用於將能量轉移遠離電力系統內出現的電弧閃光的裝置的製作方法
2023-09-17 13:43:15
專利名稱：用於將能量轉移遠離電力系統內出現的電弧閃光的裝置的製作方法
技術領域：
本文描述的實施例大體涉及電力裝備保護裝置，並且更具體而言，涉及用於將排氣和壓力弓I導遠離產生電弧的位置的設備。
背景技術：
已知的電カ電路和開關裝置大體具有被諸如空氣、或氣體或固體電介質的絕緣體分開的導體。但是，如果導體定位得太靠近在一起，或者如果導體之間的電壓超過導體之間的絕緣體的絕緣屬性，則可出現電弧。導體之間的絕緣體可變得被離子化，這使絕緣體有傳導性，並且使得能夠形成電弧閃光。電弧閃光包括由於兩相導體之間、相導體和中性導體之間、或相導體和接地點之間的故障的原因而迅速釋放能量。電弧閃光溫度可達到或超過20000°C，這可使導體和相鄰的裝備氣化。此外，電弧閃光可以熱、強光、壓カ波和/或聲波的形式釋放足以損害導體和·相鄰的裝備的大量能量。但是，產生電弧閃光的故障的電流水平一般小於短路的電流水平，使得斷路器可不跳脫或展現延遲的跳脫，除非斷路器特別地設計來處理電弧故障狀況。諸如保險絲和斷路器的標準電路保護裝置的反應一般並不快到足以緩解電弧閃光。展現足夠迅速的響應的ー種已知的電路保護裝置是電氣「消弧電路」，它利用機械和/或機電過程通過故意產生電氣「短路」來將電能轉移遠離電弧閃光點。然後通過使保險絲或斷路器跳脫來消除這種故意短路故障。但是，使用消弧電路所產生的故意短路故障可允許顯著的電流水平流過相鄰的電氣裝備，從而仍然使得能夠損害裝備。展現足夠迅速的響應的另ー種已知的電路保護裝置是電弧容納裝置，該電弧容納裝置產生封閉式二次電弧來將電能轉移遠離電弧閃光點。例如，ー些已知的裝置在電弧容納裝置或容器內產生電弧，例如二次電弧閃光，以用於消散與在電路上檢測到的一次電弧閃光相關聯的能量。至少ー些已知電弧容納裝置包括金屬頂部或蓋，以承受在產生電弧的位置處產生的高壓和極度高溫的氣體。但是，由於裝置內產生的高溫傳導性氣體和傳導性殘留物的原因，這樣的容納裝置可受到損害，或者展現通往地的電弧徑跡。在二次電弧閃光期間，會產生處於高壓的熱的離子化排氣。排氣在蓋上施加顯著的熱應カ和機械應力。電弧容納裝置內產生的高壓使得需要使用堅固結實的材料來形成蓋。但是，雖然剛性蓋(例如由形成金屬(例如鋼或鋁)形成的那些)提供必要的結構強度來承受電弧容納裝置中的高壓，但是高溫排氣可對金屬造成損害，諸如例如熔化或燒穿。具有較高的熔化溫度的其它金屬(諸如例如不鏽鋼)増加了提高的成本和重量，並且因此不適於作為蓋材料。合乎需要的是提供使蓋與高溫熱絕緣開的塗層。另外，離子化排氣會使菸灰或其它傳導性殘留物澱積在蓋上，這會減小對電弧徑跡的抗性，由於對地(例如對接地框架)的短路的原因，這可導致失效。合乎需要的是提供這樣的電弧容納裝置其足夠結實以承受高壓，抵抗高溫，並且對電氣徑跡有足夠高的抗性，以使頂部蓋與離子化氣體隔離開，以免於有例如通往地的電弧徑跡失效。對金屬襯底提供熱保護的一種已知方式是對金屬施用等離子體噴塗熱障塗層。但是，現有技術中公開的傳統熱障塗層的成分沒有另外解決對用以避免地閃擊的期望的提高的電弧徑跡抗性的需要和電弧容納裝置所需的低成本。至少出於以上陳述的原因，存在對針對熔化具有改進的抗性的電弧容納裝置的需要。另外，至少出於以上陳述的原因，存在對針對電弧徑跡具有改進的抗性的電弧容納裝置的需要。將進一歩合乎需要的是ー種簡單、結實、成本低且沒有活動部件的改進的裝置。
實用新型內容本發明的目的是提供這樣的電弧容納裝置其足夠結實以承受高壓，抵抗高溫，並且對電氣徑跡有足夠高的抗性，以使頂部蓋與離子化氣體隔離開，以免於有例如通往地的電弧徑跡失效。在一方面，提供了一種用於將能量轉移遠離電カ系統內出現的電弧閃光的裝置。該裝置包括構造成產生第二電弧閃光的電弧源、構造成和設置成響應於電弧閃光而將等離 子體噴射到所述電弧源附近的等離子體槍、構造成和設置成容納所述電弧源和所述等離子體槍的電弧容納裝置，所述電弧容納裝置包括構造成和設置成覆蓋所述電弧源和所述等離子體槍的蓋，所述蓋包括內表面和外表面，所述內表面緊鄰所述電弧源和所述等離子體槍，所述內表面包括絕緣的陶瓷等離子體噴塗塗層。在另一方面，提供了一種製造裝置的方法。該方法包括構造成產生第二電弧閃光的電弧源、構造成和設置成響應於電弧閃光而將等離子體噴射到所述電弧源附近的等離子體槍、構造成和設置成包圍所述電弧源和所述等離子體槍的電弧容納裝置，所述電弧容納裝置包括構造成和設置成覆蓋所述電弧源和所述等離子體槍的蓋，所述蓋包括內表面和外表面，所述內表面緊鄰所述電弧源和所述等離子體槍，所述內表面包括絕緣的陶瓷等離子體嗔塗塗層。本發明的有益效果是，當在電路保護裝置內產生高溫離子化氣體和壓カ吋，本文描述的實施例增強了電路保護裝置的性能。
圖I是具有電路保護系統的一個示例性電子裝備迭堆的正視圖。圖2是可用於圖I中顯示的電路保護系統的ー個示例性電弧容納裝置的透視示意圖。圖3是圖2中顯示的電弧容納裝置的截面示意圖。圖4是圖2中顯示的電弧容納裝置的局部分解圖。圖5是圖I中顯示的電路保護系統的透視示意圖。圖6是圖I中顯示的電路保護系統的局部分解圖。圖7是圖2的電弧容納裝置的一部分的放大的局部截面圖。
具體實施方式
本文描述了ー種用於電路保護系統的裝置和方法的示例性實施例，其中會產生電弧閃光的高溫和高壓。例如，電路保護系統可接收指示在聯接到電路保護系統上的電カ系統內檢測到一次電弧閃光的信號。電路保護系統然後可在電弧容納裝置內產生二次電弧閃光，以將將一次電弧閃光產生的能量傳遞遠離電力系統。當在電路保護裝置內產生高溫離子化氣體和壓力時，本文描述的實施例增強了電路保護裝置的性能。圖I是容納在裝備封罩102內的示例性電子裝備迭堆100的正視圖。迭堆100包括一個或多個電子模塊104和電路保護系統106,電路保護系統106為電子模塊104提供針對例如電弧閃光事件的保護。封罩102包括多個隔室，包括下部隔室108、容納電路保護系統106的中央隔室110和容納電子模塊104的上部隔室112。封罩102具有在封罩102的第一側壁116和第二側壁118之間延伸的頂部壁114。諸如通氣孔的排氣開口(未在圖I中顯示)延伸通過頂部壁114，並且聯接成與排氣氣室(未在圖I中顯示)處於流連通。排氣氣室在電子模塊102的後面從頂部壁114向下延伸，並且進入中央隔室110中，其中排氣氣室相對於電路保護系統106而定位。值得注意地，電路保護系統106包括電弧傳遞裝置(未在圖I中顯示)。電弧傳遞裝置將能量傳遞遠離電路(例如電子模塊104或電力供給)中的檢測到的電弧閃光事件。電弧傳遞裝置可為下面更詳細地描述的電弧容納裝置。備選地，電弧傳遞裝置可為栓接式故障裝置，其將與電弧閃光事件相關聯的能量傳遞到另 一個位置來以任何適當的方式進行消散。圖2是可用於圖I的電路保護系統106的示例性電弧容納裝置200的透視示意圖；圖3是電弧容納裝置200的截面示意圖；而圖4是電弧容納裝置200的局部分解圖。在一個示例性實施例中，電弧容納裝置200包括頂部蓋202 (圖2-6)、排氣歧管204(圖3和4)、衝擊防護件206 (在圖3和4中顯示)和導體組件208 (在圖4中顯示)。如圖2、3、5和6中顯示的那樣，導體組件208包括導體基部210和導體蓋212，在在它們之間定位有多個導電體(未顯示)。各個導電體聯接到支承電弧源電極216(圖4)的電極支承件214上。各個電弧源電極216剛性地安裝到導體蓋212上且間隔開，以限定電極間隙284，以及從而形成電弧源216。各個導電體(未顯示)延伸通過導體基部210，以將電極216連接到諸如電力母線的電源(未顯示)上。導體基部210和導體蓋212可由任何適當的電絕緣材料和複合物製成，以為電極216提供電絕緣支承件。諸如等離子體槍282的電弧觸發裝置設置成緊鄰例如相對於電弧源電極216居中設置的間隙284，並且構造成使間隙284中的空間的一部分離子化。在一個實施例中，作為電弧緩解技術，等離子體槍282噴射等離子體，以響應於指示聯接到電路保護系統106上的電力系統內的一次電弧閃光的信號來產生二次電弧故障。在一個實施例中，等離子體槍282由等離子體槍蓋218 (圖3)覆蓋。在運行中，電弧源電極216產生電弧，例如第二電弧閃光，以用於消散與電路上檢測到的一次電弧閃光相關聯的能量，因而在電弧容納裝置200內產生高溫排氣和壓力。導體蓋212包括多個安裝孔口(未顯示)，這些安裝孔口各自大小設置成在其中接收相應的緊固機構，以將導體蓋212聯接到諸如導體基部210的支承件上。此外，導體蓋212包括具有形成於其中的多個凹部222 (圖4)的邊緣部分220。如下面將更加詳細地論述的那樣，導體蓋212包括構造成與形成於排氣歧管204的排氣埠部件345中的對應的配合特徵(例如狹槽353)配合的一個或多個配合特徵，例如肋229。頂部蓋202包括頂表面242、唇部244和在頂表面242和唇部244之間延伸的側表面246。唇部244大小設置成與排氣歧管柱232(圖2和4)交迭，並且包括大小設置成在其中接收相應的緊固機構249 (例如帶螺紋螺栓)的多個安裝孔口 248，以聯接到導體蓋212上。例如，頂部蓋202的各個安裝孔ロ 248與排氣歧管204的相應的安裝孔口和導體蓋212的相應的安裝孔ロ 222對準。在運行中，頂部蓋與諸如框架302的地隔離開。在一個實施例中，緊固機構249包括鋼螺栓，其聯接到電絕緣導體蓋212上，以使螺栓249和蓋202與框架302地隔尚開。此外，如圖3和4中顯示的那樣，衝擊防護件206大小設置成覆蓋電極216且設置在電極216上面，使得電弧源容納在防護件206內。在一個實施例中，衝擊防護件206不動地聯接到導體蓋212的頂表面224上。在一個不例性實施例中，衝擊防護件206包括頂表面226和側表面228。在頂表面226和側表面228中形成多個排氣通氣孔230。排氣歧管204大小設置成覆蓋衝擊防護件206。排氣歧管204包括多個柱232 (圖4)。各個柱232包括大小設置成在其中接收相應的緊固機構的安裝孔ロ(未顯示)，以將排氣歧管204聯接到導體蓋212上。此外，各個柱232大小設置成裝配在導體蓋212的相應的凹部222內。·[0027]在一個示例性實施例中，以及如圖3中顯示的那樣，頂部蓋202大小設置成覆蓋排氣歧管204，使得歧管204由蓋202容納，以及在它們之間限定腔體238，以用作通路或排氣路徑240,這在圖3中大體由箭頭「P」指示。在一個示例性實施例中，排氣歧管204還包括頂表面234，頂表面234具有延伸通過其中且與排氣路徑240處於流連通的多個排氣通氣孔236。同樣，該多個排氣通氣孔236與衝擊防護件206的該多個排氣通氣孔230處於流連通。另外，排氣歧管204包括至少ー個排氣端ロ部件345。排氣端ロ部件345包括構造成與頂部蓋202的一部分協作來限定開ロ或間隙358的第一排氣端ロ表面351。間隙358設置成與排氣路徑240處於流連通，並且布置成提供排氣端ロ 350，以排出來自腔體238的排氣、熱和壓力，以及將它們排出電弧容納裝置200。在一個示例性實施例中，排氣歧管204包括形成於排氣歧管204的外部上的兩個排氣端ロ部件345。在運行中，設置在排氣端ロ部件345上的ー個或多個配合特徵(例如狹槽353)與設置在導體蓋212上的對應的配合特徵協作(例如肋229)來提供結構剛性，以及防止受高壓的高溫排氣從排氣歧管204內不合需要地「漏出」到電氣地，例如框架302，並且從而防止不合需要的地閃擊。此外，電弧容納裝置200包括定位在頂部蓋202的周緣上的ー個或多個非傳導性排氣管道322。在一個示例性實施例中，如圖4-6中示出的那樣，電弧容納裝置200包括兩個排氣管道322。各個排氣管道322引導來自排氣端ロ 350的排氣。圖5是電路保護系統106的透視示意圖，而圖6是電路保護系統106的局部分解圖。在一個示例性實施例中，電路保護系統106包括控制器300和電弧容納裝置200。框架302大小設置成在裝備封罩102 (圖I)內支承電弧容納裝置200。優選地，框架302電聯接到地上。控制器300聯接到框架302上，以在插入電路保護系統106或從裝備封罩102中移除電路保護系統106時，將控制器300固定到電弧容納裝置200上。在一個示例性實施例中，框架302包括底部壁304、第一側壁306和第二側壁308。側壁306和308各自包括大小設置成插入設置在封罩隔室(例如中央隔室110(圖I))內的齒軌(未顯示)中或與齒軌一起使用的一個或多個滾子310。在運行期間，控制器300接收來自例如電子模塊104 (圖I)的指示在被諸如電流傳感器、電壓傳感器等的一個或多個監測裝置(未顯示)監測的電路上檢測到一次電弧閃光的信號。響應於該檢測，控制器300使等離子體槍282發射燒蝕性等離子體煙流。具體而言，等離子體槍282將等離子體發射到限定在電極216(圖4)之間的間隙284中。等離子體會降低電極216的尖部之間的阻抗，以使得能夠形成二次電弧閃光。二次電弧閃光會釋放包括熱、壓力、光和/或聲音的能量。二次電弧閃光還導致有高溫離子化排氣。該排氣被引導通過衝擊防護件206的排氣通氣孔230。排氣還被引導通過排氣歧管204的排氣通氣孔236 (圖4)，並且進入限定在排氣歧管204和頂部蓋202之間的排氣路徑240 (圖2)中。排氣沿著排氣路徑240流動，並且沿第一方向被引導通過排氣埠 350，以及然後沿第二方向被引導通過排氣管道322，以及流出電弧容納裝置200，例如進入裝備封罩102內的排氣氣室(未在圖5和6中顯示)中。例如，在一個實施例中，如圖6中示出的那樣，第二方向可為沿與第一方向相同的方向。在另一個實施例中，如圖6a中指示的那樣，第二方向可與第一方向成角度。例如在一個實施例中，當第一方向為基本豎直時，第二方向可為基本水平的。在另一個實施例中，當第一方向為基本豎直時，第二方向可為基本水平的。在一個實施例中，蓋202由諸如鋼或鋁的適當的金屬形成，並且使用傳統方法來 施用絕緣的陶瓷等離子體噴塗塗層，以減少或限制通過塗層到達表面360的流熱，以及提高對沿著表面360的電弧徑跡的抗性。在一個實施例中，可使用等離子體噴塗TBC來提供熱保護和電弧徑跡抗性，以及使蓋202恰當地起作用所必須的低成本。如圖7中描繪的那樣，在一個實施例中，塗層380優選為具有一次基部或結合塗層362和二次頂部塗層372的兩層塗層。在一個實施例中，使用已知技術來使一次結合塗層362以等離子體噴塗的方式澱積在蓋202的內表面360上達約千分之3英寸-千分之12英寸(0. 003英寸-0. 012英寸)的厚度範圍。一次結合塗層362優選包括合金JCrAlY，其包含20重量％ -24重量％的Cr、7重量％ -12重量％的麼1、0重量％ -I. 5重量％的Y，其中J是Ni、Co、Fe中的一個。在另一個實施例中，一次結合塗層可包括合金Ni5Al和鈷，該合金包含0重量％ -35重量％的Ni、0重量％ -35重量％的Co、0重量％ -24重量％的0、4重量％ -12重量％的八1、0重量％ _1.5重量％的丫。使用傳統的等離子體噴塗技術來將二次頂部塗層372施用到一次結合塗層362上面達約千分之5英寸-千分之30英寸(0. 005英寸-0. 030英寸)的厚度範圍，以及優選達約千分之10英寸-千分之20英寸(0. 010英寸-0. 020英寸)的範圍。二次頂部塗層372是絕緣的陶瓷塗層，並且可為具有較低的導熱性的緻密的豎向破裂(DVC)熱障塗層(TBC)。作為DVC的一個備選方案，二次頂部塗層372可包括例如具有約5% -20%的多孔性的多孔微結構。具體而言，二次頂部塗層372可包括氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)、氧化鎂穩定氧化鋯(MSZ)或氧化鋁中的一個。在一個實施例中，二次頂部塗層372包含7重量％ -9重量％的氧化釔以及氧化鋯。雖然在圖中以實例而非限制的方式顯示了各個排氣管道322具有大體三角形的截面，但是構想了，各個排氣管道322可包括具有任何大體便利的截面的導管、管子或槽道。各個排氣管道322可定向成和布置成沿任何期望的預定方向而引導排氣。同樣，雖然圖中的實施例以實例而非限制的方式示出了兩個排氣埠 350，但是將理解，可如描述的那樣形成任何數量的排氣埠，並且可將它們布置成與排氣路徑240處於流連通。同樣，雖然圖中的實施例以實例而非限制的方式示出了連接成與對應的排氣埠 350處於流連通的兩個排氣管道322，但是將理解，在一個實施例中可提供任何數量的排氣管道322。在ー個實施例中，如圖6中顯示的那樣，各個排氣管道322包括下部或第一排氣管道部分326和聯接到下部排氣管道部分326上的上部或第二排氣管道部分328。例如，下部排氣管道部分326包括至少部分地沿著頂端332的周緣延伸的唇部330。唇部330大小設置成插入上部排氣管道部分328的底端334 中。下部排氣管道部分326包括沿著底端338的至少一部分的凸緣336。凸緣336包括大小設置成在其中接收相應的緊固機構的多個安裝孔ロ 340，以聯接到頂部蓋202上。例如，下部排氣管道部分326的各個安裝孔ロ 340與頂部蓋202的相應的安裝孔ロ 248和排氣歧管204的相應的安裝孔ロ對準。類似地，上部排氣管道部分328包括沿著頂端344的至少一部分的凸緣342。凸緣342包括大小設置成在其中接收相應的緊固機構的多個安裝孔ロ 346，以聯接到頂部蓋202上。例如，上部排氣管道部分328的各個安裝孔ロ 346與頂部蓋202的相應的安裝孔ロ 348對準。優選地，如圖4_6中顯示的那樣，上部排氣管道部分328的遠端構造有保護網或屏347，以防止物體不合需要地進入排氣管道322中。雖然圖中的實施例以實例而非限制的方式示出了各個排氣管道322由兩個單獨的構件形成，但是將理解，在一個實施例中，各個排氣管道322可為一體的，或者可為聯接在一起的任何期望的數量的構件。多個第——次電氣連接器312聯接到電弧容納裝置200上，以將電弧容納裝置200電連接到受電弧容納裝置200監測和/或保護的電路(未顯示)的多個導體(未顯示)上。此外，控制器300 (圖5)包括第一二次電氣連接器314，其將控制器300連接到第二二次連接器(未顯示)上，以用於執行診斷和/或等離子體槍射擊測試。位置指示器316聯接到頂部蓋202上，並且定向成接合設置在機架盒(未顯示)中的開關(未顯示)，以指示電弧容納裝置200在機架盒內的位置，如下面更加詳細地描述的那樣。例如，位置指示器316包括凸緣318，凸緣318具有延伸通過其中且大小設置成接收相應的緊固機構的ー個或多個安裝孔ロ 320，以將位置指示器316聯接到頂部蓋202上。因此，頂部蓋202包括定位在凸緣318的相應的安裝孔ロ 320的下面的一個或多個對應的安裝孔ロ(未顯示)。值得注意，位置指示器316可聯接到使得開關能夠指示電弧容納裝置200在機架盒內的位置的電弧容納裝置200的任何適當的部分上。上面詳細描述了在用於保護電カ分配裝備的裝置中使用的設備的示例性實施例。系統、方法和設備不限於本文描述的具體實施例，而是相反，方法的操作和/或系統和/或設備的構件可獨立地並且與本文描述的其它操作和/或構件分開來使用。另外，描述的操作和/或構件也可限定在其它系統、方法和/或設備中，或者與它們結合起來使用，而不限於僅用本文描述的系統、方法和存儲介質來實踐。雖然結合了示例性電路保護環境來描述本實用新型，但是本實用新型的實施例適於許多其它通用或專用電路保護環境或構造。關於本實用新型的任何方面的使用或功能性的範圍，電路保護環境不意圖提出任何限制。此外，電路保護環境不應解釋為有關於示例性操作環境中示出的構件中的任何一個或組合的依賴性或要求。本文示出和描述的本實用新型的實施例中的操作的執行或進行的順序不是必須的，除非另有規定。也就是說，可按任何順序來執行操作，除非另有規定，並且本實用新型的實施例可包括另外的操作或比本文公開的那些更少的操作。例如，構想了在另ー個操作之前、同時或之後執行或進行特定的操作處於本實用新型的各方面的範圍內。當介紹本實用新型或其實施例的各方面的元件時，冠詞「一個」、「一種」、「該」和「所述」意圖意味著存在元件中的一個或多個。用語「包括」、「包含」和「具有」意圖為包括性的且意味著除了列出的元件之外可存在另外的元件。本書面描述使用實例來公開本實用新型，包括最佳模式，並且還使本領域任何技術人員能夠實踐本實用新型，包括製造和使用任何裝置或系統，以及執行任何結合的方法。本實用新型的可授予專利的範圍由權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這樣的其它實例具有不異於權利要求的字面語言的結構元素，或者如果它們包 括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構元素，則這樣的其它實例意圖處於權利要求的範圍之內。
權利要求1.一種用於將能量轉移遠離電力系統內出現的電弧閃光的裝置，所述裝置包括 構造成產生第二電弧閃光的電弧源； 構造成和設置成響應於所述電弧閃光而將等離子體噴射到所述電弧源附近的等離子體槍； 構造成和設置成包圍所述電弧源和所述等離子體槍的電弧容納裝置，所述電弧容納裝置包括 構造成和設置成覆蓋所述電弧源和所述等離子體槍的蓋，所述蓋包括內表面和外表面，所述內表面緊鄰所述電弧源和所述等離子體槍； 所述內表面包括絕緣的陶瓷等離子體噴塗塗層。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述蓋是由鋁形成的。
3.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述蓋與地電隔離開。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述塗層包括一次基部塗層和二次頂部塗層。
專利摘要本實用新型涉及用於將能量轉移遠離電力系統內出現的電弧閃光的裝置。提供了一種用於將能量轉移遠離電力系統內出現的電弧閃光的裝置。該裝置包括構造成產生第二電弧閃光的電弧源、構造成和設置成響應於電弧閃光而將等離子體噴射到所述電弧源附近的等離子體槍、構造成和設置成容納所述電弧源和所述等離子體槍的電弧容納裝置，所述電弧容納裝置包括構造成和設置成覆蓋所述電弧源和所述等離子體槍的蓋，所述蓋包括內表面和外表面，所述內表面緊鄰所述電弧源和所述等離子體槍，所述內表面包括絕緣的陶瓷等離子體噴塗塗層。
文檔編號H05H1/26GK202797736SQ201120578979
公開日2013年3月13日 申請日期2011年12月29日 優先權日2010年12月30日
發明者D·E·德爾菲諾, D·V·布奇, A·恩格爾, W·萊納 申請人:通用電氣公司