包括具有帶接口的脫扣單元的斷路器的開關設備的製作方法

2023-05-08 17:22:21

包括具有帶接口的脫扣單元的斷路器的開關設備的製作方法
【專利摘要】本發明涉及包括具有帶接口的脫扣單元的斷路器的開關設備。開關設備（2）包括多個匯流條（4）；和多個斷路器（6）。至少一個所述斷路器包括脫扣單元（8）。脫扣單元包括針對與開關設備操作性地相關聯的至少一個電弧故障傳感器（12）的接口（10）。脫扣單元構造成響應於流過所述至少一個所述斷路器中對應的一個斷路器的電流和來自所述至少一個電弧故障傳感器的電弧故障信號（16）而使所述至少一個所述斷路器中所述對應的一個斷路器和一短路開關（14）中的至少一者脫扣。
【專利說明】包括具有帶接口的脫扣單元的斷路器的開關設備
【技術領域】
[0001]所公開的構思(本發明)一般地涉及包括用於消除電力系統的部件處的電弧故障的系統的開關設備。所公開的構思還涉及中壓開關設備。
【背景技術】
[0002]電力系統結合有用於控制和保護目的的開關。形成整個電力系統一部分的配電系統包括安裝在金屬箱櫃中的主電力母線和分支電力母線以及斷路器以形成開關設備。通過電路斷續器來中斷配電系統的母線中的電流流動隨著電路斷續器的觸點打開而形成電弧。由中斷引起的這些電弧在電路斷續器的通常操作過程中被抑制和熄滅。
[0003]電路斷續器如斷路器採用用於保護電導體免於因過大的電流而受損的過流脫扣(跳閘)單元。例如，基於微處理器的過流脫扣單元採用可調節的脫扣特性來連續監測流過斷路器的電流並引發脫扣。
[0004]在開關櫃內，例如在電力母線之間或在電力母線和接地金屬部件之間，可能發生意外的電弧故障。這些電弧故障會產生高能氣體，高能氣體對結構和附近人員造成威脅。當在帶電電路上或周圍執行維護時尤其如此。工人常常在不經意間使電力母線短接，由此在封殼內產生電弧故障。所引起的電弧爆炸(arc blast)構成極大危險並且可能導致傷害或甚至死亡。該問題由於封殼門通常為了維護而打開而加重。
[0005]保護人員免受開關設備中的電弧故障危害的常用方案是將金屬封殼設計成耐受源於電弧故障的爆炸。由於所使用的大尺寸金屬和防止飛散碎屑所需的大量焊接接頭，實現這一點要花費很大的額外成本。即使採用了這些預防措施，也無法遏制源於開關設備內部的電弧故障的爆炸。
[0006]近來，已開發出用以儘量減小源於內部電弧故障的爆炸的嚴重程度的方法。這些方法包括壓力感測和光檢測，它們感測開關設備內的電弧故障並且在會引起嚴重損害之前使斷路器脫扣。壓力感測方法受限於壓力傳感器的不靈敏。等到箱櫃壓力已升高至可檢測的水平時，電弧故障已經導致了嚴重損害。
[0007]在中壓系統中，內部電弧故障將在開關設備封殼內部的某處頻繁地發生，但當然不限於連接了服務於負載的電纜的部位。
[0008]在低壓系統如馬達控制中心中，內部電弧故障可例如在維護線路配電板時發生在負載中心配電板內。裸露的帶電銅母線可能被無意地短接。對於低壓和中壓兩種系統的另一個示例是齧齒動物、蛇或者其它動物或物體使導體短接。
[0009]在低壓系統中，電弧故障可通過燃燒或排出短路點而自行消除，但可能要用多於半個循環來實現這一點，由此哪怕在起電弧的半個循環中也導致嚴重的損害和對工人的極大傷害風險。
[0010]中壓系統的表現將與低壓系統類似；然而，中壓系統不太可能自行熄滅。短路開關的撬杆作用(crowbarring)將使電弧熄滅。一旦電弧消失，並且如果短路點已燒盡或被去除，則系統電力可恢復。[0011]已知採用高速短路開關來消除電弧故障。已知的電弧消除裝置和系統在電力母線上(例如，相與相之間，如用於三相的兩個開關；相與地之間，如用於三相的三個開關)產生金屬性短路故障(bolted fault),以便消除電弧故障並防止由於電弧爆炸引起的設備損害和人身傷害。還已知針對該目的採用各種類型的撬杆開關。在電力母線上引起的短路致使上遊斷路器通過斷電而清除金屬性短路故障。參見例如美國專利號6，633，009和6，657，150。結果，系統電力由於上遊斷路器的脫扣而失去。
[0012]通過感測流過電力母線的電流和與例如電力母線的電弧故障相關的弧閃或弧光兩者，已知的短路開關電子電路除短路開關外還具有使上遊斷路器脫扣的其它選擇。
[0013]開關設備存在改進的空間。

【發明內容】

[0014]通過所公開的構思的實施例來滿足這些和其它需求，所述實施例提供了一種針對作為斷路器脫扣單元一部分的一定數量的電弧故障傳感器的接口，以及斷路器脫扣單元響應於所感測出的電流和來自針對所述一定數量的電弧故障傳感器的所述接口的所感測出的電弧故障而使短路開關和/或對應的斷路器脫扣的能力。
[0015]根據所公開的構思的一個方面，開關設備包括:多個匯流條；和多個斷路器，至少一個所述斷路器中包括:脫扣單元，其中脫扣單元包括針對(連接到)與開關設備操作性地相關聯的至少一個電弧故障傳感器的接口，並且其中脫扣單元構造成響應於流過所述至少一個所述斷路器中對應的一個斷路器的電流和來自所述至少一個電弧故障傳感器的電弧故障信號而使所述至少一個所述斷路器中所述對應的一個斷路器和一短路開關中的至少一者脫扣。
[0016]作為所公開的構思的另一個方面，開關設備包括:多個匯流條；短路開關，短路開關構造成使一定數量的所述匯流條與大地短接或彼此間短接；和多個斷路器，至少一個所述斷路器包括:脫扣單元，脫扣單元包括針對與開關設備操作性地相關聯的至少一個電弧故障傳感器的接口，並且脫扣單元構造成響應於流過所述至少一個所述斷路器中對應的一個斷路器的電流和來自所述至少一個電弧故障傳感器的電弧故障信號而使所述至少一個所述斷路器中所述對應的一個斷路器和所述短路開關中的至少一者脫扣。
[0017]作為所公開的構思的另一個方面，中壓開關設備包括:多個匯流條；和多個中壓斷路器，至少一個所述中壓斷路器包括:與所述多個匯流條相互電連接的多個導體；多個電流傳感器，每個所述電流傳感器與所述導體中對應的一個導體成一體；和脫扣單元，脫扣單元包括針對與中壓開關設備操作性地相關聯的至少一個電弧故障傳感器的第一接口和針對電流傳感器的第二接口，並且脫扣單元構造成響應於流過導體的電流和來自所述至少一個電弧故障傳感器的電弧故障信號而使所述至少一個所述中壓斷路器中對應的一個中壓斷路器和一短路開關中的至少一者脫扣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]當結合附圖閱讀時可從以下對優選實施例的描述充分理解所公開的構思，在附圖中:
[0019]圖1是根據所公開的構思的實施例的開關設備的框圖。[0020]圖2-4是根據所公開的構思的其它實施例的圖1的開關設備的框圖。
[0021]圖5是根據所公開的構思的另一實施例的圖1的開關設備的簡化等軸視圖。
[0022]圖6-8是根據所公開的構思的其它實施例的圖1的開關設備的框圖。
[0023]圖9-11是根據所公開的構思的其它實施例的圖1的開關設備的簡化等軸視圖。
[0024]圖12是根據所公開的構思的其它實施例的包括短路開關的開關設備的框圖。
[0025]圖13A和13B是根據所公開的構思的其它實施例的包括短路開關和一體式電流傳感器的中壓開關設備的等軸視圖。
[0026]附圖標記列表
[0027]
2開關設備
4 多個匯流條
6 多個斷路器
8 脫扣單元
10 接口⑴
12 至少一個電孤故障傳感器
14 短路開關
16 電弧故障信號
18 主斷路器
20 主斷路器
`[0028]
【權利要求】
1.開關設備(2),包括: 多個匯流條(4);和 多個斷路器(6)，至少一個所述斷路器包括: 脫扣單元(8)， 其中，所述脫扣單元包括針對與所述開關設備操作性地相關聯的至少一個電弧故障傳感器(12)的接口(10)，並且 其中，所述脫扣單元構造成響應於流過所述至少一個所述斷路器中對應的一個斷路器的電流和來自所述至少一個電弧故障傳感器的電弧故障信號(16)而使所述至少一個所述斷路器中所述對應的一個斷路器和一短路開關(14)中的至少一者脫扣。
2.根據權利要求1所述的開關設備(2)，其中，所述至少一個所述斷路器是一個主斷路器(18);並且其中，所述至少一個電弧故障傳感器連接到所述一個主斷路器的脫扣單元的接口。
3.根據權利要求1所述的開關設備(2)，其中，所述至少一個所述斷路器是一個主斷路器(20);並且其中，所述至少一個電弧故障傳感器是連接到所述一個主斷路器的脫扣單元的接口的多個電弧故障傳感器(22，24)。
4.根據權利要求1所述的開關設備(2)，其中，所述至少一個所述斷路器是一個主斷路器(26)和至少一個分支斷路器(28);並且其中，所述至少一個電弧故障傳感器是多個電弧故障傳感器(30，32)，所述多個電弧故障傳感器中的第一個電弧故障傳感器(30)連接到所述一個主斷路器的脫扣單元的接口，並且所述多個電弧故障傳感器中的至少一第二個電弧故障傳感器(32)連接到所述至少一個分支斷路器的脫扣單元的接口。
5.根據權利要求1所述的開關設備(2)，其中，所述至少一個所述斷路器是一定數量的抽出式斷路器(34);其中，所述至少一個電弧故障傳感器是一定數量的點式傳感器(36);並且其中，所述一定數量的點式傳感器中的每個通過所述一定數量的抽出式斷路器中對應的一個抽出式斷路器的二級線束(38)連接到該對應的一個抽出式斷路器的脫扣單元的接口。
6.根據權利要求5所述的開關設備(2;72)，其中，所述開關設備(72)是低壓開關設備；其中，所述一定數量的點式傳感器穿過所述低壓開關設備或接近所述多個匯流條(78)走線；並且其中，所述一定數量的點式傳感器是從由以下傳感器構成的群組中選擇的:走線到所述一定數量的抽出式斷路器中的一個抽出式斷路器(74A)的一個點式傳感器(76)；走線到所述一定數量的抽出式斷路器中的一個抽出式斷路器(74B)的多個點式傳感器(76);和走線到所述一定數量的抽出式斷路器中的主斷路器(80)的多個點式傳感器(76)。
7.根據權利要求5所述的開關設備(2;72)，其中，所述開關設備(72)是中壓開關設備；其中，所述一定數量的點式傳感器穿過所述中壓開關設備或接近所述多個匯流條(78)走線；並且其中，所述一定數量的點式傳感器是從由以下傳感器構成的群組中選擇的:走線到所述一定數量的抽出式斷路器中的一個抽出式斷路器(74A)的一個點式傳感器(76)；走線到所述一定數量的抽出式斷路器中的一個抽出式斷路器(74B)的多個點式傳感器(76);和走線到所述一定數量的抽出式斷路器中的主斷路器(80)的多個點式傳感器(76)。
8.根據權利要求1所述的開關設備(2)，其中，所述至少一個電弧故障傳感器是連接到所述至少一個所述斷路器的脫扣單元的接口的光纖傳感器(50)。
9.根據權利要求8所述的開關設備(2)，其中，所述開關設備是包括外門(56)的中壓開關設備(52);其中，所述至少一個所述斷路器包括主斷路器(58);並且其中，所述光纖傳感器是穿過所述中壓開關設備的外門走線到所述主斷路器的脫扣單元的接口的單根光纖電纜(60)。
10.根據權利要求8所述的開關設備(2)，其中，所述開關設備是包括外門(64)的中壓開關設備(66);其中，所述光纖傳感器是在所述外門後面並穿過所述中壓開關設備或接近所述多個匯流條(68)走線到所述至少一個所述斷路器中所述對應的一個斷路器的脫扣單元的接口的單根光纖電纜(62);其中，所述至少一個所述斷路器中所述對應的一個斷路器是抽出式斷路器(70);並且其中，所述光纖電纜被斷開以將所述抽出式斷路器從所述中壓開關設備拉出。
11.根據權利要求8所述的開關設備(2)，其中，所述開關設備是低壓開關設備(48);並且其中，所述光纖傳感器是穿過所述低壓開關設備或接近所述多個匯流條(4)走線的單根光纖電纜(50)。
12.根據權利要求1所述的開關設備(2)，其中，所述至少一個電弧故障傳感器是至少一個點式傳感器(12)和至少一個光纖傳感器(50);其中，所述至少一個點式傳感器連接到所述至少一個所述斷路器的脫扣單元的接口 ；並且其中，所述至少一個光纖傳感器連接到所述至少一個所述斷路器的脫扣單元的接口。
13.根據權利要求1所述的開關設備(2)，其中，所述至少一個電弧故障傳感器是構造成安裝在接近所述開關設備時的維護人員身上的人員保護傳感器(12);並且其中，所述人員保護傳感器連接到所述至少一個所述斷路器中的一個斷路器的脫扣單元的接口。
14.根據權利要求13所述的開關設備(2)，其中，所述開關設備是從由低壓開關設備(48)和中壓開關設備(52)構成的群組中選擇的。
15.根據權利要求13所述的開關設`備(2)，其中，所述至少一個所述斷路器中的所述一個斷路器是從由正被所述維護人員維護的斷路器(6)和所述開關設備的主斷路器(80)構成的群組中選擇的。
16.根據權利要求1所述的開關設備(2)，其特徵在於，所述脫扣單元構造成響應於流過所述至少一個所述斷路器中所述對應的一個斷路器的電流和來自所述至少一個電弧故障傳感器的電弧故障信號而僅使所述短路開關(14)脫扣。
17.根據權利要求1所述的開關設備(2)，其中，所述脫扣單元構造成響應於流過所述至少一個所述斷路器中所述對應的一個斷路器的電流和來自所述至少一個電弧故障傳感器的電弧故障信號而僅使所述至少一個所述斷路器(6)中所述對應的一個斷路器脫扣。
18.根據權利要求1所述的開關設備(2)，其中，所述脫扣單元構造成響應於流過所述至少一個所述斷路器中所述對應的一個斷路器的電流和來自所述至少一個電弧故障傳感器的電弧故障信號而使所述短路開關(14)和所述至少一個所述斷路器(6)中所述對應的一個斷路器兩者脫扣。
19.開關設備(84),包括: 多個匯流條(86)； 短路開關(88)，所述短路開關構造成使一定數量的所述匯流條與大地(89)短接或彼此間短接；和 多個斷路器(90)，至少一個所述斷路器包括:脫扣單元(92)， 其中，所述脫扣單元包括針對與所述開關設備操作性地相關聯的至少一個電弧故障傳感器(96)的接口(94)，並且 其中，所述脫扣單元構造成響應於流過所述至少一個所述斷路器中對應的一個斷路器的電流和來自所述至少一個電弧故障傳感器的電弧故障信號(98)而使所述至少一個所述斷路器中所述對應的一個斷路器和所述短路開關中的至少一者脫扣。
20.中壓開關設備(100)，包括: 多個匯流條(102);和 多個中壓斷路器(104，105)，至少一個所述中壓斷路器包括: 與所述多個匯流條相互電連接的多個導體(106)， 多個電流傳感器(108)，所述電流傳感器中的每個與所述導體中對應的一個導體成一體，和 脫扣單元(110)， 其中，所述脫扣單元包括針對與所述中壓開關設備操作性地相關聯的至少一個電弧故障傳感器(114)的第一接口(112)和針對所述電流傳感器的第二接口(116)，並且 其中，所述脫扣單元構造成響應於流過所述導體的電流和來自所述至少一個電弧故障傳感器的電弧故障信號(120)而使所述至少一個所述中壓斷路器中對應的一個中壓斷路器和一短路開關(118)中的至少一者脫扣。
【文檔編號】H02B13/025GK103762515SQ201310341841
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年8月7日 優先權日:2012年8月7日
【發明者】J·J·本克 申請人:伊頓公司