用于电气设备的内部电弧管理和通风的制作方法
【专利说明】用于电气设备的内部电弧管理和通风发明领域
[0001]本发明整体涉及包含在本文一般称之为柜的封装件内的配电设备和导体，柜但得益于本发明，此类封装件不必具有门。本发明更具体地涉及通过针对电气封装件使用隧穿通风和灭弧器系统而被动地阻止并控制电柜中的非期望电弧故障作用。
[0002]发明背景
[0003]电柜中的意外的和/或不受控制的电弧放电事件(也称作电弧故障)的危害是众所周知的，并且包括由电弧闪光和电弧爆炸(在下文中为简单起见称作电弧爆炸)导致的对在操作环境中的设备的潜在危害和对人的伤害。被动和主动的电弧控制方式在本领域中是已知的。被动方式包括将电弧爆炸能量和气体直接从柜排出。其它被动方式可包括加固柜结构以抵挡爆炸。上述被动方法均无法限制故障持续时间或者容易地翻新改进至现有的开关柜中。主动方式通常包括感测和开关机制的一些形式以控制电流。主动方式的关注可包括开支、异常跳闸、速度、和未检测到的系统故障。当然，越快地控制电弧，电弧放电事件所导致的伤害则越少。
[0004]发明概述
[0005]—种用于对电柜内电弧事件进行控制和灭弧的快速经济的被动式机制在本领域中将会受到欢迎。为此，本发明在其各种方面和实施例中教导并提供了具有关于导体的电介质环绕物的电弧管理系统，所述电介质环绕物在本文中一般称作“电弧通道”，其围绕柜内的可能电弧部位，诸如导体与设备之间或之中的电连接或邻近点，并且优选用于每个相的电导体。所述电弧通道可然后连接到充当腔室并形成一种几何形状以保持电弧直到电弧熄灭为止的排气通道，例如气室。所述电弧通道和排气通道将延长初生电弧并使电流和温度衰减，优选地直到熄灭电弧为止。
[0006]在一些实施例中，电弧通道和排气通道为优选由壳体构件形成的隧道，所述壳体构件具有可对置的阻挡件以形成单独的平行六面体或其它多面体结构的气密密封。在一些实施例中，电弧通道和排气通道为优选由壳体构件形成的箱体，所述壳体构件具有重叠的阻挡件以通过非气密密封形成单独的平行六面体或其它多面体结构。由于电弧通道和排气通道结构可被认为是基本上管状的，因此对曲面共用的术语可在本文中用于辅助理解。
[0007]另外，由于排气通道可集成到用于设备的通风系统中，因此封装件的操作可以更冷，导致以较少的材料支出获得较佳的性能。通过组合电弧管理结构和通风结构，两者的益处可在通常受限的电气封装件空间内组合并利用。因此可通过电弧管理系统提供若干优势，包括通过用于对短路导体(诸如掉落的工具或害虫)的意外进入的物理阻挡件实现的电弧防止；和通过电弧通道和排气通道实现的熄灭或衰减的电弧引导，所述电弧通道和排气通道的尺寸设定成、定位成并且布置成引出并保持电弧，从而以附带的设备和安全益处减小其电流并减少热量。
[0008]在本发明的各种方面，本发明可提供关于各种安装配置和封装件中的固定断路器和抽出式断路器具有被动电弧衰减的容易适用的电弧管理和通风系统。对于“断路器”，本领域的技术人员将理解，多种设备，诸如安全开关、电机控制单元等；以及导体的电连接或邻近点可根据本发明而被安全地调节和管理。
[0009]根据各种实施例和/或方面的详细说明，本发明的前述及其它方面和实施例将对本领域的技术人员是明显的，所述详细说明是参考附图做出的，接下来提供附图的简要说明。
[0010]附图的简要说明
[0011]通过参考结合附图进行的下面的说明，可以最好地理解本发明。
[0012]图1为根据用于本发明的一种合适环境的示例性实施例的具有断路器部分和母线部分的开关柜的透视图。
[0013]图2为在后面通过共用烟囱结构连接的抽出式断路器的前透视图。
[0014]图3为带有其导体连接的断路器隔室的后部模具的示意性前视图。
[0015]图4为通过图3的后部模具处于适当位置的断路器的示意性底视图。
[0016]图5为带有管道入口和排气通道的抽出式断路器底座和后部模具的后透视图。
[0017]图6为抽出式断路器底座和后部模具的前透视图，其示出了带有共用排气通道的通风配置。
[0018]图7为矩形电气封装件的透视图，其中移除其顶盖并且内部有固定的断路器。
[0019]图8A为带有固定断路器的漏斗形电气封装件的基座的透视图。
[0020]图8B为用于图8A的电气封装件的盖板的顶视图。
【具体实施方式】
[0021]参考图1，通常在本领域中已知的采用开关柜100的形式的电气封装件，被示出为具有用于包含断路器或其它电气设备的断路器部分101、用于将功率配送至各种电气设备的母线部分102、和用于接受并分配线路功率的电缆部分103。如本领域所知，开关柜100或其部分可用作保护电气设备的各种部件或导体免受外部环境影响的柜。如本文所用的，在一些情况下，“柜”也可以是在另一个较大柜内的保护性封装件。若干个断路器隔室105a-105d垂直堆叠在断路器部分101中，使得每个抽出式断路器(图2)将具有用于接收其抽出式底座的结构，以用于移动断路器与从其它两个部分102、103馈送的电源接触或解除接触。
[0022]这种类型的柜100的配置减少气流并且垂直地将热量从断路器传递到断路器。例如，冷却气流A最小通过柜100的底部进气口 107进入，并且当气流垂直朝向并通过上部排气口 109行进时加热至A最大。当气流行进通过相应断路器隔室105a-105b的隔室口11 la-1 lib时，气流热量从第一断路器隔室105a中的A1增加至第二隔室105d中的A2等等，直到气流通过相应的上部排气口 109从柜100排出为止。
[0023]这种类型的柜100还可使用更好的电弧管理。由于减小的间距和较少阻挡件通电的导体，电弧可易于发生。迄今为止，相邻相的电导体一般缺乏阻挡件，这些阻挡件可帮助在电弧故障事件期间发减和/或中断电弧。
[0024]另外参考图2，在我们先前于2012年4月20日提交的施耐德电气申请13/452，145(律师案卷号CRC-0266)中，利用用于三个相中的每个的共用烟囱状通风口而在后平面中在抽出式断路器122a-122c后面添加单独的电弧通道120a_120c，以便增大气流并减少在柜100中积聚的热量。抽出式断路器122a-122c可插入在柜100的相应断路器隔室105a-105c中。然而，在这种布置中，仍然可以垂直地积聚热量至上部断路器的不期望水平。
[0025]据发现，弧阻正比于弧长，并且弧阻反比于弧(通道)横截面。这里在本发明中，我们利用延长电弧而非缩减横截面面积，因此允许我们增大弧阻至电弧自熄灭的点。本发明的排气室进一步允许电弧产物在从柜排出之前冷却至较低的温度。
[0026]参考图3和图4，示例性的配置示出利用电弧通道120a_120c实施的一个抽出式断路器隔室(例如，105a)的背板或后部模具108，电弧通道120a-120c中的每个对应于抽出式断路器300的相应的电相Α-C。电弧通道120a-120c与包括进气口通道130和排气通道132的通风通道流体连通。
[0027]在本例中，进气口通道130为在气流行进通过回流阀134之后通过进气口 107接收气流A最小的单个吸入室。回流阀134(和/或其他任选的过滤器)阻止电弧产物通过进气口 107从柜100排出。与进气口通道130类似，本例中的排气通道132为从所有电弧通道120a-120c接收气流的排气共用气室。气流在柜100外面继续通过上部排气口 109并作为A最大’排出。排气通道132被定位在用于断路器(图3中未示出)的线路侧母线连接142b附近，并且充当用于从电弧通道120a-120c的排出端接收的电弧气体的漏斗。如此，排气通道132用作气体混合室，其中可接受以相Α-C中的一个或多个产生的电弧产物。
[0028]图4为根据本发明一个方面的抽出式断路器300和后部模具108的示意性视图，其示出与在断路器300的背部上的集群防护罩308a-308c相关的背部磨具108的固定阻挡件140。集群防护罩共同地308为围绕线路和负荷连接器的平行六面体结构，有时也称作用于三个相Α-C中的每个的抽出式断路器300的集群302a-302c。如图4所示，当断路器300处于“接合”位