CN107534405A - 励磁系统 - Google Patents

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Abstract

提出一种励磁系统(12)和具有励磁系统(12)的发电机组件(100)。励磁系统(12)包括适于将AC电流转换成DC电流的转换器(16)、用于使转换器(16)的AC输入(14)短路的开关装置(28)，以及电弧检测装置(30)，电弧检测装置(30)用于检测励磁系统(12)中的电弧故障，以及用于在检测到电弧故障时促动开关装置(28)。其中，开关装置(28)包括不可逆开关(29)，不可逆开关(29)适于使AC输入(14)短路，使得电弧故障被平息。这针对电弧故障提供全面保护。

Description

励磁系统
技术领域
本发明涉及平息电弧故障的励磁系统、发电机组件和用于方法。
背景技术
用于对发电机励磁的电功率供应系统，诸如例如在发电机的励磁系统中使用的DC功率供应系统，可基于用于将AC电流转换成DC电流的转换器。然后DC电流可供应到主系统，诸如例如供应到发电机。
由于主系统和/或功率供应系统中的构件中的故障和/或短路，可发生电弧故障，电弧故障可潜在地损伤功率供应系统和/或主系统的构件或部件。
为了避免电弧故障和/或为了防止电弧故障完全建立，可采用电流限制系统，电流限制系统可适于限制例如在功率供应系统的供应线路中的过高的瞬态电流。但是，这样的电流限制系统的成本可能非常高。
发明内容
本发明的目标是提供一种成本有效且紧凑的励磁系统，它具有可靠和全面的安全功能，特别是对抗电弧故障的全面保护。
此目标由独立权利要求的主题实现。根据从属权利要求和以下描述，另外的示例性实施例是明显的。
本发明的一方面涉及一种励磁系统。励磁系统用于对发电机励磁。
根据本发明的实施例，励磁系统包括适于将AC电流转换成DC电流的转换器、用于使转换器的AC输入短路的开关装置，以及电弧检测装置，电弧检测装置用于检测励磁系统中的电弧故障，以及用于在检测到电弧故障时促动开关装置。其中，开关装置包括不可逆开关，不可逆开关适于使转换器的AC输入短路，使得电弧故障被平息和/或熄灭和/或去激励。
用语不可逆开关可表示可通过破坏和/或损坏(特别是通过故意破坏和/或损坏)开关装置的至少一部分来促动的开关。“不可逆”指的是从开关的断开位置切换到开关的闭合位置的功能。在不可逆切换之后，不可逆开关停留在其闭合位置上。因此，不可逆开关可表示一次性开关，在使用之后可至少部分地更换它。
转换器的AC输入可表示输入端子和/或电输入线路，诸如例如适于对转换器供应交流电流的导线、电缆或母线。
通过在检测到电弧故障后立即平息它，可防止电弧故障完全形成，并且可减少和/或避免潜在地损伤励磁系统的构件和/或连接到励磁系统上的另外的电气装备。这进而可节约成本，因为例如可避免更换构件，可减少维护成本，并且/或者可减少另外的电气装备和/或励磁系统的空闲周期。另外，还可降低和/或最大程度地降低工作人员的健康风险。
因此，有创造性的励磁系统例如可保护在励磁系统附近工作的员工。另外，它可保护财产，尤其是在封闭位置和/或敏感位置，例如洞穴、轮船、风塔、中心城市等。
本发明的另一方面涉及一种发电机组件，它包括至少一个上面和以下描述的励磁系统。
本发明的又一方面涉及一种用于平息和/或熄灭电弧故障和/或对电弧故障去激励的方法。
要理解的是，在上面和以下描述的方法的特征可为上面和以下描述的励磁系统和/或发电机组件的特征。反之亦然，上面和以下描述的励磁系统和/或发电机组件的特征可为方法的特征。
根据本发明的实施例，开关装置包括适于促动不可逆开关的推进剂。换句话说，不可逆开关可由推进剂促动，并且/或者它可用烟火的方式促动。推进剂可表示例如炸药、推进药、膨胀剂和/或任何其它合适的药剂、器件、物质、化合物或材料，它们在促动和/或启动之后可快速膨胀，使得不可逆开关可快速促动，而且电弧故障可快速被平息和/或熄灭。
根据本发明的实施例，开关装置的不可逆开关可在不到10毫秒的促动时间之内促动。例如促动时间可低于6毫秒，并且优选地促动时间可低于4毫秒。促动时间可表示可检测到电弧故障时的检测时间和电弧故障可由于不可逆开关促动而被平息和/或熄灭时的平息时间之间的时间间隔。在促动时间内平息和/或熄灭电弧故障可有利地防止电弧故障完全形成，并且/或者可防止损伤励磁系统和/或连接到其上的另外的电气装备。
根据本发明的实施例，开关装置包括至少一个晶闸管，晶闸管适于在被电弧检测装置促动时提供导电路径。可提供例如从转换器的AC输入到地线和/或在AC输入的各种相之间的导电路径。例如可通过熔化和/或破坏晶闸管的至少一部分，从而形成合金，来提供导电路径。在短路之后可更换晶闸管。在此语境中，晶闸管可表示不可逆开关。但是，还可设想到可逆地促动晶闸管，以便提供导电路径。为了处理AC电流和/或AC电压，两个晶闸管可在AC输入中串联布置，其中，一个晶闸管可相对于另一个晶闸管反过来。换句话说，两个晶闸管可按背对背布置而布置在AC输入中。
根据本发明的实施例，开关装置的不可逆开关进一步适于在被电弧检测装置促动时，使转换器的AC输入接地和/或连地。换句话说，不可逆开关可适于在AC输入和处于地电位的导电元件(诸如例如是电缆或导线)之间建立电连接。这样由AC输入传输的电能和/或AC电流就可泻出，而且可通过使电能和/或相应的AC电流抽出和/或泻出来平息和/或熄灭电弧故障。
根据本发明的实施例，电弧检测装置包括适于检测由电弧故障发出的电磁辐射的电磁传感器装置。
根据本发明的实施例，电弧检测装置包括适于检测由电弧故障发出的光的光学传感器装置。一旦已经形成，电弧故障就可产生发出等离子体的电磁辐射，其范围从紫外线到红外辐射，电磁辐射可为关于存在电弧故障的可靠指标，并且因而可用来可靠地检测电弧故障。
根据本发明的实施例，电弧检测装置包括压力传感器装置，它适于检测电弧故障在励磁系统的壳体中引起的空气压力升高。壳体例如可表示容纳励磁系统的机柜和/或容器。电弧故障和对应产生的等离子体可伴随着周围空气的温度升高和/或离子、原子、分子和/或物质蒸发。这进而可导致壳体中的空气压力升高，然后这可用作关于存在电弧故障的可靠指标。
根据本发明的实施例，电弧检测装置包括控制器，它适于通过AC输入处的AC电流的升高来以电子的方式检测电弧故障。控制器和/或励磁系统可包括用于监测和/或测量AC输入处的AC电流的合适的测量器件。某个阈值AC电流(该阈值电流也可取决于AC输入处的电压)可为关于存在电弧故障的可靠指标，并且控制器可响应于检测到AC电流等于或大于阈值电流来触发不可逆开关。
根据本发明的实施例，电弧检测装置和不可逆开关容纳在开关装置的一个壳体中。换句话说，电弧检测装置可为开关装置的一部分。这可允许提供具有全面安全功能的紧凑励磁系统。另外，可用开关装置和/或电弧检测装置轻易、快速且成本有效地改造和/或装备已经存在的系统，以便提高现有系统的可靠性和/或安全性。
根据本发明的实施例，开关装置电连接到转换器上。换句话说，可能存在布置在开关装置和转换器之间的变压器，而且/或者开关装置可例如通过导电元件直接连接到转换器上，以便全面地保护转换器免受电弧故障的影响。
根据本发明的实施例，AC输入包括三个相，并且不可逆开关适于使三个相彼此短路。换句话说，通过AC输入供应到转换器的AC电流可称为三相交流电流和/或旋转电流，而且不可逆开关可适于使AC电流的所有相彼此互连，以便至少防止电弧故障完全形成。
本发明的另一方面涉及一种发电机组件，它包括发电机，发电机组件具有AC输出线路和用于对发电机励磁的上面和以下描述的励磁系统。其中，励磁系统的转换器的AC输入联接到发电机的AC输出线路上。照这样， 由发电机产生且通过AC输出线路泻出的AC电流的至少一部分可用作励磁系统的AC输入电流。AC输入电流可由转换器转换成DC电流，DC电流可供应到例如发电机的转子绕组，以便磁化发电机的转子。
根据本发明的实施例，变压器连接在开关装置和发电机的AC输出线路之间。换句话说，励磁系统和/或其AC输入可通过变压器联接到发电机的AC输出线路上。
根据本发明的实施例，发电机组件进一步包括设置在AC输出线路中的线路开关，其中，转换器的AC输入在发电机和线路开关之间连接到AC输出线路上。线路开关可表示用于例如从供电网或网络完全断开发电机和/或其AC输出线路的断路器，发电机可对供电网或网络供给电能。
根据本发明的实施例，发电机组件进一步包括连接到AC输出线路上的另一个变压器，其中，线路开关适于断开另一个变压器与发电机。发电机例如可通过线路开关和另一个变压器连接到供电网或网络上。
本发明的另一方面涉及一种用于平息和/或熄灭电弧故障和/或对电弧故障去激励的方法。方法包括用励磁系统将AC电流转换成DC电流；检测励磁系统中的电弧故障；在检测到电弧故障时，促动连接到励磁系统的转换器的AC输入上的开关装置；以及用开关装置的不可逆开关使AC输入短路，使得电弧故障被平息和/或熄灭和/或去激励。
如果在技术上可行但未明确提到的话，在上面和以下描述的本发明的实施例的组合也可为方法、励磁系统和发电机组件的实施例。
根据下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是明显的，并且参照下文描述的实施例来阐明本发明的这些和其它方面。
附图说明
将参照附图中示出的示例性实施例在下文中更详细地解释本发明的主题。
图1a显示具有根据本发明的实施例的励磁系统的发电机组件。
图1b显示图1a的励磁系统的一部分的详细视图。
图2显示示出根据本发明的实施例的用于平息电弧故障的方法的步骤的流程图。
在参考标号列表中以简要的形式列出图中使用的参考标号和它们的含义。原则上，在图中对相同部件提供相同参考标号。
具体实施方式
图1a显示具有根据本发明的实施例的励磁系统12的发电机组件100。图1b显示图1a的励磁系统12的一部分的详细视图，其中，在图1b中显示图1a的励磁系统12的开关装置28和电弧检测装置。
发电机组件100包括发电机102，发电机102适于将发电机102的转子的动能和/或旋转能转换成电能。图1a中显示的发电机102设计成同步发电机和/或同步机。发电机102可适于产生旋转AC电流和/或多相交流电流，诸如例如三相交流电流。
由发电机102产生的AC电流通过AC输出线路104泻出和/或分接出，并且可供应到例如供电网和/或供电网络。为此，变压器106布置在AC输出线路104处，其中变压器106适于变换由发电机102产生的AC电流和/或交流电压。
发电机组件100进一步包括在变压器106和发电机102之间布置在AC输出线路104中的线路开关108，其中，线路开关108适于断开变压器106与发电机102，以及/或者断开发电机102与供电网。线路开关108可包括例如断路器。
在发电机102和线路开关108之间，另一个变压器110连接到AC输出线路104上，其中变压器110适于将由发电机102产生的电能的至少一部分供应到励磁系统12。AC输出线路104通过变压器110联接到励磁系统12的AC输入14上。
励磁系统12的AC输入14连接到励磁系统12的转换器16的AC输入端子15上。励磁系统12进一步包括连接到转换器16的DC输出端子17上的DC输出18。转换器16适于将通过AC输入14供应到转换器16的AC电流转换成供应到DC输出18的DC电流。转换器16为此可包括整流器和/或换流器。为了处理和/或转换相当高的电压和/或电流，转换器16可进一步包括和/或基于至少一个二极管和/或晶闸管。转换器可包括例如IGBT、GTO和/或IGCT。
励磁系统12的AC输入14和/或DC输出18可分别包括导线、电缆、母线，和/或连接到AC输入端子15和/或DC输出端子17上的任何其它电流传输元件。此外，AC输入端子15可为AC输入14的一部分，并且/或者DC输出端子17可为DC输出18的一部分。
另外，由于由发电机102产生且通过变压器110而变换的AC电流的原因，通过AC输入14供应到转换器16的AC电流也可为多相交流电流，诸如例如三相交流电流和/或旋转电流。相应地，AC输入14可包括用于各个相的AC输入线路，其中AC输入线路可彼此隔离开。为了说明三相AC电流的情况，图1b显示了AC输入14的三个AC输入线路14a、14b、14c。但是，单相交流电流也可通过AC输入14供应到转换器16。
另外，转换器16可为适于将多相交流电流转换成DC电流的多相转换器。转换器16可包括例如用于各个相的转换器区段，其中，转换器区段可并联连接。因此，在三相AC电流的情况下，转换器16可包括并联连接的三个转换器区段。
图1a中显示的励磁系统12可布置在壳体19中，诸如例如容器、机柜和/或机柜的一部分。另外，可认为励磁系统12是高功率整流器系统。发电机102的励磁系统适于通过以下方式来磁化发电机102的转子：借助于变压器110，分接由发电机102产生的AC电流的至少一部分，借助于转换器16将分接的AC电流转换成DC电流，以及例如在静态励磁的框架中，通过DC输出18将经转换的DC电流供应到发电机102的至少一个转子绕组，以及/或者在间接和/或无刷励磁的框架中，将经转换的DC电流供应到发电机102的励磁机(图1a中未显示)的定子。在此语境中，变压器110可称为励磁变压器。为了最终对发电机102励磁，励磁系统12和/或发电机组件100包括联接器件20。对于间接和/或无刷励磁，联接器件20可包括励磁机和至少一个二极管。对于静态励磁，联接器件20可包括与发电机102的转子的至少一部分处于滑动接触的滑环和/或电刷。
在本发明的另一个实施例中，励磁系统12可具有不止一个适于将AC电流转换成DC电流的转换器16。转换器可在它们的DC侧并联连接。在最简单的实施例中，使用两个转换器，但也可使用超过两个转换器。在两个转换器的情况下，变压器110可在其二次侧上具有呈三角形连接的第一三相绕组和呈星形连接的第二三相绕组，第一转换器的AC输入连接到第一三相绕组，第二转换器的AC输入连接到第二三相绕组上。
由于两个三相绕组系统的三角形连接和星形连接，两个三相系统的相位彼此偏移60度，这对于本领域技术人员来说是众所周知的。必须理解的是，变压器也可在其二次侧上提供超过两个绕组系统，各个绕组系统连接到相应的转换器的相应的AC输入上。转换器可在它们的DC侧并联连接。
转换器的AC输入可配备有相应的开关装置28，以如关于其它实施例所描述的那样使相应的转换器的相应的AC输入短路。另外，对各个AC输入使用相应的电弧检测装置。
图1a中显示的励磁系统12进一步包括起励装置22，起励装置22适于在转子之前尚未磁化和/或使用的情况系下，借助于将一定DC电流供应到发电机102和/或转子绕组，来对发电机102的转子提供和/或产生和/或激励某个最小磁化。一旦转子已经首次借助于起励装置22磁化，可能不需要再一次应用起励装置22，因为转子中有一定剩磁和/或残磁。
为了断开励磁系统12和/或励磁系统12的DC输出18与发电机102，励磁系统12进一步包括布置在DC输出18中的DC线路开关24。DC线路开关24可布置在联接器件20和起励装置22之间，而且它可设计成断路器。
在发电机102运行和/或发电机102的转子磁化和旋转，并且线路开关108促动到断开状态和/或断开而使得发电机102与供电网断开的情况下，存储在旋转转子中的相当大量的旋转能和/或动能可转换成电能，只要旋转转子仍然被磁化。然后这个电能可循环，例如几秒种，从AC输出线路104通过变压器110到达励磁系统12的AC输入14，并且经由转换器16和励磁系统12的DC输出18回到发电机102，从而至少部分保持或者甚至提高发电机102的转子的磁化。因此，在这种停机的情况下，即，当线路开关108断开和/或促动到断开状态时，可能需要消散循环电能和/或对发电机102的转子去磁。这可能是必须的，尽管变压器110的变压器核心可限制从AC输出线路104传送到AC输入14的电能的量。
为了对发电机102的转子去磁，以及为了进一步防止转子的旋转能和/或动能转换成电能，励磁系统12进一步包括在DC输出18处布置在联接器件20和DC线路开关24之间的灭磁装置26。灭磁装置26可包括例如电阻，电阻适于消散通过DC输出18供应到发电机102的DC电流，并且进而适于对转子去磁。
此外，当线路开关108促动到断开状态和/或断开时，以及/或者在发电机组件100和/或励磁系统12的构件有故障的情况下，可形成电弧故障且其潜在地损伤发电机组件100和/或励磁系统12的构件。这种故障可为例如AC输出线路104中的短路。在这种短路的情况下，短路电流可至少部分通过变压器110传导到励磁系统12，其中，变压器110的二次绕组和/或励磁系统12的AC输入14可能需要经受住短路电流，直到可借助于例如灭磁装置26对转子发电机102去磁为止。
大体上，在AC输入14处发生和/或形成的电弧故障可至少在AC输入14和/或转换器16上对励磁系统12造成非常大的损伤。在电弧故障在转换器16处和/或其内部和/或在DC输出18处发生的情况下，励磁系统12的保险丝烧断，并且/或者由电弧故障产生的等离子体可散布到AC输入14，从而也造成非常大的损伤。相反，如果电弧故障在DC输出18处产生，则潜在损伤可受到例如转换器16的晶闸管和/或励磁系统12和/或转换器16的保险丝的限制。
除了潜在地损伤发电机组件100和/或励磁系统12的构件之外，电弧故障可危害到励磁系统12附近的工作人员，特别是如果励磁系统12布置在封闭壳体19中，诸如例如布置在封闭机柜中。
为了快速熄灭和/或平息励磁系统12中发生的电弧故障和/或对电弧故障去激励，以及/或者为了防止电弧故障完全形成，励磁系统12进一步包括具有用于使转换器16的AC输入14短路的不可逆开关29的开关装置28和用于检测励磁系统12中的电弧故障的电弧检测装置30。图1b中详细显示了开关装置28和电弧检测装置。电弧检测装置30适于用于在检测到电弧故障时促动和/或触发开关装置28和/或促动和/或触发不可逆开关29。不可逆开关29和电弧检测装置30可布置在开关装置28的公共壳体31中，或者电弧检测装置30可为励磁系统12的单独构件。另外，开关装置28和/或电弧检测装置可布置在励磁系统12的壳体19的入口处。
电弧检测装置30包括用于检测电弧故障的检测器件32。检测器件可包括例如适于检测由电弧故障发出的电磁辐射的电磁传感器装置。备选地或另外，检测器件32可包括适于检测由电弧故障发出的可见光和/或不可见光的光学传感器装置。在借助于检测器件32检测到由电弧故障发出的电磁辐射和/或光的强度的某个阈值时，电弧检测装置30可促动和/或触发开关装置28的不可逆开关29。电弧检测装置30可包括控制器34，其中控制器34可适于将触发信号发送到开关装置29，以便在借助于检测器件32检测到电弧故障时促动和/或触发不可逆开关29。
备选地或另外，检测器件32可包括压力传感器装置，它适于检测电弧故障在励磁系统12的壳体19中引起的空气压力升高。在借助于检测器件32检测到电弧故障引起的空气压力的某个阈值时，电弧检测装置30例如可通过电弧检测装置30的控制器34来促动和/或触发开关装置28的不可逆开关29，其中控制器34可在借助于检测器件32检测到电弧故障时发送触发信号。
此外，备选地或另外，电弧检测装置30的控制器34可适于通过AC输入14处的AC电流相对于时间的升高来以电子的方式检测电弧故障，例如进一步可选地将AC输入14处的电压考虑在内。为此，电弧检测装置30可进一步包括用于测量和/或监测AC输入14处的AC电流的电流传感器装置和/或用于测量和/或监测AC输入14处的电压的电压传感器装置。在借助于检测器件32检测到AC输入14处的AC电流的某个阈值时，控制器34可通过对开关装置28发送触发信号来促动和/或触发开关装置28的不可逆开关29。
一旦借助于电弧检测装置30的检测器件32检测到电弧故障，电弧检测装置30的控制器34就例如通过对开关装置28供应触发信号来促动和/或触发不可逆开关29。通过促动和/或触发不可逆开关29，开关装置28和/或不可逆开关29使AC输入14短路，使得电弧故障被平息和/或熄灭和/或去激励。其中，开关装置28和/或不可逆开关29例如通过将AC输入14连接到处于地电位的导电元件36上，来使AC输入14接地和/或连地，使得供给和/或激励电弧故障的AC电流可从AC输入14泻到导电元件，从而平息电弧故障。此外，在AC输入14处的AC电流为多相电流的情况下，不可逆开关29可进一步使AC输入14处的多相电流的所有相14a、14b、14c短路和/或互连。对于三相AC电流的情况，响应于检测到电弧故障而用不可逆开关29使三个相14a、14b、14c互连以及整个AC输入14接地，图1示例性地且象征性地显示了不可逆开关29的三个开关区段29a、29b、29c。但是，可认为开关区段29a、29b、29c仅仅是说明性的。
但是，普通开关可能不适合快速平息电弧故障，因为这些开关可展现较长的开关时间和/或促动时间，时间的范围例如可为几十毫秒。因此，开关装置28包括推进剂38，以在低于10毫秒且优选地低于4毫秒的促动时间和/或开关时间内快速促动不可逆开关29。
以示例的方式，可通过例如响应于接收自电弧检测装置30和/或控制器34的触发信号而触发和/或激发推进剂38，来促动不可逆开关29。推进剂38可膨胀且使例如导电螺栓朝处于地电位的导电元件36驱动、射出和/或加速，使得可在AC输入14和导电元件之间建立电连接。因此，电弧故障可在不可逆开关29的低于10毫秒，优选低于4毫秒的促动时间内熄灭。
一旦开关装置28和/或不可逆开关29被促动，就可至少部分地更换开关装置和/或不可逆开关29和/或电弧检测装置30。
为了降低开关装置28和/或不可逆开关29意外促动的风险，例如由闪光、雷电、电磁干扰和/或由电弧检测装置30检测到的类似物，例如可借助于触发禁止装置来禁止和/或禁用不可逆开关29。这可允许使得能够通过在需要时(例如当工作人员在励磁系统12的壳体19内部时)启动不可逆开关29和/或开关装置28来在励磁系统12中实现电弧故障保护，同时允许在不需要电弧保护时禁用不可逆开关29和/或开关装置28。
图2显示示出根据本发明的实施例的用于平息和/或熄灭电弧故障和/或对电弧故障去激励的方法的步骤的流程图。
在第一步骤S1中，用励磁系统12将AC电流转换成DC电流。
在第二步骤S2中，借助于上面描述的电弧检测装置30来检测励磁系统12中的电弧故障。响应于检测到电弧故障，电弧检测装置30可对开关装置28提供触发信号，其中触发信号可为电子信号、电力信号、光学信号和/或任何其它合适的信号。
在另一个步骤S3中，在检测到电弧故障时和/或在接收到来自电弧检测装置30的触发信号时，促动开关装置28和/或不可逆开关29。这可包括触发和/或激发开关装置28的推进剂。
在步骤S4中，借助于开关装置28的不可逆开关29使励磁系统12的AC输入14短路和/或接地和/或连地，使得电弧故障被平息和/或熄灭和/或去激励。这可包括将AC输入14连接到处于地电位的导电元件上，以及/或者使AC输入14处的AC电流泻到导电元件。另外，步骤S4可包括使AC输入14处的多相AC电流的所有相都短路。
虽然已经在图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但要认为这种说明和描述是说明性或示例性而非约束性的；本发明不限于公开的实施例。通过研究图、公开内容和所附权利要求，实践要求保护的发明的本领域技术人员可理解和实现公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一种”不排除复数。单个处理器或控制器或其它单元可实现权利要求中叙述的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中叙述某个措施的事实不表明不可利用这些措施的组合。权利要求中的任何参考记号都不应解释为限制范围。
参考标号列表
12励磁系统
14 AC输入
14a-c AC输入线路
15 AC输入端子
16转换器
17 DC输出端子
18 DC输出
19壳体
20联接器件
22起励装置
24 DC线路开关
26灭磁装置
28开关装置
29不可逆开关
29a-c开关区段
30电弧检测装置
31壳体
32检测器件
34控制器
36导电元件
38推进剂
100发电机组件
102发电机
104 AC输出线路
106变压器
108线路开关
110变压器。

Claims (15)

1.一种励磁系统(12)，包括：
适于将AC电流转换成DC电流的转换器(16)；
用于使所述转换器(16)的AC输入(14)短路的开关装置(28)；以及
电弧检测装置(30)，其用于检测所述励磁系统(12)中的电弧故障，以及用于在检测到所述电弧故障时促动所述开关装置(28)；
其中，所述开关装置(28)包括不可逆开关(29)，所述不可逆开关(29)适于使所述AC输入(14)短路，使得所述电弧故障被平息。
2.根据权利要求1所述的励磁系统(12)，其特征在于，所述开关装置(28)包括适于促动所述不可逆开关(29)的推进剂(38)。
3.根据权利要求1或2所述的励磁系统(12)，其特征在于，开关装置(28)的所述不可逆开关(29)可在低于10毫秒的促动时间之内促动。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的励磁系统(12)，其特征在于，所述开关装置(28)包括至少一个晶闸管，当被所述电弧检测装置(30)促动时，所述至少一个晶闸管适于提供导电路径。
5. 根据前述权利要求中的任一项所述的励磁系统(12)，其特征在于，所述开关装置(28)的所述不可逆开关(29)进一步适于在被所述电弧检测装置(30)促动时，使所述转换器(16)的所述AC输入(14)接地。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的励磁系统(12)，其特征在于，所述电弧检测装置(30)包括适于检测由所述电弧故障发出的电磁辐射的电磁传感器装置(32)；以及/或者
其中，所述电弧检测装置(30)包括适于检测由所述电弧故障发出的光的光学传感器装置(32)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的励磁系统(12)，其特征在于，所述电弧检测装置(30)包括压力传感器装置(32)，所述压力传感器装置(32)适于检测所述电弧故障在所述励磁系统(12)的壳体(19)中引起的空气压力升高；以及/或者
其中，所述电弧检测装置(30)包括控制器(34)，所述控制器(34)适于通过所述AC输入(14)处的AC电流的升高来以电子的方式检测所述电弧故障。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的励磁系统(12)，其特征在于，所述电弧检测装置(30)和所述不可逆开关(29)容纳在所述开关装置(28)的一个壳体(31)中；以及/或者
其中，所述开关装置(28)电连接到所述转换器(16)上。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的励磁系统(12)，其特征在于，所述AC输入(14)包括多个相(14a，14b，14c)，优选三个相，并且所述不可逆开关(29)适于使所述多个相(14a，14b，14c)，优选三个相彼此短路。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的励磁系统(12)，其特征在于，所述励磁系统(12)至少设计成发电机(102)的励磁系统的一部分。
11. 一种发电机组件(100)，包括：
具有AC输出线路(104)的发电机(102)；以及
根据前述权利要求中的任一项所述的励磁系统(12)，
其中，所述转换器(16)的所述AC输入(14)联接到所述AC输出线路(104)上。
12.根据权利要求11所述的发电机组件(100)，其特征在于，所述发电机组件(100)进一步包括：
变压器(110)，其连接在所述开关装置(28)和所述发电机(102)的AC输出线路(104)之间。
13.根据权利要求11或12所述的发电机组件(100)，其特征在于，所述发电机组件(100)进一步包括：
设置在所述AC输出线路(104)中的线路开关(108)，
其中，所述转换器(16)的所述AC输入(14)在所述发电机(102)和所述线路开关(108)之间连接到所述AC输出线路(104)上。
14.根据权利要求13所述的发电机组件(100)，其特征在于，所述发电机组件(100)进一步包括：
连接到所述AC输出线路(104)上的另一个变压器(106)，其中，所述线路开关(108)适于断开所述另一个变压器(106)与所述发电机(102)。
15.一种用于平息电弧故障的方法，所述方法包括：
用励磁系统(12)将AC电流转换成DC电流；
检测所述励磁系统(12)中的电弧故障；
在检测到所述电弧故障时，促动连接到所述励磁系统(12)的转换器(16)的AC输入(14)上的开关装置(28)；
用所述开关装置(28)的不可逆开关(29)使所述AC输入(14)短路，使得所述电弧故障被平息。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113064034A (zh) * 2020-03-30 2021-07-02 深圳友讯达科技股份有限公司 智能计量表箱安全防护监测装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4233554A (en) * 1979-04-05 1980-11-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Vent actuated shorting switch
CN2049842U (zh) * 1989-02-18 1989-12-20 江万宁 水轮发电机组电气制动新型短路开关
WO2001095452A1 (en) * 2000-06-02 2001-12-13 Raytheon Company Arc-fault detecting circuit breaker system
US6426632B1 (en) * 1999-03-29 2002-07-30 George A. Spencer Method and apparatus for testing an AFCI/GFCI circuit breaker
EP1976077A2 (en) * 2007-03-30 2008-10-01 General Electric Company Arc flash elimination apparatus and method
CN102066748A (zh) * 2008-03-28 2011-05-18 英格蒂姆能源公司 风力涡轮机运行方法及系统
EP1758222B1 (en) * 2005-08-23 2011-06-15 Hamilton Sundstrand Corporation Electrical protection of a generator controller
CN102611365A (zh) * 2011-01-18 2012-07-25 西门子公司 风力涡轮机
EP2538511A1 (en) * 2011-06-20 2012-12-26 Eaton Corporation Arc flash system for a power circuit
CN104823375A (zh) * 2012-11-30 2015-08-05 西门子公司 用于延长故障清除时间的设备和方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4438592A1 (de) 1994-10-28 1996-05-02 Kloeckner Moeller Gmbh Thyristor-Kurzschließer zum Löschen von Störlichtbögen in Schaltanlagen zur Verteilung elektrischer Energie, insbesondere Niederspannungs-Schaltanlagen
DE10254497B3 (de) 2002-11-22 2004-06-03 Moeller Gmbh Kurzschließer für eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung
US7145757B2 (en) * 2004-01-13 2006-12-05 Eaton Corporation System for eliminating arcing faults and power distribution system employing the same
JP4834691B2 (ja) * 2008-05-09 2011-12-14 株式会社日立製作所 風力発電システム
US8237419B2 (en) * 2009-02-27 2012-08-07 Schneider Electric USA, Inc. Microcontroller operated current limited switching power supply for circuit protective devices
US8054594B2 (en) * 2009-06-18 2011-11-08 General Electric Company ARC flash detection system
US8223466B2 (en) * 2009-06-30 2012-07-17 General Electric Company Arc flash detection
CN101621204B (zh) * 2009-08-14 2011-05-11 清华大学 用于双馈式风力发电系统低电压穿越的撬棒电阻设计方法
FR2983003B1 (fr) * 2011-11-22 2014-09-12 Schneider Electric Ind Sas Dispositif et procede de protection contre un arc electrique

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4233554A (en) * 1979-04-05 1980-11-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Vent actuated shorting switch
CN2049842U (zh) * 1989-02-18 1989-12-20 江万宁 水轮发电机组电气制动新型短路开关
US6426632B1 (en) * 1999-03-29 2002-07-30 George A. Spencer Method and apparatus for testing an AFCI/GFCI circuit breaker
WO2001095452A1 (en) * 2000-06-02 2001-12-13 Raytheon Company Arc-fault detecting circuit breaker system
EP1758222B1 (en) * 2005-08-23 2011-06-15 Hamilton Sundstrand Corporation Electrical protection of a generator controller
EP1976077A2 (en) * 2007-03-30 2008-10-01 General Electric Company Arc flash elimination apparatus and method
CN102066748A (zh) * 2008-03-28 2011-05-18 英格蒂姆能源公司 风力涡轮机运行方法及系统
CN102611365A (zh) * 2011-01-18 2012-07-25 西门子公司 风力涡轮机
EP2538511A1 (en) * 2011-06-20 2012-12-26 Eaton Corporation Arc flash system for a power circuit
CN104823375A (zh) * 2012-11-30 2015-08-05 西门子公司 用于延长故障清除时间的设备和方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113064034A (zh) * 2020-03-30 2021-07-02 深圳友讯达科技股份有限公司 智能计量表箱安全防护监测装置
CN113064034B (zh) * 2020-03-30 2022-10-14 深圳友讯达科技股份有限公司 智能计量表箱安全防护监测装置

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