電弧閃光消除系統(tǒng)，裝置和方法
【專利說明】電弧閃光消除系統(tǒng)，裝置和方法
[0001]相關申請的交叉參考
[0002]本申請是2007年3月30日提交的美國專利申請序列N0.11/693849的后續(xù)申請，其全部內(nèi)容作為參考結(jié)合在本文中。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及電弧閃光防護以及消除技術，并且尤其涉及用于此目的的消弧(crowbar)設備。
【背景技術】
[0004]電力電路以及開關設備具有絕緣分開的導體?？諝忾g隙通常在某些區(qū)域中用作這種絕緣的部分或者全部。如果導體彼此太靠近或者電壓超過了絕緣特性，那么在這些導體之間會出現(xiàn)電弧。導體之間的空氣或者任何絕緣(氣態(tài)或固態(tài)電介質(zhì))可被離子化，從而使得其導電，這也將形成電弧。電弧溫度可高達20000攝氏度，使導體和相鄰材料氣化，并且釋放大量的能量。
[0005]電弧閃光是由于相對相、相對中性線、或者相對地之間的電弧故障所導致的快速能量釋放的結(jié)果。電弧閃光可產(chǎn)生很高的熱量、強烈的光、壓力波、以及聲音/沖擊波。然而，電弧閃光電流通常遠小于短路電流，并因此期望延遲或者不跳閘斷路器，除非選擇斷路器來處理電弧故障情況。諸如國家環(huán)境政策法案(ΝΕΡΑ)，職業(yè)安全與衛(wèi)生條例(0SHA)，以及電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)之類的代理以及標準規(guī)定了流過個人保護衣服以及設備發(fā)出的電弧閃光，但不存在由規(guī)定所形成的消除電弧閃光的設備。
[0006]標準熔絲和斷路器典型地不能對電弧閃光足夠快速地反應?！跋⊙b置”是一種企圖對電路短路并且因此將電能從電弧閃光轉(zhuǎn)移出去的保護設備。那么通過使得熔絲斷路器或者斷路器跳閘并且切斷電源而清除將要產(chǎn)生的三相短路故障。通用的減小電弧閃光的設備采用機械和/或電-機械工藝，其能承受從將要產(chǎn)生的短路中得到的較大的電流值。因此，本領域中需要一種克服這些缺陷的電弧閃光消除布置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實施例包括這一種消除電動機控制中心的電弧閃光的方法。該方法包括檢測對應于電動機控制中心的電弧閃光。響應該檢測，在延遲之后，確定電弧閃光是否繼續(xù)，并且響應于確定電弧閃光繼續(xù)，使消弧裝置跳閘。
[0008]本發(fā)明的另一實施例包括一種電動機控制中心，其包括電路支路，與電路支路進行故障保護通信的限流斷路器，以及與該電動機控制中心電力連接的消弧裝置。該限流斷路器響應電路支路內(nèi)的電流值而切斷其中的電流，并且該消弧裝置響應對應于電動機控制中心的持續(xù)限定期間的電弧閃光情況，以消除該電弧情況。
[0009]本發(fā)明的另一實施例包括配電系統(tǒng)。該配電系統(tǒng)包括開關設備和與該開關設備電力連接的電動機控制中心。該電動機控制中心包括電路支路，與電路支路進行故障保護通信的限流斷路器，以及與該電動機控制中心電力連接的消弧裝置。該限流斷路器響應電路支路內(nèi)的電流值而切斷其中的電流，并且該消弧裝置響應對應于電動機控制中心的持續(xù)限定期間的電弧閃光情況，以消除該電弧情況。
【附圖說明】
[0010]當參考附圖閱讀下面的詳細說明時，本發(fā)明的這些以及其他特征，方面以及優(yōu)點將更好理解，其中所有附圖中相同的特征標識相同的部件，其中:
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有消弧裝置和激勵電路的電路的示意圖；
[0012]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有球形電極和觸發(fā)器栓的消弧外殼的剖面圖；
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有等離子槍觸發(fā)器的消弧裝置的透視圖；
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的燒蝕性等離子槍觸發(fā)器的剖面圖；
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的電弧閃光消除方法的流程圖；
[0016]圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的消弧裝置的示意圖；
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的消弧裝置的示意圖；
[0018]圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的配電系統(tǒng)的方框示意圖；以及
[0019]圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的配電系統(tǒng)的方框示意圖。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明實施例的發(fā)明人已經(jīng)創(chuàng)新地意識到受控電弧可用作電弧閃光消除的消弧裝置，并且這種受控電弧比現(xiàn)有的消弧裝置更快，提供了增強的電路保護。圖1示出具有電源22的電路201，給信號可控的斷路器26保護的三個單獨的母線24A，24B，24C提供三相電力A，B，Co通過母線提供電力給一個或多個負載28A，28B，28C。
[0021]斷路器26在短路的情況下打開。然而，在電弧閃光30的情況下不打開，這是因為流過電弧閃光30的電流小于短路的熔斷電流，其中該短路的熔斷電流使得斷路器26跳閘。此外，與諸如斷路器26之類的機械斷路器相關的延遲可使得電弧閃光30的能量導致無法預料的設備損壞以及可能的人身傷害。
[0022]為了解決這個問題，根據(jù)本發(fā)明的各方面，將消弧裝置32連接到電路中，以快速消除電弧閃光。它提供連接到每個相應的相A，B，C上的間隙電極34A，34B，34C。間隙35或者多個間隙將這些電極34A，34B，34C彼此隔開。該間隙可位于空氣或者其它絕緣氣體中，例如氮氣，六氟化硫，或者任何其他合適的惰性氣體。間隙35中的觸發(fā)器設備36將絕緣氣體的局部部分離子化，以激勵電極34A，34B，34C之間的保護性電弧37 (最好參見圖2)。這種保護性電弧37快速吸收來自電路201的能量，消除了危害的電弧閃光30。將電極34A，34B，34C密封在堅固耐壓容器或者外殼38中以承受與保護性電弧37相關的爆炸能量，該堅固耐壓防護容器或者外殼38可包括聲沖擊波吸收器41。外殼38可以是例如由能夠承受所計算的TNT量的爆炸等效物的鋼、其他金屬或者合金，或者塑料合成物制成的耐壓防護容器。
[0023]電弧閃光30的低電流(與短路相比)使得較早檢測更加困難。因為這個原因，可提供一個或多個諸如差動電流傳感器42和/或光學傳感器44之類的合適的傳感器來檢測電弧閃光30。這種傳感器在本領域中是公知的。
[0024]傳感器42，44連接到邏輯電路46，該邏輯電路46在檢測到電弧30時產(chǎn)生消弧裝置觸發(fā)器激勵指令48。這樣通知觸發(fā)電路52提供脈沖54給觸發(fā)器36，該觸發(fā)器使在電極34A，34B，34C之間的間隙35中的某些氣體離子化。這樣就降低了間隙阻抗，激勵了電極34A，34B，34C之間的保護性電弧37。對于給定電路電壓，可通過電極34A，34B，34C的尺寸和間隔，并通過在如后所述的觸發(fā)器中提供燒蝕性材料來設計消弧裝置的間隙35。觸發(fā)降低了電極34A，34B和34C上的阻抗，這樣系統(tǒng)電流流進了消弧裝置32。
[0025]間隙35的阻抗可被設計成支持電弧，該電弧引出足以打開斷路器26的電流。除此之外，斷路器跳閘信號50可由邏輯電路46產(chǎn)生，以打開斷路器26。然而，電弧閃光的消除在斷路器26具有打開的時間之前由保護性電弧37完成。
[0026]圖2示出具有球形電極34A，34B，以及觸發(fā)器36的消弧裝置外殼38的剖面圖。該外殼可包括阻尼層41，以吸收由保護性電弧37產(chǎn)生的聲沖擊波。觸發(fā)器36可以是電極栓36、電極對、或者接收足以離子化主電極34A，34B之間的某些氣體的電流脈沖的加熱元件。可替換地，觸發(fā)器可以是燒蝕性等離子槍60 (最好參見圖3)，該燒蝕性等離子槍60將諸如聚四氟乙烯，縮醛樹脂，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者任何燒蝕性聚合體之類的燒蝕材料的等離子體以超聲波速度注入到電極間的間隙35中。這樣就在電極之間產(chǎn)生了導電通道，對于快速和保護消弧裝置電流響應，快速并且顯著降低了間隙阻抗。圖3是具有三個球形電極34A，34B，34C以及在電極34A，34B，34C之間注入等離子體62的等離子槍觸發(fā)器60的消弧裝置的透視圖。在外殼38中設置一個或多個壓力釋放孔39。這些孔39恒定打開，由孔39的尺寸來控制釋放速度，或者它們僅在壓力超過給定的安全閾值時才通過閥或者進發(fā)板(burst plate)來打