專利名稱：電氣開關(guān)設(shè)備、配電系統(tǒng)以及使用斷點跳閘的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣開關(guān)設(shè)備，特別涉及例如斷路器等電路斷流器。本發(fā)明還涉及配電系統(tǒng)以及使用電氣開關(guān)設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
電氣開關(guān)設(shè)備包括例如線路轉(zhuǎn)接裝置和電路斷流器，例如斷路器、接觸器、電動機起動器、電動機控制器以及其它的負載控制器。斷路器通常是本領(lǐng)域已知且公知的。在美國專利No.4,751,606和No.5,341,191中公開了斷路器的實例。這種斷路器用來保護電路免遭由于過載條件或相對較高等級的短路條件或故障條件等過電流條件引起的損壞。
例如，模制外殼斷路器包括可分離觸點(例如，每相一對)，可分離觸點可對過電流條件做出響應(yīng)地自動被操作?？煞蛛x觸點還可通過布置在斷路器外側(cè)的手柄手動地被操作。這種斷路器典型地包括操作機構(gòu)，其迅速斷開以及閉合可分離觸點；跳閘組件，其對過電流條件進行檢測。在檢測到過電流條件時，跳閘組件將操作機構(gòu)驅(qū)動到跳閘位置，其將可分離觸點移至它們的斷開位置。
跳閘組件可使用微處理器與硬件超馳電路(hardware override circuit)來檢測過電流條件。作為對過電流條件的響應(yīng)，微處理器和/或硬件超馳電路產(chǎn)生對操作機構(gòu)進行驅(qū)動的多種跳閘信號。
為了協(xié)調(diào)與配電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的一個或一個以上電路斷流器的性能特性與延遲時間，可以使用時間跳閘曲線(time-trip curves)。通常，時間跳閘曲線是按時間變化的、所希望的電路斷流器電流響應(yīng)特性的曲線。例如，圖1示出了斷路器的時間跳閘曲線的一部分。時間跳閘曲線典型地包括多種類型的過電流跳閘條件，例如長延遲跳閘、短延遲跳閘、瞬時跳閘和/或接地故障跳閘。各種類型的過電流跳閘條件可以用多種方式有選擇地進行配置。例如，短延遲跳閘可被有選擇地配置為、但不限于固定時間響應(yīng)函數(shù)和/或I2t響應(yīng)函數(shù)。為簡明起見，在這里的附圖中所描繪的時間跳閘曲線中僅示出了固定時間短延遲跳閘曲線函數(shù)和瞬時跳閘曲線函數(shù)。
參照圖1，電流因數(shù)(每單位)在水平軸上示出，時間因數(shù)(每單位)在垂直軸上示出。當約10與15之間的電流因數(shù)持續(xù)約0.1或0.1以上的時間因數(shù)時，可存在短延遲跳閘條件。于是，斷路器處理器產(chǎn)生驅(qū)動操作機構(gòu)的短延遲跳閘，從而使可分離觸點斷開。
在更高的電流因數(shù)下，人們希望使斷路器更快地跳閘。在本實例中，當電流因數(shù)達到約15或15以上時可存在瞬時跳閘條件。具體而言，在大約為15的電流因數(shù)處，曲線從短延遲跳閘部分移到瞬時跳閘部分。結(jié)果，對于15或15以上的電流因數(shù)，硬件超馳電路產(chǎn)生驅(qū)動操作機構(gòu)的瞬時跳閘，從而使斷路器更快地跳閘。在這個實例中，瞬時跳閘用大約為0.01的時間因數(shù)使可分離觸點斷開。
在圖2中示出了用于產(chǎn)生瞬時跳閘信號的常用硬件超馳電路1。電流互感器2產(chǎn)生與流經(jīng)斷路器的可分離觸點3的電流成比例的電流，該觸點與配電系統(tǒng)的導(dǎo)體9相關(guān)聯(lián)。電流互感器2的輸出經(jīng)橋式整流電路4被傳送，并被送到硬件超馳電路1。電流互感器2、橋式整流電路4以及硬件超馳電路1是用于斷路器的跳閘組件的一部分。橋式整流器4的電流輸出在負荷電阻器(burden resistor)5的兩端相對于硬件超馳電路1的公共點(common)建立起負電壓。當該負電壓達到預(yù)定值時(例如，當電流因數(shù)達到瞬時跳閘等級時)，二極管6變?yōu)檎蚱们引R納二極管7擊穿(即電壓超過齊納二極管7的擊穿電壓)。在擊穿之后，齊納二極管7開始導(dǎo)電，轉(zhuǎn)而使得比較器8的反相輸入端(-)上的電壓立即下降到小于參考電壓Vref的等級，其中，參考電壓Vref被施加到比較器8的同相輸入端(+)。結(jié)果，比較器8的輸出信號改變狀態(tài)，從而通過驅(qū)動操作機構(gòu)(未示出)開始斷路器的跳閘，操作機構(gòu)又使得可分離觸點3移動到它們的斷開位置。
但是，對于某些應(yīng)用場合，人們可能希望保持短延遲跳閘特性，同時在更高電流因數(shù)下延遲瞬時跳閘信號的產(chǎn)生。例如，當電動機被起動時，突入電流可能以等于或大于0.01的時間因數(shù)超過大約為15的電流因數(shù)。結(jié)果，使用圖2所示硬件超馳1的跳閘組件可檢測到存在瞬時跳閘條件，并且不受歡迎地產(chǎn)生開始斷開可分離觸點3的瞬時跳閘。因此，存在對這樣的電路斷流器的需求其對于某些電流因數(shù)有效地延遲瞬時跳閘信號的產(chǎn)生。
取決于其在配電系統(tǒng)內(nèi)的位置，電氣開關(guān)設(shè)備可以被稱為在另一電氣開關(guān)設(shè)備的“上游”和/或“下游”。例如，為中間母線設(shè)置的電氣開關(guān)設(shè)備可以既在用于主母線的電氣開關(guān)設(shè)備的下游，又在用于配電線路的電氣開關(guān)設(shè)備的上游，其中，主母線為中間母線供電，配電線路從中間母線分支出來。
為了協(xié)調(diào)配電系統(tǒng)中多個電氣開關(guān)設(shè)備的跳閘，某些設(shè)施使用了區(qū)域互鎖，其中，檢測到故障的下游電氣開關(guān)設(shè)備向上游電氣開關(guān)設(shè)備發(fā)送互鎖信號。互鎖信號將由上游電氣開關(guān)設(shè)備進行的、跳閘信號的產(chǎn)生阻滯某個時間量，從而為下游電氣開關(guān)設(shè)備提供了對故障進行反應(yīng)的時間。但是，區(qū)域互鎖的使用需要電氣開關(guān)設(shè)備之間附加的敷設(shè)電纜，并使電氣開關(guān)設(shè)備的操作復(fù)雜化。
因此，存在對這樣的電氣開關(guān)設(shè)備的需求其具有用于配電系統(tǒng)的高電流中斷的改進協(xié)調(diào)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿足了這些以及其它需求，本發(fā)明涉及一種電氣開關(guān)設(shè)備，該設(shè)備包括外殼、外殼內(nèi)的可分離觸點、被構(gòu)造為斷開以及閉合可分離觸點的操作機構(gòu)、與操作機構(gòu)協(xié)作以便對跳閘信號做出響應(yīng)地跳閘斷開(tripopen)可分離觸點的跳閘組件。跳閘組件包括傳感器，其被構(gòu)造為對流經(jīng)可分離觸點的電流進行檢測，多個斷點跳閘(breakpoint trip)機構(gòu)，在被檢測電流的預(yù)定值的多種范圍上，其對被檢測電流的多種時間-電流函數(shù)做出響應(yīng)地提供多種斷點跳閘；被構(gòu)造為對多種斷點跳閘做出響應(yīng)地提供跳閘信號的機構(gòu)。
作為本發(fā)明的另一實施形態(tài)，配電系統(tǒng)包括第一母線，其具有與其相關(guān)聯(lián)的第一電氣開關(guān)設(shè)備；第二母線，其具有與其相關(guān)聯(lián)的第二電氣開關(guān)設(shè)備，第二母線在第一母線的上游，其中，第二母線的電氣開關(guān)設(shè)備與具有多種斷點跳閘曲線函數(shù)的時間跳閘曲線相關(guān)聯(lián)。
作為本發(fā)明的另一實施形態(tài)，用于在電氣開關(guān)設(shè)備中產(chǎn)生跳閘信號的方法包括檢測流經(jīng)電氣開關(guān)設(shè)備的可分離觸點的電流；在被檢測電流的第一預(yù)定值的多種范圍上，對被檢測電流的多種第一時間-電流函數(shù)做出響應(yīng)地提供多種斷點跳閘。


結(jié)合附圖，通過閱讀下面對優(yōu)選實施例的介紹，可以獲得對本發(fā)明的充分理解，其中圖1為電路斷流器的時間跳閘曲線的一部分；圖2為電路斷流器的硬件超馳電路的原理圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的電路斷流器的原理框圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例用于圖3中的電路斷流器的硬件超馳電路的原理圖；圖5為電路斷流器的時間跳閘曲線的一部分，該電路斷流器使用圖4中的硬件超馳電路；圖6為根據(jù)本發(fā)明一替代實施例用于圖3中的電路斷流器的硬件超馳電路的原理圖；圖7為電路斷流器的時間跳閘曲線的一部分，該電路斷流器使用圖6的硬件超馳電路；圖8為根據(jù)本發(fā)明使用多個電路斷流器的配電系統(tǒng)的原理框圖；圖9為圖8所示電路斷流器的時間跳閘曲線的一部分；圖10為圖8所示電路斷流器的時間跳閘曲線的一部分；
圖11示出了在單個圖表上疊加的圖5、9和10的時間跳閘曲線；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的時間跳閘曲線的一部分，其用于圖8所示各種不同類型電路斷流器中的一個；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的時間跳閘曲線的一部分，其用于圖8所示各種不同類型電路斷流器中的一個。
具體實施例方式
如這里所使用的，術(shù)語“多個”將表示一個或一個以上，“一”、“一個”和“該”的單數(shù)形式包括多個所指對象，除非本文中明確地另有說明。
如這里所使用的，“兩個或兩個以上的部件被‘連接(connected)’或‘耦合(coupled)’在一起”的表述將表示這些部件被直接連接(join)在一起或通過一個或一個以上的中間部件連接在一起。另外，“兩個或兩個以上的部件‘相連(attached)’”的表述將表示這些部件被直接連接在一起。
如這里所使用的，“部件與一個或一個以上的其它部件‘電氣互連’”的表述將表示這些部件直接電氣連接在一起或通過一個或一個以上的電導(dǎo)體或通過通常具有導(dǎo)電性的中間部件電氣連接在一起。另外，如這里所使用的，“部件被‘電氣連接到’一個或一個以上的其它部件”的表述將表示這些部件被直接電氣連接在一起或通過一個或一個以上的電導(dǎo)體電氣連接在一起。
圖3示出了模制外殼斷路器10的原理框圖。斷路器10包括外殼10A，外殼10A中包含了多個可分離觸點11(例如，每相或每電力線一對)。如圖3所示，可分離觸點11與配電系統(tǒng)(僅僅示出了其中的一相)的導(dǎo)體9相關(guān)聯(lián)?？煞蛛x觸點11可對過電流條件做出響應(yīng)地自動被操作?？煞蛛x觸點11還可通過設(shè)置在斷路器10外部的手柄(未示出)手動地被操作。這種斷路器10典型地包括操作機構(gòu)12和跳閘組件13，操作機構(gòu)12迅速斷開以及閉合可分離觸點11，跳閘組件13對過電流條件進行檢測。在檢測到過電流條件時，跳閘組件13將操作機構(gòu)12驅(qū)動到跳閘位置，其將可分離觸點11移到它們的斷開位置。
在當前實施例中，跳閘組件13使用微處理器14和硬件超馳電路15來檢測過電流條件和/或驅(qū)動操作機構(gòu)12。如圖3所示，跳閘組件13包括多個傳感器，例如、但不限于電流互感器17，電流互感器17向整流電路16提供與在導(dǎo)體9中流動的電流成比例的電流。整流電路16的輸出被提供給微處理器14和硬件超馳電路15。作為對過電流條件的響應(yīng)，微處理器14和/或硬件超馳電路15產(chǎn)生多種跳閘信號(例如短延遲跳閘、長延遲跳閘、瞬時跳閘、斷點跳閘等等)，這些跳閘信號被提供給跳閘裝置18。跳閘裝置18轉(zhuǎn)而驅(qū)動操作機構(gòu)12。
應(yīng)當注意，圖3所示的特定裝置布置是示例性的，可以想到屬于本發(fā)明的范圍的其它布置。例如，盡管作為分立部件進行討論，可以想到，硬件超馳電路15和微處理器14可被實現(xiàn)為一個裝置，例如、但不限于實現(xiàn)為集成電路。另外，可以使用一個或一個以上的電力線或相。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的硬件超馳電路15的原理圖。如同結(jié)合圖3所討論的那樣，電流互感器17產(chǎn)生與流經(jīng)可分離觸點11的電流成比例的電流。電流互感器17的輸出被提供給橋式整流電路16。橋式整流電路16的電流輸出被提供給硬件超馳電路15，在那里，該電流輸出在負荷電阻器19的兩端相對于硬件超馳電路15的公共點建立起負電壓。如果這一負電壓的幅值足夠大，二極管20變?yōu)檎蚱谩?br> 硬件超馳電路15使用具有齊納二極管21、齊納二極管21a和電阻器22的陣列30。在示例性實施例中，齊納二極管21與齊納二極管21a及電阻器22的串聯(lián)組合并聯(lián)電氣連接。另外，在示例性實施例中，齊納二極管21的擊穿電壓大于齊納二極管21a的擊穿電壓。因此，如果在負荷電阻器19處建立的負電壓達到第一預(yù)定值，則二極管20變?yōu)檎蚱们引R納二極管21a擊穿(即電壓超過齊納二極管21a的擊穿電壓)。簡要參照圖5，其示出了圖4的硬件超馳電路15的時間跳閘曲線的示例性部分，二極管21a在大約15至20的電流因數(shù)處擊穿。
作為二極管21a擊穿的結(jié)果，電流流過與電容器23連接的電阻器22，延遲了由比較器24輸出的跳閘信號的產(chǎn)生。從圖5中可以看到，該實例中的延遲為約0.06的時間因數(shù)。具體而言，電阻器22和電容器23提供了RC時間常數(shù)，該時間常數(shù)增加了比較器24的反相輸入端(-)上的電壓下降到低于參考電壓Vref(施加在比較器24的同相輸入端(+)上)所用的時間量。但是，一旦在比較器24的反相輸入端(-)上的電壓下降到低于Vref，比較器24的輸出信號——該信號被提供給跳閘裝置18(如圖3所示)——改變狀態(tài)；由此開始斷路器10的跳閘。
如果負荷電阻器19上的負電壓達到第二預(yù)定值，齊納二極管21擊穿(即電壓超過齊納二極管21的擊穿電壓)。簡要參照圖5，二極管21在約20或20以上的電流因數(shù)處擊穿。在擊穿之后，齊納二極管21開始導(dǎo)電，轉(zhuǎn)而使得比較器24的反相輸入端(-)上的電壓立即下降到小于參考電壓Vref的等級。結(jié)果，被提供給跳閘裝置18(在圖3中示出)的、比較器24的輸出信號改變狀態(tài)，從而開始斷路器10的跳閘(即在約0.01的時間因數(shù)內(nèi))。
應(yīng)當注意的是，圖4所示的特定的裝置布置是示例性的，可以想到屬于本發(fā)明的范圍的其它布置。例如，在仍屬于本發(fā)明的范圍的情況下，可從硬件超馳電路15中省去二極管20。
參照圖5，時間跳閘曲線在固定時間短延遲跳閘曲線函數(shù)與瞬時跳閘曲線函數(shù)之間的部分在這里被稱作“斷點跳閘曲線函數(shù)”。提供斷點跳閘的、跳閘組件13(圖3)的部件可被稱為“斷點跳閘機構(gòu)”。在圖4所示的實施例中，例如、但不限于硬件超馳電路15的齊納二極管21a、電阻器22、電容器23以及比較器24構(gòu)成斷點跳閘機構(gòu)。
此外，產(chǎn)生瞬時跳閘的、跳閘組件13的部件可被稱為“瞬時跳閘機構(gòu)”。例如、但不限于，硬件超馳電路15的齊納二極管21和比較器24構(gòu)成瞬時跳閘機構(gòu)。另外，產(chǎn)生短延遲跳閘的、跳閘組件13的部件可被稱為“短延遲跳閘機構(gòu)”。例如、但不限于，處理器14構(gòu)成短延遲跳閘機構(gòu)。另外，產(chǎn)生長延遲跳閘的、跳閘組件13的部件可被稱為“長延遲跳閘機構(gòu)”。例如、但不限于，處理器14構(gòu)成長延遲跳閘機構(gòu)。跳閘組件13的多個部件可被構(gòu)造為對短延遲跳閘、斷點跳閘和/或瞬時跳閘中的一個或一個以上做出響應(yīng)地產(chǎn)生跳閘信號(例如電氣信號和/或機械信號)，以便驅(qū)動操作機構(gòu)12。例如、但不限于，在本實施例中，跳閘裝置18(圖3)被構(gòu)造為產(chǎn)生這種跳閘信號。
盡管結(jié)合短延遲跳閘曲線函數(shù)以及瞬時跳閘曲線函數(shù)對當前實施例進行了討論，顯然，本發(fā)明的斷點跳閘曲線函數(shù)可與任何跳閘曲線函數(shù)一起使用、單獨使用或組合使用。例如、但不限于，可以想到，斷路器可以使用這樣的時間跳閘曲線除斷點跳閘曲線部分之外，該曲線還具有長延遲跳閘部分、短延遲跳閘部分、瞬時跳閘部分和/或接地故障跳閘部分中的任意一個或一個以上。另外，可以想到，在仍屬于本發(fā)明的范圍的同時，這些跳閘曲線函數(shù)中的一個或一個以上可使用多種(例如熱的、磁的、瞬時的等等)裝置來實現(xiàn)。
回到圖4，應(yīng)當注意，齊納二極管21a擊穿與比較器24的輸出改變狀態(tài)之間的延遲量可以通過改變電阻器22的值和/或電容器23的值進行選擇。例如，可以通過減小電阻器22的電阻值和/或減小電容器23的電容值獲得具有這樣的斷點跳閘曲線函數(shù)(圖9)的斷路器10′(圖8)該函數(shù)具有在約15與20之間的電流因數(shù)以及約為0.04的時間因數(shù)。同樣地，可以通過進一步減小電阻器22的電阻值和/或電容器23的電容值獲得具有這樣的斷點跳閘曲線函數(shù)(圖10)的斷路器10″(圖8)該函數(shù)具有在約15與20之間的電流因數(shù)以及約為0.02的時間因數(shù)。如同下面結(jié)合圖8所討論的那樣，這些各自具有不同的過電流/時間跳閘特性的斷路器(即10、10′、10″)可被用來協(xié)調(diào)配電系統(tǒng)中的高電流中斷。
還應(yīng)注意，時間跳閘曲線可包含(且硬件超馳電路15被構(gòu)造為實現(xiàn))一個以上的斷點跳閘曲線函數(shù)。例如，圖6為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的硬件超馳電路15′的原理圖，其用于具有一個以上的斷點跳閘曲線函數(shù)(如圖7所示)的斷路器(未示出)。例如、但不限于硬件超馳電路15′可被用于協(xié)調(diào)配電系統(tǒng)(未示出)中的開關(guān)設(shè)備(未示出)。
硬件超馳電路15′具有陣列30′，該陣列具有構(gòu)成兩個斷點跳閘機構(gòu)的部分的部件。第一斷點跳閘機構(gòu)包括、但不限于齊納二極管21a′、電阻器22′、電容器23′以及比較器24′；第二斷點跳閘機構(gòu)包括、但不限于齊納二極管21b、電阻器22a、電容器23′以及比較器24′。在這個實施例中，齊納二極管21′與齊納二極管21a′及電阻器22′的串聯(lián)組合并聯(lián)電氣連接，并與齊納二極管21b及電阻器22a的串聯(lián)組合并聯(lián)電氣連接。盡管被示為具有兩個斷點跳閘機構(gòu)，在仍屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的同時可使用任意數(shù)量的斷點跳閘機構(gòu)。
在示例性實施例中，齊納二極管21′的擊穿電壓大于齊納二極管21a′的擊穿電壓，齊納二極管21a′的電壓又大于齊納二極管21b的擊穿電壓。此外，電阻器22′的電阻值小于電阻器22a的電阻值。
因此，如果負荷電阻器19′上的負電壓達到第一預(yù)定值，二極管20′變?yōu)檎蚱们引R納二極管21b擊穿(即電壓超過齊納二極管21b的擊穿電壓)。簡短參照圖7，其是圖6中所示硬件超馳電路15′的時間跳閘曲線的示例性部分，二極管21b在約為15至20的電流因數(shù)處擊穿。作為二極管21b擊穿的結(jié)果，電流流過與電容器23′連接的電阻器22a，延遲在比較器24′的反相輸入端的電壓下降(且因此延遲了跳閘信號的產(chǎn)生)。從圖7中看到，本實例中的延遲是約為0.05的時間因數(shù)。但是，一旦比較器24′的反相輸入端(-)上的電壓下降到低于Vref，比較器24′的輸出信號改變狀態(tài)，從而開始斷路器(未示出)的跳閘。
如果負荷電阻器19′上的負電壓達到第二預(yù)定值，齊納二極管21a′擊穿(即電壓超過齊納二極管21a′的擊穿電壓)。簡短參照圖7，二極管21a′在約為20至25的電流因數(shù)處擊穿。作為二極管21a′擊穿的結(jié)果，電流流過與電容器23′連接的電阻器22′，延遲跳閘信號的產(chǎn)生。如上面所討論的那樣，電阻器22′的電阻值小于電阻器22a的電阻值。因此，如圖7所示，由電阻器22′和電容器23′所產(chǎn)生的延遲(在這個實例中為約0.03的時間因數(shù))小于由電阻器22a和電容器23′所產(chǎn)生的延遲。但是，一旦比較器24′的反相輸入端(-)上的電壓確實下降到低于Vref，比較器24′的輸出信號改變狀態(tài)，從而開始斷路器的跳閘。
如果負荷電阻器19′上的負電壓達到第三預(yù)定值，齊納二極管21′擊穿(即電壓超過齊納二極管21′的擊穿電壓)。簡短參照圖7，二極管21′在約為25或25以上的電流因數(shù)處擊穿。在擊穿之后，齊納二極管21′開始導(dǎo)電，從而使得在比較器24′的反相輸入端(-)上的電壓立即下降到小于參考電壓Vref的等級。結(jié)果，比較器24′的輸出信號改變狀態(tài)，從而開始斷路器的跳閘(即在約為0.01的時間因數(shù)內(nèi))。
應(yīng)當注意，圖6所示的特定的裝置布置是示例性的，可以想到屬于本發(fā)明的范圍的其它布置。例如，在仍屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的同時，可從硬件超馳電路15′中省去二極管20′。
圖8示出了具有母線26的典型配電系統(tǒng)25，母線26向多個其它母線27a、27b提供電力，母線27a，27b又為多個其它母線28a-28e供電。為清楚起見、但不限于在這里，母線26被稱為“主母線”；母線27a-27b被稱為“中間母線”；母線28a-28e被稱為“配電線路”。
配電線路28a-28e向多個負載裝置29a-29e提供電力。通常，電力變壓器(未示出)在配電系統(tǒng)25中的多個點上降低電壓。為主母線26提供電氣開關(guān)設(shè)備(即斷路器10)，為中間母線27a-27b中的至少某些提供電氣開關(guān)設(shè)備(即斷路器10′)，為配電線路28a-28e中的至少某些提供電氣開關(guān)設(shè)備(即斷路器10″)。
取決于它們在配電系統(tǒng)25內(nèi)的位置，電氣開關(guān)設(shè)備可被稱為在另一電氣開關(guān)設(shè)備的“上游”和/或“下游”。例如，與中間母線27a相關(guān)聯(lián)的斷路器10′既在用于主母線26的斷路器10的下游，又在與配電線路29a-29c相關(guān)聯(lián)的斷路器10″的上游。
各斷路器10、10′、10″都具有其自身的過電流/時間跳閘特性，以便對配電系統(tǒng)25中的故障做出響應(yīng)。通過分級布置對這些過電流/時間跳閘特性進行協(xié)調(diào)，以便使僅僅在故障上方最接近的保護裝置跳閘，從而使配電系統(tǒng)25中的服務(wù)中斷最小化。
如同上面所討論的那樣，斷路器10具有這樣的斷點跳閘曲線函數(shù)(圖5)其具有在約15與20之間的電流因數(shù)以及約為0.06的時間因數(shù)；斷路器10′具有這樣的斷點跳閘曲線函數(shù)(圖9)其具有在約15與20之間的電流因數(shù)以及約為0.04的時間因數(shù)；斷路器10″具有這樣的斷點跳閘曲線函數(shù)(圖10)其具有在約15與20之間的電流因數(shù)以及約為0.02的時間因數(shù)。圖11示出了疊加在一個圖表上的斷路器10的時間跳閘曲線(圖5)、斷路器10′的時間跳閘曲線(圖9)以及斷路器10″的時間跳閘曲線(圖10)。
參照圖8，例如，如果負載29a產(chǎn)生高電流故障，人們希望僅僅使得與配電線路28a(負載29a被電氣連接到配電線路28a)相關(guān)聯(lián)的斷路器10″跳閘，而不使與中間母線27a相關(guān)聯(lián)的斷路器10′和/或與主母線26相關(guān)聯(lián)的斷路器10跳閘。例如，如果負載29a處的故障具有為18的電流因數(shù)，斷路器10″將在0.02的時間因數(shù)之內(nèi)跳閘。這為斷路器10″提供了清除與負載29a相關(guān)聯(lián)的故障的機會，而不會使斷路器10′和/或斷路器10(其分別具有為0.04和0.06的時間因數(shù))跳閘。通過僅使與配電線路28a相關(guān)聯(lián)的斷路器10″跳閘，供到由母線27a饋送的其它分支(例如配電線路28b-28c)的電力以及供到由主母線26饋送的中間母線27b的電力保持不受中斷。盡管沒有示出，配電系統(tǒng)25可使用多個斷路器，其中的至少一個斷路器具有多個斷點跳閘機構(gòu)。
此外，配電系統(tǒng)25可使用多個斷路器，它們具有相同的斷點延遲時間因數(shù)，但具有不同的始動電流因數(shù)(pick-up current factor)。例如，圖12示出了疊加在一個圖表上的三個斷路器(10a、10b、10c)的時間跳閘曲線。如圖12所示，這些斷路器(10a、10b、10c)各自具有約為0.01的斷點延遲時間因數(shù)，但斷路器10c在約12與17之間的電流因數(shù)處始動，斷路器10b在約17與22之間的電流因數(shù)處始動，斷路器10a在約22與30之間的電流因數(shù)處始動。
另外，配電系統(tǒng)25可使用多個斷路器，這些斷路器具有不同的斷點延遲時間因數(shù)和不同的始動電流因數(shù)。例如，圖13示出了疊加在一個圖表上的三個斷路器(10a′、10b′、10c′)的時間跳閘曲線。如圖13所示，斷路器10c′具有約為0.02的斷點延遲時間因數(shù)，并在約12與17之間的電流因數(shù)處始動，斷路器10b′具有約為0.04的斷點延遲時間因數(shù)，并在約17與22之間的電流因數(shù)處始動，斷路器10a′具有約為0.06的斷點延遲時間因數(shù)，并在約22與30之間的電流因數(shù)處始動。
盡管詳細介紹了本發(fā)明的具體實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當明了，根據(jù)所公開內(nèi)容的總體教導(dǎo)，可以對這些細節(jié)進行多種改變和替代。因此，所公開的特定布置僅僅是說明性的，不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制，本發(fā)明的范圍覆蓋所附權(quán)利要求及其所有等價物的全部范圍。
權(quán)利要求
1.一種電氣開關(guān)設(shè)備(10)，該設(shè)備包括外殼(10A)；所述外殼內(nèi)的可分離觸點(11)；被構(gòu)造為斷開以及閉合所述可分離觸點(11)的操作機構(gòu)(12)；以及跳閘組件(13)，其與所述操作機構(gòu)(12)協(xié)同，對跳閘信號做出響應(yīng)地跳閘斷開所述可分離觸點(11)，所述跳閘組件(13)包括傳感器(17)，其被構(gòu)造為對流經(jīng)所述可分離觸點(11)的電流進行檢測，多個斷點跳閘機構(gòu)(21a，22，23)，在所述檢測電流的預(yù)定值的多種范圍上，其對所述檢測電流的多種時間-電流函數(shù)做出響應(yīng)，提供多種斷點跳閘；以及機構(gòu)(18)，其被構(gòu)造為對所述多種斷點跳閘做出響應(yīng)地提供所述跳閘信號。
2.如權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)設(shè)備(10)，其中，所述跳閘組件(13)還包括陣列(30)，其包括多個齊納二極管(21，21a)和多個電阻器(22)；其中，至少一個所述齊納二極管(21，21a)被構(gòu)造為對過電流條件做出響應(yīng)地使所述跳閘信號能夠產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求2所述的電氣開關(guān)設(shè)備(10)，其中，所述跳閘組件(13)還包括電容器(23)，其與所述陣列(30)電氣互連，其中，所述電容器(23)和至少一個所述電阻器(22)被構(gòu)造為延遲所述跳閘信號的產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求2所述的電氣開關(guān)設(shè)備(10)，其中，每個所述齊納二極管(21，21a)具有與其相關(guān)聯(lián)的擊穿電壓；且其中，至少一個所述齊納二極管(21a)與至少一個所述電阻器(22)串聯(lián)電氣連接。
5.如權(quán)利要求2所述的電氣開關(guān)設(shè)備(10)，其中，所述陣列(30)包括第一齊納二極管(21)，其具有與其相關(guān)聯(lián)的第一擊穿電壓；以及第二齊納二極管(21a)，其具有與其相關(guān)聯(lián)的第二擊穿電壓，所述第二齊納二極管(21a)與至少一個所述電阻器(22)串聯(lián)電氣連接，其中，所述第二齊納二極管(21a)和所述至少一個所述電阻器(22)的串聯(lián)組合與所述第一齊納二極管(21)并聯(lián)電氣連接。
6.如權(quán)利要求5所述的電氣開關(guān)設(shè)備(10)，其中，所述第一擊穿電壓大于所述第二擊穿電壓。
7.如權(quán)利要求5所述的電氣開關(guān)設(shè)備(10)，其中，所述陣列(30)還包括第三齊納二極管(21b)，其具有與其相關(guān)聯(lián)的第三擊穿電壓，所述第三齊納二極管(21b)與至少另一個所述電阻器(22a)串聯(lián)電氣連接，其中，所述第三齊納二極管(21b)和所述至少另一個所述電阻器(22a)的串聯(lián)組合與所述第一齊納二極管(21)并聯(lián)電氣連接，并與所述第二齊納二極管(21a)及所述至少一個所述電阻器(22)的所述串聯(lián)組合并聯(lián)電氣連接。
8.如權(quán)利要求7所述的電氣開關(guān)設(shè)備(10)，其中，所述第一擊穿電壓大于所述第二擊穿電壓，所述第二擊穿電壓大于所述第三擊穿電壓；且其中，所述至少一個所述電阻器(22)的電阻值小于所述至少另一個所述電阻器(22a)的電阻值。
9.如權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)設(shè)備(10)，其中，所述跳閘組件(13)還包括下列中的至少一個提供短延遲跳閘的短延遲跳閘機構(gòu)(14)；提供長延遲跳閘的長延遲跳閘機構(gòu)(14)；以及提供瞬時跳閘的瞬時跳閘機構(gòu)(21)。
10.一種配電系統(tǒng)(25)，該系統(tǒng)包括第一母線(27a)，其具有與其相關(guān)聯(lián)的第一電氣開關(guān)設(shè)備(10′)；以及第二母線(26)，其具有與其相關(guān)聯(lián)的第二電氣開關(guān)設(shè)備(10)，所述第二母線位于所述第一母線(27a)的上游，其中，所述第二電氣開關(guān)設(shè)備(10)與這樣的時間跳閘曲線相關(guān)聯(lián)該曲線具有多種斷點跳閘曲線函數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的配電系統(tǒng)(25)，其中，所述第一電氣開關(guān)設(shè)備(10′)與這樣的時間跳閘曲線相關(guān)聯(lián)該曲線具有多種斷點跳閘曲線函數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的配電系統(tǒng)(25)，其中，與所述第一電氣開關(guān)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的所述斷點跳閘曲線函數(shù)以及與所述第二電氣開關(guān)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的所述斷點跳閘曲線函數(shù)具有下列中的至少一個不同的斷點延遲時間因數(shù)；不同的始動電流因數(shù)；以及不同的斷點延遲時間因數(shù)與不同的始動電流因數(shù)。
13.如權(quán)利要求10所述的配電系統(tǒng)(25)，其中，所述第二電氣開關(guān)設(shè)備(10)包括外殼(10A)；所述外殼內(nèi)的可分離觸點(11)；被構(gòu)造為斷開以及閉合所述可分離觸點(11)的操作機構(gòu)(12)；以及跳閘組件(13)，其與所述操作機構(gòu)(12)協(xié)同，對跳閘信號做出響應(yīng)地跳閘斷開所述可分離觸點(11)，所述跳閘組件(13)包括傳感器(17)，其被構(gòu)造為對流經(jīng)所述可分離觸點(11)的電流進行檢測，多種斷點跳閘機構(gòu)(21a，22，23)，在所述檢測電流的預(yù)定值的多種范圍上，其對所述檢測電流的多種時間-電流函數(shù)做出響應(yīng)，提供多種斷點跳閘；以及機構(gòu)(18)，其被構(gòu)造為對所述多種斷點跳閘做出響應(yīng)地提供所述跳閘信號。
14.如權(quán)利要求13所述的配電系統(tǒng)(25)，其中，所述跳閘組件(13)還包括陣列(30)，其包括多個齊納二極管(21，21a)和多個電阻器(22)；其中，至少一個所述齊納二極管(21，21a)被構(gòu)造為對過電流條件做出響應(yīng)地使所述跳閘信號能夠產(chǎn)生。
15.如權(quán)利要求14所述的配電系統(tǒng)(25)，其中，所述跳閘組件(13)還包括電容器(23)，其與所述陣列(30)電氣互連，其中，所述電容器(23)和至少一個所述電阻器(22)被構(gòu)造為延遲所述跳閘信號的產(chǎn)生。
16.如權(quán)利要求14所述的配電系統(tǒng)(25)，其中，每個所述齊納二極管(21，21a)具有與其相關(guān)聯(lián)的擊穿電壓；且其中，至少一個所述齊納二極管(21a)與至少一個所述電阻器(22)成對。
17.如權(quán)利要求14所述的配電系統(tǒng)(25)，其中，所述陣列(30)包括第一齊納二極管(21)，其具有與其相關(guān)聯(lián)的第一擊穿電壓；以及第二齊納二極管(21a)，其具有與其相關(guān)聯(lián)的第二擊穿電壓，所述第二齊納二極管(21a)與至少一個所述電阻器(22)串聯(lián)電氣連接，其中，所述第二齊納二極管(21a)和所述至少一個所述電阻器(22)的串聯(lián)組合與所述第一齊納二極管(21)并聯(lián)電氣連接。
18.如權(quán)利要求17所述的配電系統(tǒng)(25)，其中，所述第一擊穿電壓大于所述第二擊穿電壓。
19.如權(quán)利要求13所述的配電系統(tǒng)(25)，其中，所述跳閘組件(13)還包括下列中的至少一個提供短延遲跳閘的短延遲跳閘機構(gòu)(14)；提供長延遲跳閘的長延遲跳閘機構(gòu)(14)；以及提供瞬時跳閘的瞬時跳閘機構(gòu)(21)。
20.一種用于在電氣開關(guān)設(shè)備(10)中產(chǎn)生跳閘信號的方法，所述方法包括對流經(jīng)所述電氣開關(guān)設(shè)備(10)的可分離觸點(11)的電流進行檢測；以及在所述檢測電流的第一預(yù)定值的多種范圍上，對所述檢測電流的多種第一時間-電流函數(shù)做出響應(yīng)，提供多種斷點跳閘。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，該方法還包括下列中的至少一個在所述檢測電流的第二預(yù)定值的范圍上，對所述檢測電流的第二時間-電流函數(shù)做出響應(yīng)，提供短延遲跳閘；在所述檢測電流的第三預(yù)定值的范圍上，對所述檢測電流的第三時間-電流函數(shù)做出響應(yīng)，提供長延遲跳閘；在所述檢測電流的第四預(yù)定值的范圍上，對所述檢測電流的第四時間-電流函數(shù)做出響應(yīng)，提供瞬時跳閘；其中，所述第一預(yù)定值范圍大于所述第二預(yù)定值范圍和所述第三預(yù)定值范圍，并且小于所述第四預(yù)定值范圍。
全文摘要
一種電氣開關(guān)設(shè)備(10)，該設(shè)備包括外殼(10A)；所述外殼內(nèi)的可分離觸點(11)；被構(gòu)造為斷開以及閉合所述可分離觸點(11)的操作機構(gòu)(12)；與所述操作機構(gòu)(12)協(xié)同，對跳閘信號做出響應(yīng)地跳閘斷開所述可分離觸點(11)的跳閘組件(13)。跳閘組件(13)包括傳感器(17)，其被構(gòu)造為對流經(jīng)所述可分離觸點(11)的電流進行檢測；多個斷點跳閘機構(gòu)(21a，22，23)，在所述檢測電流的預(yù)定值的多種范圍上，其對所述檢測電流的多種時間－電流函數(shù)做出響應(yīng)，提供多種斷點跳閘；機構(gòu)(18)，其被構(gòu)造為對所述多種斷點跳閘做出響應(yīng)地提供所述跳閘信號。還提供了操作電氣開關(guān)設(shè)備(10)的方法以及裝有電氣開關(guān)設(shè)備(10)的配電系統(tǒng)(25)。
文檔編號H01H73/00GK101026054SQ20071008792
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月6日
發(fā)明者H·J·卡利諾, T·M·沙克, L·S·朔伊林, J·L·拉格雷, W·E·小貝蒂 申請人:伊頓公司