[发明专利]使用滤波陷波电路以提供电弧故障脱扣协调的配电系统和电气开关设备

说明书

技术领域

本申请所公开的概念一般涉及电气开关设备，特别涉及诸如电弧故障电路中断器的电气开关设备。所公开的概念还涉及包括电弧故障电路中断器的配电系统。

背景技术

电气开关设备包括例如电路开关装置以及例如断路器和网络保护器等的电路中断器。电气开关设备——例如电路中断器，特别是模制外壳类断路器——在现有技术中众所周知。参见例如美国专利No.5,341,191。

断路器用于保护电路免受由于过流状况引起的损坏，例如过载状况、短路或者电弧故障或接地故障等其他故障状况引起的损坏。模制外壳断路器典型地包括每相一对可分离触头。该可分离触头可以通过壳外设置的手柄手动操作或是响应于检测到的故障状况自动操作。典型地，这样的断路器包括：操作机构，其被设计为快速开合可分离触头；脱扣单元，其检测多种故障状况，以便自动对断路器进行脱扣。在检测到故障状况时，脱扣单元将操作机构脱扣至脱扣状态，由此将可分离触头移至其断开位置。

工业断路器通常采用断路器框架(frame)，其容纳脱扣单元。参见例如美国专利No.5,910,760和No.6,144,271。脱扣单元可以是模块化的，且可以是可替换的，以便改变断路器的电气特性。

使用这样的脱扣单元是众所周知的：其采用微处理器来检测多种类型的过流或其他故障状况并提供多种保护功能，例如长延时脱扣、短延时脱扣、瞬时脱扣、电弧故障脱扣或短路故障脱扣。长延时脱扣功能保护由所保护电气系统供电的负载免遭过载和/或过流。短延时脱扣功能可用于协调断路器分层结构中的下游(downstream)断路器的脱扣。瞬时脱扣功能保护断路器所连接的电导体免受例如短路等破坏性过流状况。电弧故障脱扣功能保护电路免受串联和/或并联电弧故障。不言而喻，接地故障脱扣功能保护电路免受接地故障。

通过区域联锁可以实现断路器之间的过流脱扣协调，在区域联锁中，保护层级中较低的断路器向上游断路器发送故障检测信号，从而暂时降低上游断路器区域(例如，短延时)中脱扣曲线的敏感性，使得下游断路器有时间响应。

偶发电弧故障状况中，故障电流的均方根(RMS)值太低，以至于不能致动热磁脱扣机构。传统断路器由此将不能脱扣。附加电子电弧故障感应的断路器可为溅射电弧故障提供保护。理想地，电子电弧感应电路的输出直接脱扣(即断开)断路器。参见例如美国专利No.6,710,688；No.6,542,056；No.6,522,509；No.6,522,228；No.5,691,869和No.5,224,006。

电弧故障可以串联或并联。串联电弧的示例是：断线，其中断线的末端足够接近从而引发电弧；或者，松散或相对薄弱的电气连接。并联电弧发生在不同电位的导体之间或电力导体与地之间。与并联电弧故障不同，由于故障与负载串联，串联电弧故障几乎从不引起电流的增加。事实上，串联电弧故障会导致负载电流减小，且不能被传统保护装置的常规过载和过流保护检测到。甚至是可在电路中吸取超过常规额定电流的电流的并联电弧使得电流足够分散以产生小于引发热脱扣或者至少是延时操作所需的RMS值。电弧电压和线路阻抗的影响通常防止并联电弧达到足以致动瞬时脱扣功能的电流水平。此外，这种影响带来的损坏由于这些故障的集中特性而更为严重。

人们希望对故障状况的协调脱扣响应，以便在上游断路器不脱扣的同时确保最接近于故障的断路器脱扣断开，由此使得由于隔离故障所引起的对整个系统的扰动最小化。

对于电弧故障电路中断器协调，期望能够隔离电弧故障(最小化系统扰动)。但是，并不存在提供上下游电弧故障电路中断器之间的电弧故障脱扣协调的已知协调电弧故障电路中断器。

电气开关设备中存在改进的余地，例如，电弧故障电路中断器中存在改进的余地。

包含电弧故障电路中断器的配电系统中也有改进的余地。

发明内容

这些和其他需求可通过所公开概念的实施例来达到，其减少了来自远离电力线路(例如但不限于下游次级支路保护电力线路)的区域的电弧信号，同时，集中了来自电力线路(例如但不限于主电力线路；次级馈电线路)本地区域的电弧信号。这样使得最接近于电弧故障的电气开关设备脱扣，同时，阻止了例如上游馈线断路器或相邻支路中的断路器发生脱扣。因此，这样可以在串并联电路保护装置之间建立可行且有用的电弧故障脱扣协调，例如在主路中断器和支路中断器之间。