用于排放來自電氣故障的能量的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于排放來自電氣故障的能量的方法及系統(tǒng)。電氣故障緩解系統(tǒng)包括緩解裝置，其包括限定腔體的容納室、定位在腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第一導(dǎo)體的第一電極，以及定位在腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第二導(dǎo)體的第二電極。緩解裝置還包括第一電壓源和等離子槍，該等離子槍定位在腔體內(nèi)并且構(gòu)造成使用第一電壓源發(fā)射燒蝕等離子以排放來自電氣故障的能量。系統(tǒng)還包括第一電壓限制器裝置，其構(gòu)造成限制第一導(dǎo)體的電壓免于增大到預(yù)定閾值以上，以在第二電壓源施加橫跨第一電極和第二電極的電壓時(shí)，防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。
【專利說明】用于排放來自電氣故障的能量的方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請大體涉及功率系統(tǒng)，并且更特別地，涉及用于在排放來自電氣故障的能量時(shí)使用的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的電功率電路和開關(guān)裝置大體具有由絕緣體(諸如空氣或氣體電介質(zhì)或固體電介質(zhì))分離的導(dǎo)體。然而，如果導(dǎo)體太緊密地定位在一起，或者如果導(dǎo)體之間的電壓超過導(dǎo)體之間的絕緣體的絕緣特性,則電弧可發(fā)生。導(dǎo)體之間的絕緣體可變?yōu)殡婋x的,這使絕緣體導(dǎo)電并且使得能夠形成電弧。
[0003]電弧閃光由由于兩個(gè)相導(dǎo)體之間、相導(dǎo)體與中性導(dǎo)體之間或相導(dǎo)體與接地點(diǎn)之間的故障而產(chǎn)生的快速能量釋放引起。電弧閃光溫度可達(dá)到或超過20000° C，這可使導(dǎo)體和相鄰的裝備汽化。另外，電弧閃光可釋放足以損壞導(dǎo)體和相鄰裝備的、呈熱、強(qiáng)光、壓力波和/或聲波的形式的相當(dāng)大的能量。然而，生成電弧閃光的故障的電流水平大體小于短路的電流水平，使得電路斷路器大體不跳閘或呈現(xiàn)延遲跳閘，除非電路斷路器特別地設(shè)計(jì)成處理電弧故障狀態(tài)。
[0004]諸如熔絲和電路斷路器的標(biāo)準(zhǔn)電路保護(hù)裝置大體不足夠快速地反應(yīng)以緩解電弧閃光。呈現(xiàn)足夠快速的響應(yīng)的一個(gè)已知電路保護(hù)裝置為電〃撬〃，其通過有意地形成電〃短路"而利用機(jī)械過程和/或機(jī)電過程來使電能遠(yuǎn)離電弧閃光點(diǎn)轉(zhuǎn)移。接著，通過使熔絲燒斷或使電路斷路器跳閘而清除這種有意的短路故障。然而，使用電撬形成的有意短路故障可允許顯著的電流水平流經(jīng)相鄰的電氣裝備，由此使得能夠損壞裝備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一方面，提供了一種電氣故障緩解系統(tǒng)，其包括緩解裝置，該緩解裝置包括限定腔體的容納室、定位在腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第一導(dǎo)體的第一電極，以及定位在腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第二導(dǎo)體的第二電極。緩解裝置還包括第一電壓源和等離子槍，該等離子槍定位在腔體內(nèi)并且構(gòu)造成使用第一電壓源發(fā)射燒蝕等離子，以使第一電弧能夠形成在第一電極與第二電極之間以排放來自電氣故障的能量。系統(tǒng)還包括聯(lián)接于第一導(dǎo)體的第一電壓限制器裝置。第一電壓限制器裝置構(gòu)造成限制第一導(dǎo)體的電壓免于增大到預(yù)定閾值以上，以在第二電壓源施加橫跨第一電極和第二電極的電壓時(shí)，防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。
[0006]在另一方面，提供了一種裝備保護(hù)系統(tǒng)，其包括第一導(dǎo)體、第二導(dǎo)體和緩解裝置。緩解裝置包括限定腔體的容納室、定位在腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第一導(dǎo)體的第一電極，以及定位在腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第二導(dǎo)體的第二電極。緩解裝置還包括第一電壓源和定位在腔體內(nèi)的等離子槍。系統(tǒng)還包括通信地聯(lián)接于緩解裝置的控制器?？刂破鳂?gòu)造成檢測電氣故障并響應(yīng)于檢測到的電氣故障生成啟動信號。啟動信號使第一電壓源將電壓施加至等離子槍，其中，等離子槍響應(yīng)于施加的電壓發(fā)射燒蝕等離子，以使電弧能夠形成在第一電極與第二電極之間以排放來自電氣故障的能量。系統(tǒng)還包括聯(lián)接于第一導(dǎo)體的第一電壓限制器裝置。第一電壓限制器裝置構(gòu)造成限制第一導(dǎo)體的電壓免于增大到預(yù)定閾值以上，以防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。
[0007]在又一方面，提供了 一種排放來自包括第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體的配電系統(tǒng)內(nèi)的電氣故障的能量的方法。該方法包括檢測配電系統(tǒng)內(nèi)的電氣故障和響應(yīng)于檢測到的電氣故障生成啟動信號。該方法還包括使用啟動信號啟動緩解裝置以排放來自電氣故障的能量。緩解裝置包括聯(lián)接于第一導(dǎo)體的第一電極、聯(lián)接于第二導(dǎo)體的第二電極、響應(yīng)于啟動信號生成電壓的第一電壓源，以及等離子槍，該等離子槍響應(yīng)于生成的電壓發(fā)射燒蝕等離子，以在第一電極與第二電極之間形成電弧以排放來自電氣故障的能量。該方法還包括使用至少一個(gè)電壓限制器裝置限制第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體中的至少一個(gè)的電壓免于增大到預(yù)定閾值以上，以防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。
[0008]一種電氣故障緩解系統(tǒng)，其包括:緩解裝置，其包括:限定腔體的容納室；第一電極，其定位在腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第一導(dǎo)體；第二電極，其定位在腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第二導(dǎo)體；第一電壓源；以及等離子槍，其定位在腔體內(nèi)并且構(gòu)造成使用第一電壓源發(fā)射燒蝕等離子，以使第一電弧能夠形成在第一電極與第二電極之間以排放來自電氣故障的能量；以及第一電壓限制器裝置，其聯(lián)接于第一導(dǎo)體，其中，第一電壓限制器裝置構(gòu)造成限制第一導(dǎo)體的電壓免于增大到預(yù)定閾值以上，以在第二電壓源施加橫跨第一電極和第二電極的電壓時(shí)，防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。
[0009]優(yōu)選地，第一電極與第二電極分開一間隙，并且絕緣材料配置在間隙內(nèi)使得間隙具有有效阻抗，等離子槍構(gòu)造成將燒蝕等離子發(fā)射到間隙中以使間隙的有效阻抗降低至低于與電氣故障相關(guān)的有效阻抗的水平。
[0010]優(yōu)選地，第一導(dǎo)體構(gòu)造成接收電流的第一相，而第二導(dǎo)體構(gòu)造成接收電流的第二相，其中，等離子槍構(gòu)造成使電流的第一相電氣地聯(lián)接于電流的第二相。
[0011]優(yōu)選地，電氣故障緩解系統(tǒng)還包括聯(lián)接于第二導(dǎo)體的第二電壓限制器裝置，其中，第二電壓限制器裝置構(gòu)造成限制第二導(dǎo)體的電壓。
[0012]優(yōu)選地，第一電壓限制器裝置和第二電壓限制器裝置中的至少一個(gè)包括金屬氧化物變阻器。
[0013]優(yōu)選地，電氣故障緩解系統(tǒng)還包括構(gòu)造成啟動等離子槍的觸發(fā)電路，觸發(fā)電路包括第一電壓源和電流源。
[0014]優(yōu)選地，容納室包括包封腔體的內(nèi)殼體，其中，至少一個(gè)排氣口限定在內(nèi)殼體內(nèi)用于從腔體排出氣體。
[0015]優(yōu)選地，至少一個(gè)去離子板定位在至少一個(gè)排氣口內(nèi)，去離子板構(gòu)造成除去來自從腔體排出的氣體的離子。
[0016]優(yōu)選地,容納室包括包封內(nèi)殼體的外殼體,外殼體和內(nèi)殼體限定用于將從腔體排出的氣體從容納室導(dǎo)送出的通道。
[0017]一種裝備保護(hù)系統(tǒng)，其包括:第一導(dǎo)體；第二導(dǎo)體；緩解裝置，其包括:限定腔體的容納室；第一電極，其定位在腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第一導(dǎo)體；第二電極，其定位在腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第二導(dǎo)體；第一電壓源；以及定位在腔體內(nèi)的等離子槍；以及控制器，其通信地聯(lián)接于緩解裝置，控制器構(gòu)造成檢測電氣故障并響應(yīng)于檢測到的電氣故障生成啟動信號，其中，啟動信號使第一電壓源將電壓施加至等離子槍，其中，等離子槍響應(yīng)于施加的電壓發(fā)射燒蝕等離子，以使電弧能夠形成在第一電極與第二電極之間以排放來自電氣故障的能量；以及第一電壓限制器裝置，其聯(lián)接于第一導(dǎo)體，其中，第一電壓限制器裝置構(gòu)造成限制第一導(dǎo)體的電壓免于增大到預(yù)定閾值以上，以防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。
[0018]優(yōu)選地，第一電極與第二電極分開一間隙，并且絕緣材料配置在間隙內(nèi)使得間隙具有有效阻抗，等離子槍構(gòu)造成將燒蝕等離子發(fā)射到間隙中以使間隙的有效阻抗降低至低于與電氣故障相關(guān)的有效阻抗的水平。
[0019]優(yōu)選地，第一導(dǎo)體構(gòu)造成接收電流的第一相，而第二導(dǎo)體構(gòu)造成接收電流的第二相，其中，等離子槍構(gòu)造成使電流的第一相電氣地聯(lián)接于電流的第二相。
[0020]優(yōu)選地，裝備保護(hù)系統(tǒng)還包括聯(lián)接于第二導(dǎo)體的第二電壓限制器裝置，其中，第二電壓限制器裝置構(gòu)造成限制第二導(dǎo)體的電壓。
[0021]優(yōu)選地，第一電壓限制器裝置和第二電壓限制器裝置中的至少一個(gè)包括金屬氧化物變阻器。
[0022]優(yōu)選地，裝備保護(hù)系統(tǒng)還包括構(gòu)造成啟動等離子槍的觸發(fā)電路，觸發(fā)電路包括第一電壓源和電流源。
[0023]優(yōu)選地，容納室包括包封腔體的內(nèi)殼體，其中，至少一個(gè)排氣口限定在內(nèi)殼體內(nèi)用于從腔體排出氣體。
[0024]優(yōu)選地，至少一個(gè)去離子板定位在至少一個(gè)排氣口內(nèi)，去離子板構(gòu)造成除去來自從腔體排出的氣體的離子。
[0025]優(yōu)選地,容納室包括包封內(nèi)殼體的外殼體，外殼體和內(nèi)殼體限定用于將從腔體排出的氣體從容納室導(dǎo)送出的通道。
[0026]一種排放來自包括第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體的配電系統(tǒng)內(nèi)的電氣故障的能量的方法；檢測配電系統(tǒng)內(nèi)的電氣故障；響應(yīng)于檢測到的電氣故障生成啟動信號；使用啟動信號啟動緩解裝置以排放來自電氣故障的能量，其中，緩解裝置包括聯(lián)接于第一導(dǎo)體的第一電極、聯(lián)接于第二導(dǎo)體的第二電極、響應(yīng)于啟動信號生成電壓的第一電壓源，以及等離子槍，等離子槍響應(yīng)于生成的電壓發(fā)射燒蝕等離子，以在第一電極與第二電極之間形成電弧以排放來自電氣故障的能量；以及使用至少一個(gè)電壓限制器裝置限制第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體中的至少一個(gè)的電壓免于增大到預(yù)定閾值以上，以防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。
[0027]優(yōu)選地，該方法還包括響應(yīng)于檢測到的電氣故障將跳閘信號傳輸至電路中斷裝置，其中，跳閘信號使電路中斷裝置中斷流至電氣故障點(diǎn)的電流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為示例性配電系統(tǒng)的示意性方框圖。
[0029]圖2為可與圖1中示出的配電系統(tǒng)一起使用的示例性電弧緩解系統(tǒng)的示意圖。
[0030]圖3為可與圖2中示出的配電系統(tǒng)一起使用的示例性緩解裝置的截面圖。
[0031]圖4為圖3中示出的緩解裝置的平面圖。
[0032]圖5為可與圖1中示出的配電系統(tǒng)一起使用的排放來自電氣故障的能量的示例性方法的流程圖。
[0033]部件列表
100配電系統(tǒng)
102電功率源
104負(fù)載
106配電線
110導(dǎo)體
112第一相導(dǎo)體
114第二相導(dǎo)體
116第三相導(dǎo)體
118裝備保護(hù)系統(tǒng)
120電弧閃光事件
122控制器
124處理器
126存儲器
128電路中斷裝置
130電弧緩解系統(tǒng)
132電流傳感器
134光學(xué)傳感器
202緩解裝置
204電壓限制器裝置
206第一電壓限制器裝置
208地面
210第二電壓限制器裝置
212第三電壓限制器裝置
213電壓源
214容納室
216等離子槍
218電極
220第一電極
222第二電極
224第三電極
226腔體
228觸發(fā)電路
230電壓源
232電流源
234間隙
236端部
238距離 240內(nèi)殼 242排氣口 244上部分 246第一排氣口 248第二排氣口 250內(nèi)殼體 251間隙 252空氣 254排氣口 256上部分 258第三排氣口 260第四排氣口 262去離子板 264外殼體 266通道 268氣體 270排放端口 272第一燒蝕層 274外表面 276第二燒蝕層 278內(nèi)表面 300方法
302接收配電系統(tǒng)內(nèi)的電流
304使用電壓限制器裝置限制至少一個(gè)導(dǎo)體的電壓
306檢測電氣故障
308啟動緩解裝置以在緩解裝置內(nèi)排放來自電氣故障的能量 310將信號傳輸至電路中斷裝置以中斷流至電氣故障點(diǎn)的電流。
【具體實(shí)施方式】
[0034]在本文中描述用于在排放來自電氣故障的能量時(shí)使用的方法和系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。在示例性實(shí)施例中，裝備保護(hù)系統(tǒng)包括控制器、電流傳感器、光學(xué)傳感器和電弧緩解系統(tǒng)。電弧緩解系統(tǒng)包括緩解裝置和聯(lián)接于裝備保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)導(dǎo)體的電壓限制器裝置。如果電氣故障(諸如電弧閃光事件)發(fā)生，則控制器例如使用電流傳感器和/或光學(xué)傳感器檢測故障。控制器將啟動信號傳輸至緩解裝置，并且緩解裝置排放來自電氣故障的能量。更具體地，緩解裝置包括多個(gè)電極和等離子槍，該等離子槍將燒蝕等離子發(fā)射到限定在成對的相鄰電極之間的間隙中。燒蝕等離子使低阻抗路徑形成在電極之間。低阻抗路徑具有低于與電氣故障相關(guān)的阻抗的阻抗。因此，電流從電氣故障點(diǎn)流至緩解裝置的電極。
[0035]電壓限制器裝置使電極之間的間隙能夠減小，而非期望的電弧不在正常操作期間形成。例如，電壓限制器裝置限制導(dǎo)體的電壓，使得電壓不增大到高于在正常操作期間(即，當(dāng)燒蝕等離子未發(fā)射到間隙中以減小與間隙相關(guān)的阻抗時(shí))將使電弧形成在電極之間的量。因此，電壓限制器裝置使緩解裝置能夠以較小的形狀系數(shù)制造，并且通過避免緩解裝置在正常操作期間的錯(cuò)誤觸發(fā)而提高系統(tǒng)的可靠性。另外，由于間隙可與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比減小，故在檢測到電氣故障時(shí)，需要較少的燒蝕等離子(并且因此較少能量)來使電弧能夠形成在電極之間。因此，可以以成本有效且緊湊的方式制造本文中描述的緩解裝置和裝備保護(hù)系統(tǒng)。
[0036]圖1為示例性配電系統(tǒng)100的示意性方框圖，配電系統(tǒng)100可用于將從電功率源102接收的電功率(即，電流和電壓)分配到一個(gè)或更多個(gè)負(fù)載104。配電系統(tǒng)100包括多條配電線106，其接收來自電功率源102的電流，諸如三相交流電(AC)?？蛇x地，配電系統(tǒng)100可通過使配電系統(tǒng)100能夠如本文中描述地運(yùn)行的任何適合數(shù)量的配電線106接收任何數(shù)量的相的電流。
[0037]電功率源102包括例如電力分配網(wǎng)絡(luò)或〃電網(wǎng)"、蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)、燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)、風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)、太陽能電池板陣列和/或生成電功率的任何其它裝置或系統(tǒng)。負(fù)載104包括例如機(jī)器、馬達(dá)、照明設(shè)備和/或制造、發(fā)電或分配設(shè)備的其它電氣和機(jī)電裝備。
[0038]配電線106布置為多個(gè)導(dǎo)體110。在示例性實(shí)施例中，導(dǎo)體110包括第一相導(dǎo)體112、第二相導(dǎo)體114和第三相導(dǎo)體116。第一相導(dǎo)體112、第二相導(dǎo)體114和第三相導(dǎo)體116聯(lián)接于裝備保護(hù)系統(tǒng)118，用于分別將電流的第一相、電流的第二相和電流的第三相傳輸至裝備保護(hù)系統(tǒng)118。
[0039]在示例性實(shí)施例中，裝備保護(hù)系統(tǒng)118為開關(guān)裝置單元，其保護(hù)配電系統(tǒng)110和/或負(fù)載104免受可在配電系統(tǒng)100內(nèi)發(fā)生的電氣故障。更具體地，如果檢測到電弧閃光事件120，則裝備保護(hù)系統(tǒng)118使負(fù)載104與配電線116 (和與電功率源102)電氣地?cái)嚅_以中斷電流?？蛇x地，裝備保護(hù)系統(tǒng)118為使配電系統(tǒng)100能夠選擇性地防止電流流至負(fù)載104的任何其它保護(hù)系統(tǒng)。
[0040]如本文中使用的，〃電弧閃光事件〃指的是由于兩個(gè)電導(dǎo)體之間的故障而產(chǎn)生的快速能量釋放?？焖倌芰酷尫趴墒孤暡ê凸饨咏收?例如，在裝備保護(hù)系統(tǒng)118和/或配電系統(tǒng)100內(nèi))生成。
[0041]在示例性實(shí)施例中，裝備保護(hù)系統(tǒng)118包括控制器122，其包括處理器124和聯(lián)接于處理器124的存儲器126。處理器124控制和/或監(jiān)測裝備保護(hù)系統(tǒng)118的操作?？蛇x地，裝備保護(hù)系統(tǒng)118包括用于控制和/或監(jiān)測裝備保護(hù)系統(tǒng)118的操作的任何其它適合的電路或裝置。
[0042]應(yīng)當(dāng)理解，用語〃處理器〃大體指的是任何可編程系統(tǒng)，其包括系統(tǒng)和微控制器、精簡指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路，以及能夠執(zhí)行本文中描述的功能的任何其它電路或處理器。以上實(shí)例僅為示例性的，并且因此不意圖以任何方式限制用語〃處理器〃的定義和/或含義。
[0043]裝備保護(hù)系統(tǒng)118包括聯(lián)接于第一相導(dǎo)體112、第二相導(dǎo)體114和第三相導(dǎo)體116的電路中斷裝置128。電路中斷裝置128由控制器122控制或啟動，以中斷流經(jīng)第一相導(dǎo)體112、第二相導(dǎo)體114和第三相導(dǎo)體116的電流。在示例性實(shí)施例中，電路中斷裝置128包括電路斷路器、接觸器、開關(guān)和/或使電流能夠由控制器122可控制地中斷的任何其它裝置。
[0044]電弧緩解系統(tǒng)130或電氣故障緩解系統(tǒng)130通過第一相導(dǎo)體112、第二相導(dǎo)體114和第三相導(dǎo)體116聯(lián)接于電路中斷裝置128。另外，控制器122通信地聯(lián)接于電弧緩解系統(tǒng)130。
[0045]在示例性實(shí)施例中，裝備保護(hù)系統(tǒng)118還包括至少一個(gè)第一傳感器或電流傳感器132，以及至少一個(gè)第二傳感器或光學(xué)傳感器134。電流傳感器132聯(lián)接于第一相導(dǎo)體112、第二相導(dǎo)體114和第三相導(dǎo)體116或繞著其定位，用于測量和/或檢測流經(jīng)導(dǎo)體112，114和116的電流?？蛇x地，單獨(dú)的電流傳感器132聯(lián)接于第一相導(dǎo)體112、第二相導(dǎo)體114和第三相導(dǎo)體116中的每一個(gè)或繞著其定位，用于測量和/或檢測流經(jīng)其的電流。在示例性實(shí)施例中，電流傳感器132為電流變換器、羅氏線圈、霍爾效應(yīng)傳感器和/或分流器。可選地，電流傳感器132可包括使裝備保護(hù)系統(tǒng)118能夠如本文中描述地運(yùn)行的任何其它傳感器。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)電流傳感器132生成代表流經(jīng)第一相導(dǎo)體112、第二相導(dǎo)體114和/或第三相導(dǎo)體116的測量或檢測的電流的一個(gè)或更多個(gè)信號(在下文中被稱為"電流信號〃)，并且將電流信號傳輸至控制器122。
[0046]在示例性實(shí)施例中，光學(xué)傳感器134測量和/或檢測裝備保護(hù)系統(tǒng)118內(nèi)生成的一定量的光，諸如由電弧閃光事件120生成的一定量的光。光學(xué)傳感器134生成代表測量或檢測的光的一個(gè)或更多個(gè)信號(在下文中被稱為"光學(xué)信號")，并且將光學(xué)信號傳輸至控制器122。
[0047]控制器122分析電流信號和光學(xué)信號以確定和/或檢測電弧閃光事件120是否已發(fā)生。更具體地，控制器122將光學(xué)信號和/或電流信號與一個(gè)或更多個(gè)規(guī)則或閾值比較以確定光學(xué)信號和/或電流信號是否包含電弧閃光事件120的指示物。如果控制器122基于光學(xué)信號和/或電流信號確定電弧閃光事件120已發(fā)生，則控制器122將跳閘信號傳輸至電路中斷裝置128，并且將啟動信號傳輸至電弧緩解系統(tǒng)130。電路中斷裝置128響應(yīng)于跳閘信號中斷流經(jīng)第一相導(dǎo)體112、第二相導(dǎo)體114和第三相導(dǎo)體116的電流。如在本文中更全面地描述的，電弧緩解系統(tǒng)130將來自電弧閃光事件120的能量轉(zhuǎn)移和/或排放到電弧緩解系統(tǒng)130中。
[0048]圖2為可與配電系統(tǒng)100 (在圖1中示出)一起使用的示例性電弧緩解系統(tǒng)130的示意圖。在示例性實(shí)施例中，電弧緩解系統(tǒng)130包括緩解裝置202和聯(lián)接于導(dǎo)體110的多個(gè)電壓限制器裝置204。圖3為緩解裝置202的截面圖。圖4為沿線4-4截取的緩解裝置202的平面圖。
[0049]更具體地，在示例性實(shí)施例中，電壓限制器裝置204包括聯(lián)接于第一相導(dǎo)體112和地面208的至少一個(gè)第一電壓限制器裝置206、聯(lián)接于第二相導(dǎo)體114和地面208的至少一個(gè)第二電壓限制器裝置210，以及聯(lián)接于第三相導(dǎo)體116和地面208的至少一個(gè)第三電壓限制器裝置212。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)電壓限制器裝置204為包括至少一個(gè)金屬氧化物變阻器(MOV)的避雷器，該至少一個(gè)金屬氧化物變阻器(MOV)構(gòu)造成使得橫跨電壓限制器裝置204 (即，橫跨相應(yīng)的導(dǎo)體110和地面208)的電壓限制為電壓限制器裝置204的預(yù)定電壓閾值和/或被防止增大到預(yù)定電壓閾值以上?？蛇x地，電壓限制器裝置204可包括限制橫跨導(dǎo)體110和地面208的電壓的任何其它適合的裝置，諸如齊納二極管、電壓捕集器和/或真空管。在示例性實(shí)施例中，如果電壓源213(諸如雷擊或配電系統(tǒng)100內(nèi)的另一個(gè)電壓浪涌)使橫跨導(dǎo)體110和地面208的電壓超過聯(lián)接于導(dǎo)體110的電壓限制器裝置204的預(yù)定電壓閾值，則電壓限制器裝置204將電流傳導(dǎo)至地面208并且將導(dǎo)體110的電壓限制至預(yù)定電壓水平。在特定實(shí)施例中，預(yù)定電壓閾值等于大約42千伏(kV)，使得如果電壓超過電壓閾值，則電壓限制器裝置204將導(dǎo)體110的電壓限制或〃固定〃至大約42kV。
[0050]緩解裝置202通信地聯(lián)接于控制器122，并且由控制器122控制。緩解裝置202包括容納室214，其包封等離子槍216和多個(gè)電極218，諸如第一電極220、第二電極222和第三電極224。更具體地，第一電極220、第二電極222、第三電極224和等離子槍216定位在限定在容納室214內(nèi)的腔體226內(nèi)。第一電極220聯(lián)接于第一相導(dǎo)體112、第二電極222聯(lián)接于第二相導(dǎo)體114，并且第三電極224聯(lián)接于第三相導(dǎo)體116。在示例性實(shí)施例中，等離子槍216為星形構(gòu)造的縱向等離子槍?？蛇x地，等離子槍216以使等離子槍216能夠如本文中描述地運(yùn)行的任何其它適合的方式構(gòu)造。
[0051]在示例性實(shí)施例中，觸發(fā)電路228聯(lián)接于緩解裝置202，并且更具體地，聯(lián)接于等離子槍216，以啟動等離子槍216。更具體地，觸發(fā)電路228接收來自控制器122的啟動信號，并且利用電壓信號和/或電流信號激勵(lì)等離子槍。在示例性實(shí)施例中，觸發(fā)電路228為包括電壓源230和電流源232的雙源電路。響應(yīng)于啟動信號，電壓源230施加橫跨等離子槍216的電極(未示出)的電壓，使得配置在等離子槍電極之間的空氣的電擊穿發(fā)生。響應(yīng)于啟動信號，電流源232便于產(chǎn)生橫跨等離子槍電極具有大約10微秒至大約100微秒之間的持續(xù)時(shí)間的、高等級的電流流動或高等級的電流脈沖(例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在大約I千安培(kA)至大約IOkA之間)。等離子槍216內(nèi)的高等級電流流動使高密度的燒蝕等離子在等離子槍216內(nèi)生成。等離子槍216設(shè)計(jì)成引導(dǎo)電極218之間生成的燒蝕等離子。觸發(fā)電路228可定位在容納室214內(nèi)(例如，在腔體226內(nèi))或者可定位在室214附近。
[0052]如圖3和圖4所示，每個(gè)電極218定位在腔體226內(nèi)，使得間隙234限定在每個(gè)電極218的端部236與相鄰電極218的端部236之間。因此，每個(gè)端部236與每個(gè)相鄰的端部236隔開一距離238。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)距離238等于彼此的距離238，使得端部236大致等距地彼此隔開。在特定實(shí)施例中，每個(gè)距離238為大約40毫米(mm)，并且電弧緩解系統(tǒng)130構(gòu)造成耐受大約IOOkV的大致瞬時(shí)電壓浪涌和達(dá)大約I分鐘的時(shí)間段的大約42kV的持續(xù)電壓浪涌，同時(shí)防止非期望的電弧在正常操作期間發(fā)生。例如，大約40mm的距離238(或間隙)通常不足以耐受IlOkV的浪涌電壓。因此，電壓限制器裝置204與每個(gè)電極218并聯(lián)聯(lián)接，使得在電壓浪涌事件(例如，來自電壓源213)中，電壓限制器裝置204會將電壓限制至使電極218能夠間隔開距離238的水平，而非期望電弧不在沒有電弧閃光事件時(shí)橫跨距離238形成。因此，在這種實(shí)施例中，電弧緩解系統(tǒng)130和緩解裝置202適合于與中壓開關(guān)裝置和/或中壓配電系統(tǒng)(諸如額定為在大約IkV至大約35kV之間的電壓下(諸如在大約17.5kV下)操作的開關(guān)裝置和/或配電系統(tǒng))一起使用?？蛇x地，距離238可為任何其它距離，其在電弧閃光事件120 (在圖1中示出)在配電系統(tǒng)100和/或裝備保護(hù)系統(tǒng)118 (均在圖1中示出)內(nèi)發(fā)生時(shí)使電弧能夠形成在端部236之間。
[0053]在示例性實(shí)施例中，容納室214包括內(nèi)殼240，其大致包封和限定腔體226。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)殼240由使內(nèi)殼240能夠至少部分地吸收和/或容納可在緩解裝置202的操作期間在腔體226內(nèi)引起的壓力波的沖擊吸收材料制成。在示例性實(shí)施例中，內(nèi)殼240包括限定在殼240的上部分244中的一個(gè)或更多個(gè)排氣口 242以便于從腔體226排出氣體。雖然圖3示出了兩個(gè)排氣口 242，S卩，第一排氣口 246和第二排氣口 248，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，內(nèi)殼240可包括使緩解裝置202能夠如本文中描述地運(yùn)行的任何適合數(shù)量的排氣口 242。
[0054]容納室214的內(nèi)殼體250大致包封內(nèi)殼240。在一個(gè)實(shí)施例中，間隙251限定在內(nèi)殼240與內(nèi)殼體250之間?？蛇x地，內(nèi)殼240可保持為與內(nèi)殼體250大致接觸，使得沒有間隙251形成在其間。絕緣材料252 (諸如空氣252和/或其它氣體)配置在腔體226內(nèi)。更具體地，空氣252配置在電極218之間的間隙234內(nèi)，以使電極218彼此絕緣以在緩解裝置202和/或等離子槍216不啟動時(shí)防止電極218之間的非期望電弧。因此，間隙234內(nèi)的空氣252使間隙234具有抵抗穿過其的電流的有效阻抗。
[0055]內(nèi)殼體250包括限定在殼體250的上部分256中的一個(gè)或更多個(gè)排氣口 254以便于從腔體226排出氣體。雖然圖3示出了兩個(gè)排氣口 254，S卩，第三排氣口 258和第四排氣口 260，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，內(nèi)殼體250可包括使緩解裝置202能夠如本文中描述地運(yùn)行的任何適合數(shù)量的排氣口 254。在示例性實(shí)施例中，內(nèi)殼體250的每個(gè)排氣口 254與內(nèi)殼240的排氣口 242流動連通。因此，第三排氣口 258與第一排氣口 246流動連通，而第四排氣口260與第二排氣口 248流動連通。另外，至少一個(gè)去離子板262定位在內(nèi)殼體250的每個(gè)排氣口 254內(nèi)。去離子板262便于除去來自通過排氣口 254離開腔體226的氣體的離子。
[0056]外殼體264繞著內(nèi)殼體250定位以大致包封內(nèi)殼體250。另外，外殼體264繞著內(nèi)殼體250隔開，使得通道266限定在外殼體264與內(nèi)殼體250之間。通道266與內(nèi)殼240的排氣口 242和內(nèi)殼體250的排氣口 254流動連通，以便于從腔體226排出氣體。因此，氣體268 (諸如加熱氣體)流經(jīng)排氣口 242和254進(jìn)入通道266，并且從通道266和容納室214通過多個(gè)排放端口 270排放。
[0057]在不例性實(shí)施例中，第一燒蝕層272聯(lián)接于通道266內(nèi)的內(nèi)殼體250的外表面274，而第二燒蝕層276聯(lián)接于通道266內(nèi)的外殼體264的內(nèi)表面278，使得第一燒蝕層272和第二燒蝕層276定位在通道266的相對側(cè)。第一燒蝕層272和第二燒蝕層276由適合的材料(諸如燒蝕聚合物)制成，該燒蝕聚合物通過燒蝕冷卻熱排放氣體，并且進(jìn)一步便于排放氣體的去離子。
[0058]在操作期間，如果電弧閃光事件120發(fā)生，則控制器122 (在圖1中示出)將啟動信號傳輸至等離子槍216，并且等離子槍216將燒蝕等離子發(fā)射到電極218之間的間隙234中。燒蝕等離子〃分解〃或減小電極218之間的絕緣材料(例如，空氣252)的有效阻抗，并且引起用于在電極218之間行進(jìn)的電流的低阻抗路徑。低阻抗路徑具有低于與電弧閃光事件120相關(guān)的有效阻抗的有效阻抗。因此，等離子槍216使電流的第一相電氣地聯(lián)接于電流的第二相，電流的第二相電氣地聯(lián)接于電流的第三相，并且/或者電流的第三相電氣地聯(lián)接于電流的第一相。因此，電流遠(yuǎn)離電弧閃光事件120引導(dǎo)至電極218，使得電弧形成在電極218之間。因此，電弧閃光事件120的能量在容納室214內(nèi)被排放，因此緩解電弧閃光事件120的另外非期望結(jié)果。
[0059]容納室214內(nèi)(S卩，腔體226內(nèi))生成的一個(gè)或多個(gè)電弧可使腔體226內(nèi)的空氣252或其它氣體被加熱。加熱的氣體通過內(nèi)殼240的排氣口 242和內(nèi)殼體250的排氣口 254排放。氣體流經(jīng)通道266，并且從容納室214通過排放端口 270排放。因此，可在電弧閃光事件120期間存在的大量能量可在容納室214內(nèi)被排放，而不是以無限制的方式在電弧閃光事件120的地點(diǎn)處被排放。裝備保護(hù)系統(tǒng)118和/或配電系統(tǒng)100的安全性便于增加，并且來自電弧閃光事件120的對裝備保護(hù)系統(tǒng)118和/或配電系統(tǒng)100的構(gòu)件的損壞便于減少。
[0060]圖5為排放來自電氣故障(諸如電弧閃光事件120)的能量的示例性方法300的流程圖，示例性方法300可與配電系統(tǒng)100和/或裝備保護(hù)系統(tǒng)118 (在圖1中示出)一起使用。
[0061]在示例性實(shí)施例中，在配電系統(tǒng)100內(nèi)從電功率源102通過配電線106 (在圖1中示出)接收302電流。電流通過多個(gè)導(dǎo)體110 (在圖1中示出)傳輸穿過裝備保護(hù)系統(tǒng)118。使用一個(gè)或更多個(gè)電壓限制器裝置204限制304 —個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)體110的電壓，以防止電壓增大到預(yù)定電壓閾值以上，例如，在電壓浪涌的事件中。例如，如果雷擊或來自電壓源213的電壓浪涌發(fā)生，則電壓限制器裝置204防止導(dǎo)體110的電壓超過預(yù)定電壓閾值和生成橫跨緩解裝置202的電極218的非期望電弧。
[0062]如果電氣故障(諸如電弧閃光事件120)在配電系統(tǒng)100內(nèi)和/或在裝備保護(hù)系統(tǒng)118內(nèi)發(fā)生，則檢測306故障。例如，故障由控制器122基于從電流傳感器132和/或光學(xué)傳感器134(在圖1中示出)接收的信號檢測306。
[0063]控制器122將啟動信號傳輸至緩解裝置202以啟動308緩解裝置202。響應(yīng)于啟動信號，觸發(fā)電路228使電壓源230施加橫跨等離子槍電極的電壓以開始等離子槍電極之間的空氣的擊穿。觸發(fā)電路228還使電流源232將高等級電流施加在等離子槍電極之間以在容納室214內(nèi)形成和發(fā)射燒蝕等離子，以使能量(諸如來自電弧的電流)在緩解裝置202的電極218之間流動。因此，能量從電氣故障點(diǎn)轉(zhuǎn)移，并且在緩解裝置202內(nèi)(例如，在容納室214內(nèi))被排放。
[0064]控制器122還將跳閘信號傳輸310至電路中斷裝置128以中斷流至電氣故障點(diǎn)的電流。因此，便于消除電氣故障，同時(shí)與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比，減少或最小化對配電系統(tǒng)100的構(gòu)件的引起的損壞。
[0065]本文中描述的方法和系統(tǒng)的技術(shù)效果可包括以下中的一個(gè)或更多個(gè):(a)檢測配電系統(tǒng)內(nèi)的電氣故障；(b)響應(yīng)于檢測到的電氣故障生成啟動信號；以及(C)使用啟動信號啟動緩解裝置以排放來自電氣故障的能量，其中，緩解裝置包括聯(lián)接于第一導(dǎo)體的第一電極、聯(lián)接于第二導(dǎo)體的第二電極、響應(yīng)于啟動信號生成電壓的第一電壓源，以及等離子槍，該等離子槍響應(yīng)于生成的電壓發(fā)射燒蝕等離子，以在第一電極與第二電極之間形成電弧以排放來自電氣故障的能量；以及(d)使用至少一個(gè)電壓限制器裝置限制第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體中的至少一個(gè)的電壓免于增大到預(yù)定閾值以上，以防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。
[0066]在上面詳細(xì)地描述用于排放來自電氣故障的能量的方法和系統(tǒng)的不例性實(shí)施例。方法和系統(tǒng)不受限于本文中描述的特定實(shí)施例，而是相反地，方法的操作和/或系統(tǒng)的構(gòu)件可獨(dú)立地使用并且與本文中描述的其它操作和/或構(gòu)件分開地使用。此外，描述的操作和/或構(gòu)件還可限定在其它系統(tǒng)、方法和/或裝置中，或者與其它系統(tǒng)、方法和/或裝置組合使用，并且不受限于僅利用如本文中描述的系統(tǒng)和方法實(shí)踐。
[0067]雖然結(jié)合示例性配電系統(tǒng)描述本發(fā)明，但是本發(fā)明的實(shí)施例利用許多其它功率系統(tǒng)或其它系統(tǒng)或裝置操作。本文中描述的配電系統(tǒng)不意圖對本發(fā)明的使用范圍或任何方面的功能性提出任何限制。另外，本文中描述的配電系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)理解為具有關(guān)于示例性操作環(huán)境中示出的構(gòu)件中的任何一個(gè)或組合的任何從屬性或要求。
[0068]本文中示出和描述的本發(fā)明的實(shí)施例中的操作的進(jìn)行順序或執(zhí)行順序不是必要的，除非另有說明。即，操作可以以任何順序執(zhí)行，除非另有說明，并且本發(fā)明的實(shí)施例可包括比本文中公開的操作更多或更少的操作。例如，構(gòu)想，在另一個(gè)操作之前、同時(shí)或之后進(jìn)行或執(zhí)行特別的操作在本發(fā)明的方面的范圍內(nèi)。
[0069]雖然可在一些圖中示出而在其它圖中未示出本發(fā)明的各種實(shí)施例的具體特征，但是這僅為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖的任何特征可與任何其它圖的任何特征組合被參考和/或要求權(quán)利。
[0070]該書面的描述使用實(shí)例以公開本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電氣故障緩解系統(tǒng),其包括: 緩解裝置，其包括: 限定腔體的容納室； 第一電極，其定位在所述腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第一導(dǎo)體； 第二電極，其定位在所述腔體內(nèi)并且聯(lián)接于第二導(dǎo)體； 第一電壓源；以及 等離子槍，其定位在所述腔體內(nèi)并且構(gòu)造成使用所述第一電壓源發(fā)射燒蝕等離子，以使第一電弧能夠形成在所述第一電極與所述第二電極之間以排放來自電氣故障的能量；以及 第一電壓限制器裝置，其聯(lián)接于所述第一導(dǎo)體，其中，所述第一電壓限制器裝置構(gòu)造成限制所述第一導(dǎo)體的電壓免于增大到預(yù)定閾值以上，以在第二電壓源施加橫跨所述第一電極和所述第二電極的電壓時(shí)，防止第二電壓源在所述第一電極與所述第二電極之間生成第二電弧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣故障緩解系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電極與所述第二電極分開一間隙，并且絕緣材料配置在所述間隙內(nèi)使得所述間隙具有有效阻抗，所述等離子槍構(gòu)造成將燒蝕等離子發(fā)射到所述間隙中以使所述間隙的有效阻抗降低至低于與所述電氣故障相關(guān)的有效阻抗的水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣故障緩解系統(tǒng)，其特征在于，所述第一導(dǎo)體構(gòu)造成接收電流的第一相，而所述第二導(dǎo)體構(gòu)造成接收電流的第二相，其中，所述等離子槍構(gòu)造成使所述電流的第一相電氣地聯(lián)接于所述電流的第二相。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣故障緩解系統(tǒng)，其特征在于，還包括聯(lián)接于所述第二導(dǎo)體的第二電壓限制器裝置，其中，所述第二電壓限制器裝置構(gòu)造成限制所述第二導(dǎo)體的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電氣故障緩解系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電壓限制器裝置和所述第二電壓限制器裝置中的至少一個(gè)包括金屬氧化物變阻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣故障緩解系統(tǒng)，其特征在于，還包括構(gòu)造成啟動所述等離子槍的觸發(fā)電路，所述觸發(fā)電路包括所述第一電壓源和電流源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣故障緩解系統(tǒng)，其特征在于，所述容納室包括包封所述腔體的內(nèi)殼體，其中，至少一個(gè)排氣口限定在所述內(nèi)殼體內(nèi)用于從所述腔體排出氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電氣故障緩解系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)去離子板定位在所述至少一個(gè)排氣口內(nèi)，所述去離子板構(gòu)造成除去來自從所述腔體排出的氣體的離子。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電氣故障緩解系統(tǒng)，其特征在于，所述容納室包括包封所述內(nèi)殼體的外殼體，所述外殼體和所述內(nèi)殼體限定用于將從所述腔體排出的所述氣體從所述容納室導(dǎo)送出的通道。
10.一種裝備保護(hù)系統(tǒng)，其包括: 第一導(dǎo)體； 第二導(dǎo)體； 緩解裝置，其包括: 限定腔體的容納室；第一電極，其定位在所述腔體內(nèi)并且聯(lián)接于所述第一導(dǎo)體； 第二電極，其定位在所述腔體內(nèi)并且聯(lián)接于所述第二導(dǎo)體； 第一電壓源；以及 定位在所述腔體內(nèi)的等離子槍；以及 控制器，其通信地聯(lián)接于所述緩解裝置，所述控制器構(gòu)造成檢測電氣故障并響應(yīng)于檢測到的電氣故障生成啟動信號，其中，所述啟動信號使所述第一電壓源將電壓施加至所述等離子槍，其中，所述等離子槍響應(yīng)于施加的電壓發(fā)射燒蝕等離子，以使電弧能夠形成在所述第一電極與所述第二電極之間以排放來自所述電氣故障的能量；以及 第一電壓限制器裝置，其聯(lián)接于所述第一導(dǎo)體，其中，所述第一電壓限制器裝置構(gòu)造成限制所述第一導(dǎo)體的電壓免于增大到預(yù)定閾值以上，以防止第二電壓源在所述第一電極與所述第二電極之間生成第 二電弧。
【文檔編號】H02H9/08GK103490403SQ201310233110
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月12日
【發(fā)明者】G.賈尼雷迪, T.F.小帕帕羅, A.桑加韋盧, A.K.博霍里, D.R.勞雷恩, S.N.帕爾瓦迪 申請人:通用電氣公司