CN102957102A - 电动机控制中心及其母线组件 - Google Patents

Abstract

对于电动机控制中心(MCC)设置母线组件。MCC包含：外壳；电气开关设备，例如断路器，其可移除地耦合到外壳；至少一个子单元。母线组件包含水平母线、若干个竖直母线、若干个短路保护装置(SCPD)，例如熔断器或断路器。水平母线电气连接到断路器，各个竖直母线将对应的子单元电气连接到水平母线，各个SCPD布置在水平母线和竖直母线中的对应一个之间。SCPD减小子单元所经历的峰值电流水平和电弧闪络能量，并相对较为迅速地清除电弧事件。

Description

电动机控制中心及其母线组件

技术领域

所公开构思一般涉及电动机控制系统，特别涉及电动机控制中心。所公开构思还涉及用于电动机控制中心的母线组件。

背景技术

电动机控制中心用于例如某些商用和工业应用中，以便对多种负载(例如但不限于相对较高功率的电动机，泵，以及其他负载)进行配电。

例如，图1示出了电动机控制中心10的部分。电动机控制中心10包含多间隔(multi-compartment)外壳12，用于容纳多个电动机控制模块14、16、18、20、22、24，其通常称为“吊斗(bucket)”。典型地，各个吊斗(例如参见图1的吊斗22，其也在图2中示出)为可移除的拉出式子单元，其具有门26，或安装在门26之后。门26优选为经由铰链28(在图1中用假想线绘图示出)耦合到外壳12，以便在吊斗被安装在外壳12中的同时允许接触吊斗22的电动机控制部件。例如但不限于，门26允许接触断路器组件30，杆(stab)指示器32、闸门(shutter)指示器34、线路接触致动器36。当吊斗22在外壳10的门26之后完全安装并电气连接时，操作者可操作断开手柄38。在电动机控制中心10的解除通电状态下，通过移动滑动器40并经过门26中的孔43插入曲轴42，操作者可操作隔离构件，以便接近线路接触致动器36，从而将若干个线路触点(例如参见图2的吊斗22的杆触点46、48、50)移动到不与电动机控制中心10的母线组件60(在图2中以假想线绘图部分地示出，也参见图3)电气接触的隔离位置(见图2)。

根据当前的工业标准实践，用于电动机控制中心10的电路图的一部分在图3中示出。在图3的实例中，电动机控制中心10用于相对较低的电压(例如但不限于直到600V)系统，其包含主要的三相母线组件60，母线组件具有水平母线62，其由主断路器30馈电，额定值为例如但不限于直到3200A。具体而言，电动机控制中心10由一系列的结构构成，每个结构容纳竖直母线64，其额定值为例如但不限于300A、600A、800A或1200A。子单元——例如，采用多种不同尺寸和构造的电动机控制启动器单元70或馈送器单元(未示出)的形式——通过合适的电气连接器组件(在图3中用参考标号66一般地表示)——例如但不限于公/母杆连接器组件——电气连接到竖直母线64。根据可应用的安全规章，电动机控制中心10的母线组件60的额定值被设置为耐受具有大约42kA、大约65kA和大约100kA的相关联的短路电流水平的电弧事件达大约50ms的持续时间(对于MEMA额定产品)，以及直到1秒的持续时间(对于IEC额定产品)。主断路器30典型地提供对于电动机控制中心10的短路保护。对于NEMA应用，清除电弧事件的清除时间为大约50ms(例如大约三个周期)。电动机控制中心10在例如共同转让的美国专利申请公开2009/0086414、2008/0258667、2008/0023211和2008/0022673中更为详细地介绍，其并入此处作为参考。

安全性是电力工业的主要问题。一个焦点涉及电动机控制中心内的不受控制的电弧闪络(arc flash)事件的电气安全性。电弧闪络是与电弧(例如电弧事件)导致的能量的爆发性释放相关联的危险情况。这种故障可能由于许多因素导致，包括例如但不限于掉落的工具、与电气系统的偶然接触、导电灰尘的积累、腐蚀或不正确的作业过程。例如，由于到地的闪络(a flash over to ground)引起的在电动机控制中心子单元中开始的相对较为轻微的事件，可迅速传播到相间故障，于是，在电弧可能跳到子单元断路器或熔断器的线路侧的情况下，导致全面熄灭的三相电弧故障。因此，电弧闪络能量可能是显著的，并造成严重的安全风险。

电动机控制中心及其母线组件存在改进的空间。

发明内容

这些需求以及其他需求通过所公开构思的实施例实现，其指向一种用于电动机控制中心的母线组件，其中，除其他的优点以外，母线组件限制电弧闪络能量，由此减小母线和电动机控制中心部件上的短路以及其他电气应力，其又允许实现更为紧凑的电动机控制中心母线组件和子单元配置。

作为所公开构思的一个实施形态，对于电动机控制中心提供母线组件。电动机控制中心包含外壳、可移除地耦合到外壳的电气开关设备以及至少一个子单元。母线组件包含：水平母线，其被构造为电气连接到电气开关设备；若干个竖直母线，其各自被构造为将所述至少一个子单元中的对应一个电气连接到水平母线；若干个短路保护装置，其各自被布置在水平母线和竖直母线中的对应一个之间。

电动机控制中心可被构造为耐受电弧事件。电弧事件可具有相关联的峰值电流水平和电弧闪络能量，其中，短路保护装置各自被构造为减小子单元经历的峰值电流水平和电弧闪络能量。电动机控制中心的额定值可被设置为耐受电弧事件达预定的持续时间，其中，短路保护装置被构造为比所述预定持续时间更快地从竖直母线中的对应一个清除电弧事件。

所述若干个短路保护装置可以为若干个断路器或熔断器。短路保护装置可以为插入式模块，其可移除地连接到水平母线。

还公开了具有上述母线组件的电动机控制中心。

附图说明

结合附图阅读下面对优选实施例的介绍，将会获得对所公开构思的充分理解，在附图中：

图1为电动机控制中心的部分的立体图；

图2为图1的电动机控制中心的一个吊斗的立体图，也用假想线绘图示出了电动机控制中心母线组件的一部分；

图3为图2的电动机控制中心及其母线组件的原理图；

图4为根据所公开构思一实施例的电动机控制中心及其母线组件的原理图；以及

图5为根据所公开构思另一实施例的电动机控制中心及其母线组件的原理图。

具体实施方式

这里使用的术语“电动机控制中心”指的是任何已知的或合适的低电压控制装置(low voltage control gear)，其明确包括但不限于配电板(switchboard)。

这里使用的术语“低电压控制装置”指的是任何已知的或合适的电气设备，其具有对一系列竖直母线进行馈送的水平母线以及相关联的电气开关设备或子单元，明确包括但不限于电动机控制中心和配电板。

这里使用的表述两个或多于两个的部件“连接”或“耦合”在一起意味着这些部件直接或通过一个或多于一个中间部件间接连结在一起。另外，这里使用的表述两个或多于两个的部件“附着”意味着部件直接连结在一起。

这里使用的术语“若干个”意味着一个或多于一个的整数个(即复数个)。

图4和5示出了用于根据所公开构思的电动机控制中心200的母线组件100的原理图。电动机控制中心一般包含：外壳202(在图4、5中以简化形式部分地示出，也参见例如但不限于图1的外壳12)；电气开关设备，例如但不限于断路器204，其可移除地耦合到外壳202；至少子单元300、302、304、306。

优选为，母线组件100包含：水平母线102，其电气连接到上面提到的电气开关设备(例如但不限于断路器204)。若干个竖直母线104、106、108、110(在这里所示出和介绍的示例中示为四个)将对应的子单元300、302、304、306电气连接到水平母线102。若干个短路保护装置(SCPD)120、122、124、126(在这里所示出和介绍的示例中示为四个)在水平母线102和对应的竖直母线104、106、108、110之间使用。在图4的非限制性实例中，母线组件100包含四个竖直母线104、106、108、110，其具有子单元300、302、304、306，并分别经由SCPD 120、122、124、126电气连接到水平母线102。然而，将会明了，在不脱离所公开构思的范围的情况下，可使用竖直母线、子单元和/或SCPD的任何已知或适合的替代性数量和/或配置。例如但不限于，在图4和5中，子单元为启动器单元300、302、304、306，但是，可使用其他类型和/或配置的子单元(例如但不限于馈送器单元(未示出))。

除其他优点之外，SCPD 120、122、124、126各自被构造为分别保护对应的竖直母线104、106、108、110以及相关联的启动器单元300、302、304、306。具体而言，SCPD 120、122、124、126限制电弧闪络能量，由此为电动机控制中心200提供增强的电弧闪络保护。也就是说，电动机控制中心200典型地被构造为耐受具有相关联的电流水平——包括峰值电流水平和相关联的电弧闪络能量——的特定电弧事件。另外，电动机控制中心200的额定值被设置为耐受这样的电弧事件达预定的持续时间。根据所公开的构思，SCPD 120、122、124、126各自减小相关联的子单元300、302、304、306(例如但不限于启动器单元)经历的峰值电流水平和电弧闪络能量，并迅速从对应的竖直母线104、106、108、110清除电弧事件。

在一个非限制性实例——其仅仅出于说明目的提供，不是为了对所公开构思的范围进行限制——之中，电动机控制中心200为三相相对较低电压(例如直到大约600V)系统，其具有三相水平母线102，母线的额定值一直到大约3200A，并由额定值为大约3200A的主要或主断路器204馈送。典型的竖直母线的额定值为300A，600A、800A和1200A。电动机控制中心200的额定值被设置为耐受具有典型地在大约42kA、大约65kA和大约100kA的范围内的水平的短路电流达大约50ms的持续时间(对于NEMA产品)，直到1.0秒的持续时间(对于IED产品)。这样的电动机控制中心200的实际理论峰值电流水平可接近直到231kA或更大。对于NEMA应用，这样的系统清除电弧条件的清除时间为大约50ms(例如大约三个周期)。SCPD(参见例如SCPD 120)将峰值电流水平限制到大约50kA，清除时间为一个周期的大约一半(例如但不限于大约8ms)。因此，与电弧事件相关联的电弧闪络能量可有利地预测为被限制为大约1.2Cal/cm²的水平。因此，将会明了，所公开的母线组件100及其特别是短路保护装置(例如但不限于SCPD 120、122、124、16)实质上减小现有技术中的电弧闪络能量水平，并由此显著改进电动机控制中心200的电弧闪络保护。

优选为，各个短路保护装置(例如参见SCPD 120)采用插入式模块的形式，其可移除地连接到母线组件100的水平母线102。在图4的实例中，插入式模块为熔断器120、122、124、126，通过任何已知或合适的电气连接器130、140(例如但不限于公/母电气连接器(未示出))，其可移除地电气连接到水平母线102和/或对应的竖直母线(参见例如竖直母线104)。

如上面提到的，将会明了，在不脱离所公开构思的情况下，可使用任何已知或合适的替代性数量、类型和/或构造的短路保护装置120、122、124、126。例如但不限于，在图5的实例中，母线组件100’使用SCPD，其为断路器120’、122’、124’、126’，分别向对应的竖直母线104、106、108、110以及相关联的子单元300、302、304、306(例如但不限于馈送器单元，启动器单元(被示出))提供上面提到的短路和电弧闪络保护。优选为，尽管不是必需的，断路器120’、122’、124’、126’——像关于图4的示例在上面讨论的熔断器120、122、124、126一样——构成通过合适的电气连接器130’、140’可移除地电气连接在水平母线102和对应的竖直母线(例如参见竖直母线104)之间的插入式模块。

SCPD 120、122、124、126(图4)，120’、122’、124’、126’(图5)也提供了有利的安全性特征，其中，单元能沿着支架移出(rack out)(例如抽开)和移入(rack in)，同时，操作者安全地位于电动机控制中心200的正面无接线的(dead front)门之外。特别地，门作为保护操作者免受电弧闪络及相关联的冲击波效应的屏障。换句话说，所公开的SCPD概念可使用例如但不限于美国专利申请公开2009/0086414、2008/0258667、2008/0023211、2008/0022673中所介绍的支架系统的多种安全性特征实现，其并入此处作为参照。

除了上面提到的优点外，将会明了，通过减小电动机控制中心200的竖直母线104、106、108、110以及其他部件上的短路机械以及电气应力，所公开的构思提供了这样的能力：建立相对较为紧凑的母线与子单元构造。例如但不限于，对于电动机控制中心200的竖直母线104、106、108、110，典型地需要电气绝缘的结构支撑物(例如支柱(brace))(未示出，但一般是公知的)。传统而言，已经使用相对较为昂贵的材料，例如但不限于高强度玻璃加强聚酯或已知或合适的热固性塑料材料，以便提供要求的电气绝缘，同时，能够耐受电弧闪络能量以及相关联的冲击力。在所公开的母线组件100所提供的减小的力的情况下(例如但不限于，直到25％或更大的降低)，可使用更为容易获得且具有成本效益的材料，例如但不限于，热塑料材料，以便提供必要的电气绝缘。另外，结构支撑物(例如但不限于钢支撑托架(bracing bracket)(未示出，但一般是公知的))的定位(例如间隔)由不同的母线额定值(例如但不限于42kA、65kA、100kA)规定。换句话说，为了耐受较高的相关联的力，典型地随着母线额定值增大而添加更多的支柱。例如但不限于，对于42kA额定值，一般大约18英寸布置支柱(例如间隔开)，对于65kA额定值，支柱距离大约12英寸布置，对于100kA，大约每6英寸布置支柱。然而，与所公开的电动机控制中心200及其母线组件100相关联的减小的力使得42kA支柱配置(例如但不限于，每18英寸的支柱)成为标准。

因此，将会明了，电动机控制中心子单元300、302、304、306(例如但不限于馈送器单元，启动器单元(所示出))，SCPD 120、122、124、126(图4)以及竖直母线结构104、106、108、110可更为接近地配置。例如但不限于，UL识别部件系列额定目录(UL recognized componentseries rating category)DKSY2可用于建立正确的紧凑配置。因此，举例而言，对于480V和更多需要的600V系统的100kA系统要求，电动机控制中心启动器单元300、302、304、306和馈送器单元(未示出)可使用较低额定值的断路器，对于600V系统，可消除对于附加的电流限制器附件的要求。

尽管详细介绍了所公开构思的具体实施例，本领域技术人员将会明了，在本公开的整体启示下，可开发出对这些细节的多种修改和替代。因此，所公开的特定布置仅仅是说明性的，不对所公开构思的范围进行限制，该范围由所附权利要求及其全部以及任何等价内容的全部广度给出。

Claims (20)

1.一种用于电动机控制中心的母线组件，所述电动机控制中心包含外壳、可移除地耦合到所述外壳的电气开关设备以及至少一个子单元，所述母线组件包含：

水平母线，其被构造为电气连接到所述电气开关设备；

若干个竖直母线，其各自被构造为将所述至少一个子单元中的对应一个电气连接到所述水平母线；以及

若干个短路保护装置，其各自被布置在所述水平母线和所述竖直母线中的对应一个之间。

2.权利要求1的母线组件，其中，所述电动机控制中心被构造为耐受电弧事件；其中，所述电弧事件具有相关联的峰值电流水平和电弧闪络能量；且其中，所述短路保护装置各自被构造为减小所述至少一个子单元经历的峰值电流水平和电弧闪络能量。

3.权利要求2的母线组件，其中，所述短路保护装置将峰值电流水平限制为大约50kA。

4.权利要求2的母线组件，其中，所述电动机控制中心的额定值被设置为耐受所述电弧事件达预定的持续时间；且其中，所述短路保护装置被构造为比所述预定持续时间快地从所述竖直母线中的所述对应一个清除所述电弧事件。

5.权利要求4的母线组件，其中，所述短路保护装置被构造为在大约8ms中清除所述电弧事件。

6.权利要求1的母线组件，其中，所述若干个短路保护装置为若干个断路器。

7.权利要求1的母线组件，其中，所述若干个短路保护装置为若干个熔断器。

8.权利要求1的母线组件，其中，所述若干个短路保护装置为可移除地连接到所述水平母线的若干个插入式模块。

9.权利要求1的母线组件，其中，所述若干个竖直母线为复数个竖直母线；其中，所述至少一个子单元为复数个子单元；其中，所述若干个短路保护装置为复数个短路保护装置；且其中，所述短路保护装置各自被布置在所述水平母线和所述竖直母线中的对应一个之间，以便将所述子单元的对应一个电气连接到所述水平母线。

10.权利要求1的母线组件，其中，所述电气开关设备为断路器。

11.一种电动机控制中心，包含：

外壳；

电气开关设备，其可移除地耦合到所述外壳；

至少一个子单元；以及

母线组件，包含：

水平母线，其电气连接到所述电气开关设备；

若干个竖直母线，其各自将所述至少一个子单元中的对应一个电气连接到所述水平母线；以及

若干个短路保护装置，其各自被布置在所述水平母线和所述竖直母线中的对应一个之间。

12.权利要求11的电动机控制中心，其中，所述电动机控制中心被构造为耐受电弧事件；其中，所述电弧事件具有相关联的峰值电流水平和电弧闪络能量；且其中，所述短路保护装置各自被构造为减小所述至少一个子单元经历的峰值电流水平和电弧闪络能量。

13.权利要求12的电动机控制中心，其中，所述短路保护装置将峰值电流水平限制为大约50kA。

14.权利要求12的电动机控制中心，其中，所述电动机控制中心的额定值被设置为耐受所述电弧事件达预定的持续时间；且其中，所述短路保护装置被构造为比所述预定持续时间快地从所述竖直母线中的所述对应一个清除所述电弧事件。

15.权利要求14的电动机控制中心，其中，所述短路保护装置被构造为在大约8ms中清除所述电弧事件。

16.权利要求11的电动机控制中心，其中，所述母线组件的所述若干个短路保护装置为若干个断路器。

17.权利要求11的电动机控制中心，其中，所述母线组件的所述若干个短路保护装置为若干个熔断器。

18.权利要求11的电动机控制中心，其中，所述母线组件的所述若干个短路保护装置为可移除地连接到所述水平母线的若干个插入式模块。

19.权利要求11的电动机控制中心，其中，所述母线组件的所述若干个竖直母线为复数个竖直母线；其中，所述至少一个子单元为复数个子单元；其中，所述若干个短路保护装置为复数个短路保护装置；且其中，所述短路保护装置各自被布置在所述水平母线和所述竖直母线中的对应一个之间，以便将所述子单元的对应一个电气连接到所述水平母线。

20.权利要求11的电动机控制中心，其中，所述电气开关设备为断路器。

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