專利名稱：一種提高直流供電系統(tǒng)安全性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流供電系統(tǒng)的安全結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
安全電壓等級附近的48伏直流供電系統(tǒng)在電信行業(yè)的應(yīng)用具有悠久的歷史，工作電壓遠超安全電壓等級的直流供電技術(shù)在電力、鐵路等行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用相對成熟，目前國內(nèi)外針對計算機等信息設(shè)備，電壓值在200-400V范圍內(nèi)的直流供電技術(shù)發(fā)展很快，中國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YD/T 2378—2011通信用240V直流供電系統(tǒng)》已于2012年2月I日正式實施，但該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)給出的供電系統(tǒng)存在安全隱患，即一旦發(fā)生供電線路斷路故障或通電情況下誤分斷接插件、熔斷器等線路斷開事件時，極易產(chǎn)生直流電弧，直流電弧不易熄滅，容易引起電氣火災(zāi)或電擊傷事故。正因為普通直流電路廣泛存在潛在的直流電弧安 全隱患，限制了直流供電技術(shù)在各行業(yè)中的大規(guī)模推廣應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務(wù)是提供一種直流供電系統(tǒng)安全結(jié)構(gòu)的架構(gòu)方法，按該方法構(gòu)建的直流供電系統(tǒng)是一種容錯系統(tǒng)，使得保護區(qū)域內(nèi)發(fā)生的部分線路斷開事件不會導(dǎo)致危險的電弧發(fā)生。一種直流供電系統(tǒng)，由直流電源、兩路或兩路以上的多路直流供電線路、隔離二極管和直流負載組織而成；在多路直流供電系統(tǒng)中設(shè)置合路點，從該合路點為直流負載供電，合路點的建立，引入了并聯(lián)供電機制，為故障電流提供了轉(zhuǎn)移通道；當(dāng)合路點之前發(fā)生部分線路斷開事件時，斷開線路上的電流向正常狀態(tài)線路轉(zhuǎn)移，使得斷開過程是在小于起弧閥值的情況下完成，斷開的部分線路中不會產(chǎn)生電弧；單純考慮部分線路斷開過程的安全性，多路同極直接短接即可形成合路點，為兼顧部分線路短路故障下的供電可靠性，多路直流供電線路分別經(jīng)隔離二極管后形成合路點；合路點應(yīng)靠近負載端設(shè)置，合路點越靠近負載保護范圍越大，合路點設(shè)置在負載內(nèi)部則可實現(xiàn)全程保護；在實際構(gòu)建直流供電系統(tǒng)時，合路點之前的多路供電線路應(yīng)采用不同的路由，防止多路同時斷開情況發(fā)生。由于本發(fā)明在多路直流供電系統(tǒng)中設(shè)置了直接合路點，使得合路點之前的部分線路斷開過程是在小于起弧閥值的情況下最終完成，消除了沒有合路點時產(chǎn)生電弧的條件，實現(xiàn)了無弧斷開，避免了電氣火災(zāi)和電擊傷事故的發(fā)生。針對短路事件，對應(yīng)存在熔斷器、斷路器等短路保護元器件；而針對斷路事件，不存在對應(yīng)的斷路保護元器件，本發(fā)明對多路供電系統(tǒng)合路點之前的部分線路斷開事件，通過電路結(jié)構(gòu)提供了有效的斷路安全保護。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。圖I是有合路點的單電源雙線路直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是圖I供電系統(tǒng)中單路單極斷開等效電路圖。圖3是圖I供電系統(tǒng)中單路雙極斷開等效電路圖。
具體實施方式
圖I給出了有合路點單電源雙線路直流供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理。直流電源E通過線路I、線路2為同一負載L供電，線路I、線路2正極分別經(jīng)過隔離二極管DU D2后形成合路點正極M，雙線路負極分別經(jīng)過隔離二極管D3、D4后形成合路點負極N。二極管的作用在于隔離單路短路故障，本發(fā)明中不討論短路保護，為敘述方便將隔離二極管視為短接，雙線路同極直接短接形成合路點，但結(jié)論仍然適用隔離二極管正常作用情況，故本發(fā)明完全適用于隔離二極管正常作用情況。
設(shè)合路點之前的線路I在A點發(fā)生單路、單極斷開事件，具體分以下兩種情況(I)導(dǎo)體斷開過程取斷口 A兩端的一段微小截距dA，由歐姆定律得該截距的電阻Ra為Ra = P XdA + S上式中電阻率P、長度dA均為常量，所以電阻Ra與截面積S成反比。由于截距dA足夠小，電阻Ra的初始值很??；導(dǎo)體受力斷開的物理過程，是截面積S由初始值向零值的變化過程，電阻Ra逐步變大，在斷開瞬間，截面積S為零，而電阻Ra為無窮大。(2)接插件、開關(guān)等的斷開過程該類斷開過程，也是接觸電阻由毫歐級別的初始值向無窮大的變化過程。 由此可見，無論何種性質(zhì)的斷開過程，從電阻角度看，都可以在斷口用一個由很小的初始值向無窮大變化的串聯(lián)可變電阻來模擬，如果將初始值劃歸相應(yīng)線路段的線路電阻，則該可變電阻按零向無窮大的規(guī)律變化?？茖W(xué)研究已經(jīng)證明當(dāng)開斷電路時，只要電路中電壓大于10 20V、電流大于80 100mA，動、靜觸頭間就會出現(xiàn)電弧。電弧理論表明啟弧是有閥值特性的，超過閥值產(chǎn)生電弧，小于閥值則不會產(chǎn)生電弧。建立起斷開過程的電阻模型，我們即可計算斷開過程的斷口電流、電壓。不失一般性，下文中為計算方便，設(shè)合路點之前的兩路高壓供電線路每個線段的電阻均為Rl,整個單路徑線段的電阻為R2，線路I中的電流為11，線路2中的電流為12，負載電流為I。設(shè)圖I中系統(tǒng)在合路點之前的線路I于正極A點發(fā)生單路、單極斷開事件，圖2是等效電路圖。由圖2建立以下電流公式IlX (Rl+Ra) = 12XRlIl = 12 X Rl+(Rl+Ra)初始狀態(tài)下，Rao= O, Ilo = I2o不失一般性，為計算方便，假設(shè)在斷開過程的有限時間段內(nèi)，總的負載電流I =11+12 = 212ο可認為是無變化的常量，由于斷口電阻Ra在斷開過程中逐步變大，所以Il逐步變小、12逐步變大，斷開線路I上的電流逐步向正常狀態(tài)的線路2轉(zhuǎn)移；工程上完全可以認為在斷開瞬間，電阻Ra足夠大，Il為零。由此可得斷開瞬間該斷口電流小于起弧電流閥值。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YD/T 2378—2011通信用240V直流供電系統(tǒng)》規(guī)定了全線路最大線路壓降不能大于12V，由圖2可計算斷口電壓線路I正極單極斷開，全部負載電流轉(zhuǎn)移到線路2正極，斷口承受合路點之前線路2正極線壓降，該線壓降為I2XR1 = 2XI2oXRl單線路壓降為IXR2雙線路負極狀態(tài)正常，取并聯(lián)支路中的線路2壓降為O. 5IXR1 = I2oXRl以上三部分構(gòu)成全線路壓降，則得下式2 X I2o X Rl+I X R2+I2o X Rl 彡 123 X I2o X Rl 彡 12-1 X R2
斷口電壓=2 X I2o X Rl 彡 8 伏計算可得該斷口電壓小于起弧電壓閥值。設(shè)圖I中系統(tǒng)在合路點之前的線路I發(fā)生單路、雙極斷開事件，斷口分別用A、B標(biāo)注，圖3是等效電路圖。斷口電流計算同上文，我們?nèi)匀荒軌虻玫綌嗫陔娏髦鸩阶兞?、斷口電流小于起弧電流閥值的結(jié)果。
線路I雙極斷開，雙極全部負載電流轉(zhuǎn)移到線路2，斷口承受線路2對應(yīng)線段壓降。由圖3建立以下全線路壓降公式12 X Rl+I X R2+I2X Rl ( 12計算可得斷口電壓=12 X Rl彡6伏該斷口電壓小于起弧電壓閥值?？梢姡瑹o論合路點之前的單極還是雙極斷開過程，都是在斷口電壓、電流均小于起弧閥值的情況下最終完成，不會產(chǎn)生電弧。電路試驗證實了以上結(jié)論。事實上，啟弧電壓閥值、啟弧電流閥值并不是固定不變的，例如，隔離開關(guān)可以安全斷開線路、變壓器空載電流?？梢娛欠癞a(chǎn)生電弧，電流的大小起主要作用，電流越小，啟弧電壓閥值越大。由于電路結(jié)構(gòu)決定斷口電壓，而斷口電流可以人為設(shè)計，我們只要保證電流足夠小(趨近于零)，可以不檢驗電壓條件，仍然可以保證無弧斷開。本發(fā)明中為敘述方便，以單電源雙線路直流供電系統(tǒng)為例，但結(jié)論適用于包含雙電源雙線路系統(tǒng)的任意多線路直流供電系統(tǒng)，故本發(fā)明適用于任意的多線路直流供電系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種直流供電系統(tǒng)，由直流電源、兩路或兩路以上的多路直流供電線路和直流負載組織而成，其特征在于 在多線路直流供電系統(tǒng)中設(shè)置合路點，合路點的建立，引入了并聯(lián)供電機制，為故障電流提供了轉(zhuǎn)移通道，當(dāng)合路點之前發(fā)生部分線路斷開事件時，斷開線路上的電流向正常狀態(tài)線路轉(zhuǎn)移，使得斷開過程是在小于起弧閥值的情況下完成，斷開的部分線路中不會產(chǎn)生電弧。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流供電系統(tǒng)，其特征在于 合路點越靠近負載保護范圍越大，合路點應(yīng)靠近負載端設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流供電系統(tǒng)，其特征在于 合路點設(shè)置在負載內(nèi)部可實現(xiàn)全程保護。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流供電系統(tǒng)，其特征在于 合路點之前的多路直流供電線路應(yīng)采用不同的路由，防止多路同時斷開情況發(fā)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流供電系統(tǒng)，其特征在于 多路直流供電線路分別經(jīng)隔離二極管后形成了合路點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流供電系統(tǒng)的安全結(jié)構(gòu)，在多路直流供電系統(tǒng)中設(shè)置合路點，引入并聯(lián)供電機制，為故障電流提供轉(zhuǎn)移通道，當(dāng)合路點之前的多路供電線路發(fā)生部分線路斷開事件時，斷開線路上的電流向正常狀態(tài)線路轉(zhuǎn)移，使得合路點之前的部分線路斷開過程是在小于起弧閥值的情況下最終完成，消除了沒有合路點時產(chǎn)生電弧的條件，實現(xiàn)了無弧斷開，避免了電氣火災(zāi)和電擊傷事故的發(fā)生。針對短路事件，對應(yīng)存在熔斷器、斷路器等短路保護元器件；而針對斷路事件，不存在對應(yīng)的斷路保護元器件，本發(fā)明對多路供電系統(tǒng)合路點之前的部分線路斷開事件，通過電路結(jié)構(gòu)提供了有效的斷路安全保護。
文檔編號H02J1/10GK102801153SQ20121032594
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者張?zhí)?申請人:張?zhí)?br>