用于排放来自电气故障的能量的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于排放来自电气故障的能量的方法及系统。电气故障缓解系统包括缓解装置，其包括限定腔体的容纳室、定位在腔体内并且联接于第一导体的第一电极，以及定位在腔体内并且联接于第二导体的第二电极。缓解装置还包括第一电压源和等离子枪，该等离子枪定位在腔体内并且构造成使用第一电压源发射烧蚀等离子以排放来自电气故障的能量。系统还包括第一电压限制器装置，其构造成限制第一导体的电压免于增大到预定阈值以上，以在第二电压源施加横跨第一电极和第二电极的电压时，防止第二电压源在第一电极与第二电极之间生成第二电弧。
【专利说明】用于排放来自电气故障的能量的方法及系统
【技术领域】
[0001]本申请大体涉及功率系统，并且更特别地，涉及用于在排放来自电气故障的能量时使用的方法及系统。
【背景技术】
[0002]已知的电功率电路和开关装置大体具有由绝缘体(诸如空气或气体电介质或固体电介质)分离的导体。然而，如果导体太紧密地定位在一起，或者如果导体之间的电压超过导体之间的绝缘体的绝缘特性,则电弧可发生。导体之间的绝缘体可变为电离的,这使绝缘体导电并且使得能够形成电弧。
[0003]电弧闪光由由于两个相导体之间、相导体与中性导体之间或相导体与接地点之间的故障而产生的快速能量释放引起。电弧闪光温度可达到或超过20000° C，这可使导体和相邻的装备汽化。另外，电弧闪光可释放足以损坏导体和相邻装备的、呈热、强光、压力波和/或声波的形式的相当大的能量。然而，生成电弧闪光的故障的电流水平大体小于短路的电流水平，使得电路断路器大体不跳闸或呈现延迟跳闸，除非电路断路器特别地设计成处理电弧故障状态。
[0004]诸如熔丝和电路断路器的标准电路保护装置大体不足够快速地反应以缓解电弧闪光。呈现足够快速的响应的一个已知电路保护装置为电〃撬〃，其通过有意地形成电〃短路"而利用机械过程和/或机电过程来使电能远离电弧闪光点转移。接着，通过使熔丝烧断或使电路断路器跳闸而清除这种有意的短路故障。然而，使用电撬形成的有意短路故障可允许显著的电流水平流经相邻的电气装备，由此使得能够损坏装备。
【发明内容】
[0005]在一方面，提供了一种电气故障缓解系统，其包括缓解装置，该缓解装置包括限定腔体的容纳室、定位在腔体内并且联接于第一导体的第一电极，以及定位在腔体内并且联接于第二导体的第二电极。缓解装置还包括第一电压源和等离子枪，该等离子枪定位在腔体内并且构造成使用第一电压源发射烧蚀等离子，以使第一电弧能够形成在第一电极与第二电极之间以排放来自电气故障的能量。系统还包括联接于第一导体的第一电压限制器装置。第一电压限制器装置构造成限制第一导体的电压免于增大到预定阈值以上，以在第二电压源施加横跨第一电极和第二电极的电压时，防止第二电压源在第一电极与第二电极之间生成第二电弧。
[0006]在另一方面，提供了一种装备保护系统，其包括第一导体、第二导体和缓解装置。缓解装置包括限定腔体的容纳室、定位在腔体内并且联接于第一导体的第一电极，以及定位在腔体内并且联接于第二导体的第二电极。缓解装置还包括第一电压源和定位在腔体内的等离子枪。系统还包括通信地联接于缓解装置的控制器。控制器构造成检测电气故障并响应于检测到的电气故障生成启动信号。启动信号使第一电压源将电压施加至等离子枪，其中，等离子枪响应于施加的电压发射烧蚀等离子，以使电弧能够形成在第一电极与第二电极之间以排放来自电气故障的能量。系统还包括联接于第一导体的第一电压限制器装置。第一电压限制器装置构造成限制第一导体的电压免于增大到预定阈值以上，以防止第二电压源在第一电极与第二电极之间生成第二电弧。
[0007]在又一方面，提供了 一种排放来自包括第一导体和第二导体的配电系统内的电气故障的能量的方法。该方法包括检测配电系统内的电气故障和响应于检测到的电气故障生成启动信号。该方法还包括使用启动信号启动缓解装置以排放来自电气故障的能量。缓解装置包括联接于第一导体的第一电极、联接于第二导体的第二电极、响应于启动信号生成电压的第一电压源，以及等离子枪，该等离子枪响应于生成的电压发射烧蚀等离子，以在第一电极与第二电极之间形成电弧以排放来自电气故障的能量。该方法还包括使用至少一个电压限制器装置限制第一导体和第二导体中的至少一个的电压免于增大到预定阈值以上，以防止第二电压源在第一电极与第二电极之间生成第二电弧。
[0008]一种电气故障缓解系统，其包括:缓解装置，其包括:限定腔体的容纳室；第一电极，其定位在腔体内并且联接于第一导体；第二电极，其定位在腔体内并且联接于第二导体；第一电压源；以及等离子枪，其定位在腔体内并且构造成使用第一电压源发射烧蚀等离子，以使第一电弧能够形成在第一电极与第二电极之间以排放来自电气故障的能量；以及第一电压限制器装置，其联接于第一导体，其中，第一电压限制器装置构造成限制第一导体的电压免于增大到预定阈值以上，以在第二电压源施加横跨第一电极和第二电极的电压时，防止第二电压源在第一电极与第二电极之间生成第二电弧。
[0009]优选地，第一电极与第二电极分开一间隙，并且绝缘材料配置在间隙内使得间隙具有有效阻抗，等离子枪构造成将烧蚀等离子发射到间隙中以使间隙的有效阻抗降低至低于与电气故障相关的有效阻抗的水平。
[0010]优选地，第一导体构造成接收电流的第一相，而第二导体构造成接收电流的第二相，其中，等离子枪构造成使电流的第一相电气地联接于电流的第二相。
[0011]优选地，电气故障缓解系统还包括联接于第二导体的第二电压限制器装置，其中，第二电压限制器装置构造成限制第二导体的电压。
[0012]优选地，第一电压限制器装置和第二电压限制器装置中的至少一个包括金属氧化物变阻器。
[0013]优选地，电气故障缓解系统还包括构造成启动等离子枪的触发电路，触发电路包括第一电压源和电流源。
[0014]优选地，容纳室包括包封腔体的内壳体，其中，至少一个排气口限定在内壳体内用于从腔体排出气体。
[0015]优选地，至少一个去离子板定位在至少一个排气口内，去离子板构造成除去来自从腔体排出的气体的离子。
[0016]优选地,容纳室包括包封内壳体的外壳体,外壳体和内壳体限定用于将从腔体排出的气体从容纳室导送出的通道。
[0017]一种装备保护系统，其包括:第一导体；第二导体；缓解装置，其包括:限定腔体的容纳室；第一电极，其定位在腔体内并且联接于第一导体；第二电极，其定位在腔体内并且联接于第二导体；第一电压源；以及定位在腔体内的等离子枪；以及控制器，其通信地联接于缓解装置，控制器构造成检测电气故障并响应于检测到的电气故障生成启动信号，其中，启动信号使第一电压源将电压施加至等离子枪，其中，等离子枪响应于施加的电压发射烧蚀等离子，以使电弧能够形成在第一电极与第二电极之间以排放来自电气故障的能量；以及第一电压限制器装置，其联接于第一导体，其中，第一电压限制器装置构造成限制第一导体的电压免于增大到预定阈值以上，以防止第二电压源在第一电极与第二电极之间生成第二电弧。
[0018]优选地，第一电极与第二电极分开一间隙，并且绝缘材料配置在间隙内使得间隙具有有效阻抗，等离子枪构造成将烧蚀等离子发射到间隙中以使间隙的有效阻抗降低至低于与电气故障相关的有效阻抗的水平。
[0019]优选地，第一导体构造成接收电流的第一相，而第二导体构造成接收电流的第二相，其中，等离子枪构造成使电流的第一相电气地联接于电流的第二相。
[0020]优选地，装备保护系统还包括联接于第二导体的第二电压限制器装置，其中，第二电压限制器装置构造成限制第二导体的电压。
[0021]优选地，第一电压限制器装置和第二电压限制器装置中的至少一个包括金属氧化物变阻器。
[0022]优选地，装备保护系统还包括构造成启动等离子枪的触发电路，触发电路包括第一电压源和电流源。
[0023]优选地，容纳室包括包封腔体的内壳体，其中，至少一个排气口限定在内壳体内用于从腔体排出气体。
[0024]优选地，至少一个去离子板定位在至少一个排气口内，去离子板构造成除去来自从腔体排出的气体的离子。
[0025]优选地,容纳室包括包封内壳体的外壳体，外壳体和内壳体限定用于将从腔体排出的气体从容纳室导送出的通道。
[0026]一种排放来自包括第一导体和第二导体的配电系统内的电气故障的能量的方法；检测配电系统内的电气故障；响应于检测到的电气故障生成启动信号；使用启动信号启动缓解装置以排放来自电气故障的能量，其中，缓解装置包括联接于第一导体的第一电极、联接于第二导体的第二电极、响应于启动信号生成电压的第一电压源，以及等离子枪，等离子枪响应于生成的电压发射烧蚀等离子，以在第一电极与第二电极之间形成电弧以排放来自电气故障的能量；以及使用至少一个电压限制器装置限制第一导体和第二导体中的至少一个的电压免于增大到预定阈值以上，以防止第二电压源在第一电极与第二电极之间生成第二电弧。
[0027]优选地，该方法还包括响应于检测到的电气故障将跳闸信号传输至电路中断装置，其中，跳闸信号使电路中断装置中断流至电气故障点的电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为示例性配电系统的示意性方框图。
[0029]图2为可与图1中示出的配电系统一起使用的示例性电弧缓解系统的示意图。
[0030]图3为可与图2中示出的配电系统一起使用的示例性缓解装置的截面图。
[0031]图4为图3中示出的缓解装置的平面图。
[0032]图5为可与图1中示出的配电系统一起使用的排放来自电气故障的能量的示例性方法的流程图。
[0033]部件列表
100配电系统
102电功率源
104负载
106配电线
110导体
112第一相导体
114第二相导体
116第三相导体
118装备保护系统
120电弧闪光事件
122控制器
124处理器
126存储器
128电路中断装置
130电弧缓解系统
132电流传感器
134光学传感器
202缓解装置
204电压限制器装置
206第一电压限制器装置
208地面
210第二电压限制器装置
212第三电压限制器装置
213电压源
214容纳室
216等离子枪
218电极
220第一电极
222第二电极
224第三电极
226腔体
228触发电路
230电压源
232电流源
234间隙
236端部
238距离 240内壳 242排气口 244上部分 246第一排气口 248第二排气口 250内壳体 251间隙 252空气 254排气口 256上部分 258第三排气口 260第四排气口 262去离子板 264外壳体 266通道 268气体 270排放端口 272第一烧蚀层 274外表面 276第二烧蚀层 278内表面 300方法
302接收配电系统内的电流
304使用电压限制器装置限制至少一个导体的电压
306检测电气故障
308启动缓解装置以在缓解装置内排放来自电气故障的能量 310将信号传输至电路中断装置以中断流至电气故障点的电流。
【具体实施方式】
[0034]在本文中描述用于在排放来自电气故障的能量时使用的方法和系统的示例性实施例。在示例性实施例中，装备保护系统包括控制器、电流传感器、光学传感器和电弧缓解系统。电弧缓解系统包括缓解装置和联接于装备保护系统内的每个导体的电压限制器装置。如果电气故障(诸如电弧闪光事件)发生，则控制器例如使用电流传感器和/或光学传感器检测故障。控制器将启动信号传输至缓解装置，并且缓解装置排放来自电气故障的能量。更具体地，缓解装置包括多个电极和等离子枪，该等离子枪将烧蚀等离子发射到限定在成对的相邻电极之间的间隙中。烧蚀等离子使低阻抗路径形成在电极之间。低阻抗路径具有低于与电气故障相关的阻抗的阻抗。因此，电流从电气故障点流至缓解装置的电极。
[0035]电压限制器装置使电极之间的间隙能够减小，而非期望的电弧不在正常操作期间形成。例如，电压限制器装置限制导体的电压，使得电压不增大到高于在正常操作期间(即，当烧蚀等离子未发射到间隙中以减小与间隙相关的阻抗时)将使电弧形成在电极之间的量。因此，电压限制器装置使缓解装置能够以较小的形状系数制造，并且通过避免缓解装置在正常操作期间的错误触发而提高系统的可靠性。另外，由于间隙可与现有技术系统相比减小，故在检测到电气故障时，需要较少的烧蚀等离子(并且因此较少能量)来使电弧能够形成在电极之间。因此，可以以成本有效且紧凑的方式制造本文中描述的缓解装置和装备保护系统。
[0036]图1为示例性配电系统100的示意性方框图，配电系统100可用于将从电功率源102接收的电功率(即，电流和电压)分配到一个或更多个负载104。配电系统100包括多条配电线106，其接收来自电功率源102的电流，诸如三相交流电(AC)。可选地，配电系统100可通过使配电系统100能够如本文中描述地运行的任何适合数量的配电线106接收任何数量的相的电流。
[0037]电功率源102包括例如电力分配网络或〃电网"、蒸汽涡轮发电机、燃气涡轮发电机、风力涡轮发电机、水力发电机、太阳能电池板阵列和/或生成电功率的任何其它装置或系统。负载104包括例如机器、马达、照明设备和/或制造、发电或分配设备的其它电气和机电装备。
[0038]配电线106布置为多个导体110。在示例性实施例中，导体110包括第一相导体112、第二相导体114和第三相导体116。第一相导体112、第二相导体114和第三相导体116联接于装备保护系统118，用于分别将电流的第一相、电流的第二相和电流的第三相传输至装备保护系统118。
[0039]在示例性实施例中，装备保护系统118为开关装置单元，其保护配电系统110和/或负载104免受可在配电系统100内发生的电气故障。更具体地，如果检测到电弧闪光事件120，则装备保护系统118使负载104与配电线116 (和与电功率源102)电气地断开以中断电流。可选地，装备保护系统118为使配电系统100能够选择性地防止电流流至负载104的任何其它保护系统。
[0040]如本文中使用的，〃电弧闪光事件〃指的是由于两个电导体之间的故障而产生的快速能量释放。快速能量释放可使声波和光接近故障(例如，在装备保护系统118和/或配电系统100内)生成。
[0041]在示例性实施例中，装备保护系统118包括控制器122，其包括处理器124和联接于处理器124的存储器126。处理器124控制和/或监测装备保护系统118的操作。可选地，装备保护系统118包括用于控制和/或监测装备保护系统118的操作的任何其它适合的电路或装置。
[0042]应当理解，用语〃处理器〃大体指的是任何可编程系统，其包括系统和微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路，以及能够执行本文中描述的功能的任何其它电路或处理器。以上实例仅为示例性的，并且因此不意图以任何方式限制用语〃处理器〃的定义和/或含义。
[0043]装备保护系统118包括联接于第一相导体112、第二相导体114和第三相导体116的电路中断装置128。电路中断装置128由控制器122控制或启动，以中断流经第一相导体112、第二相导体114和第三相导体116的电流。在示例性实施例中，电路中断装置128包括电路断路器、接触器、开关和/或使电流能够由控制器122可控制地中断的任何其它装置。
[0044]电弧缓解系统130或电气故障缓解系统130通过第一相导体112、第二相导体114和第三相导体116联接于电路中断装置128。另外，控制器122通信地联接于电弧缓解系统130。
[0045]在示例性实施例中，装备保护系统118还包括至少一个第一传感器或电流传感器132，以及至少一个第二传感器或光学传感器134。电流传感器132联接于第一相导体112、第二相导体114和第三相导体116或绕着其定位，用于测量和/或检测流经导体112，114和116的电流。可选地，单独的电流传感器132联接于第一相导体112、第二相导体114和第三相导体116中的每一个或绕着其定位，用于测量和/或检测流经其的电流。在示例性实施例中，电流传感器132为电流变换器、罗氏线圈、霍尔效应传感器和/或分流器。可选地，电流传感器132可包括使装备保护系统118能够如本文中描述地运行的任何其它传感器。在示例性实施例中，每个电流传感器132生成代表流经第一相导体112、第二相导体114和/或第三相导体116的测量或检测的电流的一个或更多个信号(在下文中被称为"电流信号〃)，并且将电流信号传输至控制器122。
[0046]在示例性实施例中，光学传感器134测量和/或检测装备保护系统118内生成的一定量的光，诸如由电弧闪光事件120生成的一定量的光。光学传感器134生成代表测量或检测的光的一个或更多个信号(在下文中被称为"光学信号")，并且将光学信号传输至控制器122。
[0047]控制器122分析电流信号和光学信号以确定和/或检测电弧闪光事件120是否已发生。更具体地，控制器122将光学信号和/或电流信号与一个或更多个规则或阈值比较以确定光学信号和/或电流信号是否包含电弧闪光事件120的指示物。如果控制器122基于光学信号和/或电流信号确定电弧闪光事件120已发生，则控制器122将跳闸信号传输至电路中断装置128，并且将启动信号传输至电弧缓解系统130。电路中断装置128响应于跳闸信号中断流经第一相导体112、第二相导体114和第三相导体116的电流。如在本文中更全面地描述的，电弧缓解系统130将来自电弧闪光事件120的能量转移和/或排放到电弧缓解系统130中。
[0048]图2为可与配电系统100 (在图1中示出)一起使用的示例性电弧缓解系统130的示意图。在示例性实施例中，电弧缓解系统130包括缓解装置202和联接于导体110的多个电压限制器装置204。图3为缓解装置202的截面图。图4为沿线4-4截取的缓解装置202的平面图。
[0049]更具体地，在示例性实施例中，电压限制器装置204包括联接于第一相导体112和地面208的至少一个第一电压限制器装置206、联接于第二相导体114和地面208的至少一个第二电压限制器装置210，以及联接于第三相导体116和地面208的至少一个第三电压限制器装置212。在示例性实施例中，每个电压限制器装置204为包括至少一个金属氧化物变阻器(MOV)的避雷器，该至少一个金属氧化物变阻器(MOV)构造成使得横跨电压限制器装置204 (即，横跨相应的导体110和地面208)的电压限制为电压限制器装置204的预定电压阈值和/或被防止增大到预定电压阈值以上。可选地，电压限制器装置204可包括限制横跨导体110和地面208的电压的任何其它适合的装置，诸如齐纳二极管、电压捕集器和/或真空管。在示例性实施例中，如果电压源213(诸如雷击或配电系统100内的另一个电压浪涌)使横跨导体110和地面208的电压超过联接于导体110的电压限制器装置204的预定电压阈值，则电压限制器装置204将电流传导至地面208并且将导体110的电压限制至预定电压水平。在特定实施例中，预定电压阈值等于大约42千伏(kV)，使得如果电压超过电压阈值，则电压限制器装置204将导体110的电压限制或〃固定〃至大约42kV。
[0050]缓解装置202通信地联接于控制器122，并且由控制器122控制。缓解装置202包括容纳室214，其包封等离子枪216和多个电极218，诸如第一电极220、第二电极222和第三电极224。更具体地，第一电极220、第二电极222、第三电极224和等离子枪216定位在限定在容纳室214内的腔体226内。第一电极220联接于第一相导体112、第二电极222联接于第二相导体114，并且第三电极224联接于第三相导体116。在示例性实施例中，等离子枪216为星形构造的纵向等离子枪。可选地，等离子枪216以使等离子枪216能够如本文中描述地运行的任何其它适合的方式构造。
[0051]在示例性实施例中，触发电路228联接于缓解装置202，并且更具体地，联接于等离子枪216，以启动等离子枪216。更具体地，触发电路228接收来自控制器122的启动信号，并且利用电压信号和/或电流信号激励等离子枪。在示例性实施例中，触发电路228为包括电压源230和电流源232的双源电路。响应于启动信号，电压源230施加横跨等离子枪216的电极(未示出)的电压，使得配置在等离子枪电极之间的空气的电击穿发生。响应于启动信号，电流源232便于产生横跨等离子枪电极具有大约10微秒至大约100微秒之间的持续时间的、高等级的电流流动或高等级的电流脉冲(例如，在一个实施例中，在大约I千安培(kA)至大约IOkA之间)。等离子枪216内的高等级电流流动使高密度的烧蚀等离子在等离子枪216内生成。等离子枪216设计成引导电极218之间生成的烧蚀等离子。触发电路228可定位在容纳室214内(例如，在腔体226内)或者可定位在室214附近。
[0052]如图3和图4所示，每个电极218定位在腔体226内，使得间隙234限定在每个电极218的端部236与相邻电极218的端部236之间。因此，每个端部236与每个相邻的端部236隔开一距离238。在示例性实施例中，每个距离238等于彼此的距离238，使得端部236大致等距地彼此隔开。在特定实施例中，每个距离238为大约40毫米(mm)，并且电弧缓解系统130构造成耐受大约IOOkV的大致瞬时电压浪涌和达大约I分钟的时间段的大约42kV的持续电压浪涌，同时防止非期望的电弧在正常操作期间发生。例如，大约40mm的距离238(或间隙)通常不足以耐受IlOkV的浪涌电压。因此，电压限制器装置204与每个电极218并联联接，使得在电压浪涌事件(例如，来自电压源213)中，电压限制器装置204会将电压限制至使电极218能够间隔开距离238的水平，而非期望电弧不在没有电弧闪光事件时横跨距离238形成。因此，在这种实施例中，电弧缓解系统130和缓解装置202适合于与中压开关装置和/或中压配电系统(诸如额定为在大约IkV至大约35kV之间的电压下(诸如在大约17.5kV下)操作的开关装置和/或配电系统)一起使用。可选地，距离238可为任何其它距离，其在电弧闪光事件120 (在图1中示出)在配电系统100和/或装备保护系统118 (均在图1中示出)内发生时使电弧能够形成在端部236之间。
[0053]在示例性实施例中，容纳室214包括内壳240，其大致包封和限定腔体226。在一个实施例中，内壳240由使内壳240能够至少部分地吸收和/或容纳可在缓解装置202的操作期间在腔体226内引起的压力波的冲击吸收材料制成。在示例性实施例中，内壳240包括限定在壳240的上部分244中的一个或更多个排气口 242以便于从腔体226排出气体。虽然图3示出了两个排气口 242，S卩，第一排气口 246和第二排气口 248，但是应当认识到，内壳240可包括使缓解装置202能够如本文中描述地运行的任何适合数量的排气口 242。
[0054]容纳室214的内壳体250大致包封内壳240。在一个实施例中，间隙251限定在内壳240与内壳体250之间。可选地，内壳240可保持为与内壳体250大致接触，使得没有间隙251形成在其间。绝缘材料252 (诸如空气252和/或其它气体)配置在腔体226内。更具体地，空气252配置在电极218之间的间隙234内，以使电极218彼此绝缘以在缓解装置202和/或等离子枪216不启动时防止电极218之间的非期望电弧。因此，间隙234内的空气252使间隙234具有抵抗穿过其的电流的有效阻抗。
[0055]内壳体250包括限定在壳体250的上部分256中的一个或更多个排气口 254以便于从腔体226排出气体。虽然图3示出了两个排气口 254，S卩，第三排气口 258和第四排气口 260，但是应当认识到，内壳体250可包括使缓解装置202能够如本文中描述地运行的任何适合数量的排气口 254。在示例性实施例中，内壳体250的每个排气口 254与内壳240的排气口 242流动连通。因此，第三排气口 258与第一排气口 246流动连通，而第四排气口260与第二排气口 248流动连通。另外，至少一个去离子板262定位在内壳体250的每个排气口 254内。去离子板262便于除去来自通过排气口 254离开腔体226的气体的离子。
[0056]外壳体264绕着内壳体250定位以大致包封内壳体250。另外，外壳体264绕着内壳体250隔开，使得通道266限定在外壳体264与内壳体250之间。通道266与内壳240的排气口 242和内壳体250的排气口 254流动连通，以便于从腔体226排出气体。因此，气体268 (诸如加热气体)流经排气口 242和254进入通道266，并且从通道266和容纳室214通过多个排放端口 270排放。
[0057]在不例性实施例中，第一烧蚀层272联接于通道266内的内壳体250的外表面274，而第二烧蚀层276联接于通道266内的外壳体264的内表面278，使得第一烧蚀层272和第二烧蚀层276定位在通道266的相对侧。第一烧蚀层272和第二烧蚀层276由适合的材料(诸如烧蚀聚合物)制成，该烧蚀聚合物通过烧蚀冷却热排放气体，并且进一步便于排放气体的去离子。
[0058]在操作期间，如果电弧闪光事件120发生，则控制器122 (在图1中示出)将启动信号传输至等离子枪216，并且等离子枪216将烧蚀等离子发射到电极218之间的间隙234中。烧蚀等离子〃分解〃或减小电极218之间的绝缘材料(例如，空气252)的有效阻抗，并且引起用于在电极218之间行进的电流的低阻抗路径。低阻抗路径具有低于与电弧闪光事件120相关的有效阻抗的有效阻抗。因此，等离子枪216使电流的第一相电气地联接于电流的第二相，电流的第二相电气地联接于电流的第三相，并且/或者电流的第三相电气地联接于电流的第一相。因此，电流远离电弧闪光事件120引导至电极218，使得电弧形成在电极218之间。因此，电弧闪光事件120的能量在容纳室214内被排放，因此缓解电弧闪光事件120的另外非期望结果。
[0059]容纳室214内(S卩，腔体226内)生成的一个或多个电弧可使腔体226内的空气252或其它气体被加热。加热的气体通过内壳240的排气口 242和内壳体250的排气口 254排放。气体流经通道266，并且从容纳室214通过排放端口 270排放。因此，可在电弧闪光事件120期间存在的大量能量可在容纳室214内被排放，而不是以无限制的方式在电弧闪光事件120的地点处被排放。装备保护系统118和/或配电系统100的安全性便于增加，并且来自电弧闪光事件120的对装备保护系统118和/或配电系统100的构件的损坏便于减少。
[0060]图5为排放来自电气故障(诸如电弧闪光事件120)的能量的示例性方法300的流程图，示例性方法300可与配电系统100和/或装备保护系统118 (在图1中示出)一起使用。
[0061]在示例性实施例中，在配电系统100内从电功率源102通过配电线106 (在图1中示出)接收302电流。电流通过多个导体110 (在图1中示出)传输穿过装备保护系统118。使用一个或更多个电压限制器装置204限制304 —个或更多个导体110的电压，以防止电压增大到预定电压阈值以上，例如，在电压浪涌的事件中。例如，如果雷击或来自电压源213的电压浪涌发生，则电压限制器装置204防止导体110的电压超过预定电压阈值和生成横跨缓解装置202的电极218的非期望电弧。
[0062]如果电气故障(诸如电弧闪光事件120)在配电系统100内和/或在装备保护系统118内发生，则检测306故障。例如，故障由控制器122基于从电流传感器132和/或光学传感器134(在图1中示出)接收的信号检测306。
[0063]控制器122将启动信号传输至缓解装置202以启动308缓解装置202。响应于启动信号，触发电路228使电压源230施加横跨等离子枪电极的电压以开始等离子枪电极之间的空气的击穿。触发电路228还使电流源232将高等级电流施加在等离子枪电极之间以在容纳室214内形成和发射烧蚀等离子，以使能量(诸如来自电弧的电流)在缓解装置202的电极218之间流动。因此，能量从电气故障点转移，并且在缓解装置202内(例如，在容纳室214内)被排放。
[0064]控制器122还将跳闸信号传输310至电路中断装置128以中断流至电气故障点的电流。因此，便于消除电气故障，同时与现有技术系统相比，减少或最小化对配电系统100的构件的引起的损坏。
[0065]本文中描述的方法和系统的技术效果可包括以下中的一个或更多个:(a)检测配电系统内的电气故障；(b)响应于检测到的电气故障生成启动信号；以及(C)使用启动信号启动缓解装置以排放来自电气故障的能量，其中，缓解装置包括联接于第一导体的第一电极、联接于第二导体的第二电极、响应于启动信号生成电压的第一电压源，以及等离子枪，该等离子枪响应于生成的电压发射烧蚀等离子，以在第一电极与第二电极之间形成电弧以排放来自电气故障的能量；以及(d)使用至少一个电压限制器装置限制第一导体和第二导体中的至少一个的电压免于增大到预定阈值以上，以防止第二电压源在第一电极与第二电极之间生成第二电弧。
[0066]在上面详细地描述用于排放来自电气故障的能量的方法和系统的不例性实施例。方法和系统不受限于本文中描述的特定实施例，而是相反地，方法的操作和/或系统的构件可独立地使用并且与本文中描述的其它操作和/或构件分开地使用。此外，描述的操作和/或构件还可限定在其它系统、方法和/或装置中，或者与其它系统、方法和/或装置组合使用，并且不受限于仅利用如本文中描述的系统和方法实践。
[0067]虽然结合示例性配电系统描述本发明，但是本发明的实施例利用许多其它功率系统或其它系统或装置操作。本文中描述的配电系统不意图对本发明的使用范围或任何方面的功能性提出任何限制。另外，本文中描述的配电系统不应当理解为具有关于示例性操作环境中示出的构件中的任何一个或组合的任何从属性或要求。
[0068]本文中示出和描述的本发明的实施例中的操作的进行顺序或执行顺序不是必要的，除非另有说明。即，操作可以以任何顺序执行，除非另有说明，并且本发明的实施例可包括比本文中公开的操作更多或更少的操作。例如，构想，在另一个操作之前、同时或之后进行或执行特别的操作在本发明的方面的范围内。
[0069]虽然可在一些图中示出而在其它图中未示出本发明的各种实施例的具体特征，但是这仅为了方便。根据本发明的原理，图的任何特征可与任何其它图的任何特征组合被参考和/或要求权利。
[0070]该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种电气故障缓解系统,其包括: 缓解装置，其包括: 限定腔体的容纳室； 第一电极，其定位在所述腔体内并且联接于第一导体； 第二电极，其定位在所述腔体内并且联接于第二导体； 第一电压源；以及 等离子枪，其定位在所述腔体内并且构造成使用所述第一电压源发射烧蚀等离子，以使第一电弧能够形成在所述第一电极与所述第二电极之间以排放来自电气故障的能量；以及 第一电压限制器装置，其联接于所述第一导体，其中，所述第一电压限制器装置构造成限制所述第一导体的电压免于增大到预定阈值以上，以在第二电压源施加横跨所述第一电极和所述第二电极的电压时，防止第二电压源在所述第一电极与所述第二电极之间生成第二电弧。
2.根据权利要求1所述的电气故障缓解系统，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极分开一间隙，并且绝缘材料配置在所述间隙内使得所述间隙具有有效阻抗，所述等离子枪构造成将烧蚀等离子发射到所述间隙中以使所述间隙的有效阻抗降低至低于与所述电气故障相关的有效阻抗的水平。
3.根据权利要求1所述的电气故障缓解系统，其特征在于，所述第一导体构造成接收电流的第一相，而所述第二导体构造成接收电流的第二相，其中，所述等离子枪构造成使所述电流的第一相电气地联接于所述电流的第二相。
4.根据权利要求1所述的电气故障缓解系统，其特征在于，还包括联接于所述第二导体的第二电压限制器装置，其中，所述第二电压限制器装置构造成限制所述第二导体的电压。
5.根据权利要求4所述的电气故障缓解系统，其特征在于，所述第一电压限制器装置和所述第二电压限制器装置中的至少一个包括金属氧化物变阻器。
6.根据权利要求1所述的电气故障缓解系统，其特征在于，还包括构造成启动所述等离子枪的触发电路，所述触发电路包括所述第一电压源和电流源。
7.根据权利要求1所述的电气故障缓解系统，其特征在于，所述容纳室包括包封所述腔体的内壳体，其中，至少一个排气口限定在所述内壳体内用于从所述腔体排出气体。
8.根据权利要求7所述的电气故障缓解系统，其特征在于，至少一个去离子板定位在所述至少一个排气口内，所述去离子板构造成除去来自从所述腔体排出的气体的离子。
9.根据权利要求7所述的电气故障缓解系统，其特征在于，所述容纳室包括包封所述内壳体的外壳体，所述外壳体和所述内壳体限定用于将从所述腔体排出的所述气体从所述容纳室导送出的通道。
10.一种装备保护系统，其包括: 第一导体； 第二导体； 缓解装置，其包括: 限定腔体的容纳室；第一电极，其定位在所述腔体内并且联接于所述第一导体； 第二电极，其定位在所述腔体内并且联接于所述第二导体； 第一电压源；以及 定位在所述腔体内的等离子枪；以及 控制器，其通信地联接于所述缓解装置，所述控制器构造成检测电气故障并响应于检测到的电气故障生成启动信号，其中，所述启动信号使所述第一电压源将电压施加至所述等离子枪，其中，所述等离子枪响应于施加的电压发射烧蚀等离子，以使电弧能够形成在所述第一电极与所述第二电极之间以排放来自所述电气故障的能量；以及 第一电压限制器装置，其联接于所述第一导体，其中，所述第一电压限制器装置构造成限制所述第一导体的电压免于增大到预定阈值以上，以防止第二电压源在所述第一电极与所述第二电极之间生成第 二电弧。
【文档编号】H02H9/08GK103490403SQ201310233110
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】G.贾尼雷迪, T.F.小帕帕罗, A.桑加韦卢, A.K.博霍里, D.R.劳雷恩, S.N.帕尔瓦迪 申请人:通用电气公司