專利名稱：防電弧開關盒的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于開關系統(tǒng)的防電弧盒，該開關系統(tǒng)中有開關元件例如一開關、一斷路器以及用于開關系統(tǒng)的多個觸點，該防電弧盒包括一具有多個導電板部件的環(huán)繞殼體，以及一使該防電弧盒免受盒內產生的電弧損壞的保護層。這種類型的電弧(也稱為電火花或飛弧)可能會由開關系統(tǒng)的故障，例如短路導致。電火花可產生于不同電位的載壓部件之間，或者開關系統(tǒng)的載壓導線或觸點到通常為接地電位的導電盒之間。由于發(fā)生高電壓和高電流的結合，這些電火花會產生巨大的能量，如果不采取保護措施開關系統(tǒng)盒會被嚴重損壞，并可能對盒周圍的區(qū)域產生嚴重后果，尤其是對其附近的人。
背景技術：
瑞士專利CH 649 872 A5公開了一種用于電子裝置的載流或載壓部件的保護層。該保護層包括一種包含合成樹脂、硬化劑和填料的材料，該合成樹脂為一種吸熱、高電抗、低粘性和冷硬化的合成樹脂，該填料中含結合水。如果短路電弧或者電火花接觸到該保護層，該層將吸收由于材料分解所散發(fā)出的熱量，從而保護電子裝置。這種類型的保護層必須應用于盒子內側，并且必須是完全連續(xù)的甚至一個微小的開口都會是一個可能引起電弧形成的點。而且，在開關系統(tǒng)中應用這種類型的保護層價格昂貴。
瑞士專利CH 598 705 A5公開了一種夾層式的面板，其包括兩個導電材料層和位于這兩層之間用于保護電開關裝置不受電弧造成的后果影響的阻燃層。如果有電弧在該裝置中形成并接觸到該夾層式面板，將在導電層內燒出一個洞。由于該導電層下面有一絕緣層，該電弧被沿導電板推開，結果處于電弧放電之下的總是該阻燃層的一新的區(qū)域。在這種情況下保護層也必須覆蓋盒子的整個內側。而且，這種類型的夾層制造和處理成本都很高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的就是提供一種防電弧盒，該盒能夠承受由開關系統(tǒng)故障導致的電弧的發(fā)生并能使盒周圍的區(qū)域避免處在危險情形下。
本目的通過本文開頭所述類型的防電弧盒來實現(xiàn)，在該防電弧盒中多個板部件中的至少一個形成一朝向盒外部待保護區(qū)域的屏蔽件，所述保護層具有絕緣特性且該保護層僅應用于該至少一個板部件。
如果僅在屏蔽位于盒外的待保護區(qū)域的一板部件上應用一保護層，則并不能防止電弧在盒內產生，但這能確保被屏蔽區(qū)域不會暴露在任何當盒被燒穿時可能產生的有害情況下，例如排出極熱的氣體或爆炸。
人們已經發(fā)現(xiàn)，由開關系統(tǒng)內的故障導致形成的電弧會在很短的時間內產生巨大的能量。一電弧通常持續(xù)僅約一秒，然后外部裝置可確保使該電弧消失(例如使用外部開關)。盒內的壓力在最初的0.1秒到0.15秒內基本以指數(shù)級數(shù)上升(已測得值為2.5個大氣壓)。通常用于開關系統(tǒng)的盒內的排氣保護裝置可經一安全途徑把該壓力消散，結果在電弧存在期間將僅引起大約35毫巴的過壓力。盡管如此，考慮到極高的溫度(高達3000℃)，如果盒出現(xiàn)故障(例如在導電板部件上燒出一個洞)這一過壓力仍會導致嚴重的后果。
在第一個實施例中，該保護層抵靠盒的外側面放置。如果電弧作用使得用于屏蔽盒外待保護區(qū)域的一板部件上形成一個洞，則一般形成該洞將需要一定的時間，且這一時間通常(根據(jù)盒的材料的選擇和厚度)足以讓盒內的壓力降低為一輕微過壓力。然后該保護層將在一定程度上充分截留該由于(輕微)過壓力而企圖排出盒內的熱氣體，以保護該(待保護)區(qū)域。該保護層必須是電絕緣的以防止電弧在其中燒出洞。此外，優(yōu)選使用耐熱材料，例如熱固性材料制造該保護層。一個應用的例子就是用厚度為3毫米的可在電弧整個存在期間(一秒)提供充分保護的聚酯玻璃制成該保護層。如果采取充分的措施以防止在潤濕作用下軟化，則甚至能夠用硬紙板或硬卡紙板來作該保護層。
在本發(fā)明的另一實施例中，該保護層被應用于盒的內側。如果該保護層直接支靠在該至少一個用于屏蔽盒外待保護區(qū)域的板部件上，則電弧將接觸不到該板部件該電弧將尋找另一導體或盒(處在接地電位)的一導電性更好的部分以便找到一導電路徑。在這種情況下，盡管可能會在盒內另一個板部件內燒出一個洞，但該板部件將朝向一原則上僅引起小得多的危險或甚至根本沒有危險的區(qū)域。用于該保護層的材料可與上述實施例中的材料相同。
在又一實施例中，該保護層被設計為相距該至少一個板部件一定距離處放置的板。由于電弧指向不會出現(xiàn)任何危險的區(qū)域，所以在該至少一塊板部件被燒穿后，該保護層仍會針對排出的熱氣體對(盒)的外側提供足夠的保護。當把保護層放入盒內側時，它會提供與前述實施例中同樣的好處。然而，在這種情況下如果把該保護板按照這樣的方式(例如基本與盒的一側板平行，而與其頂板/底板垂直)放置在盒內還會產生一種額外的好處，即不同溫度的空氣會分離?？梢哉f，這使得在盒內形成一種煙囪，該煙囪具有使空氣開始在盒內循環(huán)的作用。在正常操作下，具有一開關系統(tǒng)的盒內有許多所謂熱點，在這些熱點上會因例如電流流經一導線或觸點而產生額外的熱量。如果盒內的空氣是靜止的，該盒內熱量就很難散發(fā)到盒外。通常，要求盒內的部件不得超出環(huán)境溫度之上的65℃或75℃。把該保護層在盒內相距該至少一個板部件一定距離放置(例如幾厘米)，會使盒內的空氣產生循環(huán)，從而熱量被從熱點傳導至正在循環(huán)的空氣，并從正在循環(huán)的空氣傳至該盒本身，然后該盒可把熱量散發(fā)到環(huán)境中。這使得盒內不必使用風扇或其它運動部件就可產生一附加的冷卻效應，這樣可使溫度降低5到7度。


下面將結合附圖通過幾個示例性實施例對本發(fā)明進行說明圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的開關系統(tǒng)簡化的橫截面圖；圖2是本發(fā)明第一實施例的示意圖；圖3是本發(fā)明第二實施例的示意圖；以及圖4為本發(fā)明第三實施例的示意圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的防電弧盒可以應用在一如圖1的橫截面圖中以簡化形式所示的開關系統(tǒng)中。該開關系統(tǒng)10包括一開關11例如一真空開關，該開關11能夠把一導線13和另一導線14相連接。該導線13經由一連接件12可操作地與電源線(未示出)連接。而導線14將開關11與沿垂直于圖中平面的方向延伸的連接桿18之一相連接。在一標準開關系統(tǒng)10中，導線14上還有一斷路器，但這對本發(fā)明的說明而言無關緊要，因此為清楚起見已在圖中省略。該開關11由一驅動桿15在一驅動裝置16的輔助下致動。該開關系統(tǒng)10還配有一操作面板17。開關系統(tǒng)10的載壓部件(例如開關11，導線13、14，連接桿18)被包圍在一盒內，該盒包括多個由導電材料制成的在正常使用中保持接地電位的板部件19。圖1中示出六個板部件19，但很明顯還有平行于圖中平面的板部件19，從而形成完全封閉的盒。在一個或多個板部件19上可有排氣孔21，如果發(fā)生短路該排氣孔21可經一安全途徑把任何過壓力釋放出來，在圖中所示情況中將把壓力釋放到該開關系統(tǒng)10的后側和下側。
圖1所示的橫截面圖示出開關系統(tǒng)10的一個分隔間。在實踐中，該開關系統(tǒng)10包含多個如圖1所示的彼此相鄰放置的分隔間，連接桿18延伸穿過每個分隔間，并且可通過導線14的切換把任何連接桿18與連接件12之一相連接。然后通過操作面板17，就可在開關系統(tǒng)10前面把開關面板作為一個整體進行操作。
在由板部件19包圍的開關系統(tǒng)10的分隔間內可能會發(fā)生故障，結果將在開關系統(tǒng)10的一個載壓部件和一個板部件19(處于接地電位)之間形成一弧(電弧)。(兩部件之間的)高電壓差以及開始流動的高電流意味著伴隨電弧會有很高的能量在盒內產生。該電弧一般存在一秒左右，然后外部裝置切斷整個開關系統(tǒng)10并使該電弧消失。伴隨該電弧的形成盒內壓力急劇升高。該壓力通過排氣孔21經一安全途徑被釋放到盒外，結果該開關系統(tǒng)10的完整性繼續(xù)得以保證。試驗測量結果已經顯示該壓力可在0.1到0.15秒內上升到高達2.5個大氣壓。此后，壓力又迅速下降，但是電弧的存在意味著仍然會有大約35毫巴的過壓力存在。如果電弧存在的時間足夠長，板部件19上與該電火花接觸的區(qū)域的材料就有因受產生的高溫而熔化的危險，這樣最終將在板部件19上形成一個洞。這將導致非常熱的氣體(高達3000℃)被排出，這會給該開關系統(tǒng)10周圍的人帶來危險。
圖1中所示開關系統(tǒng)10右手側的盒的板部件19屏蔽著開關系統(tǒng)10前的一區(qū)域，該區(qū)域可能有人，從而必須保護其不受開關系統(tǒng)10中出現(xiàn)的故障可能帶來的后果的影響。
本發(fā)明通過在板部件19的外側設置一由不可燃材料制成的保護板或層20來提供對這一區(qū)域的非常有效的保護。明顯地，該保護層20也必須是電絕緣的，以防止電弧把該保護層20與其接觸的地方燒出一個洞。
由于電弧把板部件19燒穿一個洞需要一定的時間，所以該保護層20只是在由于電弧的形成而引起的壓力的峰值已下降時起保護作用。因此，該保護層20只需能在該電火花仍然存在的時間內(不到一秒)截留該輕微過壓力(通常為35毫巴)下的熱氣體就可以。因此該保護層20使用耐熱絕緣材料就足夠了。這樣的材料包括例如熱固性材料，如聚酯玻璃。試驗顯示厚度為3毫米的聚酯板就可針對因電弧而可能逸出的熱氣體提供足夠的保護。如果提供足夠的抗軟化的保護(干燥的保護環(huán)境)，則甚至能夠用硬紙板或硬卡紙板作為保護層20。
因此，只需在電弧燒穿板部件19可能帶來危險(主要是熱氣體排出造成的危險)的地方安裝保護層20。這樣，就能以非常廉價而且簡單的方式對開關系統(tǒng)10中出現(xiàn)的故障可能造成的有害結果提供足夠的保護。
圖2到圖4示出本發(fā)明幾個可選擇的方案。開關系統(tǒng)10在圖中以高度簡化的形式表示，并且包括一由導電板部件19組成的盒，該盒包圍載壓部件5并設有出口21。板部件19一般保持為接地電位。開關系統(tǒng)10中的一個故障例如短路可能使載壓部件之間或一個載壓部件5和一個板部件19之間形成一電弧6。
圖2所示為一實施例，其中在兩個板部件19的外側設置有上述保護層20。這為配備有一保護層20的兩個板部件19所屏蔽的盒外部區(qū)域提供了保護。
圖3所示為(本發(fā)明的)另一種變型，其中在一板部件19的內側設置有一保護層20。在已知的解決方案中，盒子的整個內側都配有一絕緣層，這樣盒內的載壓部件5就“看”不到任何板部件19的接地電位，從而有效地防止了相對于這些板部件的電弧的形成。然而，這個方案的缺點是盒的內側必須被很好地絕緣。即使絕緣層中最小的洞也可能使電弧形成。要做成一連續(xù)的絕緣層非常困難，尤其是在盒子的拐角處。在圖3所示的本發(fā)明的實施例中，僅在一板部件19的內側設置一保護層20，該保護層20保護排出熱氣會引起危險的盒外的區(qū)域。在這種情況下，如果隨著開關系統(tǒng)10的故障而形成一電弧，該電弧將落在另外的一個板部件19上。然而，在這些板部件19上形成一個洞并隨后排出熱氣體不會對由相應板部件19屏蔽的區(qū)域帶來危險，因為這些(熱氣體排出的)區(qū)域沒有人。
本發(fā)明的又一選擇方案如圖4所示。在這種情況下，盒內有兩塊保護板20，其相距用于屏蔽盒外待保護區(qū)域的板部件19有很短的距離(幾厘米就足夠)。當開關系統(tǒng)10發(fā)生故障時，這些保護板20對由相關的板部件19屏蔽的盒外區(qū)域提供了足夠的保護。另外，這在開關系統(tǒng)10的正常操作過程中還有一個非常有益的效果。在操作開關系統(tǒng)10時，許多部件(尤其是載壓部件5)可被其中發(fā)生的高電流強度極大地加熱，這導致盒內在局部形成所謂熱點。為保證開關系統(tǒng)10的所有部件(尤其是運動部件)正確運行，在設計階段假定所產生的熱點不超出環(huán)境溫度之上的65℃或75℃。在一標準開關系統(tǒng)10中，這一熱量僅依靠靜止空氣的熱對流來散發(fā)。然而，圖4所示實施例中的保護板20將確保產生一“煙囪效應”，結果盒內的空氣開始循環(huán)，且盒子整個外側(所有板部件19)都被有效地用來散熱。要達到這一效果，保護板20必須如圖示那樣基本與板部件19平行放置，結果由于板部件的底側較涼，熱空氣被吸入保護板20和頂側的板部件19之間的空間。保護板20也可相對于板部件19稍微傾斜放置以便能達到相同的效果。在一試驗性的裝置中，循環(huán)空氣使得空氣的冷卻效果增加了5℃到7℃。由于盒內沒有使用運動部件進行空氣循環(huán)，所示的解決方案運行非?？煽壳野惭b簡單、成本低廉。
權利要求
1.一種用于開關系統(tǒng)(10)的防電弧盒，該開關系統(tǒng)中有開關元件例如一開關(11)、一斷路器和/或開關系統(tǒng)的多個觸點，該防電弧盒包括一具有多個導電板部件(19)的圍繞殼體，以及一使該防電弧盒免受盒內產生的電弧(6)損壞的保護層(20)，其特征在于該多個板部件(19)中的至少一個形成一朝向盒外部待保護區(qū)域的屏蔽件，該保護層(20)具有絕緣特性且該保護層(20)僅應用于該至少一塊板部件(19)。
2.根據(jù)權利要求1所述的防電弧盒，其中所述保護層(20)由耐熱材料制成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的防電弧盒，其中所述保護層(20)由熱固性材料制成。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的防電弧盒，其中所述保護層(20)由具有厚度例如為3毫米的聚酯玻璃制成。
5.根據(jù)權利要求1至4之一所述的防電弧盒，其中所述保護層(20)設置在盒的外側。
6.根據(jù)權利要求1至4之一所述的防電弧盒，其中所述保護層(20)設置在盒的內側。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的防電弧盒，其中所述保護層(20)與該至少一個板部件(19)相距一預定距離放置，并基本與該至少一個板部件(19)平行。
全文摘要
用于開關系統(tǒng)(10)的防電弧盒，該開關系統(tǒng)中有開關部件例如一開關(11)、一斷路器和/或開關系統(tǒng)的多個觸點。該防電弧盒包括一具有多個導電板部件(19)的圍繞殼體，以及一使該防電弧盒免受盒內產生的電弧(6)損壞的保護層(20)。該板部件(19)中的至少一個形成一朝向盒外部待保護區(qū)域的屏蔽件。該保護層(20)具有絕緣特性且僅應用于該至少一個板部件(19)。
文檔編號H02B13/025GK1643753SQ03806653
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月21日 優(yōu)先權日2002年3月21日
發(fā)明者A·J·W·拉默斯 申請人:伊頓電氣公司