抵抗電弧故障的電氣裝備的製作方法

2024-02-07 11:49:15 2

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年2月10日向美國專利和商標局提交的美國臨時專利申請號62/114,262的權益，該申請的全部內容通過引用併入本文中。

背景技術：

1.技術領域

本發明的方面大體涉及抵抗電弧故障的電氣裝備，諸如例如電源供應器、變壓器和斷路器。

2.相關技術的描述

諸如例如電源供應器、變壓器或斷路器的電氣設備或裝備通常被容納在封閉件或機櫃中。由於例如錯誤連接，可能在封閉件或機櫃內發生電弧故障。內部短路可以導致電弧故障。空氣通過電弧故障在電氣設備中的兩個或更多個電位之間被電離，從而引起電弧閃光，其包括迅速膨脹的蒸發的金屬材料的等離子體雲。等離子體導致在封閉件內在幾分之一秒內迅速積累高壓和高溫。電弧故障條件必須被包含在封閉件內，或者被釋放到電氣設備封閉件的外部。

電弧故障效應對於其發生處的裝備來說是破壞性的，並且諸如榴彈和有毒氣體的爆炸消除的次級效應引起對於人員的嚴重危害。當電弧燃燒時，部分地由於電弧燃燒的未受控方式，使得在機櫃內部的部件發生嚴重損壞。額外地，電弧具有在機櫃內部遠離能量源運動的傾向。以這種方式，在內部的損壞是顯著的，並且通常導致對整個機櫃和其內容物造成永久損壞。因此，仍然存在對於改善的電氣裝備機櫃或封閉件，尤其是抵抗電弧故障的電氣裝備的需要。

技術實現要素：

簡要描述，本發明的方面涉及用於抵抗電弧故障的電氣裝備的電氣設備和導體配置，電氣裝備包括低壓和中壓/高壓裝備，尤其是包括封閉件、機櫃或殼體的電氣裝備，諸如例如電源供應器、變壓器、斷路器。

根據本發明的第一方面，電氣設備包括定位在電氣設備的殼體內的多個導電元件，其中，多個導電元件布置成使得，在多個導電元件之間發生電弧的情況下，電磁力被施加在電弧的等離子體上，使得電弧被引導朝向殼體的壁。

根據本發明的第二方面，用於電氣設備的導體配置包括定位在電氣設備的殼體內的多個導體，和定位在電氣設備的殼體內的多個犧牲電極，其中，多個導體布置成使得，在多個導體之間發生電弧的情況下，電磁力被施加在電弧的等離子體上，使得電弧被引導朝向多個犧牲電極。

附圖說明

圖1示出根據本發明的示例性實施例的電氣設備的機櫃或封閉件內部的透視示意圖的表示。

圖2示出根據本發明的示例性實施例的電氣設備的包括彈性夾具的導電元件的透視示意圖的表示。

圖3示出根據本發明的示例性實施例的用於導電元件的彈性夾具布置的透視示意圖的表示。

具體實施方式

為了促進對本發明的實施例、原理和特徵的理解，在下文中參照說明性實施例中的實施方式解釋它們。尤其，其在用於諸如例如電源供應器、變壓器、斷路器等的抵抗電弧故障的電氣裝備的電氣設備和導體配置的背景下描述。然而，本發明的實施例不受限於在所述方法或系統中使用。

在下文中描述為構成各種實施例的部件和材料旨在是說明性的且不是約束性的。將執行與本文中所述的材料相同或類似功能的許多合適的部件和材料預期被包含在本發明的實施例的範圍內。

圖1示出根據本發明的示例性實施例的電氣設備的機櫃或封閉件100內部的透視示意圖的表示。機櫃100可以包括例如金屬。

為了改進電氣設備在電弧故障期間的安全性，基於導電元件104a、104b和104c的具體配置102，創建內部電弧故障路徑。導電元件104a、104b、104c饋送電能至電氣元件，諸如例如變壓器，其例如是三相、中壓電力。導電元件104a、104b、104c是電導體，例如電纜，每一個均在第一端處包括電極112a、112b、112c，用於饋送電能至變壓器。在第二端114處，導電元件104a、104b、104c連接到電源或電源供應器，從而提供電能。每一個導電元件104a、104b、104c均示出三相、中壓電力中的一相。

如在圖1中所示，電極112a、112b、112c位於機櫃100內部。在這些電極112a、112b、112c之間，可以點燃（ignite）電弧，如通過電弧106展示的。導體104a、104b、104c的具體配置102導致電磁力施加在電弧106的等離子體上，使得電弧106被拉長且被引導朝向機櫃100的頂壁108。箭頭120指示，電弧106正在運動，尤其是朝向頂壁108。

根據具體配置102，導電元件104a、104b、104c布置成使得，其形成具有一匝或多匝的環（loop）110a、110b、110c。例如，導電元件104a形成環110a，導電元件104b形成環110b，和導電元件104c形成環110c。如在圖1中所示，每一個環110a、110b、110c均是單個環，即，包括一匝。但是每一個環110a、110b、110c均可以包括若干匝，使得可以提供多環配置。

根據另外的實施例，在機櫃100的頂壁108處，在其處上方電弧106發生，提供例如由普通（可滲透）磁鋼製成的卸壓翻板116，電弧106的等離子體通過該卸壓翻板116從機櫃100釋放。由此，更進一步增強熄弧磁力（blowoutmagneticforce）的效果。卸壓翻板116被鉸接，且在點燃電弧106時由於爆炸的內部壓力將打開，並且允許消除機櫃100之外的等離子體（等離子體雲），並因此避免對在機櫃100內部的電氣元件造成嚴重損壞。

電弧故障的副效應是電弧侵蝕。電弧侵蝕是在電弧作用期間發生的材料從接觸表面的損失或轉移。根據本發明的另外的實施例，提供犧牲電極118a、118b、118c。如圖所示，對於導電元件104a、104b、104c的每一個電極112a、112b、112c，提供正好一個犧牲電極118a、118b、118c（本領域普通技術人員將理解，可以在不同布置中提供更多的犧牲電極）。

如在圖1中所示，犧牲電極118a、118b、118c布置成與電極112a、112b、112c相對且接近殼體100的壁，尤其是接近機櫃100的頂壁108。具體地，一個犧牲電極118a、118b、118c布置成與一個電極112a、112b、112c相對，使得形成包括電極112a、112b、112c和犧牲電極118a、118b、118c的對。環110a、110b、110c接近犧牲電極118a、118b、118c布置。如通過箭頭122指示的，犧牲電極118a、118b、118c布置成彼此相距限定距離，並且如通過箭頭124指示的，電極112a、112b、112c布置成彼此相距限定距離。在一對內在相同類型的電極之間的距離或在不同類型的電極之間的距離可以相等。在犧牲電極118a、118b、118c之間的距離對應在電極112a、112b、112c之間的距離，以便其彼此相對。圖1示出三對電極，其中，如箭頭126所示，一對電極布置成彼此相距限定距離，在一對電極之間的距離相等。

在示例性實施例中，犧牲電極118a、118b、118c在第一端處穩固地連接至地面，例如至接地導體128。取決於電氣裝備的配置，接地導體128可以布置在機櫃100的外部或在機櫃100內部。圖1示出，接地導體128布置在機櫃100外部，並且犧牲電極118a、118b、118c布置成使得其穿透機櫃100的頂壁108並延伸到機櫃100中。犧牲電極118a、118b、118c的與第一端相對的第二端延伸到機櫃100中。在另外的示例性實施例中，接地導體128可以布置在機櫃100內部。在接地導體128布置在機櫃100內部的情況下，犧牲電極118a、118b、118c不穿透機櫃100，因為接地導體128和全部犧牲電極118a、118b、118c都布置在機櫃100內部。但是接地導體128可以離開機櫃100，例如穿透機櫃100到機櫃100的外部以連接到地面。

犧牲電極118a、118b、118c可以延伸到機櫃100中儘可能遠，以確保三相電弧106將朝機櫃100的頂壁108運動，並且變成一組三相對地電弧，由此抵抗電弧侵蝕，該電弧侵蝕將在電極112a、112b、112c（其通常是暴露的金屬棒電極）之間發生。該組三相對地電弧燃燒，直到專用裝備（例如開關）將斷開故障為止。在本發明的另外的改進中，機櫃100包括一個或多個電弧故障檢測傳感器130，其能夠起動使開關跳閘的過程。

為了將導電元件104a、104b、104c的環110a、110b、110c固定至機櫃100，尤其至頂板，即，在機櫃100的頂壁108的內部，需要專門設計的固定裝置。如先前所述，導電元件104a、104b、104c可以是中壓電纜。這樣的中壓電纜非常重，且難以按照需要形成環。因此，電氣設備還包括多個緊固/固定設備131。這樣的緊固/固定設備131包括例如彈性夾具和安全銷，其利用螺栓被固定至機櫃100的頂板。

圖2示出一個相導電元件104a（參見圖1）的環110a的部分，其包括帶有彈性夾具132a、132b、132c的三個緊固設備131。取決於相應的電纜直徑，夾具132a、132b、132c的間隔必須符合環110a的期望的彎曲。圖2還示出用於每一個夾具132a、132b、132c的保護套管134a、134b、134c，其中，一個或多個套管134a、134b、134c布置在夾具132a、132b、132c和導電元件104a之間。導電元件104a（電纜）和額外保護套管134a、134b、134c能夠被推動到彈性夾具132a、132b、132c中，並且通過夾具132a、132b、132c的彈性及通過安全銷136a、136b、136c牢固地保持。在圖3中描繪了夾具布置的細節。

圖3示出如在圖2中示出的環110a的部分，其中，緊固設備131包括彈性夾具132a、保護套管134a和安全銷136a。額外套管134a具有雙重角色，因為其在被推動到彈性夾具132a中的同時為導電元件104a提供保護，以及用作用於可能不同直徑的電纜的中間轉接器。尤其是在短路期間，安全銷136a為電纜104a的位置提供額外保證。彈性夾具132a例如使用螺栓被固定到機櫃100的頂板。本領域普通技術人員將理解，可利用用於將夾具132a固定至機櫃100的許多其他裝置和設備。本文中所述的夾具布置提供可靠且易於使用的解決方案，以在電氣裝備的試運轉期間在不需要預形成該布置的情況下例如對中壓電纜布線。在另一示例性實施例中，能夠在機櫃100內部使用額外彈性夾具，以除相應環110a、110b、110c之外，還幫助按照需要在不同位置處固定導電元件104a、104b、104c。安全銷136a、136b、136c由帶有適當結構強度且絕緣的材料製成，以便避免圍繞導電元件（電纜）104a、104b、104c的環110a、110b、110c形成導電環。

如本文中所述的，故障電流及其電磁結果（洛倫茲力分布）用於通過幫助在其處損壞被極大減少且被控制的區域中使電弧106運動而減輕損壞效應。因此，挽救在機櫃100內部的部件的機率被極大增加，同時在電弧106上施加力可以幫助熄滅電弧106。電磁洛倫茲力強烈取決於故障電流的大小，並且因此，隨著故障電流的大小增大，效應增加。此外，所提出的元件的布置和配置，尤其是導體104a、104b、104c的配置和犧牲電極118a、118b、118c的布置簡單且易於實施。

本領域普通技術人員將理解，機櫃100可以包括未在本文中描述的其他部件和元件。例如，電氣裝備的機櫃100還可包括進氣口，其還可被配置成在正常操作期間阻止或減少等離子體通過進氣口離開封閉件100的逃逸，同時允許冷卻氣流進入電源供應器封閉件100。

雖然本發明的實施例已經以示例性形式公開，但是對於本領域技術那些人員將顯而易見的是，在不脫離如在所附權利要求中陳述的本發明及其等同物的精神和範圍的情況下，能夠在上述實施例中做出許多修改、添加和刪除。