СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГ Российский патент 2019 года по МПК H02B13/25 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка относится к предмету изобретения, принадлежащему одному и тому же правообладателю Заявки США № 13/452,145, озаглавленной "Пассивная система управления дугой с дымовой камерой", поданной 20 апреля 2012 года; Международной Заявки № PCT/US13/50797, озаглавленной "Управление внутренней дугой и вентиляция электрического оборудования", поданной 17 июля 2013 года; Заявки США № 14/501,946, озаглавленной "Пассивная дуговая защита для силовых кабелей c главным силовым выключателем бокового типа", поданной 30 сентября 2014 года; Заявки США № 14/585,477, озаглавленной "Оконечный прерыватель шины", поданной одновременно с настоящей заявкой; и Заявки США № __________, озаглавленной "Шина питания электрощита с передачей дуги для пассивного управления дугой", поданной одновременно с настоящей заявкой (соответственно, Реестр №№ CRC-0266, CRC-0275, CRC-0299, CRC-0300, и CRC-0304), каждая из которых включены в данный документ посредством ссылки в полном объеме.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящее изобретение относится в целом к способам и системам для регулирования и ограничения повреждения, вызванного образованием электрической дуги в электрическом распределительном оборудовании, а более конкретно, к способу и системе для охлаждения побочных продуктов, возникающих от такого образования электрической дуги.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Образование дуги или дуговой пробой представляет собой электрический разряд через, обычно, непроводящий газ, как правило, воздух. Такое образование дуги может произойти внутри в низковольтном электрическом распределительном оборудовании, между оголенными проводниками с разными электрическими потенциалами, такими как расположенные рядом шинопроводы или шинопровод и земля. Когда дуга проскакивает от одного проводника к другому через воздушный промежуток, она может растягиваться и изгибаться, чтобы следовать по траектории наименьшего сопротивления через воздушный промежуток.

[0004] Вредные факторы неожиданного и/или неуправляемого внутреннего образования электрической дуги хорошо известны и включают в себя возможное повреждение оборудования и травму персонала в среде эксплуатации, вызванные вспышкой электрической дуги и дуговым разрядом, далее обозначенным для простоты как дуговой разряд. Дуговые разряды в типовом электрическом распределительном оборудовании могут освобождать большое количество энергии, что может производить значительные давления, чрезвычайно горячие газы, испаряющиеся металлы/полимеры и другие вредные побочные продукты.

[0005] Технические способы управления образованием электрической дуги, известные в данной области техники, включают в себя пассивные и активные технические способы управления электрической дугой. Активные технические способы управления электрической дугой обычно включают в себя некоторую форму считывания и механизм переключения для управления током электрической дуги. Проблемы, связанные с применением активных технических способов могут включать в себя более высокую стоимость, нежелательные срабатывания выключателя, быстродействие и необнаруживаемые отказы системы. Пассивные технические способы могут включать в себя локализацию и направленное удаление энергии электрической дуги и газов. Другие пассивные технические способы управления электрической дугой могут включать в себя структурные упрочнения, чтобы лучше противостоять побочным продуктам из электрической дуги. Ни один из указанных выше пассивных технических способов не ограничивает продолжительность явления образования дуги.

[0006] Кроме того, некоторые пассивные устройства управления внутренней электрической дугой, такие как, например, устойчивое к электрической дуге коммутационное устройство и т.п., используют вентиляционные трубопроводы и/или трубы, чтобы удалять побочные продукты электрической дуги. Однако, горячие газы, испаряющиеся металлы/полимеры и другие побочные продукты остаются достаточно горячими даже после выхода из труб или трубопроводов, чтобы сохранять электропроводящие, потенциально опасные другие компоненты. Необходимо понести дополнительные затраты на компоненты и работу по сборке, чтобы решить эти проблемы.

[0007] Таким образом, существует потребность в улучшенном способе контролирования и ограничения повреждения, вызванного электрической дугой в электрическом распределительном оборудовании и, в частности повреждение, вызванное чрезвычайно горячими побочными продуктами, происходящими из таких электрических дуг.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к способам и системам регулирования и ограничения повреждения, вызванного электрическими дугами в электрическом распределительном оборудовании. Способы и системы предусматривают узел охлаждения, который использует фильтр или другую пористую основу для поглощения энергии от крайне горячих газов, испаряющихся металлов/полимеров, и других вредных побочных продуктов, возникающих из электрической дуги. Узел охлаждения на основе фильтра может быть установлен снаружи, внутри, и иным способом использован с любым пассивным устройством управления электрической дугой, имеющим дуговую камеру с таким размером и формой, чтобы управлять и гасить дуговые разряды и имеющим вентиляционные окна для выталкивания побочных продуктов электрической дуги. Эти устройства управления электрической дугой, могут включать в себя, например, технологии ArcBlok™ от Schneider Electric USA, Inc., и аналогичные технологии, как описано более подробно в соответствующих заявках, приведенных выше. Устройства управления электрической дугой могут выбрасывать или удалять отфильтрованные и охлажденные побочные продукты электрической дуги в зону вентиляции внутри кожуха, такого как, окружающий шкаф распределительного оборудования. Узел охлаждения на основе фильтра может быть установлен на месте труб вентиляции "замкнутой системы", используемых с устройствами управления электрической дугой, будь они расположены на задней панели устройства управления электрической дугой, на вентиляционном окне конца шины устройства управления электрической дугой, или тому подобное. Побочные продукты электрической дуги могут быть отфильтрованы посредством узла охлаждения на основе фильтра, чтобы охладить их до температуры, при которой они больше не являются электропроводящими и больше не смогут повторно воспламениться (например, 2,000°F) после чего они выпускаются из устройства управления электрической дугой.

[0009] В некоторых реализациях, узел охлаждения на основе фильтра может использовать фильтр сотовидного типа, имеющий достаточно высокое соотношение площади поверхности к поперечному сечению, чтобы быстро охладить побочные продукты электрической дуги до температуры, при которой они больше не являются электропроводящим и больше не могут повторно воспламениться. Фильтр сотовидного типа может быть сотовидным фильтром из нержавеющей стали или сотовидным фильтром с арамидным волокном, такими, как те, доступные от Plascore, Inc. Зеландия, Мичиган. Два или несколько фильтров сотовидного типа могут затем быть уложены в стопку поверх друг друга с перекрытием или в шахматном порядке, чтобы увеличить количество каналов, через которые побочные продукты электрической дуги должны пройти внутри каждого фильтра. Это перекрытие или чередование приводит к последовательному увеличению скорости, с которой энергия поглощается из побочных продуктов электрической дуги, когда они проходят через фильтры. Для размещения или иным способом удержания перекрытия сотовидных фильтров в узле охлаждения могут быть использованы корпус или оболочка. Узел охлаждения на основе фильтра может быть затем установлен в линии, на конце, или в качестве замены для любых вентиляционных труб в устройстве управления электрической дугой, чтобы поглощать энергию из побочных продуктов электрической дуги, когда они удаляются из устройства управления электрической дугой.

[0010] В некоторых реализациях, узел охлаждения на основе фильтра может использовать фильтр сеточного или экранного типа, имеющий достаточно низкую пористость, чтобы в очень короткий промежуток времени охладить побочные продукты электрической дуги до температуры, при которой они больше не являются электропроводящими и больше не могут повторно воспламениться. Фильтр экранного типа может быть мультиэкранным фильтром, содержащим последовательно уложенные более тонкие слои металлических экранов, подобным фильтрам, используемым в качестве фильтров твердых частиц для выключателя сети от Schneider Electric USA, Inc. Было обнаружено, что такие фильтры экраннного типа могут поглощать значительное количество энергии при использовании в целях охлаждения. Как и с фильтром сотовидного типа, узел охлаждения на основе фильтра экранного типа может быть установлен с устройством управления электрической дугой, чтобы поглощать энергию из побочных продуктов электрической дуги, когда они удаляются из пассивного устройства управления электрической дугой.

[0011] В обычной работе, когда электрическая дуга возникает в устойчивом к электрической дуге электрическом распределительном оборудовании, побочные продукты электрической дуги удаляются через узел охлаждения на основе фильтра устройства управления электрической дугой. Узел охлаждения на основе фильтра быстро поглощает энергию из побочных продуктов, чтобы уменьшить их температуру приблизительно от 5,000°F или выше до температуры, при которой они больше не являются электропроводящими и больше не могут повторно воспламениться.

[0012] В некоторых случаях, конкретный тип фильтра, использующийся с узлом охлаждения на основе фильтра, может чрезмерно ограничивать или блокировать нормальный конвективный воздушный поток в электрическом распределительном оборудовании, как может быть в случае с мультиэкранным фильтром. В таких случаях, чтобы способствовать конвективному потоку воздуха, в узле охлаждения могут быть предусмотрены обратные клапаны или т.п. Обратные клапаны остаются открытыми во время обычного конвективного воздушного потока, но немедленно запирают нормальный воздушный поток, когда есть внезапное увеличение давления в устройстве управления электрической дугой, какое может произойти в результате дугового разряда.

[0013] Обычно, в одном аспекте, раскрытые варианты осуществления относятся к устойчивому к электрической дуге электрическому распределительному оборудованию. Устойчивое к электрической дуге электрическое распределительное оборудование содержит, среди прочего, пассивное устройство управления электрической дугой, установленное на электрическом распределительном оборудовании, вентиляционное окно, сформированное в устройстве управления электрической дугой и имеющее размер и форму, чтобы выбрасывать побочные продукты электрической дуги, возникающие из электрических дуг, которые возникают в электрическом распределительном оборудовании и корпус фильтра, расположенный на устройстве управления электрической дугой, причем корпус фильтра имеет охлаждающий фильтр, расположенный в нем, при этом охлаждающий фильтр устанавливается, чтобы принимать побочные продукты электрической дуги, которые выбрасываются из вентиляционного окна. Охлаждающий фильтр имеет достаточно высокую способность поглощения тепла, чтобы охлаждать побочные продукты электрической дуги до температуры, при которой побочные продукты электрической дуги больше не смогут повторно воспламениться.

[0014] Обычно, в другом аспекте, раскрытые варианты осуществления относятся к способу ограничения повреждения от дуговых разрядов в электрическом распределительном оборудовании. Способ содержит, среди прочего, прием электрической дуги в камеру устройства управления электрической дугой, канализирование побочных продуктов электрической дуги, возникающих из электрической дуги к вентиляционному окну в устройстве управления электрической дугой, фильтрацию побочных продуктов электрической дуги до температуры, при которой побочные продукты электрической дуги не смогут больше повторно воспламениться, и выпуск отфильтрованных побочных продуктов электрической дуги из устройства управления электрической дугой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] Вышеизложенные и другие преимущества раскрытых вариантов осуществления станут очевидными при чтении следующего подробного описания со ссылками на чертежи, на которых:

[0016] Фиг. 1 показывает шкаф оборудования и выключатель сети, имеющий устройство управления электрической дугой с узлом охлаждения, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе;

[0017] Фиг. 2 представляет собой выключатель сети и устройство управления электрической дугой с примерным узлом охлаждения, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе;

[0018] Фиг. 3 представляет собой еще один выключатель сети и устройство управления электрической дугой с примерными узлами охлаждения, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе;

[0019] Фиг. 4 представляет собой устройство управления электрической дугой с примерными узлами охлаждения, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе;

[0020] Фиг. 5 представляет собой примерный узел охлаждения, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе;

[0021] Фиг. 6A-6C показывают примерный фильтр для узла охлаждения, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе;

[0022] Фиг. 7A-7В показывают альтернативный примерный узел охлаждения с обратным клапаном, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе;

[0023] Фиг. 8 представляет собой выключатель сети и устройство управления электрической дугой с альтернативным размещением узла охлаждения, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе;

[0024] Фиг. 9 представляет собой еще один выключатель сети и устройство управления электрической дугой с альтернативным размещением узла охлаждения, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе;

[0025] Фиг. 10 представляет собой еще один выключатель сети и устройство управления электрической дугой с альтернативным размещением узла охлаждения, согласно одному или нескольким вариантам осуществления; и

[0026] Фиг. 11 представляет собой алгоритм примерного способа охлаждения побочных продуктов электрической дуги до температуры, ниже температуры, способствующей повторному воспламенению, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ РАСКРЫТЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0027] Первым делом, следует иметь в виду, что разработка современного, действительного коммерческого применения, включающего в себя аспекты раскрытых вариантов осуществления потребует много конкретных решений для реализации, чтобы достичь конечной цели разработчика для коммерческого варианта осуществления. Такие конкретные решения для реализации могут включать в себя, и, вероятно, не ограничиваться, соответствие, связанное с системой, связанное с бизнесом, связанное с правительством, и другими соответствиями, которые могут меняться из-за конкретной реализации, места и от случая к случаю. Несмотря на то, что усилия разработчика могут быть сложными и кропотливыми в широком понимании, такие усилия, тем не менее, могли бы стать рутинным делом для специалистов в данной области техники, имеющих выгоду от этого раскрытия.

[0028] Следует также понимать, что варианты осуществления, раскрытые и изученные в данном документе, допускают многочисленные и разнообразные модификации и альтернативные формы. Таким образом, использование отдельных терминов, такие как, но не ограничиваясь, упоминание предмета в единственном числе и т.п., не следует рассматривать как ограничение числа предметов. Аналогично, любые относительные термины, такие как, но не ограничиваясь, "сверху", "снизу", "влево", "вправо", "верхний", "нижний", "вниз", "вверх", "в сторону", и тому подобные, используемые в описании приводятся для ясности в конкретной ссылке на чертежи и не предназначены для ограничения объема изобретения.

[0029] Обращаясь теперь к фиг. 1, показан частичный вид внутренней части примерного шкафа 100 для электрического распределительного оборудования, такой как выдвижные выключатели сети. Шкаф 100 разработан для размещения множества выдвижных выключателей сети, один из которых указан в 104. Такой шкаф 100 может быть, например, центром управления двигателем (MCC), шкафом, центральным шкафом нагрузки, шкафом коммутационного оборудования, такого, как Power-Zone 5® устойчивое к электрической дуге низковольтное коммутационное устройство от Schneider Electric USA, Inc., и т.п., которые могут обеспечить защиту от вспышки электрической дуги.

[0030] Выдвижной выключатель 104 сети специально разработан, чтобы находиться в присоединенном или отсоединенном от шкафа 100 положении для технического обслуживания и других целей. В настоящее время известны такие выдвижные выключатели 104 сети, готовые быть оснащенными пассивным устройством 106 управления электрической дугой, чтобы помочь контролировать и ограничивать повреждение, вызванное электрической дугой. Примеры пассивных устройств управления электрической дугой, которые могут быть использованы с выдвижными выключателями 104 включают в себя семейство ArcBlok™ устройств управления электрической дугой от Schneider Electric USA, Inc., как упоминалось выше. Для выдвижного выключателя сети, устройство 106 управления электрической дугой может иметь дуговую камеру, образованную: задней частью выключателя, блочными бордюрами, простирающимися от задней части выключателя, и этими двумя частями, соединенными в межфазных изоляционных барьерах, простирающихся от задней формы и самой задней формой, как описано в заявке США № 13/452,145 (Реестр № CRC-0266), указанной выше. Устройство 106 управления электрической дугой снабжено вентиляционными трубами или трубопроводами 108 и 110, выступающими из верхней и нижней части устройства, соответственно, чтобы выбросить или удалить побочные продукты электрической дуги в охлаждающие фильтры, как описано здесь. Охлаждающие фильтры могут затем выпустить побочные продукты электрической дуги в зону 112 вентиляции внутренней части шкафа коммутационного устройства.

[0031] В соответствии с раскрытыми вариантами осуществления, один или несколько узлов охлаждения побочных продуктов электрической дуги, также называемые фильтрами охлаждения, могут быть установлены снаружи, внутри или иным образом использованы с устройством 106 управления электрической дугой и его трубопроводами, чтобы охлаждать побочные продукты электрической дуги, прежде чем они будут выпущены в зону вентиляции внутри шкафа 112. Узлы охлаждения используют фильтр или другую пористую основу, чтобы поглотить энергию из горячих газов, испаряющихся металлов/полимеров и других вредных побочных продуктов возникающих из электрической дуги. Узлы охлаждения на основе фильтра могут быть использованы для охлаждения побочных продуктов электрической дуги от их типичной температуры (например, 5,000°F) до температуры, при которой они больше не являются электропроводящими и больше не могут повторно воспламениться (например, 2,000°F) после чего они выводятся во внутреннюю часть шкафа 112.

[0032] Фиг. 2 показывает пример выдвижного выключателя 200 сети оборудованного устройством управления электрической дугой, имеющего узел охлаждения, описываемый в этом документе. Выдвижной выключатель 200 сети, показанный здесь без выдвижных шасси, имеет кожух 202, в котором могут быть размещены отдельные полюса выключателя сети для трехфазной мощности (явно не показаны). Выключатель 200 соединяется, как описано в заявке США № 13/452,145, через свой узел групповых экранов 207 с межфазовыми изоляционными барьерами на задней форме 211 шинного узла, тем самым формируя устройство 204 управления электрической дугой. Устройство 204 управления электрической дугой имеет верхнюю крышку 206, на которой закреплены несколько монтажных фланцев 210а, 210b и 210с, а также нижнюю крышку 208, на которой закреплены несколько обратных клапанов 212а, 212b, и 212с (здесь виден только один обратный клапан 212а). Монтажные фланцы 210а-с расположены над вентиляционными отверстиями или окнами (здесь не видно) в верхней крышке 206, по одному фланцу на каждое вентиляционное окно, в то время как обратные клапаны 212а-с расположены над вентиляционными отверстиями или окнами в нижней крышке 208, по одному клапану на каждое вентиляционное окно и по одному окну вентиляции на каждую проводящую фазу. Эти обратные клапаны 212а-с работают, оставаясь открытыми, чтобы обеспечить конвективный поток воздуха над каждой фазой проводника шины (не показаны) в обычной работе, но тут же закрываются в присутствии высокого давления дугового разряда и, заставляя побочные продукты электрической дуги выходить через вентиляционные отверстия или окна на верхней крышке 206.

[0033] Вентиляционные отверстия или окна на верхней крышке 206 ведут в трубчатые удлинители 214а, 214b, и 214C, простирающиеся вертикально от монтажных фланцев 210а-с к общей трубе вентиляции или трубопроводу 216, проложенному перпендикулярно к ним. Общая вентиляционная труба 216, трубчатые удлинители 214а-с, и монтажные фланцы 210а-с обеспечивают перемещение побочных продуктов электрической дуги из устройства 204 управления электрической дугой во внутреннюю часть шкафа 112 (фиг. 1) и могут быть сформированы как единая часть или как отдельные компоненты, в зависимости от варианта осуществления. Узел 218 охлаждения на основе фильтра, как будет описано далее в этом документе, может быть установлен на конце общей вентиляционной трубы 216 для охлаждения побочных продуктов электрической дуги, когда они поступают в зону 112 вентиляции внутренней части шкафа.

[0034] В обычной работе, когда электрическая дуга возникает в одном из выдвижных выключателей 200 сети, внутри устройства 204 управления электрической дугой создается огромное давление. Интенсивное давление побуждает обратные клапаны 212а-с, которые обычно открыты для конвективного потока воздуха, немедленно закрыться. Это заставляет побочные продукты дуги, произведенные электрической дугой выплеснуться через вентиляционные отверстия или окна в верхней крышке 206, в общую вентиляционную трубу 216, через узел 218 охлаждения на основе фильтра, и выйти в зону 112 вентиляции шкафа. Так как побочные продукты электрической дуги проходят через узел 218 охлаждения на основе фильтра, энергия быстро поглощается из побочных продуктов электрической дуги, чтобы снизить их температуру примерно от 5,000°F или выше до более низкой температуры, при которой они больше не являются электропроводящими и больше не могут повторно воспламениться (например, 2,000°F). Охлажденные и неэлектропроводящие побочные продукты электрической дуги выпускаются затем во внутреннюю часть шкафа и выводятся из шкафа, если потребуется.

[0035] Следует отметить, что вентиляционную трубу 216 и узел 218 охлаждения на основе фильтра не обязательно нужно высовывать из верхней части устройства 204 управления электрической дугой, а можно, например, в некоторых вариантах осуществления поменять местоположения с обратными клапанами 212а-с так, что вентиляционная труба 216 выступает из нижней части устройства 204 управления электрической дугой.

[0036] Как показано на фиг. 3, узел охлаждения на основе фильтра также может быть развернут непосредственно на устройстве управления электрической дугой, а не в конце вентиляционной трубы. Выдвижной выключатель 300 сети, согласно этому варианту осуществления может быть похож на выдвижной выключатель 200 сети предыдущего варианта осуществления, и иметь устройство 304 управления электрической дугой, сформированное на его задней части. Как и в предыдущем варианте осуществления, выключатель 300 сети соединяется через свой узел блочных щитков 307 с межфазовыми изоляционными барьерами на задней форме 311 шинного узла, чтобы сформировать устройство 304 управления электрической дугой. Устройство 304 управления электрической дугой может иметь нижнюю крышку 308, на которой несколько обратных клапанов 312а, 312b, и 312с (только один обратный клапан 312а видно здесь) установлены над вентиляционными отверстиями или окнами в нижней крышке 308, по одному клапану на каждое вентиляционное окно и по одному вентиляционному окну на каждую проводящую фазу. Однако, вместо вентиляционной трубы 216, устройство 304 управления электрической дугой в этом варианте осуществления имеет несколько узлов 318а, 318b и 318c охлаждения на основе фильтров, установленных на устройстве 304 управления электрической дугой. Эти узлы 318а-с охлаждения на основе фильтра могут быть прикреплены, например, непосредственно на верхней крышке 306 над вентиляционными отверстиями или окнами, находящимися в ней. Узлы 318а-с охлаждения на основе фильтра, могут быть использованы для охлаждения побочных продуктов электрической дуги из устройства 304 управления электрической дугой, прежде чем они будут выпущены во внутреннюю часть шкафа (см. фиг. 1).

[0037] Внутренний вид части устройства управления электрической дугой показан на фиг. 4 в 400. Нужно отметить, что только половина устройства 400 управления дугой показана на фиг. 4, другая половина, прикреплена к задней части выдвижного выключателя сети. Эта половина устройства 400 управления электрической дугой, показанная на фиг. 4 может включать в себя почти идентичные параллельные и равноудаленные межфазовые изоляционные барьеры 402. Эти межфазовые изоляционные барьеры, иногда называемые фазовыми бордюрами 402, вместе с верхней крышкой 406 и нижней крышкой 408, разделяют внутреннюю часть половины задней формы устройства 400 управления электрической дугой на три отдельные камеры 404а, 404b, 404с гашения электрической дуги, которые помогают захватывать и удалять побочные продукты электрической дуги, возникающие в каком-либо одном фазовом проводнике. Узлы 418A, 418b, и 418c охлаждения на основе фильтра могут быть установлены на верхней крышке 406 непосредственно над камерами 404а-с гашения электрической дуги, по одному узлу охлаждения на каждую камеру. Аналогичным образом, обратные клапаны 412а, 412b, 412c и (или аналогичные клапаны) могут быть установлены на нижней крышке 408 непосредственно под камерами 404а-с гашения электрической дуги. Вентиляционные окна располагаются в верхней и нижней крышках 406 и 408 под и над узлами 418a-c охлаждения с фильтрами, а обратные клапаны 412а-с, соответственно, обеспечивают возможность окружающему воздушному потоку проходить через камеры 404а-с гашения электрической дуги. Здесь видны только вентиляционные отверстия 405а, 405b, и 405c в нижней крышке 408.

[0038] Фиг. 5 показывает примерную реализацию узла 500 охлаждения на основе фильтра в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе. Следует, конечно, понимать, что могут быть использованы другие конструкции, кроме показанных здесь, без отступления от объема раскрытых вариантов осуществления. На фиг. 5 узел 500 охлаждения имеет, обычно, цилиндрический корпус 502 на верхней части, как правило, прямоугольного монтажного фланца 504 и имеет, обычно, круглое отверстия 506. Узел 500 охлаждения также включает в себя уплотнительное кольцо 508, охлаждающий фильтр 510 или другую пористую основу, опорное кольцо 512 и раму 514. Когда эти различные компоненты собираются внутри корпуса 502, опорное кольцо 512 сидит на раме 514, в то время как охлаждающий фильтр 510 сидит внутри опорного кольца 512 (т.е. в пределах внутреннего диаметра опорного кольца), а уплотнительное кольцо 508 лежит на верхней части опорного кольца 512. Уплотнительное кольцо 508 имеет внутренний диаметр, который меньше, чем внешний диаметр охлаждающего фильтра 510, что позволяет прикрепить фильтр 510 к опорному кольцу 512. Аналогично, круглое отверстие 506 имеет диаметр, который меньше, чем внешний диаметр уплотнительного кольца 508, что позволяет прикрепить уплотнительное кольцо 508, и, следовательно, охлаждающий фильтр 510 внутри корпуса 502. Корпус 502 может быть прикреплен, или иным способом присоединен к устройству управления электрической дугой (например, на его верхней крышке) над вентиляционным окном 518, находящимся в нем, с помощью монтажного фланца 504.

[0039] Любой подходящий фильтр или другая пористая основа, имеющая достаточно высокую способность теплового поглощения может быть использован для охлаждающего фильтра 510. Основным требованием является то, что охлаждающий фильтр 510 способен охладить побочные продукты электрической дуги от типичной температуры дугового разряда (например, 5,000°F) до температуры, при которой они больше не являются электропроводящими и больше не могут воспламениться (например, 2,000°F) в течение очень короткого периода времени (например, несколько миллисекунд). Примеры подходящих охлаждающих фильтров 510 могут включать в себя фильтр сеточного или экранного типа, имеющий достаточно низкую пористость, чтобы охладить побочные продукты электрической дуги до требуемой температуры (или ниже) в короткий промежуток времени. Охлаждающий фильтр 510 также может быть фильтром сотовидного типа, имеющим достаточно высокое соотношение поверхностной площади к поперечному сечению, чтобы охладить побочные продукты электрической дуги до требуемой температуры или ниже в короткий промежуток времени. Другие типы фильтров, способные к необходимому охлаждению, также могут быть использованы без отступления от объема раскрытых вариантов осуществления.

[0040] Пример фильтра сотовидного типа, используемого в качестве охлаждающего фильтра, показан на фиг. 6A-6C в 600. Как видно в изометрии фиг. 6A, сотовидный фильтр 600 имеет сходство с рядами шестиугольных ячеек 602, соединенных вместе таким образом, что нет никаких пространств или зазоров между ячейками 602. Такой сотовидный фильтр 600 предпочтительно представляет собой сотовидный фильтр из нержавеющей стали или сотовидный фильтр из арамидного волокна, наподобие сотовидных фильтров, предлагаемых от Plascore, Inc., но другой подходящий материал может также быть использован без отступления от объема раскрытых вариантов осуществления. В тоже время термин "сотовидный тип", используемый в данном документе, не предназначен, чтобы этот аспект раскрытых вариантов осуществления был ограничен структурой с шестиугольными стенками. В любом случае, два или более из этих сотовидных фильтров 600a, 600b, и 600с затем могут быть уложены в стопку поверх друг друга перекрывающимся способом или в шахматном порядке, как показано на виде профиля на фиг. 6В, чтобы сформировать охлаждающий фильтр 610, который может использоваться в узлах охлаждения основе фильтра, раскрытых здесь. Укладка с перекрытием или в шахматном порядке сотовидных фильтров 600а-с увеличивает канализирование через сдвинутые слои отверстий в шестиугольных ячейках 602, через которые побочные продукты электрической дуги должны пройти, минуя каждый сотовидный фильтр 600a-с, как показано на виде сверху фиг. 6C. Это приводит к постепенному увеличению относительной энергии, которая поглощается из побочных продуктов электрической дуги, когда они проходят через каждый из сотовидных фильтров 600a-с.

[0041] Фильтры сеточного или экранного типа, с другой стороны, не обязательно должны иметь сдвинутые отверстия, как в сотовидных фильтрах 600a-с. Эти фильтры экранного типа могут всего лишь иметь постепенно уменьшающиеся отверстия. Фильтры экранного типа основаны на чрезвычайно низкой пористости, что приводит к большой общей площади поверхности, чтобы охлаждать побочные продукты электрической дуги до требуемой температуры или ниже. Фильтры экранного типа могут быть мультиэкранным фильтром, состоящим из последовательно уложенных более тонких слоев металлических экранов, которые похожи на фильтры, используемые как фильтры твердых частиц для выключателя сети от Schneider Electric USA, Inc. Такие фильтры (экранного типа) для выключателя сети были предметом наблюдения для поглощения значительного количества энергии, когда использовались в целях охлаждения.

[0042] Примерная реализация узла 700 охлаждения на основе фильтра, которая использует фильтр экранного типа, описанный выше, показана на фиг. 7A-7В в соответствии с вариантами осуществления раскрытыми в данном документе. Другие конструкции, кроме примерной, показанной здесь, конечно, могут быть использованы без отступления от объема раскрытых вариантов осуществления. Поскольку фильтр охлаждения экранного типа имеет чрезвычайно низкую пористость, он может задерживать или предотвращать конвективный поток воздуха при нормальных рабочих условиях, если реализован таким же образом, как и фильтры сотовидного типа. Таким образом, узел 700 охлаждения на основе фильтра, предпочтительно, реализуется как тип клапана, который допускает конвективный поток воздуха при нормальных условиях эксплуатации, но перепускает весь поток через охлаждающий фильтр экранного типа, когда происходит появление электрической дуги. Пример такого "перепускного клапана" изображен на фиг. 7A.

[0043] Как можно видеть на фиг. 7A, узел 700 охлаждения на основе фильтра аналогичен узлу 500 охлаждения на основе фильтра из фиг. 5 за исключением того, что он был создан как перепускной клапан. Имеется, как правило, цилиндрический корпус 702 на верхней части, как правило, прямоугольного монтажного фланца 704 и имеющий, как правило, круглое отверстие 706, а также уплотнительное кольцо 710, опорное кольцо 714 и раму 716. В отличие от узла 500 охлаждения на основе фильтра, узел 700 охлаждения на основе фильтра использует фильтр экранного типа с последовательно уложенными экранами в качестве охлаждающего фильтра 712. Когда различные компоненты собираются внутри корпуса 702, охлаждающий фильтр 712 экранного типа помещается внутрь опорного кольца 714 в пределах его внутреннего диаметра, а уплотнительное кольцо 710 лежит на верхней части опорного кольца 714. Уплотнительное кольцо 710 имеет внутренний диаметр, который больше, чем внешний диаметр охлаждающего фильтра 712 экранного типа, что помогает зафиксировать охлаждающий фильтр 712 на опорном кольце 714. Аналогично, отверстие 706 имеет диаметр, который меньше, чем внешний диаметр уплотнительного кольца 710, что помогает зафиксировать уплотнительное кольцо 710, и, таким образом фильтр 712 охлаждения на опорном кольце 714. Опорное кольцо 714 в свою очередь сидит на раме 716. Пружина или другой смещающий механизм 708 предусмотрена в корпусе 702 между уплотнительным кольцом 710 и отверстием 706, чтобы смещать или иным образом принуждать уплотнительное кольцо 710, и, следовательно, фильтр 712 охлаждения находиться вдали от отверстия 706, чтобы обеспечивать конвективный поток воздуха вокруг уплотнительного кольца 710 и охлаждающего фильтра 712. Корпус 702 может быть прикреплен или иным способом зафиксирован к устройству управления электрической дугой (например, на его верхней крышке) над вентиляционным окном 720, находящимся в нем, посредством монтажного фланца 704.

[0044] Работа вышеупомянутого перепускного клапана изображена на фиг. 7В. При нормальных рабочих условиях, конвективный воздух может циркулировать и течь вокруг уплотнительного кольца 710, охлаждающего фильтра 712 и из отверстия 706. При возникновении дуги интенсивное давление, создаваемое электрической дугой толкает опорное кольцо 714, охлаждающий фильтр 712 и уплотнительное кольцо 710 вплотную к корпусу 702, как показано стрелками с надписью "P", таким образом, блокируя дальнейший конвективный поток воздуха. Весь последующий поток, в том числе поток побочных продуктов электрической дуги, проталкивается через фильтр 712 охлаждения, как показано стрелками с надписью "В", что приводит к охлаждению побочных продуктов электрической дуги охлаждающим фильтром 712.

[0045] Следует отметить, что использование перепускного клапана не требуется для охлаждающего фильтра 510 сотовидного типа, упомянутого со ссылкой на фиг. 5. Охлаждающий фильтр 510 сотовидного типа не имеет такой же низкой пористости как охлаждающий фильтр 712 экранного типа и, следовательно, не препятствует или не ограничивает конвективный поток воздуха в той же степени, как фильтр 712 охлаждения экранного типа. По этой причине, охлаждающий фильтр сотовидного типа также не требует использования обратных клапанов, упомянутых со ссылкой на фиг. 2 и 3. Охлаждающий фильтр 510 сотовидного типа может, таким образом, быть встроен в устройство управления электрической дугой без необходимости в каких-либо клапанах, что может значительно улучшить эксплуатационную надежность (т.е. меньше движущихся частей) устройства управления электрической дугой, в сравнении с устройством управления электрической дугой, объединенным с перепускным клапаном охлаждающего фильтра 712 экранного типа.

[0046] Применение охлаждающего фильтра экранного типа показано на фиг. 8-10, где показаны примеры выдвижных выключателей сети, оснащенных устройствами управления электрической дугой, которые используют узлы охлаждения на основе фильтра, раскрытые в данном документе.

[0047] Обратимся сначала к фиг. 8, показанный выдвижной выключатель 800 сети, имеет кожух 802, установленный на выдвижном шасси 806. Кожух 802 имеет ряд отдельных полюсов выключателя сети (прямо не показано), размещенных в нем и устройство 804 управления электрической дугой, прикрепленное к нему. Устройство 804 управления дугой имеет несколько, обращенных к задней стороне L-образных вентиляционных труб 812a, 812b и 812c, выступающих из его верхней части, по одной вентиляционной трубе для каждого полюса выключателя сети и фазы проводящей шины. Каждая вентиляционная труба 812а-с имеет узел 814a, 814b и 814c охлаждения на основе фильтра, установленный на ее конце для охлаждения побочных продуктов электрической дуги, выходящих из вентиляционных труб. Когда эти узлы 814a-с охлаждения используют охлаждающий фильтр экранного типа, затронутый выше, они реализуются как перепускные клапаны в этих вариантах осуществления.

[0048] Фиг. 9 показывает пример узла охлаждения на основе фильтра, установленного непосредственно над задней формой 901 устройства 904 управления электрической дугой, а не на конце вентиляционных труб. Здесь, вместо вентиляционных труб, узлы 914а, 914b и 914c охлаждения на основе фильтра смонтированы непосредственно на верхней части устройства 904 управления электрической дугой для каждой фазы проводника. Опять же, когда эти узлы 914а-с охлаждения используют охлаждающий фильтр экранного типа, который может препятствовать конвективному потоку воздуха, они реализуются как перепускные клапаны, которые в противном случае допускают конвективный поток воздуха при нормальной работе.

[0049] Фиг. 10 показывает пример, где охлаждающий фильтр экранного типа, рассматриваемый здесь, предусматривается в задних вентиляционных окнах внутри задней формы 1001 устройства 1004 управления электрической дугой. В этих вариантах осуществления, в дополнение к наружным вентиляционным окнам под обратными клапанами 1014a-с, в верхней части устройства 1004 управления электрической дугой, устройство 1004 управления электрической дугой также имеет задние вентиляционные окна 1010а, 1010b и 1010c в задней форме 1001 устройства. Задние вентиляционные окна 1010а-с, располагаются в задней форме 1001, так, что имеется по одному заднему вентиляционному окну для выталкивания или удаления побочных продуктов электрической дуги от каждой фазы проводника. Охлаждающие фильтры 1012а, 1012b и 1012с экранного типа может быть установлены внутри каждого заднего вентиляционного окна 1010а-с для охлаждения побочных продуктов электрической дуги, когда они выходят из задних вентиляционных окон. И из-за того, что эти охлаждающие фильтры 1012а-с экранного типа могут препятствовать конвективному потоку воздуха, были предусмотрены обычные обратные клапаны 1014a, 1014b, и 1014c, чтобы обеспечивать конвективный поток воздуха через устройство 1004 управления электрической дугой во время нормальной работы, и вытолкнуть побочный продукт высокого давления через охлаждающие фильтры 1012а-с, когда есть дуговой разряд.

[0050] Основываясь на вышеизложенном описании, можно видеть, что варианты осуществления охлаждения побочного продукта электрической дуги, раскрытые в данном документе, могут быть реализованы в устройстве управления электрической дугой несколькими способами. Фиг. 11 предлагает обычную методику в виде алгоритма 1100, которая может использоваться в любой реализации устройства управления электрической дугой для охлаждения побочных продуктов электрической дуги в соответствии с раскрытыми вариантами осуществления.

[0051] Как показывает алгоритм 1100, охлаждение побочных продуктов электрической дуги начинается с приема или захвата побочных продуктов электрической дуги в устройство управления электрической дугой в блоке 1102. В блоке 1104, побочные продукты электрической дуги канализируются к вентиляционным окнам в устройстве управления электрической дугой. Эти вентиляционные окна могут быть расположены на верхней части устройства управления электрической дугой, на его дне и/или в его задней форме, и могут использовать один или несколько фильтров охлаждения, как описано в данном документе, чтобы охладить побочные продукты электрической дуги, когда они выходят из вентиляционных окон. В блоке 1106, фильтры охлаждения, раскрытые в данном документе, поглощают энергию из побочных продуктов электрической дуги, чтобы охладить их до температуры ниже той, при которой они больше не являются электропроводящими и больше не могут воспламениться. Отфильтрованные таким образом побочные продукты электрической дуги затем выпускаются или иным способом удаляются из устройства управления электрической дугой во внутреннюю часть шкафа (см. фиг. 1) в блоке 1108.

[0052] В то время как конкретные аспекты, реализации и применения настоящего раскрытия были проиллюстрированы и описаны, должно быть понятно, что настоящее раскрытие не ограничивается точной конструкцией и составными частями, раскрытыми в этом документе, и что различные модификации, изменения и вариации могут быть видны из предыдущего описания, без отступления от сущности и объема раскрытых вариантов осуществления, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к электрическому распределительному оборудованию. Для регулирования и ограничения вреда, вызванного электрическими дугами в электрическом распределительном оборудовании, предусматривают узел охлаждения, который использует фильтр или другую пористую основу, чтобы поглотить энергию из побочных продуктов электрической дуги. Узел охлаждения на основе фильтра может быть использован с пассивным устройством управления электрической дугой, имеющим камеру с заданными размером и формой, чтобы управлять и/или гасить электрические дуги, и вентиляционные окна для выбрасывания побочных продуктов электрической дуги в охлаждающий узел фильтра. Охлаждающий фильтр имеет достаточно высокую способность поглощения тепла, чтобы охладить побочные продукты электрической дуги до безопасной температуры, и удалять их вовнутрь шкафа оборудования. Техническим результатом является улучшение способа контролирования и ограничения повреждений от электрической дуги. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Электрическое распределительное оборудование, устойчивое к электрической дуге, содержащее:

пассивное устройство управления электрической дугой, установленное на электрическом распределительном оборудовании;

вентиляционное окно, сформированное в устройстве управления электрической дугой и имеющее размер и форму, чтобы выбрасывать побочные продукты электрической дуги, возникающие из электрических дуг, которые происходят в электрическом распределительном оборудовании; и

корпус фильтра, расположенный на устройстве управления электрической дугой, причем корпус фильтра, имеет охлаждающий фильтр, расположенный в нем, при этом охлаждающий фильтр устанавливается, чтобы принять побочные продукты электрической дуги, выброшенные из вентиляционного окна;

при этом охлаждающий фильтр имеет достаточно высокую способность поглощения тепла, чтобы охладить побочные продукты электрической дуги до температуры, при которой побочные продукты электрической дуги больше не смогут повторно воспламениться.

2. Электрическое распределительное оборудование по п. 1, в котором корпус фильтра представляет собой перепускной клапан, изготовленный чтобы оставаться открытым для конвективного воздушного потока во время нормальной работы, и прерывать конвективный воздушный поток, когда происходит внезапное повышение давления в устройстве управления электрической дугой.

3. Электрическое распределительное оборудование по п. 1, в котором охлаждающий фильтр включает в себя фильтр сотовидного типа.

4. Электрическое распределительное оборудование по п. 1, в котором охлаждающий фильтр включает в себя множество фильтров сотовидного типа, уложенных послойно поверх друг друга в шахматном порядке.

5. Электрическое распределительное оборудование, устойчивое к электрической дуге по п. 1, в котором охлаждающий фильтр включает в себя фильтр экранного типа, имеющий множество слоев последовательно уложенных более тонких экранов.

6. Электрическое распределительное оборудование, устойчивое к электрической дуге по п. 1, в котором охлаждающий фильтр состоит в основном из одного из следующих материалов: нержавеющая сталь и арамидное волокно.

7. Электрическое распределительное оборудование, устойчивое к электрической дуге по п. 1, в котором устройство управления электрической дугой включает в себя вентиляционный трубопровод и корпус фильтра, установленный на вентиляционном трубопроводе устройства управления электрической дугой.

8. Электрическое распределительное оборудование по п. 1, в котором устройство управления электрической дугой включает в себя заднюю форму для узла шины проводника и корпус фильтра, установленный в задней форме устройства управления электрической дугой.

9. Способ ограничения вреда от дуговых разрядов в электрическом распределительном оборудовании, содержащий:

прием электрической дуги в камеру устройства управления электрической дугой;

канализирование побочных продуктов электрической дуги, возникающих из электрической дуги к вентиляционному окну в устройстве управления электрической дугой;

фильтрацию побочных продуктов электрической дуги до температуры, при которой побочные продукты электрической дуги больше не смогут повторно воспламениться; и

выпуск отфильтрованных побочных продуктов электрической дуги из устройства управления электрической дугой.

10. Способ по п. 10, в котором отфильтрованные побочные продукты электрической дуги выпускаются в шкаф электрического распределительного оборудования.

11. Способ по п. 10, в котором фильтрация выполняется с использованием фильтра сотовидного типа.

12. Способ по п. 10, в котором фильтрация выполняется с помощью множества фильтров сотовидного типа, уложенных послойно поверх друг друга в шахматном порядке.

13. Способ по п. 10, в котором фильтрация выполняется с помощью фильтра экранного типа, имеющего множество слоев последовательно уложенных более тонких экранов.

14. Способ по п. 10, в котором фильтрация происходит, когда побочные продукты электрической дуги выходят из вентиляционного трубопровода, соединенного с устройством управления электрической дугой.

15. Способ по п. 10, в котором фильтрация происходит, когда побочные продукты электрической дуги выходят из задней формы устройства управления электрической дугой.

16. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап запирания конвективного потока воздуха в устройстве управления электрической дугой, когда происходит внезапное повышение давления в устройстве управления электрической дугой.