[发明专利]电弧闪光消除装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电弧闪光防止和减弱技术，并且特别涉及用于该目的的电消弧设备(crowbar device)

背景技术

电力线路和开关装置具有由绝缘体隔开的导体。在一些领域中，空气空间经常用作为部分或所有的这种绝缘体。如果导体彼此太靠近或者电压超过绝缘属性，则在导体之间可以出现电弧。导体之间的空气或任何绝缘体(气体或固体电解质)可变得电离，使得它导通，从而产生电弧。电弧温度可以高达20000℃，使导体和临近材料汽化，并且释放即使在一定距离上也破坏电路并危及人员的爆炸能量。例如，10kA/480V的电弧具有大约8个炸药卷的能量。美国每天出现大约5到10个严重的电弧闪光事件。

电弧闪光是由相位-相位、相位-中性点、或相位-接地之间的电弧故障而引起的快速能量释放的结果。电弧闪光能产生类似于爆炸的高热、强光、压力波、和声音/冲击波。然而，电弧故障电流通常比短路电流小很多，并且因此预料到断路器跳闸(trip)将延迟或者不出现断路器跳闸，除非断路器被选择用来处理电弧故障情况。诸如国家环境政策法案(NEPA)、职业安全与卫生条例管理局(OSHA)以及电气和电子工程师协会(IEEE)的代理和标准通过人员防护服和防护装备来规定电弧闪光问题，但是不存在由该规定建立的用于消除电弧闪光的设备。

当前的电弧闪光减弱技术不是令人满意的。标准保险丝和断路器对电弧闪光反应得不够快。电“消弧”是一种有意使电路短路并因此将电能从电弧闪光转移走的防护设备。因此所创建的有意的三相短路故障接着由通过使保险丝或断路器跳闸并最终切断电源来清除。现有技术的电弧闪光减弱设备的例子在美国专利6141192、6532140、6633009，6839209和国际专利公开WO9921254中公开。但是，依赖于机械和/或机电过程的断路器可能对于在损害发生之前使电弧闪光停止来说太慢了。

发明内容

本发明的一个方面在于，一种用于通过将能量转移到爆炸压力安全壳中的消弧器(arc crowbar)来消除电路上电弧闪光的方法。

本发明的另一个方面在于，监控具有一个或多个专门的电弧闪光检测设备的电路，所述检测设备与确定电弧闪光何时发生的逻辑电路连接。逻辑电路接着向消弧器生成触发信号并且向电路上的信号控制的断路器生成跳闸信号。

本发明的另一个方面在于，在压力安全壳中具有间隙电极的电弧消弧设备。电极之间的电弧触发设备电离化电极之间一部分的气体或者将等离子体注入到间隙中以启动电极之间的防护电弧。

本发明的另一个方面在于，作为消弧器触发设备而提供的消融的等离子体枪将等离子体或消融材料注入到消弧器的电极之间的间隙以启动防护电弧(protective arcing)并降低间隙阻抗，从而快速有效进行电弧闪光消除和断路器跳闸。

附图说明

当参考附图阅读随后的详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面、和优点将变得更好理解，在附图中相同的符号表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明各方面的具有消弧器和激活电路的电路示意图；

图2是具有球形电极和扳机销的消弧器外壳的截面图；

图3是具有等离子体枪扳机的消弧器的透视图；

图4是消融的等离子体枪扳机的截面图；

图5是电弧闪光消除方法的流程图；

图6是实现本发明各方面的消弧器的第二实施例的示意图；

图7是实现本发明各方面的消弧器的第三实施例的示意图。

具体实施方式

本发明的发明人已经创新地认识到，受控制的电弧可以作为用于电弧闪光消除的电消弧器，并且这种受控制的电弧可以比现有的消弧器更快，对电路和人员提供了更好的保护。图1示出具有电源22的电路201，向受信号可控断路器26保护的三条相应总线24A、24B、24C提供三相电源A、B、C。经由总线向一个或多个负载28A、28B、28C供电。

在短路的情况下，断电器26将打开。但是，在电弧闪光30的情况下它可能不是打开的，因为流经电弧闪光的电流低于使断路器跳闸的短路的筛分电流(bolting current)。此外，机械断路器对于防止不受电弧闪光损坏和危害来说太慢了。