[发明专利]中高电压浪涌抑制系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年6月11日提交的临时申请62/010,746的优先权，其全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及用于电网的中高电压系统的浪涌抑制系统。

发明背景

现有的浪涌抑制系统已被开发成保护设备免受在工业设置(诸如，车间、工厂或其他大型系统)中使用的三相电源母线的一侧的电压瞬变。在一个已知的电压浪涌抑制器中，三个单相变压器设置有端子，每个端子通过熔断器连接到电源母线上的相应单相电源。该浪涌抑制器防御电压瞬变，电压瞬变能够严重损坏或损毁连接到有效三相电路的设备，或者能够导致整个车间断电。浪涌抑制器电路用作针对电力母线上的任意设备的浪涌和故障保护器。该浪涌抑制器系统可以与480V的配电系统一起使用，该480V的配电系统由2000至3000KVA的未接地三角形(delta)电力变压器供电，该变压器对1000英尺的母线管道供电以使得通常具有1至3A的充电电流。按照现场读数确定的实际安培值，该充电电流通常刚好大于2安培，其中变化是由于馈电电缆和母线管道的长度以及在任意给定时间工作的电动机和功率因数校正电容器的数量和尺寸而引起的。更典型地，电阻接地电路恒定地将该电荷释放到地以帮助防止接地问题。已知的浪涌抑制器连接到母线且不将该能量释放到地，而是将该能量用于帮助稳定和平衡相对于地的相位电压。

该已知的浪涌抑制器被安装在设备中并保护设备，该设备连接到设施层级的电源母线。然而，需要位于工业母线电源系统外部和远离工业母线电源系统的电网上的、用于中高电压电气系统的浪涌抑制器系统。

电网包括多个部件，通常描述为：发电机、变压器、输配电线和控制器。发电机由多种形式的能量来驱动，举几例，例如煤炭、天然气、核裂变、水力、太阳能乃至风能。一旦在约6000V的相对低的电压下生成电力，则通过使用大型电力变压器(LPT)将该电力升压到(通常处于数十万V的)高电压，其使得电力能够更加有效地在数英里的高压(传输)电线之上传送。一旦电力到达其将被使用的普通区域，则将其降压到较接近变电站/配电站处的最终电压。在将电力传送到建筑物中以供使用之前，配电线路经由路边电线杆或经由地下将近低压的电力传输到最终变压器。

本发明是在现有的相位加法器电路产品上进行改进的一种浪涌抑制器系统，其被设计成：在向住宅和工业设施输送电力之前，对这些建筑物提供电网层级的保护以使得这些建筑物可以经受较高的电压；由远程设置提供监测和通信；以及提供具有更高鲁棒性的安装平台，并且其可以配置并联的浪涌保护装置的系统以在需要对电力进行升压或者降压时保护电力系统两侧的电网层级的应用。

在中高电压系统中，本发明将被配置成：处理大规模、快速的能量“排出”，防止来自高电压/高磁通量的干扰，允许远程性能维护，以及根据需要提高针对物理攻击和严重的过电压的保护。在本发明与关键电网设施并联安装的情况下，电网的组件被保护以免受下述影响：

瞬变：脉冲瞬变是当大多数人声称他们经历过浪涌或者尖峰(spike)时他们的所指。可以使用许多不同的术语来描述脉冲瞬变，例如突出(bump)、突变(glitch)、功率浪涌和尖峰。脉冲瞬变的原因包括雷电、不良接地、感性负载的切换、公用设施故障清除以及静电放电(ESD)。其结果可以从数据损失(或损坏)到设备的物理损坏。在这些原因中，雷电可能是最具有损害性的。本发明的浪涌抑制器装置提供针对这样的瞬变的电网层级的防御。

中断：中断被定义为电源电压或者负载电流的完全丧失。中断的原因可以变化，但通常是某些类型的供电网损坏的结果，例如雷击、动物、树木、车辆事故、破坏性天气(大风、大雪或线路上的冰等)、设备故障或基本的断路器脱扣(tripping)。虽然公用基础设施被设计成自动补偿这些问题中的许多问题，但是其并不是完全可靠的。

电压骤降(sag)/欠电压：骤降是处于给定频率的AC电压在0.5个周期至1分钟的持续时间内降低。骤降通常由系统故障导致，并且骤降还经常是具有大启动电流的负载的切换的结果。

电压骤升(swell)/过电压：骤升是骤降的相反形式，AC电压在0.5个周期至1分钟的持续时间内升高。高阻抗中性连接、突发(尤其是大的)负载下降和三相系统上的单相故障是骤升的常见原因。