用于主断路器线路侧功率导体的被动电弧保护的制作方法

文档序号:9710396阅读:337来源:国知局
用于主断路器线路侧功率导体的被动电弧保护的制作方法
【专利说明】用于主断路器线路侧功率导体的被动电弧保护
[0001]本申请要求在先申请CRC-0266[美国,2012年4月20日提交的]13/452,145和CRC-0275[W0,2013 年 7 月 17 日提交的 JPCT/US13/50797 的优先权。
技术领域
[0002]本发明总体上涉及配电装置和被包含在本文一般称之为机柜的壳体内的导体,然而这种壳体不必要地具有得益于本发明而设计的门。本发明更具体地涉及通过在输入功率导体上使用用于电气外壳的遂道式灭弧系统来被动防止并控制电气柜中意外的电弧故障的作用。
【背景技术】
[0003]在电气柜中的不期望的和/或不受控制的电弧事件(即,通过气体放电),也被称之为电弧故障,是众所周知的,并且其包含由电弧闪光和电弧爆炸(后文为了方便起见将其称为电弧爆炸)引起的潜在的对装置的破坏和对操作环境中的人员的伤害。本领域中熟知的是被动电弧控制方式和主动电弧控制方式两种。被动方式包含对机柜的电弧爆炸能量和出气的遏制和定向排气。其他被动方式可包含致力于承受爆炸的机柜结构的加固。上述被动方式中任何一种均不限制故障持续时间。当然,越快地控制住电弧,则电弧事件造成的损坏则可能越少。
[0004]申请人先前已经在其在先申请[2012年4月20日提交的美国序列号13/452,145 ;以及2013年7月17日提交的W0国际申请第PCT/US13/50797](文件号分别为CRC-0266和CRC-0275)中公开了被动电弧衰减和灭除方式。申请人详述描述的被动灭弧的先前申请主要聚焦于断路器对电源母线的连接。这两个申请通过引用整个地被并入本文。
[0005]主动电弧控制方式通常包含用于控制电流的探测和切换机构的一些形式。关于主动方式的问题可包含耗费、令人讨厌的跳闸、速度和未被检测到的系统故障。
[0006]其他的关注是缺乏对分支系统的选择性中断。本质上,无论何时在断路器的线路侧上具有电弧故障,在本文中统一被称为“紧邻上游电路中断设备”或为了简洁称为“紧邻上游设备”的紧邻最高级别的中断设备(即,例如,上游断路器、熔断器等等)必须打开电路,以保护配电基础设施和下游电路/负载。出于解释的目的,紧邻上游设备将被称为断路器,尽管,再次地,应理解的是其可以是熔断器或其他类型的电路中断设备。然后,问题当然是当电弧只发生在一个位置(即,分支)时,该动作可能中断若干个分支(即,位置)的电力。
[0007]图1示出的是一般由数字100指示的示例性电力防护和分配系统。例如通过断路器113将来自电力网112的电功率传输到三个建筑物115A、115B、115C。每一个建筑物具有其自己的配电装置,一般在本文统一称之为机柜内的机构或开关柜114,如图2中更详细地所示。开关柜114容纳主断路器116、配电母线118和一个或多个下游断路器120A、120B...120N。
[0008]主断路器116保护整个设施,并额定通过最高预期持续电流。例如,配电母线118可包括能够传导大电流的实心铜条。每一个下游断路器120A、120B...120N被额定用于较低电流,且分别在独立的配电电路分支122Α、122Β...122Ν上将电力分配给多个电气负载124。
[0009]主断路器116的任何点上游(即,在线路侧)具有断路器113,因为其是紧邻上游设备。因为,断路器(或者一般地中断设备)仅感测其负载侧的故障状态,如果电弧故障发生在主断路器116的线路侧,那么只有在本文中是断路器113的紧邻上游设备打开以挽救下游装置。当断路器113打开(中断电流)时,三个建筑物其电力全部被中断。这是选择性问题。人们可以假设,在支状结构中,任何断路器的线路侧具有紧邻上游设备。

【发明内容】

[0010]通过路由各种母线或线缆到各种配电设备(包含电路中断设备,一般是断路器(在本文中可互换地使用这两个术语))建立各种下游电路支路和负载,电力输入到开关柜且必须经过开关柜进行分配。由于机柜结构的架构和电气考虑,导体的运行必须有起点、终点和改变方向。这种变化涉及用于导体到导体的连接的非绝缘接头。这种接头很可能是电弧发生的点。
[0011]本领域普遍的是,快速的、电气的、被动机构用于在电气柜内部控制和灭除电弧事件。为此目的,本发明在其各方面和实施方式中引导并提供了具有用于导体的电弧控制围绕物的电弧管理系统。电弧控制围绕物的一部分形成大体上管状的“电弧通道”,其围绕输入功率导体的非绝缘接头,以便引导并控制电弧故障。电弧通道的一端可被连接到围绕导体的其他延长件的管道。电弧通道的另一端可终止于腔室,腔室可形成几何体并充当用于保持衰减的电弧直至其被消除的腔。因为电弧控制结构可被认为是基本上管状的,所以常用于弯曲面的术语可在本文中用作解释帮助。电弧通道将延长初次产生的电弧,并如有需要的话,与相关的腔室一起衰减电流和温度,直至最优地电弧被灭除。电弧通道和相关管道可进一步提供对抗不期望的实心导体形成/渗透的屏障。
[0012]因此,可由电弧管理系统提供若干优点,包含:通过对诸如掉落的工具或虫害的无意中进入的短路导体的物理屏障的电弧防护;以及利用通过电弧通道和相关的排气通道产生的灭除或衰减的电弧通道作用,所述电弧通道和相关的排气通道其尺寸、定位和布置被设计成抽取并冷却电弧,从而减少其电流和相关装置的热量,以及安全效益。
[0013]在电弧闪光保护的领域里,最重要的关注点之一是在开关柜中传送电网电力的线路侧功率导体。这些导体是源导体,其通常将一个配电装置的主断路器连接到其上游电源,并在其最不妨碍的状态下,提供将由该装置分配的绝大多数的电力。因此,这些导体通常由电压、电流和时间表不最尚功率可用性;在装置中,并由此表不电弧闪光能量的最尚级别。因此,当处理这些导体和与其相连接的分配装置时,最高级别的个人防护装置(ΡΡΕ)必须用于装置的操作或服务。应认识到的是,在不利用本发明的情况下,ΡΡΕ级别将由机柜的主断路器之上的紧邻上游设备的防护级别来确定。该紧邻上游设备有时候可被称为“远程上游设备”,因为按照定义,该设备位于机柜外面。
[0014]简短地,当计算电弧闪光能量时,存在计算在特定装备处的当前可用电弧闪光能量的两种不同的数学方法,这两种不同的数学方法在NFPA70E的附录D中被详细描述。
[0015]—种方法,通常被称为关于方形盒中的电弧闪光的NFPA70E方程:
[0016]Emb= 1038.7DB L4738 XtA[0.0093F20.3453F+5.9673]
[0017]其中,EMB是电弧闪光能量,DB是工作距离(来自IEEE 1584的表3),^是电弧的持续时间,以及F是短路(或故障)电流。该方程使用英寸来进行距离测量,并直接以卡路里每厘米平方(cal/cm2)给出结果。在理解本发明之后,应理解的是,由本发明的电弧控制结构控制扒和F。
[0018]关于控制电弧故障,本发明使用与之前所述的在申请人的[CRC-0266ANDCRC-0275]中的被动电弧衰减和消除技术相似的技术,并在本文中有时候为了简单起见被称之为“电弧块”技术或结构。本发明的电弧块技术位于围绕输入导体的非绝缘接头的开关柜的主断路器之上(即,其上游)。在该位置,电弧块技术可通过减少用于这些上游导体的电弧闪光的发生可能性和通过减少由堵塞其能量的电弧而确实发生的任何电弧闪光的密度和持续时间以实现衰减或灭除,提供安全性和装置可靠性方面的显著优势。
[0019]该被动电弧块技术的延伸至主断路器的电源连接的电气上游,而不管其是否物理上位于机柜中,可具有若干个关键优势:
[0020]1.电弧块以完全独立于远程上游设备的方式运行,并不受其性能设置影响。不管远程上游设备断路器设置或甚至远程上游设备无法运行,电弧块清除故障。
[0021]2.可被动消除装置中的电弧,保持主断路器不跳闸,
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