CN111755271B - 执行断路和闭合操作的方法 - Google Patents

Abstract

一种在三相系统中执行断路和闭合操作的方法，该三相系统具有第一相、滞后于第一相120°的第二相、以及滞后于第一相240°的第三相，其中该方法包括：a)在对应相的电流的过零点之前只断开第一相、第二相和第三相中的一个相；b)在步骤a)之后，断开第一相、第二相和第三相中的剩余的相；以及c)在第一相、第二相和第三相中滞后于在步骤a)中被断开的一个相120°的相的相地电压处于时间范围时，同时或基本同时地闭合第一相、第二相和第三相，该时间范围是从所述相的峰值之前60°到该峰值之后90°。

Description

执行断路和闭合操作的方法

技术领域

本公开总体涉及一种执行断路和闭合操作的方法。

背景技术

断路器在某些应用中可能要经受大量的断路操作。例如，在电弧炉应用中，断路器磨损非常快，因为它们操作极为频繁，每天大约100次。

早些时候，用于操作电弧炉的断路器没有被同步。这导致严重的触头磨损，特别是考虑到电弧炉断路器操作如此频繁。这还会导致系统中产生严重的瞬态应力；断路器断开时的重燃和电弧炉变压器闭合时的浪涌电流。

EP3358588A1公开了一种三相断路器，其第一相在该相过零点前断开，其中第二相和第三相在第一相断开后四分之一个周期时断开。第一相和第二相在第一相与第二相之间的峰值电压处闭合，并且第三相在四分之一个周期后闭合。

发明内容

本公开的目的是提供一种执行断路和闭合操作的方法，以解决或至少缓解现有技术的问题。

因此，根据本公开的第一方面，提供了一种在三相系统中执行断路和闭合操作的方法，该三相系统具有第一相、滞后于第一相120°的第二相以及滞后于第一相240°的第三相，其中该方法包括：a)在对应相的电流过零点之前只断开第一相、第二相和第三相中的一个相；b)在步骤a)之后，断开第一相、第二相和第三相中的剩余的相；以及c)在第一相、第二相和第三相中滞后于在步骤a)中被断开的一个相120°的相的相地电压处于时间范围时，同时或基本同时地闭合第一相、第二相和第三相，该时间范围是从所述相的峰值之前60°到该峰值之后90°。

这种断路和闭合操作的同步延长了断路器的寿命。由于重燃而产生的瞬态过电压不会发生或至少会大幅降低，并且浪涌电流将一般会保持在标称电流以下。

本文中术语“基本”是指在十分之一或十分之几毫秒的数量级的时间范围内。

本文中术语“断开”是指触头分离。由断开所控制的是实现触头分离。本文中术语“闭合”是指实现触头接触。由闭合所控制的是实现触头接触。

根据一个实施例，时间范围是从峰值之前30°到峰值之后60°。

根据一个实施例，时间范围是从峰值之前10°到峰值之后30°。

根据一个实施例，时间范围是从峰值之前10°到峰值之后25°。

根据一个实施例，相地电压在峰值处。

根据一个实施例，在步骤a)中，过零点是当电流从负值到正值时发生的过零点，其中峰值为负峰值，或者过零点是当电流从正到负时发生的过零点，其中峰值为正峰值。

发明人特别发现，在临近负到正的过零点之前的断开与在如上所述的负峰值区域中的闭合进行组合，或者备选地在临近正到负的过零点之前的断开与在正峰值区域中的闭合进行组合，提供了在闭合时的最小的浪涌电流。

根据一个示例，上述两种组合都可以在大量的断路和闭合操作中互换地执行。因此，对于一些断路和闭合操作，过零点可以在电流从正到负时发生，并且对于其他断路和闭合操作，过零点可以在电流从负值到正值时发生。由于在相应的相中，闭合在某些情况下可能发生在正峰值区域，而在某些情况下可能发生在负峰值区域，因此在大量此类操作中看到的断路和闭合操作之间，电荷传输的方向改变。因此，断路器的触头可以受到较少的磨损。

一个实施例包括，选择在步骤a)中被断开的相，使得第一相、第二相和第三相在超过100次、500次或1000次断路和闭合操作中以相等或大约相等的次数被断开。

发明人已经发现，所提出的方法可能导致在每次闭合操作时在其中一个相中发生电压阶跃。由于断路器触头磨损与预冲击能量(即，电压阶跃的幅值)成比例，断路器的一个相的磨损将比其他相的磨损大。因此，对于不同的断路和闭合操作，借助于在步骤a)中断开不同的相、并且因此在不同相的峰值区域附近闭合，使得在统计上而言的大量断路和闭合操作中，每个相在步骤a)中首先被断开的次数大约相等，断路器的特定相的触头对的磨损可以减少为在所有三个相之间分散的磨损。

如何选择在步骤a)中要断开的相有许多变型，例如，按顺序进行每次断路和闭合操作(例如在第一次断路和闭合操作中选择第一相、在随后的断路和闭合操作中选择第二相、然后选择第三相等等、或者其任何变型)，或者在步骤a)中，可以连续地选择某个相预定的次数，然后再连续地选择另一个相预定的次数，等等。

根据一个实施例，在步骤b)中，剩余的相在步骤a)中的相的断开的四分之一个周期之后被断开。

根据第二方面，本公开提供了一种包括计算机代码的计算机程序，当该计算机代码由控制系统的处理电路执行时，使得控制系统执行根据第一方面的方法。

根据第三方面，本公开提供了一种用于在三相系统中执行断路和闭合操作的控制系统，该三相系统具有第一相、滞后于第一相120°的第二相以及滞后于第一相240°的第三相，其中该控制系统包括：处理电路以及包括计算机代码的存储介质，当该计算机代码由控制系统的处理电路执行时，使得控制系统执行根据第一方面的方法。

根据第四方面，本公开提供了一种系统，该系统包括：根据第三方面的控制系统；具有第一极、第二极和第三极的断路器系统；以及三个致动设备，每个致动设备被配置为分别致动第一极、第二极和第三极中的相应的极，其中控制系统被配置为控制致动设备。

致动设备例如可以是电机、弹簧致动器或磁致动器。

根据一个实施例，断路系统是电弧炉断路系统。

通常，权利要求中使用的所有术语都应该根据其在技术领域的普通含义解释，除非本文另有明确定义。所有对“一/一个/该元件、装置、部件、方法、步骤等”的引用都应该开放地解释为引用该元件、装置、部件、方法、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。

附图说明

现在通过示例、参考附图描述本发明概念的特定实施例，其中：

图1是被配置为执行断路和闭合操作的控制系统的示意性框图；

图2示意性地示出了包括图1中的控制系统的断路系统；

图3示出了具有电相的定义的图；

图4是执行断路和闭合操作的方法的流程图；

图5示出了具有所示相之一的断开时间的图；以及

图6a至图6b示出了图示电相的闭合时间的图。

具体实施方式

现在将在下文参考附图更全面地描述本发明的概念，附图中示出了示例性实施例。然而本发明的概念可以以许多不同的形式呈现，并且不应该被解释为限制于本文所列举的实施例；相反，通过示例提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完全的，并且将本发明概念的范围完全传达给本领域的技术人员。贯穿本说明书，相同的附图标记表示相同的元件。

图1示出了用于执行断路和闭合操作的控制系统1的示例。控制系统1包括处理电路3和存储介质5。

处理电路3例如可以使用能够执行本文公开的任意断路和闭合操作的合适的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等中的一项或多项的组合。

存储介质5例如可以被体现为存储器，诸如随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，以及更特别地被体现为外部存储器中的设备的非易失性存储介质，诸如USB(通用串行总线)存储器或者闪存(诸如紧凑型闪存)。

现在转向图2，示出了系统7的一个示例。系统7包括控制系统1、断路器系统9和致动设备，致动设备在下文中由电机M1-M3例示。致动设备的其他示例是弹簧致动器和磁致动器。

例示的断路器系统9是三相断路器。断路器9因此具有三对触头或极9a-9c。每对触头例如可以包括可移动触头和固定触头。每对触头9a-9c被配置为分别被连接到相应的电相。断路器系统9被配置为切断部分感性负载或纯感性负载。在断路系统用于电弧炉应用的一个示例中，每对触头9a-9c中的一个触头还可以通常经由变压器而被连接到例如电弧炉的电极。备选地，断路器系统可以包括三个单相断路器、三个单相开关或一个三相开关、三个单相接触器或一个三相接触器、或者三个单相负载断路开关或一个三相负载断路开关。

控制系统1被配置为控制电机M1-M3。每个电机M1-M3都被配置为：基于从控制系统1接收的控制信号，在断开位置与闭合位置之间操作触头对9a-9c的可移动触头中的相应可移动触头。

控制系统1被配置为被提供有与断路器系统9处于闭合状态时流经电相的电流相关的数据。控制系统1被配置为确定何时断开电相，即，何时断开触头对9a-9c中的一对触头和另外两对触头9a-9c，并且基于该确定将控制信号发送到电机M1-M3以启动断路和闭合操作。

控制系统1被配置为被提供有与断路器系统9的电网侧上的电相中的电压相关的数据。控制系统1被配置为确定何时闭合触头对9a-9c，并且基于电相中的至少一个电相的电压将控制信号发送到电机M1-M3，以同时地闭合所有电相。

将参考图3至图6b描述触头何时被断开和何时被闭合的示例。

图3示意性地描绘了本文所定义的三个电相。第一相L1是参考相，其中第二相L2滞后第一相120°。第三相L3滞后第一相240°。第三相L3因此滞后第二相120°。

图4是借助于控制系统1来执行断路和闭合操作的方法的流程图。

在步骤a)中，只断开第一相L1、第二相L2和第三相L3中的一个相。该断开在有关相的电流的过零点之前。在此，控制系统1被配置为向电机M1-M3中的一个电机提供控制信号，以断开对应的一对触头/极9a-9c。

过零点可以是在电流从负值到正值或从正值到负值时发生的过零点。这种情况在图5中也有说明。

术语“在过零点之前”通常是指电流过零点之前小于一个完整的相电流周期除以六、到1毫秒之间的时间范围，诸如对于50Hz系统而言是电流的过零点之前的1-3毫秒或1-2毫秒、或者电流的过零点之前1-1.5毫秒，或者对于60Hz系统而言是过零点之前的1-2.5毫秒。这种时间范围的示意性示例如图5所示，其中时间范围t1指示针对从负到正的电流值和过零点Z1的例示时间范围，并且时间范围t2指示针对从正到负的电流值和过零点Z2的例示时间范围。

控制系统1被配置为监测第一相L1、第二相L2和第三相L3中的至少一个相的电流和/或电压以及功率因数，以便能够确定特定相何时发生过零点。基于相L1-L3中的至少一个相的电流的确定来执行步骤a)。

在步骤b)中，断开另外两个在步骤a)中未被断开的相。这些相优选在步骤a)中的相断开之后的四分之一周期或90°时被断开。这两个相因此在步骤b)中被同时地断开。控制系统1因此可以向剩余的两个电机M1-M3提供控制信号，以断开剩余的闭合触头对9a-9c。

在步骤c)中，第一相L1、第二相L2和第三相L3被同时或基本同时地闭合。第一相L1、第二相L2和第三相L3在相地电压处于时间范围14时被闭合，该时间范围14限于从相L1-L3的图6a和图6b所示的峰值11、13之前60°到峰值11、13之后90°，该相L1-L3滞后于在步骤a)中被断开的相L1-L3 120°。这与随后的来自峰值11、13的过零点12、15相对应。这种情况针对正峰值11在图6a中示出，并且针对负峰值13在图6b中示出。

因此，如果在步骤a)中第一相L1被断开，那么在步骤c)中要考虑的适用的相地电压为第二相L2的相地电压。如果在步骤a)中第二相L2被断开，那么要考虑的适适用的相地电压为第三相L3的相地电压。如果在步骤a)中第三相L3被断开，那么要考虑的适用的相地电压为第一相L1的相地电压。

应当注意，断路和闭合操作不一定要在短时间内被执行，例如在几秒钟内被执行。有时从断路操作到闭合操作可能需要几分钟、几小时甚至几天的时间。

如果步骤a)中电流的过零点从负值到正值，那么步骤c)中的峰值13优选为负峰值13。如果步骤a)中电流的过零点从正到负，那么步骤c)中的峰值11优选为正峰值11。

根据一个示例，时间范围14更为狭窄，诸如限于从滞后于步骤a)中被断开的相L1-L3 120°的相L1-L3的峰值11、13之前30°到峰值之后60°，或者限于从滞后于步骤a)中被断开的相L1-L3 120°的相L1-L3的峰值11、13之前10°到峰值之后25°。

根据一个示例，时间范围14是单个点，该单个点为峰值11、13。因此在本示例中，相地电压在峰值11、13处。备选地，时间范围14是在峰值11、13的随后的过零点12、15处的单个点。

控制系统1可以被配置为将控制信号发送到所有电机M1-M3以执行步骤c)。控制系统1可以被配置为获取相L1-L3中的至少一个相的电压，以便确定何时执行电机M1-M3的闭合。

根据一个示例，在步骤a)中被断开的相L1-L3可以针对不同的断路和闭合操作而改变。因此，控制系统1可以选择相L1-L3中的哪个相在断路和闭合操作的步骤a)中首先断开。因此随着时间的推移，触头对9a-9c的磨损将会减少。有许多可能的方法来执行在步骤a)中要断开的相L1-L3的排列。例如，每个相L1-L3可以被连续地首先断开预定的次数(即，多次断路和闭合操作)，然后再切换到另一相L1-L3，该另一相L1-L3也可以被首先断开预定的次数，依此类推。根据另一示例，被断开的第一相可以交替进行，例如通过首先断开第一相L1、然后第二相L2、然后第三相L3，依此类推。通常，对于大量的断路和闭合操作，诸如100次、500次或1000次断路和闭合操作，所有相L1-L3可以有利地被首先断开相等次数或者大约相等的次数。

上文主要参考一些示例描述了本发明概念。然而，如本领域的技术人员容易理解的，除了上文公开的实施例之外的其他实施例在由所附权利要求定义的本发明概念的范围内也是等可能的。

Claims (12)

1.一种在三相系统中执行断路和闭合操作的方法，所述三相系统具有第一相、滞后于所述第一相120°的第二相以及滞后于所述第一相240°的第三相，其中所述方法包括：

a)在所述相中的仅一个相的电流的过零点之前，断开所述仅一个相；

b)在步骤a)之后，断开其他两相；以及

c)在滞后于所述仅一个相120°的相的相地电压处于时间范围时，同时或基本同时地闭合所述第一相、所述第二相和所述第三相，所述时间范围是从滞后于所述仅一个相120°的所述相的峰值之前60°到所述峰值之后90°。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间范围是从所述峰值之前30°到所述峰值之后60°。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间范围是从所述峰值之前10°到所述峰值之后30°。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间范围是从所述峰值之前10°到所述峰值之后25°。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述相地电压在所述峰值处。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤a)中，所述过零点是当所述电流从负值到正值时发生的过零点，其中所述峰值为负峰值，或者所述过零点是当所述电流从正到负时发生的过零点，其中所述峰值为正峰值。

7.根据权利要求1所述的方法，包括：选择在步骤a)中被断开的所述仅一个相，使得所述第一相、所述第二相和所述第三相在超过100次、500次或1000次断路操作中以相等或大约相等的次数被断开。

8.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b)中，所述其他两相在步骤a)中的所述仅一个相的中断之后被断开四分之一个周期。

9.一种存储计算机程序的非暂时性计算机可读介质，所述计算机程序包括计算机代码，当所述计算机代码由控制系统的处理电路执行时，使得所述控制系统执行根据权利要求1所述的方法。

10.一种用于在三相系统中执行断路和闭合操作的控制系统，所述三相系统具有第一相、滞后于所述第一相120°的第二相以及滞后于所述第一相240°的第三相，其中所述控制系统包括：

处理电路；以及

包括计算机代码的存储介质，当所述计算机代码由所述处理电路执行时，使得所述控制系统执行方法，所述方法包括：

a)在所述相中的仅一个相的电流的过零点之前，断开所述仅一个相；

b)在步骤a)之后，断开其他两相；以及

c)在滞后于所述仅一个相120°的相的相地电压处于时间范围时，同时或基本同时地闭合所述第一相、所述第二相和所述第三相，所述时间范围是从滞后于所述仅一个相120°的所述相的峰值之前60°到所述峰值之后90°。

11.一种系统，包括：

根据权利要求10所述的控制系统；

断路器系统，具有第一极、第二极和第三极；以及

三个致动设备，每个致动设备被配置为致动所述第一极、所述第二极和所述第三极中的相应极，其中所述控制系统被配置为控制所述致动设备。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统是电弧炉断路系统。

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