CN109390901B - 配电系统中内部电弧防护方法、装置及包括其的电气柜 - Google Patents

配电系统中内部电弧防护方法、装置及包括其的电气柜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了配电系统中内部电弧防护方法、装置及包括其的电气柜。该方法包括以下步骤：检测在配电系统内包括在300至430nm范围内的任何光束，在存在该光束的情况下，产生指示系统内存在内部电弧的信号；基于前述信号分析前述光束的特征，如果这些特征符合表征内部电弧故障的所需条件，则发送内部电弧故障信号，在存在内部电弧故障时，减弱其在配电系统中的影响。在前述检测步骤和前述分析步骤之间，该光束的可见部分和红外部分被去除，这些部分可能由中断短路电流的低压断路器的出口发出的离子化气体产生。执行该方法的防护装置P包括与电流测量传感器(6)相关联的光检测器(1)，和包括主断路器(4)、短路器(7)和继电器(5)的防护器件。

Description

配电系统中内部电弧防护方法、装置及包括其的电气柜
技术领域
本发明涉及内部电弧故障的防护，特别是在如电气柜的配电系统中。更具体地，本发明涉及允许在内部电弧故障和被称为接地故障的短路故障之间选择脱扣的防护装置，所述接地故障通过位移主断路器下游的低压空气断路器解决。
背景技术
低压配电系统包括控制和防护构件，如彼此通过导体(母线或缆线)相互连接的断路器或低压接触器。通过导体的电流的流动通过断开一个或多个控制构件中断，从而产生电弧。当中断等于或小于标称电流的电流时，由于中断引起的电弧由断路器或接触器容纳。它们发出很少的光。在较大的短路电流的情况下，亮的光由这些装置发出并且由其出来。
有时，不期望的电弧，称为内部电弧故障，可能出现在电气柜内，例如在导体之间或在导体和连接到地的金属部件之间。这些电弧可能产生高能气体，所述气体构成对位于附近的结构或人的危险。这些电弧通常在由有电部件附近的工作人员出错时发生。
最近已经开发出最小化内部电弧故障爆发的严重性的方法。这些方法之一包括同时测量由故障电弧发出的光的强度和通过故障上游的一组母线的电流的强度。通过结合所述两个测量值，该方法使得可能避免光学传感器由例如设备检查灯等其他光源发出的光提前触发，但是该方法不能区分所述故障。具体地，通过将同时光的测量值和电流的测量值相关联，由于照耀光学传感器的干扰强光造成的提早脱扣的风险比降低。与同时进行的电流测量一起，所述电流测量要求高于标称电流四倍的过载电流来例如致动传感器，提早脱扣的风险大大降低。但是，当位于光学装置下游的低压断路器解决“接地”短路故障时，其与通过电路的限制电流同时发出光。由此存在提前脱扣的风险。现在，在该精度下，用于分断主断路器的继电器的致动是不期望的，因为该故障由光学装置下游的断路器解决，并且该设备不存在风险。但是，在故障在设备的有电部件之间的情况下，在非常短时间内抑制产生的电弧以防护靠近故障的人员是必要的(在小于3ms的时间内)。该装备因此不能可靠地在两个断路器之间保持可选性，即在防护装置之间保持协同性，以使得在电网上的任何点处发生的故障由就位在紧靠故障上游的断路器解决。
发明内容
本发明解决了这些问题，并且提供了内部电弧故障防护方法和装置，使得可能以非常直接的方式区分从两个导体之间的内部电弧故障产生的光和从由低压断路器的出口发出的离子化气体产生的光，该区分使得可能保持低压断路器防护装置之间的选择性以及包括这样的装置的配电柜的完整性
为此，本发明的主题是配电系统中内部电弧故障的防护方法，包括以下步骤：
检测在配电系统内包括在300至430nm范围内的任何光束，并且在存在该光束的情况下，产生指示系统内存在内部电弧的信号；
基于前述信号分析前述光束的特征，如果这些特征符合表征内部电弧故障的所需条件，则发送内部电弧故障信号，由此，
在存在内部电弧故障时，减弱其在配电系统中的影响。
该方法的特征在于，在前述检测步骤和前述分析步骤之间，该光束的可见部分和红外部分被去除，这些部分可能由中断短路电流的低压断路器的出口所发出的离子化气体产生。
根据一个特定特征，在前述的检测步骤和前述的分析步骤之间，阻挡光束的具有完全高于430nm的频率的所有光波。
根据一个特定特征，前述分析步骤包括测量光束的强度的步骤。
本发明的另一个主题是配电系统中的内部电弧的防护装置，包括：
光检测器(1)，放置在前述配电系统内部，能够检测包括在该系统内的在300至430nm范围内的光束，并且能够产生指示该系统内的内部电弧的信号；
处理器件，联接到前述检测器(1)，并且配置为基于前述信号分析该光束，并且配置为如果满足内部电弧故障的条件，则产生指示内部电弧故障的信号；和
电气防护器件(3)，配置为接收电弧故障信号，以减弱配电系统中的电弧。
该装置的特征在于，检测器(1)能够去除该光束的可见部分和红外部分，并且在存在该光束的除了可见部分或红外部分之外的称为该光束的剩余部分的部分时能够产生指示存在传播通过系统的内部电弧的信号，并且特征在于，前述处理器件配置为基于前述信号分析该光束的除了可见或红外部分之外的该部分，并且配置程如果符合内部电弧故障的条件则产生指示内部电弧故障的信号。
根据一个特定特征，前述处理器件包括用于测量所述光束的该剩余部分的强度的器件。
根据另一个特定特征，该光检测器包括至少一个光学传感器或至少一根光纤。
根据另一个特定特征，所述或每一个光学传感器包括至少一个光电二极管和/或至少一个光电晶体管，所述或每一个光电二极管或光电晶体管设置有低通滤波器，其阻挡具有高于450nm(+/-20nm)的波长的那些光束。
根据另一个实施例，所述或每一个光学传感器包括至少一个光电二极管和/或至少一个光电晶体管，所述或每一个光电二极管或光电晶体管设置有400nm(+/-20nm)的带通滤波器。
根据一个特定特征，所述或每一根光纤是透紫外线光纤，并且与400nm(+/-20nm)的带通滤波器或阻挡高于450nm(+/-20nm)的波长的低通光学滤波器相关联。
应注意，可能使用电子束蒸发系统将薄膜直接沉积在光学端部上。
本发明的另一个主题是包括单独或组合采用的前述特征的防护装置的配电系统。
根据一个特定特征，该系统包括一组母线J，包括单独或组合采用前述特征的防护装置，和电气防护器件，该电气防护器件旨在减弱系统内的潜在的内部电弧故障的影响。
根据一个特定特征，前述防护器件包括称为主断路器的断路器，其经由前述组母线供应电力；继电器，其能够接收与系统内的光及流动通过所述组母线的电流二者相关的信息；以及短路器，其电联结到主断路器和继电器二者，所述继电器能够在达到前述两个测量值的阈值时并行发送两个命令：分别地，一个命令用于致动短路器，一个命令用于致动主断路器的断开。
根据另一个特征，该系统还包括至少一个低压空气断路器，所述低压空气断路器位于所述光检测装置的下游。
根据另一个特征，该系统是低压电气柜。
附图说明
但是，本发明的其他优点和特征将在后面参照附图的详细描述中变得更显而易见，所述附图仅以示例的方式给出，并且附图中：
图1是示出根据本发明的显示为在电气柜中的电弧防护装置的局部视图；
图2是示出光束的作为其波长的函数的强度的曲线图，该光束在同时存在内部电弧故障和由低压断路器中断的短路期间产生；和
图3是相同的曲线图，示出根据本发明由检测器检测的光束部分。
具体实施方式
该电气防护装置P以本身已知的方式包括电弧检测器，电弧检测器包括与电流测量传感器相关联的光检测传感器1和旨在减弱潜在的电弧故障的影响的电气防护器件3二者。
这些电气防护器件3包括称为主断路器4的断路器，由前述组的母线J供给电力；继电器5，能够通过光传感器1接收与在配电系统内发出的光相关的信息并且通过与短路器7一起设置在多个母线上的电流传感器6接收流动通过所述组母线J的电流。该短路器7电联结到所述组母线J和继电器5二者。继电器能够在达到与光和电流相关的前述测量值的阈值时并行发送两个命令，分别地，一个命令用于致动短路器7，一个命令用于致动主短路器4的断开。
根据本发明，该光检测器1包括用于去除发出的光束的可见部分和红外部分的器件。有利地，该光检测器1包括用于阻挡具有完全高于430nm的频率的所有光波的器件。
根据图1中示出的实施例，该光检测器1为光学传感器，包括检测UV、可见光和红外光的光电二极管，该光电二极管设置有阻挡高于450nm(+/-20nm)的波长的滤波器。
其他类型的传感器可被使用，如例如光电晶体管，其设置有波长阻挡滤波器或带通滤波器。
因而，对于所述传感器，可能设想提供低成本的标准光电二极管或光电晶体管(检测紫外光、可见光和红外光)，其具有阻挡高于450nm(+/-20nm)的波长的滤波器或400nm(+/-20nm)带通滤波器。
这些光学传感器也可使用光纤制备。在该情况下，可能选择与400nm(+/-20nm)带通滤波器或阻挡高于450(+/-20nm)的波长的低通光学滤波器相关联的透紫外线无衰减的光纤。
图2和图3示出在存在内部电弧故障和短路故障二者的情况下配电系统内存在的光束的光谱，这两幅图分别显示了作为波长l的函数的光束的强度I。
在图2和图3中，光束部分F对应于由位于光学传感器下游并且中断短路电流的低压断路器的排放物产生的光束，而光束部分D对应于由配电系统内的内部电弧故障的存在产生的光束。
图3通过框E示出由光传感器进行的选择，其仅将波长低于450nm的那些光波计数。
因而，根据本发明的内部电弧防护方法和装置使得可能检测由(两相)电气设备(或具有单相和中性线电气设备)的两个有电部件之间出现的意外内部电弧产生的光，同时当光由中断电气柜外部的电气故障的低压断路器的出口气体产生时保持不工作。
这由于一装置成为可能，该装置包括例如传感器或光纤，和处理器件，传感器或光纤配置为去除可见光和红外光，并且产生指示在电气柜内部传播的电弧事件的信号，处理器件联接到传感器，并且配置为基于由传感器发送的信号分析光性能，并且产生指示内部电弧故障的信号。例如，该光性能可以是光强度，其在其高于8000lux时将导致继电器的状态改变，从而指示内部电弧故障。
最后，根据本发明的防护装置还包括防护器件，其配置为接收内部电弧故障信号，并且减弱配电柜中电弧的影响。
操作中，继电器接收两项信息；一项与光相关，另一项与电流相关。但是，在该阶段，由断路器发出的光的可能性被消除。如果达到与光和电流相关的两个测量值的阈值，则继电器并行发送两个命令，一个用于致动烟火短路器，另一个用于致动主短路器的断开。短路器的致动和断路器的断开仅在存在内部电弧故障时发生。
因而，本发明允许在内部电弧和由低压空气断路器产生的那些之间选择性脱扣。
该方法使得可能保持低压防护装置的选择性，并且防护在有电导体附近工作人员。
具体地，所述装置检测内部电弧故障，并且该故障通过由主断路器和短路器进行的分断解决，或该故障是接地短路故障，其将不由内部电弧检测器检测，而是将通过位于内部电弧检测器下游的低压断路器解决。
当然，本发明不限于仅通过示例给出的所述和所示的实施例。相反，本发明包括所述器件的所有技术等效件及其组合，只要这些是根据本发明的精神实现的。

Claims (14)

1.一种配电系统中的内部电弧故障的防护方法，包括以下步骤：
检测在配电系统内包括在300至430nm范围内的任何光束，并且在存在该光束的情况下，产生指示系统内存在内部电弧的信号；
基于前述信号分析前述光束的特征，如果这些特征符合表征内部电弧故障的所需条件，则发送内部电弧故障信号，由此，
在存在内部电弧故障时，减弱其在配电系统中的影响，
其特征在于，所述配电系统容纳一组母线，所述一组母线向主断路器供应电力，并且在下游电连接到至少一个低压断路器，并且在于，在前述检测步骤和前述分析步骤之间，该光束的可见部分和红外部分被去除，这些部分可能由中断短路电流的低压断路器的出口所发出的离子化气体产生，使得在存在内部电弧故障的情况下，或者防护装置检测到内部电弧故障，并且该故障将通过由主断路器执行的断开而被消除，或者故障是短路故障，由于该光束的可见部分和红外部分被去除，所述短路故障将不会被内部电弧检测器检测到，但是将被位于内部电弧检测器下游的至少一个低压断路器消除。
2.根据权利要求1所述的防护方法，其特征在于，在前述的检测步骤和前述的分析步骤之间，阻挡光束的具有完全高于430nm的频率的所有光波。
3.根据权利要求1或2所述的防护方法，其特征在于，前述分析步骤包括测量光束的强度的步骤。
4.一种配电系统中的内部电弧故障的防护装置，包括：
光检测器(1)，放置在前述配电系统内部，能够检测包括在该系统内的在300至430nm范围内的光束，并且能够产生指示该系统内的内部电弧的信号；
处理器件，联接到光检测器(1)，并且配置为基于前述信号分析该光束，并且配置为如果满足内部电弧故障的条件，则产生指示内部电弧故障的信号；和
电气防护器件(3)，配置为接收电弧故障信号，以减弱配电系统中的电弧，
其特征在于，光检测器(1)能够去除该光束的可见部分和红外部分，并且在存在该光束的除了可见部分或红外部分之外的称为该光束的剩余部分的部分时能够产生指示存在传播通过系统的内部电弧的信号，并且特征在于，前述处理器件配置为基于前述信号分析该光束的除了可见或红外部分之外的该部分，并且配置成如果符合内部电弧故障的条件则产生指示内部电弧故障的信号，
并且其中，所述防护装置能够执行根据权利要求1-3中任一项所述的防护方法。
5.根据权利要求4所述的防护装置，其特征在于，前述处理器件包括用于测量所述光束的该剩余部分的强度的器件。
6.根据权利要求4或5所述的防护装置，其特征在于，该光检测器(1)包括至少一个光学传感器或至少一根光纤。
7.根据权利要求6所述的防护装置，其特征在于，每个光学传感器包括至少一个光电二极管和/或至少一个光电晶体管，每个光电二极管或光电晶体管设置有低通滤波器，其阻挡具有高于450nm的波长的那些光束。
8.根据权利要求6所述的防护装置，其特征在于，每个光学传感器包括至少一个光电二极管和/或至少一个光电晶体管，每个光电二极管或光电晶体管设置有允许具有380nm至420nm的波长的光束通过的带通滤波器。
9.根据权利要求6所述的防护装置，其特征在于，每根光纤是透紫外线光纤，并且与允许具有380nm至420nm的波长的光束通过的带通滤波器或阻挡高于450nm的波长的低通光学滤波器相关联。
10.一种配电系统，其特征在于，其包括根据权利要求4-9中任一项所述的防护装置。
11.一种配电系统，包括一组母线J，根据权利要求4-9中任一项所述的防护装置P，和电气防护器件(3)，该电气防护器件(3)旨在减弱系统内的潜在的内部电弧故障的影响。
12.根据权利要求11所述的配电系统，其特征在于，前述电气防护器件(3)包括称为主断路器(4)的断路器，其经由前述一组母线J供应电力；继电器(5)，其能够接收与系统内的光及流动通过所述一组母线的电流二者相关的信息；以及短路器(7)，其电联结到主断路器(4)和继电器(5)二者，所述继电器能够在达到前述与光相关的测量值和与电流相关的测量值的阈值时并行发送两个命令：分别地，一个命令用于致动短路器(7)，一个命令用于致动主断路器(4)的断开。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的配电系统，其特征在于，其还包括至少一个低压空气断路器，所述低压空气断路器位于所述光检测器(1)的下游。
14.根据权利要求13所述的配电系统，其特征在于，其为低压电气柜。
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