CN110197781A - 用于具有电磁吹弧的双断路触点的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压开关系统，包括电路断流器，该电路断流器具有与第一线圈串联的第一组触点，第一线圈与第二线圈和第二组触点串联，第一线圈卷绕第一芯并且第二线圈卷绕第二芯，使得一旦电弧在第一组触点和第二组触点之间形成，电弧被以相反的两个方向驱动以被熄灭。

Description

用于具有电磁吹弧的双断路触点的结构

技术领域

本发明涉及一种用于高压应用的电路断流器，并且更具体地，本发明涉及一种电路断流器，该电路断流器包括高压电路中断性能和电弧激励。

背景技术

电路断流器为用于打开电路、中断电流的电气零件。电路断流器的一个基础示例为开关，开关大体由两个电学触点组成，这两个电学触点处于以下两种状态之一：闭合，意味着两个触点彼此电连接，允许电流在两个触点之间流动；或打开，意味着两个触点彼此并不电连接，防止电流。开关可直接操作以将控制信号提供至系统，诸如电脑键盘按键；或可控制电路中的电流，诸如照明开关。

电路断流器的另一个示例为断路器，例如，断路器可用于配电板以限制流经电线的电流量。断路器被设计为保护电子电路免受由诸如过载、接地故障或短路导致的损坏。如果诸如在电线中电力高峰的故障情况发生，断路器将跳闸。这将导致处于“接通”位置的断路器切换至“断开”位置并且中断通过断路器流动的电流。大体上，提供断路器以通过将经由电线传输的电流量限制为不会损坏电线的水平来保护电线。断路器还可防止充电过度的装置的损坏。

标准断路器具有连接至电源的端子，诸如电连接至电力公司变压器次级的电源线；以及电连接至断路器旨在保护的电线的第二端子。照惯例，这两个端子分别称为“接线端”和“负载端”。接线端有时称为断路器的输入端。负载端有时称为断路器的输出端，该输出端连接至电子电路和接收电力的零件。

断路器可用来代替保险丝。然而与保险丝不同的是，通常保险丝在过流情况中操作以打开并且随后必须被更换，断路器可被“重置”(手动或自动地)以恢复操作。

通常，单极电路断流器具有位于外壳内部的两个触点。第一触点为固定的并且可连接至接线端或负载端。第二触点相对于第一触点是活动的，从而当断路器处于“断开”或“跳闸”位置时，第一触点和第二触点之间存在间隙。

当通电的两个触点在负载下打开时，如上描述的电路断流器的一个问题出现。随着两个触点分离、从闭合位置转换至打开位置(或从打开位置转换至闭合位置)，电弧可在两个触点之间的间隙中形成。电弧为在两个点之间的等离子体放电，是由两个点之间电离空气中气体的电流导致的。这在高压应用中成为非常严重的问题。高压应用通常与高功率传输有关，并且因此，在这些应用中使用的开关装置必须能够有效地和安全地在负载下开关。

两个触点转换期间电弧的生产可导致不需要的效应，负面影响电路断流器的操作、甚至潜在地生成安全隐患。这些负面影响还对电路断流器的功能产生不利的后果。

一个可能的后果是电弧可导致电路断流器内部的器件和/或周围的期间短路，导致损坏并且存在潜在的火灾或安全隐患。

电弧的另一个后果在于，电弧能量损坏两个触点本身，导致一些材料逃逸到空气中成为细颗粒物。从两个触点融化下来的碎片可迁移或陷入电路断流器的机构中，损坏机构或减少机构的使用寿命。

电弧的又一个影响是由于电弧的极度高温(数万摄氏度)，该高温可导致周围的气体分子生成臭氧、一氧化碳、以及其他危险化合物。电弧还可电离周围的气体，潜在地生成替代的导电路径。

由于这些不利的影响，快速抑制或熄灭电弧以防止如上描述的情况是非常重要的。

发明内容

随后需要的是一种电路断流器，该电路断流器适用于高压应用并且快速地抑制在两个触点之间形成的电弧。

进一步需要的是，提供一种电路断流器，该电路断流器可在高压应用中和极性敏感应用中使用。

进一步需要的是，提供一种电路断流器，该电路断流器可在高压应用中使用，最小化两个触点之间电弧的形成。

通过提供一种电路断流器达到这些和其他目的，该电路断流器包括形成第一组触点的第一固定触点和第一活动触点、以及形成第二组触点的第二固定触点和第二活动触点。第一和第二活动触点机械地联锁从而这两个触点同时移动。电路断流器还包括卷绕第一芯的第一线圈(winding)和卷绕第二芯的第二线圈。第一芯具有第一端和第二端，第二芯具有第一端和第二端。第一芯的第一端和第二芯的第一端位于第一组触点附近。第一芯的第二端和第二芯的第二端位于第二组触点附近。

电路断流器进一步包括适合于连接至电源的接线端和适合于连接至接收电力的负载的负载连接端。接线端电连接至第一活动触点。第一固定触点电连接至第一线圈的第一端，同时第一线圈的第二端电连接至第二线圈的第二端。第二线圈的第一端电连接至第二活动触点，同时第二固定触点电连接至负载连接端。

在操作中，当第一和第二活动触点相对于第一和第二固定触点处于闭合位置时，电力通过第一和第二线圈传输，第一和第二线圈的功能为在第一和第二组触点的附近生成磁场。这些磁场的功能为将在第一组触点之间和第二组触点之间形成的任何电弧朝向第一芯或第二芯的末端驱动，在第一芯或第二芯的末端这些电弧可被熄灭。

在一个构造中，可以预期的是，第一和第二活动触点可安装在一般的活动部件上以形成桥接触点通信(bridge contact arraignment)。

在另一个构造中，可使用另外的系统用于电弧抑制和电弧熄灭，这些系统包括沿外壳的一部分提供通风口，以允许可能由于电弧产生的气体和碎片从外壳排出。

进一步预期的是，灭弧板可位于第一和第二芯的每个末端处。例如，第一芯的第一端可包括第一灭弧板，第一灭弧板位于第一芯的侧边上并且朝第一组触点延伸。类似地，第一芯的第二端包括第二灭弧板，第二灭弧板位于第一芯的侧边并且朝第二组触点延伸。第二芯可包括第一和第二灭弧板，这两个灭弧板分别朝第一和第二组触点延伸。这些灭弧板定位成当两个触点在负载下打开时熄灭在高压触点表面之间可能生成的任何电弧。

对于该应用，如下术语和限定应当应用：

在此使用的术语“网络”包括所有种类的网络和互联网(包括互联网)，并且不限制于任何特定的网络或互联网络。

术语“第一”和“第二”用于将一个零件、组、数据、目标或物体与另一个零件、组、数据、目标或物体区分开，并且并不用于指定想对的位置或时间上的设置。

在此使用的术语“结合的”、“结合至”、“与…结合”、“连接的”、“连接至”、“与…连接”中的每一者意味着两个或多个器件、设备、文档、程序、应用、媒体、零件、网络、系统、子系统和/或装置之间的关系、以下任一者或多者的组合：(a)直接或通过一个或多个器件、设备、文档、程序、应用、媒体、零件、网络、系统、子系统和/或装置的连接；(b)连接关系，直接或通过一个或多个器件、设备、文档、程序、应用、媒体、零件、网络、系统、子系统和/或装置的连接；和/或(c)功能性关系，器件、设备、文档、程序、应用、媒体、零件、网络、系统、子系统和/或装置中的任一者或任几者的操作完全或部分取决于器件、设备、文档、程序、应用、媒体、零件、网络、系统、子系统和/或装置中的其他者的操作。

处于该应用的目的，术语“高”电压应用至应用，在应用中电压高于用于电力分配的电压。根据国家电气安全规程(NFPA 70)，最低限制通常采取8700V。

在一个构造中，提供高压电路断流器，该电路断流器包括电连接至接线端的第一固定触点和适合于移动至与第一固定触点接触的第一活动触点，第一固定触点和第一活动触点形成第一组触点。电路断流器进一步包括具有第一端和第二端的第一芯和第一线圈，第一线圈卷绕第一芯。电路断流器构造成第一线圈的第一端电连接至第一活动触点。电路断流器还包括第二固定触点和适合于移动至与第二固定触点接触的第二活动触点，第二固定触点和第二活动触点形成第二组触点。电路断流器进一步还包括具有第一端和第二端的第二芯和第二线圈，其中第二线圈卷绕第二芯。电路断流器构造成第一线圈的第二端电连接至第二线圈的第二端并且第二线圈的第一端电连接至第二活动触点。电路断流器进一步构造成第二固定触点电连接至负载端并且第一活动触点机械连接至第二活动触点，其中第一组和第二组触点同时打开和闭合。

在另一个构造中，提供了一种用于抑制高压电路断流器中电弧的方法，包括步骤：将第一活动触点连接至接线端、将第一固定触点连接至第一线圈的第一端以及将第一线圈的第二端连接至第二线圈的第二端。该方法进一步包括步骤：将第二线圈的第二端连接至第二活动触点以及将第二固定触点连接至负载端。该方法还包括步骤：将第一线圈绕第一芯定位、将第二线圈绕第二芯定位以及机械连接第一和第二活动触点，从而第一和第二活动触点同时移动。

从如下附图和详细说明的考虑中本发明的其他目的和具体特征以及益处将更明显。

附图说明

图1为包括高压电路断流器的一个构造的顶视图的高压开关系统的示意图；

图2为根据图1的电路断流器的确切零件的侧视图；

图3为根据图2的第一组触点以及当电力通过第一组触点时绕第一组触点电场和磁场的生成的顶视示意图；

图4为根据图2的第二组触点以及当电力通过第二组触点时绕第二组触点的电厂和磁场的生成的顶视示意图。

具体实施方式

现参考附图，其中类似的参考数字指示出附图中对应的结构。

现参考图1和图2，其中图1提供高压开关系统200的视图，图1包括电路断流器100的顶视图。

电路断流器100包括外壳102，在外壳102内部容纳有多个工作元件。电路断流器100包括接线端104，接线端104适合于连接至电源(未示出)。接线端104点连接至第一活动触点106。还提供了第一固定触点108，第一固定触点108与第一活动触点106一起形成第一组触点。

第一固定触点108电连接至第一线圈112的第二端110，第一线圈112卷绕第一芯114。第一线圈112的第二端116电连接至第二线圈120的第二端118，第二线圈120卷绕第二芯122。第二线圈120的第一端124电连接至第二活动触点126。第二固定触点128电连接至负载端130，负载端130适合于连接至负载(未示出)。第二活动触点126与第二固定触点128一起形成第二组触点。

本领域中的技术人员将理解的是，接线端104可电连接至第一活动触点106或第一固定触点108。类似地，负载端130可电连接至第二活动触点126或第二固定触点128。

第一和第二活动触点106、126机械联锁，从而这两个触点同时移动。在图2所示的构造中，第一和第二活动触点106、126通过桥132连接。桥132可连接至驱动机构(未示出)，驱动机构的功能为以直线方式移动桥132以打开和闭合第一组和第二组触点。

尽管在附图中未示出，应当预期的是，电路断流器100可包括过流测量系统，该系统的功能为在如本领域中已知的过流情况下自动打开多个触点。

然而具体地，应当注意的是，电力通过电路断流器100的传输以连续的方式通过第一和第二组触点进行。这对于高压应用是有益的，因为在每组触点之间跨度的电压为总系统电压的一半。在每组触点之间跨度的该较低的电压将导致在触点之间生成较小的电弧。由于第一活动触点106将与第二活动触点126同时移动，第一组触点和第二组触点的断开将同时发生。

除了电路断流器100之外，高压开关系统200还包括控制器190，控制器190在图1中示出为通过连接线192连接至电路断流器100。控制器190可包括用于控制电路断流器100开关的任何类型的控制器。控制器100进一步通过网络连接194连接至远程电脑196。这允许远程监控电路断流器100的状态以及监控用于控制电路断流器100的控制信号的传输。

图2中还示出了分别在第一端和第二端结合至第一芯114的侧边的第一板134和第二板136。还示出了结合至第二芯122的侧边的第一板140和第二板138。如图2中示出的，第一板134形成磁化南极反之第二板136形成磁化北极。类似地，第二板138形成磁化南极反之第二板140形成磁化北极。

现参考图3和图4，可见的是，磁化的两极的功能作用于可能在第一和第二组触点之间生成的电弧上。

图3示出了第二板136和第二板138，这两个板之间产生磁场152，并且该磁场用从北极朝向南极移动的箭头示出。两组触点位于磁场的中部，其中电场150基于通过两组触点的电流形成。电场150与磁场152相互作用，从而可能形成的电弧被朝向方向154驱动。

图4示出了第一板134和第一板140，这两个板之间产生磁场156，并且该磁场用从北极朝向南极移动的箭头示出。两组触点位于磁场156的中部，其中电场158基于通过两组触点的电流形成。电场158与磁场156相互作用，从而可能形成的电弧被朝向方向160驱动，方向160与方向164相反。

图3和图4中还示出的是电弧抑制器162，电弧抑制器162可包括本领域中已知的任何类型的电弧抑制系统。例如，电弧抑制器162可包括在两组触点附近提供的一系列竖直堆叠的板。在确切的构造中，可提供多个电弧抑制装置，其中板为U型具有朝向两组触点延伸的腿，提供多个电弧抑制装置来保护电路免受电弧的损坏。

尽管参考多个部分、特征等描述了本发明，这些并不旨在穷尽所有可能的设置或特征，并且对于本领域中的技术人员，许多其他的修改和变型是可以确定的。

Claims (22)

1.一种高压电路断流器，包括：

第一固定触点，所述第一固定触点电连接至接线端；

第一活动触点，所述第一活动触点适于移动至与所述第一固定触点接触，所述第一固定触点和所述第一活动触点形成第一组触点；

第一芯；

第一线圈，所述第一线圈具有第一端和第二端，所述第一线圈卷绕所述第一芯；

所述第一线圈的第一端电连接至所述第一活动触点；

第二固定触点；

第二活动触点，所述第二活动触点适于移动至与所述第二固定触点接触，所述第二固定触点和所述第二活动触点形成第二组触点；

第二芯；

第二线圈，所述第二线圈具有第一端和第二端，所述第二线圈卷绕所述第二芯；

所述第一线圈的第二端电连接至所述第二线圈的第二端；

所述第二线圈的第一端电连接至所述第二活动触点；

所述第二固定触点电连接至负载端；

其中所述第一活动触点机械连接至所述第二活动触点，使得所述第一组触点和所述第二组触点同时打开和闭合。

2.根据权利要求1所述的高压电路断流器，其中所述第一芯包括第一端和第二端，并且所述第二芯包括第一端和第二端，所述电路断流器进一步包括：

第一极片，所述第一极片位于所述第一芯的第一端处；

第二极片，所述第二极片位于所述第一芯的第二端处；

第三极片，所述第三极片位于所述第二芯的第一端处；以及

第四极片，所述第四极片位于所述第二芯的第二端处。

3.根据权利要求2所述的高压电路断流器，其中所述第一、第二、第三和第四极片包括L型装置。

4.根据权利要求3所述的高压电路断流器，其中所述第一极片和所述第二极片在所述第一芯的侧边上延伸，并且所述第三极片和所述第四极片在所述第二芯的侧边上延伸。

5.根据权利要求4所述的高压电路断流器，其中，所述电路断流器适于在DC电压下使用。

6.根据权利要求5所述的高压电路断流器，其中当所述第一组触点和所述第二组触点处于闭合位置时，

所述第一极片配置有南极磁化并且所述第二极片配置有北极磁化；并且

所述第三极片配置有南极磁化并且所述第四极片配置有北极磁化。

7.根据权利要求6所述的高压电路断流器，

其中当电弧在第一组触点之间生成时，电弧沿平行于所述第一和第二极片的表面的方向被驱动；以及

其中当电弧在第二组触点之间生成时，电弧沿平行于所述第三和第四极片的表面的方向被驱动。

8.根据权利要求1所述的高压电路断流器，，进一步包括外壳，在所述外壳内部容纳有所述第一组触点和所述第二组触点。

9.根据权利要求1所述的高压电路断流器，其中所述第一芯和所述第二芯包括导磁材料。

10.根据权利要求1所述的高压电路断流器，进一步包括控制器，所述控制器用于控制所述第一组触点和所述第二组触点的开关。

11.根据权利要求10所述的高压电路断流器，进一步包括网络连接端，所述网络连接端适于允许远程电脑监控所述第一组触点和所述第二组触点的状态并控制所述第一组触点和所述第二组触点的开关。

12.根据权利要求1所述的高压电路断流器，进一步包括电弧抑制器，所述电弧抑制器适于接收并且熄灭在所述第一活动触点和所述第一固定触点之间生成的电弧。

13.根据权利要求12所述的高压电路断流器，其中所述电弧抑制器适合于接收和熄灭在所述第二活动触点和所述第二固定触点之间生成的电弧。

14.一种用于高压电路断流器中灭弧的方法，包括如下步骤：

将第一活动触点连接至接线端；

将第一固定触点连接至第一线圈的第一端；

将所述第一线圈的第二端连接至第二线圈的第二端；

将所述第二线圈的第二端连接至第二活动触点；

将第二固定触点连接至负载端；

将所述第一线圈绕第一芯定位；

将所述第二线圈绕第二芯定位；

机械连接所述第一活动触点和所述第二活动触点，使得所述第一活动触点和所述第二活动触点同时移动。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一芯包括第一端和第二端，并且所述第二芯包括第一端和第二端，所述方法进一步包括如下步骤：

将第一极片定位在所述第一芯的第一端处；

将第二极片定位在所述第一芯的第二端处；

将第三极片定位在所述第二芯的第一端处；以及

将第四极片定位在所述第二芯的第二端处。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一、第二、第三和第四极片提供为L型装置。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括如下步骤：

将所述第一极片和所述第二极片定位为沿所述第一芯的侧边延伸；以及

将所述第三极片和所述第四极片定位为沿所述第二芯的侧边延伸。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述电路断流器适于在DC电压下使用。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括如下步骤：

沿平行于所述第一极片和所述第二极片的表面的第一方向驱动在所述第一活动触点和所述第一固定触点之间生成的电弧；以及

沿平行于所述第三极片和所述第四极片的表面的第二方向驱动在所述第二活动触点和所述第二固定触点之间生成的电弧。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一方向与所述第二方向相反。

21.根据权利要求14所述的方法，进一步包括如下步骤：

将控制器连接至所述电路断流器；以及

用所述控制器使所述第一组触点和所述第二组触点在打开和闭合状态之间切换。

22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤：

将所述控制器连接至网络连接端；

监控所述第一组触点和所述第二组触点的状态；以及

通过网络连接端将多个控制信号传输至所述控制器。