动。该开关系统10还配有一操作面板17。开关系统10的载压部件(例如开关11，导线13、14，连接杆18)被包围在一盒内，该盒包括多个由导电材料制成的在正常使用中保持接地电位的板部件19。图1中示出六个板部件19，但很明显还有平行于图中平面的板部件19，从而形成完全封闭的盒。在一个或多个板部件19上可有排气孔21，如果发生短路该排气孔21可经一安全途径把任何过压力释放出来，在图中所示情况中将把压力释放到该开关系统10的后侧和下侧。
图1所示的横截面图示出开关系统10的一个分隔间。在实践中，该开关系统10包含多个如图1所示的彼此相邻放置的分隔间，连接杆18延伸穿过每个分隔间，并且可通过导线14的切换把任何连接杆18与连接件12之一相连接。然后通过操作面板17，就可在开关系统10前面把开关面板作为一个整体进行操作。
在由板部件19包围的开关系统10的分隔间内可能会发生故障，结果将在开关系统10的一个载压部件和一个板部件19(处于接地电位)之间形成一弧(电弧)。(两部件之间的)高电压差以及开始流动的高电流意味着伴随电弧会有很高的能量在盒内产生。该电弧一般存在一秒左右，然后外部装置切断整个开关系统10并使该电弧消失。伴随该电弧的形成盒内压力急剧升高。该压力通过排气孔21经一安全途径被释放到盒外，结果该开关系统10的完整性继续得以保证。试验测量结果已经显示该压力可在0.1到0.15秒内上升到高达2.5个大气压。此后，压力又迅速下降，但是电弧的存在意味着仍然会有大约35毫巴的过压力存在。如果电弧存在的时间足够长，板部件19上与该电火花接触的区域的材料就有因受产生的高温而熔化的危险，这样最终将在板部件19上形成一个洞。这将导致非常热的气体(高达3000℃)被排出，这会给该开关系统10周围的人带来危险。
图1中所示开关系统10右手侧的盒的板部件19屏蔽着开关系统10前的一区域，该区域可能有人，从而必须保护其不受开关系统10中出现的故障可能带来的后果的影响。
本发明通过在板部件19的外侧设置一由不可燃材料制成的保护板或层20来提供对这一区域的非常有效的保护。明显地，该保护层20也必须是电绝缘的，以防止电弧把该保护层20与其接触的地方烧出一个洞。
由于电弧把板部件19烧穿一个洞需要一定的时间，所以该保护层20只是在由于电弧的形成而引起的压力的峰值已下降时起保护作用。因此，该保护层20只需能在该电火花仍然存在的时间内(不到一秒)截留该轻微过压力(通常为35毫巴)下的热气体就可以。因此该保护层20使用耐热绝缘材料就足够了。这样的材料包括例如热固性材料，如聚酯玻璃。试验显示厚度为3毫米的聚酯板就可针对因电弧而可能逸出的热气体提供足够的保护。如果提供足够的抗软化的保护(干燥的保护环境)，则甚至能够用硬纸板或硬卡纸板作为保护层20。
因此，只需在电弧烧穿板部件19可能带来危险(主要是热气体排出造成的危险)的地方安装保护层20。这样，就能以非常廉价而且简单的方式对开关系统10中出现的故障可能造成的有害结果提供足够的保护。
图2到图4示出本发明几个可选择的方案。开关系统10在图中以高度简化的形式表示，并且包括一由导电板部件19组成的盒，该盒包围载压部件5并设有出口21。板部件19一般保持为接地电位。开关系统10中的一个故障例如短路可能使载压部件之间或一个载压部件5和一个板部件19之间形成一电弧6。
图2所示为一实施例，其中在两个板部件19的外侧设置有上述保护层20。这为配备有一保护层20的两个板部件19所屏蔽的盒外部区域提供了保护。
图3所示为(本发明的)另一种变型，其中在一板部件19的内侧设置有一保护层20。在已知的解决方案中，盒子的整个内侧都配有一绝缘层，这样盒内的载压部件5就“看”不到任何板部件19的接地电位，从而有效地防止了相对于这些板部件的电弧的形成。然而，这个方案的缺点是盒的内侧必须被很好地绝缘。即使绝缘层中最小的洞也可能使电弧形成。要做成一连续的绝缘层非常困难，尤其是在盒子的拐角处。在图3所示的本发明的实施例中，仅在一板部件19的内侧设置一保护层20，该保护层20保护排出热气会引起危险的盒外的区域。在这种情况下，如果随着开关系统10的故障而形成一电弧，该电弧将落在另外的一个板部件19上。然而，在这些板部件19上形成一个洞并随后排出热气体不会对由相应板部件19屏蔽的区域带来危险，因为这些(热气体排出的)区域没有人。
本发明的又一选择方案如图4所示。在这种情况下，盒内有两块保护板20，其相距用于屏蔽盒外待保护区域的板部件19有很短的距离(几厘米就足够)。当开关系统10发生故障时，这些保护板20对由相关的板部件19屏蔽的盒外区域提供了足够的保护。另外，这在开关系统10的正常操作过程中还有一个非常有益的效果。在操作开关系统10时，许多部件(尤其是载压部件5)可被其中发生的高电流强度极大地加热，这导致盒内在局部形成所谓热点。为保证开关系统10的所有部件(尤其是运动部件)正确运行，在设计阶段假定所产生的热点不超出环境温度之上的65℃或75℃。在一标准开关系统10中，这一热量仅依靠静止空气的热对流来散发。然而，图4所示实施例中的保护板20将确保产生一“烟囱效应”，结果盒内的空气开始循环，且盒子整个外侧(所有板部件19)都被有效地用来散热。要达到这一效果，保护板20必须如图示那样基本与板部件19平行放置，结果由于板部件的底侧较凉，热空气被吸入保护板20和顶侧的板部件19之间的空间。保护板20也可相对于板部件19稍微倾斜放置以便能达到相同的效果。在一试验性的装置中，循环空气使得空气的冷却效果增加了5℃到7℃。由于盒内没有使用运动部件进行空气循环，所示的解决方案运行非常可靠且安装简单、成本低廉。
Claims (7)
1.一种用于开关系统(10)的防电弧盒，该开关系统中有开关元件例如一开关(11)、一断路器和/或开关系统的多个触点，该防电弧盒包括一具有多个导电板部件(19)的围绕壳体，以及一使该防电弧盒免受盒内产生的电弧(6)损坏的保护层(20)，其特征在于：该多个板部件(19)中的至少一个形成一朝向盒外部待保护区域的屏蔽件，该保护层(20)具有绝缘特性且该保护层(20)仅应用于该至少一块板部件(19)。
2.根据权利要求1所述的防电弧盒，其中所述保护层(20)由耐热材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的防电弧盒，其中所述保护层(20)由热固性材料制成。
4.根据权利要求1、2或3所述的防电弧盒，其中所述保护层(20)由具有厚度例如为3毫米的聚酯玻璃制成。
5.根据权利要求1至4之一所述的防电弧盒，其中所述保护层(20)设置在盒的外侧。
6.根据权利要求1至4之一所述的防电弧盒，其中所述保护层(20)设置在盒的内侧。
7.根据权利要求5或6所述的防电弧盒，其中所述保护层(20)与该至少一个板部件(19)相距一预定距离放置，并基本与该至少一个板部件(19)平行。
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