专利名称：具有单独可隔离的功能区的配电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有单独可隔离的功能区的配电系统。
背景技术：
例如工业开关板的配电系统一般包含与开关装置相连接的供电导体组。供电 导体允许大电流流过开关板并且一般是单块隔离、部分裸露或不完全隔离的。人们 在维修、服务、改接等过程中与带电的供电导体接触，因此引起不少触电致死的危 险以及对供电连续性产生重大威胁。
因此需要一种解决方案，它允许配电系统安全地作业，而不破坏供电连续性。
发明内容
根据本发明，这里提供一种具有分别通过隔离装置连接于配电总线的多个单 独可隔离的功能节点的配电系统，所述配电总线经由隔离装置连接于电源输入节 点，所述电源输入节点可连接于电源，其中配电总线和隔离装置被容纳在配电隔室 内，而电源输入节点和功能节点彼此独立地设置并且邻近功能隔室中的配电隔室。
配电总线可经由隔离装置连接于备用电源输入/输出节点，所述备用电源输入 /输出节点可连接于备用电源或电源输出，其中备用电源输入/输出节点可分离地安 装在靠近配电隔室的功能隔室内。
隔离装置可从隔离开关、断路器、熔丝及其组合中选择。
配电隔室可具有带孔的盖，通过这些孔可单独地访问隔离装置，使功能节点、 电源输入节点和备用电源输入/输出节点与配电总线单独隔离。
配电隔室和功能隔室可一起容纳在配电单元箱或开关板箱内。
现在将参照附图通过例子来描述本发明的诸实施例，其中
图1A-C是根据本发明的具有单个可隔离的功能区的开关板的实施例的示意
图2是本发明具有多个不同可隔离功能区的开关板的一个实施例的示意图； 图3A-B是包括本发明的可隔离功能区的实施例的数据中心不可中断电源 (UPS)系统的示意图4是具有本发明以实施例配备单独可隔离配电系统的电动机的示意图； 图5和图6是本发明一个实施例的配电单元箱的主视图； 图7是图5和图6的配电单元箱的功能隔室的局部立体图； 图8-图10是示出不同的三极和四极布线配置的图5 —图7的配电单元箱的六 个功能节点的局部电路图ll是本发明另一实施例的开关板箱的主视图；以及 图12是图11的开关板箱的电路简图。
具体实施例方式
图1A示出电气开关板100，它具有外壳102和沿外壳102的相对侧定位的多 个电隔离和/或接地的盒形功能隔室104。功能隔室104由电隔离材料或接地金属材 料形成。外壳102和功能隔室104可以是一体形成的或者是标准组件。通过延伸过 外壳102的三相五线供电导体106提供电流。三相五线配电导体108通过T型(teed) 馈电导体110电连接于相应的供电导体。隔离开关112被设置在T型馈电导体110 和隔离功能隔室104之间。适宜的隔离开关112可包括例如隔离器、断路器、熔丝 等。隔离开关112和功能隔室104—起提供电隔离功能区，用来建立和断开与配电 导体108的电连接，而不需要对外壳102的带电区中的供电导体106断电。
在图1A中，隔离开关112是断路器，可隔离功能区的功能隔室104配以由单 相输出断路器构成的供能节点。配电导体108直接从可隔离功能区进入功能隔室 104中的断路器，而不露出任何带电导体。因此，需要接触隔室104的电工可放心 作业而不必担心意外地触及带电导体。
图1B的开关板基本类似于图1A的开关板。这里，可隔离功能区配有三相输 出断路器。在图1C中，隔离开关112是隔离体，可隔离的功能区配有单相输出断 路器。为清楚起见，在图1A-C中仅示出一个可隔离功能区的示例电接头和示例电 路装置。然而应当理解，开关板100可通过任何适宜数量带传统隔离开关112和传
统电路、元件、装置等的任何和所有单相或多相组合的可隔离功能区来实现。
图2示出具有带示例电路、元件、装置等的多个不同的三相、三极可隔离功 能区的示例开关板200，所述示例电路、元件、装置由下列标记表示。
A主输入电源。
B备用输入电源/全额定输出电源。
C具有配有三相输出端子的可隔离功能区的三相上游断路器保护。
D向配有三相输出断路器的可隔离功能区供电的全额定链路(缆线或汇流
条)的三相隔离器。
E向配有三相输出断路器的可隔离功能区供电的三相上游断路器保护。
F配有单相输出断路器的可隔离功能区的三相上游断路器保护。
G配有单相输出断路器的可隔离功能区的三相上游断路器保护。
H配有单相输出断路器的可隔离功能区的三相上游断路器保护。
I配有单相输出断路器的可隔离功能区的单相上游断路器保护。
J配有单相输出断路器的可隔离功能区的单相上游断路器保护。
K配有单相输出断路器的可隔离功能区的单相上游断路器保护。
L向配有单相输出断路器的可隔离功能区供电的带全比率链路(缆线或汇流
条)的单相隔离器。
M配合于断路器的无电压辅助状态触点，用来向无电压可隔离功能区/无电 压导体的测量设备供电。
N配合于断路器的无电压辅助触点，用来向无电压可隔离功能区/无电压导 体的监测和浪涌保护设备供电。
0配合于可隔离功能区中单相输出断路器/无电压导体的无电压辅助状态触点。
P配合于三相上游电路断路器/无电压导体的无电压辅助状态触点。
Q建立自动化系统(BAS)接口的无电压端子可隔离功能区。
R具有变流器的测量可隔离功能区，所述变流器作为短路手段桥接以结合三
相电源与端接于附近的无电压可隔离功能区Q的测量可隔离功能区/无电压输出导
体的隔离而消除触电致死的危险。
S监测/浪涌保护/指示器结合三相电源与端接于附近无电压可隔离功能区Q
的监测可隔离功能区/无电压输出导体的隔离而点亮可隔离功能区。
T位于外壳内带电区内的变流器的换能器可隔离功能区，用来提供故障变流
器而不使整个开关板200隔离。
U位于相邻可隔离功能区L内的变流器的换能器可隔离功能区，用来提供可 用变流器而不使整个开关板200隔离。
上述电路、元件、装置等和可隔离功能区仅为示例。可以理解开关板200或 者可用传统电路、元件、装置等的任何或所有单相或多相结合来实现。
图3A-B示出实现于配电系统300中的本发明的示例性可隔离功能区，例如用 于工业地点的三相、五线配电系统，例如数据中心的双UPS网状系统。参照图3A， 从两个升压器(riser)向系统300提供电源。升压器的取电箱A、 B各自具有可隔 离功能区，用来改变保护装置并断开或连接功能区中的导体而不隔离各自的升压 器。
系统300的主开关板C、 D各自具有针对主输入供电和备用输入供电的可隔 离的功能区。自动转接(ATS)开关板E、 F具有针对主输入供电和备用输入供电 乃至针对两者的可隔离功能区。在每块开关板C、 D、 E、 F中，或者主输入供电 可隔离功能区或备用输入供电可隔离功能区都可用来提供全额定输出供电。可改变 开关板C、 D、 E、 F的带电区中的各隔离保护装置以适应变化的现场要求，从而 向配有端子或螺栓弯边拖片接头的可隔离功能区供电。开关板C、 D、 E、 F中的 预留的可隔离功能区可配有端子或螺栓弯边拖片接头，其目的是向下游的开关板/ 设备供电以在系统300维护、系统更新和系统扩容期间提供并联的备用供电。开关 板G、 H具有可隔离的功能区，它们能提供重配置布线的选择而不打断供电的连续 性。
参照图3B，静态转接开关I、 J各自包括可隔离功能区以允许缆线重构而不中 断供电。系统300的主配电板和副配电板分别由开关板K、 L和开关板M、 N提供。 这些配电板具有可隔离的功能区，它们提供与上面结合开关板C、 D、 E、 F讨论 相同的一般功能。为了在系统300中提供末级子电路分配，子配电开关板M、 N 可具有与前面结合开关板200描述的和图2中示出的那些基本相同的可隔离功能 区。
图4示出用关键负载E实现的本发明的可隔离功能区400，所述关键负载E 要求基本连续的供电，例如电动机、电气设备、计算机设备、通信设备等。可隔离 功能区A 400提供主输入供电，而区B提供备用的并联输入供电。主输入供电隔 离器被包含在可隔离功能区C中，而区D包括备用的并联输入供电隔离器。区F 向关键负载E提供连接端子。在使用时，可连续地和选择地使可隔离功能区A、 B、
C、 D的并联的输入供电与主和备用的主开关板/供电断开和连接，从而在主开关板
/供电需要关闭以进行电路维修的情况下向关键负载E提供连续的供电。
图5-图7示出本发明一个实施例的配电单元箱500。配电单元箱500被配置成 向数据室内的一排服务器箱(未示出)配电。较为有利地，配电单元箱500的尺寸 和形状被设计成与服务器箱的形状和尺寸基本吻合。配电单元箱500包括配电总线 通道(或底盘)502，它经由隔离开关504和缆线连接于多个单独可隔离功能节点 506。配电总线通道502经由隔离开关504连接于电源输入节点508，所述电源输 入节点508可连接于电源。配电总线502还经由断路器510连接于备用的电源输入 /输出节点512，所述电源输入/输出节点512可连接于备用电源或电源输出。
配电总线502容纳在隔离的配电隔室514内，同时功能节点506、电源输入节 点508和备用电源输入/输出节点512彼此分离地设置，配电隔室514靠近具有盖 的功能隔室。从图6中可以最清楚地看出，配电隔室514具有带孔的盖518，通过 这些孔可逐一触及隔离开关504和断路器510，使功能节点506、电源输入节点508 和备用电源输入/输出节点512各自与配电总线502隔离。可为容纳功能节点506、 电源输入节点508和备用电源输入/输出节点512的功能隔室编号或编码，从而使 它们在接电源线、维护和维修过程中能方便地定位。功能隔室和它们的盖可染上与 配电隔室514及其盖518不同的颜色，分别指示配电单元箱500的隔离区和带电区。 例如，可将功能隔室和它们的盖染成白色，而将配电隔室514染成橙色。
如图7所示，位于功能隔室(为清楚起见图中未示出盖)中的功能节点506 包括配合于断路器522的辅助状态触头520。参照图5和图6， 一个或多个功能节 点506被容纳在设置于配电单元箱500的盖内的隔室中。这些功能节点506包括电 源品质测量仪、供电可行指示灯、电压监测继电器和浪涌抑制器。应当理解功能节 点506可以是任何和全部传统电气元件、装置、仪表、负载等的接口或连接点。图 8—图10示出配电总线通道502和功能节点506 (为清楚起见仅示出六个)的不同 的三极和四极布线结构。应当理解配电单元箱500可以任何和所有传统结构类型或 接地类型实现极数；线数；电压；单相或三相；二极、三线；四极、五线；二级、 二线；三极、三线等。
图11示出实现为开关板箱600的本发明，基本包括经由断路器604连接的配 电总线(或底盘)602和连接于多个单独可隔离功能节点606的缆线。配电总线通 道602经由隔离开关608连接于电源输入节点610，电源输入节点610可连接于电 源。配电总线通道602也经由断路器604连接于备用电源输入/输出节点612，备用
电源输入/输出节点612可连接于备用电源或电源输出。配电总线通道602可容纳 在配电隔室614内，同时功能节点606、电源输入节点610和备用电源输入/输出节 点612彼此分离地设置，配电隔室614靠近功能隔室。功能隔室和配电隔室614 各自有盖。和前面一样，配电隔室614的盖有孔(为清楚起见在图11中未示出)， 通过该孔可分别触及断路器604和隔离开关608，使功能节点606、电源输入节点 610和备用电源输入/输出节点612各自与配电总线通道602隔离。另外，可单独对 容纳功能节点606、电源输入节点610和备用电源输入/输出节点612的功能隔室编 号或编码，以使它们在接电源线、维护和维修过程中能方便地定位。另外，功能隔 室和它们的盖可染成白色，同时配电隔室614可染成橙色，以区分开关板箱600 的带电区和隔离区。
在所示实施例中，容纳在功能隔室内的功能节点606包括端子和辅助状态输 出。附加的功能节点606被容纳在设置于功能隔室的盖内的隔室中。这些功能节点 606包括电源品质仪表、供电可行指示灯、电压监测继电器和浪涌抑制器。应当理 解功能节点606可以是任何和所有传统电气元件、装置、仪表、电路、负载等的接 口或连接点。图12示出配电总线通道602和功能节点606的三极布线结构，然而 应当理解开关板箱600或者可以任何和所有传统结构类型或接地类型实现极数； 线数；电压；单相或三相；二极、三线；四极、五线；二极、二线；三极、三线等。
本发明的配电系统的实施例可设计成允许支持电信设备和其它平台的开关板 和供电系统安全地作业而不需要人员作业在带电设备下，并且不需要中断电信设备 和其它平台的连续性。本发明的诸实施例提供下列优点。
风险一职业健康和安全一消除电工触电致死的风险。
风险一人为干预一消除中断关键负载的电源的人为干预。
风险一丧失电源连续性一允许执行多个电学工序而不需要对关键负载作电气 隔离。
风险一商业上的财政影响一允许执行多个电学工序而不需要对关键负载作电 气隔离。减少配电系统造成电源连续性丧失的计划停机的需求。
维护工序一在需要对上游开关板执行维修的情况下，通过具有单独可隔离功 能区的开关板给开关板予全额定并联备用供电，而不中断关键负载的供电。
升级工序一在需要重新配置/升级/改动现有电网系统的情况下，可从具有各自 隔离的功能区的上游开关板对开关板提供全额定并联备用输入供电，而不中断关键 负载。 作业在供能的关键配电系统上的端对端解决方案一消除在供能的关键配电系 统上执行电气作业时触电致死的风险。使电工在关键的配电系统上执行作业而不必 使配电基础设施/开关板/副板/多个子电路隔离，从而执行电气作业。
设计标准一在电网设计阶段，单独可隔离的功能区提供基本的柔性以向关键 负载提供连续的供电，用于例如热图像测量一故障维修的维护工序；升级工序；系 统崩溃一对关键负载的快速电源恢复一因为能从可隔离的功能区开关板引入电源 以将临时缆线连接于临时供电开关板，从而恢复向关键负载的供电；AC配电一所 有电压，无限制；DC配电一所有电压，无限制；电流一无限制。
本发明的实施例提供当隔离时其中没有带电导体的单独可隔离的功能区，它 消除了或至少最小化触电致死的危险。诸实施例使电工与每个输出电路/缆线的单 独可隔离功能区隔离并改变可隔离功能区中的受保护装置，从而适应变化现场的需 求而不需要使整个开关板隔离，例如现场的单相/三相15 — 32安培输出子电路/15 一32安培开关电源插座。
本发明的实施例还为全额定备用(反馈)输入供电电路/缆线提供单独可隔离 功能区，所述全额定备用(反馈)输入供电电路/缆线可另行作为全额定输出供电 电路。诸实施例还为电升压器取电盒提供单独可隔离的功能区。另外，诸实施例通 过运作取电盒内的保护装置而使电工与单独可隔离功能区隔离并允许连接/断开可 隔离的功能区中的电路/缆线，以适应变化现场的需求，并且不需要使整个升压器 隔离。
本发明的实施例还为监控/计量/浪涌抑制设备提供单独可隔离的功能区。这使 电工能为升级和维护的目的对电压监测/电源品质计量/浪涌抑制设备而隔离单独 隔离功能区。
另外，本发明的实施例为BAS端子的无电压连接提供单独可隔离的功能区。 这为BAS连接端子的无电压连接提供端接于单独功能区的断路器状态/供电电压监 测/浪涌抑制状态的无电压监测。
在开关板的实施例中，可经由专用隔离器/断路器/熔丝一用来隔离每个可隔离 功能区的l、 2、 3或4电极，从开关板的带电区向单独可隔离的功能区供电。对可 隔离功能区供电的中性导体在开关板的带电区内端接于传统中性汇流条，在4电极 转接配置的情形下，中性部分直接连接于隔离器/断路器(4电极)。向可隔离功能 区供电的接地导体在开关板的带电区内终接于传统接地汇流条。开关板的带电区和 可隔离功能区之间的所有内部开关板导体通过螺钉或弯边拖片和螺接的端子端接
于这两个区，在带电区或可隔离功能区中不需要专门的屏蔽件。可在设计阶段实现
输出次级或副级电路缆线保护1、 2、 3相和4极选择，从而当可隔离功能区开关板
被启用并且连接关键负载时，能够对可隔离功能区中的受保护装置作出改变。例如，
如果在带电区内使用三相63安培专用隔离器/断路器/熔丝以向可隔离功能区供电， 并且如果带电区和可隔离功能区之间的导体被适当地设定尺寸和受到保护，则可隔 离功能区中的受保护装置可在单相、两相和三相以及10、 16、 20、 32、 40、 50、 63安培的电流额定值之间有选择地变化。这允许次级电路和末级子电路灵活改变 而不使连接于同一开关板的其它关键负载隔离。其结果是缆线中的每个导体从单独 可隔离的功能区中的开关板端子至断路器、熔丝组件、端子连接或断开，或者螺接 于铜线连接。
本发明的实施例避免了电工与处于负载下的带电导体的互作用，因为在已隔 离的功能区中无带电导体。需要电工互作用的唯一导体是通过功能区隔离的单独电 路。本发明的实施例的单独可隔离的功能区允许安全地从事大范围的工序而不必对 整个系统或由此供电的关键负载断电。这些工序例如包括更换故障的保护装置(断 路器或熔丝组件)；改变断路器、熔丝组件、残余电流装置等的类型、保护等级、 相连接等；监控设备的更换、修理连接等；变流器一主输入供电一开关板和输出子 电路的更换、维修、连接等；开关板的浪涌保护装置的更换、维修、连接等；子电 路、主输入供电、全额定并联备用输入供电、全额定输出供电子电路、电源品质分 析器等开关板的连接和断开；电网设计；热图像测量、故障维修等；升级、更新、 扩容等；在系统崩溃的情形下，通过从临时缆线连接的功能区引入电源而向临时开 关板供电以恢复关键负载的电力，实现对关键负载的快速电源恢复。
本发明的实施例可实现为单块末级配电开关板在工业地点、工厂、设施等将 不中断的电力提供给关键电气设备、计算设备、通信设备等。可隔离功能区例如允 许多余的子电路与末级配电开关板断开，将新的子电路连接于末级配电开关板，将 末级子电路保护装置从单相改变为三相，改变过电流额定值等。另外，单独的可隔 离功能区允许末级配电开关板的全额定并联备用输入供电的连接和断开，而不中断 关键负载。
诸实施例仅以举例作了描述，可在本发明所公开的范围作出修正。例如，可
隔离的功能区可形成在配电系统中的电气设备的一个或多个部分或与之相连，所述
配电系统包括电气开关板、电气装置、电负载、配电子系统、电气元件和电气设备
中的至少一个。电气设备可包括不中断电源(UPS)。另外，本发明的实施例可实
现在对电压或电流没有限制的AC或DC配电系统中,
权利要求
1.一种具有分别通过隔离装置连接于配电总线的多个单独可隔离功能节点的配电系统，所述配电总线经由隔离装置连接于电源输入节点，所述电源输入节点可连接于电源，其中配电总线和隔离装置被容纳在配电隔室内，并且电源输入节点和功能节点彼此独立地设置并且邻近功能隔室中的配电隔室。
2. 如权利要求l所述的配电系统，其特征在于，所述配电总线经由隔离装置 连接于备用电源输入/输出节点，所述备用电源输入/输出节点可连接于备用电源或 电源输出，其中所述备用电源输入/输出节点可单独容纳在配电隔室附近的功能隔室内。
3. 如权利要求1或2所述的配电系统，其特征在于，所述隔离装置是从隔离 开关、断路器、熔丝及其结合形式中选择的。
4. 如任何一项前述权利要求所述的配电系统，其特征在于，配电隔室具有带 孔的盖，通过这些孔可单独地接近隔离装置，使功能节点、电源输入节点和备用电 源输入/输出节点与配电总线单独隔离。
5. 如任何一项前述权利要求所述的配电系统，其特征在于，所述配电隔室和 功能隔室一起容纳在配电单元箱或开关板箱内。
全文摘要
一种具有分别通过隔离装置连接于配电总线的多个单独可隔离功能节点的配电系统，所述配电总线经由隔离装置连接于电源输入节点，所述电源输入节点可连接于电源，其中配电总线和隔离装置被容纳在配电隔室内，并且电源输入节点和功能节点彼此独立地设置并且邻近功能隔室中的配电隔室。
文档编号H02B1/24GK101366156SQ200680051932
公开日2009年2月11日 申请日期2006年12月20日 优先权日2005年12月20日
发明者布拉德利·雷顿·罗斯 申请人:布拉德利·雷顿·罗斯