电路中断设备、灭弧装置及相关方法

摘要

本公开内容描述一种用于通过使用具有相邻室的灭弧装置将在电流运载路径中断期间产生的电弧淬灭的设备和方法及灭弧装置，其中相邻室对气体压力和其他相关联的电弧分量进行定形并且引导其通过位于室的端部的一组分离板。相邻室在淬灭过程期间包含气体压力和其他相关联的电弧分量。

权利要求

1.一种电路中断设备，包括：

上壳体，其被构造成固定至下壳体以包围壳体；

输入端子和输出端子，其被配置成从源接收电流并且将所述电流传送至负载；

至少一个主电流运载路径，其包括被包含在灭弧装置内的至少一个固定触头和一个可移动触头，所述灭弧装置与所述输入端子和所述输出端子共同构成电路，其中所述可移动触头能够通过关联构件与所述固定触头分离；

所述下壳体，其限定了由一体式室分隔件形成的多个平行的电绝缘相部分，以将一个相部分与另一相部分分离开，每个相部分被构造成容置所述灭弧装置，所述灭弧装置，其包括：

多个电弧分隔板；

中心主体部分，其具有第一侧壁、与所述第一侧壁平行且分隔开的第二侧壁、以及垂直于所述第一侧壁和所述第二侧壁且在远端将所述第一侧壁和所述第二侧壁互连以限定部分封闭的空间的底壁，所述部分封闭的空间具有能够容置所述可移动触头的中央腔；

多个平行的轴向槽，其被形成为在所述第一侧壁和所述第二侧壁中的每一个中被间隔开且从接近所述中央腔的位置延伸到所述远端，在所述远端的保持槽口能够保持所述多个电弧分隔板中的每一个，所述轴向槽能够容置所述多个电弧分隔板中的每一个；在所述轴向槽之间限定了多个通道以使由电弧造成的气流经由所述电弧分隔板、仅通过所述灭弧装置的远端开口不受阻碍地排出，其中，所述远端开口在所述下壳体的相对端壁中，

其中，所述可移动触头能够在与所述气流经由所述电弧分隔板、仅通过所述远端开口排出的方向相垂直的方向中移动，以及其中，所述气流被阻止从除了所述下壳体的相对端壁中的每一个上的用于气体交换的多个孔以外的其他部分离开所述电路中断设备。

2.根据权利要求1所述的电路中断设备，其中，每个相部分被构造成容置将运动从操作件传递至所述可移动触头的所述关联构件，其中，所述操作件被容置在由所述下壳体限定的基底室中，以及其中，所述操作件包括外部部件和所述关联构件。

3.一种灭弧装置，包括：

多个电弧分隔板；

中心主体部分，其具有第一侧壁、与所述第一侧壁平行且间隔开的第二侧壁、以及与所述第一侧壁和所述第二侧壁垂直且在远端将所述第一侧壁和所述第二侧壁互连以限定部分封闭的空间的底壁，所述部分封闭的空间具有中央腔，所述中央腔能够容置可移动触头、仅在顶部开口且与所述远端相对；以及多个平行的轴向槽，其被形成为在所述第一侧壁和所述第二侧壁中的每一个中被间隔开且从接近所述中央腔的位置延伸到所述远端，在所述远端的保持槽口能够保持所述多个电弧分隔板中的每一个，所述轴向槽能够容置所述多个电弧分隔板中的每一个；在所述轴向槽之间限定了多个通道以使由电弧造成的气流经由所述电弧分隔板、仅通过所述灭弧装置的远端开口不受阻碍地排出，其中，所述远端开口在用于容置所述灭弧装置的壳体的相对端壁中，

其中，所述可移动触头能够在与所述气流经由所述电弧分隔板、仅通过所述远端开口排出的方向相垂直的方向中移动，以及其中，所述气流被阻止从除了所述壳体的相对端壁中的每一个上的用于气体交换的多个孔以外的其他部分离开。

4.根据权利要求3所述的灭弧装置，其中，所述第一侧壁和所述第二侧壁的形状被调整成将来自电弧的气流通过所述电弧分隔板引向所述远端开口，使得在工作时阻止所述气流从除了所述远端开口以外的其他部分离开所述灭弧装置。

5.根据权利要求3所述的灭弧装置，其中，所述第一侧壁、所述第二侧壁和所述底壁由具有烧蚀特性的树脂模制而成。

6.根据权利要求3所述的灭弧装置，其中，所述第一侧壁和所述第二侧壁的形状被调整成使得所述第一侧壁和所述第二侧壁增大电弧与烧蚀源材料接触的表面区域，以使电弧抑制最大化。

说明书

电路中断设备、灭弧装置及相关方法

技术领域

[0001] 本发明一般地涉及电路中断装置的领域。更具体地，本发明涉及用于淬灭由电源与负载之间的电流运载路径的中断所导致的电弧的技术。

背景技术

[0002] 各种断路器目前可得到并且已经被开发用于中断电源与负载之间的电流运载路径。这些电路中断设备可以采取以下形式：断路器、接触器、中继器、电机启动器等。一般而言，这样的装置包括一个或更多个可移动触头以及相关联的一个或更多个固定触头。这些触头在正常工作期间被接合以完成贯穿该设备的电流运载路径。这些触头可以除了响应于诸如电流过载、热保护或其他非期望事件这样的故障情况以外，还响应于诸如关断断路器或使中继器或接触器的线圈电压断电这样的期望事件而被分离开。当触头分离时产生电弧，这导致电路中断设备内部的温度和压力增加。期望使电弧迅速消散，熄灭或淬灭以防止对电路中断设备的触头、设备自身或正在保护的负载造成损害。

[0003] 已经存在用于对熄灭断路器中的电弧进行改进的多种方法。这些技术包括通过增加触头的分离来延长电弧弧柱、压缩电弧以增加压力从而减小电弧直径以及引入吸引电弧并且将其分割成较小电弧的铁磁板。通过在电弧事件期间引入经历表面烧蚀的材料而获得了有助于使电弧快速扩展和熄灭的额外的益处。虽然这些技术的各种组合在淬灭电弧时是有用的，但是需要进一步改进对由于电路中断事件所产生的电弧压力的遏制以更快速和有效地使电弧消散。

发明内容

[0004] 本公开内容的实施方式提供一种用于改进灭弧的新技术。该方法可以在具有单个或多个电流运载路径的各种电路中断设备(例如断路器、接触器或继电器)中被实现。这些设备的工作可以采用各种机械和机电方法来控制触头的位置，以完成和中断电路。出于说明的目的，本公开内容参考断路器，但是应当理解，这仅仅出于说明的目的，而不以任何方式将本发明限于该特定设备。

[0005] 所描述的实施方式通过以下操作提供对灭弧的改进：在延长的时段内包含由于电弧室组件内的电路中断事件所产生的气体以使得压力增加，从而减少熄灭电弧所需要的时间。

[0006] 根据本发明的又一方面，电弧室框架可以被实现为单件式或两件式部件，以便于制造和组装。

附图说明

[0007] 通过参考附图阅读以下详细描述，将更好地理解本发明的所述及其他特征、方面和优点，其中相同的符号在所有附图中表示相同的部件，其中：

[0008] 图1是三相断路器的透视图；

[0009] 图2是展示多个电弧室组件和电触头组件的三相断路器的分解图；

[0010] 图3是展示电弧室组件和触头的三相断路器的俯视图；

[0011] 图4是三相断路器的端视图；

[0012] 图5是展示电弧室和触头的三相断路器的剖面的侧视图；

[0013] 图6是包括分隔板的电弧室组件的分解图；

[0014] 图7a是电弧室框架的实施方式的组装图；

[0015] 图7b是作为两件式单元的电弧室框架的实施方式的俯视图；

[0016] 图7c是作为一体式单元的电弧室框架的替选实施方式的俯视图；

[0017] 图7d是电弧室框架的另一替选实施方式的俯视图；

[0018] 图7e是电弧室框架的另一替选实施方式的俯视图；

[0019] 图8a是分隔板的实施方式的透视图；

[0020] 图8b是分隔板的替选实施方式的透视图；

[0021] 图9是电弧室组件的分解透视图；

[0022] 图9b是具有分隔板的电弧室组件的替选实施方式的侧视图；

[0023] 图10a是展示分隔板插入的电弧室组件的透视图；

[0024] 图10b是展示保持槽口的电弧室框架中的分隔板的远端的详细视图；

[0025] 图10c是电弧室框架中的分隔板的近端的详细视图；

[0026] 图11a是展示电弧室组件、触头和气体压力流的三相断路器的侧视剖面图；

[0027] 图11b是展示电弧室组件、触头和气体压力流的三相断路器的俯视剖面图；以及[0028] 图12是说明电弧室组件的制造和组装方法的流程图。

具体实施方式

[0029] 现在转向附图并且参照图1，以用于控制针对电力的三个不同相的电流运载路径的三相断路器10的形式示出了电路中断设备。图1的断路器10包括上壳体12和下壳体14，上壳体12和下壳体14中的每一个被分成三个电绝缘相部分56。这些电绝缘相部分56中的每一个被构造成经由连接至电力端子块72的电力输入导体16接收电输入，每个相一个电源输入导体16，并且当电路中断设备10处于产生完成的电路的状态时，通过连接至负载端子块74的负载输出导体18将电输出传递至负载，每个相一个负载输出导体18。

[0030] 图2以分解透视图示出了电路中断设备10，其中断路器10的上壳体12和下壳体14被定位成使得除了触头组件100之外，还展示了用于三相中的每个相的电弧室组件24以及内部操作或关联构件53。在所示出的断路器的实施方式中，电路中断设备的操作件包括外部可旋转操作构件114和内部操作或关联构件53的组件，其将可移动接触臂49定位成与电源接触臂68和负载接触臂70相关联，从而当可旋转操作构件114旋转完成其行程时完成或中断电路。在其他实施方式中，外部可旋转操作构件114可以采取以下形式：拨动开关、按钮、插销，或者用电磁线圈组件代替，使得线圈的通电或断电使内部操作构件53对触头进行定位并且如在继电器或接触器的情况下控制电路中断设备10的电路。

[0031] 如图2和图3所示，下壳体14具有大致矩形基底106，在基底106中提供用于沿着通常在基底106的平面内的横轴线容置标准DIN轨道的槽102。当基底106的平面为水平时，相对端壁60从基底106的纵向相对侧向上延伸。侧壁64从基底106向上延伸，横向地与基底106相对并垂直于基底106，以横跨并接合至相对端壁60，从而大致限定基底106与壁60和64之间的内部壳体空间。两个内壁108从相对端壁60延伸、平行于侧壁64并与侧壁64成比例地间隔开，以形成三个电绝缘室，电弧室组件24被置于所述室中。

[0032] 如图3和图4中的额外细节所示，两个端壁60中的每一个包含孔62，气体可以通过孔62从由侧壁64、端壁60，基底内壁108和基底106限定的三个室中的每一个的内部壳体空间被交换。如图2和图4所示，在断路器10的输入端或电力端的情况下，每个孔62上方是导体容置端子72，而在断路器10的输出端或负载端的情况下，每个孔62上方是导体容置端子74，用于在相对端、线路或电源输入端16处容置三个导体，或者在机器螺钉等上的与电无关的端子72处容置纵向方向的负载或电力输出端18。

[0033] 如图1所示，上壁112覆盖上壳体12—上壳体12又覆盖下壳体14并基本上包围下壳体14—并且提供穿过其向上延伸的外部可旋转操作构件114。如图2所示，上壳体12容纳三组电绝缘触头组件100，每个相一组。这些组件包括附接有电力固定接触头48的电力接触臂68和附接有负载固定触头50的负载接触臂70。每个电力接触臂68连接至被构造成在机器螺钉98等上容置导体16的导体容置端子72，导体16向该设备提供电力。每个负载接触臂70连接至被构造成在机器螺钉98等上容置导体18的导体容置端子74，导体18提供到由该设备控制和保护的负载的电连接。

[0034] 参照图2和图3，针对每个相的一组电触头被包含在每个电弧室组件或电弧消散结构内。每组触头包括电力可移动触头52和负载可移动触头54以及电力固定触头48和负载固定触头50。电力固定触头48附接至电力接触臂68，电力接触臂68连接至针对每个相的电力端子块72。负载固定触头50连接至负载接触臂70，负载接触臂70连接至针对每个相的负载端子块74。电力可移动触头52连接至具有针对每个相的可移动接触臂66的负载可移动触头54。如图5所示，针对每个相的电力固定触头48和负载固定触头50朝向电弧室组件24的顶部被定位，而可移动接触臂66连同针对每个相的电力可移动触头52和负载可移动触头54一起朝向电弧室组件24的中间部分被定位。所有触头在通电状态和断电状态两种情况下都包含在电弧室组件24内。

[0035] 当断路器10被致动成通电状态时，针对每个相的可移动接触臂66移动到使得电力可移动触头52与电力固定触头48接触以及负载可移动触头54与负载固定触头50接触的位置，从而形成具有流过可移动接触臂66的电流的电路。相反，当断路器10被致动到断电状态时，可移动接触臂66移动到电力可移动触头52和负载可移动触头54不再与它们相应的触头—电力固定触头48和负载固定触头50—接触的位置，导致电流中断，继而产生电弧，电弧的猝灭是本公开内容的关注点。

[0036] 如图2以及图5中的额外细节所示，针对每个相的每组触头被包含在电弧室组件24内。参照图6，每个电弧室组件24包括电弧室框架22和位于电弧室框架22的相对端的两个分隔板组28。每个分隔板组28包括多个分隔板26。

[0037] 在图7a中，电弧室框架22的一个实施方式被描绘为左电弧室框架板30和右电弧室框架板32。在图7a和图7b所示出的实施方式中，两个板由左轴向延伸部78、中心壁82和右轴向延伸部80组成。其他实施方式可以包括不对称主体半部。出于接合，间隔和保持多个电弧分隔板26的目的，左轴向延伸部78和右轴向延伸部80包含间隔开且彼此总体上平行的孔34。左电弧室框架板30和右电弧室框架板32接合以形成如图7b所示的中心主体部分76。左电弧室框架板30和右电弧室框架板32通过一体式模制连接结构被接合。左电弧室框架板阴连接器38与右电弧室框架板阳连接器44配合，而右电弧室框架板阴连接器42与左电弧室框架板阳连接器40配合，以形成如图7b所描绘的电弧室框架22。电弧室框架22的替代实施方式可以包括不具有连接器38、40、42和44并且电弧室框架板30和32仅通过电弧分隔板26连接的那些电弧室框架。左电弧室框架板30和右电弧室框架板32由包括气体产生材料的树脂模制而成，使得电弧的热量除了提高电弧室组件中的压力之外还使材料发出具有灭弧特性的气体，两者对熄灭电弧都有积极的影响。

[0038] 在图7c中示出了电弧室框架22的替代实施方式。在该实施方式中，框架被模制成一体式构件。在图7d和图7e中示出了电弧室框架22的附加实施方式。如图7d所示，壁形成对发散室形状的收敛，以及如图7e所示，壁形成对收敛室形状的发散。室的形状被优化成能够影响电弧的压力流，从而最有效地熄灭电弧。本领域技术人员应当理解，可以在不背离本公开内容的精神和范围的情况下进一步修改所描述的本公开内容的实施方式。

[0039] 图8a是分隔板26的细节图。分隔板26是具有由铁磁材料构成的平行主面的平面构件，其尺寸被调整成适合安装在由电弧室22的壁限定的外围内，并且其厚度由分隔板组28所需要的分隔板26的数量来确定，分隔板组28由多个分隔板26组成，在所示出的实施方式中，分隔板26间隔开且彼此总体上平行。分隔板组28中的分隔板26的数量将根据电路中断设备的电气参数而变化。

[0040] 分隔板26包括大致V形凹部92，其具有当从板的近端行进至远端时大致下降的宽度。凹部的内部空间由相对的分隔板臂90的内边缘96限定，并且在分隔板中心凹口86中达到最大。凹部92的包括其轮廓和总宽度及深度的总体形状被构造成使得在靠近电力固定触头48、电力可移动触头52、负载固定触头50和负载可移动触头54处增加磁性材料的量，使得当在电路中断设备断电的时刻发生电弧时，电弧上的引力被最大化从而能够最有效地淬灭。

[0041] 在图8b中示出了具有变化的凹部轮廓的分隔板26的替代实施方式。本领域技术人员应当理解，可以在不背离本公开内容的精神和范围的情况下进一步修改所描述的本公开内容中的分隔板的实施方式。

[0042] 图9提供电弧室组件24和分隔板组28的实施方式的另一透视图，分隔板组28包括多个分隔板26，这些分隔板26间隔开且彼此总体上平行。电弧室组件24的其他实施方式可以是如图9b所示的电弧室框架22中的分隔板26的扇形布置。本领域技术人员应当理解，可以在不背离本公开内容的精神和范围的情况下进一步修改所描述的本公开内容中的分隔板的布置的实施方式。

[0043] 转向图10a，展示了将分隔板26插入电弧室框架22中以形成电弧室组件24。当每个分隔板26被插入分隔板孔34中时，左电弧室框架板30和右电弧室框架板32的轴向延伸部稍微弯曲，以使得每个分隔板进入分隔板孔34。当分隔板26完全插入时，左电弧室框架板30和右电弧室框架板32的轴向延伸部返回至它们的原始位置，并且分隔板26由被模制到每个分隔板孔34中的分隔板保持器36保持，如图10b所示。此外，当完全被插入分隔板孔34中时，每个分隔板26的分隔板臂90向左电弧室框架板30和右电弧室框架板32提供与电弧侧压力94相反的侧向强度，如图10c所示。

[0044] 在图11a和图11b中描绘了电弧事件的表示。图11a是断路器10的侧视图，其以剖面图的形式展示了下壳体14的内部，包括电力可移动触头52与电力固定触头48以及负载可移动触头54与负载固定触头50的关系。图11b提供了下壳体14的俯视图，其示出了在电弧事件发生时气体压力的流动。当断路器10通电时，电力可移动触头52与电力固定触头48接触，并且负载可移动触头54与负载固定触头50接触，从而形成具有流经可移动接触臂的电流的电路。相反，当断路器10被致动成断电状态时，电流的中断产生电弧，其淬灭是本公开内容的关注点。

[0045] 当断路器10被致动成通电状态时，针对每个相的可移动接触臂66移动，使得电力可移动触头52与电力固定触头48接触，并且负载可移动触头54与负载固定触头50接触，从而形成具有流经可移动接触臂66的电流的电路。相反，当断路器10被致动成断电状态时，电流的中断产生电弧。电弧的产生导致每个电弧室组件24内部的温度和压力的快速增加。实验表明，在每个电弧室组件24内包含压力将显著减少淬灭电弧所需要的时间。电弧室组件24的特性使得由于电弧46而产生的气体被限制在电弧室组件24的内部，并且当气体流经分隔板组28时被冷却，并且基本上只被允许通过下壳体孔62离开断路器10，如图4所示。如前文所述，电弧室框架22的壁的形状可以改进电弧的快速淬灭。侧面的形状可以使得电弧室框架22具有从中心主体部分76到电弧室框架22的远端的大致收敛的轮廓、在相同长度上的大致发散的轮廓、先发散然后收敛的轮廓、或者在电弧室框架22的长度上先收敛后发散的轮廓，如图7c、7d和7e所示。

[0046] 作为分隔板组28的一部分的每个分隔板26吸引电弧的电磁部分并且对电弧进行分割，以快速升高电弧电压，这导致电弧被更快地熄灭。接近引发电弧的位置放置分隔板组28，即电弧可移动触头52和电源固定触头48以及负载可移动触头54和负载固定触头50导致改进的电弧淬灭。具体为V形凹槽92的分隔板26的形状可以被优化成使得改进电弧室组件
24的灭弧能力。在图8b中示出了分隔板26的替代实施方式。

[0047] 参照图12，展示了表示电弧室组件的制造和组装方法的流程图。第一步骤116是制造电弧室板。如图7a所示，左电弧室框架板30和右电弧室框架板32由烧蚀源材料制成。在优选的实施方式中，通过将右电弧室框架板阳连接器44插入左电弧室框架板阴连接器38中并且将左电弧室框架板阳连接器40插入到右电弧室框架板阴连接器42中，来组装118左电弧室框架板30和右电弧室框架板32，以形成图6的电弧室框架22。如图10a中描绘的，分隔板26被插入120电弧室组件22中以形成电弧室组件24。最后，每个电弧室组件24被插入122下壳体14中，如图2所示。

[0048] 虽然本文仅示出和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将会想到很多修改和变化。因此，应当理解，所附权利要求旨在覆盖落入本发明真实精神范围内的所有这样的修改和变化。