CN110998771B - 电气开关设备及其碎屑屏障 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电气开关设备(2,202,302)的碎屑屏障(50,250,350)。电气开关设备包括可分离触点(12,14)和电弧槽(16)。可分离触点在响应于电气故障而跳闸断开时生成碎屑。电弧槽具有多个分流板(18,218)，多个分流板各自具有边缘部分(20)和定位成与边缘部分相对且位于其远侧的远侧部分(22,24,222,224)。碎屑屏障包括第一支腿(52,252,352)、第二支腿(54,254,354)以及连接第一支腿和第二支腿的中间部分(56,356)。中间部分联接到可分离触点中的一个。第一支腿和第二支腿中的至少一个具有第一屏障部分(58,60,358,360)和从其延伸的第二屏障部分(62,64,262,264,362,364)。第一屏障部分靠近远侧部分定位。第二屏障部分从第一屏障部分朝向边缘部分延伸，以便将碎屑朝向边缘部分重新导向。

Description

电气开关设备及其碎屑屏障

技术领域

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2017年7月18日提交的美国专利申请序列号15/652,619的优先权并要求其权益，该申请以引用方式并入本文。本发明所公开的概念整体涉及电气开关设备，并且更具体地，涉及诸如断路器的电气开关设备。本发明所公开的概念还涉及用于电开关设备的碎屑屏障。

背景技术

诸如断路器的电气开关设备在配电系统中以各种容量使用。断路器可以包括例如线路导体、负载导体、静触点和活动触点，其中活动触点可与静触点导电接合地移入和移出。这使断路器在打开或闭合位置与关断或断开位置之间、或者在打开或闭合位置与跳闸或跳闸关断位置之间切换。静触点与线路导体和负载导体中的一个导电接合，而活动触点与线路导体和负载导体中的另一个导电接合。断路器还可以包括操作机构，该操作机构具有上面设置有活动触点的活动触点臂。

活动触点最初与固定触点分开时，在触点之间的空间中形成电弧。电弧提供用于从闭合电路平稳过渡到断开电路的方法，但给断路器设计人员带来了许多挑战。因此，希望在任何此类电弧传播后尽快将其熄灭。为了促进这一过程，断路器通常包括被构造为将电弧破碎的电弧槽。每个电弧槽都包括多个间隔开的电弧片。随着活动触点移动离开固定触点，活动触点移动经过电弧片的端部，其中朝向电弧片并在电弧片之间拖曳电弧。电弧片彼此电绝缘，使得电弧分裂成多个短电弧或挤入电弧片中并被电弧片熄灭。

在电触点之间延伸的电弧通常导致金属材料（例如但不限于电触点或活动臂的金属材料）熔融并汽化。这种金属材料会产生碎屑，这些碎屑可能会不合需要地聚积在断路器的关键功能区域中，并导致断路器发生故障。

因此，在电气开关设备中及其碎屑屏障中存在改进的余地。

发明内容

本发明所公开的概念的实施方案满足了这些需要和其他需要，所述实施方案涉及电气开关设备及其碎屑屏障。

作为本发明所公开的概念的一个方面，提供一种用于电气开关设备的碎屑屏障。该电气开关设备包括可分离触点对和电弧中断系统，该电弧中断系统具有电弧槽，该电弧槽定位于该可分离触点对之处或附近，以便不仅熄灭电弧，而且还吸引和消散通过电弧侵蚀生成的碎屑，同时该可分离触点对响应于电气故障而跳闸断开。电弧槽包括多个分流板，该多个分流板各自具有边缘部分和定位成与边缘部分相对且在其远侧的至少一个远侧部分。碎屑屏障包括第一支腿、第二支腿以及连接第一支腿和第二支腿的中间部分。中间部分被构造为联接到可分离触点对中的一个。第一支腿和第二支腿中的至少一个具有第一屏障部分和从第一屏障部分延伸的第二屏障部分。第一屏障部分被构造为定位于远侧部分之处或附近。第二屏障部分被构造为从第一屏障部分朝向边缘部分延伸，以便将碎屑朝向边缘部分重新导向。

作为本发明所公开的概念的另一方面，提供一种电气开关设备，该电气开关设备包括可分离触点对、电弧中断系统和前述碎屑屏障。

附图说明

当结合附图阅读时，可以从以下优选的实施方案描述中获得对本发明所公开的概念的完整理解，其中：

图1为根据本发明所公开的概念的非限制性实施方案的电气开关设备及其碎屑屏障的一部分的等轴视图；

图2为图1的电气开关设备及其碎屑屏障的顶部平面图；

图3为图1的电气开关设备的另一部分的等轴视图，其中移除了某些部件以显示碎屑屏障的隐藏特征；

图4为图3的碎屑屏障的等轴视图，还示出了电气开关设备的线路导体和多个层压件；

图5为图4的碎屑屏障、线路导体和层压件的另一等轴视图，还示出了电气开关设备的活动触点；

图6、图7和图8为图5的碎屑屏障的各种等轴视图；

图9为无碎屑屏障的常规电弧槽的简化平面图；

图10为根据本发明所公开的概念的非限制性实施方案的采用了碎屑屏障的电弧槽的简化平面图；

图11为根据本发明所公开的概念的另一非限制性实施方案的电气开关设备及其碎屑屏障的等轴视图；

图12为图11的碎屑屏障的等轴视图；

图13为根据本发明所公开的概念的另一非限制性实施方案的电气开关设备及其碎屑屏障的等轴视图；以及

图14和图15为图13的碎屑屏障的各种等轴视图。

优选实施方案描述

如本文所用，术语“数量”应当意为一个或多于一个的整数（即多个）。

如本文所用，两个或更多个零件“联接”在一起的表述应当意为这些零件直接接合在一起或通过一个或多个中间零件接合在一起。

如本文所用，两个或更多个零件或部件彼此“接合”的表述应当意为这些部件直接地或通过一个或多个中间零件或部件彼此施加力。

如本文所用，术语“大体U形(generally U-shaped/generally U-shape/generalU-shape)”是指对应结构的形状具有字母“U”的大体形状，其中此字母或结构的底部为圆形、大体圆形、正方形、大体正方形、或部分圆形和部分正方形，或者具有基座构件的一般形状，其中两个支腿（或臂）构件从基座构件的端部垂直或大体垂直地延伸。

实施例1

图1至图3示出根据本发明所公开的概念的一个非限制性实施方案的电气开关设备（例如但不限于多极断路器2）的不同视图。如图2所示，示例性断路器2具有多个极4、6、8。然而，为了便于说明和简化公开内容起见，将仅详细讨论极4，但应当理解，极6、8与极4基本上相同地配置。极4具有电弧中断系统10、活动触点（例如，参见图2和图5中所示的活动触点12）以及线路导体13（图3至图5），该线路导体具有固定触点14（图3至图5）。活动触点12被构造为以通常众所周知的方式移入和移出与固定触点14的接合，以便分别闭合和断开电路。此外，可分离触点12、14被构造为在响应于电气故障而跳闸断开时生成碎屑。在一个示例性实施方案中，电弧中断系统10包括电弧槽16和槽电机（例如，多个大体U形的铁磁层压件19）。电弧槽16定位于可分离触点12、14之处或附近并且用来对通过可分离触点12、14响应于电气故障而跳闸断开从而生成的电弧进行冷却和分流。有利的是，层压件19有助于使活动触点12在断开期间加速，从而通过减少电弧能来改善开断性能。

电弧槽16具有多个分流板18，该多个分流板各自具有边缘部分20和定位成与边缘部分20相对且在其远侧的至少一个远侧部分22、24（图2）。边缘部分20定位于电弧槽16的后部处（例如，与可分离触点12、14相对且在其远侧），使得活动触点12在垂直于边缘部分20的平面中移动。另外，尽管本文中结合包括两个相对的远侧部分22、24的分流板18中的每一个来描述本发明所公开的概念，但合适的替代电弧槽（未示出）采用仅具有一个与边缘部分相对的远侧部分的分流板在本发明所公开的概念的范围内。此外，如将在下面更详细地讨论的，断路器2包括新型碎屑屏障50，该新型碎屑屏障对通过可分离触点12、14跳闸断开而生成的碎屑进行重新导向。这保护了断路器2的关键功能区域，从而使断路器2由于碎屑聚积而发生故障的可能性最小化。

图6至图8示出碎屑屏障50的不同视图。在一个示例性实施方案中，碎屑屏障50是由单件热固性材料制成的一体部件。与类似结构的热塑性碎屑屏障相比，碎屑屏障50由热固性材料制成，可以更好地承受电弧作用（例如，在强力的电弧负载下不太可能熔融）。另外，某些法规（例如但不限于核工业法规）禁止使用热塑性材料。此外，作为一体部件，有利的是，碎屑屏障50的制造相对简单，因为不需要单独的装配步骤。然而，应当理解，合适的替代碎屑屏障可以由单独地装配在一起的多个部件制成、和/或可以由其他材料（例如但不限于热塑性塑料）制成，而不脱离本发明所公开的概念的范围。如图所示，碎屑屏障50为大体U形，并且包括第一支腿52、第二支腿54以及将第一支腿52连接到第二支腿54的中间部分56。参考图4和图5，中间部分56优选地联接到固定触点14并且可靠地保持在其上。因此，应当理解，活动触点12被构造为在定位于第一支腿52和第二支腿54之间的平面中移动（例如，参见图2，其中活动触点12定位于支腿52、54之间）。

如图6至图8所示，支腿52、54包括相应的第一屏障部分58、60，从相应的第一屏障部分58、60延伸的相应的第二屏障部分62、64，以及从相应的第一屏障部分58、60延伸离开相应的第二屏障部分62、64的相应的凹坑部分70、72。凹坑部分70、72为多个壁，该多个壁协同地构造为接纳层压件19（图1、图2、图4和图5）。这样，有利的是，碎屑屏障50用来对碎屑进行重新导向（如将在下面讨论的），并且还用来容纳和保持层压件19。第一屏障部分58、60包括相应的屏障表面59、61，这些屏障表面背离相应的凹坑部分70、72。第二屏障部分62、64具有相应的屏障表面63、65，这些屏障表面各自从屏障表面59、61中的一个以钝角延伸离开相应的凹坑部分70、72。此外，第二屏障部分62、64具有延伸部分66、68，这些延伸部分从相应的屏障表面63、65延伸并且大致垂直于相应的第一屏障部分58、60定位。

现在将更详细地讨论碎屑屏障50的新颖功能。如图2所示，第一屏障部分58、60定位于分流板18的远侧部分22、24之处或附近。在一个示例性实施方案中，远侧部分22、24接合第一屏障部分58、60。此外，如图所示，第二屏障部分62、64从第一屏障部分58、60朝向边缘部分20延伸。因此，第二屏障部分62、64定位于第一远侧部分22和第二远侧部分24之间。换句话说，第二屏障部分62、64（其为碎屑屏障50的延伸离开层压件19的部分）与分流板18的一部分重叠和/或延伸到电弧槽16的内部。也就是说，第二屏障部分62、64从第一屏障部分58、60向外突出离开层压件19并经过远侧部分22、24。换句话讲，第二屏障部分62、64比远侧部分22、24基本上更靠近边缘部分20定位。这不同于槽电机的现有技术壳体（例如，U形铁磁层压件），其中壳体的最远侧部分定位于（例如，不经过）分流板的远侧部分。应当理解，有利的是，屏障构件50的前述几何形状以及屏障构件相对于分流板18在断路器2中的放置将通过可分离触点12、14跳闸断开而生成的碎屑朝向边缘部分20并离开断路器2的关键功能区域重新导向。

为进行说明，将参考图9和图10，图9和图10分别示出常规电弧槽116以及与碎屑屏障50一起使用的本发明所公开的概念的电弧槽16的简化平面图。如图9所示，其中无碎屑屏障与常规电弧槽116一起使用，碎屑（其由虚线/箭头表示）可自由地从源（例如，可分离触点对112、114附近的电弧区域）移动离开分流板118的边缘部分120。应当理解，碎屑沿着图9中的虚线/箭头所示的路径移动会导致在相关联的断路器的关键功能区域（诸如活动触点臂、操作机构、横杆和跳闸单元）中发生不期望的聚积。如上所述，使用无碎屑屏障的常规电弧槽116进行的这种碎屑聚积可能导致相关联的断路器发生故障。

相比之下，如图10的简化的顶部平面图所示，将碎屑屏障50与本发明公开的概念的电弧槽16一起使用会导致碎屑被重新导向离开关键功能区域并返回边缘部分20。更具体地，在可分离触点12、14跳闸断开时周围材料的电弧受到侵蚀而生成碎屑之后，碎屑朝着边缘部分20移动然后通过电弧槽16的壁离开边缘部分20。然而，第一屏障部分58、60和第二屏障部分62、64协同作用来将碎屑重新导向返回边缘部分20，而不是继续行进离开边缘部分20。此外，屏障表面63、65从第一屏障部分58、60延伸的钝角还有助于对碎屑进行重新导向。因此，碎屑将聚积在断路器2的关键功能区域上的可能性显著最小化，从而有利地延长了断路器2的寿命并使引起故障的可能性最小化。

实施例2

图11示出根据本发明所公开的概念的另一非限制性实施方案的另一示例性电气开关设备（例如但不限于多极断路器202）。示例性断路器202包括新型碎屑屏障250，其也在图12中示出。如图12所示，碎屑屏障250的支腿252、254的第二屏障部分262、264各自包括对应的多个有槽区域263、265。应当理解，有槽区域263、265被构造为接纳分流板218的远侧部分222、224（例如，参见图11）。也就是说，除了对碎屑进行重新导向之外，碎屑屏障250还用来将分流板218保持在其上并且还防止电弧停留在此处并导致电弧片支腿受到侵蚀。另外，如图11所示，碎屑屏障250还被构造为接纳U形铁磁层压件219。

实施例3

图13示出根据本发明所公开的概念的另一非限制性实施方案的另一示例性电气开关设备（例如但不限于多极断路器302）。示例性断路器302包括新型碎屑屏障350，其也在图14和图15中示出。如图14和图15所示，碎屑屏障350的支腿352、354各自具有第一端部361、365和定位成与对应的第一端部361、365相对且在其远侧的第二端部363、367。第二端部363、367定位于中间部分356处。此外，如图14最清楚地示出，支腿352、354的第一屏障部分358、360各自具有对应的多个有槽区域369、371，该对应的多个有槽区域定位于支腿352、354的周边部分处。更具体地，有槽区域369、371从对应的第一端部361、365纵向延伸到对应的第二端部363、367。应当理解，有利的是，有槽区域369、371用来提供贮存器以收集碎屑（即，通过可分离触点跳闸断开而生成的碎屑）。也就是说，大部分碎屑被构造为被捕获在有槽区域369、371中而不是被朝向第二屏障部分362、364完全重新导向，从而进一步保护断路器302的关键功能区域。此外，参考图13应当理解，分流板的远侧部分与第一屏障部分358、360间隔开。以这种方式，碎屑具有通路可以通过，从而使碎屑被卡在该区域中且分流板发生短路（例如，分流板的电连接）的可能性最小化，这种情况将减少开断性能和电介质性能试验。

此外，如图15所示，碎屑屏障350为略微V形。也就是说，支腿352、354在碎屑屏障350的顶部附近比在碎屑屏障350的相对底部处彼此隔开更大的距离。因此，当将碎屑屏障350插入断路器302中时，碎屑屏障350将相对紧密地保持在其中。另外，应当理解，本发明所公开的概念的断路器302无U形铁磁层压件。也就是说，在图13至图15的示例中，碎屑屏障350未被构造为容纳和保持U形铁磁层压件。

虽然已结合具有第一屏障部分58、60、358、360和第二屏障部分62、64、262、264、362、364的碎屑屏障50、250、350描述了图1至图8和图10至图15的示例，但应当理解，其他合适的替代碎屑屏障可以具有几何形状不同的屏障部分，而不脱离本发明所公开的概念的范围。

因此，应当理解，本发明所公开的概念提供一种改进的（例如但不限于更好地防止故障）电气开关设备2、202、302及其碎屑屏障50、250、350，其中多个屏障部分58、60、62、64、262、264、358、360、362、364协同作用来将通过可分离触点对12、14跳闸断开而生成的碎屑重新导向离开电气开关设备2、202、302的关键功能区域。

虽然已经详细地描述了本发明所公开的概念的特定实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，可以根据本公开的总体教导内容来开发出那些细节的各种修改和替换。因此，所公开的特定布置仅是说明性的，而不限制本发明所公开的概念的范围，本发明所公开的概念的范围由所附权利要求书的全部范围以及其任何和所有等同物给出。

Claims (13)

1.一种用于电气开关设备的碎屑屏障，所述电气开关设备包括可分离触点对和电弧中断系统，所述电弧中断系统包括电弧槽，所述电弧槽设置在所述可分离触点对之处或附近，所述电弧槽包括多个分流板，所述多个分流板各自具有边缘部分和设置成与所述边缘部分相对且在其远侧的至少一个远侧部分，所述碎屑屏障包括：

第一支腿；

第二支腿；以及

中间部分，所述中间部分连接所述第一支腿和所述第二支腿，所述中间部分被构造为联接到所述可分离触点对中的一个，

其中所述第一支腿和所述第二支腿中的至少一个包括第一屏障部分和从所述第一屏障部分延伸的第二屏障部分，所述第一屏障部分被构造为设置在所述至少一个远侧部分之处或附近，所述第二屏障部分被构造为从所述第一屏障部分朝向所述边缘部分延伸，以及

其中，所述第一支腿和所述第二支腿中的至少一个的所述第二屏障部分包括延伸部分，所述延伸部分大致垂直于所述第一支腿和所述第二支腿中的至少一个的所述第一屏障部分设置，

其中所述第一支腿还包括第一凹坑部分，所述第一凹坑部分从所述第一支腿的所述第一屏障部分延伸离开所述第一支腿的所述第二屏障部分；其中所述第二支腿还包括第二凹坑部分，所述第二凹坑部分从所述第二支腿的所述第一屏障部分延伸离开所述第二支腿的所述第二屏障部分；其中所述电弧中断系统还包括一定数量的U形层压件；并且其中所述第一凹坑部分和所述第二凹坑部分被构造为接纳所述数量的U形层压件。

2.根据权利要求1所述的碎屑屏障，其中所述第一支腿和所述第二支腿中的所述至少一个包括所述第一支腿和所述第二支腿两者；其中所述至少一个远侧部分包括第一远侧部分和设置成与所述第一远侧部分相对且在其远侧的第二远侧部分；并且其中所述第一支腿的所述第二屏障部分和所述第二支腿的所述第二屏障部分各自被构造为设置在所述第一远侧部分和所述第二远侧部分之间。

3.根据权利要求2所述的碎屑屏障，其中所述第一支腿的所述第二屏障部分包括延伸部分，所述延伸部分大致垂直于所述第一支腿的所述第一屏障部分设置；并且其中所述第二支腿的所述第二屏障部分包括延伸部分，所述延伸部分大致垂直于所述第二支腿的所述第一屏障部分设置。

4.根据权利要求2所述的碎屑屏障，其中所述第一支腿的所述第二屏障部分包括多个第一有槽区域，所述多个第一有槽区域各自被构造为接纳对应的第一远侧部分；并且其中所述第二支腿的所述第二屏障部分包括多个第二有槽区域，所述多个第二有槽区域各自被构造为接纳对应的第二远侧部分。

5.根据权利要求1所述的碎屑屏障，其中所述第一支腿的所述第一屏障部分具有所述第一屏障表面，所述第一屏障表面背离所述第一凹坑部分；其中所述第一支腿的所述第二屏障部分具有第二屏障表面，所述第二屏障表面从所述第一屏障表面以钝角延伸离开所述第一凹坑部分；其中所述第二支腿的所述第一屏障部分具有第三屏障表面，所述第三屏障表面背离所述第二凹坑部分；并且其中所述第二支腿的所述第二屏障部分具有第四屏障表面，所述第四屏障表面从所述第三屏障表面以钝角延伸离开所述第二凹坑部分。

6.根据权利要求2所述的碎屑屏障，其中所述第一支腿的所述第一屏障部分包括多个第一有槽区域，所述多个第一有槽区域设置在所述第一支腿的周边部分处；并且其中所述第二支腿的所述第一屏障部分包括多个第二有槽区域，所述多个第二有槽区域设置在所述第二支腿的周边部分处。

7.根据权利要求6所述的碎屑屏障，其中所述第一支腿具有第一端部和设置成与所述第一支腿的所述第一端部相对且在其远侧的第二端部；其中所述第一支腿的所述第二端部设置在所述中间部分处；其中所述第二支腿具有第三端部和设置成与所述第三端部相对且在其远侧的第四端部；其中所述第四端部设置在所述中间部分处；其中所述多个第一有槽区域从所述第一支腿的所述第一端部纵向延伸到所述第一支腿的所述第二端部；并且其中所述多个第二有槽区域从所述第二支腿的所述第三端部纵向延伸到所述第二支腿的所述第四端部。

8.根据权利要求1所述的碎屑屏障，其中所述碎屑屏障是由单件热固性材料制成的一体部件。

9.一种电气开关设备，包括：

可分离触点对；

电弧中断系统，所述电弧中断系统包括设置在所述可分离触点对之处或附近的电弧槽，所述电弧槽包括多个分流板，所述多个分流板各自具有边缘部分和设置成与所述边缘部分相对且在其远侧的至少一个远侧部分；以及

碎屑屏障，所述碎屑屏障包括：

第一支腿，

第二支腿，以及

中间部分，所述中间部分连接所述第一支腿和所述第二支腿，所述中间部分被构造为联接到所述可分离触点对中的一个，

其中所述第一支腿和所述第二支腿中的至少一个包括第一屏障部分和从所述第一屏障部分延伸的第二屏障部分，所述第一屏障部分设置在所述至少一个远侧部分之处或附近，所述第二屏障部分从所述第一屏障部分朝向所述边缘部分延伸，以及

其中，所述第一支腿和所述第二支腿中的至少一个的所述第二屏障部分包括延伸部分，所述延伸部分大致垂直于所述第一支腿和所述第二支腿中的至少一个的所述第一屏障部分设置，

其中所述第一支腿还包括第一凹坑部分，所述第一凹坑部分从所述第一支腿的所述第一屏障部分延伸离开所述第一支腿的所述第二屏障部分；其中所述第二支腿还包括第二凹坑部分，所述第二凹坑部分从所述第二支腿的所述第一屏障部分延伸离开所述第二支腿的所述第二屏障部分；其中所述电弧中断系统还包括一定数量的U形层压件；并且其中所述第一凹坑部分和所述第二凹坑部分被构造为接纳所述数量的U形层压件。

10.根据权利要求9所述的电气开关设备，其中所述第一支腿和所述第二支腿中的所述至少一个包括所述第一支腿和所述第二支腿两者；其中所述至少一个远侧部分包括第一远侧部分和设置成与所述第一远侧部分相对且在其远侧的第二远侧部分；并且其中所述第一支腿的所述第二屏障部分和所述第二支腿的所述第二屏障部分各自设置在所述第一远侧部分和所述第二远侧部分之间。

11.根据权利要求10所述的电气开关设备，其中所述第一支腿的所述第二屏障部分包括多个第一有槽区域，所述多个第一有槽区域各自接纳对应的第一远侧部分；并且其中所述第二支腿的所述第二屏障部分包括多个第二有槽区域，所述多个第二有槽区域各自接纳对应的第二远侧部分。

12.根据权利要求9所述的电气开关设备，其中所述第一支腿的所述第一屏障部分具有所述第一屏障表面，所述第一屏障表面背离所述第一凹坑部分；其中所述第一支腿的所述第二屏障部分具有第二屏障表面，所述第二屏障表面从所述第一屏障表面以钝角延伸离开所述第一凹坑部分；其中所述第二支腿的所述第一屏障部分具有第三屏障表面，所述第三屏障表面背离所述第二凹坑部分；并且其中所述第二支腿的所述第二屏障部分具有第四屏障表面，所述第四屏障表面从所述第三屏障表面以钝角延伸离开所述第二凹坑部分。

13.根据权利要求10所述的电气开关设备，其中所述第一支腿的所述第一屏障部分包括多个第一有槽区域，所述多个第一有槽区域设置在所述第一支腿的周边部分处；并且其中所述第二支腿的所述第一屏障部分包括多个第二有槽区域，所述多个第二有槽区域设置在所述第二支腿的周边部分处；以及其中所述电气开关设备无U形层压件。