[發明專利]用于排放來自電氣故障的能量的方法及系統

有效

• 申請號: 201310233110.8
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103490403B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: G.賈尼雷迪;T.F.小帕帕羅;A.桑加韋盧;A.K.博霍里;D.R.勞雷恩;S.N.帕爾瓦迪
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02H9/08
• 分類號: H02H9/08;H02H9/04;H02H3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 肖日松,譚祐祥

技術領域

本申請大體涉及功率系統，并且更特別地，涉及用于在排放來自電氣故障的能量時使用的方法及系統。

背景技術

已知的電功率電路和開關裝置大體具有由絕緣體(諸如空氣或氣體電介質或固體電介質)分離的導體。然而，如果導體太緊密地定位在一起，或者如果導體之間的電壓超過導體之間的絕緣體的絕緣特性，則電弧可發生。導體之間的絕緣體可變為電離的，這使絕緣體導電并且使得能夠形成電弧。

電弧閃光由由于兩個相導體之間、相導體與中性導體之間或相導體與接地點之間的故障而產生的快速能量釋放引起。電弧閃光溫度可達到或超過20000°C，這可使導體和相鄰的裝備汽化。另外，電弧閃光可釋放足以損壞導體和相鄰裝備的、呈熱、強光、壓力波和/或聲波的形式的相當大的能量。然而，生成電弧閃光的故障的電流水平大體小于短路的電流水平，使得電路斷路器大體不跳閘或呈現延遲跳閘，除非電路斷路器特別地設計成處理電弧故障狀態。

諸如熔絲和電路斷路器的標準電路保護裝置大體不足夠快速地反應以緩解電弧閃光。呈現足夠快速的響應的一個已知電路保護裝置為電"撬"，其通過有意地形成電"短路"而利用機械過程和/或機電過程來使電能遠離電弧閃光點轉移。接著，通過使熔絲燒斷或使電路斷路器跳閘而清除這種有意的短路故障。然而，使用電撬形成的有意短路故障可允許顯著的電流水平流經相鄰的電氣裝備，由此使得能夠損壞裝備。

發明內容

在一方面，提供了一種電氣故障緩解系統，其包括緩解裝置，該緩解裝置包括限定腔體的容納室、定位在腔體內并且聯接于第一導體的第一電極，以及定位在腔體內并且聯接于第二導體的第二電極。緩解裝置還包括第一電壓源和等離子槍，該等離子槍定位在腔體內并且構造成使用第一電壓源發射燒蝕等離子，以使第一電弧能夠形成在第一電極與第二電極之間以排放來自電氣故障的能量。系統還包括聯接于第一導體的第一電壓限制器裝置。第一電壓限制器裝置構造成限制第一導體的電壓免于增大到預定閾值以上，以在第二電壓源施加橫跨第一電極和第二電極的電壓時，防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。

在另一方面，提供了一種裝備保護系統，其包括第一導體、第二導體和緩解裝置。緩解裝置包括限定腔體的容納室、定位在腔體內并且聯接于第一導體的第一電極，以及定位在腔體內并且聯接于第二導體的第二電極。緩解裝置還包括第一電壓源和定位在腔體內的等離子槍。系統還包括通信地聯接于緩解裝置的控制器。控制器構造成檢測電氣故障并響應于檢測到的電氣故障生成啟動信號。啟動信號使第一電壓源將電壓施加至等離子槍，其中，等離子槍響應于施加的電壓發射燒蝕等離子，以使電弧能夠形成在第一電極與第二電極之間以排放來自電氣故障的能量。系統還包括聯接于第一導體的第一電壓限制器裝置。第一電壓限制器裝置構造成限制第一導體的電壓免于增大到預定閾值以上，以防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。

在又一方面，提供了一種排放來自包括第一導體和第二導體的配電系統內的電氣故障的能量的方法。該方法包括檢測配電系統內的電氣故障和響應于檢測到的電氣故障生成啟動信號。該方法還包括使用啟動信號啟動緩解裝置以排放來自電氣故障的能量。緩解裝置包括聯接于第一導體的第一電極、聯接于第二導體的第二電極、響應于啟動信號生成電壓的第一電壓源，以及等離子槍，該等離子槍響應于生成的電壓發射燒蝕等離子，以在第一電極與第二電極之間形成電弧以排放來自電氣故障的能量。該方法還包括使用至少一個電壓限制器裝置限制第一導體和第二導體中的至少一個的電壓免于增大到預定閾值以上，以防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。

一種電氣故障緩解系統，其包括：緩解裝置，其包括：限定腔體的容納室；第一電極，其定位在腔體內并且聯接于第一導體；第二電極，其定位在腔體內并且聯接于第二導體；第一電壓源；以及等離子槍，其定位在腔體內并且構造成使用第一電壓源發射燒蝕等離子，以使第一電弧能夠形成在第一電極與第二電極之間以排放來自電氣故障的能量；以及第一電壓限制器裝置，其聯接于第一導體，其中，第一電壓限制器裝置構造成限制第一導體的電壓免于增大到預定閾值以上，以在第二電壓源施加橫跨第一電極和第二電極的電壓時，防止第二電壓源在第一電極與第二電極之間生成第二電弧。

優選地，第一電極與第二電極分開一間隙，并且絕緣材料配置在間隙內使得間隙具有有效阻抗，等離子槍構造成將燒蝕等離子發射到間隙中以使間隙的有效阻抗降低至低于與電氣故障相關的有效阻抗的水平。