用于消弧的系統(tǒng)和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于消弧的系統(tǒng)和裝置。具體而言，提供一種裝置(210、600)。裝置(210、600)包括物理地聯(lián)接于第一主電極(202)的等離子體生成元件(212)。等離子體生成元件(212)至少包括第一開口端部(520)和第二開口端部(522)。各個(gè)開口端部(520、522)限定噴嘴(216)，使得第一開口端部(520)將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第二主電極(204)，且第二開口端部(522)將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第三主電極(206)。
【專利說明】用于消弧的系統(tǒng)和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及一種消弧(arc elimination)系統(tǒng),并且更具體地涉及用于消弧系統(tǒng)中的等離子體槍。
【背景技術(shù)】
[0002]電路和開關(guān)器件具有由介電材料或絕緣間隙(諸如空氣或氣體)間隔開的導(dǎo)體。如果導(dǎo)體或任何其它帶電部分(諸如電極、金屬支承件或連接于導(dǎo)體或電極的組件)之間的絕緣受損或電壓超過絕緣特性，則電弧可出現(xiàn)在此類導(dǎo)體或帶電部分之間。帶電部分之間的絕緣可變?yōu)殡婋x的，這使得絕緣體導(dǎo)電，且允許形成電弧閃光。
[0003]現(xiàn)有的保險(xiǎn)絲和電路斷路器不可單獨(dú)地足夠快地對(duì)電弧閃光反應(yīng)來避免對(duì)人員或裝置的任何破壞。諸如消弧系統(tǒng)的電弧器件用于使電路短路，且因此從意外的電弧閃光轉(zhuǎn)移走電能。然后通過使保險(xiǎn)絲或電路斷路器跳閘來清除由此產(chǎn)生的短路。電弧器件在多種應(yīng)用中使用，除消弧系統(tǒng)之外，包括串聯(lián)電容器保護(hù)、高功率開關(guān)、聲發(fā)生器、沖擊波生成器和脈沖等離子體推進(jìn)器。此類器件可包括由空氣或氣體間隙間隔開的兩個(gè)或多個(gè)主電極。
[0004]一些已知的電弧器件將主電極定位成接近彼此，以由于燒蝕等離子體從等離子體槍傳播至主電極的較短距離而提供燒蝕等離子體(ablative plasma)從等離子體槍至主電極的有效傳播。對(duì)于中電壓功率系統(tǒng)，電弧器件的主電極之間的距離或空隙例如可從建議的150mm的空隙減小至大約50至75毫米(mm)。然而，過度減小電弧器件的主電極之間的空隙可導(dǎo)致系統(tǒng)過電壓狀態(tài)下的不需要的操作。一些現(xiàn)有的電弧器件實(shí)施保護(hù)器件(諸如電涌放電器)，以處理與較短空隙相關(guān)聯(lián)的過電壓難題，且因此實(shí)現(xiàn)了按照所需標(biāo)準(zhǔn)的基本絕緣水平(BIL)。然而，由于較短的空隙，故間隙中的污染物以至空氣的自然阻抗可導(dǎo)致主電極之間的非期望電弧形成，這可導(dǎo)致電弧器件的不需要的操作，且還引起非期望操作，諸如電路斷路器或保險(xiǎn)絲的錯(cuò)誤跳閘。
[0005]因此，一些現(xiàn)有的電弧器件增大了主電極之間的空隙，以避免此類錯(cuò)誤跳閘。然而，這些器件通常由于較長的空隙引起的難題而不太可靠，其中由于主電極定位于離彼此且還離等離子體槍較大的距離，故燒蝕等離子體的傳播不足以到達(dá)全部主電極。
[0006]因此，需要提供一種克服上述局限性中的一些的消弧系統(tǒng)和相關(guān)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種裝置。該裝置包括物理地聯(lián)接于第一主電極的等離子體生成元件。等離子體生成元件至少包括第一開口端部和第二開口端部。各個(gè)開口端部限定噴嘴，使得第一開口端部將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第二主電極，且第二開口端部將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第三主電極。
[0008]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種消弧系統(tǒng)。消弧系統(tǒng)包括多個(gè)主電極，多個(gè)主電極包括第一主電極、第二主電極和第三主電極。消弧系統(tǒng)還包括裝置，該裝置包括物理地聯(lián)接于第一主電極的等離子體生成元件。等離子體生成元件至少包括第一開口端部和第二端口端部，其中各個(gè)開口端部限定噴嘴，使得第一開口端部將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第二主電極，且第二開口端部將燒蝕等離子體弓I導(dǎo)至第三主電極。
[0009]一種裝置，包括:物理地聯(lián)接于第一主電極的等離子體生成元件，等離子體生成元件至少包括第一開口端部和第二開口端部，其中，各個(gè)開口端部限定噴嘴，使得第一開口端部將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第二主電極，且第二開口端部將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第三主電極。
[0010]優(yōu)選地，等離子體生成元件大致設(shè)置在第一主電極內(nèi)。
[0011 ] 優(yōu)選地，等離子體生成元件設(shè)置在第一主電極上。
[0012]優(yōu)選地，等離子體生成元件構(gòu)造成在大約100000至5000000帕斯卡的壓力下生成
燒蝕等離子體。
[0013]優(yōu)選地，第二和第三主電極與第一主電極間隔開大約50至200毫米(mm)的距離。
[0014]優(yōu)選地，第二和第三主電極布置成與第一主電極大致等距。
[0015]優(yōu)選地，該裝置還包括多個(gè)槍電極，多個(gè)槍電極至少包括第一槍電極和第二槍電極，其中，第一槍電極包括第一端部且第二槍電極包括第二端部，使得第一端部和第二端部延伸到等離子體生成元件中，且在其間限定間隙來用于形成電弧。
[0016]優(yōu)選地，等離子體生成元件構(gòu)造成在限定在第一和第二開口端部與第一和第二端部之間的區(qū)中生成燒蝕等離子體。
[0017]優(yōu)選地，區(qū)的容積為大約0.5至5立方厘米。
[0018]優(yōu)選地，第一與第二端部之間的間隙為大約0.1至2mm。
[0019]優(yōu)選地，第一開口端部或第二開口端部中的至少一者包括大約0.2至5mm的直徑。
[0020]一種消弧系統(tǒng)，包括:多個(gè)主電極，其包括第一主電極、第二主電極和第三主電極；和裝置，其包括:物理地聯(lián)接于第一主電極的等離子體生成元件，等離子體生成元件至少包括第一開口端部和第二開口端部，其中，各個(gè)開口端部限定噴嘴，使得第一開口端部將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第二主電極，且第二開口端部將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第三主電極。
[0021]優(yōu)選地，等離子體生成元件大致設(shè)置在第一主電極內(nèi)。
[0022]優(yōu)選地，等離子體生成元件設(shè)置在第一主電極上。
[0023]優(yōu)選地，消弧系統(tǒng)還包括殼體，其中，多個(gè)主電極和裝置設(shè)置在殼體中。
[0024]優(yōu)選地，消弧系統(tǒng)還包括觸發(fā)電路，觸發(fā)電路構(gòu)造成生成電脈沖來用于觸發(fā)等離子體生成元件。
[0025]優(yōu)選地，第二和第三主電極與第一主電極間隔開大約50至200毫米(mm)的距離。
[0026]優(yōu)選地，裝置還包括多個(gè)槍電極，多個(gè)槍電極至少包括第一槍電極和第二槍電極，其中，第一槍電極包括第一端部且第二槍電極包括第二端部，使得第一端部和第二端部延伸至等離子體生成元件中，且在其間限定間隙來用于形成電弧。
[0027]優(yōu)選地，等離子體生成元件構(gòu)造成在限定在第一和第二開口端部與第一和第二端部之間的區(qū)中生成燒蝕等離子體。
[0028]優(yōu)選地，第一開口端部或第二開口端部中的至少一個(gè)包括大約0.2至5_的直徑?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0029]當(dāng)參照附圖來閱讀下列詳細(xì)說明時(shí)，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中貫穿附圖，相似標(biāo)號(hào)表示相似的零件，在附圖中:
圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電功率系統(tǒng)的構(gòu)件的框圖。
[0030]圖2為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于電功率系統(tǒng)中的消弧系統(tǒng)的示意圖。
[0031]圖3繪出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的消弧系統(tǒng)內(nèi)的第一、第二和第三主電極的三角布置。
[0032]圖4繪出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的消弧系統(tǒng)內(nèi)的第一、第二和第三主電極的線性布置。
[0033]圖5為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括大致設(shè)置在第一主電極內(nèi)的等離子體生成元件的裝置的截面視圖。
[0034]圖6為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的包括設(shè)置在第一主電極上的等離子體生成元件的裝置的截面視圖。
[0035]圖7為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的第一、第二和第三主電極設(shè)置在其中的殼體。
【具體實(shí)施方式】
[0036]除非另外限定，則在本文中使用的技術(shù)和科學(xué)用語具有本公開內(nèi)容所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員通常理解的相同意義。如在本文中使用的用語“第一”、“第二”等不表示任何順序、量或重要性，而是用于將一個(gè)元件與另一個(gè)區(qū)分開。另外，用語“一個(gè)”和“一種”不表示量的限制，而是表示至少一個(gè)提到的項(xiàng)目的存在。用語“或”意思是包括性的，且意思是列出的項(xiàng)目中的一個(gè)、一些或全部。諸如“包含”、“包括”或“具有”的用語及其變型的使用在本文中意味著涵蓋隨后列出的項(xiàng)目及其等同物以及附加項(xiàng)目。如在本文中使用的用語“頂部”、“底部”、“側(cè)部”、“中間”、“外”、“內(nèi)”和“上方”意指反映相對(duì)位置，與絕對(duì)位置不同。
[0037]另外，如在本文中使用的用語“大致”或〃大致地”為指出存在特征但允許一些偏差的限定用語。可允許偏差量可取決于特定背景而變化。例如，“大致設(shè)置”是指元件的主要部分或整個(gè)元件設(shè)置在另一個(gè)元件內(nèi)。用語“大致等距”是指元件‘X’接近于與兩個(gè)其它元件‘V和‘V剛好等距，但包括小的偏差，例如，元件‘X’和‘V之間的距離可小或大上直到元件‘X’和‘Z’之間的距離的百分之十。如在本文中使用的近似語言可用于改變?nèi)魏螖?shù)量表示，其可允許地改變而不會(huì)導(dǎo)致其涉及的基本功能的變化。因此，由諸如“大約”的用語修飾的值不限于所指定的精確值。
[0038]本發(fā)明的各種實(shí)施例描述了消弧系統(tǒng)和相關(guān)裝置，其允許主電極以較長空隙放置，以滿足用于基本絕緣水平(BIL)的所需標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提供有效消弧。另外，此類系統(tǒng)和裝置是可靠的，且可縮放至按照電功率系統(tǒng)中的不同電壓水平而需要的主電極之間的較長和較短空隙。
[0039]在圖1中繪出其中使用此類消弧系統(tǒng)和裝置的電功率系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。
[0040]圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電功率系統(tǒng)100(下文稱為“系統(tǒng)100”)中的構(gòu)件的框圖。盡管圖1大體上繪出三相連接，但繪出的系統(tǒng)100可同樣地應(yīng)用于單相和雙相電功率系統(tǒng)。如圖1所示，系統(tǒng)100可包括變壓器106的初級(jí)側(cè)102和次級(jí)側(cè)104。在一個(gè)實(shí)施例中，變壓器106可連接初級(jí)側(cè)102上的中電壓(MV)線，諸如功率源112(例如，以17.5千伏(kV)、13.8kV、IlkV或5kV線操作)、和次級(jí)側(cè)104上的一個(gè)或更多個(gè)負(fù)載110 (例如，240V、480V、600V、2.3kV、4.16kV、6.6kV或IlkV線)。在各種實(shí)施例中，初級(jí)側(cè)102處的電壓可大于或等于次級(jí)側(cè)104處的電壓。
[0041]在一些實(shí)施例中，初級(jí)側(cè)102可包括電聯(lián)接于功率源112的開關(guān)組件114和保險(xiǎn)絲116，且次級(jí)側(cè)104可包括一個(gè)或更多個(gè)傳感器118。傳感器118可構(gòu)造成響應(yīng)于光、電流、電壓、壓力、噪聲或它們的任何組合來生成信號(hào)，且可進(jìn)一步構(gòu)造成將這些信號(hào)傳輸至控制器120來用于進(jìn)一步處理。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器120可構(gòu)造成確定電弧122是否存在于變壓器106的次級(jí)側(cè)104上。在各種實(shí)施例中，控制器120可為若干類型的控制器件中的一者，例如，電弧閃光繼電器或任何適合的過電流跳閘器件或繼電器。
[0042]一旦控制器120確定電弧122存在于變壓器106的次級(jí)側(cè)104上，則控制器120可發(fā)送信號(hào)至消弧器件或系統(tǒng)124來產(chǎn)生變壓器106的初級(jí)側(cè)102上的電氣短路。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器120可包括觸發(fā)電路(圖1未示出)，觸發(fā)電路構(gòu)造成生成電脈沖以用于觸發(fā)消弧系統(tǒng)124中的等離子體生成元件(圖1未示出)，以生成消弧系統(tǒng)124中的主電極(未示出)之間的短路。如圖1所示，在一些實(shí)施例中，控制器120可與觸發(fā)電路組件連通，觸發(fā)電路組件包括用于儲(chǔ)能的電容器126。電容器126提供能量來在消弧系統(tǒng)124內(nèi)觸發(fā)等離子體，能夠?qū)е略谧儔浩?06與保險(xiǎn)絲116之間產(chǎn)生受控電弧128。在一個(gè)實(shí)施例中，由消弧系統(tǒng)124在主電極之間產(chǎn)生的短路可導(dǎo)致在消弧系統(tǒng)124內(nèi)產(chǎn)生受控電弧128。受控電弧128可導(dǎo)致變壓器106的次級(jí)側(cè)104上的電弧122被迅速消除，因?yàn)楣β兽D(zhuǎn)移至在變壓器106的初級(jí)側(cè)102上產(chǎn)生的受控電弧128。
[0043]此外，由消弧系統(tǒng)124產(chǎn)生的短路可加速變壓器106的初級(jí)側(cè)102上的開關(guān)組件114或保險(xiǎn)絲116的觸發(fā)，例如，通過與本將通過變壓器106的次級(jí)側(cè)104上的電弧122而燒斷的相比，更迅速地?zé)龜啾ｋU(xiǎn)絲116。
[0044]諸如使用電路斷路器替代保險(xiǎn)絲116的各種備選實(shí)施例和系統(tǒng)100的各種其它優(yōu)點(diǎn)在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)N0.13/752671 (對(duì)應(yīng)印度專利申請(qǐng)N0.362/CHE/2012)中公開，該申請(qǐng)通過引用而全部并入本文中。
[0045]圖2為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在電功率系統(tǒng)100中使用的消弧系統(tǒng)124 (下文稱為“系統(tǒng)124”)的示意圖。系統(tǒng)124可包括多個(gè)主電極。在如圖2所示的示范實(shí)施例中，三個(gè)主電極(即，第一主電極202、第二主電極204和第三主電極206)不為設(shè)置在殼體208中。在一些實(shí)施例中，主電極202、204和206中的一些或全部可為中空金屬導(dǎo)電兀件。盡管圖2繪出三個(gè)主電極，但其它實(shí)施例可包括更多或更少數(shù)目的電極。在一些實(shí)施例中，主電極中的各個(gè)可連接于電路(圖2未示出)的不同電氣部分，例如，不同的相、中性點(diǎn)或接地。第一、第二和第三主電極202、204和206中的任一者可物理地聯(lián)接于裝置210的等離子體生成元件212，其中等離子體生成元件212可構(gòu)造成生成燒蝕等離子體。例如，等離子體生成元件212可為由燒蝕材料形成的等離子體槍，燒蝕材料諸如聚四氟乙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、其它燒蝕聚合物或這些材料的各種混合物。盡管主電極202、204和206中的任一者可物理地聯(lián)接于等離子體生成元件212來避免混亂，但僅詳細(xì)描述了第一主電極202與等離子體生成元件212之間的聯(lián)接。然而，等離子體生成元件212可以以類似方式聯(lián)接于不同主電極。
[0046]圖2還示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的裝置210的放大視圖，裝置210包括等離子體生成元件212，等離子體生成元件212物理地聯(lián)接于第一主電極202。等離子體生成元件212可包括第一部分214、噴嘴216、和第一和第二槍電極218。在如圖5所不的實(shí)施例中,物理聯(lián)接可通過將等離子體生成元件212大致設(shè)置在第一主電極202內(nèi)來實(shí)現(xiàn)，其中僅一些部分突出。在此種實(shí)施例中，如裝置210的放大視圖和圖5詳細(xì)地示出的，等離子體生成元件212的從第一主電極202突出的部分可包括第一部分214的一部分、噴嘴216的一部分、和第一和第二槍電極218的一些部分。在如圖6所示的備選實(shí)施例中，物理聯(lián)接可通過將等離子體生成元件212設(shè)置在第一主電極202上來實(shí)現(xiàn)。
[0047]等離子體生成元件212和第一主電極202可使用任何已知的緊固手段而物理地彼此聯(lián)接，諸如但不限于焊接、硬釬、粘合、緊固件或它們的任何組合。
[0048]在備選實(shí)施例(未不出)中，第一部分214、第一和第二槍電極218或第一部分214和槍電極218可完全地設(shè)置在第一主電極202內(nèi)。之后結(jié)合圖5和6來描述等離子體生成元件212的詳圖和其與第一主電極202的物理連接。
[0049]此外，如圖2-4所示，主電極202、204和206可設(shè)置在相應(yīng)的底座元件220上，底座元件220作用為機(jī)械支承件。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示,在裝置210可包括從第一主電極202突出的等離子體生成元件212的一些部分的情況下，裝置210的一些部分(例如，等離子體生成元件212的第一部分214)可設(shè)置在底座元件220中的一個(gè)上。在裝置210或等離子體生成元件212完全地設(shè)置在第一主電極202內(nèi)(即，沒有從第一主電極202突出的部分)的備選實(shí)施例(未示出)中，第一主電極202(而不是裝置210的一些部分)可設(shè)置在底座元件220中的一個(gè)上。
[0050]主電極202、204和206之間的空隙可需要保持以用于基于系統(tǒng)100的操作電壓的電功率系統(tǒng)的正常操作，以便滿足BIL要求。例如，主電極202、204和206中的各個(gè)之間的空隙可為大約25至30毫米(mm)以用于以大約600伏(V)操作的低電壓系統(tǒng)，且可為大約50至200mm以用于以大約12_38kV操作的中電壓系統(tǒng)。等離子體生成元件212與第一主電極202的物理聯(lián)接可允許主電極202、204和206以較長空隙間隔開來滿足BIL所需的標(biāo)準(zhǔn)。此類BIL標(biāo)準(zhǔn)可通過克服由現(xiàn)有解決方案中的較長空隙引起的可靠性難題來實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)有解決方案中，燒蝕等離子體的傳播可能不足以到達(dá)全部主電極，因?yàn)橹麟姌O定位成離彼此且離等離子體槍較遠(yuǎn)。根據(jù)在本文中所述的各種實(shí)施例，等離子體生成元件212的設(shè)計(jì)可相對(duì)于等離子體槍的現(xiàn)有設(shè)計(jì)而改變，且此類改變的等離子體生成元件可物理地聯(lián)接于第一主電極202。此外,在此種實(shí)施例中，第一主電極202可以以一種方式相對(duì)于其他兩個(gè)主電極204和206布置，以便克服由現(xiàn)有解決方案引起的可靠性難題。下文結(jié)合圖3-6來詳細(xì)描述此類實(shí)施例。
[0051]圖3繪出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)124(圖3未示出)內(nèi)的主電極202、204和206的三角形布置。主電極202、204和206可彼此間隔開，使得基于系統(tǒng)操作電壓來保持所需的空隙。在一些實(shí)施例中，等離子體生成元件212的噴嘴216可與第一主電極202物理地聯(lián)接，使得由等離子體生成元件212生成的等離子體可穿過噴嘴216引導(dǎo)至第二和第三主電極204和206。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體生成元件212可大致設(shè)置在第一主電極202內(nèi)，使得一個(gè)噴嘴216定向成將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第二主電極204，且另一個(gè)噴嘴定向成將燒蝕等離子體弓I導(dǎo)至第三主電極206。在一個(gè)示范實(shí)施例中，噴嘴216可構(gòu)造成同時(shí)地將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第二和第三主電極204和206。引導(dǎo)的燒蝕等離子體可產(chǎn)生第二和第三主電極204和206之間的導(dǎo)電等離子體橋。朝相應(yīng)的第二和第三主電極204和206的噴嘴216的定向的組合和等離子體生成元件212對(duì)第一主電極202的物理聯(lián)接可導(dǎo)致第二和第三主電極204和206之間的介電絕緣間隙的有效橋接。橋接可導(dǎo)致主電極202、204和206短路，且允許受控電弧128形成在其間。短路可作用以通過觸發(fā)變壓器106的初級(jí)側(cè)102上的開關(guān)組件114或保險(xiǎn)絲116來減輕次級(jí)側(cè)104上的電弧122。
[0052]在本文中所述的各種實(shí)施例考慮了三個(gè)主電極；然而，在存在多于三個(gè)主電極的備選實(shí)施例中，噴嘴的數(shù)目可增加，使得一個(gè)噴嘴可各自朝相應(yīng)的主電極而定向。
[0053]在一個(gè)實(shí)施例中，主電極202、204和206可大致與彼此等距。在一個(gè)示范實(shí)施例中，主電極202、204和206可以以大約50至200mm的距離彼此間隔開。如圖3所示，第一和第二主電極202和204之間的距離‘D1’可大致等于第一和第三主電極202和206之間的距離‘D2’，且還大致等于第二和第三主電極204和206之間的距離‘D3’。在等離子體生成元件212物理地聯(lián)接于第一主電極202的一些實(shí)施例中，第二主電極204與噴嘴216中的一個(gè)(其朝第二主電極204而定向)之間的距離可與第三主電極206與另一個(gè)噴嘴(其朝第三主電極206而定向)之間的距離相同。
[0054]在一些實(shí)施例中，等離子體生成元件212可構(gòu)造成使得當(dāng)主電極202、204和206之間的空隙增大時(shí)，等離子體生成元件212引導(dǎo)燒蝕等離子體至第二和第三主電極204和206的距離增大。同樣，在一些其它實(shí)施例中，等離子體生成元件212可構(gòu)造成使得當(dāng)主電極202、204和206之間的空隙減小時(shí)，等離子體生成元件212引導(dǎo)燒蝕等離子體至第二和第三主電極204和206的距離減小。因此，各種實(shí)施例提供了能夠基于系統(tǒng)100的操作電壓而縮放至主電極202、204和206之間的較長和較短空隙的消弧系統(tǒng)和裝置。
[0055]在各種實(shí)施例中，主電極202、204和206可布置成與圖3繪出的三角形布置不同的構(gòu)造，使得至少第二和第三主電極204和206仍保持與第一主電極202大致等距。圖4繪出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)124(圖4未示出)內(nèi)的主電極202、204和206的線性布置。如圖4所示，第一和第二主電極202和204之間的距離‘D1’可大致等于第一和第三主電極202和206之間的距離‘D2’。在一個(gè)示范實(shí)施例中，距離‘D1’可為大約50至200mm。由于圖4所示的布置相比于圖3所示的三角形布置為線性的，故圖4中的噴嘴216定向成使得噴嘴216沿大致相反方向朝相應(yīng)的第二和第三主電極204和206引導(dǎo)燒蝕等離子體。
[0056]圖5為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的裝置210的截面視圖，裝置210包括等離子體生成元件212，等離子體生成元件212大致設(shè)置在第一主電極202內(nèi)。如圖5所示，第一和第二槍電極218可分別包括第一端部502和第二端部504。槍電極218可插入通過等離子體生成元件212的第一部分214和第二部分506限定的腔(未示出)中。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二部分214和506可通過如上所述的任何已知緊固手段而物理地彼此聯(lián)接。如圖5所示，第一和第二端部502和504可延伸到等離子體生成元件212中，且在其間限定間隙‘G’以用于形成電弧508。在示范實(shí)施例中，第一和第二端部502和504之間的間隙‘G’可為大約
0.1至2mm。如圖5所示，槍電極218的第一和第二端部502和504可設(shè)置在等離子體生成兀件212的第二部分506上方且緊鄰該第二部分506。備選地,在另一個(gè)實(shí)施例(未不出)中，腔可限定在第二部分506的頂部表面的至少一部分中，使得槍電極218的第一和第二端部502和504可定位在該腔中。
[0057]此外，第一和第二槍電極218可連通地聯(lián)接于觸發(fā)電路510。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，觸發(fā)電路510可包括在控制器120 (圖1所ττΟ中。備選地，在另個(gè)實(shí)施例中，觸發(fā)電路510可與控制器120間隔開，且設(shè)置成鄰近第一和第二槍電極218。諸如脈沖發(fā)生器的觸發(fā)電路510可構(gòu)造成將電脈沖傳輸至等離子體生成元件212，因此在間隙‘G’中生成燒蝕等離子體。燒蝕等離子體可導(dǎo)致在間隙‘G’中形成電弧508。
[0058]如圖5所示，等離子體生成元件212還可包括第三部分512，第三部分512在一個(gè)端部處可移除地聯(lián)接于第二部分506，且在另一個(gè)端部處可移除地聯(lián)接于噴嘴216。等離子體生成元件212的第二和第三部分506和512可物理地彼此聯(lián)接，且噴嘴216和等離子體生成元件212的第三部分512可通過任何已知的緊固手段而物理地彼此聯(lián)接。在如圖5所示的一個(gè)實(shí)施例中，腔可限定在等離子體生成元件212的第三部分512的底端部514處，使得槍電極218的第一和第二端部502和504和等離子體生成元件212的第二部分506的至少一部分可延伸到該腔中。
[0059]此外，如圖5所示，第一通孔516可通過第三部分512的可進(jìn)一步延伸穿過噴嘴216中的一個(gè)的一側(cè)形成，且第二通孔518可通過第三部分512的可進(jìn)一步延伸穿過另一個(gè)噴嘴的另一側(cè)形成。延伸到第三部分512中的第一通孔516的一個(gè)端部和第二通孔518的一個(gè)端部在本文中分別被稱為第一開口端部520和第二開口端部522。各個(gè)開口端部可限定噴嘴，使得第一開口端部520可將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第二主電極204，且第二開口端部522可將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第三主電極206 (如圖2和3所示)。在一個(gè)示范實(shí)施例中，第一開口端部520或第二開口端部522或兩者可具有大約0.2至5mm的直徑‘d’。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一和第二開口端部520和522的直徑可相同或不同。
[0060]在各種實(shí)施例中，燒蝕等離子體可在限定在第一和第二開口端部520和522與第一和第二槍電極218的第一和第二端部502和504之間的區(qū)524中生成。此類實(shí)施例考慮第一和第二端部502和504與第二部分506的頂部表面之間的空間或區(qū)(未示出)可足夠小以對(duì)于限定區(qū)524而言能夠忽略。然而，在考慮第一和第二端部502和504與第二部分506的頂部表面之間的空間或區(qū)的一些其它實(shí)施例中，區(qū)524可限定在第一和第二開口端部520和522與第二部分506的頂部表面之間。無關(guān)的是，區(qū)524可由實(shí)心部分大致封閉，實(shí)心部分諸如區(qū)524的底部處的第二部分506、和區(qū)524的頂部和側(cè)部處的第三部分512。本文中的用語“大致封閉”是指區(qū)524的主要部分限定封殼，或者整個(gè)區(qū)524封閉，即，沒有任何開口。圖5考慮了盡管區(qū)524的主要部分封閉但區(qū)524可具有兩個(gè)開口(即，第一和第二開口端部520和522)的實(shí)施例。盡管圖5繪出的區(qū)524的形狀為半圓，但區(qū)524可為任何其它形狀，例如，矩形、三角形等，而不偏離本發(fā)明的范圍。
[0061]備選地，在另一個(gè)實(shí)施例中(未示出)，第一和第二開口端部520和522可構(gòu)造成基于來自配置在區(qū)524內(nèi)或附近的壓力傳感器的觸發(fā)器而封閉或打開。此類壓力傳感器可構(gòu)造成感測區(qū)524的壓力，使得在檢測到低壓時(shí)，第一和第二開口端部520和522可保持封閉，且在檢測到可預(yù)先限定的高壓時(shí)，壓力傳感器可觸發(fā)第一和第二開口端部520和522打開，以便允許燒蝕等離子體行進(jìn)穿過噴嘴216，且從而到達(dá)相應(yīng)的第二和第三主電極204和206。在示范實(shí)施例中，燒蝕等離子體可在區(qū)524內(nèi)的大約100000至5000000帕斯卡的壓力下生成。在此實(shí)施例中，例如，第一和第二開口端部520和522可構(gòu)造成在壓力處于或低于100000帕斯卡時(shí)保持封閉，且可構(gòu)造成在壓力超過100000帕斯卡時(shí)打開。
[0062]在一些實(shí)施例中，區(qū)524的容積可保持較低以在區(qū)524內(nèi)生成高壓燒蝕等離子體。在示范實(shí)施例中，區(qū)524的容積可為大約0.5至5立方厘米。高壓燒蝕等離子體可有助于形成第二和第三主電極204和206之間的導(dǎo)電等離子體橋，因?yàn)檩^高壓力可允許燒蝕等離子體到達(dá)定位成離第一主電極202較長距離或空隙(例如，大約100至200mm)的第二和第三主電極204和206。而且，第一和第二開口端部520和522的直徑可保持較小(例如，如上文所述，0.2至5mm)，且開口端部520和522可朝相應(yīng)的第二和第三主電極204和206定向，以便允許較大量的燒蝕等離子體在高壓下到達(dá)第二和第三主電極204和206。到達(dá)第二和第三主電極204和206的較大量的高壓燒蝕等離子體因此可導(dǎo)致第二和第三主電極204和206之間的介電絕緣間隙的有效橋接。
[0063]此外，在一些實(shí)施例中，等離子體生成元件212大致設(shè)置在其中的第一主電極202可具有多個(gè)孔，該多個(gè)孔形成在第一主電極202的各種部分處，以允許等離子體生成元件212的一些部分從第一主電極202突出。在示范實(shí)施例中，為了將燒蝕等離子體發(fā)射至另外兩個(gè)主電極204和206，兩個(gè)通孔(未示出)可形成在第一主電極202中用于噴嘴216，以允許噴嘴216的一些部分從第一主電極202突出。同樣，在另一個(gè)示范實(shí)施例中，另一個(gè)通孔(未示出)可形成在第一主電極202中，以允許第一部分214的一些部分從第一主電極202突出。
[0064]圖5考慮了等離子體生成元件212大致設(shè)置在第一主電極202內(nèi)的實(shí)施例。然而，如前所述，等離子體生成元件212可備選地設(shè)置在第一主電極202上。圖6為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的裝置600的截面視圖，裝置600包括等離子體生成元件212，等離子體生成元件212設(shè)置在第一主電極202上。裝置600可包括裝置210的全部構(gòu)件，只是裝置600可具有等離子體生成元件212，等離子體生成元件212設(shè)置在第一主電極202上，而不是如在裝置210中所示地大致設(shè)置在第一主電極202內(nèi)。在如圖6所示的一些實(shí)施例中，連接元件602可設(shè)置在第一主電極202上，使得等離子體生成元件212可定位在該連接元件602上。連接元件602可包括平面頂部表面，平面頂部表面構(gòu)造對(duì)向裝置600提供所需的支承，以便裝置600可固定地(且物理地)聯(lián)接于聯(lián)接元件602的一個(gè)端部，而連接元件602的另一個(gè)端部可物理地聯(lián)接于第一主電極202。在備選實(shí)施例中，等離子體生成元件212可使用任何已知的緊固手段(諸如粘合劑)直接地聯(lián)接于第一主電極202，而不使用連接元件602。以上結(jié)合圖5所說明的各種實(shí)施例可同樣應(yīng)用于可連通地聯(lián)接于第一和第二槍電極218的裝置600和觸發(fā)電路510。
[0065]如上所述，主電極202、204和206可設(shè)置在殼體208中。殼體208可為能夠接受其中的這些電極的任何尺寸、形狀或構(gòu)造。圖7繪出了殼體的一個(gè)此類示范實(shí)施例。如圖7所示，殼體208可包括圓柱形部分702，其中圓柱形部分702的兩個(gè)端部(未示出)分別連結(jié)到兩個(gè)部分704和706上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，殼體208的接頭或物理聯(lián)接的數(shù)目可為最小的。例如，在圖7中，殼體208中僅有的接頭可在圓柱形部分702與兩個(gè)部分704和706之間。在一些實(shí)施例中，可通過使用例如環(huán)氧樹脂和車螺紋來使接頭較強(qiáng)。
[0066]部分704可具有圓形(圖7所示)或任何其它形狀的腔708，使得主電極202、204和206(圖7未示出)可設(shè)置在該腔708內(nèi)。殼體208的內(nèi)部視圖在圖2中可見，其中示出了三個(gè)主電極202、204和206。在不范實(shí)施例中，殼體208可為介電封殼或金屬封殼。在另一個(gè)示范實(shí)施例中，殼體208可由復(fù)合材料(例如，玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP))制成。與FRP材料的使用組合的較強(qiáng)且較少數(shù)目的接頭提供了緊湊的殼體設(shè)計(jì)，其足夠可靠以耐受由殼體208內(nèi)的電弧現(xiàn)象引起的沖擊波和高壓。已知的沖擊防護(hù)件(未示出)也可設(shè)在殼體208中來進(jìn)一步減小沖擊波和高壓。[0067]本發(fā)明的各種實(shí)施例描述了消弧系統(tǒng)(諸如124)和相關(guān)裝置(如210或600)，其可允許主電極(諸如202、204和206)以較長空隙放置，以滿足BIL的所需標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提供有效的消弧。等離子體生成元件(諸如212)與第一主電極(諸如202)的物理聯(lián)接和噴嘴(諸如216)朝另外兩個(gè)主電極的定向可允許主電極間隔開較長空隙來滿足BIL的所需標(biāo)準(zhǔn)。物理聯(lián)接和噴嘴的定向可進(jìn)一步克服由現(xiàn)有解決方案中的較長空隙引起的可靠性難題，在現(xiàn)有解決方案中，燒蝕等離子體的傳播可能不足以到達(dá)全部主電極，因?yàn)橹麟姌O定位成彼此遠(yuǎn)離且還遠(yuǎn)離等離子體槍(諸如212)。
[0068]另外，系統(tǒng)和裝置可為可靠的，且能夠縮放至按照電功率系統(tǒng)中的不同操作電壓所需的主電極之間的較長和較短空隙。相同的布置和構(gòu)造可用于不同系統(tǒng)操作電壓，其中僅需要改變主電極之間的空隙和給送至生成的燒蝕等離子體的功率，以便滿足用于該系統(tǒng)操作電壓的BIL標(biāo)準(zhǔn)。此外，系統(tǒng)和裝置消除了對(duì)于保護(hù)器件(諸如電涌放電器)的需要，電涌放電器大體上用于現(xiàn)有解決方案中來處理與較短空隙相關(guān)聯(lián)的過電壓難題。
[0069]應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到來自不同實(shí)施例的各種特征的互換性，并且所述各種特征以及各個(gè)特征的其它已知等同物可由本領(lǐng)域技術(shù)人員混合和匹配以構(gòu)造根據(jù)本公開的原理的另外的系統(tǒng)和技術(shù)。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，所附權(quán)利要求意圖涵蓋落入本發(fā)明真正精神內(nèi)的所有此類改型和變化。
[0070]盡管在本文中已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的僅某些特征，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到許多改型和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，所附權(quán)利要求意圖涵蓋落入本發(fā)明真正精神內(nèi)的所有此類改型和變化。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置(210、600)，包括: 物理地聯(lián)接于第一主電極(202)的等離子體生成元件(212)，所述等離子體生成元件(212)至少包括第一開口端部(520)和第二開口端部(522)，其中，各個(gè)開口端部(520、522)限定噴嘴(216)，使得所述第一開口端部(520)將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第二主電極(204)，且所述第二開口端部(522)將燒蝕等離子體引導(dǎo)至第三主電極(206)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(210、600)，其特征在于，所述等離子體生成元件(212)大致設(shè)置在所述第一主電極(202)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(210、600)，其特征在于，所述等離子體生成元件(212)設(shè)置在所述第一主電極(202)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(210、600)，其特征在于，所述等離子體生成元件(212)構(gòu)造成在大約100000至5000000帕斯卡的壓力下生成燒蝕等離子體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(210、600)，其特征在于，所述第二(204)和第三(206)主電極與所述第一主電極(202)間隔開大約50至200毫米(mm)的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(210、600)，其特征在于，所述第二(204)和第三(206)主電極布置成與所述第一主電極(202)大致等距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(210、600)，其特征在于，還包括多個(gè)槍電極(218)，所述多 個(gè)槍電極(218)至少包括第一槍電極和第二槍電極,其中，所述第一槍電極包括第一端部(502)且所述第二槍電極包括第二端部(504)，使得所述第一端部(502)和所述第二端部(504)延伸到所述等離子體生成元件(212)中，且在其間限定間隙來用于形成電弧(508)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置(210、600)，其特征在于，所述等離子體生成元件(212)構(gòu)造成在限定在所述第一(520)和第二(522)開口端部與所述第一(502)和第二(504)端部之間的區(qū)(524)中生成燒蝕等離子體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置(210、600)，其特征在于，所述區(qū)(524)的容積為大約0.5至5立方厘米。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置(210、600)，其特征在于，所述第一(502)與第二(504)端部之間的所述間隙為大約0.1至2mm。
【文檔編號(hào)】H05H1/34GK104023462SQ201410059388
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月22日
【發(fā)明者】T.阿索肯, M.E.瓦爾德斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司