用于電弧事件保護(hù)的全雙工信令的制作方法
【專利說明】用于電弧事件保護(hù)的全雙工信令發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及電弧事件保護(hù)，并且特別是涉及跳閘系統(tǒng)和電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)之間的全雙工信令。
[0002]背景
[0003]電力保護(hù)和分配組件通常被安裝在每個建筑物、工廠或類似的設(shè)施，其中來自電網(wǎng)的主要電力進(jìn)入該設(shè)施。電力保護(hù)和分配組件(有時也稱為“開關(guān)設(shè)備”)通常包括處于電掣位最遠(yuǎn)的上游或最靠近外部主電網(wǎng)具有主斷路器的外殼；配電總線，其可包括用于每個正電源相和一個或多個接地總線條的銅條；以及一個或多個區(qū)域斷路器，每個區(qū)域斷路器保護(hù)電路將電力分配到設(shè)施的區(qū)域。斷路器的目的是保護(hù)下游電路遠(yuǎn)離過流狀況(如將發(fā)生在斷路事件中的過流狀況)。
[0004]跳閘系統(tǒng)在檢測到過流狀況時使斷路器跳閘。一種跳閘系統(tǒng)通過檢測由大量電流通過電阻性導(dǎo)體所產(chǎn)生的過多的熱量來檢測過流狀況。而這樣的跳閘系統(tǒng)將及時中斷故障電路以避免火災(zāi)，在電流中斷之前，敏感的下游電氣設(shè)備仍可能被過流狀況損壞。
[0005]在危險的電弧事件通過與電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行交互之前或期間，跳閘系統(tǒng)的其它功能可以提供主斷路器的更快的電路中斷操作。電弧事件(即電流通過空氣流通)可視地將其本身顯示為以由電弧狀況引起的火花、電弧、火焰、熔融金屬的發(fā)光等形式。當(dāng)電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)檢測到這樣的電弧事件時，系統(tǒng)可以操作輔助的電弧分流機(jī)制或發(fā)送控制信號到跳閘系統(tǒng)指示跳閘系統(tǒng)切斷主斷路器，或系統(tǒng)可以操作輔助的電弧分流機(jī)制和發(fā)送控制信號到跳閘系統(tǒng)指示跳閘系統(tǒng)切斷主斷路器。
[0006]當(dāng)檢測到閃光的光狀況特性或其它狀況特性時，電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)檢測電弧事件。電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)檢測光作為這些狀況中的一個狀況。跳閘系統(tǒng)檢測經(jīng)過導(dǎo)體的異常電流作為電弧放電狀況中的另一個電話放電狀況，并且將該狀況的信號發(fā)送到電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)。
[0007]在跳閘系統(tǒng)和電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)之間的信令發(fā)生在電氣外殼內(nèi)以防止電弧閃光發(fā)生的損害的情況下，系統(tǒng)傳輸狀態(tài)消息和因此提供及時和準(zhǔn)確的中斷的能力，取決于信令的速度和魯棒性。在沒有有目的地增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和/或成本，或減少系統(tǒng)的復(fù)雜性和/或成本的情況下，提供高速和高魯棒性的信令，迄今為止被證明是有問題的。
[0008]提供本文檔的背景部分以將本發(fā)明的實施例放置在技術(shù)和操作的上下文中，以協(xié)助本領(lǐng)域技術(shù)人員理解它們的范圍和效用。除非明確地指出這樣的，本文中沒有陳述被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)，只是通過將其列入背景部分中
[0009]概述
[0010]由于封閉的配電環(huán)境的電磁、間距和布線的限制，期望的是提供魯棒的信令能力以便于最大化用于電力保護(hù)和分配組件中的電弧事件保護(hù)的效率和功能。本發(fā)明在電力保護(hù)和分配組件的組成跳閘系統(tǒng)和電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)之間利用全雙工信令布置解決了這些關(guān)注。
[0011]以下提出本公開的簡要的概述以便于給本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供基本的理解。本概述不是本公開的全面的概述。本概述也不旨在標(biāo)識本發(fā)明的實施例的關(guān)鍵/重要元素或以其他方式劃定本發(fā)明的范圍。本概述的唯一目的是一個簡要的形式提出本文所公開的一些概念作為稍后所呈現(xiàn)的更詳細(xì)的描述的前奏。
[0012]在沒有有目的地增加那些系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本的情況下，本文中的一個或多個實施例在跳閘系統(tǒng)和電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)之間提供高速和高魯棒的全雙工信令。該高速、魯棒性的信令便于及時和準(zhǔn)確的切斷上游斷路器以保護(hù)下游電路免受損壞。
[0013]更特別的是，本文的跳閘系統(tǒng)被配置為將指示電弧事件的電流特性是否已經(jīng)被檢測到的電流狀態(tài)信號發(fā)送到電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)。電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)評估該電流狀態(tài)信號以及指示是否還檢測到了電弧事件的光特性的光狀態(tài)信號。基于該評估，電弧保護(hù)系統(tǒng)被配置為將控制信號發(fā)送到跳閘系統(tǒng)用于控制跳閘系統(tǒng)切斷上游斷路器并且因此保護(hù)下游電路免受損壞。
[0014]跳閘系統(tǒng)和電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)每個包括全雙工信令模塊，其用于在將系統(tǒng)耦合在一起的一對導(dǎo)體上在系統(tǒng)之間同時發(fā)送電流狀態(tài)信號和控制信號。特別是，每個信令模塊通過調(diào)制經(jīng)過該對導(dǎo)體的電流的大小或該對導(dǎo)體之間的電壓的大小來發(fā)送信號中的一個信號，并且通過對經(jīng)過該對導(dǎo)體的電流的大小或該對導(dǎo)體之間的電壓的大小進(jìn)行解調(diào)來接收另一個信號(如通過另一個信令模塊特別調(diào)制的)。
[0015]在一些實施例中，例如，信令模塊中的一個信令模塊調(diào)制經(jīng)過該對導(dǎo)體的電流的大小，而信令模塊中的另一個信令模塊調(diào)制該對導(dǎo)體之間的電壓的大小。在這種情況下，模塊之間的信令在模塊不調(diào)制相同的物理性質(zhì)的意義上是不對稱的。相比之下，在其它的“對稱”的實施例中，信令模塊兩者都對通過該對導(dǎo)體的電流或該對導(dǎo)體之間的電壓進(jìn)行調(diào)制，但是模塊以可區(qū)別的方式這樣做。
[0016]一些不對稱的實施例有利對由信令模塊中的一個進(jìn)行的電壓大小調(diào)制和由另一個信令模塊進(jìn)行的電流大小調(diào)制進(jìn)行解耦。在一個實施例中，例如，執(zhí)行電流大小調(diào)制的信令模塊通過使用可調(diào)阻抗電路來執(zhí)行電流大小調(diào)制。特別是，該可調(diào)阻抗電路被配置為自動地自調(diào)整其阻抗以便于實質(zhì)上抵消由另一個信令模塊所執(zhí)行的電壓的大小調(diào)制引起的任何電流大小調(diào)制。這意味著電流狀態(tài)信號的信令和控制信號的信令保持實質(zhì)上的獨立，而無需引入明顯的噪聲公差界限。
[0017]附圖簡述
[0018]現(xiàn)在將參考附圖在下文更加充分地描述本發(fā)明的實施例，在附圖中示出了本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明不應(yīng)被解釋為限于本文所闡述的實施例。相反地，提供這些實施例使得本發(fā)明是全面的和完整的，并且將本發(fā)明的范圍充分傳達(dá)到本領(lǐng)域的技術(shù)人員。相似的數(shù)字指的是貫穿全文的相似的元素。
[0019]圖1是根據(jù)一個或多個實施例所配置的電力保護(hù)和分配組件的框圖。
[0020]圖2A是根據(jù)本文的一個或多個非對稱的實施例所配置的跳閘系統(tǒng)和電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)的框圖。
[0021]圖2B是說明在圖2A中所示的非對稱實施例的一個實現(xiàn)的示意圖。
[0022]圖2C是根據(jù)一個或多個實施例在圖2B中所示的可調(diào)阻抗電路的示意圖。
[0023]圖2D是說明在圖2A中所示的非對稱實施例的不同的實現(xiàn)的示意圖。
[0024]圖3A是根據(jù)本文中的一個或多個對稱的實施例所配置的跳閘系統(tǒng)和電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)的框圖。
[0025]圖3B是說明在圖3A中所示的對稱的實施例的一個實現(xiàn)的示意圖。
[0026]詳細(xì)說明
[0027]一開始就應(yīng)該理解的是，雖然以下提供了本公開的一個或多個實施例的說明性的實現(xiàn)，但是可以使用任何數(shù)量的技術(shù)(無論是當(dāng)前已知或現(xiàn)有的)來實現(xiàn)所公開的系統(tǒng)和/或方法。本公開決不應(yīng)該局限于以下所說明的說明性的實現(xiàn)、附圖以及技術(shù)，包括本文所描述和說明的示例性的設(shè)計和實現(xiàn)，但是可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)以及它們等同物的全部范圍內(nèi)進(jìn)行修改。
[0028]圖1描繪了用于設(shè)施的示例性電力保護(hù)和分配組件10。來自電源12的電力由容納主斷路器16、配電總線18和一個或多個區(qū)域斷路器2(^、2(?，一2(^的開關(guān)設(shè)備14接收。主斷路器16保護(hù)整個設(shè)施，并且是額定的以通過最高的預(yù)期的持續(xù)電流。配電總線18可以包括能夠傳導(dǎo)大電流的實心銅條。來自主斷路器16下游的每個區(qū)域斷路器20A、20B，…20N對于較低的電流是額定的，并且將電力分配給單獨的下游電路22A、22B，…22N。單獨的下流電路22A、22B，…22N通常將電力分配到設(shè)施的單獨區(qū)域。
[0029]當(dāng)配電總線18 (或其組件部分中的一個)經(jīng)歷短路或電弧閃光事件時，主斷路器16可能經(jīng)歷超過它的額定容量的電流。這被稱為過流狀況。開關(guān)設(shè)備14包括跳閘系統(tǒng)24和電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26，當(dāng)過流狀況發(fā)生時，如在電弧事件檢測期間，跳閘系統(tǒng)24和電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26相互合作被配置為切斷主斷路器16。在配電總線18被損壞之前，以這種方式切斷主斷路器16使配電總線18以及時的方式與電源12隔離?？墒牵瑪嗦菲鞯那袛嗟募皶r性和準(zhǔn)確性取決于跳閘系統(tǒng)24和電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26之間的信令的速度和魯棒性。本文的一個或多個實施例有利地提供了高速和高魯棒性的信令，并且因此及時和準(zhǔn)確地切斷斷路器，而不有目的的增加系統(tǒng)10的復(fù)雜性和/或成本。
[0030]在這個方面上，包括在跳閘系統(tǒng)24中的狀態(tài)電路28被配置為生成指示電弧事件的電流特性是否被檢測到的電流狀態(tài)信號30。在一些實施例中，例如，狀態(tài)電路28接收與主斷路器16串聯(lián)設(shè)置的電流傳感器34的輸出32。在這種情況下，狀態(tài)電路28將傳感器的輸出32和電流等級閾值進(jìn)行比較，該電流等級閾值被設(shè)置為在由電弧事件引起的電流等級和不由電路事件引起的電流等級之間進(jìn)行區(qū)分。當(dāng)傳感器輸出32指示電流等級滿足或超出電弧放電閾值時，狀態(tài)電路28生成電流狀態(tài)信號30以指示電弧事件的電流特性已經(jīng)被檢測到。否則，狀態(tài)電路28生成電流狀態(tài)信號30以指示這樣的電流沒有被檢測到。
[0031]跳閘系統(tǒng)24還包括配置為將電流狀態(tài)信號30發(fā)送到電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26的信令模塊36。在模塊36可以將電流狀態(tài)信號30發(fā)送到電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26而同時從電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26接收信令的意義上，信令模塊36是全雙工的。不管怎樣，信令模塊36通過調(diào)制經(jīng)過將跳閘系統(tǒng)24耦合到電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26的一對導(dǎo)體38的電流的大小或?qū)⑻l系統(tǒng)24耦合到電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26的一對導(dǎo)體38之間的電壓的大小將電流狀態(tài)信號30發(fā)送到電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26。電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26相應(yīng)地包括全雙工信令模塊40，其被配置為通過對經(jīng)過該對導(dǎo)體38的電流的大小或該對導(dǎo)體38之間的電壓的大小進(jìn)行解調(diào)從跳閘系統(tǒng)24接收電流狀態(tài)信號30’。
[0032]除了獲得指示是否檢測到電弧事件的電流特性的電流狀態(tài)信號30’之外，電弧閃光保護(hù)系統(tǒng)26獲得指示是否檢測到電