專利名稱：具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸配電系統(tǒng)中的開關(guān)設(shè)備，尤其涉及具有內(nèi)部電弧釋放裝 置的開關(guān)設(shè)備。
背景技術(shù)：
開關(guān)設(shè)備是在輸配電系統(tǒng)中常用的設(shè)備，其主要負(fù)責(zé)電流的分?jǐn)?。在開關(guān) 設(shè)備中，由于零件故障或者操作失誤等原因，有時會產(chǎn)生故障電弧。雖然故障 電弧很少產(chǎn)生，但是一旦產(chǎn)生，它能夠在很短時間內(nèi)形成高壓力和高溫。如￡
低壓開關(guān)設(shè)備中，故障電弧會在10ms內(nèi)將溫度升高到13000K，同時在約15ms 內(nèi)將壓力上升到約2xl05Pa 3xl05Pa。設(shè)備內(nèi)的零部件，例如門，在這樣的高 壓力作用下會脫離固定機(jī)構(gòu)并被掀開。高溫還使設(shè)備內(nèi)發(fā)生熔化和蒸發(fā)過程， 結(jié)果產(chǎn)生高溫氣體，高溫氣體又在壓力作用下向外排出。這會對附近的工作人 員帶來生命危險。
內(nèi)部故障電弧造成的危害極其嚴(yán)重，輕則造成開關(guān)設(shè)備的損毀，導(dǎo)致大面 積停電，重則造成人民生命財產(chǎn)重大損失。
在國際電工委員會制定的標(biāo)準(zhǔn)IEC 62371—200及國家標(biāo)準(zhǔn)GB3906-2006， 提高了開關(guān)設(shè)備使用的安全性的要求，其中故障電弧防護(hù)的地位有了明顯的提 高，新標(biāo)準(zhǔn)對試驗的判據(jù)也作了補(bǔ)充和修訂。新的5條判據(jù)如下
判據(jù)1:門和蓋仍應(yīng)關(guān)閉；若沒有任何部分抵達(dá)指示器或墻壁，可接受有 變形。其附加條件是，如果設(shè)備在安裝與試驗時需要更靠近墻壁時，其永久性 變形應(yīng)小于規(guī)定的對墻壁距離，而且噴出的氣體不得朝向墻壁。
判據(jù)2:試驗期間，殼體不得出現(xiàn)破裂；不得有單重至60g的物體飛出。 判據(jù)3:在直至2m高度處，可自由接近的殼體外部分，不得燒穿成孔洞。 判據(jù)4:指示器不得受熱而點燃(垂直和水平指示器包括在一個判據(jù)內(nèi))。 判據(jù)5:接地連接仍然有效。檢驗通過目檢，必要時(有懷疑時)通過測量。通過試驗后，將等級IAC(內(nèi)部故障電弧等級)標(biāo)記在銘牌上，并附下列說
明可接近等級A、 B或C，接近側(cè)標(biāo)明"F， L或R"(前面，側(cè)面，后面)，并 標(biāo)明試驗電流(kA)和試驗持續(xù)時間。
開關(guān)設(shè)備制造商已認(rèn)識到內(nèi)部故障電弧造成的嚴(yán)重后果，紛紛在自己的開 關(guān)設(shè)備上采取措施，限制內(nèi)部故障電弧的效果，減少其影響。在現(xiàn)有的消極措 施中，故障電弧防護(hù)裝置是減少電弧能量的好方法。然而目前基本沒有有效的 故障電弧防護(hù)裝置，不能滿足新的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62371-200的要求，也不能滿足 國家標(biāo)準(zhǔn)GB3906-2006的相關(guān)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備， 以提高開關(guān)設(shè)備在電弧故障防護(hù)方面的安全性。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種具有內(nèi)部電弧 釋放裝置的開關(guān)設(shè)備，包括一殼體，殼體內(nèi)設(shè)有斷路器隔室、母線隔室及電纜 隔室，殼體內(nèi)還具有釋壓隔室、釋壓通道和減壓裝置，該釋壓通道設(shè)于殼體內(nèi) 上部，該減壓裝置設(shè)于該釋壓通道頂部；該斷路器隔室的上側(cè)與釋壓通道相鄰， 且在相鄰側(cè)設(shè)有一斷路器室釋壓門，該斷路器室釋壓門可被打開以使斷路器隔 室與釋壓通道相通；該母線隔室與該釋壓隔室相鄰，且在相鄰側(cè)設(shè)有一母線室 釋壓門，該母線室釋壓門可被打開以使母線隔室與釋壓隔室相通；該電纜隔室 直接與釋壓隔室相通；該釋壓隔室與釋壓通道相鄰，且在相鄰側(cè)設(shè)有一電纜室 釋壓門，該電纜室釋壓門可被打開以使釋壓隔室與釋壓通道相通。
上述的具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備中，該斷路器隔室的一側(cè)鄰近該
殼體的前側(cè)，且該斷路器隔室的前側(cè)設(shè)有一高壓防護(hù)門。
上述的具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備中，該斷路器室釋壓門、母線室 釋壓門、電纜室釋壓門由敷鋁鋅鋼板構(gòu)成。
上述的具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備中，該釋壓通道的容積大于該釋 壓隔室的容積，例如該釋壓通道的容積為該母線隔室的容積與該釋壓隔室的容 積之和的5 8倍。
上述的具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備中，當(dāng)該母線室釋壓門被打開時，阻斷該電纜隔室與該釋壓隔室的連通。
因此本發(fā)明的開關(guān)設(shè)備，通過合理設(shè)計的釋壓通道，正確有效地引導(dǎo)故障 電弧產(chǎn)生的高溫高壓氣體，逐步減弱、冷卻并最終釋放氣體，從而保護(hù)操作人 員和相鄰設(shè)備。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā) 明的具體實施方式
作詳細(xì)說明，其中
圖1是本發(fā)明一個實施例的開關(guān)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明一個實施例的開關(guān)設(shè)備的立體示意圖。 圖3A 圖3C是本發(fā)明的開關(guān)設(shè)備的釋壓過程示意圖。
具體實施例方式
請結(jié)合圖1參閱圖2所示，本發(fā)明的開關(guān)設(shè)備100，包括一殼體101，殼 體101內(nèi)設(shè)有斷路器隔室10、母線隔室20及電纜隔室30，其中，斷路器隔室 IO位于殼體內(nèi)的前側(cè)底部，斷路器隔室內(nèi)設(shè)有一斷路器11，斷路器ll具有一 對用以進(jìn)行通斷操作的觸臂12。電纜隔室30位于殼體內(nèi)的后側(cè)底部，電纜隔 室30內(nèi)設(shè)有一帶有觸頭盒的電流互感器31，其上具有電纜連接處32。母線隔 室20位于電纜隔室30的上方，其內(nèi)設(shè)有上支母線21以及一觸頭盒22，其中 觸頭盒22供斷路器11的觸臂12動作。殼體101內(nèi)還具有釋壓隔室40、釋壓 通道50和減壓裝置60，其中釋壓通道50設(shè)于殼體內(nèi)上部，減壓裝置60則設(shè)于 釋壓通道50的頂部。斷路器隔室10的上側(cè)與釋壓通道50相鄰，且在此相鄰 側(cè)設(shè)有一斷路器室釋壓門13,該斷路器室釋壓門通常為緊閉，當(dāng)發(fā)生電弧故障 時，斷路器室釋壓門13可被打開以使斷路器隔室10與釋壓通道50相通。釋 壓隔室40則設(shè)于母線隔室20后方，與母線隔室20相鄰，且在此相鄰側(cè)設(shè)有 一母線室釋壓門23，該母線室釋壓門通常也為緊閉，當(dāng)發(fā)生電弧故障時，母線 室釋壓門23可被打開以使母線隔室20與釋壓隔室40相通。電纜隔室30直接 與釋壓隔室40相通。此外，釋壓隔室40與其上方的釋壓通道50相鄰，且在 此相鄰側(cè)設(shè)有一電纜室釋壓門33，該電纜室釋壓門通常為緊閉，當(dāng)發(fā)生電弧故障時，電纜室釋壓門33可被打開以使釋壓隔室40與釋壓通道50相通。
釋壓通道50的容積大于釋壓隔室40的容積，以便使進(jìn)入其中的氣體減壓、 冷卻和稀釋，在一個實施例中，釋壓通道50的容積為該母線隔室20的容積與 該釋壓隔室40的容積之和的5 8倍。
由上述敘述可知，在發(fā)生電弧故障時，斷路器隔室10、母線隔室20及電 纜隔室30均可連通至釋壓通道50，從而將氣體釋壓后排出開關(guān)設(shè)備100。
在本發(fā)明的實施例中，斷路器室釋壓門13、母線室釋壓門23以及電纜室 釋壓門33均可選用高強(qiáng)度、耐腐蝕的2.5mm敷鋁鋅鋼板，其抗拉強(qiáng)度在275Mpa 以上，遠(yuǎn)大于故障電弧引起的壓強(qiáng)，且延伸率在37%以上。開關(guān)設(shè)備100的各 組件以高強(qiáng)度^"8.8級的螺栓(圖未示)安裝，這些M8螺栓抗拉力大于 29.3kN，因此在因電弧故障產(chǎn)生高溫高壓氣體時不會遭到破壞，而可以正確有 效的引導(dǎo)故障電弧產(chǎn)生的高溫高壓氣體，逐步減弱、冷卻并最終釋放氣體。
此外，在斷路器隔室10的前側(cè)，設(shè)置一增強(qiáng)型高壓防護(hù)門14，它可以保 障高溫高壓氣體不會自設(shè)備IOO的前側(cè)噴出，以便達(dá)到保護(hù)操作人員和相關(guān)設(shè) 備的目的。
下面結(jié)合圖3A 圖3C描述當(dāng)母線隔室內(nèi)發(fā)生電弧故障時，此開關(guān)設(shè)備100 的電弧釋放過程。首先請參閱圖3A，蓋板23、 33在正常情況時緊閉，使母線 隔室20與釋壓隔室40、釋壓隔室40與釋壓通道50均隔離。當(dāng)開關(guān)設(shè)備投運(yùn) 送電時，母線隔室20中上支母線21處因誤操作、絕緣失效或小動物等因素而 出現(xiàn)故障電弧時，由于電弧中心溫度很高可達(dá)10000攝氏度左右，周圍的空氣 被加熱、膨脹，在狹小的隔室內(nèi)氣體壓力增加、壓力最大可達(dá)到20kN左右時， 沖開母線隔室20—側(cè)的母線室釋壓門23，進(jìn)行第一次壓力釋放，進(jìn)入釋壓隔 室40，如圖3B所示。且由于有故障電流，此時上級斷路器動作、切斷電源， 電弧減弱、熄滅。由于電弧沒有完全熄滅，仍有熱氣體產(chǎn)生進(jìn)入釋壓隔室40， 熱氣體不斷聚集向上運(yùn)動，壓力加大并沖開釋壓隔室40上側(cè)的電纜室釋壓門 33，壓力被第二次釋放，進(jìn)入空間較大的釋壓通道50，如圖3C所示，高溫高 壓氣體再次被冷空氣稀釋、減弱，最后穿過減壓裝置60到達(dá)開關(guān)設(shè)備100外 部的配電室，達(dá)到保護(hù)操作人員及開關(guān)設(shè)備的目的。值得注意的是，由于母線 室釋壓門23被打開的方式(圖3B)，將會阻斷釋壓隔室40與其下方的電纜隔室30的連通，阻擋氣體向下進(jìn)入電纜隔室30中。
在了解了母線隔室20的釋壓過程后，下面簡要描述過程類似的斷路器隔 室IO和電纜隔室30的釋壓過程。
對于斷路器隔室10來說，當(dāng)斷路器隔室10內(nèi)的斷路器上觸臂12因活門 跌落或觸頭接觸不完全發(fā)生故障電弧時，高溫高壓氣體產(chǎn)生機(jī)理同母線隔室 20，此后，斷路器室釋壓門13起到第一級緩沖作用，隨后熱氣體進(jìn)入釋壓通 道50，最后被稀釋、減弱穿過減壓裝置60進(jìn)入配電室，同時增強(qiáng)型的高壓防 護(hù)門14對保護(hù)正面操作人員的生命安全起到關(guān)鍵性作用。
對于電纜隔室30來說，當(dāng)電纜隔室30內(nèi)的電纜連接處32因誤操作、絕 緣失效而發(fā)生故障電弧時，氣體進(jìn)入釋壓隔室40，此后電纜室釋壓門33起到 第一級緩沖作用，隨后熱氣體進(jìn)入釋壓通道50，最后被稀釋、減弱穿過減壓裝 置60進(jìn)入配電室。
因此本發(fā)明的開關(guān)設(shè)備100，無論是哪個工作隔室發(fā)生電弧故障，均可通 過合理設(shè)計的釋壓通道，正確有效地引導(dǎo)故障電弧產(chǎn)生的高溫高壓氣體，逐步 減弱、冷卻并最終釋放氣體，從而保護(hù)操作人員和相關(guān)設(shè)備。
下面按照IEC 62371_200標(biāo)準(zhǔn)所提出的試驗依據(jù)進(jìn)行試驗，來證明本發(fā)明 所達(dá)到的技術(shù)效果。
1. 試驗布置
1.1試驗條件
請回到圖1及圖2所示，天花板201應(yīng)距試驗樣品(即本發(fā)明)上部600mm 土100mm，側(cè)面的墻壁應(yīng)距試驗樣品側(cè)面100mm土30mm，試驗樣品的后面板 距離墻壁的標(biāo)準(zhǔn)距離為800+ (0 100mm)。
1.2指示器
指示器是黑色的印花棉布或黑色的棉麻混紡布，尺寸為150mmX150mm。 指示器202安裝在安裝架上，指示器應(yīng)均勻的分布在方格盤上，并占方格
盤面積的40% 50%，布置在可觸及的前、后、側(cè)面，指示器到開關(guān)設(shè)備的距
離為300mm土15mm。
2. 施加的電壓和電流 2.1電壓試驗回路的外施電壓應(yīng)等于開關(guān)設(shè)備的額定電壓。 2.2電流
2.2.1交流分量
開關(guān)設(shè)備內(nèi)部電弧試驗短路電流值的偏差應(yīng)為0 5%。 2.2.2峰值電流
選擇合閘瞬間應(yīng)使得流過一個邊相電流的預(yù)期峰值等于2.2.1規(guī)定的交流 分量有效值的2.5倍，這使得電流的大半波出現(xiàn)在另一個邊相。 2.3頻率
額定頻率為50Hz時，試驗開始時的頻率應(yīng)在48Hz 52Hz之間。 2.4試驗持續(xù)時間 標(biāo)準(zhǔn)推薦ls、 0.5s禾口 O.ls。 3試驗結(jié)果
安全的門和蓋板沒有打開。沒有部件到達(dá)每一側(cè)指示器或墻壁的位置，在 試驗規(guī)定的時間內(nèi)外殼沒有開裂，熱氣體沒有點燃指示器，外殼仍舊和接地點 相連。
IAC級 A F L R
僅限于授權(quán)的人員前面 側(cè)面 后面
內(nèi)部故障31.5kA ls
試驗電流 持續(xù)時間 因此，本發(fā)明的開關(guān)設(shè)備100已經(jīng)通過了內(nèi)部故障電弧試驗。 雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備，包括一殼體，殼體內(nèi)設(shè)有斷路器隔室、母線隔室及電纜隔室，其特征在于，殼體內(nèi)還具有釋壓隔室、釋壓通道和減壓裝置，該釋壓通道設(shè)于殼體內(nèi)上部，該減壓裝置設(shè)于該釋壓通道頂部；該斷路器隔室的上側(cè)與釋壓通道相鄰，且在相鄰側(cè)設(shè)有一斷路器室釋壓門，該斷路器室釋壓門可被打開以使斷路器隔室與釋壓通道相通；該母線隔室與該釋壓隔室相鄰，且在相鄰側(cè)設(shè)有一母線室釋壓門，該母線室釋壓門可被打開以使母線隔室與釋壓隔室相通；該電纜隔室直接與釋壓隔室相通；該釋壓隔室與釋壓通道相鄰，且在相鄰側(cè)設(shè)有一電纜室釋壓門，該電纜室釋壓門可被打開以使釋壓隔室與釋壓通道相通。
2、 如權(quán)利要求1所述的具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備，其特征在于， 該斷路器隔室的一側(cè)鄰近該殼體的前側(cè)，且該斷路器隔室的前側(cè)設(shè)有一高壓防護(hù) 門。
3、 如權(quán)利要求1所述的具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備，其特征在于， 該斷路器室釋壓門、母線室釋壓門、電纜室釋壓門由敷鋁鋅鋼板構(gòu)成。
4、 如權(quán)利要求1所述的具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備，其特征在于， 該釋壓通道的容積大于該釋壓隔室的容積。
5、 如權(quán)利要求4所述的具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備，其特征在于， 該釋壓通道的容積為該母線隔室的容積與該釋壓隔室的容積之和的5 8倍。
6、 如權(quán)利要求1所述的具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備，其特征在于， 當(dāng)該母線室釋壓門被打開時，阻斷該電纜隔室與該釋壓隔室的連通。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有內(nèi)部電弧釋放裝置的開關(guān)設(shè)備，包括一殼體，殼體內(nèi)設(shè)有斷路器隔室、母線隔室及電纜隔室，殼體內(nèi)還具有釋壓隔室、釋壓通道和減壓裝置，斷路器隔室、母線隔室及電纜隔室均直接或間接地與釋壓隔室、釋壓通道相通，當(dāng)發(fā)生電弧故障時，依靠由多個介于這些隔室之間的釋壓門，可以形成合理釋壓通道，引導(dǎo)高溫高壓氣體逐步冷卻、減壓后到達(dá)釋壓通道，從減壓裝置排出開關(guān)設(shè)備。經(jīng)試驗，本發(fā)明的開關(guān)設(shè)備已經(jīng)達(dá)到IEC62371-200、GB3906-2006標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號H02B13/025GK101291045SQ20071004602
公開日2008年10月22日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者徐憶紅, 陳漣虎, 慶 黃 申請人:上海西門子開關(guān)有限公司