專利名稱：電弧遏制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于減小電弧的效果的技術(shù)，尤其涉及 電亍瓜遏制(arc containment)。
背景技術(shù)：
電弧閃光可以被定義為與由電弧引起的能量釋放相關(guān)的情 況。該能量釋放呈光和熱的形式，并常常引起壓力波或沖擊波。當兩 個導(dǎo)體之間的絕緣體(通常僅為空氣)不再能夠承受它們之間的電壓 時，發(fā)生電弧閃光，導(dǎo)致絕緣擊穿。由電弧閃光現(xiàn)象產(chǎn)生的能量是導(dǎo) 體之間的電壓、現(xiàn)象期間的電流以及該現(xiàn)象的持續(xù)時間的函凄t。為了 降低或減小這些現(xiàn)象的有害效果，設(shè)計工程師具有諸如接地技術(shù)和限 流熔斷器的選擇，以降低系統(tǒng)電壓或故障電流。然而，在某些情況下， 降低電弧故障清除時間(clearing time)是降低因電弧故障而導(dǎo)致的允許 通過的能量的另一種方法。當遏制電弧閃光時，所釋放的高能量水平能夠伴隨大約數(shù) 十至數(shù)百巴的非常高的壓力波，該壓力波的瞬時壓力和極限壓力取決 于短路電流的量級、容器的體積和性質(zhì)。因此，容器的成本隨著電流 的量級而指數(shù)地增加。由于電弧周圍的氣體或氣化的成分的瞬時發(fā)熱 而產(chǎn)生沖擊波。由沖擊波產(chǎn)生的壓力也可能非常高，大約^t百巴，且 為電流量級和容器壁離電弧的距離的函數(shù)。沖擊波在電弧形成的初始 P介段期間發(fā)生。在容器內(nèi)形成因膨脹氣體導(dǎo)致的極限壓力，且通常為 諸如現(xiàn)象的持續(xù)時間、短路電流的量級、以及遏制腔室的體積的因素 的函數(shù)。因此，需要一種設(shè)計為用最小的尺寸和成本來承受沖擊波
4和高壓的電弧遏制方法
發(fā)明內(nèi)容
'根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種電弧遏制裝置。該 電弧遏制裝置包括還具有用于氣體的逸出的多個通孔(aperture)的沖擊 防護罩，該沖擊防護罩構(gòu)造成圍繞電弧源。該裝置還包括具有與多個 通孔大致對準的多個開口的內(nèi)殼，該內(nèi)殼構(gòu)造成為電弧源提供電絕緣 基座。外殼設(shè)置在內(nèi)殼的周圍，該外殼構(gòu)造成將氣體引向裝置外的環(huán) 境。根據(jù)另 一個實施例，提供了 一種制造電弧遏制裝置的方法。 該方法包括將沖擊防護罩設(shè)置在內(nèi)殼內(nèi)，該沖擊防護罩包括與內(nèi)殼中 的開口大致對準的多個通孔。該方法還包括將外殼設(shè)置在內(nèi)殼的周 圍，該外殼構(gòu)造成為內(nèi)殼和外殼之間的氣體提供通道。該方法還包括 將電弧源安裝在沖擊防護罩內(nèi)的電絕緣基座上。根據(jù)另 一個實施例，提供了 一種將電弧遏制在電弧遏制裝 置內(nèi)的方法。該方法包括通過沖擊防護罩來遏制源于電弧源的沖擊 波；經(jīng)由沖擊防護罩的多個通孔和圍繞沖擊防護罩的內(nèi)殼上的多個開 口來排出氣體；以及經(jīng)由位于內(nèi)殼和外殼之間的通道引導(dǎo)氣體。根據(jù)另一個實施例，提供了一種電弧遏制裝置。該裝置包 括圍繞電弧源的沖擊防護罩，該沖擊防護罩構(gòu)造成遏制沖擊波；以 及圍繞沖擊防護罩的殼體，該殼體構(gòu)造成為電弧源提供電絕緣基座。


當參考附圖閱讀以下的詳細描述時，將更好地理解本發(fā)明 的這些和其他的特征、方面以及優(yōu)點，貫穿所有附圖，相似的符號代 表相似的部件，其中圖1是包括電弧遏制裝置的電力系統(tǒng)的示意圖；圖2是電弧遏制裝置的圖示；
5
圖3是圖示某些示范性的構(gòu)件和電弧源的電弧遏制裝置的
分解圖；圖4是圖3的電弧遏制裝置的部分截面圖；
圖5是圖示用于引導(dǎo)氣體的通風(fēng)孔的電弧遏制裝置的截面 圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的不通風(fēng)的電弧遏制裝置 的截面圖。
部件列表
10電力系統(tǒng)
12電源
14短路器
16母線
18負載
20電弧極系統(tǒng)
22電弧遏制裝置
24電弧閃光檢測系統(tǒng)
26電信號監(jiān)視系統(tǒng)
28電弧閃光判斷系統(tǒng)
30傳感器
32電參數(shù)
34非電參數(shù)
36電弧閃光
38電弧故障信號
42電弧遏制裝置
44外殼
46肋
48通風(fēng)孔
650通風(fēng)孔
52支撐組件 58內(nèi)殼 60孔
62沖擊防護罩 64通孔
66 〉皮^大凸起(corrugation)
68孔
70電極
72電極
74電極
76電絕緣基座
80通道
82等離子體槍
84電觸頭
86電觸頭
88緊固件
90緊固件
92去離子板
96燒蝕層
98燒蝕層
100開口
106不通風(fēng)的電弧遏制裝置
108殼體
110沖擊防護罩
112電絕緣基座
具體實施例方式
7參照圖1,電力系統(tǒng)被圖示且總體上由參考標號IO表示。在所圖
示的實施例中，電力系統(tǒng)10包括電源12,該電源構(gòu)造成經(jīng)由斷路器 14向負載18傳輸電力。在一個示范性的實施例中，電源12構(gòu)造成向 共同的母線16傳輸交流電流或交流電力。本文中所圖示的電力系統(tǒng) 10包括三相結(jié)構(gòu)。在另一個實施例中，電力系統(tǒng)10可以包括單相結(jié) 構(gòu)。電源12和負載18還經(jīng)由共同的母線16而耦合到電弧極系統(tǒng)2 0 (電 弧源)上。電弧極系統(tǒng)20的一個示例包括但不限于電弧撬杠(arc crow bar)裝置。電弧極系統(tǒng)20被封閉在電弧遏制裝置22內(nèi)。電弧閃光^ft測系統(tǒng)24構(gòu)造成4企測電力系統(tǒng)10內(nèi)的電弧閃 光現(xiàn)象36,且還包括電信號監(jiān)視系統(tǒng)26、電弧閃光判斷系統(tǒng)28以及 傳感器30。電信號監(jiān)視系統(tǒng)26構(gòu)造成監(jiān)視電力系統(tǒng)中的可能因電弧 閃光現(xiàn)象而出現(xiàn)的電流變化。在一個示例中，電信號監(jiān)^f見系統(tǒng)26包 括電流互感器。另外，電弧閃光判斷系統(tǒng)28構(gòu)造成接收來自電信號 監(jiān)視系統(tǒng)26的電參數(shù)32和來自傳感器30的參數(shù)34。本文中所使用 的術(shù)語"參數(shù)"是指源自電弧閃光26的諸如光、熱輻射、聲、壓力 或射頻信號的參數(shù)。因此，在這樣的一個實施例中，非電類傳感器包 括光學(xué)傳感器。在電弧閃光現(xiàn)象36的情況下，電弧閃光判斷系統(tǒng)28 基于參數(shù)32和34產(chǎn)生電弧故障信號38。電弧故障信號38還觸發(fā)電 弧極系統(tǒng)20。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到的，電弧極系統(tǒng)20有助 于減小電弧閃光現(xiàn)象的效果。電弧極系統(tǒng)20構(gòu)造成產(chǎn)生電弧故障，該電弧故障在電弧遏 制裝置22內(nèi)產(chǎn)生第二電弧閃光40。電弧閃光40放出強光、聲音、壓 力波以及沖擊波形式的大量的能量。其還引起導(dǎo)致高壓的電極的氣 化。(這種電弧故障促進從電弧閃光36轉(zhuǎn)移能量)?？梢宰⒁獾?，依靠 其功能性，電弧極系統(tǒng)20包括足夠堅固以遏制由電弧閃光40導(dǎo)致的 沖擊波和高壓的殼體或電弧遏制裝置22。在下文中，詳細地討論電弧 遏制裝置22的構(gòu)造和功能性。在本發(fā)明的一個實施例中，電弧遏制裝置可以為如圖2、 3、
84以及5所示的通風(fēng)的電弧遏制裝置。在本發(fā)明的另一個實施例中，
電弧遏制裝置可以為不通風(fēng)的電弧遏制裝置(圖6)。不通風(fēng)的電弧遏制 裝置典型地占據(jù)更多體積。例如，在600伏的系統(tǒng)中，針對65kA/5 周期的電弧閃光能量，不通風(fēng)的電弧遏制裝置可能占據(jù)約0.1立方米 的體積，而對于相同的電弧閃光能量等級，通風(fēng)的電弧遏制裝置可能 占據(jù)小于0.01立方米的體積。然而，可以注意到，可以取決于安裝位 置的要求而使用適當?shù)碾娀《糁蒲b置(通風(fēng)的或不通風(fēng)的)。圖2圖示了根據(jù)本技術(shù)的一個方面實施的一個示范性的電 弧遏制裝置42?？梢宰⒁獾?，可以將電弧遏制裝置42實施為圖1中 所提及的用于電弧極系統(tǒng)20的電弧遏制裝置22。在所圖示的實施例 中，電弧遏制裝置42包括外殼44。外殼可以由諸如金屬、非導(dǎo)電材 料、合成物等任何合適的材料制成。肋46設(shè)置在外殼表面的周圍， 以改善外殼的機械強度(尤其是抵抗由裝置內(nèi)的電弧閃光導(dǎo)致的高內(nèi) 壓的能力)。通風(fēng)孔48和50設(shè)在外殼44的底側(cè)。然而，可以注意到， 在所圖示的示范性的實施例中， 一個單獨的這樣的通風(fēng)孔大致繞著外 殼的整個較低的周邊延伸。外殼被安裝到支撐組件52上。支撐組件 52包括電絕緣基座(在圖2中不可見)，當裝置被如圖所示地組裝時， 該電絕緣基座將位于外殼內(nèi)。圖3圖示了圖2的示范性的電弧遏制裝置42的分解圖。根 據(jù)所圖示的實施例，如圖3所示，電弧遏制裝置42包括諸如外殼44、 內(nèi)殼58、沖擊防護罩62以及支撐組件52的各種構(gòu)件。在一個具體的 實施例中，沖擊防護罩包括導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料。在本發(fā)明的一個 實施例中，內(nèi)殼包括導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料。在目前所關(guān)注的實施例中，通過穿過由諸如參考標號60表 示的孔的螺絲(未顯示)將外殼44緊固在內(nèi)殼58上。通過外殼44、內(nèi) 殼58以及支撐件52中的大致對準的孔來容納這些螺絲。因此，這些 構(gòu)件恰當?shù)囟ㄎ徊⒗喂痰乇３衷谝黄鹨缘挚褂呻娀《糁蒲b置內(nèi)的電 弧閃光現(xiàn)象導(dǎo)致的沖擊波和高壓。外殼設(shè)置在內(nèi)殼58的周圍。沖擊
9防護罩62設(shè)置在內(nèi)殼58內(nèi)。在目前所關(guān)注的實施例中，沖擊防護罩 62包括圍繞其周邊的波狀凸起66。波狀凸起66通過擴散和撓曲而幫 助吸收沖擊波。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到的，與不具有吸收相似 量級的沖擊波和高壓的沖擊防護罩的裝置相比，通過使用沖擊防護罩 62,可以充分地降低電弧遏制裝置42的體積構(gòu)造。在沖擊防護罩62 的頂部表面上設(shè)置有通孔64,這些通孔大致與內(nèi)殼58上的開口對準， 以用于由圖1中所提及的電弧閃光40的加熱而導(dǎo)致的氣體的逸出。 外殼和內(nèi)殼被緊固至支撐組件52上。支撐組件52包括與孔60對準 的孔68，以容納緊固件。電極70、 72以及74 ^皮安裝在支撐組件52 上，形成電弧源。設(shè)置有延伸穿過支撐組件的電接觸桿(未顯示)以便 于電極到電源(例如，電力母線)的連接。支撐組件52可以由任何合適 的電絕緣的材料和合成物制成，從而為電極提供電絕緣基座76。圖4是示范性的電弧遏制裝置42的截面組裝圖。如上所述， 使電弧遏制裝置42的構(gòu)造為剛性，以承受來自電弧閃光現(xiàn)象的高壓 和沖擊波。內(nèi)殼58被容納在電絕緣基座76上。可以注意到，電絕緣 基座76是圖3中所提及的支撐組件52的一部分。沖擊防護罩62設(shè) 置在電極的周圍。沖擊防護罩62構(gòu)造成通過沖擊防護罩62的表面上 的波狀凸起66來吸收在電弧閃光的情況下所產(chǎn)生的沖擊波。內(nèi)殼58 設(shè)置在沖擊防護罩62的周圍。通孔64設(shè)置在沖擊防護罩62上且開 口設(shè)置在內(nèi)殼58上，用于氣體的通過。外殼44設(shè)置在內(nèi)殼58的周 圍，以促成位于內(nèi)殼58和外殼44之間的用于氣體逸出的通道80。等 離子體槍82放置在固定到電絕緣基座76上的電極70、 72以及74的 中心。在一個實施例中，作為減小電弧的技術(shù)，等離子體槍82注入 等離子體，從而響應(yīng)于圖1中所提及的電弧故障信號38而產(chǎn)生電弧 故障。電極經(jīng)由電觸頭84和86以及第三電觸頭(未顯示)而連接到外 部電路上。外殼44和內(nèi)殼58經(jīng)由緊固件88和90而緊固到電絕緣基 座76上。去離子板92設(shè)置在通道80中，以在氣體從電弧遏制裝置 42放出之前將其去離子化。
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圖5是電弧遏制裝置42的部分截面圖。裝置42的構(gòu)造包 括外殼44,該外殼設(shè)置在內(nèi)殼58的周圍，以提供位于內(nèi)殼58和外殼 44之間的通道80。燒蝕層96設(shè)置在外殼44的內(nèi)表面上。第二燒蝕 層98設(shè)置在內(nèi)殼58的外表面上。在一個示范性的實施例中，燒蝕層 包括諸如但不限于迭爾林、特氟隆或聚丙烯的燒蝕聚合物?？梢越Y(jié)合 諸如噴涂、安裝板材等的設(shè)置燒蝕層96和98的各種方法。通道80 在底部具有通風(fēng)孔48和50,以將氣體排出至裝置42之外。燒蝕層 96和98通過燒蝕來吸收在通道80中產(chǎn)生的在圖1中所^是及的電弧閃 光40的情況下由氣體產(chǎn)生的熱。沖擊防護罩62設(shè)置在內(nèi)殼58內(nèi)。 電極70、 72以及74被容納在電絕緣基座76上。沖擊防護罩具有對 準于內(nèi)殼58上的開口 100的通孔64。在此通過示例顯示了兩個這樣 的通孔64和開口 100。許多這樣的通孔64和相應(yīng)的開口 100可以分 別設(shè)置在沖擊防護罩62和內(nèi)殼58上。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到 的，通孔64和開口 IOO被對準，以用于氣體的通過。去離子板92鄰 近通孔64設(shè)置。圖6圖示了不通風(fēng)的電弧遏制裝置106的透一見圖。裝置106 包括殼體108、沖擊防護罩110、電絕緣基座112以及電極70、 72、 74。在所圖示的實施例中，形成電弧源的電極被封閉在不通風(fēng)的電弧 遏制裝置106內(nèi)。在圖1中所提及的電弧閃光40的情況下，沖擊防 護罩IIO構(gòu)造成吸收由電弧閃光釋放出的沖擊波。沖擊防護罩110包 括位于其表面周圍的波狀凸起，該波狀凸起在吸收沖擊波的期間提供
撓性?？梢宰⒁獾剑钔蛊鹜ㄟ^提供更多的暴露于沖擊波的表面面 積來提供沖擊波的擴散。殼體108設(shè)置在沖擊防護罩110的周圍并固 定到電絕緣基座112上。電絕緣基座112為電極70、 72以及74提供 支撐。這樣的電弧遏制裝置有利地降低了裝置內(nèi)的高壓，使較低 的運行壓力成為可能。該裝置還擴散了沖擊波，因而有利于緊湊的構(gòu) 造。所以，根據(jù)所公開的技術(shù)，達成了電弧遏制裝置的筒化構(gòu)造設(shè)計和緊湊尺寸。雖然在本文中僅圖示和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng) 域技術(shù)人員將會想到許多變型和變換。因此，應(yīng)當理解，所附的權(quán)利 要求書旨在覆蓋所有落入本發(fā)明的真實要旨內(nèi)的這樣的變型和變化。
權(quán)利要求
1.一種電弧遏制裝置，包括具有用于氣體的逸出的多個通孔的沖擊防護罩，該沖擊防護罩構(gòu)造成圍繞電弧源；包括與所述多個通孔大致對準的多個開口的內(nèi)殼，該內(nèi)殼構(gòu)造成為所述電弧源提供電絕緣基座；以及設(shè)置在所述內(nèi)殼的周圍的外殼，該外殼構(gòu)造成將氣體引向該裝置外的環(huán)境。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，使所述沖擊防護罩 具有波狀凸起，以響應(yīng)于接收由電弧現(xiàn)象導(dǎo)致的沖擊波而撓曲。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述沖擊防護罩包 括導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料中的至少 一種。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述外殼緊固到所 述內(nèi)殼上。
5. —種制造電弧遏制裝置的方法，包括將沖擊防護罩設(shè)置在內(nèi)殼內(nèi)，該沖擊防護罩包括與所述內(nèi)殼中的 開口大致對準的多個通孔；將外殼設(shè)置在所述內(nèi)殼的周圍，該外殼構(gòu)造成為所述內(nèi)殼和所述外殼之間的氣體提供通道；以及將電弧源安裝在所述沖擊防護罩內(nèi)的電絕緣基座上。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述沖擊防護罩包 括具有波狀凸起的沖擊防護罩。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，形成還包括將所述 多個開口和所述多個通孔對準。
8. —種在電弧遏制裝置內(nèi)遏制電弧的方法，該方法包括 通過沖擊防護罩來遏制源于電弧源的沖擊波；經(jīng)由所述沖擊防護罩的多個通孔和圍繞所述沖擊防護罩的內(nèi)殼上的多個開口來排出氣體；以及經(jīng)由位于所述內(nèi)殼和所述外殼之間的通道引導(dǎo)氣體。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，遏制所述沖擊波還 包括使所述沖擊防護罩的波狀凸起變形。
10. —種電弧遏制裝置，包括圍繞電弧源的沖擊防護罩，該沖擊防護罩構(gòu)造成遏制沖擊波；以及圍繞所述沖擊防護罩的殼體，該殼體構(gòu)造成為所述電弧源提供電 絕緣基座。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電弧遏制裝置和方法。該電弧遏制裝置包括具有用于氣體的逸出的多個通孔的沖擊防護罩，該沖擊防護罩構(gòu)造成圍繞電弧源。該裝置還包括具有與多個通孔大致對準的多個開口的內(nèi)殼，該內(nèi)殼構(gòu)造成為電弧源提供電絕緣基座。所設(shè)置的外殼設(shè)在內(nèi)殼的周圍，該外殼構(gòu)造成將氣體引向裝置外的環(huán)境。
文檔編號H01R13/53GK101604586SQ200910149170
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者A·K·博霍里, D·A·羅巴奇, G·W·羅斯克, R·J·卡加諾, T·阿索肯 申請人:通用電氣公司