CN102694368A - 用于具有电机的系统的短路保护 - Google Patents

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Abstract

提供用于具有电机的系统的短路保护。保护装置(130)处于与电力系统(105)和电机(110)并接。该保护装置(130)在正常操作期间处于断开状态并且响应于故障的检测而处于闭合状态。在闭合状态中，该保护装置(130)形成使该电力系统(105)与该电机(110)隔离的短路。

Description

用于具有电机的系统的短路保护
技术领域
本发明大体上涉及电机，并且更具体地涉及向使用电机的系统提供短路保护。
背景技术
发电是使用电机的系统的一个示例。在一个发电应用中，电机(例如，发电机)可以用于产生驱动负载的电能。在另一个发电应用中，电机可以是由电力系统驱动的马达负载。在任一应用中，当在操作期间发生电网故障时，电机具有在磁场和旋转惯性两者中的固有存储的能量，其将迫使电流持续短暂时段地进入电网中的故障(即，直到磁场减少至零或旋转惯性停止)。例如，如果在电力系统和电机之间存在线路到线路电弧故障，则即使供电由例如断路器或熔丝等保护装置断开，电机仍将供应电流给该故障。因为电机将持续供应电流给故障，电力系统与断路器之间的电路部分和电机无法令人满意地受到保护。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供系统。在本发明的该方面中，该系统包括：电机；连接到该电机的电机控制系统；电力系统，其供应电力给该电机和该电机控制系统；以及与该电机和该电机控制系统并接的保护装置。该保护装置在正常操作期间处于断开状态并且响应于故障的检测而处于闭合状态以形成使电力系统与电机控制系统和电机隔离的短路。
在本发明的另一个方面中，提供系统。在本发明的该方面中，该系统包括：电机；电机控制系统；联接该电机与该电机控制系统的电连接器；电力系统，其供应电力给该电机和该电机控制系统；以及断路器，其耦合于该电连接器且与该电机和该电机控制系统并接。该断路器在电力系统、电机和电机控制系统的正常操作期间处于断开状态并且响应于确定电机中的电流需要被转移远离电力系统而处于闭合状态。该断路器响应于处于闭合状态而在电机和电机控制系统之间形成短路，其防止电流从电机流入电力系统。
在本发明的第三方面中，提供系统。在本发明的该方面中，该系统包括：电机；电机控制系统，用于控制该电机；电力系统；置于该电力系统和该电机控制系统之间的串联连接的保护装置；以及与该电机控制系统和该电机并接而耦合的保护装置。该保护装置在电力系统、电机和电机控制系统的正常操作期间处于断开状态并且响应于必需将电机中的电流转移远离电力系统的故障的检测而处于闭合状态。该保护装置响应于处于闭合状态而在电机和电机控制系统之间形成短路，其防止电流从电机流入电力系统。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的用于向电力系统和电机提供短路保护的系统的示意图；以及
图2是根据本发明的另一个实施例的用于向电力系统和电机提供短路保护的系统的示意图。
具体实施方式
本发明的各种实施例针对提供具有电机的系统的短路保护。在这些实施例中，保护装置处于与电力系统和电机并接。该保护装置在正常操作期间处于断开状态并且响应于故障的检测而处于闭合状态。在闭合状态中，该保护装置形成使电力系统与电机隔离的短路。在一个实施例中，该保护装置可以是断路器、开关或任何其他类型的限流保护装置。当该保护装置处于闭合状态时，在电力系统和电机之间形成短路，其防止电流从电机流入电力系统。
在本发明的另一个实施例中，阻抗被置于与保护装置串联以进一步将从电机流动的电流限制在预定电流值以便提高电机耐受短路的能力。这在电机无法耐受直接短路的情况下是有用的。
本发明的各种实施例的技术效果包括提供低阻抗路径，其与电力系统和电机并接以便减轻电力系统和电机之间出现的任何故障，其包括电机内的任何故障。由短路形成的该低阻抗路径使由故障路径中的电流引起的损害最小化。与该低阻抗路径(由使保护装置处于与电力系统和电机并接的配置提供)关联的另一个技术效果是保护装置可以额定为持续短暂时段地携带仅故障电流并且在正常操作期间将不引入额外的损耗。
参照图，图1是根据本发明的一个实施例的用于向电力系统105和电机110提供短路保护的系统100的示意图。如在图1中示出的，系统100包括耦合于电机110的电力系统105，和控制该电机的电机控制系统115。
在一个实施例中，电机110可以是发电机，其可以用于产生驱动电力系统105的电能。在另一个实施例中，电机110可以是由电力系统105驱动的马达负载。
在一个实施例中，电机控制系统115可以是操作置于电力系统105和电机控制系统之间的断路器的通/断开关，或它可以是电力电子马达驱动系统。
图1示出例如断路器或熔丝等保护装置120被置于与电力系统105和由电机控制系统115以及电机110形成的电路串联。在闭合状态中，保护装置120保持电力系统105与电机110和电机控制系统115的连接。如果发生故障，保护装置120处于断开状态以使电力系统105与电机110和电机控制系统115隔离。为了便于说明本发明的各种实施例，只公开了电力系统105的一段。本领域内技术人员将认识到电力系统105可具有通过相应的保护装置120连接到电力系统的附加段。
如在图1中示出的，系统100进一步包括电连接器125，其联接电机110与电机控制系统115以形成围绕电机控制系统和电机的电路。保护装置130耦合于电连接器125且与电机110和电机控制系统115并接。在一个实施例中，电连接器125可由例如完成围绕电机110和电机控制系统115的电路的电缆、母线或导线等导体形成。在一个实施例中，保护装置130可以是开关、断路器或可使用任何其他类型的限流保护装置(例如，“Is limiters”或“CLIP”)，只要它们可以提供必要程度的限流即可。
在操作中，保护装置130在电力系统105、电机110和电机控制系统115的正常操作期间处于断开状态。保护装置130响应于在保护装置120和保护装置130之间的部分中出现的故障的检测而处于闭合状态。一般地，在保护装置120和保护装置130之间的部分中出现的故障的检测的特征在于确定电机110中的电流需要被转移远离电力系统105。当在闭合状态时，保护装置130在电力系统105、电机110和电机控制系统115之间形成短路，其使电力系统与电机和电机控制系统隔离。具体地，短路提供低阻抗路径以便故障电流流动，由此防止电流从电机110和电机控制系统115流入电力系统105。这防止来自电机110的瞬态能量经由保护装置120和保护装置130之间的部分上的故障而被耗散。注意，由系统100提供的保护大体上将使保护装置130闭合并且使保护装置120断开，但在电机控制系统115内可存在可以执行保护装置120的隔离功能而使得它可以保持闭合的其他特征。
因为通过使保护装置130处于与电机110和电机控制系统115并接而提供的低阻抗路径，保护装置可以额定为持续简短时段地携带仅故障电流，从而确保没有在系统100的正常操作期间引入附加损耗。本领域内技术人员将意识到，因为当电机可以在保护动作中耐受短路时存在若干情况，形成短路将不损害电机110。例如，这样的情况随着永磁机而存在，其中故障电流比负载电流没有高多少。
处理在电力系统105、电机110和电机控制系统115之间出现的故障的先前的方法依靠将串联连接的保护装置置于电机和电机控制系统之间。在电机110和电机控制系统115之间具有串联连接的保护装置存在若干劣势。一个是串联连接的保护装置持续地携带电流因此它必须被适当地额定；这意味着存在冷却要求和电路损耗。另一个劣势是串联连接的保护装置必须中断故障上的负载电流，因此它必须具有对应于电路的标称电压的至少两倍(并且考虑瞬态效应可能是标称电压的三至四倍)的耐压额定值。与具有与电机110和电机控制系统115并接的保护装置130关联的短路特征克服了在电机和电机控制系统之间具有串联连接的保护装置的劣势。
图2是根据本发明的另一个实施例的用于向电力系统105和电机110提供短路保护的系统200的示意图。在该实施例中，阻抗Zs被置于与保护装置130串联以便将从电机110流动的电流限制在预定电流值，其提高电机对短路的耐受性。将阻抗Zs置于与保护装置130串联在电机110无法完全耐受直接短路的情况下提高电机耐受短路的能力方面是有用的。
尽管已经具体地示出本公开并且结合其优选实施例描述，将意识到各种变动和修改可为本领域内技术人员所想起。因此，要理解附上的权利要求意在涵盖所有这样的修改和变化，其落入本公开的真正精神内。
部件列表
  100   系统   105   电力系统
  110   电机   115   电机控制系统
  120   串联连接的保护装置   125   电连接器
  130   并接的保护装置   200   系统

Claims (10)

1.一种系统(100)，其包括：
电机(110)；
连接到所述电机(110)的电机控制系统(115)；
电力系统(105)，其供应电力给所述电机(110)和所述电机控制系统(115)；以及
与所述电机(110)和所述电机控制系统(115)并接的保护装置(130)，其中所述保护装置(130)在正常操作期间处于断开状态并且响应于故障检测而处于闭合状态以形成使所述电力系统(105)与所述电机控制系统(115)和所述电机(110)隔离的短路。
2.如权利要求1所述的系统(100)，其进一步包括置于所述电力系统(105)和所述电机控制系统(115)之间的串联连接的保护装置(120)。
3.如权利要求1所述的系统(100)，其中所述保护装置(130)包括断路器。
4.如权利要求1所述的系统(100)，其中所述保护装置(130)包括开关。
5.如权利要求1所述的系统(100)，其中所述电机(110)包括发电机。
6.如权利要求1所述的系统(100)，其中所述电机(110)包括电马达负载。
7.如权利要求1所述的系统(200)，其进一步包括与所述保护装置(130)串联的阻抗。
8.一种系统(100)，其包括：
电机(110)；
电机控制系统(115)；
联接所述电机(110)与所述电机控制系统(115)的电连接器(125)；
电力系统(105)，其供应电力给所述电机(110)和所述电机控制系统(115)；以及
断路器(130)，其耦合于所述电连接器(125)且与所述电机(110)和所述电机控制系统(115)并接，所述断路器(130)在所述电力系统(105)、所述电机(110)和所述电机控制系统(115)的正常操作期间处于断开状态并且响应于确定所述电机(110)中的电流需要被转移远离所述电力系统(105)而处于闭合状态，所述断路器(130)响应于处于闭合状态而在所述电机(110)和所述电机控制系统(115)之间形成短路，其防止电流从所述电机(110)流入所述电力系统(105)。
9.如权利要求8所述的系统(200)，其进一步包括与所述断路器(130)串联的阻抗，其限制从所述电机(110)流动的电流以便提高所述电机(110)对所述短路的耐受性。
10.一种系统(100)，其包括：
电机(110)；
电机控制系统(115)，用于控制所述电机(110)；
电力系统(105)；
串联连接的保护装置(120)，其被置于所述电力系统(105)和所述电机控制系统(115)之间；以及
与所述电机控制系统(115)和所述电机(110)并接地耦合的保护装置(130)，所述保护装置(130)在所述电力系统(105)、所述电机(110)和所述电机控制系统(115)的正常操作期间处于断开状态并且响应于必需将所述电机(110)中的电流转移远离所述电力系统(105)的故障的检测而处于闭合状态，所述保护装置(130)响应于处于闭合状态而在所述电机(110)和所述电机控制系统(115)之间形成短路，其防止电流从所述电机(110)流入所述电力系统(105)。
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