Пассивная система управления дугой с газоотводящей камерой

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в предотвращении дуги за счет физических барьеров. В электрическом распределительном шкафу механизм, обеспечивающий быстрое, надежное, пассивное управление ударом дуги, имеет газоотводящую камеру, окружающую вероятный участок образования дуги, такой как точка электрического соединения. Газоотводящая камера предусматривает газоотводящий канал, который удлиняет дугу и ослабляет ток и температуру до тех пор, пока дуга предпочтительно не будет погашена. Предпочтительно, газоотводящая камера и канал формируются из противоположных многогранных структур с открытой лицевой поверхностью, одна помещается внутрь другой. Механизм особенно подходит для соединений выдвижного прерывателя цепи в распределительном шкафу. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится, в целом, к электрическому распределительному оборудованию и проводникам, находящимся в корпусах, называемых в данном документе, как правило, шкафами, хотя такие корпуса не должны иметь дверей, чтобы извлечь пользу от настоящего изобретения. Изобретение относится более конкретно к пассивному управлению явлениями дуговых пробоев в электрических шкафах. Управление дугой, упоминаемое в данном документе, не происходит в самих прерывателях цепи, т.е. не является глухими короткими замыканиями.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Риски неожиданных и/или неуправляемых событий дугообразования, также называемых дуговыми пробоями, в электрическом шкафу хорошо известны и включают в себя потенциальное повреждение оборудования и ущерб персоналу в рабочем окружении, вызываемые вспышкой дуги и ударом дуги, далее в данном документе называемых для простоты ударом дуги. Как пассивные, так и активные средства управления дугой известны в области техники. Пассивное средство включает в себя направленное выпускание энергии удара дуги и образующихся газов из шкафа. Другое пассивное средство может включать в себя усиление структуры шкафа с целью выдерживать удар. Никакая форма пассивного способа не ограничивает продолжительность пробоя либо не является легко устанавливаемой при модернизации в существующие распределительные шкафы. Активное средство обычно включает в себя некоторую форму механизма обнаружения и переключения, чтобы управлять током. Ограничения с активным средством могут включать в себя затраты, ложные срабатывания, скорость и необнаруженные отказы системы. Конечно, чем быстрее управляется дуга, тем меньший вред вероятно будет причинен событием дугообразования.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Быстрый, экономичный, пассивный механизм для управления и гашения событий дугообразования внутри электрических шкафов будет приветствоваться в области техники. С этой целью настоящее изобретение в своих различных аспектах и вариантах осуществления раскрывает и предоставляет систему управления дугой, имеющую газоотводящую камеру, окружающую вероятный участок образования дуги в шкафу, такой как электрическое соединение или точки поблизости между или среди проводников и оборудования. Газоотводящая камера предусматривает газоотводящий канал, который удлиняет дугу и ослабляет ток и температуру до тех пор, пока дуга предпочтительно не будет погашена. Предпочтительно, газоотводящая камера и канал формируются из противоположных параллелепипедов с открытой лицевой поверхностью или других многогранных структур, т.е. коробок со снятыми крышками, одна помещается внутри другой с зазором между ними, таким образом, создавая кольцеобразный канал между внешним диаметром (OD) или стенкой внутренней коробки и внутренним диаметром (ID) или стенкой внешней коробки. Поскольку параллелепипедные структуры могут рассматриваться как, в основном, трубчатые, терминология, общая с искривленными поверхностями, может быть использована в данном документе в качестве помощи объяснению.

[0004] Таким образом, несколько преимуществ может быть предоставлено системой управления дугой, в том числе предотвращение дуги посредством физических барьеров для изоляции от причины самопроизвольного дугообразования, такой как оставленные инструменты или другие закорачивающие проводники или загрязнение окружающей среды, такое как влага, и гашение или ослабление дуги посредством газоотводящей камеры, которая имеет такие размер, расположение и конфигурацию, чтобы вытягивать дугу, тем самым уменьшая ее ток и тепло.

[0005] В некоторых аспектах изобретение может предоставлять систему управления дугой с пассивным подавителем дуги для электрического оборудования, имеющего вероятность значительного повреждения дуговым пробоем, например, от короткого замыкания между обнаженными электрическими проводниками. Типично, такие проводники будут заключаться в корпусе, также называемом в данном документе шкафом, отделяющим электрическое оборудование от внешней, или окружающей, среды. Окружая вероятный участок дугообразования, т.е. электрические проводники, газоотводящей камерой, обеспечивающей газоотводящий канал, сформированный в ней, газоотводящая камера может ограничивать, а газоотводящий канал может вытягивать, т.е. ослаблять дугу в нем.

[0006] В некоторых аспектах изобретения газоотводящий канал будет сформирован посредством кольцеобразного пространства между парой концентрических коробкообразных или многогранных камер, по меньшей мере, с одной камерой, перемещаемой в гнездо в другой. Однако изобретение не ограничено таким образом и может достигаться посредством множества форм или формаций, цельных или состоящих из множества частей и фиксированных или подвижных, предусматривающих газоотводящий канал вокруг участка дугообразования. Главным образом, газоотводящий канал является каналом с узким поперечным сечением и достаточной длины, чтобы ослаблять или гасить дугу.

[0007] Некоторые аспекты изобретения могут быть особенно подходящими или приспосабливаемыми для управления дугой вокруг выдвижного прерывателя цепи в выдвижном ящике в секции прерывателя распределительного шкафа. Дугообразование может быть проблемой для таких структур прерывателя цепи, которые часто включают в себя токопроводящие группы на прерывателе для соединения с расширениями проводника соседней шинной секции. Одна часть участка газоотводящей камеры может быть предоставлена посредством размещения щитов групп подходящей формы и размера позади прерывателя, окружающих группы. Вторая часть участка газоотводящей камеры может быть предоставлена посредством размещения окружений фаз вокруг расширений проводников на задней отливке секции прерывателя в спаренном соотношении со щитами групп. Таким образом, газоотводящая камера будет сформирована, когда прерыватель размещается поблизости от проводников.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Вышеупомянутые и другие преимущества настоящего открытия станут очевидны по прочтении последующего подробного описания и со ссылкой на чертежи, из которых:

[0009] Фиг. 1 - это примерный вариант осуществления одного подходящего окружения для изобретения, являющегося распределительным шкафом с секцией прерывателя цепи и шинной секцией.

[0010] Фиг. 2 - это детальный вид в перспективе задней части выдвижного прерывателя цепи для секции прерывателя цепи распределительного шкафа на фиг. 1, показывающий группы электрических соединений выдвижного прерывателя цепи и окружения групп.

[0011] Фиг. 3 - это детальный вид в перспективе задней отливки, при просмотре сзади каретки выдвижного прерывателя цепи и шкафа, которая предусматривает расширения проводника для сопряжения с группами электрических соединений выдвижного прерывателя цепи.

[0012] Фиг. 4 - это детали задней отливки сзади секции прерывателя цепи, показывающие межфазные изоляционные барьеры вокруг расширений проводника и обеспечение конвекционного охлаждения для прерывателя.

[0013] Фиг. 5 - это схематичный вид в разрезе сверху сформированной газоотводящей камеры.

[0014] Фиг. 6 - это схематичный вид в поперечном разрезе сформированной газоотводящей камеры вдоль линии 6-6 на фиг. 5.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0015] Обращаясь к фиг. 1, распределительный шкаф 100, в целом, известный в области техники, показан имеющим секцию 101 прерывателей для вмещения прерывателей цепи или другого электрического оборудования, шинную секцию 102 для распределения мощности различному электрическому оборудованию и кабельную секцию 103 для приема и распределения мощности на линии электропитания. Распределительный шкаф 100 или его секция могут служить в качестве шкафа, защищающего различные части электрического оборудования или проводники от внешнего окружения, как известно в области техники. Когда используется в данном документе, шкаф может также быть защитным шкафом в другом более крупном шкафе в некоторых случаях. Несколько отсеков прерывателей, совокупно 105, уложены друг на друга вертикально в секции 101 прерывателей, так что выдвижной прерыватель 107 (фиг. 2) будет иметь структуру для приема его выдвижного шасси для перемещения прерывателя в и из контакта с подачей электропитания от других двух секций 102, 103, как дополнительно объяснено ниже.

[0016] Как видно на фиг. 2, вид сзади примерного выдвижного прерывателя 107, такого как прерыватель цепи SQUARE D MASTERPACT от компании Schneider Electric USA, Inc. из Палатина, штат Иллинойс, показывает группы 109, которые являются соединительным устройством, установленным в прерыватель для соединения его с фазами электроэнергии, передаваемой из шинной секции 102, здесь показанными как три фазы A, B, C. Обращаясь также к фиг. 5, обычному специалисту в области техники будет понятно, что группы 109 могут в некоторых случаях быть прикреплены к расширениям 117 шин в задней отлитой форме 121 секции 101 прерывателей вместо опор 116 групп подвижного выдвижного прерывателя 107. Фазы разделены на столбцы с соединениями прерывателя 107 с линией электропитания и нагрузкой, размещаемыми в отдельных рядах 108, 110. Вокруг каждого набора групп 109 устанавливается набор щитов 111 групп. Каждый щит 111 групп является, по существу, параллелепипедом с четырьмя сторонами или лицевыми поверхностями, формирующими короб вокруг групп. В иллюстрированном варианте осуществления существуют две горизонтальные стороны 112a, 112b и две вертикальные стороны 114a, 114b. Горизонтальные стороны 112a, 112b, каждая, имеют вырез 113a, 113b на открытом конце щита 111, чтобы предоставлять возможность пассивной конвекции тепла, как дополнительно объяснено ниже. Пятая сторона щита формируется посредством задней стенки 115 прерывателя. Шестая сторона открыта, чтобы предоставлять возможность группам 109 прикрепляться к расширениям 123 проводника, которые являются клеммами шины, или расширениям 117 проводника шинной секции 102, как видно схематично в поперечном сечении на фиг. 5 и дополнительно обсуждается ниже.

[0017] Обращаясь также к фиг. 3 и 4, фиг. 3 показывает выдвижное шасси 119 прерывателя цепи без вставленного прерывателя 107. На задней стороне шасси 119 находится задняя отливка 121 секции 101 прерывателей, которая предусматривает расширения проводника, совокупно 123, для сопряжения с группами 109 электрических соединений выдвижного прерывателя 107 цепи. Расширения 123 проводника проходят через заднюю отливку 121, чтобы соединяться с шинами (не показано) в шинной секции 102 распределительного шкафа 100, как понятно в области техники. Вокруг каждого расширения 123 проводника находится фазовое окружение 125, содержащее параллелепипедную структуру слегка большего внутреннего размера, например, на 1 мм, чем внешние размеры параллелепипеда щита 111 группы, на задней стороне прерывателя 107. Таким образом, предоставляется свободное пространство, далее в данном документе называемое газоотводящей камерой 127, как видно в поперечном сечении на фиг. 5, когда щиты 111 групп вставляются в окружения 125 фаз, когда прерыватель 107 помещен близко к задней отливке 121, формирующей газоотводящий канал 128, либо в операции "втягивания", либо "выкатывания" шасси 119, т.е. соединения или разъединения групп 109 прерывателя 107 с расширениями 123 проводника. Будет понятно, что вместе, две параллелепипедные структуры, окружения 125 фаз и щиты 111 групп формируют как физический барьер, так и газоотводящую камеру 127 вокруг электрических соединений прерывателя 107, как также схематично иллюстрировано в поперечном сечении на фиг. 6, вдоль линии 6-6 на фиг. 5. Будет понятно, что схематичные фиг. 5 и 6 очевидно начерчены не в масштабе.

[0018] Фиг. 4 - это детали задней отливки 121 сзади секции 101 прерывателей цепи, показывающие окружения 125 фаз вокруг каждого из расширений 123 проводника и обеспечение конвекционного охлаждения для секции 101 прерывателей. Окружения 125 фаз могут быть сконструированы из непроводящей термоохлаждающейся полиэфирной смолы, пластика или других подходящих материалов. В некоторых аспектах изобретения задняя отливка 121 снабжается вытяжной трубой 129 позади нее, чтобы предусматривать стволы 131 конвекции, предпочтительно на каждой фазе, через окружения 125 фаз, чтобы удалять тепло из задней отливки 121 и из секции 101 прерывателей сверху, или сзади, или в обе стороны из вытяжной трубы 129 для теплового управления уложенными друг на друга прерывателями. Поскольку тепло формируется в точках электрического соединения групп 109 с расширениями 123 проводника, конвекция будет вытягивать нагретый воздух из прерывателей. В некоторых аспектах изобретения предполагается, что окружения фаз и щиты групп могут либо каждый, либо оба быть единым вертикально ориентированным коробом, повсеместно окружающим группы линий и нагрузок каждой фазы, вместо наличия горизонтальной стопорной стенки между группами линий и нагрузок, как показано на фиг. 3 и 4. Дополнительно желательно, чтобы конфигурация настоящей системы имела какой-либо заземленный металл, нанесенный или удаленный с областей расширения группа-проводник.

[0019] Обращаясь опять к фиг. 5, во время дугового пробоя получаемая в результате плазма и газ будут прогоняться через узкую газоотводящую камеру 127, сжимающую и удлиняющую дугу, тем самым, увеличивая напряжение дуги, снижая ток дуги, охлаждая плазму и газы и обеспечивая прерывание дуги. Охлаждение не только мешает поддержанию дуги, оно уменьшает риски несчастного случая для тех, кто находится вокруг оборудования. В зависимости от желаемого результата, дуга может самостоятельно затухать или прерываться в отсеке прерывателя и пропускаться/направляться в шинный отсек для повторного пробоя, где она менее вероятно повредит чувствительное оборудование. Обычному специалисту в области техники будет понятно, что выдвижной прерыватель, имеющий положения соединения, разъединения и тестирования, помещающие группы 109 на различных расстояниях от расширений 123 проводника, должен иметь перекрытие окружений 125 фаз в каждом положении для перекрытия, чтобы формировать функциональную газоотводящую камеру 127 во всех случаях. При типичных параметрах тестирования дуги, например, в стандарте IEEE C37.20.2™-2007, в 636 В и 100 кА в течение 500 мс минимальное перекрытие в 20,0 мм может быть достаточным. В любом случае, проектировщик, следующий предписаниям настоящего изобретения, будет стремиться обеспечить большую площадь поверхности и узкое поперечное сечение газоотводящего канала для газоотводящей камеры. Длина дуги желательно увеличивается туда, где она может самостоятельно затухать в течение менее чем одного цикла. Длина перекрытия, указанная как "L" на фиг. 5, и интервал между стенками, также называемый "поперечным сечением", указанный как "X" на фиг. 6, газоотводящей камеры имеют такой размер, что ток дуги ограничивается и гасится при первом пересечении нуля (естественном или принудительном) второй фазы, чтобы пересекать ноль. Будет понятно, что в некоторых аспектах изобретения желаемые размеры длины L и поперечного сечения X могут быть взаимозависимыми, так что чем меньше размер X поперечного сечения, тем короче может быть размер L по длине.

[0020] Давление, температура и продолжительность дуги в отсеке прерывателя, или другом шкафу, будут уменьшаться благодаря наличию газоотводящей камеры, окружающей дугу. Таким образом, настоящее изобретение может устранять нагрузку на электрический шкаф, приводя в результате к меньшей потребности в его усилении. Будет понятно, что система настоящего изобретения может быть использована со множеством других активных и пассивных систем управления дугой.

[0021] Описав, таким образом, систему управления дугой для электрических шкафов, станет понятно, что множество вариаций в ней придут в голову специалисту при понимании настоящего изобретения, которое, следовательно, должно ограничиваться только прилагаемой формулой изобретения.

1. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги, содержащая:

a) электрическое оборудование, имеющее обнаженные электрические проводники;

b) шкаф, отделяющий электрическое оборудование от внешней среды;

c) газоотводящую камеру в шкафу, окружающую электрические проводники,

причем газоотводящая камера имеет газоотводящий канал, сформированный в ней для ослабления дуги в нем.

2. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 1, в которой газоотводящий канал имеет кольцеобразную форму.

3. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 1, в которой газоотводящий канал является каналом с узким поперечным сечением и достаточной длины для ослабления дуги.

4. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 1, в которой газоотводящий канал является каналом с узким поперечным сечением и достаточной длины для гашения дуги.

5. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги, содержащая:

a) электрическое оборудование, имеющее обнаженные электрические проводники;

b) шкаф, отделяющий электрическое оборудование от внешней среды;

c) газоотводящую камеру в шкафу, окружающую электрические проводники,

причем газоотводящая камера имеет:

i) первый участок камеры, открытый с одной лицевой стороны, и

ii) второй участок камеры, открытый с одной лицевой стороны и имеющий размеры для покрытия первого участка камеры,

причем первая камера является перемещаемой в некоторое положение во второй камере так, чтобы формировать газоотводящий канал между ними для ослабления тепловой энергии удара дуги и тока.

6. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 5, в которой первый и второй участки камеры имеют одинаковую форму.

7. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 5, в которой вторая камера имеет внутренний диаметр (ID) приблизительно на один миллиметр больше, чем внешний диаметр (OD) первой камеры.

8. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 5, в которой, когда первая камера помещена во вторую камеру, существует перекрытие между ними, создающее газоотводящий канал длиной по меньшей мере приблизительно 20 мм.

9. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 5, в которой первая камера является подвижной по прямой линии.

10. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 5, в которой участки газоотводящей камеры являются параллелепипедами, имеющими открытые лицевые поверхности.

11. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 5, в которой электрическое оборудование является распределительным шкафом.

12. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 11, в которой распределительный шкаф имеет секцию прерывателя и шинную секцию.

13. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 12, дополнительно включающая в себя

выдвижной прерыватель в выдвижном ящике в секции прерывателя,

причем прерыватель включает в себя токопроводящие группы на прерывателе для соединения с расширениями проводника шинной секции,

щиты групп на задней стороне прерывателя, окружающие группы;

заднюю отливку секции прерывателя, имеющую опоры групп на ней, ведущие к проводникам шинной секции, и окружения фаз на задней отливке.

14. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 13, в которой щиты групп и окружения фаз формируют газоотводящую камеру.

15. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 13, дополнительно включающая в себя вытяжную трубу в задней отливке секции прерывателя.

16. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 15, дополнительно включающая в себя компоновку в щитах групп или окружениях фаз или обоих для создания отверстий для теплового управления.

17. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги по п. 12, в которой существует множество прерывателей, уложенных друг на друга вертикально в секции прерывателя.

18. Система управления дугой с пассивным подавителем дуги, содержащая:

a) электрическое оборудование, имеющее обнаженные электрические проводники;

b) шкаф, окружающий электрическое оборудование, причем указанный шкаф находится внутри более большого шкафа;

c) газоотводящую камеру, окружающую обнаженные электрические проводники,

причем газоотводящая камера имеет газоотводящий канал, сформированный в ней для ослабления дуги от электрических проводников.