抗电弧压力阻尼板的制作方法
【专利说明】抗电弧压力阻尼板发明领域
[0001]本发明通常涉及电气系统，且更具体地是用于在电弧事件期间保护抗电弧外壳的阻尼板。
[0002]发明背景
[0003]抗电弧开关装置的外壳被设计为经得起内部电弧事件的影响。这样的事件一般引起爆炸反应，其导致猛烈的压力波在外壳中朝着排出口行进并在外壳的结构部件上引起严重的机械和热应力。如果外壳零件在电弧事件期间出故障，则将产生压力和电弧产物的不注意的逸出，这又将引起通过排出口的泄压的减速并导致外壳的故障。
[0004]现有外壳的一个问题出现在位于压力波的路径中在排出口之前的顶部板处。顶部板是在电弧事件期间使电弧产物朝着排出口转向的外部部件。因此，顶部板一般吸收压力的冲力并变形，使得电弧产物的不注意的逸出通过在顶部板或相邻连接中的孔或扭结而出现。为了满足安全标准，需要结构整体性，以便防止通过顶部板或在顶部板附近的压力波的意外喷出。例如，工业标准要求放置在相对于外壳的某些位置处的指示器在测试期间不由于使电弧产物逸出而燃烧。IEEE标准C37.20.7，段落5.4.2，Indicator Placement。这个要求产生对现有外壳的相当大的设计挑战。
[0005]为了符合工作标准，使用添加的结构部件和加强材料以限制带凸缘的连接的变形来增强现有的外壳。例如，现有的外壳被设计有可经得起电弧事件的峰值压力(例如在电弧事件的前10微秒(“ms”)中发展的峰值压力)的强的、重的量具钢材料。重量具外壳还需要用于组装外壳的多个紧固件。然而，这种类型的外壳是不利的，至少因为它们需要增加的材料成本、增加的组装时间，且它们冒允许峰值压力到达外壳的外部材料(例如顶部板)的危险。
[0006]所需要的是具有在电弧事件期间吸收并减轻在顶部板上的峰值压力的阻尼板的抗电弧外壳。
[0007]发明概述
[0008]在本发明的实现中，电气外壳安置配电设备，包括断路器，并保护用户和附近设备免受电弧事件的毁坏影响(例如火灾和爆炸)。电气外壳预期安置一般在大约600-34，000伏的范围内的中或高电压开关装置设备。
[0009]电气外壳具有产生从断路器到排出口的排出路径的至少一个区段。排出路径的第一部分通常是垂直的，并在断路器和阻尼板之间延伸。阻尼板安装在顶部板之下，使得气穴在这两个板之间产生。排出路径的第二部分通常垂直于第一部分，在顶部板的边缘和排出口之间延伸到外部。
[0010]当电弧事件出现时，从断路器朝着阻尼板行进的压力波产生，并然后朝着排出口改变方向。吸收大部分压力的阻尼板弹性地变形，并使压力波寻找具有朝着排出口的最小阻力的路径。虽然阻尼板可随后塑性地变形，但是衰减的压力波传输到顶部板，且峰值压力波不穿过任何未预料到的路径逸出。因此，阻尼板保护顶部板免受严重的损坏，防止压力波产生将允许火焰或烟或过热气体的未预料到的逸出的裂缝或漏洞，并使压力波改变方向以通过排出口安全地离开电气外壳。根据一个例子，阻尼板吸收几乎三分之二的压力，顶部板只接收总压力的约三分之一。
[0011]阻尼板配置的一个益处是，它减少了用于形成具有足够的结构整体性的顶部板以经得起总压力所需的材料。例如，不是设计将经得起6，400镑的力的顶部板，而是顶部板(具有阻尼板)将只必须经得起2，300镑的力。因此，制造成本极大地减小。
[0012]阻尼板相对于现有外壳配置是非常规的，至少因为它起作用来使在电气外壳的部件上的力衰减，而不是试图刚性地抵抗该力。阻尼为部件提供诸如顶部板的内部屏障，并增加经得起力的巨大爆炸的可能性。
[0013]在本发明的另一实现中，电气组件包括排出口、多个板、排出路径和阻尼板。板包括顶部板并界定配置成围住配电设备的外壳区段。排出路径在配电设备处起始并在排出口结束，排出路径提供由在配电设备处的电弧事件引起的压力波的排出路线。压力波最初在第一方向上朝着顶部板并随后在第二方向上朝着排出口行进。阻尼板在外壳区段内部被安装到顶部板并通过气穴与顶部板分离。阻尼板将压力波改变方向以将方向从第一方向改变到第二方向。
[0014]在本发明的另一可选实现中，抗电弧外壳包括排出口和由多个板界定的外壳区段，多个板包括顶板并配置成围住配电设备。从配电设备到排出口的排出路径具有在配电设备和顶板之间的垂直区段以及在顶板和排出口之间的水平区段。阻尼板安装在顶板之下并通过气穴与顶板分离，阻尼板使从在配电设备处的电弧事件产生的压力波转向。转向使压力波的方向从在垂直区段中的垂直方向改变到在水平区段中的水平方向。阻尼板在压力波的转向期间变形。
[0015]鉴于参考附图做出的对各种实施方式和/或方面的详细描述，本发明的前述和额外的方面和实施方式将对本领域中的普通技术人员明显，附图的简要描述接下来被提供。
[0016]附图的简要描述
[0017]通过参考下面的结合附图的描述可更好地理解本发明。
[0018]图1是电气组件的透视图。
[0019]图2是图1的电气组件的阻尼板的透视图。
[0020]图3是示出在电弧事件期间在电气外壳组件内的内部排出路径的立视图。
[0021]图4是示出在电弧事件期间在压力波的峰值压力之前的电气外壳组件内部的排出路径的图。
[0022]图5是示出在压力波的峰值压力期间的排出路径和对图4的阻尼板的影响的图。
[0023]图6是示出在压力波的峰值压力之后的排出路径和对图4的阻尼板的影响的图。
[0024]图7是示出与在电弧事件期间的时间有关的导致压力变化的曲线图。
[0025]图8A示出具有用于确定在电弧故障事件期间阻尼板的有效性的输入参数的数据。
[0026]图SB示出具有用于确定在电弧故障事件期间气穴对峰值压力的衰减的贡献的输入参数的数据。
[0027]所示实施方式的详细描述
[0028]参考图1，用于开关装置或其它电气设备的电气组件100包括外壳102 (或机壳)、断路器104和排出口 106。外壳102提供在内部空间和外部环境之间的最外边的外壳表面。具体地，外壳102由多个前板108、右板110、顶板112、左板114和后板116形成。顶板(toppanel) 112包括前顶板112a和后顶板112b，并且也被称为顶部板(roof panel)。顶板112还包括中央顶板，其为了说明目的而被移除。
[0029]电气组件100 —般包括一个或多个外壳区段，每个区段可能有电弧事件并具有它自己的排出路径。例如，外壳区段可专用于安置配电设备，另一外壳区段可专用于安置汇流条，且另一区段可专用于安置电缆。下面描述的外壳102可应用于任何类型的外壳区段。
[0030]排出口 106是沿着右板110的顶部分定位的矩形孔，左和右边缘106a、106b在前板和后板108、116中的相应板附近。排出口 106还具有在顶板112附近并平行于顶板112的顶边缘106c以及平行于顶边缘的底边缘106d。出现在内部空间内的由电弧事件300引起的排出物E通过排出口 106离开外壳102。排出物E产生与安装在至少一个顶板112之下的阻尼板200的接触。
[0031]参考图2，阻尼板200配置成附接到外壳102的结构框架。阻尼板200具有主表面202和垂直地沿着主表面202的边缘延伸以形成内部空间206 (当组装到顶板112时)的两个侧壁204。主表面202包括用于附接到安装托架201 (在图1中示出一个托架)的紧固孔208，安装托架201连接到外壳的结构框架，且侧壁204包括用于附接到相邻阻尼板的紧固孔201。以这种方式，阻尼板200直接位于中央顶板之下，而相邻阻尼板分别位于前顶板和后顶板112a、112b之下。
[0032]阻尼板200位于顶板112之下，使得气穴302使主表面202与顶板112分离。在这个例子中，主表面202平行于顶板112并在允许阻尼板和顶部板独立于彼此移动的距离X处从顶板112偏离。
[0033]参考图3，断路器104是配电设备，在配电设备处电弧事件可在电弧300的点附近起源。电弧事件引起最初在第一方向P上朝着顶板112行进并接着在与阻尼板200接触时在第二方向E上朝着排出口 106改变方向的压力波。阻尼板200在距离X处通过气穴302与相应的顶板112分离，根据一个例子距离X是3.8英寸。
[0034]参考图4-6，示出时间序列，其示出在压力波的峰值压力之前、期间和之后压力波对阻尼板200和顶板112的影响。在图4中，示出在峰值压力与阻尼板200接触之前的外壳组件100，峰值压力最初在第一方向P上穿过在电弧300的点之间的排出路径的垂直区段400朝着阻尼板