TWM484242U

TWM484242U - 三相雙電源切換系統

Info

Publication number: TWM484242U
Application number: TW103201194U
Authority: TW
Inventors: guo-qing Zhang; Min-Jing Xie
Original assignee: guo-qing Zhang; Min-Jing Xie
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2014-08-11

Description

三相雙電源切換系統

　　本創作是關於一種電源切換系統，尤指一種三相雙電源的電源切換系統。

　　現代工業配電系統雖已相當進步，但因用電設備或線路本身的絕緣特性不良，或遭受開關突波、人為疏忽或其他原因，電網中發生短路故障的事故仍無法完全避免，當故障發生時，將產生很大的短路電流，因此，業界皆十分注重三相雙電源供電系統的轉供電安全，故將藉由保護設備將故障的設備或線路隔離，使電力系統的損失和影響減到最小。

　　參照中華民國專利申請號 100126740「雙電源安全切換裝置」一案，如第1圖所示，其包括各具有二保護電驛91、92及一開關器93的二上游供電迴路9、分別與該些保護電驛91、92連接的單一電流感測器94以及分別與保護電驛91、92訊號連接的控制單元95，該二上游供電迴路9分別連接至複數下游迴路96，該二上游供電迴路9之間更包括一常開的支援開關97。

　　當上述裝置判斷若故障發生於開關器93下游時，則不可導通支援開關97切換另一供電迴路9來支援供電，以避免因開關器93下游側故障未排除，造成轉供電後全面的供電失效之風險；若是供電迴路9之開關器93上游側供電異常或供電設備故障，經控制單元95判斷後即執行截止該開關器93，並確認開關器93已為截止狀態，始可導通支援開關97由另一供電迴路9進行復電，係可達到同步檢測供電迴路的電流，並且避免單一保護電驛故障，遂造成供電迴路的誤切換與誤停電的功效。

　　前述裝置確認開關器截止後才導通支援開關轉供電，或是習有技術有透過先投入支援開關並設置一延遲時間確認該支援開關確實投入後再切斷該開關器，此兩類作法雖具有特點，惟供電品質仍嫌不足，其原因在於，前者的作法係以絕對的安全作為考量，但仍然無法避免正在運作的設備因短暫停電被迫停機後再啟動；後者以設置延遲時間的方式，若下游迴路在支援開關投入的期間有用電設備被啟動時，常常可能因開關突波造成設備的絕緣劣化，導致相間短路故障，則上游兩供電迴路或發電機，以及下游所有供電迴路中如同步電動機、感應電動機等設備皆會在此短路故障的瞬間供應短路故障電流，恐因受限於開關設備本身具有的啟斷容量（Interrupting Capacity）不足，而釀成開關器的爆炸，甚至傷及無辜，釀成更大的工安事故。

　　由上可知，習有技術對供電操作風險及轉供電的操作彈性仍有諸多的疏漏，即使目前的技術得採國外進口的高速匯流排切換器（High speed bus transfer，HBT）來達到較有效的轉供電，但其成本十分昂貴，故此，目前的三相雙電源切換裝置仍有改善的空間。

　　本創作的目的在於提高電力系統遇到短路故障時可維持正常供電的可靠度，並避免下游供電迴路的開關器切換時產生過電流而故障釀災。

　　根據上述目的，本創作提出一種三相雙電源切換系統，包括個別具有一第一開關器的二上游供電迴路、個別與該些上游供電迴路電性連接且具有與一第二開關器串聯的至少一負載元件的二下游供電迴路、與該些上游供電迴路及該些下游供電迴路電性連接的一支援開關以及供接收信號並據以自動切換該些第一開關器或該支援開關的一監控單元，其特徵在於：該監控單元分別與該些第一開關器、該些第二開關器及該支援開關電性連接，該監控單元更包括一邊緣觸發電路，該邊緣觸發電路供偵測該些第二開關器的開關狀態是否有轉態訊號且使該監控單元據以打開該些第一開關之其一或該支援開關。

　　進一步地，本創作其特徵在於該些上游供電迴路分別設有至少一接地故障電流檢測元件，該些接地故障電流檢測元件分別與至少一保護電驛電性連接；以及該監控單元分別與該些保護電驛、該些第一開關器、該些第二開關器及該支援開關電性連接。

　　進一步地，本創作其特徵在於該些上游供電迴路更分別包括一隔離變壓器，該隔離變壓器的二次側的中性點連接有一正阻抗元件，該些第一開關器設於該隔離變壓器的下游側，該些隔離變壓器的上游側分別設有至少一接地故障電流檢測元件，該些接地故障電流檢測元件分別與至少一保護電驛電性連接，該監控單元分別與該些保護電驛、該些第一開關器、該些第二開關器及該支援開關電性連接。

　　進一步地，本創作其特徵在於該些上游供電迴路更分別包括一隔離變壓器，該隔離變壓器的二次側的中性點連接有一正阻抗元件，該些第一開關器設於該隔離變壓器的下游側，該些隔離變壓器的上游側分別設有至少一接地故障電流檢測元件，該些接地故障電流檢測元件分別與至少一保護電驛電性連接；以及該監控單元分別與該些保護電驛、該些第一開關器、該些第二開關器及該支援開關電性連接，該監控單元更包括一邊緣觸發電路，該邊緣觸發電路供偵測該些第二開關器的開關狀態是否有轉態訊號且使該監控單元據以打開該些第一開關之其一或該支援開關。

　　本創作具有下列優點：

　1.充分發揮監控單元以及隔離變壓器與正阻抗元件的特性，使下游供電迴路的設備在上游供電迴路發生單相接地故障時仍可確實持續運轉，維持生產力，提高轉供電的可靠度。

　2.當在第二開關器轉態的瞬間即可及時斷開第一開關器之其一或支援開關的機制，故可預防當轉供電時下游供電迴路之中的負載啟動造成的短路大電流的發生，達到避免故障擴大的功效，而大幅提昇轉供電的安全性。

　3.尤其針對電網中較常發生的單相接地事故的轉供電救援機制，達到和習知快速匯流排切換器（HBT）相同的優點。

　4.以較低的投資成本，可普遍提昇業界針對供電穩定用的相關改善設備改良升級的意願。

〔習知〕

91、92‧‧‧保護電驛
93‧‧‧開關器

94‧‧‧電流感測器
95‧‧‧控制單元

96‧‧‧下游迴路
97‧‧‧支援開關

〔本創作〕

21、22‧‧‧上游供電迴路
23、24‧‧‧第一開關器

31、32‧‧‧下游供電迴路

311、312、321、322、351、352‧‧‧負載元件

331、332、333、341、342、361、362‧‧‧第二開關器

4‧‧‧支援開關
5‧‧‧監控單元

61、62、65‧‧‧隔離變壓器
63、64‧‧‧正阻抗元件

71、72、73、74、75、76‧‧‧電流檢測器

81、82、83、84、85、86‧‧‧保護電驛

第1圖：習知裝置電路示意圖。

第2圖：本創作第一實施例的電路示意圖。

第3圖：本創作第二實施例的電路示意圖。

第4圖：本創作第三實施例的電路示意圖。

　　請參照第2圖，本創作三相雙電源切換系統的第一實施例，係包括二上游供電迴路21、22、個別與該些上游供電迴路21、22電性連接的二下游供電迴路31、32、與該些上游供電迴路21、22及該些下游供電迴路31、32電性連接的一支援開關4以及一監控單元5，其中，該上游供電迴路21具有一第一開關器23，該另一上游供電迴路22具有另一第一開關器24，該下游供電迴路31分別具有複數第二開關器331、332，該些第二開關器331、332個別連接一負載元件311、312，該另一下游供電迴路32分別具有複數第二開關器341、342，該些第二開關器341、342個別連接一負載元件321、322，該些第一開關器23、24設為常閉，該些第二開關器331、332、341、342原則上設為常閉但仍得視實際狀況而僅部份設為常閉，該支援開關4設為常開，該監控單元5供接收信號並自動切換該些第一開關器23、24之其一或該支援開關4，其特徵在於：

　　該監控單元5分別與該些保護電驛81、82、該些第一開關器23、24、該些第二開關器331、332、341、342及該支援開關4電性連接，該監控單元5更包括一邊緣觸發電路（圖未示出），該邊緣觸發電路供偵測與判斷該下游供電迴路31、32之該些第二開關器331、332、341、342的開關狀態是否有轉態訊號且使該監控單元可據以打開該些第一開關23、24之其一或該支援開關，該邊緣觸發電路得以邏輯電路實施。

　　一般而言，前述的該些上游供電迴路21、22可為發電機、市電或為UPS（不斷電系統）的電源系統，而下游供電迴路31、32的負載元件311、312、321、322可包括有感應電動機或同步電動機或其他如照明裝置的負載，而在一般正常的運轉情況下，上游供電迴路21對下游供電迴路31供電，另一上游供電迴路22對另一下游供電迴路32供電。

　　接續，請參照第3圖，為本創作第二實施例，除了包括具有邊緣觸發電路的監控單元5外，本創作三相雙電源切換系統的上游供電迴路21、22更分別包括一隔離變壓器61、62，該些隔離變壓器61、62的二次側的中性點連接有一正阻抗元件63、64，該些隔離變壓器61、62的上游側（即隔離變壓器61、62的一次側）分別設有一電流檢測器71、72，該些第一開關器23、24係分別設於該些隔離變壓器61、62的下游側（即隔離變壓器61、62的二次側），該些電流檢測器71、72以零相比流器（ZCT）實施並個別與二保護電驛81、82電性連接。

　　此外，若需提高故障點偵測的準確度，則進一步以如第4圖所示的第三實施例，在該些隔離變壓器61、62的下游側與該些第一開關器23、24之間分別設置至少一接地故障電流檢測元件73、74，並且，該些正阻抗元件63、64的迴路亦更分別設置有至少一接地故障電流檢測元件75、76，該些接地故障電流檢測元件73、74、75、76亦分別與至少一保護電驛83、84、85、86電性連接，藉由設置該些接地故障電流檢測元件73、74、75、76，得以較為精確地偵測最常發生在三相雙電源切換系統的單相接地故障所發生的故障點；

　　實務上的下游供電迴路31、32的可設計為獨立的供電迴路，亦可設計為彼此相互連接的供電迴路，型態不拘，故請繼續參照第4圖，該第二開關器332連接的負載元件312可進一步改為連接有一隔離變壓器65，該隔離變壓器65又再連接一第二開關器333，該第二開關器333與該監控單元5連接，則亦可監控該第二開關器332、333的開關狀態，該下游供電迴路31更包括以複數第三開關器361、362分別串聯另一下游供電迴路35的二負載元件351、352來實施，並且，該些第三開關器361、362亦需與監控單元5連接，以利偵測該些第三開關器361、362的開關狀態。

　　以下請參照第3圖，以第二實施例上游供電迴路21發生單相接地故障為例，說明本創作在單相接地故障時的詳細作動與功效。

　　當上游供電迴路21發生單相接地故障，保護電驛81將從電流檢測器71接收到故障信號時，隨即觸發監控單元5執行投入支援開關4，將兩上游供電迴路21、22並聯一短暫時間，需說明的是，因上游供電迴路21設有具中性接地電阻的正阻抗元件61，學理上已知單相接地故障引發的相對相電壓仍是平衡的，而且幾乎無電壓降，因此單相接地故障發生時對故障點或對其上、下游連接的負載係無不良影響，接續，再執行斷開第一開關器23，則此時另一上游供電迴路22可經第一開關器24及支援開關4對下游供電迴路31的設備持續供電，使各負載設備免於停機的風險，同時，工程人員可針對上游供電迴路21進行檢測與故障排除；若單相接地故障發生在另一上游供電迴路22，則以同樣的方式，先投入支援開關4，再將第一開關器24打開，由上游供電迴路21對下游供電迴路32供電。

　　此外，在實務上，設在下游的供電迴路通常具有其他的控制電路來啟動負載，因此，舉例而言，當系統狀態為轉供電中，而系統狀態係處在雙迴路轉供電的短暫並聯時間，若此時下游的該些第二開關器331、332、341、342之其一（此處以假設係第二開關器331）由投入轉為斷開，或者由斷開轉為投入，且不慎又發生短路事故，恐造成短路電流自其他各迴路（即上游供電迴路21、22及下游供電迴路32）灌入下游供電迴路31，以致下游供電迴路的開關器331無法承受過大的短路故障電流而爆炸或釀災，故本創作透過監控單元5內的邊緣觸發電路，在下游供電迴路31、32的第二開關器331、332、341、342發生轉態的瞬間將立即偵測出其具有轉態的電性訊號，並且立即控制將支援開關4斷開，停止對下游供電迴路31供電（上游供電迴路22可繼續對下游供電迴路24供電），以供工程人員進一步對下游供電迴路31進行檢修；若是另一下游供電迴路32發生短路故障，為避免另一下游供電迴路32的第二開關器341（或第二開關器342）無法承受，則監控單元5的邊緣觸發電路同樣在偵測後立即控制將支援開關4斷開，避免故障擴大；

　　上述斷開支援開關4僅是其中一種作法，而若當系統狀態係已由另一上游供電迴路22供電中而該上游供電迴路21要復電時，下游供電迴路31、32之第二開關器331、332、321、322之其一發生轉態，則為考量設備安全，也是最後的防護措施，即監控單元5偵測邊緣觸發信號後，以選擇性地切斷二上游供電迴路21、22第一開關器23、24之其一，或如前述段落切斷支援開關4，換言之，本創作在下游供電迴路31、32出現開關的轉態信號時，僅會保留其中兩個開關導通，待故障都排除後再執行轉供電。

　　本創作設置隔離變壓器並配合監控單元接收訊號，係充分利用隔離變壓器在一次側與二次側發生單相接地故障的相對相電壓不失真的特性，以致在發生單相接地故障時透過監控單元接收故障訊號，可採先投後切（make before break），將支援開關投入後，再切斷上游迴路的供電；而為預防下游可能發生的相間短路故障而導致更大的損害，監控單元內具有的邊緣觸發電路偵測到下游有電性訊號時則立即斷開支援開關。

　　綜上所述，本創作的系統設計以較低成本的元件實施，並且充分利用發揮每個元件特性的極限，減少製程跳機的機會，達到安全、可靠的三相雙迴路供電系統轉供電。

21、22‧‧‧上游供電迴路

23、24‧‧‧第一開關器

31、32‧‧‧下游供電迴路

311、312、321、322‧‧‧負載元件

331、332、341、342‧‧‧第二開關器

4‧‧‧支援開關

5‧‧‧監控單元

61、62‧‧‧隔離變壓器

63、64‧‧‧正阻抗元件

71、72‧‧‧電流檢測器

81、82‧‧‧保護電驛

Claims

【第1項】

一種三相雙電源切換系統，包括個別具有一第一開關器的二上游供電迴路、個別與該些上游供電迴路電性連接且具有與一第二開關器串聯的至少一負載元件的二下游供電迴路、與該些上游供電迴路及該些下游供電迴路電性連接的一支援開關以及供接收信號並據以自動切換該些第一開關器或該支援開關的一監控單元，其特徵在於：該監控單元分別與該些第一開關器、該些第二開關器及該支援開關電性連接，該監控單元更包括一邊緣觸發電路，該邊緣觸發電路供偵測該些第二開關器的開關狀態是否有轉態訊號且使該監控單元據以打開該些第一開關之其一或該支援開關。
【第2項】

如申請專利範圍第1項所述之三相雙電源切換系統，該邊緣觸發電路為邏輯電路。
【第3項】

一種三相雙電源切換系統，包括個別具有一第一開關器的二上游供電迴路、個別與該些上游供電迴路電性連接且具有與一第二開關器串聯的至少一負載元件的二下游供電迴路、與該些上游供電迴路及該些下游供電迴路電性連接的一支援開關以及供接收信號並據以自動切換該些第一開關器或該支援開關的一監控單元，其特徵在於：該些上游供電迴路分別設有至少一接地故障電流檢測元件，該些接地故障電流檢測元件分別與至少一保護電驛電性連接；以及該監控單元分別與該些保護電驛、該些第一開關器、該些第二開關器及該支援開關電性連接。
【第4項】

如申請專利範圍第3項所述之三相雙電源切換系統，其中，該電流檢測器為零相比流器（ZCT）。
【第5項】

一種三相雙電源切換系統，包括個別具有一第一開關器的二上游供電迴路、個別與該些上游供電迴路電性連接且具有與一第二開關器串聯的至少一負載元件的二下游供電迴路、與該些上游供電迴路及該些下游供電迴路電性連接的一支援開關以及供接收信號並據以自動切換該些第一開關器或該支援開關的一監控單元，其特徵在於：該些上游供電迴路更分別包括一隔離變壓器，該隔離變壓器的二次側的中性點連接有一正阻抗元件，該些第一開關器設於該隔離變壓器的下游側，該些隔離變壓器的上游側分別設有至少一接地故障電流檢測元件，該些接地故障電流檢測元件分別與至少一保護電驛電性連接，該監控單元分別與該些保護電驛、該些第一開關器、該些第二開關器及該支援開關電性連接。
【第6項】

如申請專利範圍第5項所述之三相雙電源切換系統，其中，該些隔離變壓器的下游側與該些第一開關器之間更分別設有至少一接地故障電流檢測元件，該些接地故障電流檢測元件分別與至少一保護電驛電性連接。
【第7項】

如申請專利範圍第5項所述之三相雙電源切換系統，其中，該些正阻抗元件的迴路更分別連接有至少一接地故障電流檢測元件，該些接地故障電流檢測元件分別與至少一保護電驛電性連接。
【第8項】

如申請專利範圍第5或6或7項所述之三相雙電源切換系統，其中，該電流檢測器為零相比流器（ZCT）。
【第9項】

一種三相雙電源切換系統，包括個別具有一第一開關器的二上游供電迴路、個別與該些上游供電迴路電性連接且具有與一第二開關器串聯的至少一負載元件的二下游供電迴路、與該些上游供電迴路及該些下游供電迴路電性連接的一支援開關以及供接收信號並據以自動切換該些第一開關器或該支援開關的一監控單元，其特徵在於：該些上游供電迴路更分別包括一隔離變壓器，該隔離變壓器的二次側的中性點連接有一正阻抗元件，該些第一開關器設於該隔離變壓器的下游側，該些隔離變壓器的上游側分別設有至少一接地故障電流檢測元件，該些接地故障電流檢測元件分別與至少一保護電驛電性連接；以及該監控單元分別與該些保護電驛、該些第一開關器、該些第二開關器及該支援開關電性連接，該監控單元更包括一邊緣觸發電路，該邊緣觸發電路供偵測該些第二開關器的開關狀態是否有轉態訊號且使該監控單元據以打開該些第一開關之其一或該支援開關。
【第10項】

如申請專利範圍第9項所述之三相雙電源切換系統，其中，該些隔離變壓器的下游側與該些第一開關器之間更分別設有至少一接地故障電流檢測元件，該些接地故障電流檢測元件分別與至少一保護電驛電性連接。
【第11項】

如申請專利範圍第9項所述之三相雙電源切換系統，其中，該些正阻抗元件的迴路更分別連接有至少一接地故障電流檢測元件，該些接地故障電流檢測元件分別與至少一保護電驛電性連接。
【第12項】

如申請專利範圍第9或10或11項所述之三相雙電源切換系統，其中，該電流檢測器為零相比流器（ZCT）。
【第13項】

如申請專利範圍第9項所述之三相雙電源切換系統，該邊緣觸發電路為邏輯電路。