TWI605658B - 自動轉換電源的電容跳脫裝置及其方法 - Google Patents

Description

自動轉換電源的電容跳脫裝置及其方法

本案是一種關於電容跳脫裝置(Capactor Trip Device,CTD)自動切換輸入電源的方法及其裝置，特別是具有自動監測與轉換電源的功能。當原本供電迴路無法供電時，可由其他電源立即支援，而繼續提供緊急輔助工作電源。

電容跳脫裝置是一種非常普遍使用的產品，但往往讓人忽略它的重要性！電容跳脫裝置其使用的場所，一般是在高壓迴路中做為高壓系統跳脫迴路的工作電源。無論是使用在高壓斷路器(CB)的跳脫線圈，或者是使用在保護電驛(Relay)的工作電源，當作為電容跳脫裝置失能時，也即代表高壓系統發生事故時，無法作動以隔離事故點，並可能發生二次事故甚或引起爆炸、火災。

高壓隔離設備(H.V.CB)，是接受保護電驛的指令，做為是否跳脫高壓斷路器，以將主供電幹線(在台灣，是指台灣電力公司的供電幹線)將事故源隔離。因此該斷路器如果不能如期在某一事業單位(受電方)發生短路事故時立即跳脫，將會造成高壓隔離設備(H.V.CB)損壞，而擴及到影響主供電幹線供應電源給其他的事業單位(受電方)，造成連鎖性的產業損失。高壓斷路器能否及時跳脫，受控於保護電驛是否能即時發出指 令，因此，當提供保護電驛的工作電源有問題時，該保護電驛就不會動作；該保護電驛就不會動作時，高壓CB在事故發生時也就不會動作，無法隔離事業單位的事故點，造成嚴重的二次事故，甚至影響台電供電饋線跳脫！不可不慎。由於此高危險性的工安事件常因誤判而產生意外，於是供電幹線的業者(台灣電力公司)為防止電驛於短路事故時，因電壓驟降無法動作觸發斷路器跳脫，及因比流器飽和遲緩動作，要求事業單位要按照規定裝設其保護系統，才會答應供電。主要的規定內容是：採比壓器二次側電源供應時，應輔以電容跳脫裝置、或輔以電容跳脫裝置再併接不斷電系統(UPS)，且供電子式或數位式電驛使用之電容跳脫裝置，不得接供斷路器或其他設備使用。但這是理想，而意外常常來自於理想狀況之外，實務上不斷電系統一年、兩年後幾乎都會故障，但是事業單位卻不會察覺到，通常都是有短路事故時，發現高壓隔離設備(H.V.CB)不會跳脫，發現不斷電系統無法供應工作電源給保護電驛，但為時已晚。

但觀察習有的電容跳脫裝置其電源的供應來源，一般來自高壓比壓器的二次側電源，而其高壓比壓器在環境不良，或者過載甚而事故發生時而燒毀，或者發生因吸濕而造成耐壓不足而產生絕緣破壞，會造成供給電容跳脫裝置的輸入端沒有電；或者電容跳脫裝置內部主要的元件電容因時間老化衰減，皆會造成電容跳脫裝置失能，無法正常供電。此時若外部無法引入其他電源如UPS交源電源或者是直流電源(例如直流盤或者其他的電容跳脫裝置的電源)，會造成高壓盤於系統故障時，跳脫迴路沒有工作電源，而無法隔離事故點的嚴重性。

舊有設備系統中，往往都是使用盤內型固定式之電容跳脫裝 置，在實際狀況下，更換以及換修配線不是很容易，況且在盤內固定式維護保養時，必須打開高壓盤的盤門，常常會因此而發生感電事故，有鑑於安全上的考量，日後可能也必須移至盤面上，所以為解決實際維修更換電容跳脫裝置的問題，一種固定盤面兩用可模組化的電容跳脫裝置是必須解決的問題。

本案提供的電容跳脫方法與裝置，可改善昔日電容跳脫裝置種種的限制，本裝置裝設於盤面或固定於配電設備都可使用，並加以模組化，且有明確指示以及自動切換輸入電源的功能，以滿足使用者對於各種供電意外狀況的嚴苛要求，防止某一供電來源故障時，就無法使電容跳脫裝置繼續提供緊急工作電源。此等將在本案中獲得改善。

本案的首先提供一主交流電源單元，供給電容跳脫裝置。當該主交流電源單元具有複數個交流電源輸入時，設置一交流電源主控制互鎖單元，執行選擇與限制只能讓其中一個交流電源輸入給電容跳脫裝置。交流電源主控制互鎖單元預設優先執行選擇外來主供電幹線端(PT)的二次側電源，供應給電容跳脫裝置的自動監測切換電路組成，以便使控制電路組件運作。當主供電幹線端的二次側電源無法提供交流電源時，則令交流電源主控制互鎖單元執行選擇不斷電系統的電源。先設置一比較電壓電路在電容跳脫裝置內，並建立一額定直流輸出電壓值，以便比較偵測電容跳脫裝置的直流輸出電壓是否正常。

另外，本案還提供一輔助直流電源單元，其輸出端並聯於電容跳脫裝置的直流電輸出端。為了執行選擇與限制只能讓輔助直流電源單 元或電容跳脫裝置的直流電輸出其中一個直流電源輸出，設置一直流電源輔助控制互鎖單元，譬如是電驛的互鎖接點開關則可以解決。該直流電源輔助控制互鎖單元係接受比較電壓電路的控制。換言之，偵測電容跳脫裝置輸出的直流電壓，當保持監測電壓值時，就保持由電容跳脫裝置輸出直流電。但當低於比較電壓電路建立的額定直流輸出電壓值，譬如是低於直流時，則啟動直流電源輔助控制互鎖單元，以執行選擇輔助直流電源單元輸出。自動監測切換電路組件能自動偵測串連的電源主控制互鎖單元、電源輔助控制互鎖單元、與輔助直流電源單元三個單元，若低於比較電壓電路建立的額定直流輸出電壓值，且全部都無法正常輸出直流電源時，將供應電容跳脫裝置的外接交流電源，直接輸出交流電引至外接負載。

本案提供的自動轉換電源的電容跳脫裝置，主要包括：一具有一電錶型面板的本體，該本體較佳的是一盒狀體；一電容跳脫裝置設於該本體；與一自動監測切換電路組成。該電容跳脫裝置內部設有一控制電路組件，與一比較電壓電路其設有一額定電壓。該控制電路組件具有一交流電輸入端子與一直流電輸出端子，該控制電路組件有一全波整流單元與一隔離變壓器，將輸入的交流電整流變壓成適當的工作直流電輸出。

本案主要是進一步提供一自動監測切換電路組成其包括：一主交流電源單元具有至少一第一交流電源輸入單元、一第二交流電源輸入單元、與一輸出端提供工作電源給該電容跳脫裝置的該交流電輸入端子。一般而言，該第一交流電源輸入單元，較佳的是外來主供電幹線端(PT)的二次側電源，但必要時也可以是不斷電系統、發電機、或其他的等效電源。而該第二交流電源輸入單元較佳的係一不斷電系統，當然其他足以取代的 電源，譬如發電機等皆可適用。

該主交流電源單元係先透過一電源主控制互鎖單元，較佳的，譬如是一電驛，由該電源主控制互鎖單元選擇該第一交流電源輸入單元，或該第二交流電源輸入單元其中之一，再提供電源給該電容跳脫裝置。再者，另有一輔助直流電源單元具有輸出端，並聯於上述電容跳脫裝置的該直流電輸出端子。該輔助直流電源單元係先透過一電源輔助控制互鎖單元，較佳的，譬如是一電驛，再提供直流電源給該電容跳脫裝置。當上述電容跳脫裝置的該直流電輸出端子輸出的電壓值，低於該比較電壓電路預設之額定電壓時，該電源輔助控制互鎖單元即形成閉路，使該輔助直流電源單元提供直流輸出。上述所謂的對鎖，是指無論使交流電或直流電通電與否的控制，是利用電接點常開(Normal Open)、與常閉(Normal Close)不能同一時間通電的技巧，達到選擇與控制其中之一電源供電的目的。因此上述較佳實施例所舉的電驛，也可以利用等效電子電路、或等效的機械元件來取代，只要能具有執行自動選擇並聯電路其中之一供電的互鎖功能就可以。依據上述技術特徵，本案進一步還可包括一固定在該電錶型面板上的一押扣開關與一電錶，分別電連結於該電容跳脫裝置，且該控制電路組件與該押扣開關對鎖，防止線路在通電時誤按下該押扣開關也不會燒毀該電容跳脫裝置。

換言之，本案提供的電容跳脫裝置，可以是一具有形同電錶型狀態之電容跳脫裝置，或固定於盤體內之電容跳脫裝置。其具有一交流輸入端子與一直流輸出端子。並且有一個交流電源輸入端，以及一個直流電源輸入端。在外觀上，該輸入端的上方皆有指示燈顯示。本案裝置的內 部有自動監測切換電路組成，以達到自動切換電源的功能。平時以PT二次側電源為主，由一組電驛控制。當PT沒有電源時，第二順位的不斷電系統會輸入交流電源至電容跳脫裝置內部電路。又當電容跳脫裝置的輸出側低於工作電壓以下時，會再自動切換至另一組輔助電驛動作，並且經直流電源輸出，該直流電源可以來自於直流盤、電池組、或另一只電容跳脫裝置。倘若在最不理想的意外狀態下，如果也沒有輸出電源時，則再以不斷電系統或其他適當的電源，譬如是是不斷電系統、發電機之交流電源直接輸出。上述藉著電源控制互鎖單元，執行選擇與限制只能讓其中一個電源輸入給電容跳脫裝置的技術，可以確保供電端有電源供應，以提昇供電系統供應電源給跳脫迴路執行工作的可靠性。

當然，本案提供的該電錶型面板上可進一步設有一指示單元，其可包括有顯示正常、低電壓、不足容量之指示裝置，以及外接點至監控點。另外，本電容跳脫裝置也可以固定在盤內，或者是拆解自如地裝於配電盤盤面上。當然也可以在控制單元上拉出測試元件以及指示元件至配電盤盤面上，如此可以解決舊有的高壓設備盤已裝置在盤內，但是日後萬一要移至盤面時，又必須開孔、配線施工的繁瑣作業，該繁瑣作業有時甚至於當內部電源輸入要相互支援時，其改裝、配線、安置等作業非常麻煩，並且施工可能出差錯，甚至造成短路事故或燒毀器材等。

綜上所述，如此電容跳脫裝置可以提昇信賴度，用電品質可以提昇。本案提供的電容跳脫裝置，具有各種優點，有各種指示元件可以瞭解實際狀態，並且有模組型安裝測試結構，以及內部自動切換迴路，多重輸入電源的供電，可以使得配電系統，跳脫迴路的工作電源更穩定，提 昇電容跳脫裝置的可靠性以及供電系統的信賴度。是一種容易安裝，並可增強其供電品質的電容跳脫裝置。

10‧‧‧本體

11‧‧‧電錶型面板

20‧‧‧控制電路組件

21‧‧‧交流電輸入端子

22‧‧‧直流電輸出端子

25‧‧‧電驛

26‧‧‧電驛

2a,2b‧‧‧電驛的互鎖接點開關

40‧‧‧盤面

41‧‧‧輔助直流電源單元

50‧‧‧交流電源輸入端

60‧‧‧直流電源輸入端

第1圖是本案自動轉換電源的電容跳脫裝置外觀立體示意圖，顯示本體是固定的。

第2圖類似於第1圖，但顯示本案的裝置是可拆卸自如的。

第3圖是本案自動監測切換電路的自動切換控制方法的方塊示意圖。

第4圖是本案自動監測切換電路組件的電路示意圖。

第5圖是本案裝置內部控制電路組件的電路圖。

本案具有自動轉換電源的電容跳脫裝置，所實施的較佳的實施例如第1圖所示，其具有一立體空間盒狀本體10；內含一電錶型面板11樞設在該本體10上。該本體10可以固定在盤面上；或者如第2圖所示，整個電容跳脫裝置是可拆卸式的，可拆解自如地裝於配電盤盤面40上。再者，本體10上設有一組交流電輸入端子21供可輸入電源，譬如PT二次側電源。另有一組交流電源輸入端50，與一組直流電源輸入端60都是固定在電容跳脫裝置的本體10上。以上輸入端皆可接一顯示燈，以瞭解是否有電源。在直流輸出端子22供直流(DC)輸出也可接一顯示燈。所有的電源輸入端，皆進入如第3圖所示的自動監測切換電路組成中，自動監測切換選擇適當的電源後，再提供至電容跳脫裝置內部的控制電路組件20。該控制電路組件20請參閱第5圖，是固定預設在電容跳脫裝置的本體10內。該控制電路組件20的直流輸 出可供應電力給主供電端的斷路器或者電驛。該電容跳脫裝置內部又設有一比較電壓電路其預設有一額定電壓，譬如是直流(DC)80伏特。

本案的技術思想請參考第3圖的自動切換控制方塊示意圖，與第4圖自動監測切換電路的電路示意圖。首先提供一主交流電源單元(方塊70)，供給電容跳脫裝置。當該主交流電源單元具有複數個交流電源輸入時，設置一交流電源主控制互鎖單元，譬如是電驛25，執行選擇與限制只能讓其中一個交流電源輸入給電容跳脫裝置。交流電源主控制互鎖單元預設優先執行選擇外來主供電幹線端(PT)的二次側電源(方塊71)，供應給電容跳脫裝置的自動監測切換電路組成(方塊73)，以便使控制電路組件(方塊20)運作。當主供電幹線端(PT)的二次側電源無法提供交流電源時，則令交流電源主控制互鎖單元執行選擇不斷電系統的電源(方塊72)。先設置一比較電壓電路在電容跳脫裝置內，並建立一額定直流輸出電壓值(方塊74)，以便比較偵測電容跳脫裝置的直流輸出電壓。

請同時參考第4圖自動監測切換電路組件的電路示意圖，與第5圖控制電路組件的電路圖所示，本案還提供一輔助直流電源單元(方塊75)，其輸出端並聯於電容跳脫裝置的直流電輸出端。為了執行選擇與限制只能讓輔助直流電源單元或電容跳脫裝置的直流電輸出其中一個直流電源輸出，設置一直流電源輔助控制互鎖單元，譬如是電驛26的互鎖接點開關2a,2b則可以解決。該直流電源輔助控制互鎖單元係接受比較電壓電路的控制。換言之，偵測電容跳脫裝置輸出的直流電壓，當保持監測電壓值(方塊74)時，就保持由電容跳脫裝置輸出直流電(方塊76)。但當低於比較電壓電路建立的額定直流輸出電壓值(方塊74)，譬如是低於直流(DC)80伏特時，則 啟動直流電源輔助控制互鎖單元，以執行選擇輔助直流電源單元41輸出(方塊75)。

自動監測切換電路組件將自動偵測串連的電源主控制互鎖單元、電源輔助控制互鎖單元、與輔助直流電源單元三個單元，若低於比較電壓電路建立的額定直流輸出電壓值，且全部都無法正常輸出直流電源時，將供應電容跳脫裝置的外接交流電源(方塊77)，直接輸出交流電引至外接負載(方塊78)。

第4圖的電路示意圖顯示，當交流電進入即隨時偵測PT二次側電源是否有電。若是沒有電源時，隨即有交流電源端50經由接點進入到電容跳脫裝置內部控制電路組件20，並輸出至直流電輸出端子22。當直流電輸出端子22的電壓值低於工作電壓，且PT二次側沒有輸入電源時，則由直流電源端41輸入經由導通2a接點至直流電輸出端子22。又當PT二次側電源、與其他電源都沒有輸入電流，及直流電輸出端子22的輸出低於工作電壓時，則可由交流電源的輸入端50，外接至斷路器以及電驛的工作電源。

不同於第1圖的整體成型方式，如第2圖所示本案電容跳脫裝置是可拆卸式的，它有2項優點，第一，當電容跳脫裝置原本安裝放置於配電盤的盤內，日後可將電容跳脫裝置拆卸後仍然可再放置於盤面，而不必更換所有配線。其次，所有的交流電源以及直流電流已經皆有輸入端，並且可以另加予清楚的標示，所以不會發生配線錯誤而燒毀線路的問題。

本案提供的電容跳脫裝置，如上述具有各種自動控制供電的優點，且提供可拆卸式裝置。本案所提供的裝置，具有交流電源以及直流電源的輸入，且能自動切換選定適當電源，完全克服某些意外與維修上的 困難，提升用電品質，使高壓配電盤的穩定性更獲得保障的優點。

10‧‧‧本體

11‧‧‧電錶型面板

21‧‧‧交流電輸入端子

22‧‧‧直流電輸出端子

50‧‧‧交流電源輸入端

60‧‧‧直流電源輸入端

Claims (10)

1. 一種自動轉換電源至電容跳脫裝置的方法，包括：提供一主交流電源單元給電容跳脫裝置；當該主交流電源單元具有複數個交流電源輸入時，設置一交流電源主控制互鎖單元，執行選擇與限制只能讓其中一個該交流電源輸入給電容跳脫裝置；提供一輔助直流電源單元，其輸出端並聯於電容跳脫裝置的直流電輸出端；設置一比較電壓電路在電容跳脫裝置內，並建立一額定直流輸出電壓值；與設置一直流電源輔助控制互鎖單元，執行選擇與限制只能讓輔助直流電源單元或電容跳脫裝置的直流電輸出其中一個直流電源輸出，且使該直流電源輔助控制互鎖單元接受比較電壓電路的控制；偵測電容跳脫裝置輸出的直流電壓，當低於比較電壓電路建立的額定直流輸出電壓值時，則啟動直流電源輔助控制互鎖單元，以執行選擇輔助直流電源單元輸出。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，還包括令交流電源主控制互鎖單元執行優先選擇外來主供電幹線端(PT)的二次側電源。
3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，還包括當主供電幹線端(PT)的二次側電源無法提供交流電源時，令交流電源主控制互鎖單元執行選擇不斷電系統的電源。
4. 如申請專利範圍第2項所述的方法，還包括： 串連電源主控制互鎖單元、電源輔助控制互鎖單元、與輔助直流電源單元；與偵測該三個單元的直流電源輸出，當全部不輸出時，將供應電容跳脫裝置的外接交流電源，直接引至外接負載。
5. 一種自動轉換電源的電容跳脫裝置，包括：一具有一電錶型面板的本體；一電容跳脫裝置設於該本體，該電容跳脫裝置內部設有一控制電路組件，與一比較電壓電路其設有一額定電壓；該控制電路組件具有一交流電輸入端子與一直流電輸出端子，該控制電路組件有一全波整流單元與一隔離變壓器，將輸入的交流電整流變壓成適當的工作直流電輸出；與一自動監測切換電路組成其包括：一主交流電源單元具有至少一第一交流電源輸入單元、一第二交流電源輸入單元、與一輸出端提供工作電源給該電容跳脫裝置的該交流電輸入端子；該主交流電源單元係先透過一電源主控制互鎖單元，由該電源主控制互鎖單元選擇該第一交流電源輸入單元，或該第二交流電源輸入單元其中之一，再提供電源給該電容跳脫裝置；與一輔助直流電源單元具有輸出端，並聯於上述電容跳脫裝置的該直流電輸出端子，該輔助直流電源單元係先透過一電源輔助控制互鎖單元，再提供直流電源給該電容跳脫裝置；當上述電容跳脫裝置的該直流電輸出端子輸出的電壓值，低於該比較電壓電路預設之額定電壓時，該電源輔助控制互鎖單元即形成閉路，使該輔助直流電源單元提供直流輸出。
6. 如申請專利範圍第5項所述自動轉換電源的電容跳脫裝置，還包括將該電源主控制互鎖單元、該電源輔助控制互鎖單元、與該輔助直流電源單元串連控制，當該三個單元的直流電源輸出全部失能時，將該電容跳脫裝置的交流電輸入端子提供的外接交流電源，直接引至外接負載。
7. 如申請專利範圍第5項所述自動轉換電源的電容跳脫裝置，其中電源控制互鎖單元係一電驛。
8. 如申請專利範圍第5項所述自動轉換電源的電容跳脫裝置，其中該第二交流電源輸入單元係一不斷電系統。
9. 如申請專利範圍第5項所述自動轉換電源的電容跳脫裝置，還包括一固定在該電錶型面板上的一押扣開關與一電錶，分別電連結於該電容跳脫裝置，且該控制電路組件與該押扣開關對鎖，防止線路在通電時誤按下該押扣開關也不會燒毀該電容跳脫裝置(CTD)。
10. 如申請專利範圍第5項所述自動轉換電源的電容跳脫裝置，其中該電容跳脫裝置係可拆解的固定在配電盤盤面上。