TWI617106B - 具有斷路器及隔離器開關之設備及配置電力輸送系統之方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於在電力輸送系統中使用之具有斷路器及隔離器開關之設備,該具有斷路器及隔離器開關之設備包含單向直流(DC)斷路器,其具有第一端子及第二端子,且經配置來在正向方向上於過電流狀態期間自動斷開、以及經配置來在反向方向上獨立於電流位準保持閉合。隔離器開關與斷路器串聯。隔離器開關具有第一端子,其用於連接至電源之第一極性連接器;第二端子,其用於連接至該電源之第二極性連接器;以及共同端子,其連接至該斷路器之該第一端子。隔離器開關具有至少第一位置,第一端子在第一位置上連接至共同端子;以及第二位置,第二端子在第二位置上連接至共同端子。電源之第二極性連接器可耦接至運輸系統之軌道,且電源之第二極性連接器可耦接至運輸系統之帶電架空電纜或帶電第三軌條。當處於維護狀態時,該設備可用來使帶電電纜或帶電第三軌條安全地接地。
Description
本發明係關於一種斷路器,尤其係關於直流斷路器。
直流電力輸送系統廣泛使用於例如將電力輸送至運輸系統之導電軌條。實例包括鐵路基礎結構及電車道基礎結構,在該基礎結構中直流(DC)電流供應至諸如帶電第三軌軌道或帶電架空電纜之帶電導電軌條,例如正電壓導電軌條。此類電力輸送系統要求自動斷路器保護,以在過電流狀態發生時迅速及自動地將帶電導電軌條與電源斷開連接。此類過電流可藉由眾多類型之事件引起,諸如對電纜支撐結構之破壞、電纜或軌條之移位、帶電導電軌條意外短接至地面或使用該電力輸送系統之負載裝置中之過載狀態。
電力輸送系統亦要求一機構,該機構用於當人員有必要在該基礎結構上工作時,將導電軌條置於例如接地維護狀態之安全維護狀態。此使得當帶電導電軌條未服務時,任何導電軌條至電源之偶然連接或網路某處之導電軌條上之雷擊不對該基礎結構之其他部分或在該基礎結構上
工作之人員造成損傷或傷害。
在現有基礎結構中,提供導電軌條之安全維護狀態之一個途徑為於導電軌條與負電壓回流軌條或接地軌條之間手動附接短接條或短接夾器。
本發明之一目的為提供一種替代及/或改良設備,用於致能(i)自動斷路器保護及(ii)導電軌條接地至「維護」或「未服務」狀態之功能性。
根據一個態樣,本發明提供一種斷路器(circuit breaker)及隔離器(disconnector)設備,係供電力輸送系統使用,該具有斷路器及隔離器開關之設備包含:單向直流(DC)斷路器,其具有第一端子及第二端子,且配置來在正向方向上於過電流狀態期間自動斷開、以及配置來在反向方向上獨立於電流位準保持閉合;以及隔離器開關,其與該單向直流(DC)斷路器串聯,該隔離器開關具有:第一端子,其用於連接至電源之第一極性連接器;第二端子,其用於連接至該電源之第二極性連接器;以及共同端子,其連接至該單向直流(DC)斷路器之該第一端子;該隔離器開關具有至少第一位置,該第一端子在該第一位置上連接至該共同端子;以及第二位置,該第二端子在該第二位置上連接至該共同端子。
單向直流(DC)斷路器可包括配置來強制單向直流(DC)斷路器進入斷開狀態之手動可操作的跳閘開關。隔離器開關可聯鎖以當單向直流(DC)斷路器處於閉合狀態時,防止
於第一位置與第二位置之間之切換。單向直流(DC)斷路器之第二端子可耦接至電力輸送系統之第一導電軌條。隔離器開關之第一端子可連接至電源之第一極性連接器,且隔離器開關之第二端子可連接至電源之第二極性連接器。電源之第二極性連接器可耦接至運輸系統之軌道,且電源之第一極性連接器可耦接至運輸系統之架空電纜或第三軌條。正向方向可對應於自單向直流(DC)斷路器之第一端子至單向直流(DC)斷路器之第二端子之電流流動,且反向方向可對應於自單向直流(DC)斷路器之第二端子至單向直流(DC)斷路器之第一端子之電流流動。隔離器開關可包括第三位置,在第三位置上第一端子及第二端子與共同端子電性隔離。隔離器開關可經配置來藉由手動操作來操作。隔離器開關可包括視覺位置指示器,該視覺位置指示器指示處於第一位置或第二位置之隔離器開關之狀態。
根據另一態樣,本發明提供一種配置電力輸送系統之方法,該方法包含:提供具有第一極性端子及第二極性端子之直流(DC)電源;將隔離器開關耦接至直流(DC)電源,以使得該隔離器開關具有連接至直流(DC)電源之第一極性端子的第一端子、以及連接至直流(DC)電源之第二極性端子的第二端子,該隔離器開關具有至少第一位置,該第一端子在該第一位置上連接至共同端子;以及第二位置,該第二端子在該第二位置上連接至該共同端子;將該隔離器開關之該共同端子連接至單向直流(DC)斷路器之第一端子,該單向直流(DC)斷路器具有第一端子及第二端子,
且配置來在正向方向上於過流狀態期間自動斷開、以及配置來在反向方向上獨立於電流位準保持閉合;將該單向直流(DC)斷路器之該第二端子連接至第一電力線;以及將該隔離器開關之該第二端子及該直流(DC)電源之該第二極性端子連接至第二電力線。
該方法可包括藉由將隔離器開關切換至第一位置來將第一電力線及第二電力線置於服務中狀態,以及隨後將單向直流(DC)斷路器設定至閉合組態。該方法可包括藉由將單向直流(DC)斷路器設定至斷開組態來將第一電力線及第二電力線置於安全維護狀態,隨後將隔離器開關切換至第二位置,隨後將單向直流(DC)斷路器設定至閉合組態。
1‧‧‧直流電源
2‧‧‧正輸出端子
3‧‧‧負輸出端子
4‧‧‧匯電條
5‧‧‧斷路器
6‧‧‧負回流導電軌條
7‧‧‧正導電軌條
10‧‧‧隔離器開關
11‧‧‧第一端子
12‧‧‧第二端子
13‧‧‧共同端子
20‧‧‧斷路器
21‧‧‧第一端子
22‧‧‧第二端子
現在將藉助於舉例及參照隨附圖式來描述本發明之實施例。
圖1A至圖1D為展示處於四個狀態之用於鐵路基礎結構的電力輸送系統之示意圖,該四個狀態例示鐵路之導電軌條自服務(通電)狀態至安全維護狀態之切換。
圖1A至圖1D顯示用於將電力輸送至鐵路基礎結構之導電軌條的高電壓電力輸送系統之示意圖示。直流(DC)電源1具有正輸出端子2及負輸出端子3。直流電源1可為接收交流(AC)輸入之整流器。正輸出端子2經由斷路器5連接至匯電條4。匯電條4連接至隔離器開關10,該隔
離器開關連接至(單向)斷路器20。直流電源1之負輸出端子3連接至鐵路基礎結構之負回流導電軌條6。斷路器20連接至鐵路基礎結構之正導電軌條7。
在一個配置下,正導電軌條7可為適於藉由縮放儀來收集電流之架空電纜或懸鏈線。在另一配置下,該正導電軌條可為帶電第三軌條,例如沿鐵路軌道之軌條的側面放置或放置於鐵路軌道之軌條之間的剛性導體。負回流導電軌條6可為鐵路軌道或電車軌道。
隔離器開關10具有第一端子11,該第一端子電連接至匯電條4,且從而電連接至直流電源1之正輸出端子2。隔離器開關10具有第二端子12,該第二端子電連接至直流電源1之負輸出端子3且電連接至負回流導電軌條6。隔離器開關10具有可描述為共同端子13之第三端子,該共同端子連接至單向的斷路器20之第一端子21。隔離器開關10具有第一位置,該隔離器開關之第一端子11在該第一位置上電連接至共同端子13;以及第二位置,該隔離器開關之第二端子12在該第二位置上連接至共同端子13,例如單極雙位配置。
斷路器20具有第一端子21及第二端子22,且在以下意義上為單向的:該斷路器經配置來當偵測到過電流狀態時在第一(正向)方向上自動斷開該斷路器之接觸,在此情況下針對自第一端子21流動至第二端子22之電流,而倘若電流或過電流在反向方向上流動,即自第二端子22流動至第一端子21之電流,則該斷路器不自動斷開該斷路
器之接觸。
匯電條4可向該圖式中未顯示之其他隔離器及斷路器設備進行饋送,例如彼等配置來向鐵路基礎結構之負回流導電軌條6、正導電軌條7之其他節段進行饋送之匯電條。
在使用中,電力輸送系統將處於如圖1A所顯示之正常服務狀態,在該正常服務狀態下,電力藉由閉合(如所標記)之斷路器5、處於如所顯示之第一位置上(第一端子11與共同端子13連接)之隔離器開關10以及閉合(如所標記)之斷路器20自直流電源1輸送至負回流導電軌條6及正導電軌條7。
為使該電力輸送系統進入安全狀態用於維護,不僅必須中斷匯電條4與正導電軌條7之間之連接,亦必須使負回流導電軌條6與正導電軌條7彼此短接。
在第一步驟中,如圖1B所顯示,將斷路器20設定至斷開狀態,例如藉由使用手動超控或電子致動有意使該斷路器跳閘,或藉由引起該斷路器自動斷開之實際過電流故障狀態。可看出隔離器開關10此刻無負載且可安全地切換至如圖1C所指示之第二位置(第二端子12與共同端子13連接)。
在圖1C中,隔離器開關10此刻處於將第二端子12連接至共同端子13之第二位置,且因此負回流導電軌條6及直流電源1之負輸出端子3耦接至斷路器的第一端子21。此時,將斷路器20複位或以其他方式使得斷路器接
觸閉合且有效地使正導電軌條7與負回流導電軌條6彼此短接,使正導電軌條7處於安全狀態用於維護等等,如圖1D所顯示。
斷路器20之單向性從而在此刻確保在圖1D之配置下,正導電軌條7至電源之偶然或意外之連接或該軌條對諸如雷擊之放電之暴露不會使該斷路器跳閘至斷開狀態,在該斷開狀態下將使正導電軌條7潛在帶電且不安全。實情為,該斷路器將保持閉合且將允許電流經由負回流導電軌條6流動至地面。
為將該電力輸送系統再連接至服務中狀態,則將以上所論述之步驟反轉。
本文所描述之電力輸送系統之配置提供的優點在於:可將用於電路斷路功能及接地之設備整合至包含無負載隔離器及斷路器之共同設備中,且該斷路器可用來將隔離器置入無負載狀態,用於連接及斷開連接。
另一可能之優點在於:藉由將簡單轉換無負載隔離器開關10加入電路,已存在之全額定斷路器20可用來達成故障之製造,(如有必要,達成負載之製造)及接地裝置之短時電流任務要求,同時仍提供正向保護及切換功能。由於斷路器20之操作任務之擴展範圍往往由國際標準來要求,所以斷路器20為大體上比習知接地開關穩健得多之裝置。
另一潛在優點在於:隔離器開關10僅需要能夠耐受電流通道(短期耐受電流或標準狀態(STC)額定)且比相當
故障製造STC(及負載)額定開關裝置更緊湊,且可在不需要分離面板或外部佈線之情況下安裝於斷路器小間之後部。因此,可節省製造商及使用者之成本。
隔離器可大體上為比相當開關裝置更簡單及更可靠之裝置,且可在不維護之情況下額定用於機械操作之擴展數目。因為可將該隔離器僅作為無負載裝置來操作,所以隔離器開關10不必遭受橫跨任何接觸之電弧且因此不易磨損,且要求最小之維護工作量。
可對圖1A至圖1D所顯示之配置做出各種修改。在所顯示佈置中,直流電源1之正輸出端子2具有第一極性且連接至隔離器開關10、斷路器20以及「帶電」正導電軌條7,而負輸出端子3具有第二極性且連接至「安全」負回流導電軌條6,該負回流導電軌條大體上保持在接地電位處或接近於接地電位。將瞭解,此可使用作為位於接地電位處或靠近接地電位之「安全」電位連接之電源之正輸出端子2及將電力提供至「帶電」正導電軌條7之負輸出端子3來反轉。在此方面,可將電源端子之第一極性及第二極性反轉。
隔離器開關10亦可具備對應於中間位置或「隔離」位置之第三穩定位置(圖式未顯示),在該第三穩定位置上,第一端子11及第二端子12均不電連接至共同端子13,以使得第一端子11及第二端子12與共同端子13電性隔離。以此方式,正導電軌條7可與直流電源1之正輸出端子2及負輸出端子3完全隔離。
隔離器開關10可經配置來完全手動操作,或使用自動致動來操作或使用兩者之組合來操作。該隔離器開關可包括緊急手動操作設施。
隔離器開關10可包括視覺位置指示器,該視覺位置指示器指示在第一位置、第二位置及/或第三位置中之任何位置上之該隔離器開關的狀態。該視覺位置指示器可藉由從動指示器信號機或給出相關移動部分之視野之窗口來提供。其他類型之視覺位置指示器為可能的。
斷路器20可經配置來在任何被認為是過電流狀態之適宜之電流位準上在正向方向上跳閘。
斷路器20可包含任何裝置或總成或其他適宜之佈置,用於提供當偵測到過電流狀態時在正向方向上中斷電路且在反向方向上獨立於電流位準保持閉合之方式。例如,如限定之斷路器可包含可經由並聯跳閘線圈以使用保護繼電器來觸發之開關或電路斷路裝置。該開關或電路斷路裝置可藉由任何用於偵測適當之故障或過載狀態之適宜的分離機構來觸發。
已在用於將電力輸送至鐵路基礎結構或電車道基礎結構之負回流導電軌條6、正導電軌條7的電力輸送系統之情境中描述該電力輸送系統。然而,該電力輸送系統可更通常應用至任何電力輸送系統,在該電力輸送系統中,當處於維護狀態或未服務狀態時,正常處在帶電高電位之導體網路必須接地或短接至處在安全電位之導體。
可修改該電力輸送系統以包括聯鎖系統,當斷路器20
處於閉合狀態時,該聯鎖系統防止在一個或兩個方向上操作隔離器開關10。若隔離器開關10具備如上所論述之第三(『隔離』)位置,則該聯鎖系統可經配置來防止該隔離器開關操作以自第一位置、第二位置以及第三位置之任一者或多者轉變,或轉變至第一位置、第二位置以及第三位置之任一者或多者。
其他實施例有意地處於隨附申請專利範圍之範疇內。
1‧‧‧直流電源
2‧‧‧正輸出端子
3‧‧‧負輸出端子
4‧‧‧匯電條
5‧‧‧斷路器
6‧‧‧負回流導電軌條
7‧‧‧正導電軌條
10‧‧‧隔離器開關
11‧‧‧第一端子
12‧‧‧第二端子
13‧‧‧共同端子
20‧‧‧斷路器
21‧‧‧第一端子
22‧‧‧第二端子
Claims (14)
- 一種具有斷路器及隔離器開關之設備,係供電力輸送系統使用,包含:一單向直流斷路器,其具有一第一端子及一第二端子,且配置來在一正向方向上於一過電流狀態期間自動斷開、以及配置來在一反向方向上獨立於電流位準保持閉合;以及一隔離器開關,其與該單向直流斷路器串聯,該隔離器開關具有一第一端子,其用於連接至一電源之第一極性連接器;一第二端子,其用於連接至該電源之第二極性連接器;以及一共同端子,其連接至該單向直流斷路器之該第一端子;該隔離器開關具有至少一第一位置,該第一端子在該第一位置上連接至該共同端子;以及一第二位置,該第二端子在該第二位置上連接至該共同端子。
- 如請求項1所記載之具有斷路器及隔離器開關之設備,其中該單向直流斷路器包括一手動可操作的跳閘開關,該手動可操作的跳閘開關配置來強制該單向直流斷路器進入一斷開狀態。
- 如請求項1所記載之具有斷路器及隔離器開關之設備,其中該隔離器開關經聯鎖以防止當該單向直流斷路器處於一閉合狀態時於該第一位置與該第二位置之間切換。
- 如請求項1所記載之具有斷路器及隔離器開關之設 備,其中該單向直流斷路器之該第二端子耦接至一電力輸送系統之一第一導電軌條。
- 如請求項1所記載之具有斷路器及隔離器開關之設備,其中該隔離器開關之該第一端子連接至該電源之第一極性連接器,且該隔離器開關之該第二端子連接至該電源之第二極性連接器。
- 如請求項4所記載之具有斷路器及隔離器開關之設備,其中該隔離器開關之該第一端子連接至該電源之第一極性連接器,且該隔離器開關之該第二端子連接至該電源之第二極性連接器。
- 如請求項6所記載之具有斷路器及隔離器開關之設備,其中該電源之該第二極性連接器耦接至一運輸系統之一軌道,且該電源之該第一極性連接器耦接至一運輸系統之一架空電纜或第三軌條。
- 如請求項1所記載之具有斷路器及隔離器開關之設備,其中該正向方向對應於自該單向直流斷路器之該第一端子至該單向直流斷路器之該第二端子之電流流動,且該反向方向對應於自該單向直流斷路器之該第二端子至該單向直流斷路器之該第一端子之電流流動。
- 如請求項1所記載之具有斷路器及隔離器開關之設備,其中該隔離器開關包括一第三位置,該第一端子及該第二端子在該第三位置上與該共同端子電性隔離。
- 如請求項1所記載之具有斷路器及隔離器開關之設備,其中該隔離器開關經配置來藉由手動操作而操作。
- 如請求項1所記載之具有斷路器及隔離器開關之設備,其中該隔離器開關包括一視覺位置指示器,該視覺位置指示器指示該隔離器開關在該第一位置或該第二位置上之狀態。
- 一種配置電力輸送系統之方法,包含以下步驟:提供具有一第一極性端子及一第二極性端子之一直流電源;將一隔離器開關耦接至該直流電源,以使得該隔離器開關具有連接至該直流電源之該第一極性端子的一第一端子、以及連接至該直流電源之該第二極性端子的一第二端子,該隔離器開關具有至少一第一位置,該第一端子在該第一位置上連接至一共同端子;以及一第二位置,該第二端子在該第二位置上連接至該共同端子;將該隔離器開關之該共同端子連接至一單向直流斷路器之一第一端子,該單向直流斷路器具有一第一端子及一第二端子,且配置來在一正向方向上於一過電流狀態期間自動斷開、以及配置來在一反向方向上獨立於電流位準保持閉合;將該單向直流斷路器之該第二端子連接至一第一電力線;以及 將該隔離器開關之該第二端子及該直流電源之該第二極性端子連接至一第二電力線。
- 如請求項12所記載之配置電力輸送系統之方法,其進一步包含以下步驟:藉由將該隔離器開關切換至該第一位置來將該第一電力線及該第二電力線置於一服務中狀態,隨後將該單向直流斷路器設定至一閉合組態。
- 如請求項12或13所記載之配置電力輸送系統之方法,其進一步包含以下步驟:藉由將該單向直流斷路器設定至一斷開組態來將該第一電力線及該第二電力線置於一安全維護狀態,隨後將該隔離器開關切換至該第二位置,隨後將該單向直流斷路器設定至一閉合組態。
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