專利名稱：使用濾波陷波電路以提供電弧故障脫扣協(xié)調(diào)的配電系統(tǒng)和電氣開關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請所公開的概念一般涉及電氣開關(guān)設(shè)備，特別涉及諸如電弧故障電路中斷器 的電氣開關(guān)設(shè)備。所公開的概念還涉及包括電弧故障電路中斷器的配電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電氣開關(guān)設(shè)備包括例如電路開關(guān)裝置以及例如斷路器和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器等的電路中 斷器。電氣開關(guān)設(shè)備——例如電路中斷器，特別是模制外殼類斷路器——在現(xiàn)有技術(shù)中眾 所周知。參見例如美國專利No. 5，341，191。斷路器用于保護(hù)電路免受由于過流狀況引起的損壞，例如過載狀況、短路或者電 弧故障或接地故障等其他故障狀況引起的損壞。模制外殼斷路器典型地包括每相一對可分 離觸頭。該可分離觸頭可以通過殼外設(shè)置的手柄手動操作或是響應(yīng)于檢測到的故障狀況自 動操作。典型地，這樣的斷路器包括操作機(jī)構(gòu)，其被設(shè)計為快速開合可分離觸頭；脫扣單 元，其檢測多種故障狀況，以便自動對斷路器進(jìn)行脫扣。在檢測到故障狀況時，脫扣單元將 操作機(jī)構(gòu)脫扣至脫扣狀態(tài)，由此將可分離觸頭移至其斷開位置。工業(yè)斷路器通常采用斷路器框架(frame)，其容納脫扣單元。參見例如美國專利 No. 5，910，760和No. 6，144，271。脫扣單元可以是模塊化的，且可以是可替換的，以便改變 斷路器的電氣特性。使用這樣的脫扣單元是眾所周知的其采用微處理器來檢測多種類型的過流或其 他故障狀況并提供多種保護(hù)功能，例如長延時脫扣、短延時脫扣、瞬時脫扣、電弧故障脫扣 或短路故障脫扣。長延時脫扣功能保護(hù)由所保護(hù)電氣系統(tǒng)供電的負(fù)載免遭過載和/或過 流。短延時脫扣功能可用于協(xié)調(diào)斷路器分層結(jié)構(gòu)中的下游(downstream)斷路器的脫扣。瞬 時脫扣功能保護(hù)斷路器所連接的電導(dǎo)體免受例如短路等破壞性過流狀況。電弧故障脫扣功 能保護(hù)電路免受串聯(lián)和/或并聯(lián)電弧故障。不言而喻，接地故障脫扣功能保護(hù)電路免受接 地故障。通過區(qū)域聯(lián)鎖可以實現(xiàn)斷路器之間的過流脫扣協(xié)調(diào)，在區(qū)域聯(lián)鎖中，保護(hù)層級中 較低的斷路器向上游斷路器發(fā)送故障檢測信號，從而暫時降低上游斷路器區(qū)域(例如，短 延時)中脫扣曲線的敏感性，使得下游斷路器有時間響應(yīng)。偶發(fā)電弧故障狀況中，故障電流的均方根(RMS)值太低，以至于不能致動熱磁脫 扣機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)斷路器由此將不能脫扣。附加電子電弧故障感應(yīng)的斷路器可為濺射電弧故 障提供保護(hù)。理想地，電子電弧感應(yīng)電路的輸出直接脫扣(即斷開)斷路器。參見例如 美國專利 No. 6，710，688 ；No. 6，542，056 ；No. 6，522，509 ；No. 6，522，228 ；No. 5，691，869 和 No. 5，224，006。電弧故障可以串聯(lián)或并聯(lián)。串聯(lián)電弧的示例是斷線，其中斷線的末端足夠接近從 而引發(fā)電弧；或者，松散或相對薄弱的電氣連接。并聯(lián)電弧發(fā)生在不同電位的導(dǎo)體之間或電 力導(dǎo)體與地之間。與并聯(lián)電弧故障不同，由于故障與負(fù)載串聯(lián)，串聯(lián)電弧故障幾乎從不引起電流的增加。事實上，串聯(lián)電弧故障會導(dǎo)致負(fù)載電流減小，且不能被傳統(tǒng)保護(hù)裝置的常規(guī)過 載和過流保護(hù)檢測到。甚至是可在電路中吸取超過常規(guī)額定電流的電流的并聯(lián)電弧使得電 流足夠分散以產(chǎn)生小于引發(fā)熱脫扣或者至少是延時操作所需的RMS值。電弧電壓和線路阻 抗的影響通常防止并聯(lián)電弧達(dá)到足以致動瞬時脫扣功能的電流水平。此外，這種影響帶來 的損壞由于這些故障的集中特性而更為嚴(yán)重。人們希望對故障狀況的協(xié)調(diào)脫扣響應(yīng)，以便在上游斷路器不脫扣的同時確保最接 近于故障的斷路器脫扣斷開，由此使得由于隔離故障所引起的對整個系統(tǒng)的擾動最小化。對于電弧故障電路中斷器協(xié)調(diào)，期望能夠隔離電弧故障(最小化系統(tǒng)擾動)。但 是，并不存在提供上下游電弧故障電路中斷器之間的電弧故障脫扣協(xié)調(diào)的已知協(xié)調(diào)電弧故 障電路中斷器。電氣開關(guān)設(shè)備中存在改進(jìn)的余地，例如，電弧故障電路中斷器中存在改進(jìn)的余地。包含電弧故障電路中斷器的配電系統(tǒng)中也有改進(jìn)的余地。

發(fā)明內(nèi)容
這些和其他需求可通過所公開概念的實施例來達(dá)到，其減少了來自遠(yuǎn)離電力線路 (例如但不限于下游次級支路保護(hù)電力線路)的區(qū)域的電弧信號，同時，集中了來自電力線 路(例如但不限于主電力線路；次級饋電線路)本地區(qū)域的電弧信號。這樣使得最接近于 電弧故障的電氣開關(guān)設(shè)備脫扣，同時，阻止了例如上游饋線斷路器或相鄰支路中的斷路器 發(fā)生脫扣。因此，這樣可以在串并聯(lián)電路保護(hù)裝置之間建立可行且有用的電弧故障脫扣協(xié) 調(diào)，例如在主路中斷器和支路中斷器之間。電路中斷器包括電感和電容，其被結(jié)構(gòu)化為與端子(例如負(fù)載端子)下游的電力 線路阻抗相配合以形成濾波陷波電路。優(yōu)選地，通過在使最接近于電弧事件的電路中斷器 的直接下游的電弧事件所發(fā)出的電弧信號經(jīng)過電弧故障脫扣電路的感應(yīng)器之后將這些電 弧信號匯聚(sink)到地或中性點，濾波陷波電路將最接近于電弧事件的電路中斷器的直 接下游的電弧事件所發(fā)出的電弧信號最大化，并阻止電弧信號到達(dá)上游電路中斷器或鄰近 電路中斷器。根據(jù)所公開概念的一個方面，電氣開關(guān)設(shè)備包括第一端子；第二端子；電氣連接 在第一端子和第二端子之間的可分離觸頭；開閉可分離觸頭的操作機(jī)構(gòu)；與操作機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào) 的電弧故障脫扣電路，其被結(jié)構(gòu)化為響應(yīng)于電弧故障條件脫扣斷開可分離觸頭；串聯(lián)電氣 連接在第一端子和第二端子之間的電感器；電容器，其包括電氣連接在電感器和第二端子 之間的第一引線，以及電氣連接至接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體的第二引線，其中，電感器和電容器 被結(jié)構(gòu)化為與第二端子下游的電力線路阻抗相配合以構(gòu)成濾波陷波電路。根據(jù)所公開概念的另一方面，電弧故障電路中斷器包括第一端子；第二端子；電 氣連接在第一端子和第二端子之間的可分離觸頭；開閉可分離觸頭的操作機(jī)構(gòu)；與操作機(jī) 構(gòu)相配合的電弧故障脫扣電路，該電弧故障脫扣電路被結(jié)構(gòu)化為響應(yīng)于電弧故障條件脫扣 斷開可分離觸頭；串聯(lián)電氣連接在第一端子和第二端子之間的電感器；第一電容器，包括 電氣連接在電感器和第二端子之間的第一引線，以及電氣連接至接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體的第 二引線；第二電容器，包括電氣連接在第一端子和電感器之間的第一引線，以及電氣連接至 接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體的第二引線，其中，電感器和第一電容器被結(jié)構(gòu)化為與第二端子下游的電力線路阻抗相配合以構(gòu)成第一濾波陷波電路，且其中，電感器和第二電容器被結(jié)構(gòu)化 為與第一端子上游的電力線路阻抗相配合以構(gòu)成第二濾波陷波電路。根據(jù)所公開概念的又一方面，電弧故障電路中斷器包括第一端子；第二端子；電 氣連接在第一端子和第二端子之間的可分離觸頭；開閉可分離觸頭的操作機(jī)構(gòu)；與操作機(jī) 構(gòu)相配合的電弧故障脫扣電路，該電弧故障脫扣電路響應(yīng)于電弧故障條件脫扣斷開可分離 觸頭；串聯(lián)電氣連接在第一端子和第二端子之間的電感器；可變電容器，包括電氣連接或 可電氣連接在電感器和第二端子之間的第一引線，以及電氣連接至接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體的 第二引線；改變可變電容器的自適應(yīng)電路，其中，電感器和可變電容器被結(jié)構(gòu)化為與第二 端子下游的電力線路阻抗相配合以建立具有中心頻率的濾波陷波電路，且其中，自適應(yīng)電 路進(jìn)一步結(jié)構(gòu)化為改變?yōu)V波陷波電路的中心頻率，從而適應(yīng)第二端子下游的電力線路的變 化。根據(jù)所公開概念的又一方面，配電系統(tǒng)包括多個不同區(qū)域；多個不同的電弧故 障電路中斷器，每個不同的區(qū)域具有所述多個不同的電弧故障電路中斷器中的數(shù)個，其中， 所述多個不同的電弧故障電路中斷器中的多個各自包括第一端子，第二端子，電氣連接在 第一端子和第二端子之間的可分離觸頭，開閉可分離觸頭的操作機(jī)構(gòu)，與操作機(jī)構(gòu)相配合 的電弧故障脫扣電路，該電弧故障脫扣電路響應(yīng)于電弧故障條件脫扣斷開可分離觸頭，串 聯(lián)電氣連接在第一端子和第二端子之間的電感器，電容器，包括電氣連接在電感器和第二 端子之間的第一引線以及電氣連接至接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體的第二引線，其中，電感器和電 容器被結(jié)構(gòu)化為與第二端子下游的電力線路阻抗相配合以構(gòu)成濾波陷波電路。根據(jù)所公開概念的又一方面，檢測設(shè)備包括第一端子；第二端子；檢測電弧故 障條件的電弧故障檢測器電路；串聯(lián)電氣連接在第一端子和第二端子之間的電感器；電容 器，包括電氣連接到電感器和第二端子的第一引線，以及電氣連接至接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體 的第二引線，其中，電感器和電容器被結(jié)構(gòu)化為與第二端子下游的電力線路阻抗相配合以 構(gòu)成濾波陷波電路。


結(jié)合附圖，根據(jù)下述優(yōu)選實施方式的描述，可以完全理解所公開的概念，其中圖1是根據(jù)所公開概念的實施方式的電力線路的原理圖形式的框圖，該電力線路 包括三個區(qū)域和多個電弧故障電路中斷器；圖2是根據(jù)所公開概念的另一實施方式的電力線路的原理圖形式的框圖，該電力 線路包括三個區(qū)域和多個電弧故障電路中斷器；圖3是根據(jù)所公開概念的又一實施方式的電力線路的等效電路的原理圖形式的 框圖；圖4是圖3的三個區(qū)域中用于電弧故障的第一區(qū)域感應(yīng)器的信號幅度vs頻率的 曲線圖；圖5是圖3的三個區(qū)域中用于電弧故障的第二區(qū)域感應(yīng)器的信號幅度vs頻率的 曲線圖；圖6是圖3的三個區(qū)域中用于電弧故障的第三區(qū)域感應(yīng)器的信號幅度vs頻率的 曲線7
圖7是圖2中一個斷路器的部分的原理圖形式的框圖；圖8是根據(jù)所公開概念的又一實施方式的電力線路的等效電路原理圖形式的框 圖。
具體實施例方式此處應(yīng)用的術(shù)語“數(shù)個”表示一個或大于一的整數(shù)個(即復(fù)數(shù)個)。這里應(yīng)用的術(shù)語“處理器”表示可以存儲、檢索和處理數(shù)據(jù)的可編程模擬和/或數(shù) 字裝置；計算機(jī)；工作站；個人電腦；微處理器；微控制器；微型計算機(jī)；中央處理單元；大 型計算機(jī)；小型計算機(jī)；服務(wù)器；聯(lián)網(wǎng)處理器；或者，其它合適的處理裝置或設(shè)備。公開的概念聯(lián)系配電系統(tǒng)描述，其包括三個區(qū)域以及三個或者更多的單相電弧 故障斷路器，但公開的概念適用于寬廣范圍的配電系統(tǒng)，該配電系統(tǒng)包括一個或更多相以 及兩個或更多區(qū)域，其中的每一個包括一個或更多的具有電弧故障脫扣電路的電氣開關(guān)設(shè) 備。如圖1所示，電力線路2包括第一(主)區(qū)域4、第二(次級饋電)區(qū)域6、第三 (分支)區(qū)域8，應(yīng)當(dāng)理解，所公開的概念適用于包括兩個或更多不同區(qū)域的寬廣范圍的電 力線路。在三個示例區(qū)域4、6、8的每一個中，不對稱阻抗由對應(yīng)的電氣開關(guān)設(shè)備的電感(L) 和電容(C)元件以及區(qū)域4、6、8或電力線路2中對應(yīng)部分的電阻(R)元件確定，電氣開關(guān) 設(shè)備例如為斷路器(CB)等電弧故障電路中斷器。電容(C)元件將下游電弧信號最大化并 將之引入第一區(qū)域4中的對應(yīng)的感應(yīng)器，例如Si。由此，這匯聚了來自相鄰下游區(qū)域的電弧 信號。電感(L)元件阻止下游電弧信號到達(dá)上游區(qū)域，并且阻止上游電弧信號到達(dá)下游區(qū) 域。例如區(qū)域4的區(qū)域始于例如CB 22的電路中斷器。該區(qū)域結(jié)束于下一電路中斷器，例 如CB 20或CB 34。下一區(qū)域始于例如CB 20并延伸至下一 CB，例如14A，或延伸至負(fù)載，例 如35。例如，第三區(qū)域8的支路饋線12上的電弧故障10產(chǎn)生被引入支路CB14A的電弧 頻率，通過電容器C3 16，以便進(jìn)行正確的檢測。但是，這些電弧頻率的傳送被電感器L3 18 阻斷，這樣防止任何上游斷路器(例如，CB20，22)脫扣。另外，電感器L3 18阻止任何上游 電弧信號——例如來自電弧故障24，26的——到達(dá)下游CB 14A。在第三區(qū)域8的示例負(fù) 載中心14中，所有斷路器——例如14A，14B——均相同，但為了描述方便，僅僅示出了 CB 14A—起使用的感應(yīng)器S3、電感器L3 18和電容器C3 16。應(yīng)當(dāng)理解，其他斷路器——例如 14B——可具有如本文所述的相同或類似的電路。如果電容器C3如圖所示定位(感應(yīng)器S3 上游)，其阻止上游電弧信號到達(dá)感應(yīng)器S3，同時使合適的下游電弧信號匯聚經(jīng)過感應(yīng)器 S3。但是，在檢測頻率上，如果負(fù)載阻抗R3類似于由C3提供的阻抗，一些上游電弧信號可 以通過感應(yīng)器S3。電感器L3更為有效地阻止不希望的下游電弧信號到達(dá)上游感應(yīng)器，例如 S2，并且阻止例如24的下游電弧信號到達(dá)下游感應(yīng)器S3。類似地，如果例如24的電弧故障發(fā)生在第二區(qū)域6，電容器C2a 28匯聚電弧信號， 從而脫扣第二區(qū)域6中的斷路器20，以便進(jìn)行故障的適當(dāng)檢測和中斷。另外，電感器L2a 30 將這些電弧頻率從上游斷路器22阻斷開，并將任何上游電弧信號從下游斷路器20，14A阻 斷開。電感器(L)和電容器(C)的組合被設(shè)置為阻斷電弧信號，由此保護(hù)上游斷路器和下 游斷路器避免不必要的脫扣。
第一區(qū)域4的主斷路器22采用類似的濾波陷波(例如，頻率陷波)電路。如果電 弧故障——例如26——發(fā)生在第一區(qū)域4，電容器Cl 30匯聚電弧信號，從而脫扣第一區(qū)域 4中的斷路器22，以便進(jìn)行故障的適當(dāng)檢測和中斷。另外，電感器Ll 32將這些電弧頻率與 任何上游斷路器(未示出)阻斷開，并將任何上游電弧信號(未示出)與下游斷路器22、 20、34、14A 阻斷開。電弧故障電路中斷器——例如由示例CB 22示出的——包括第一線路端子40， 第二負(fù)載端子42，電氣連接在端子40、42之間的可分離觸頭44，開閉可分離觸頭44的操 作機(jī)構(gòu)(OM) 46，與操作機(jī)構(gòu)46相配合的電弧故障脫扣(AFT)電路48。電弧故障脫扣電路 48包括感應(yīng)器Si，并被結(jié)構(gòu)化為響應(yīng)于電弧故障條件——例如示例性電弧故障26——脫 扣斷開可分離觸頭44。電感器(Li) 32串聯(lián)電氣連接在第一線路端子40和第二負(fù)載端子 42之間。電容器(Cl) 30包括電氣連接在電感器32和第二負(fù)載端子42 (感應(yīng)器Sl上游) 之間的第一引線50以及電氣連接至接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體54的第二引線52。電感器32和 電容器30被結(jié)構(gòu)化為與第二端子42下游的電力線路阻抗——例如示例性母線饋線電阻 (Rla) 56——相配合以建立濾波陷波電路58。濾波陷波電路58被結(jié)構(gòu)化為將來自第二端子42下游的電弧故障26的第一電弧 信號傳送到電弧故障脫扣電路48，并將來自第一端子40上游的電弧故障(未示出)的第 二電弧信號從電弧故障脫扣電路48阻斷。例如但不限于，第一電弧信號可具有關(guān)于大約 IOOkHz到大約IOMHz的范圍的頻率，但所公開的概念適用于寬范圍的電弧信號頻率。優(yōu)選 地，濾波陷波電路58被結(jié)構(gòu)化為使下游電弧故障26的信號強(qiáng)度最大化并使第一端子40上 游電弧故障(未示出)的信號強(qiáng)度最小化。例如但不限于，電感器(Ll)32的電感可以是大 約ΙΟμΗ，而電容器(Cl)30的電容可以是大約0.3μ F，但所公開的概念適用于寬范圍的電 感和電容，并適用于寬范圍的濾波陷波電路58的對應(yīng)中心頻率。使用單個電容器——例如Cl 30——的一種考慮在于，電路參數(shù)能通過削弱信號 或在一些情況下放大信號來影響信號。由于電力線路——例如2——可長也可短，并且可能 在不同時間或不同情況下發(fā)生諧振，因此，可能希望改變電容器的值以便使性能最優(yōu)化。希望一個區(qū)域(例如，示例區(qū)域4、6、8中的區(qū)域4)內(nèi)對電弧故障的反應(yīng)并不依賴 于其在該區(qū)域內(nèi)的位置。為了以這樣的方式對電弧進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(normalize)，在每個區(qū)域 4、6、8內(nèi)對所關(guān)心的電弧頻率(例如但不限于在大約IOOkHz到大約IOMHz的范圍內(nèi))進(jìn) 行“陷波(trapped)”并將之記錄在合適的電路中斷器(例如，在該示例中為緊接的上游斷 路器22)中，這些都是非常重要的。通過這種方式，可使故障檢測和隔離正確、精確并且非 常有效。參照圖2，示出了另一電力線路62。電力線路62與圖1的電力線路2有些類似， 除了已被簡化并使用了不同的電弧故障電路中斷器——例如CB64——之外，其包括自適應(yīng) 電路88和多個電容器79。示例CB 64包括第一線路端子66、第二負(fù)載端子68、電氣連接 在端子66與68之間的可分離觸頭70，開閉可分離觸頭70的操作機(jī)構(gòu)(OM) 72、與操作機(jī)構(gòu) 72相配合并響應(yīng)于例如76的電弧故障脫扣斷開可分離觸頭70的AFT電路74。美國專^lJ No. 6, 710, 688 ；No. 6, 542, 056 ；No. 6, 522, 509 ；No. 6, 522, 228 ； No. 5，691，869和No. 5，224，006中公開了用于AFT電路48 (圖1)禾口 74 (圖2)的合適的電 弧故障檢測器，在此將其引入作為參考，但可采用任何合適的電弧故障檢測器或電路中斷器。
電感器78串聯(lián)電氣連接在第一線路端子66和第二負(fù)載端子68之間。采用數(shù)個 電容器79。如圖所示，具有三個示例電容器(C1A，C1B，C1C)79。所述數(shù)個電容器79中的每 一個，例如(ClB) 80，包括電氣連接在或可電氣連接在電感器78和第二負(fù)載端子68 (用于 AFT 74的感應(yīng)器上游(未標(biāo)示))之間的第一引線82以及電氣連接至接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體 86的第二引線84。自適應(yīng)電路88調(diào)節(jié)電感器79的數(shù)目，如將在下面闡釋的那樣。電感器 78和所述數(shù)個電容器79中的至少一個與第二端子68下游的系統(tǒng)阻抗90相配合以建立具 有希望的中心頻率的濾波陷波電路92。自適應(yīng)電路88改變?yōu)V波陷波電路92的中心頻率， 從而適應(yīng)于第二端子68上游電力線路中的變化，并由此提供最大化的電弧狀況信號強(qiáng)度。如圖2所示，示例的數(shù)個電容器79是多個不同電容器，例如示例電容器(C1A)94、 (ClB)80、(ClC)96。自適應(yīng)電路88選擇所述多個不同電容器94、80、96中的數(shù)個，并將所述 多個不同電容器94、80、96中所選擇的數(shù)個的第一引線——例如82——電氣連接在電感器 78和第二負(fù)載端子68之間。在此實例中，自適應(yīng)電路88包括諧振檢測器98和濾波陷波選 擇電路100。以下將結(jié)合圖7討論自適應(yīng)電路88的實例。由于電力線路——例如62——可由于不同情況下負(fù)載和電路的增加和移除而時 間變化或被改變，希望改變多個電容器的值，例如所述數(shù)個電容器79的有效電容值，從而 重建最優(yōu)化的性能。該實例中，如下面將結(jié)合圖7詳細(xì)討論的，自適應(yīng)電路88可通過對電 力線路62進(jìn)行激蕩(ringing)以確定阻抗參數(shù)從而實現(xiàn)這一點。例如，示例諧振檢測器 98(例如但不限于合適的電子電路、合適的處理器程序)決定多個不同電容器中的哪個(或 哪些)——例如電容器94、80、96中的一個或更多——與電路參數(shù)最為匹配。例如，通過衰 蕩(ring down)測試來發(fā)現(xiàn)希望的電容器，并且通過濾波陷波選擇電路100命令多個對應(yīng) 的固態(tài)開關(guān)(SSSs) 102、104、106閉合。這采用了合適的電容并確保最大化的電弧信號被引 入與該電力線路阻抗相關(guān)聯(lián)的CB 64。參照圖3，示出了用于另一電力線路的等效電路116。除了例如CB2 ’ 120和CB3，142 被改變?yōu)榉謩e包括附加電容器C4 122和C5 124以外，此電力線路與圖1的電力線路2有 些類似，如下所述。此外，斷路器120、142與圖1的斷路器14A、20、22、34相似或相同。為 了便于描述，圖1的可分離觸頭44和AFT 48沒有示出。但是，電容器C4 122和C5 124最 初假定為開路，使得等效電路可以用于例如圖1中的電力線路2。圖3的等效電路116中， 僅僅開啟一個故障AC源126、128、130，每次開啟一個，以便模擬電力線路中多個點的擾動。線路長度在每個傳輸線片段內(nèi)定義，示例的隔離模塊132、134是“ π ”形C_L_C濾 波電路(用于CB2’ 120和CB3’ 142)，其例如包含在對應(yīng)的斷路器120、142內(nèi)，并具有由下 游(例如，圖3右側(cè))電容器C2 138或C3 140所感應(yīng)的電流。C-L-C濾波電路增強(qiáng)了對上 游電弧信號的阻斷以及對下游電弧信號強(qiáng)度的保持(例如，參見下文的表Ivs.表2)。用于 CB1，118的隔離模塊136是L-C濾波電路。電阻器R3 150是用于第三區(qū)域8，的負(fù)載電阻
ο實例1如圖3和8所示，例如，電感(Li 152，L2 154，L3 156)為例如10 μ H，電容(Cl 158，C2 138，C3 140，C4 122，C5 124)為例如 0.3 μ F。區(qū)域 4，、6，、8，的傳輸線參數(shù)近似 為0.041^/米，0.8口!1/米和125111011111/米。長度 01、02 和 03 分別為 20m、30m 和 40m。電容器158、138、140對電弧引起的在AC電流波形上的頻率進(jìn)行陷波。上游感應(yīng)器S4、S5(圖8)分別從對應(yīng)的區(qū)域8’、6’檢測對應(yīng)的斷路器142A、 120A(圖8)上游的電弧故障。下游感應(yīng)器S3、S2分別從對應(yīng)的區(qū)域8’、6’檢測對應(yīng)的斷 路器142A、120A下游的電弧故障。這樣具有以下優(yōu)點(1)感應(yīng)器冗余；和/或⑵有可能 出于簡化和/或節(jié)約費用的目的消除上游斷路器中的類似功能。盡管用于最大化或最小化電弧信號的濾波電路元件已經(jīng)公開為與對應(yīng)的可分離 觸頭位于同一地點，由于C-L-C濾波電路(圖3和8)是對稱的，應(yīng)該理解，圖8中的兩個感 應(yīng)器S5、S2或S4、S3可以以下面的方式使用。下游感應(yīng)器S2、S3感應(yīng)下游電弧并可用于操 作任何位于同一地點的可分離觸頭(未示出，但參見圖1中的可分離觸頭44和感應(yīng)器Si)。 上游感應(yīng)器S5、S4感應(yīng)上游故障，并可用于通過任何合適的機(jī)構(gòu)(例如但不限于并聯(lián)脫扣 (shunt trip))觸發(fā)其他裝置(未示出)，或者用于簡單地向遠(yuǎn)程CPU(未示出)提供信息。 對稱的C-L-C濾波電路有利地將每個感應(yīng)器與濾波電路的相反側(cè)上的錯誤信息隔離。實例2圖4-6是對于圖3的等效電路116的故障協(xié)調(diào)的合適的電路仿真輸出的曲線圖 110、112、114。曲線圖110、112、114分別用于圖3中的區(qū)域4’、6’、8’。例如，“AC分析”模 式允許觀測頻率范圍上的結(jié)果，例如但不限于1伏特的故障AC源所提供的。圖4、5和6各自的曲線圖110、112和114分別對應(yīng)于第一區(qū)域4’(由Vl 126激 勵)、第二區(qū)域6，(由V2 128激勵)、第三區(qū)域8，(由V3 130激勵)中的電弧。下面的表 1示出了例如但不限于500kHz時評估的結(jié)果，其中，結(jié)果相對于1伏特用dB表示。
權(quán)利要求
一種電氣開關(guān)設(shè)備(14A；20；22；34；64；118；120；142)，包括第一端子(40)；第二端子(42)；電氣連接在所述第一端子和所述第二端子之間的可分離觸頭(44)；被結(jié)構(gòu)化為斷開以及閉合所述可分離觸頭的操作機(jī)構(gòu)(46)；與所述操作機(jī)構(gòu)相配合的電弧故障脫扣電路(48)，所述電弧故障脫扣電路被結(jié)構(gòu)化為響應(yīng)于電弧故障條件脫扣斷開所述可分離觸頭；串聯(lián)電氣連接在所述第一端子和所述第二端子之間的電感器(32)；以及電容器(30)，包括電氣連接在所述電感器和所述第二端子之間的第一引線(50)以及電氣連接至接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體的第二引線(52)，其中，所述電感器和所述電容器被結(jié)構(gòu)化為與所述第二端子下游的電力線路阻抗(56)相配合以構(gòu)成濾波陷波電路(58)。
2.如權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)設(shè)備(20)，其中，所述濾波陷波電路(58)被結(jié)構(gòu)為將 來自所述第二端子下游的第一電弧故障條件(24)的第一電弧信號傳送到所述電弧故障脫 扣電路，并阻塞來自所述第一端子上游的第二電弧故障條件(26)的第二電弧信號到達(dá)所 述電弧故障脫扣電路。
3.如權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)設(shè)備(20)，其中，所述濾波陷波電路(58)被結(jié)構(gòu)化為 使來自所述第二端子下游的第一電弧故障條件(24)的第一電弧信號的信號強(qiáng)度最大化， 并使來自所述第一端子上游的第二電弧故障條件(26)的第二電弧信號的信號強(qiáng)度最小 化。
4.如權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)設(shè)備(20)，其中，所述電氣開關(guān)設(shè)備為電弧故障電路 中斷器(120;142;120A;142A)；其中，所述電容器為第一電容器(138 ;140)，第一電容器包 括電氣連接在所述電感器和所述第二端子之間的第一引線(50)以及電氣連接至接地導(dǎo)體 或中性導(dǎo)體(54)的第二引線(52)；且其中，所述電弧故障電路中斷器還包括第二電容器(122 ；124)，包括電氣連接在所述第一端子和所述電感器之間的第一引線 (204)以及電氣連接至所述接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體的第二引線(208)，其中，所述電感器和所述第一電容器被結(jié)構(gòu)化為與所述第二端子下游(56’ )的電力線 路阻抗相配合以構(gòu)成第一濾波陷波電路(58)，且其中，所述電感器和所述第二電容器被結(jié)構(gòu)化為與所述第一端子上游(56)的電力線 路阻抗相配合以構(gòu)成第二濾波陷波電路(210)。
5.如權(quán)利要求4所述的電弧故障電路中斷器(120A;142A)，其中，所述電弧故障脫扣電 路(48)包括第一感應(yīng)器(S2 ；S3)和第二感應(yīng)器(S5 ；S4)，所述第一感應(yīng)器被結(jié)構(gòu)化為感應(yīng) 所述第二端子和所述第一電容器之間流動的電流，所述第二感應(yīng)器被結(jié)構(gòu)化為感應(yīng)所述第 一端子和所述第二電容器之間流動的電流。
6.如權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)設(shè)備(20)，其中，所述電氣開關(guān)設(shè)備為電弧故障電路 中斷器(64)；其中，所述電容器為可變電容(79)，其包括電氣連接在或可電氣連接在所述 電感器和所述第二端子之間的第一引線(82)以及電氣連接至接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體的第二 引線(84)；且其中，所述電弧故障電路中斷器還包括被結(jié)構(gòu)化為改變所述可變電容的自適應(yīng)電路(88)，其中，所述電感器和所述可變電容被結(jié)構(gòu)化為與所述第二端子下游(90)的電力線路 阻抗相配合以構(gòu)成具有中心頻率的濾波陷波電路(92)，且其中，所述自適應(yīng)電路進(jìn)一步被結(jié)構(gòu)化為改變所述濾波陷波電路(92)的中心頻率，從 而適應(yīng)所述第二端子下游的電力線路中的變化。
7.如權(quán)利要求6所述的電弧故障電路中斷器(64)，其中，所述自適應(yīng)電路進(jìn)一步被結(jié) 構(gòu)化(176)為激勵所述第二端子下游的所述電力線路(160)；其中，所述可變電容是多個不 同電容器(94，80，96)；且其中，所述自適應(yīng)電路進(jìn)一步被結(jié)構(gòu)化(162，182，180)為測量響 應(yīng)于所述激勵的電力線路的電壓，比較所述電壓與所存電壓值，如果更高，則存儲新的電壓 值，從所述多個不同電容器中選擇另一不同的電容值，并考慮所述多個不同電容器的多個 不同電容值，從而對于所述多個不同電容器選擇最佳電容值。
8.一種配電系統(tǒng)(2)，包括多個不同區(qū)域(4，6，8)；以及多個不同的電弧故障電路中斷器(14A，14B，20，22，34)，所述不同區(qū)域各自具有所述多 個不同的電弧故障電路中斷器中的數(shù)個，其中，所述多個不同的電弧故障電路中斷器中的多個各自為權(quán)利要求4所述的電弧故 障電路中斷器。
9.如權(quán)利要求8所述的配電系統(tǒng)(2)，其中，所述濾波陷波電路(58)被結(jié)構(gòu)化為將來 自所述第二端子下游的所述不同區(qū)域的第一個之中的第一電弧故障條件(24)的第一電弧 信號集中于所述電弧故障脫扣電路，并降低傳送至所述電弧故障脫扣電路的來自所述第一 端子上游的所述不同區(qū)域的第二個之中的第二電弧故障條件(26)的第二電弧信號。
10.如權(quán)利要求9所述的配電系統(tǒng)(2)，其中，響應(yīng)于來自所述第二端子下游的所述不 同區(qū)域的第一個之中的所述第一電弧信號，所述電容器對所述第一電弧信號進(jìn)行匯聚；且 其中，響應(yīng)于來自所述第一端子上游的所述不同區(qū)域的第二個之中的所述第二電弧信號， 所述電感器阻止所述第二電弧信號到達(dá)所述電弧故障脫扣電路，并阻止所述第一電弧信號 到達(dá)所述第一端子上游的所述不同區(qū)域的第二個之中的電弧故障脫扣電路。
11.如權(quán)利要求8所述的配電系統(tǒng)(2)，其中，所述電弧故障脫扣電路包括感應(yīng)器(Si； S2 ；S3)，其被結(jié)構(gòu)化為感應(yīng)所述第二端子和所述電容器之間流動的電流；且其中，所述濾 波陷波電路被結(jié)構(gòu)化為將來自所述第二端子下游的所述不同區(qū)域的一個區(qū)域中的電弧故 障條件(24)的電弧信號集中于所述感應(yīng)器。
12.如權(quán)利要求8所述的配電系統(tǒng)(2)，其中，所述電容器為第一電容器；且其中，所述 不同的電弧故障電路中斷器中至少一個的所述電弧故障脫扣電路包括第二電容器(122 ； 124)，第二電容器包括電氣連接在所述第一端子和所述電感器之間的第一引線(204)以及 電氣連接至所述接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體的第二引線(208)。
13.如權(quán)利要求12所述的配電系統(tǒng)(2)，其中，在所述不同區(qū)域(8)之一中，所述數(shù)個 不同的電弧故障電路中斷器是彼此鄰近配置在負(fù)載中心(14)內(nèi)的多個支路斷路器(14A， 14B)；其中，所述不同的電弧故障電路中斷器中的所述至少一個是所述多個支路斷路器 (14A, 14B)中的僅僅一個；且其中，所述多個支路斷路器(14A，14B)中其他的不包括所述第 二電容器(122 ；124)。
14.如權(quán)利要求8所述的配電系統(tǒng)(2)，其中，位于所述不同區(qū)域的第一個之中的所述多個不同的電弧故障電路中斷器(14A，20，22，34)中的第一個包括具有第一電感的電感器 和具有第一電容的電容器；且其中，位于所述不同區(qū)域的不同的第二個之中的所述多個不 同的電弧故障電路中斷器(14A，20，22，34)中的不同的第二個包括具有第二電感的電感器 和具有第二電容的電容器，其中，所述第二電感不同于所述第一電感，所述第二電容不同于 所述第一電容。
15.如權(quán)利要求8所述的配電系統(tǒng)(2)，其中，在所述不同區(qū)域(8)之一中，所述數(shù)個 不同的電弧故障電路中斷器是彼此鄰近配置在負(fù)載中心(14)內(nèi)的多個支路斷路器(14A， 14B)；其中，所述支路斷路器中的第一個的第一濾波陷波電路(92)提供到所述支路斷路 器中第二個的故障信號隔離；且其中，所述支路斷路器中所述第二個的第二濾波陷波電路 (92)提供到所述支路斷路器的所述第一個的故障信號隔離。
全文摘要
一種電氣開關(guān)設(shè)備(14A；20；22；34；64；118；120；142)，包括第一端子(40)；第二端子(42)；電氣連接在第一端子和第二端子之間的可分離觸頭(44)；被結(jié)構(gòu)化為斷開以及閉合可分離觸頭的操作機(jī)構(gòu)(46)；與操作機(jī)構(gòu)相配合的電弧故障脫扣電路(48)，所述電弧故障脫扣電路響應(yīng)于電弧故障脫扣斷開所述可分離觸頭。電感器(32)串聯(lián)電氣連接在第一端子和第二端子之間。電容器(30)包括電氣連接在電感器和第二端子之間的第一引線(50)以及電氣連接至接地導(dǎo)體或中性導(dǎo)體的第二引線(52)。電感器和電容器與第二端子下游的電力線路阻抗(56)相配合以建立濾波陷波電路(58)。
文檔編號H02H1/00GK101958526SQ200911000258
公開日2011年1月26日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者J·C·齊歇爾, J·K·黑斯廷斯, T·J·舍普夫, W·E·小貝蒂, X·周 申請人:伊頓公司