专利名称：可调电弧电极组件和组装方法
技术领域：
本文中描述的实施例大体涉及电力装备保护装置，并且更具体而言，涉及包括可调电极组件的设备。
背景技术：
已知的电功率电路和开关设备一般具有由绝缘体(例如空气或气体或固体电介质)分开的导体。但是，如果导体定位得太靠近在一起，或如果导体之间的电压超过导体之间的绝缘体的绝缘特性，则可出现电弧。导体之间的绝缘体可变得被离子化，这使绝缘体导电且使得能够形成电弧闪。电弧闪由因为两个相导体之间、相导体和中性导体之间或相导体和接地点之间的故障引起的能量的快速释放而导致。电弧闪温度可到达或超过20，000°C，这可使导体和邻近的装备气化。此外，电弧闪可以热、强光、压力波和/或声波的形式释放足以损害导体和邻近的装备的大量的能量。但是，产生电弧闪的故障的电流水平一般低于短路的电流水平， 使得断路器可不跳脱或展现延迟的跳脱，除非断路器特别设计来处理电弧故障情形。虽然存在通过要求使用人员防护服和防护装备来控制电弧闪问题的机构和标准，但是并没有由规章确立的消除电弧闪的装置。诸如熔断器和断路器的标准电路保护装置一般不会足够快速地反应来减轻电弧闪。展现足够快的响应的一个已知的电路保护装置是电气“消弧电路”，其通过故意产生电气“短路”而使用机械式和/或机电式过程来将电能转移离开电弧闪点。然后通过使熔断器或断路器跳脱来清除这种故意短路故障。但是，使用消弧电路产生的故意短路故障可允许较高水平的电流流过邻近的电气装备，因此仍然使得能够损害装备。展现足够快的响应的另一个已知的电路保护装置是电弧包容装置，其产生被包容的电弧，以将电能转移离开电弧闪点。至少一些已知的电弧包容装置包括各自直接拧到对应的电极保持器中的多个电极。这些电极导致电能集中在与电极保持器的交接点处，即螺纹处，这会产生可在使用期间导致失效的结构方面的弱点。此外，在交接点处的能量的这个集中可导致电极变得被焊接或熔化到电极保持器上，这需要在使用之后更换电极和电极保持器两者。此外，因为这种带螺纹电极的制造容差的原因，定位这些电极以获得一致的结果可为困难的。
发明内容
在一方面，提供了一种用于包括至少一个导体的电路的电路保护装置。该电路保护装置包括电联接到该至少一个导体上的至少一个相电极组件，其中，该至少一个相电极组件包括可调电极组件。电路保护装置还包括导体基底，其包括大小设置成将可调电极组件固定在其中的至少一个绝缘区域；以及导体盖，其联接到导体基底上，并且包括至少一个绝缘通道，其中，可调电极组件至少部分地延伸通过该至少一个绝缘室。在另一方面，提供一种用于包括多个相电极组件的电路保护装置的电绝缘结构，该多个相电极组件各自具有可动地联接到电极保持器上的电极，以及相板条。该电绝缘结构包括导体基底，导体基底包括各自大小设置成将相应的相板条固定在其中的多个绝缘区域，其中，导体基底构造成在该多个相电极组件的相板条之间提供电绝缘。电绝缘结构还包括联接到导体基底上且包括多个绝缘通道的导体盖，其中，相应的电极保持器至少部分地延伸通过该多个绝缘通道的相应的绝缘室，以在该多个相电极组件的多个电极保持器之间提供电绝缘。 在另一方面，提供了一种组装用于包括至少一个导体的电路的电路保护装置的方法。该电路保护装置包括具有至少一个绝缘区域的导体基底、具有至少一个绝缘通道的导体盖，以及至少一个电极柱组件，该至少一个电极柱组件具有电极保持器，以及固定在限定于电极保持器中的开口内的电极。该方法包括将电极插入开口、将电极固定在开口内、将该至少一个电极柱组件固定在该至少一个绝缘区域内、将导体盖联接到导体基底上使得该至少一个电极柱组件至少部分地延伸通过该至少一个绝缘通道，以及将该至少一个电极柱组件电联接到该至少一个导体上。
100电路保护装置
102包容区段
104外壳
106控制器
200电绝缘结构
202基底板
204导体基底
206笛一總弟 漸
208Λ-Λ- ~·上山弟一兄而
210顶面
212底面
214侧壁
216侧壁的顶面
218内壁
220电绝缘区域
222中空柱
224安装柱
226安装孔口
228导体盖
230笛一總弟 漸
232Λ-Λ- ~·上山弟一兄而
234顶面
236侧壁
238侧壁的底面
240竖向阻隔件
242前表面
244后表面
246顶面
248底面
250凹部
252突舌
254孔口
256电极组件
258电极
260电极保持器
262绝缘通道
264侧壁
266等离子体枪孔口
268侧壁
300相电极组件
302相板条
304笛一總弟 漸
306Λ-Λ- ~·上山弟一兄而
308顶面
310底面
312第一侧面
314第二侧面
316中空柱孔口
318凹部
320孔口
322竖向立板
324前表面
326后表面
328顶端
330顶面
332底端
334底面
336组集支承件
338凹部
340弹性件组集
402电极的第一端
404电极的第二端
406电极的外表面
408电极保持器的顶面
410电极保持器的底面
412第一侧面
414第二侧面
416第一端表面
418第二端表面
420安装孔口
422安装孔口
424夹部分
426第一方向
428第二方向
430第一部分
432第二部分
434间隙
436开口
438夹持机构
具体实施例方式上文描述了用于电路保护装置的设备和组装方法的示例性实施例。这些实施例有利于调节电路保护装置(例如电弧包容装置)中的电极之间的距离。调节电极之间的距离或气隙使得操作员能够以最适合电路保护装置将用于其中的环境的方式设置电路保护装置。例如，可基于系统电压来设置电极之间的距离。此外，本文中描述的实施例使得能够在使用之后更换电极，电极是电路保护系统的成本最低的元件之一。图1是用于保护包括多个导体(未显示)的电路(未显示)的示例性电路保护装置100的透视图。更具体而言，电路保护装置100可用于保护配电装备(未显示)。在图1 的示例性实施例中，电路保护装置100包括具有外壳104的包容区段102，以及联接到包容区段102上的控制器106。如本文中所用，用语“控制器”大体指任何可编程系统，包括多个系统和微控制器，精简指令集电路(RISC)，专用集成电路(ASIC)，可编程逻辑电路(PLC)， 以及能够执行本文中描述的功能的任何其它电路或处理器。上面的实例仅是示例性的，并且因此不意图以任何方式限制用语“控制器”的定义和/或意义。在运行期间，控制器106接收来自一个或多个传感器(未显示)的信号，以用于检测装备封壳(未显示)内的电弧闪。传感器信号可对应于通过电路的一个或多个导体的电
7流测量结果、跨过电路的导体的电压测量结果、装备封壳的一个或多个区域中的光测量结果、断路器设置或状态、灵敏度设置，以及/或者指示与配电装备有关的运行状态或运行数据的任何其它适合的传感器信号。控制器106基于传感器信号来确定是否正在发生或将要发生电弧闪。如果正在发生或将要发生电弧闪，则控制器106在包容区段102内起动被包容的电弧闪且给例如电联接到有电弧闪的风险的电路上的断路器传输信号。响应于该信号， 等离子体枪(未显示)在多个电极(图1中未显示)之间放出烧蚀等离子体，以有利于产生被包容的电弧。被包容的电弧使得能够从电路中移除过量的能量，以保护电路和任何配电装备。图2是电路保护装置100的电绝缘结构200的透视图，而图3是电绝缘结构200 的局部分解视图。在该示例性实施例中，电绝缘结构200包括基底板202，其使得电路保护装置100能够插入配电装备(未显示)的装备封壳(未显示)中。此外，电绝缘结构200 包括联接到基底板202上的导体基底204。导体基底204包括第一端206和相对的第二端 208。导体基底204还包括顶面210和抵靠着基底板202而定位的底面212。侧壁214在顶面210和底面212之间延伸且包括顶面216。此外，内壁218限定了多个电绝缘区域220， 该多个电绝缘区域220各自大小设置成使得相板条(图2和3中未显示)能够定位于其中以及在相板条和基底板202之间提供电绝缘。各个绝缘区域220包括一个或多个中空柱 222，该一个或多个中空柱222大小设置成接收通过其中的联接机构，例如螺钉或螺栓。此外，各个绝缘区域220包括一个或多个安装柱224，以将相板条固定到导体基底204上。安装孔口 2 延伸通过各个安装柱224，并且大小设置成接收通过其中的联接机构，例如螺钉或螺栓。电绝缘结构200还包括联接到导体基底204上的导体盖228。具体而言，导体盖 228包括第一端230、相对的第二端232、顶面234，以及具有底面238的侧壁236。导体盖 2 通过各自延伸通过相应的中空柱222且固定在导体盖228中的多个联接机构(例如螺钉或螺栓(未显示))联接到导体基底204上。当导体盖2 联接到导体基底204上时，底面238基本与顶面216齐平。另外，电绝缘结构200包括联接到导体基底204和导体盖2 上的竖向阻隔件对0。具体而言，竖向阻隔件240包括前表面242和相对的后表面M4，以及顶面246和相对的底面M8。竖向阻隔件240联接到导体基底204和导体盖2 上，使得竖向阻隔件前表面对2的一部分定位成接触导体基底第二端208和导体盖第二端232。竖向阻隔件240还包括形成于后表面M4中的多个凹部250。各个凹部250大小设置成使得竖向立板(图2和3中未显示)能够定位于其中以及在竖向立板之间提供电绝缘。各个凹部250包括具有延伸通过其中的孔口 254的突舌252。孔口 2M大小设置成接收通过其中的联接机构，以将竖向立板固定在其相应的凹部250内。在该示例性实施例中，电路保护装置100还包括各自包括电极258和电极保持器 260的多个电极组件256。导体盖2 包括多个绝缘通道沈2，该多个绝缘通道262各自大小设置成容纳相应的电极组件256，以在电极组件256之间提供电绝缘。各个绝缘通道262 由多个侧壁264限定。具体而言，绝缘通道262在电极保持器260之间提供电绝缘。此外， 绝缘通道262在电极258和定位在导体盖2 和导体基底204之间的相板条之间提供电绝缘。此外，导体盖2 包括由圆形侧壁沈8限定的等离子体枪孔口沈6。等离子体枪孔口 266大小设置成使得等离子体枪(未显示)能够至少部分地延伸通过其中。在被激活时，等离子体枪放出使得能够在电极258之间形成电弧的烧蚀等离子体。图4是可用于电路保护装置100(图1中显示)的相电极组件300的透视图，而图 5是相电极组件300的备选透视图。在该示例性实施例中，相电极组件300包括多个电极组件256。相电极组件300还包括多个相板条302。在该示例性实施例中，各个相板条302 包括诸如铜的导电材料。但是，可使用任何恰当地导电的材料。此外，各个相板条302包括第一端304、相对的第二端306、顶面308、相对的底面310，以及包括第一侧面312和第二侧面314的多个侧面。侧面312和314以及第一端304定位成接触或邻近导体基底204 (图3 中显示)的内壁218(图3中显示)，使得内壁218在相板条302之间提供电绝缘。相板条 302还包括用于联接到导体基底204上的机构。例如，一个或多个相板条302包括在顶面 308和底面310之间延伸的中空柱孔口 316。中空柱孔口 316大小设置成在导体盖2 联接到导体基底204上而相板条302定位于它们之间时接收通过其中的中空柱222(图3中显示)。此外，一个或多个相板条302包括大小设置成在导体盖2 联接到导体基底204上而相板条302定位于它们之间时抵靠着中空柱222而定位的凹部318。此外，一个或多个相板条302包括大小设置成接收通过其中的联接机构的一个或多个孔口 320，以将相板条302固定在导体基底204的相应的绝缘区域220内。各个电极组件256联接到相应的相板条302 上，使得电极保持器260定位成在相板条第一端304处与相板条顶面308基本齐平，以有利于将电能从相板条302传递到电极组件256。在该示例性实施例中，导体基底204(图2和 3中显示)在相板条302和基底板202(图2中显示)之间提供电绝缘。各个相板条302联接到竖向立板322上。在该示例性实施例中，各个竖向立板322 由诸如铜的导电材料构成。但是，可使用任何恰当地导电的材料。此外，各个竖向立板322 包括前表面324、相对的后表面326、具有顶面330的顶端328，以及具有底面334的相对的底端332。竖向立板322联接到相板条302上，使得竖向立板底面334定位成在相板条第二端306处与相板条顶面308基本齐平，以有利于将电能从竖向立板322传递到相板条302。 在该示例性实施例中，竖向立板322有利于在被提供功率时将电路保护装置100通过机架安装(rack)到母线(未显示)中，以及/或者在被提供功率时从母线上拆下电路保护装置 100。在一个备选实施例中，相电极组件300不包括竖向立板322。在这样一个实施例中，各个相板条302联接(例如直接联接)成接触母线。此外，如图5中所示，组集(cluster)支承件336联接到各个竖向立板322的后表面3 上。具体而言，组集支承件336在形成于后表面3 中的相应的凹部338内联接到竖向立板322上。在该示例性实施例中，各个组集支承件336由诸如铜的导电材料构成。但是，可使用任何恰当地导电的材料。此外，诸如弹性件组集340的连接器联接(例如可拆装地联接)到各个组集支承件336上。弹性件组集340在电路的导体(均未显示)之间提供了电连接。例如，相导体可联接到第一弹性件组集上，以对第一电极提供电能，接地导体可联接到第二弹性件组集上，以在第二电极处提供接地点，而中性导体可联接到第三弹性件组集上。应当理解，多个相导体可联接到相应的弹性件组集上，以对不同的电极提供处于不同的相的电能。相电极组件300使得电能能够通过电流路径从导体传递到相应的电极258。在该示例性实施例中，电流路径包括弹性件组集340、组集支承件336、竖向立板322、相板条 302、电极保持器260和电极258。在一个备选实施例中，相电极组件300不包括竖向立板322、组集支承件336和/或弹性件组集340。在这样一个实施例中，电流路径包括相板条 302、电极保持器260和电极258。图6是可用于相电极组件300 (图4和5中显示)的示例性可调电极组件256的视图。在该示例性实施例中，电极组件256包括具有细长形状的电极258。此外，电极258具有第一端402和相对的第二端404，该第一端402和相对的第二端404将电极长度限定在它们之间。第二端404是基本球形形状的。电极258在外表面406的周围具有第一周长，使得第一周长对于整个电极长度基本相同。在该示例性实施例中，电极258由诸如钨和钢的合金的消耗材料构成。但是，电极258可备选地由使得电极258能够用来在电极258之间的间隙内激起电弧闪的任何单种材料或多种材料的任何合金构成。此外，电极258可备选地由使得电极258能够重复用来在电极258之间的间隙内激起电弧闪的非消耗材料构成。在该示例性实施例中，电极组件256还包括由诸如铜的导电材料构成的电极保持器沈0。但是，电极保持器260可由还防止在两种不同材料之间(例如在电极258和电极保持器260之间)有热问题的任何其它导电材料构成。电极保持器260包括顶面408和相对的底面410。电极保持器260还具有多个侧面，包括第一侧面412、相对的第二侧面414、第一端表面416和相对的第二端表面418。多个安装孔口 420通过电极保持器沈0限定成从顶面408通过底面410。大小设置成通过对应的安装孔口 420而插入的联接机构(例如螺钉或螺栓(未显示))用来将电极保持器260安装到相板条顶面308(图4中显示)上。具体而言，电极保持器260联接到相板条302 (图4中显示)上，使得电极保持器底面410定位成在相板条第二端306 (图4中显示)处与相板条顶面308基本齐平，以有利于将电能从相板条302传递到电极保持器238。此外，电极保持器260包括固定电极258的夹部分424。更具体而言，夹部分4M 使得能够沿第一方向似6调节电极258的位置，以例如在电极258之间产生较小的电极间隙，如图4中所示。夹部分似4还使得能够沿第二方向4 调节电极258的位置，以在电极258之间产生较大的电极间隙。此外，夹部分似4使得能够从电极组件234中移除电极 258，以进行维修和/或更换。在该示例性实施例中，夹部分4M包括由间隙434分开的第一部分430和第二部分432。夹部分似4还包括大小设置成接收电极258的开口 436。开口 436包括略微大于电极258的第一周长的第二周长，以使得能够调节电极258的位置以及/或者使得能够从电极组件256中移除电极258。夹部分似4还包括将电极258固定在开口似6内的夹持机构438。具体而言，夹持机构438固定电极258，使得电极外表面406 基本与开口 436的内表面(未显示)齐平，以有利于将电能从电极保持器260传递到电极 258。在该示例性实施例中，夹持机构438为通过第一部分430延伸到第二部分432中的螺钉或螺栓(未显示)。在上紧该螺钉或螺栓时，第一部分430被迫更靠近第二部分432，使得间隙434变得更小且开口 436的第二周长变得更小，从而将电极258固定在开口 436内。 在一个备选实施例中，夹持机构438为延伸通过夹部分424(例如通过第一部分430)且进入开口 436中的定位螺钉(未显示)。在这样一个实施例中，该定位螺钉直接抵靠着电极外表面406而上紧，以将电极258固定在开口 436内。在一些实施例中，电极258不动地固定在开口 436内，例如焊接在开口 436内的特定位置上。在一个这样的实施例中，然后可调节电极保持器260，以将电极258相对于其它电极258且相对于等离子体枪孔口沈6 (图3中显示)定位在期望位置。
上面详细地描述了用于在用于保护配电装备的装置中使用的设备的示例性实施例。这些设备不限于本文中描述的特定实施例，而是相反，方法的操作和/或系统和/或设备的构件可独立地并且与本文中描述的其它操作和/或构件分开来使用。另外，所描述的操作和/或构件还可在其它系统、方法和/或设备中受到限定或与其它系统、方法和/或设备结合起来使用，并且不限于仅用本文所描述的系统、方法和存储介质来实践。虽然结合示例性配电环境来描述本发明，但是本发明的实施例可在许多其它通用或专用配电环境或构造下操作。配电环境不意图对本发明的任何方面的使用或功能的范围提出任何限制。此外，配电环境不应当理解为具有与示例性操作环境中示出的构件中的任一个或任何组合有关的任何依赖性或要求。本文中示出和描述的本发明的实施例中的操作的实行或执行的顺序并不关键，除非作出其它规定。这就是说，可以任何顺序执行操作，除非作出其它规定，并且本发明的实施例可包括本文中公开的那些以外的额外的操作或比本文中公开的那些更少的操作。例如，构想了在另一个操作之前、同时或之后实行或执行特定的操作是处于本发明的各方面的范围内的。在介绍本发明的各方面的元件或其实施例时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述” 意图指存在元件中的一个或多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且指可存在所列元件以外的额外的元件。此书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有不异于权利要求的字面语言的结构元素，或如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这样的其它实例意图处于权利要求的范围内。
1权利要求
1.一种用于包括至少一个导体的电路的电路保护装置(100)，所述电路保护装置 (100)包括电联接到所述至少一个导体上的至少一个相电极组件(300)，所述至少一个相电极组件(300)包括可调电极组件056)；导体基底004)，其包括大小设置成将所述可调电极组件056)固定在该导体基底中的至少一个绝缘区域O20)；以及导体盖0观)，其联接到所述导体基底(204)上，并且包括至少一个绝缘通道062)，其中，所述可调电极组件(256)至少部分地延伸通过所述至少一个绝缘区域020)。
2.根据权利要求1所述的电路保护装置(100)，其特征在于，所述可调电极组件(256) 包括电极058)；以及包括限定开口 G36)的夹部分GM)的电极保持器060)，所述开口(436)大小设置成接收所述电极058)，使得能够沿第一方向(426)和相反的第二方向(428)调节所述开口 (436)内的所述电极058)的位置。
3.根据权利要求2所述的电路保护装置(100)，其特征在于，所述夹部分(424)包括构造成将所述电极058)固定在所述开口 036)内的夹持机构038)。
4.根据权利要求2所述的电路保护装置(100)，其特征在于，所述电极(258)包括第一表面006)，而所述开口(436)包括相对的第二表面，所述夹部分(424)构造成将所述电极058)固定在所述开口 036)内，以有利于电能从所述第二表面传递到所述第一表面 (406)。
5.根据权利要求2所述的电路保护装置(100)，其特征在于，所述至少一个相电极组件 (300)进一步包括联接到所述电极保持器(沈0)上的相板条(30 ，以将电流从所述至少一个导体传导到所述电极058)。
6.根据权利要求5所述的电路保护装置(100)，其特征在于，所述至少一个相电极组件 (300)进一步包括联接到所述至少一个导体上的连接器，以将电流从所述至少一个导体传导到所述相板条(302)。
7.根据权利要求6所述的电路保护装置(100)，其特征在于，所述连接器、所述相板条 (302)和所述电极保持器O60)限定了载流路径，以有利于将电能从所述至少一个导体传递到所述电极058)。
8.根据权利要求5所述的电路保护装置(100)，其特征在于，所述电路保护装置(100) 进一步包括基底板002)，其中，所述导体基底(204)在所述相板条(30 和所述基底板 (202)之间提供电绝缘。
9.根据权利要求5所述的电路保护装置(100)，其特征在于，所述至少一个相电极组件(300)包括多个相电极组件(300)；所述导体基底(204)包括各自大小设置成接收所述多个相电极组件(300)的相应的相板条(302)的多个绝缘区域Q20)；以及所述导体盖(228)包括各自大小设置成容纳所述多个相电极组件(300)的相应的相电极组件(300)的多个绝缘通道062)。
10.根据权利要求1所述的电路保护装置(100)，其特征在于，所述电路保护装置(100)构造成产生电弧，所述电路保护装置(100)进一步包括联接到所述导体盖(228)上的包容区段(102)，所述包容区段(10 包括构造成包容所述电弧产生的电能的外壳(104)。
全文摘要
本发明涉及可调电弧电极组件和组装方法。一种用于包括至少一个导体的电路的电路保护装置(100)包括电联接到该至少一个导体上的至少一个相电极组件(300)，其中，该至少一个相电极组件(300)包括可调电极组件(256)。电路保护装置(100)还包括导体基底(204)，其包括大小设置成将可调电极组件(256)固定在其中的至少一个绝缘区域(220)；以及导体盖(228)，其联接到导体基底上，并且包括至少一个绝缘通道(262)，其中，可调电极组件(256)至少部分地延伸通过该至少一个绝缘区域(220)。
文档编号H02H9/08GK102403713SQ20111028415
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者D·A·罗巴奇, R·J·卡吉亚诺 申请人:通用电气公司