包括具有带接口的脱扣单元的断路器的开关设备的制作方法

包括具有带接口的脱扣单元的断路器的开关设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及包括具有带接口的脱扣单元的断路器的开关设备。开关设备（2）包括多个汇流条（4）；和多个断路器（6）。至少一个所述断路器包括脱扣单元（8）。脱扣单元包括针对与开关设备操作性地相关联的至少一个电弧故障传感器（12）的接口（10）。脱扣单元构造成响应于流过所述至少一个所述断路器中对应的一个断路器的电流和来自所述至少一个电弧故障传感器的电弧故障信号（16）而使所述至少一个所述断路器中所述对应的一个断路器和一短路开关（14）中的至少一者脱扣。
【专利说明】包括具有带接口的脱扣单元的断路器的开关设备
【技术领域】
[0001]所公开的构思(本发明)一般地涉及包括用于消除电力系统的部件处的电弧故障的系统的开关设备。所公开的构思还涉及中压开关设备。
【背景技术】
[0002]电力系统结合有用于控制和保护目的的开关。形成整个电力系统一部分的配电系统包括安装在金属箱柜中的主电力母线和分支电力母线以及断路器以形成开关设备。通过电路断续器来中断配电系统的母线中的电流流动随着电路断续器的触点打开而形成电弧。由中断引起的这些电弧在电路断续器的通常操作过程中被抑制和熄灭。
[0003]电路断续器如断路器采用用于保护电导体免于因过大的电流而受损的过流脱扣(跳闸)单元。例如，基于微处理器的过流脱扣单元采用可调节的脱扣特性来连续监测流过断路器的电流并引发脱扣。
[0004]在开关柜内，例如在电力母线之间或在电力母线和接地金属部件之间，可能发生意外的电弧故障。这些电弧故障会产生高能气体，高能气体对结构和附近人员造成威胁。当在带电电路上或周围执行维护时尤其如此。工人常常在不经意间使电力母线短接，由此在封壳内产生电弧故障。所引起的电弧爆炸(arc blast)构成极大危险并且可能导致伤害或甚至死亡。该问题由于封壳门通常为了维护而打开而加重。
[0005]保护人员免受开关设备中的电弧故障危害的常用方案是将金属封壳设计成耐受源于电弧故障的爆炸。由于所使用的大尺寸金属和防止飞散碎屑所需的大量焊接接头，实现这一点要花费很大的额外成本。即使采用了这些预防措施，也无法遏制源于开关设备内部的电弧故障的爆炸。
[0006]近来，已开发出用以尽量减小源于内部电弧故障的爆炸的严重程度的方法。这些方法包括压力感测和光检测，它们感测开关设备内的电弧故障并且在会引起严重损害之前使断路器脱扣。压力感测方法受限于压力传感器的不灵敏。等到箱柜压力已升高至可检测的水平时，电弧故障已经导致了严重损害。
[0007]在中压系统中，内部电弧故障将在开关设备封壳内部的某处频繁地发生，但当然不限于连接了服务于负载的电缆的部位。
[0008]在低压系统如马达控制中心中，内部电弧故障可例如在维护线路配电板时发生在负载中心配电板内。裸露的带电铜母线可能被无意地短接。对于低压和中压两种系统的另一个示例是啮齿动物、蛇或者其它动物或物体使导体短接。
[0009]在低压系统中，电弧故障可通过燃烧或排出短路点而自行消除，但可能要用多于半个循环来实现这一点，由此哪怕在起电弧的半个循环中也导致严重的损害和对工人的极大伤害风险。
[0010]中压系统的表现将与低压系统类似；然而，中压系统不太可能自行熄灭。短路开关的撬杆作用(crowbarring)将使电弧熄灭。一旦电弧消失，并且如果短路点已烧尽或被去除，则系统电力可恢复。[0011]已知采用高速短路开关来消除电弧故障。已知的电弧消除装置和系统在电力母线上(例如，相与相之间，如用于三相的两个开关；相与地之间，如用于三相的三个开关)产生金属性短路故障(bolted fault),以便消除电弧故障并防止由于电弧爆炸引起的设备损害和人身伤害。还已知针对该目的采用各种类型的撬杆开关。在电力母线上引起的短路致使上游断路器通过断电而清除金属性短路故障。参见例如美国专利号6，633，009和6，657，150。结果，系统电力由于上游断路器的脱扣而失去。
[0012]通过感测流过电力母线的电流和与例如电力母线的电弧故障相关的弧闪或弧光两者，已知的短路开关电子电路除短路开关外还具有使上游断路器脱扣的其它选择。
[0013]开关设备存在改进的空间。

【发明内容】

[0014]通过所公开的构思的实施例来满足这些和其它需求，所述实施例提供了一种针对作为断路器脱扣单元一部分的一定数量的电弧故障传感器的接口，以及断路器脱扣单元响应于所感测出的电流和来自针对所述一定数量的电弧故障传感器的所述接口的所感测出的电弧故障而使短路开关和/或对应的断路器脱扣的能力。
[0015]根据所公开的构思的一个方面，开关设备包括:多个汇流条；和多个断路器，至少一个所述断路器中包括:脱扣单元，其中脱扣单元包括针对(连接到)与开关设备操作性地相关联的至少一个电弧故障传感器的接口，并且其中脱扣单元构造成响应于流过所述至少一个所述断路器中对应的一个断路器的电流和来自所述至少一个电弧故障传感器的电弧故障信号而使所述至少一个所述断路器中所述对应的一个断路器和一短路开关中的至少一者脱扣。
[0016]作为所公开的构思的另一个方面，开关设备包括:多个汇流条；短路开关，短路开关构造成使一定数量的所述汇流条与大地短接或彼此间短接；和多个断路器，至少一个所述断路器包括:脱扣单元，脱扣单元包括针对与开关设备操作性地相关联的至少一个电弧故障传感器的接口，并且脱扣单元构造成响应于流过所述至少一个所述断路器中对应的一个断路器的电流和来自所述至少一个电弧故障传感器的电弧故障信号而使所述至少一个所述断路器中所述对应的一个断路器和所述短路开关中的至少一者脱扣。
[0017]作为所公开的构思的另一个方面，中压开关设备包括:多个汇流条；和多个中压断路器，至少一个所述中压断路器包括:与所述多个汇流条相互电连接的多个导体；多个电流传感器，每个所述电流传感器与所述导体中对应的一个导体成一体；和脱扣单元，脱扣单元包括针对与中压开关设备操作性地相关联的至少一个电弧故障传感器的第一接口和针对电流传感器的第二接口，并且脱扣单元构造成响应于流过导体的电流和来自所述至少一个电弧故障传感器的电弧故障信号而使所述至少一个所述中压断路器中对应的一个中压断路器和一短路开关中的至少一者脱扣。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]当结合附图阅读时可从以下对优选实施例的描述充分理解所公开的构思，在附图中:
[0019]图1是根据所公开的构思的实施例的开关设备的框图。[0020]图2-4是根据所公开的构思的其它实施例的图1的开关设备的框图。
[0021]图5是根据所公开的构思的另一实施例的图1的开关设备的简化等轴视图。
[0022]图6-8是根据所公开的构思的其它实施例的图1的开关设备的框图。
[0023]图9-11是根据所公开的构思的其它实施例的图1的开关设备的简化等轴视图。
[0024]图12是根据所公开的构思的其它实施例的包括短路开关的开关设备的框图。
[0025]图13A和13B是根据所公开的构思的其它实施例的包括短路开关和一体式电流传感器的中压开关设备的等轴视图。
[0026]附图标记列表
[0027]
2开关设备
4 多个汇流条
6 多个断路器
8 脱扣单元
10 接口⑴
12 至少一个电孤故障传感器
14 短路开关
16 电弧故障信号
18 主断路器
20 主断路器
`[0028]
【权利要求】
1.开关设备(2),包括: 多个汇流条(4);和 多个断路器(6)，至少一个所述断路器包括: 脱扣单元(8)， 其中，所述脱扣单元包括针对与所述开关设备操作性地相关联的至少一个电弧故障传感器(12)的接口(10)，并且 其中，所述脱扣单元构造成响应于流过所述至少一个所述断路器中对应的一个断路器的电流和来自所述至少一个电弧故障传感器的电弧故障信号(16)而使所述至少一个所述断路器中所述对应的一个断路器和一短路开关(14)中的至少一者脱扣。
2.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其中，所述至少一个所述断路器是一个主断路器(18);并且其中，所述至少一个电弧故障传感器连接到所述一个主断路器的脱扣单元的接口。
3.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其中，所述至少一个所述断路器是一个主断路器(20);并且其中，所述至少一个电弧故障传感器是连接到所述一个主断路器的脱扣单元的接口的多个电弧故障传感器(22，24)。
4.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其中，所述至少一个所述断路器是一个主断路器(26)和至少一个分支断路器(28);并且其中，所述至少一个电弧故障传感器是多个电弧故障传感器(30，32)，所述多个电弧故障传感器中的第一个电弧故障传感器(30)连接到所述一个主断路器的脱扣单元的接口，并且所述多个电弧故障传感器中的至少一第二个电弧故障传感器(32)连接到所述至少一个分支断路器的脱扣单元的接口。
5.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其中，所述至少一个所述断路器是一定数量的抽出式断路器(34);其中，所述至少一个电弧故障传感器是一定数量的点式传感器(36);并且其中，所述一定数量的点式传感器中的每个通过所述一定数量的抽出式断路器中对应的一个抽出式断路器的二级线束(38)连接到该对应的一个抽出式断路器的脱扣单元的接口。
6.根据权利要求5所述的开关设备(2;72)，其中，所述开关设备(72)是低压开关设备；其中，所述一定数量的点式传感器穿过所述低压开关设备或接近所述多个汇流条(78)走线；并且其中，所述一定数量的点式传感器是从由以下传感器构成的群组中选择的:走线到所述一定数量的抽出式断路器中的一个抽出式断路器(74A)的一个点式传感器(76)；走线到所述一定数量的抽出式断路器中的一个抽出式断路器(74B)的多个点式传感器(76);和走线到所述一定数量的抽出式断路器中的主断路器(80)的多个点式传感器(76)。
7.根据权利要求5所述的开关设备(2;72)，其中，所述开关设备(72)是中压开关设备；其中，所述一定数量的点式传感器穿过所述中压开关设备或接近所述多个汇流条(78)走线；并且其中，所述一定数量的点式传感器是从由以下传感器构成的群组中选择的:走线到所述一定数量的抽出式断路器中的一个抽出式断路器(74A)的一个点式传感器(76)；走线到所述一定数量的抽出式断路器中的一个抽出式断路器(74B)的多个点式传感器(76);和走线到所述一定数量的抽出式断路器中的主断路器(80)的多个点式传感器(76)。
8.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其中，所述至少一个电弧故障传感器是连接到所述至少一个所述断路器的脱扣单元的接口的光纤传感器(50)。
9.根据权利要求8所述的开关设备(2)，其中，所述开关设备是包括外门(56)的中压开关设备(52);其中，所述至少一个所述断路器包括主断路器(58);并且其中，所述光纤传感器是穿过所述中压开关设备的外门走线到所述主断路器的脱扣单元的接口的单根光纤电缆(60)。
10.根据权利要求8所述的开关设备(2)，其中，所述开关设备是包括外门(64)的中压开关设备(66);其中，所述光纤传感器是在所述外门后面并穿过所述中压开关设备或接近所述多个汇流条(68)走线到所述至少一个所述断路器中所述对应的一个断路器的脱扣单元的接口的单根光纤电缆(62);其中，所述至少一个所述断路器中所述对应的一个断路器是抽出式断路器(70);并且其中，所述光纤电缆被断开以将所述抽出式断路器从所述中压开关设备拉出。
11.根据权利要求8所述的开关设备(2)，其中，所述开关设备是低压开关设备(48);并且其中，所述光纤传感器是穿过所述低压开关设备或接近所述多个汇流条(4)走线的单根光纤电缆(50)。
12.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其中，所述至少一个电弧故障传感器是至少一个点式传感器(12)和至少一个光纤传感器(50);其中，所述至少一个点式传感器连接到所述至少一个所述断路器的脱扣单元的接口 ；并且其中，所述至少一个光纤传感器连接到所述至少一个所述断路器的脱扣单元的接口。
13.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其中，所述至少一个电弧故障传感器是构造成安装在接近所述开关设备时的维护人员身上的人员保护传感器(12);并且其中，所述人员保护传感器连接到所述至少一个所述断路器中的一个断路器的脱扣单元的接口。
14.根据权利要求13所述的开关设备(2)，其中，所述开关设备是从由低压开关设备(48)和中压开关设备(52)构成的群组中选择的。
15.根据权利要求13所述的开关设`备(2)，其中，所述至少一个所述断路器中的所述一个断路器是从由正被所述维护人员维护的断路器(6)和所述开关设备的主断路器(80)构成的群组中选择的。
16.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其特征在于，所述脱扣单元构造成响应于流过所述至少一个所述断路器中所述对应的一个断路器的电流和来自所述至少一个电弧故障传感器的电弧故障信号而仅使所述短路开关(14)脱扣。
17.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其中，所述脱扣单元构造成响应于流过所述至少一个所述断路器中所述对应的一个断路器的电流和来自所述至少一个电弧故障传感器的电弧故障信号而仅使所述至少一个所述断路器(6)中所述对应的一个断路器脱扣。
18.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其中，所述脱扣单元构造成响应于流过所述至少一个所述断路器中所述对应的一个断路器的电流和来自所述至少一个电弧故障传感器的电弧故障信号而使所述短路开关(14)和所述至少一个所述断路器(6)中所述对应的一个断路器两者脱扣。
19.开关设备(84),包括: 多个汇流条(86)； 短路开关(88)，所述短路开关构造成使一定数量的所述汇流条与大地(89)短接或彼此间短接；和 多个断路器(90)，至少一个所述断路器包括:脱扣单元(92)， 其中，所述脱扣单元包括针对与所述开关设备操作性地相关联的至少一个电弧故障传感器(96)的接口(94)，并且 其中，所述脱扣单元构造成响应于流过所述至少一个所述断路器中对应的一个断路器的电流和来自所述至少一个电弧故障传感器的电弧故障信号(98)而使所述至少一个所述断路器中所述对应的一个断路器和所述短路开关中的至少一者脱扣。
20.中压开关设备(100)，包括: 多个汇流条(102);和 多个中压断路器(104，105)，至少一个所述中压断路器包括: 与所述多个汇流条相互电连接的多个导体(106)， 多个电流传感器(108)，所述电流传感器中的每个与所述导体中对应的一个导体成一体，和 脱扣单元(110)， 其中，所述脱扣单元包括针对与所述中压开关设备操作性地相关联的至少一个电弧故障传感器(114)的第一接口(112)和针对所述电流传感器的第二接口(116)，并且 其中，所述脱扣单元构造成响应于流过所述导体的电流和来自所述至少一个电弧故障传感器的电弧故障信号(120)而使所述至少一个所述中压断路器中对应的一个中压断路器和一短路开关(118)中的至少一者脱扣。
【文档编号】H02B13/025GK103762515SQ201310341841
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2012年8月7日
【发明者】J·J·本克 申请人:伊顿公司