相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2015年2月10日向美國專利和商標(biāo)局提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/114,262的權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文中。

背景技術(shù)：

1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(yīng)器、變壓器和斷路器。

2.相關(guān)技術(shù)的描述

諸如例如電源供應(yīng)器、變壓器或斷路器的電氣設(shè)備或裝備通常被容納在封閉件或機(jī)柜中。由于例如錯(cuò)誤連接，可能在封閉件或機(jī)柜內(nèi)發(fā)生電弧故障。內(nèi)部短路可以導(dǎo)致電弧故障。空氣通過電弧故障在電氣設(shè)備中的兩個(gè)或更多個(gè)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(fā)的金屬材料的等離子體云。等離子體導(dǎo)致在封閉件內(nèi)在幾分之一秒內(nèi)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(nèi)，或者被釋放到電氣設(shè)備封閉件的外部。

電弧故障效應(yīng)對(duì)于其發(fā)生處的裝備來說是破壞性的，并且諸如榴彈和有毒氣體的爆炸消除的次級(jí)效應(yīng)引起對(duì)于人員的嚴(yán)重危害。當(dāng)電弧燃燒時(shí)，部分地由于電弧燃燒的未受控方式，使得在機(jī)柜內(nèi)部的部件發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。額外地，電弧具有在機(jī)柜內(nèi)部遠(yuǎn)離能量源運(yùn)動(dòng)的傾向。以這種方式，在內(nèi)部的損壞是顯著的，并且通常導(dǎo)致對(duì)整個(gè)機(jī)柜和其內(nèi)容物造成永久損壞。因此，仍然存在對(duì)于改善的電氣裝備機(jī)柜或封閉件，尤其是抵抗電弧故障的電氣裝備的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

簡(jiǎn)要描述，本發(fā)明的方面涉及用于抵抗電弧故障的電氣裝備的電氣設(shè)備和導(dǎo)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(jī)柜或殼體的電氣裝備，諸如例如電源供應(yīng)器、變壓器、斷路器。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，電氣設(shè)備包括定位在電氣設(shè)備的殼體內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)電元件，其中，多個(gè)導(dǎo)電元件布置成使得，在多個(gè)導(dǎo)電元件之間發(fā)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(dǎo)朝向殼體的壁。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，用于電氣設(shè)備的導(dǎo)體配置包括定位在電氣設(shè)備的殼體內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)體，和定位在電氣設(shè)備的殼體內(nèi)的多個(gè)犧牲電極，其中，多個(gè)導(dǎo)體布置成使得，在多個(gè)導(dǎo)體之間發(fā)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(dǎo)朝向多個(gè)犧牲電極。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電氣設(shè)備的機(jī)柜或封閉件內(nèi)部的透視示意圖的表示。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電氣設(shè)備的包括彈性夾具的導(dǎo)電元件的透視示意圖的表示。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于導(dǎo)電元件的彈性夾具布置的透視示意圖的表示。

具體實(shí)施方式

為了促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例、原理和特征的理解，在下文中參照說明性實(shí)施例中的實(shí)施方式解釋它們。尤其，其在用于諸如例如電源供應(yīng)器、變壓器、斷路器等的抵抗電弧故障的電氣裝備的電氣設(shè)備和導(dǎo)體配置的背景下描述。然而，本發(fā)明的實(shí)施例不受限于在所述方法或系統(tǒng)中使用。

在下文中描述為構(gòu)成各種實(shí)施例的部件和材料旨在是說明性的且不是約束性的。將執(zhí)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(yù)期被包含在本發(fā)明的實(shí)施例的范圍內(nèi)。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電氣設(shè)備的機(jī)柜或封閉件100內(nèi)部的透視示意圖的表示。機(jī)柜100可以包括例如金屬。

為了改進(jìn)電氣設(shè)備在電弧故障期間的安全性，基于導(dǎo)電元件104a、104b和104c的具體配置102，創(chuàng)建內(nèi)部電弧故障路徑。導(dǎo)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(dǎo)電元件104a、104b、104c是電導(dǎo)體，例如電纜，每一個(gè)均在第一端處包括電極112a、112b、112c，用于饋送電能至變壓器。在第二端114處，導(dǎo)電元件104a、104b、104c連接到電源或電源供應(yīng)器，從而提供電能。每一個(gè)導(dǎo)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位于機(jī)柜100內(nèi)部。在這些電極112a、112b、112c之間，可以點(diǎn)燃（ignite）電弧，如通過電弧106展示的。導(dǎo)體104a、104b、104c的具體配置102導(dǎo)致電磁力施加在電弧106的等離子體上，使得電弧106被拉長(zhǎng)且被引導(dǎo)朝向機(jī)柜100的頂壁108。箭頭120指示，電弧106正在運(yùn)動(dòng)，尤其是朝向頂壁108。

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

根據(jù)另外的實(shí)施例，在機(jī)柜100的頂壁108處，在其處上方電弧106發(fā)生，提供例如由普通（可滲透）磁鋼制成的卸壓翻板116，電弧106的等離子體通過該卸壓翻板116從機(jī)柜100釋放。由此，更進(jìn)一步增強(qiáng)熄弧磁力（blowoutmagneticforce）的效果。卸壓翻板116被鉸接，且在點(diǎn)燃電弧106時(shí)由于爆炸的內(nèi)部壓力將打開，并且允許消除機(jī)柜100之外的等離子體（等離子體云），并因此避免對(duì)在機(jī)柜100內(nèi)部的電氣元件造成嚴(yán)重?fù)p壞。

電弧故障的副效應(yīng)是電弧侵蝕。電弧侵蝕是在電弧作用期間發(fā)生的材料從接觸表面的損失或轉(zhuǎn)移。根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例，提供犧牲電極118a、118b、118c。如圖所示，對(duì)于導(dǎo)電元件104a、104b、104c的每一個(gè)電極112a、112b、112c，提供正好一個(gè)犧牲電極118a、118b、118c（本領(lǐng)域普通技術(shù)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(duì)且接近殼體100的壁，尤其是接近機(jī)柜100的頂壁108。具體地，一個(gè)犧牲電極118a、118b、118c布置成與一個(gè)電極112a、112b、112c相對(duì)，使得形成包括電極112a、112b、112c和犧牲電極118a、118b、118c的對(duì)。環(huán)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，并且如通過箭頭124指示的，電極112a、112b、112c布置成彼此相距限定距離。在一對(duì)內(nèi)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(duì)應(yīng)在電極112a、112b、112c之間的距離，以便其彼此相對(duì)。圖1示出三對(duì)電極，其中，如箭頭126所示，一對(duì)電極布置成彼此相距限定距離，在一對(duì)電極之間的距離相等。

在示例性實(shí)施例中，犧牲電極118a、118b、118c在第一端處穩(wěn)固地連接至地面，例如至接地導(dǎo)體128。取決于電氣裝備的配置，接地導(dǎo)體128可以布置在機(jī)柜100的外部或在機(jī)柜100內(nèi)部。圖1示出，接地導(dǎo)體128布置在機(jī)柜100外部，并且犧牲電極118a、118b、118c布置成使得其穿透機(jī)柜100的頂壁108并延伸到機(jī)柜100中。犧牲電極118a、118b、118c的與第一端相對(duì)的第二端延伸到機(jī)柜100中。在另外的示例性實(shí)施例中，接地導(dǎo)體128可以布置在機(jī)柜100內(nèi)部。在接地導(dǎo)體128布置在機(jī)柜100內(nèi)部的情況下，犧牲電極118a、118b、118c不穿透機(jī)柜100，因?yàn)榻拥貙?dǎo)體128和全部犧牲電極118a、118b、118c都布置在機(jī)柜100內(nèi)部。但是接地導(dǎo)體128可以離開機(jī)柜100，例如穿透機(jī)柜100到機(jī)柜100的外部以連接到地面。

犧牲電極118a、118b、118c可以延伸到機(jī)柜100中盡可能遠(yuǎn)，以確保三相電弧106將朝機(jī)柜100的頂壁108運(yùn)動(dòng)，并且變成一組三相對(duì)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(fā)生。該組三相對(duì)地電弧燃燒，直到專用裝備（例如開關(guān)）將斷開故障為止。在本發(fā)明的另外的改進(jìn)中，機(jī)柜100包括一個(gè)或多個(gè)電弧故障檢測(cè)傳感器130，其能夠起動(dòng)使開關(guān)跳閘的過程。

為了將導(dǎo)電元件104a、104b、104c的環(huán)110a、110b、110c固定至機(jī)柜100，尤其至頂板，即，在機(jī)柜100的頂壁108的內(nèi)部，需要專門設(shè)計(jì)的固定裝置。如先前所述，導(dǎo)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(huán)。因此，電氣設(shè)備還包括多個(gè)緊固/固定設(shè)備131。這樣的緊固/固定設(shè)備131包括例如彈性夾具和安全銷，其利用螺栓被固定至機(jī)柜100的頂板。

圖2示出一個(gè)相導(dǎo)電元件104a（參見圖1）的環(huán)110a的部分，其包括帶有彈性夾具132a、132b、132c的三個(gè)緊固設(shè)備131。取決于相應(yīng)的電纜直徑，夾具132a、132b、132c的間隔必須符合環(huán)110a的期望的彎曲。圖2還示出用于每一個(gè)夾具132a、132b、132c的保護(hù)套管134a、134b、134c，其中，一個(gè)或多個(gè)套管134a、134b、134c布置在夾具132a、132b、132c和導(dǎo)電元件104a之間。導(dǎo)電元件104a（電纜）和額外保護(hù)套管134a、134b、134c能夠被推動(dòng)到彈性夾具132a、132b、132c中，并且通過夾具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(xì)節(jié)。

圖3示出如在圖2中示出的環(huán)110a的部分，其中，緊固設(shè)備131包括彈性夾具132a、保護(hù)套管134a和安全銷136a。額外套管134a具有雙重角色，因?yàn)槠湓诒煌苿?dòng)到彈性夾具132a中的同時(shí)為導(dǎo)電元件104a提供保護(hù)，以及用作用于可能不同直徑的電纜的中間轉(zhuǎn)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(jī)柜100的頂板。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可利用用于將夾具132a固定至機(jī)柜100的許多其他裝置和設(shè)備。本文中所述的夾具布置提供可靠且易于使用的解決方案，以在電氣裝備的試運(yùn)轉(zhuǎn)期間在不需要預(yù)形成該布置的情況下例如對(duì)中壓電纜布線。在另一示例性實(shí)施例中，能夠在機(jī)柜100內(nèi)部使用額外彈性夾具，以除相應(yīng)環(huán)110a、110b、110c之外，還幫助按照需要在不同位置處固定導(dǎo)電元件104a、104b、104c。安全銷136a、136b、136c由帶有適當(dāng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度且絕緣的材料制成，以便避免圍繞導(dǎo)電元件（電纜）104a、104b、104c的環(huán)110a、110b、110c形成導(dǎo)電環(huán)。

如本文中所述的，故障電流及其電磁結(jié)果（洛倫茲力分布）用于通過幫助在其處損壞被極大減少且被控制的區(qū)域中使電弧106運(yùn)動(dòng)而減輕損壞效應(yīng)。因此，挽救在機(jī)柜100內(nèi)部的部件的幾率被極大增加，同時(shí)在電弧106上施加力可以幫助熄滅電弧106。電磁洛倫茲力強(qiáng)烈取決于故障電流的大小，并且因此，隨著故障電流的大小增大，效應(yīng)增加。此外，所提出的元件的布置和配置，尤其是導(dǎo)體104a、104b、104c的配置和犧牲電極118a、118b、118c的布置簡(jiǎn)單且易于實(shí)施。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，機(jī)柜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(jī)柜100還可包括進(jìn)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(jìn)氣口離開封閉件100的逃逸，同時(shí)允許冷卻氣流進(jìn)入電源供應(yīng)器封閉件100。

雖然本發(fā)明的實(shí)施例已經(jīng)以示例性形式公開，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)那些人員將顯而易見的是，在不脫離如在所附權(quán)利要求中陳述的本發(fā)明及其等同物的精神和范圍的情況下，能夠在上述實(shí)施例中做出許多修改、添加和刪除。