包括无源电弧保护的开关设备

技术领域

本发明涉及开关设备，该开关设备包括框架和用以传递电流的至少母线。

背景技术

在内部电弧故障测试(尤其在400V和100kA下以及在690V和65kA下)期间，对于裸露母线系统，存在失效的可能风险。

通常要么通过绝缘体来避免开关设备中的内部电弧故障，要么通过提供专用电弧逸出路线(例如泄压活门)来管理开关设备中的内部电弧故障

附加地或作为备选，可将开关设备制成在机械方面或在热方面强健的，以承受电弧。

绝缘构件通常为刚性的或坚固的(solid)。这使得难以将它们安装在通常存在于紧凑的开关设备中的紧密空间中。

当前现有的组件或规程利用坚固部件和/或模制的绝缘部件。

它们引发了下列困难：部件在可用的空间中的安装、在所需要的区域或表面(其需要被保护)处使用部件或构件的挑战、对于模具的昂贵需求、没有容易可用的现货供应的构件等。

进一步，现有的构造方法中的一个是完全地使母线系统绝缘，母线系统被分类为电弧发火保护区域。在其它当前组件中，使用有源电弧故障保护。

通过使用当前的构造，电弧很可能到达框架或封壳的金属部件，因此燃烧并且导致损害。

内部电弧通常沿主母线在能量流动的方向上行进，并且通常在母线的端部处燃烧。覆盖母线的最终几个毫米的绝缘角形物为电弧的燃烧提供半封闭区域。绝缘角形物内的隔断有助于电弧拉长。

然而，在较高等级的电弧故障的情况下，即在较高kA等级的情况下，电弧倾向于从专用电弧燃烧部位跳到相邻框架、封壳并且燃烧进而导致穿孔，这可危及开关设备的安全性。

附加地，尽管具有绝缘角形物，但是在封壳上和在邻近的部位上可存在辐射热效应。

发明内容

因此，本发明的目的在于控制电弧损害且使其限制在一定区域内，以及产生提供电弧故障抑制的开关设备。

本发明的目的借助于权利要求1的特征实现。

根据该权利要求，电弧吸引器和/或至少柔性绝缘体布置在开关设备中。

根据本发明，已经发现，开关设备的当前构造或布置不使用任何专用电弧吸引机制，也不存在用于金属和镀层的任何柔性保护机制。

根据本发明，已经进一步发现，可利用电弧吸引器(优选地为牺牲电极)与柔性绝缘材料(独立地或连同坚固绝缘材料)来提高开关设备的电弧熄灭以及热承受能力，因此使得其耐受电弧。

根据本发明，专用电弧吸引器提供专用的电弧燃烧位置。可借助于柔性绝缘体来增加保护。

本发明的主要概念是提供专用且安全的电弧燃烧区域和电弧吸引机制，以及柔性的保护机制。该概念实现在其中的开关设备比现有技术中的那些更安全，因为抑制了由于电弧而产生的损害并且使其限制在一定区域内。电弧被引入专用位置以实现限制在一定区域内的燃烧。电弧吸引器还引起连续的电弧故障电流，这导致有较一致的电流值，并且在存在上游保护的情况下，这有助于电流检测和触发。

有利地，电弧吸引器是电极且/或是牺牲电极。牺牲电极可由具有成本效益的材料制成。该开关设备具有比现有技术的开关设备更便宜的可能性。

进一步有利地，电弧吸引器被实施为牺牲金属性结构且/或是牺牲金属结构。这样的结构可以某种方式定位，使得其为电弧燃烧提供安全部位。由电弧导致的损害被最小化。开关设备的安全性得到提高。

有利地，电弧吸引器呈金属条或金属杆的形式。这样的电弧吸引器可由金属条或金属杆制成，并且因此其可被容易地制造。

进一步有利地，柔性绝缘体(优选地可逆地)可附接或被附接到开关设备的框架、封壳或镀层。有利地，本发明涉及提供用于开关设备的框架、封壳和镀层(其可能不具有已经存在的坚固绝缘角形物)的柔性保护。通常暴露的框架和封壳是最易受影响的部件，其可由于电弧的原因而受到损害，因此危及开关设备和操作者的安全性。

有利地，柔性绝缘体是保护层。用于柔性绝缘体的材料可具有合适的特性以应用到现有的组件中以保护组件的最易受影响的部件(其的破坏可危及开关设备的安全性方面)。它们的金属性框架或部位可由柔性绝缘体保护。

进一步有利地，柔性绝缘体不是坚固或刚性绝缘材料。优选地，柔性绝缘体是弹性体或包括弹性体。在柔性绝缘体的情况下，对于封壳或框架的材料提供充足的保护。具有所需要的特性的专用柔性绝缘材料便于安装在紧密空间中，在该紧密空间中不能使用典型地坚固的绝缘材料。该柔性还有助于在没有已经存在的坚固绝缘角形物的框架和封壳上实现作为第一保护线的有效装置。

优选地，母线未被完全地绝缘，且/或未设置坚固绝缘角形物，而是布置有柔性绝缘体。

通过本发明，提出了用于开关设备中的电弧故障保护的无源保护机制。该无源保护机制使用柔性绝缘体和吸引电极的组合，以用于开关设备中的电弧故障保护。

最优选地，本发明用在诸如开关设备、低压或中压配电板的工业装置中。

附图说明

在附图中：

图1在左侧示意性地示出了开关设备中的用于特定布置的母线组件的侧视图，并且在右侧示出了该用于特定布置的母线组件的后视图，其中曲线示出了铜上的电弧燃烧，并且虚线箭头示出了电弧在相邻框架和封壳材料上的可能燃烧部位，

图2示出了母线组件的三维正视图，并且

图3示出了图2的组件的三维后视图。

具体实施方式

图1在左侧示意性地示出了开关设备(特别是低压或中压开关设备)的组件，其包括框架1、绝缘角形物2(其可为坚固的，或者为坚固且柔性的)以及用以传递电流的多个母线3。母线3由铜、铝制成或由另一种金属制成。

绝缘角形物2具有被移除和被其它种类的绝缘材料替换的可能性。母线3彼此上下对齐，并且以平行的方式定向。

框架1包括至少一个未受保护的表面1a或区域，在该处可布置有柔性绝缘体6以对其进行保护。在图1的右侧，示出了在框架1的可能部位1b中产生的内部电弧4。

开关设备包括至少框架1和用以传递电流的至少母线3，其中布置有电弧吸引器和至少柔性绝缘体6。

电弧吸引器是电极5，即牺牲电极。在所示出的示例中，布置有六个柔性绝缘体6以保护框架1的之前未受保护的表面1a免受电弧4的影响。

在部位1b中，产生对电极5的吸引。这对封壳或框架1导致热效应。因此，在框架1或封壳处使用柔性绝缘体6以对其进行保护。

也布置有电极5或电弧吸引器。该电极5是保护性阴极。图1的右侧的虚线箭头示出电弧传播的可能区域。电弧在所有维度中的传播可为可能的。

在根据图1所示出的实施例中，附加电极5呈金属条或金属杆或一种金属性结构(如金属鳍片结构)的形式。该电极5被设置为用于电弧4的吸引器件。

图1示出了放置在专用绝缘角形物2内的电极5。可使电极5的位置本身为柔性的，并且其可变成不同于图1中所示出的位置的另一位置。

基于电弧电压的可能性和使电弧4与接地电极5形成合适桥接所需的最小距离来进行电极5的位置的选择。

基于柔性绝缘材料的材料特性的分析，可能由具有相似特性的柔性绝缘材料来替换绝缘角形物2，这附加地具有包围更大区域和更容易安装的优点。

电弧吸引机制借助于其位置和结构为电弧的燃烧提供安全部位1b。利用柔性绝缘体6，为框架1和封壳材料(其可能不具有坚固绝缘角形物2)提供保护层(优选地可选)。

柔性绝缘体6的柔性还有助于有效地将其安装为框架1或封壳上的第一保护线或安装为附加线，而可能不需要任何坚固绝缘角形物2。

在图1中，柔性绝缘体6附接到开关设备的框架1。柔性绝缘体6是保护层，而不是坚固或刚性绝缘材料。

柔性绝缘体6是弹性体。母线3的纵向端部邻近柔性绝缘体6。

图2和图3分别示出了开关设备(特别是低压或中压开关设备)的透视正视图和透视后视图，开关设备包括框架1、绝缘角形物2(其可为坚固的，或者坚固且柔性的)以及用以传递电流的多个母线3。母线3由铜、铝制成或由另一种金属制成。

绝缘角形物2具有被移除和被其它种类的绝缘材料替换的可能性。母线3彼此上下对齐，并且以平行的方式定向。

框架1包括至少一个未受保护的表面1a或区域，在该处布置有柔性绝缘体6以对其进行保护。开关设备包括至少框架1和用以传递电流的至少母线3，其中布置有电弧吸引器和至少柔性绝缘体6。

电弧吸引器是电极5，即牺牲电极。在所示出的示例中，布置有四个柔性绝缘体6以保护框架1的之前未受保护的表面1a免受电弧的影响。

在部位1b中，产生对电极5的吸引。这对封壳或框架1导致热效应。因此，在框架1或封壳处使用柔性绝缘体6以对其进行保护。

也布置有电极5或电弧吸引器。该电极5是保护性阴极。

在根据图2和图3所示出的实施例中，附加的电极5呈金属条或金属杆的形式。该电极5被设置为用于电弧的吸引器件。

图3示出了放置在柔性绝缘体6内的电极5。柔性绝缘体6附接在电弧吸引器(即电极5)的后侧上。电极5的前侧是裸露的。可使电极5的位置本身为柔性的，并且其可变成不同于图3中所示出的位置的另一位置。

在图2和图3中，柔性绝缘体6附接到开关设备的框架1。柔性绝缘体6是弹性体。母线3的纵向端部邻近柔性绝缘体6。

参考标号