电弧闪光减轻设备的制作方法

电弧闪光减轻设备


背景技术：

1.本文档描述了涉及电力保护设备、系统和方法的设备、系统和方法，并且更具体地涉及用于保护维护人员和电力装备的电弧闪光减轻设备。
2.电弧闪光事件可导致诸如开关柜和配电板的配电系统显著损坏以及人员受伤。断路器和熔断器可用于开关柜中以在存在短路故障时提供保护。然而，电流保护系统对于中断与短路故障相关联的传播危险电流和消除电弧闪光事件而言具有较长响应时间，尤其是当故障是由低电平过电流引起时。
3.希望具有甚至更短响应时间的电弧闪光减轻设备，以在发生电弧闪光事件时提供额外保护。


技术实现要素：

4.在一些实施方案中，一种设备包括具有开路状态和闭路状态的机电式开关设备以及具有路径输入和路径输出的最小电阻路径，其中机电式开关设备位于路径输入与路径输出之间。该设备可包括旁路电源开关设备，该旁路电源开关设备包括被配置为响应于机电式开关设备的开路状态而在路径输入与路径输出之间传导电流的固态电路中断器。在该设备中，电流传感器连接到路径输出并且被配置为检测故障电流事件。该设备可包括耦接到机电式开关设备的致动器并且包括控制器。基于所检测到的故障电流事件，控制器生成触发信号以激活致动器，从而引起机电式开关设备的开路状态并通过旁路电源开关设备中断故障电流事件。
5.在各种实施方案中，电流传感器可具有连接到控制器的传感器输入的输出。电流传感器可被配置为将表示故障电流事件的检测的信号传送到控制器的传感器输入。
6.在各种实施方案中，该设备还可包括连接到控制器的控制面板输入的外部控制面板。外部控制面板可被配置为提供用于控制控制器的操作的用户界面。
7.在各种实施方案中，控制器还可被配置为响应于在控制面板输入处接收到解除装备控制信号，在最小电阻路径中引起机电式开关设备的闭路状态。控制器还可被配置为响应于在控制面板输入处接收到装备控制信号，在最小电阻路径中引起机电式开关设备的开路状态。
8.在各种实施方案中，固态电路中断器可包括至少一个瞬态电压抑制(tvs)二极管，该至少一个tvs二极管具有连接到路径输入的第一端部以及连接到机电式开关设备与路径输出之间的最小电阻路径的第二端部。固态电路中断器还可包括双向晶体管开关，该双向晶体管开关具有连接到第一端部和路径输入的第一连接以及连接到第二端部和路径输出的第二连接。
9.在各种实施方案中，至少一个tvs二极管包括并联的tvs二极管。
10.在各种实施方案中，设备还可包括用于容纳机电式开关设备、最小电阻路径、旁路电源开关设备和控制器的外壳。外壳包括模制壳体断路器或空气断路器。
11.在各种实施方案中，机电式开关设备可包括真空中断器。另外，致动器可包括连接
到真空中断器的汤普森线圈或压电致动器。
12.在各种实施方案中，旁路电源开关设备还可包括冷却设备。
13.在各种实施方案中，所检测到的故障电流事件可包括与电弧闪光事件相关联的电流。
14.在各种实施方案中，一种方法可包括在最小电阻路径中进行控制，该最小电阻路径包括路径输入和路径输出以及位于路径输入与路径输出之间的机电式开关设备。该方法可包括由电流传感器检测路径输出处的故障电流事件，并且通过控制器生成触发信号以激活耦接到机电式开关设备的致动器。响应于致动器的激活，该方法可包括在最小电阻路径中引起机电式开关设备的开路状态。响应于开路状态，该方法包括通过包括连接到路径输入和路径输出的固态电路中断器的旁路电源开关设备中断所检测到的故障电流事件。
15.在各种实施方案中，该方法可包括通过连接到控制器的控制面板输入的外部控制面板来控制控制器的操作。
16.在各种实施方案中，由控制器进行的控制可包括：响应于在控制器的控制面板输入处接收到的解除装备控制信号，引起机电式开关设备从路径输入到路径输出的闭路状态。由控制器进行的控制还可包括：响应于在控制器的控制面板输入处接收到的装备控制信号，引起机电式开关设备的开路状态。
17.在各种实施方案中，通过旁路电源开关设备进行的中断可包括将故障电流事件传递到连接到机电式开关设备与路径输出之间的最小电阻路径的固态电路中断器的至少一个瞬态电压抑制(tvs)二极管，以抑制瞬态电压。
18.在各种实施方案中，旁路电源开关设备可包括冷却设备。该方法还可包括通过冷却设备冷却旁路电源开关设备。
19.在各种实施方案中，旁路电源开关设备具有介于100微秒和0.5毫秒之间的响应时间以中断所检测到的故障电流事件。
附图说明
20.图1示出了采用电弧闪光减轻设备的系统的框图。
21.图2a示出了根据一些实施方案的处于第一操作模式的电弧闪光减轻设备的示意图。
22.图2b示出了根据一些实施方案的处于第二操作模式的电弧闪光减轻设备的示意图。
23.图3示出了图2a至图2b的电弧闪光减轻设备的控制器的框图，该控制器与该设备的部件交互。
24.图4a示出了包括具有模制壳体断路器(mccb)形状因数的外壳的电弧闪光减轻设备的前透视图。
25.图4b示出了图4a的电弧闪光减轻设备的端部和侧透视图，其中外壳的一部分被移除。
26.图4c示出了图4a的电弧闪光减轻设备的侧视图，其中外壳的一部分被移除。
27.图5示出了电气面板。
28.图6a示出了包括具有空气断路器(acb)形状因数的外壳的电弧闪光减轻设备的前
透视图。
29.图6b示出了图6a的电弧闪光减轻设备的前透视图，其中外壳的一部分被移除。
30.图7示出了包括具有盒形状因数的外壳的电弧闪光减轻设备的前透视图。
31.图8示出了可包括在系统的电子部件(诸如计算设备的内部处理系统、控制器和传感器)中的任一者中的内部硬件的示例。
具体实施方式
32.现在将参照附图描述本发明主题的具体示例性实施方案。然而，本发明主题可具体体现为许多不同形式，并且不应理解为限于本文所阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案使得本公开将是周密且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明主题的范围。在附图中，类似的标号表示类似的项目。应当理解，当项目被称为“连接”或“耦接”到另一个项目时，该项目可以直接连接或直接耦接到另一个项目，或者可存在居间项目。例如，如果在设备之间存在导电路径，即使该路径包括一个或多个中间部件，设备被“电连接”。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出的项目的任何组合和所有组合。
33.本文所用的术语仅是为了描述特定实施方案，而并非旨在限制本发明主题。除非另外明确规定，否则如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解，在本说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”指明存在所述的特征、整数、步骤、操作、项目和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、项目、部件和/或其组合。
34.除非另有定义，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明主题所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。还应当理解，术语诸如常用词典中定义的那些术语应解释为具有与它们在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确地定义，否则将不在理想化或过于形式化的意义上进行解释。
35.图1示出了采用电弧闪光减轻设备(afmd)100的系统10的框图。电弧闪光减轻设备100可包括具有控制面板120的外壳110。控制面板120可包括显示面板125和指示器130。指示器130可包括灯指示器，这包括发光二极管(led)、另一种类型的灯或一些其他类型的指示器设备。作为非限制性示例，激活电弧闪光减轻设备100可致使灯指示器130点亮。灯指示器130可允许人员20确定电弧闪光减轻设备100已装备或“开启”。
36.显示面板125可包括液晶显示器(lcd)或led显示器。显示面板125可包括用于接收用户输入的触敏用户界面。控制面板120可包括控制按钮132和134，诸如分别用于装备、解除装备和/或重置电弧闪光减轻设备100。电弧闪光减轻设备100的一个或多个部件可包括固态设计。将结合图2a至图2b和图3更详细地描述电弧闪光减轻设备100的细节。
37.外壳110容纳电弧闪光减轻设备100的保护电子电路105，在图1中表示为虚线框。保护电子电路105可包括最小电阻路径107。在图1中，最小电阻路径107包括机电式开关sw1，其将结合图2a至图2b更详细地描述。在图1中，当电弧闪光减轻设备100被激活或装备时，开关sw1“断开”，从而在保护电子电路105内沿着最小电阻路径107形成开路状态。
38.系统10可包括有时需要由人员20维护的电路35。电路35可以是电力机器的子部件或配电装备的元件。例如，机器或装备可包括开关柜、开关板或配电板。电路35可包括电源电路。可能需要人员20将诸如电测试器或其他设备的电路25电连接到电路35以执行测试或
其他维护动作。电路25可生成表示测试信号的电流。电路25可期望来自电路35的响应或返回信号。如下文将详述，电弧闪光减轻设备100在被激活时被配置为保护人员20。
39.在各种实施方案中，系统10可包括电弧闪光传感器系统(afss)30，其被配置为感测电弧闪光减轻设备100下游的电弧闪光事件，诸如闪光15或表示电弧闪光的电流。电弧闪光传感器系统30可包括具有一个或多个光学传感器的视觉系统，光学传感器诸如是能够检测闪光15的相机或其他图像捕获设备。然而，出于讨论目的，电弧闪光传感器系统30与电弧闪光减轻设备100是分开的并且可用于保护包括电路35的其他装备。电弧闪光传感器系统30可包括伊顿公司(corporation)的arcflash reduction maintenance system
tm
(arms)的电流传感器或其他合适的电流传感器。
40.外壳110可包括基本上类似于断路器的形状因数，如稍后将结合图4a至4c所述。外壳110可具有模制壳体。在此类外壳中封装电弧闪光减轻设备100可在适于安装标准形状因数断路器的位置处的电气面板或其他装备中提供电弧故障减轻方面找到特别有利的应用。然而，应当理解，实施方案不限于此类形状因数。
41.图2a示出了根据一些实施方案的处于第一操作模式的电弧闪光减轻设备100的示意图。第一模式对应于具有机电式开关sw1“闭合”或处于闭路状态的保护电子电路105的解除装备模式或正常操作模式。开关sw1被配置为沿最小电阻路径107具有较低导通电阻。图2b示出了根据一些实施方案的处于第二操作模式的电弧闪光减轻设备100的示意图。第二模式对应于具有机电式开关sw1“断开”或处于开路状态的保护电子电路105的装备模式或电弧闪光减少维护模式，使得沿着最小电阻路径107形成开路状态；并且形成通过电子双向旁路电源开关设备201到机电式开关设备210的真空中断器310的交替双向旁路路径。结合图3更详细地描述了机电式开关设备210。开关sw1“闭合”时的最小电阻路径107可以是双向的。
42.图2a和图2b示出了处于不同操作模式的相同电弧闪光减轻设备100，因此在这些图中使用类似的附图标记。
43.双向旁路电源开关设备201可包括固态电路中断器以中断故障事件的故障电流。故障事件可以是高电流事件或表示电弧闪光事件的电流中的一者。具体地，旁路电源开关设备201电连接到控制器250。控制器250可响应于电弧闪光事件或高电流而在触发导体255上发送触发信号以激活连接到机电式开关设备210的超快致动器240，从而致使开关sw1“断开”。超快致动器240将是超快速的，因为它能够比系统的支路断路器和/或主断路器更快地动作。例如，开关sw1可包括机电式开关设备210的接触件313和323(图3)，机电式开关设备将被迫在由超快致动器240驱动的几百微秒(μs)内分离(断开)至少1毫米(mm)距离，如将结合图3所详述。
44.控制器250可对来自开关sw1与输出节点n30之间的最小电阻路径107的线路上的电流传感器270的故障信号(即，高电流)做出响应。电流传感器270感测例如流向节点n30的线路l25上的电流。本文使用的术语“节点”可指连接或连接位置。
45.响应于检测到表示故障事件的发生的电流水平，诸如高电流事件或与电弧闪光事件相关联的电流，控制器250在触发导体255上生成触发信号以触发超快致动器240。电弧闪光事件对应于电弧闪光15的存在。电流传感器270可检测沿最小电阻路径107或电弧闪光减轻设备100的上游的电流，并且由超过对应于维护人员或装备的高风险的阈值的电流水平
触发。使用来自电流传感器270和光学传感器的信号，可能花费约2ms来经由电弧闪光传感器系统30和控制器250检测和确认电弧闪光事件，这将向机电式开关设备210发送触发信号。在约2.5ms内，故障事件的故障电流可被电弧闪光减轻设备100中断。
46.有时被称为电路中断器的断路器包括彼此连接以将电流从源传递到负载的电接触件。接触件可通过力分离以便响应于命令而中断电流的递送，或保护电气系统免受电气故障条件(诸如电流过载、短路以及高或低电压条件)的影响。在一些实施方案中，机电式开关设备210可耦接到产生使接触件313和323分离的力的超快致动器240，如将结合图3所述。超快致动器240(图3)将被配置为断开开关sw1以在0.5ms的响应时间内实现接触件313与323之间至少1毫米(mm)的接触间隙。将结合图3更详细地描述机电式开关设备210。
47.作为参考点，假设最小电阻路径107的节点n01是被配置为例如从外部电路25接收电流的输入节点。最小电阻路径107可从节点n01开始。因此，节点n01也可被称为“输入”或“路径输入”。节点n01处的电流可沿着线路l02传播并且到达具有开关sw1的机电式开关设备210。例如，随着电流传播通过开关sw1，电流沿着线路l04传播到节点n20。开关sw1包括输出端子t01。在闭路状态下，开关sw1的代表性开关臂a1被取向成使得在线路l02上流动的电流流过开关sw1到达也是最小电阻路径107的一部分的线路l04。开关臂a1用于说明目的，并不意味着以任何方式限制开关sw1的配置或操作。最小电阻路径107从节点n20继续到节点n30处的输出。节点n20可提供从开关sw1的输入侧上的节点n01到开关sw1的对应于输出端子t01的路径上的节点n20的输出侧的旁路路径。开关sw1的输出侧对应于被定位成与最小电阻路径107成一直线的输出端子t01。
48.以位于最小电阻路径107下方的虚线框表示的电子双向旁路电源开关设备201被配置为中断故障事件的故障电流，诸如来自电弧闪光事件的故障电流。从节点n01开始，电流可在箭头109a的方向上沿着线路l12传播到双向旁路电源开关设备201，到达节点n03，诸如当开关sw1“断开”时。另选地，线路l12上的电流可在箭头109b的方向上传播到双向旁路电源开关设备201的开关203。开关203可包括诸如金属氧化物场效应晶体管(mosfet)的晶体管。开关203的漏极侧可连接到节点n03。开关203的源极侧可连接到节点n13，其中二极管207的第一侧连接到节点n13或开关203的源极侧。开关203的漏极侧可经由节点n05连接到二极管207的第二侧。在图示中，开关203的漏极侧连接到二极管207的阴极；并且开关203的源极侧连接到二极管207的阳极。虽然本文的描述使用mosfet器件，但可使用其他半导体晶体管开关配置。
49.开关203的源极侧可经由与节点n13串联的节点n16电连接到开关205的源极侧。开关205可包括诸如金属氧化物场效应晶体管(mosfet)的晶体管。开关205的漏极侧可电连接到在箭头109c的方向上将信号传播到最小电阻路径107上的节点n20的节点n26。mosfet(晶体管)开关203和205可形成双向开关。开关205的源极侧可电连接到节点n16，其中二极管209的第一侧电连接到节点n16或开关205的源极侧。开关205的漏极侧可经由节点n18电连接到二极管209的第二侧。在图示中，开关205的漏极侧电连接到二极管209的阴极；并且开关205的源极侧电连接到二极管209的阳极。因为旁路电源开关设备201是双向的，所以电流可在相反方向上流动，诸如从节点n20流过箭头109c、109b和109a，到达节点n01，诸如当开关sw1“断开”时。
50.双向旁路电源开关设备201可包括第一瞬态电压抑制(tvs)二极管213，该二极管
具有连接到节点n07的一侧和连接到节点n17的第二侧。节点n17电连接到节点n18。双向旁路电源开关设备201可包括第二瞬态电压抑制(tvs)二极管215，该二极管也具有连接到节点n07的一侧和连接到节点n17的第二侧。二极管213和215可以是并联的。
51.电流传感器270在开关sw1的下游，靠近节点n30，有时被称为“输出”或“路径输出”。电流传感器270被配置为感测线路l25上的电流量。电流传感器270与控制器250电通信或电连接，并且可在线路275上传递表示线路l25上的电流的测量结果的感测电流信号。在其他变型中，感测到的电流信号可产生故障检测信号，当感测到的信号处于将导致人员20受伤的预定阈值时，该故障检测信号被传送到控制器250。
52.图3示出了图2a至图2b的电弧闪光减轻设备100的控制器250的框图，该控制器与该设备的部件交互。控制器250与控制面板120电通信或电连接以接收线路303上的第一控制信号。例如，人员20可响应于由控制面板120生成的第一控制信号将电弧闪光减轻设备100置于正常操作模式。正常操作模式对应于电弧闪光减少维护模式“关”，因此控制器250将开关sw1设置为闭路状态。控制器250可响应于控制按钮132和134，诸如分别用于将电弧闪光减轻设备100进行装备和解除装备。装备电弧闪光减轻设备100使电弧闪光减少维护模式变为“开”，使得开关sw1被设置为开路状态。
53.控制面板120可在线路303上生成第一控制信号以使控制器250控制设备100的操作模式。线路303可连接到控制器250的控制面板输入或端口。在控制器250的控制面板输入或端口上接收的信号控制控制器的操作(装备过程或解除装备过程)。因此，控制面板可生成将设备100解除装备的解除装备控制信号和将电弧闪光减轻设备100进行装备的装备控制信号。尽管设备100被解除装备，但可向控制器250被供电，因为解除装备模式通常改变开关sw1的状态。
54.具体地，对于正常操作模式，控制器250可使开关sw1转变到如图2a所示的闭路状态，表示为连接到输出端子t01的开关臂a1。因此，最小电阻路径107从节点n01延伸到节点n30，没有开路状态。在一些实施方案中，控制器250可在控制线路309上发送控制信号，将旁路电源开关设备201控制成切换到“关闭”。此外，控制器250可控制旁路电源开关设备201的主动冷却设备345，如果存在的话。控制面板120可在线路303上生成第二控制信号以使控制器250控制设备100的操作模式，从而使开关sw1“断开”，如图2b中最佳所见，使得设备100变为已装备。换句话讲，开关sw1具有开路状态，表示为开关臂a1在远离端子t01的方向上被抬起。
55.控制器250可包括至少一个处理器355。将结合图8更详细地描述控制器250的硬件细节。控制器250还可包括用于执行装备过程360和解除装备过程365的硬件、软件和/或固件。解除装备过程365将电弧闪光减轻设备100配置为根据正常操作模式操作，如图2a所示和上文所述。例如，响应于线路303上的控制信号，解除装备过程365可使控制器250将开关sw1控制成“闭合”或转变为闭路状态。
56.解除装备过程可使电弧闪光减少维护模式切换为“关”。另外，可将开关sw1设置为处于“闭合”位置，并且旁路电源开关设备201可处于“关闭”状态或处于“开启”状态。在各种实施方案中，当电弧闪光减少维护模式是“关”时，旁路电源开关设备201可保持在“开启”状态。
57.装备过程360可响应于线路303上的第二控制信号而使得控制器250控制开关sw1“断开”或转变到相对于最小电阻路径107的开路状态。当相对于最小电阻路径107“断开”时，开关sw1被表示为从接触输出端子t01抬起的开关臂a1。开关sw1具有低导通电阻。装备过程360还可使得控制器250设置或重置超快致动器240，并且可使得电弧闪光减少维护模式变为“开”。在一些实施方案中，装备过程360可接合开关sw1，该开关在一些实施方案中可以是真空中断器310的一部分，以使得接触件313和323彼此分离或断开开关sw1。真空中断器310可诸如在陶瓷瓶中包括真空室315，其中通过分离接触件携带电流的313和323引出电弧。当致动器240被重置时，连杆330和致动器240被配置为维护接触件313和323电断开。设备100还能够在检测到并清除电弧闪光事件之后在控制器250的控制下重新使用。
58.机电式开关设备210在“断开”时允许故障事件的故障电流换向到电路35下游的电流路径中的旁路电源开关设备201。如果接触件313和323在承载电流时分开，电流换向可通过使用高频电子振荡电路(未示出)或通过跨接触件313和323之间的接触件间隙的电弧电压来发生。故障事件或故障电流在几十微秒内通过旁路电源开关设备201被完全换向到功率电子电流路径。接触件313和323被迫达到最小接触件间隙以承受瞬态恢复电压(trv)。因此，故障电流将被旁路电源开关设备201中断并且停止或消除电弧闪光事件或故障电流事件。所有这些(例如，断开开关sw1并通过旁路电源开关设备201中断故障事件的故障电流)被配置为在约0.5ms或更短时间内发生。换句话讲，响应时间为约0.5ms或更短。
59.控制器250还可包括触发发生器370和比较器375，它们可包括硬件、软件和/或固件。当电弧闪光减轻设备100被装备时，比较器375可比较从传感器270接收到的信号。线路275上的信号可连接到控制器250的传感器输入或端口。取决于比较结果，触发发生器370可生成沿着触发导体255传播到机电式开关设备210的触发信号。具体地，触发信号可被传送到超快致动器240以激活致动器，从而导致真空中断器310“断开”，使得电接触件313和323通过连杆330被迫断开。在图3中，接触件313和323显示为断开。
60.在各种实施方案中，当开关sw1“闭合”并且旁路电源开关设备201处于“开启”状态时，例如，控制器250尽管从电弧闪光减少维护模式解除装备，但仍可操作为响应于由故障检测器(比较器)375检测到的故障事件而触发致动器240以使得开关sw1“断开”。因此，当开关sw1“断开”时，故障事件的电流被换向到旁路电源开关设备201，使得故障事件可被旁路电源开关设备201中断。
61.在一些场景中，由控制器250从传感器270接收到的信号可以是表示电弧闪光事件的故障信号。传感器270可发送表示电弧闪光事件或另选地高电流事件的测量信号。高电流事件与可能小于与电弧闪光事件相关联的电流的高电流相关联。故障信号和测量信号可被配置为表示由于传感器270检测到的电弧闪光事件和/或高电流事件中的一者而导致的过电流或过电压状态。在一些实施方案中，控制器250的比较器375可将测量信号与阈值进行比较以检测电弧闪光事件的发生。在任一场景中，比较器375可将控制信号提供给触发发生器370以致使生成触发信号。
62.在一些实施方案中，超快致动器240可包括连接到连杆330的汤普森线圈致动器。致动器240可以是压电致动器或其他超快致动器。在操作中，超快致动器240可从控制器250接收控制(触发)信号以使得致动器240激活。致动器240在被激活时产生施加在连杆330上的快速作用力，该快速作用力继而迫使真空中断器310中的开关sw1的接触件313和323分离。
63.旁路电源开关设备201可具有被配置为执行被动冷却或主动冷却的冷却设备345。在冷却设备345执行主动冷却的实施方案中，可使用风扇进行冷却。对于被动冷却，冷却设备345可包括散热器。当使用风扇并且电弧闪光减轻设备100被装备时或当旁路电源开关设备201被设置为“开启”时，主动冷却设备也“开启”。控制器250可向机电式开关设备210和旁路电源开关设备201提供另外的控制信号。
64.如果在软件中实施，则控制器250的功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上并且由基于硬件的处理单元来执行。计算机可读介质对应于有形介质，诸如数据存储介质(例如，ram、rom、eeprom、闪存存储器、或可用以存储为指令或数据结构的形式的所需程序代码并且可由计算机存取的任何其他介质)。
65.指令可由一个或多个处理器355执行，诸如一个或多个数字信号处理器(dsp)、通用微处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程逻辑阵列(fpga)或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，如本文所用的术语“处理器”可指前述结构中的任一者或适于实施所述技术的任何其他物理结构。另外，这些技术可在一个或多个电路或逻辑元件中完全实施。
66.具体地，最小电阻路径107具有第一电阻。开关sw1具有低导通电阻。开关sw1具有到输出端子t01的闭合位置。最小电阻路径107具有输入(即，节点n01)和输出(即，节点n30)，其中开关sw1位于输入(即，节点n01)与输出(即，节点n30)之间。当开关sw1处于开路位置时，机电式开关设备210具有开路状态。双向旁路电源开关设备201在与输入相关联的第一位置处(即，节点n01)以及在开关sw1与输出之间的第二位置处(即，节点n30)电连接到最小电阻路径107。
67.当双向旁路电源开关设备201“开启”并且开关sw1“断开”时，旁路电源开关设备201被配置为将源自节点n01或输入的电流传递到节点n30或输出。双向旁路电源开关设备201被进一步配置为将源自节点n30或输出的电流传递到节点n01或输入。在电弧闪光减少维护模式为“开”时经历故障事件的场景中，双向旁路电源开关设备201通过中断包括电弧闪光事件的故障事件的故障电流来保护维护人员。具体地，并联的瞬态电压抑制(tvs)二极管213和215可被配置为限制瞬态过电压水平。另选地，从线路l25到节点n20的任何电流可经过双向旁路电源开关设备201。
68.当双向旁路电源开关设备201“开启”并且开关sw1“闭合”时，控制器250被配置为响应于接收到表示故障事件的信号而生成针对致动器240触发信号以通过断开开关sw1来中断电弧闪光事件或高电流故障事件的故障电流。因此，通过旁路最小电阻路径的一部分并将节点n20处的故障电流引导至双向旁路电源开关设备201来中断故障事件的故障电流。再次，从线路l25到节点n20的任何电流可通过双向旁路电源开关设备201传播并被中断，从而使得故障事件停止。
69.如果其中开关sw1已“断开”的电弧闪光减少维护模式为开，例如，然后当故障电流达到额定电流的2倍或2.5倍时，双向电源电子开关201将在100μs内中断故障电流。电弧闪光能量与电弧闪光事件相关联并且可被描述为故障电流乘以电弧电压。
70.固态设计可被封装成与模制壳体断路器(mccb)或空气断路器(acb)相同的形状因数，从而对现有开关柜、配电盘或配电板进行改进，例如，如将结合图4a至图4c、图6a至图6b和图7所讨论的。
71.图4a示出了包括具有mccb形状因数的外壳的电弧闪光减轻设备400的前透视图。
电弧闪光减轻设备400与电弧闪光减轻设备100相同，除了将描述外壳410的形状因数的细节。外壳410可包括用于附接电缆或总线排以将电流从线路侧传导到例如负载侧电气装备或其他电气机械的上部连接器405和下部连接器407。外壳410的前面板或盖402可具有显示面板125、指示器130以及控制按钮132和134，以便于人员20容易地接近(图1)。然而，应当理解，控制面板120可包括未描述的其他控制按钮。图4b示出了图4a的电弧闪光减轻设备400的端部和侧透视图，其中外壳的一部分被移除。图4c示出了图4a的电弧闪光减轻设备400的侧视图，其中外壳的一部分被移除。后面板412可配合并附接到开关柜500内部的面板(图5)。外壳410可将保护电子电路105的双向旁路电源开关设备201定位成与外壳410的后面板412相邻。机电式开关设备210可包括真空中断器310。超快致动器240经由连杆330机械地联接到真空中断器310。机电式开关设备210可具有耦接到外壳410的顶端的一个端部。电弧闪光减轻设备400可包括针对不同极平行布置的多个机电式开关设备210。每个机电式开关设备210经由连杆330连接到其自己的致动器240。
72.图5示出了根据一些实施方案的可安装电弧减轻设备的示例性电气开关柜500。开关柜500可被配置为接收标准形式的断路器。开关柜500包括用于容纳安装到外壳510的总线背板组件520的外壳510。总线背板组件520可被构造成接收断路器，该断路器可电连接到总线背板组件520的总线和容纳在具有兼容形状因数的外壳中的电弧闪光减轻设备100，并且包括控制面板120。
73.外壳510可包括尺寸适于暴露安装在总线背板组件520中的断路器550的正面的切口。如图所示，根据一些实施方案，具有与断路器550基本上相同形状因数的电弧减轻设备100可安装在开关柜500中，而不是断路器中。开关柜500被示为具有各种尺寸的切口以容纳其他电子器件。
74.图6a示出了包括具有空气断路器(acb)形状因数的外壳的电弧闪光减轻设备600的前透视图。电弧闪光减轻设备600与电弧闪光减轻设备100相同，除了将描述外壳610的形状因数的细节。外壳610的前面板或盖602可安装有显示面板125、指示器130以及控制面板120的控制按钮132和134，以便人员20容易地接近(图1)。外壳610可包括被构造成配合并附接到前面板或盖602的后外壳节段612。后外壳节段612可具有安装在后表面上的后上部连接器605和后下部连接器607，用于将外壳610附接到总线排连接器以将电流从其线路侧传导到负载侧，以到达例如下游电气装备(图5)或其他电气机械。图6b示出了图6a的电弧闪光减轻设备600的前透视图，其中外壳的一部分被移除。外壳610可相邻于外壳610的前面板602定位保护电子电路105的双向旁路电源开关设备201。机电式开关设备210可包括经由连杆330机械连接到下部安装的超快致动器240的真空中断器310。
75.图7示出了包括具有盒形状因数的外壳的电弧闪光减轻设备700的前透视图。电弧闪光减轻设备700与电弧闪光减轻设备100相同，除了将描述外壳710的形状因数的细节。外壳710的前面板或盖702可安装有显示面板125、指示器130以及控制面板120的控制按钮132和134，以便人员20容易地接近(图1)。外壳710可包括被构造成配合并附接到前面板或盖702的后外壳节段712。
76.图8示出了可包括在系统的电子部件(诸如控制器、传感器和计算设备)中的任一者中的内部硬件的示例。电总线800用作将硬件的其他例示部件互连的信息高速公路。处理器805是系统的中央处理设备，被配置为进行执行编程指令所需的计算和逻辑操作。如在本
文档和权利要求中所用，术语“处理器”和“处理设备”可指共同执行一组操作的一组处理器中的单个处理器或任何数量的处理器，诸如中央处理单元(cpu)、远程服务器或这些的组合。只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、闪存存储器、硬盘驱动器和能够存储电子数据的其他设备构成存储器设备825的示例。存储器设备825可包括在其上存储数据和/或指令的单个设备或设备集合。本发明的各种实施方案可包括包含被配置为使得一个或多个处理器、打印设备和/或扫描设备执行在先前附图的上下文中描述的功能的编程指令的计算机可读介质。
77.任选的显示界面830可允许来自总线800的信息以视觉、图形或字母数字格式显示在显示设备835上。还可提供音频接口和音频输出(诸如扬声器)。与外部设备的通信可使用诸如无线天线、射频识别(rfid)标签和/或短程或近场通信收发器的各种通信设备840来发生，这些通信设备中的每一者可任选地经由一个或多个通信系统与设备的其他部件通信地连接。通信设备840可被配置成通信地连接到通信网络，诸如互联网、局域网或蜂窝电话数据网络。
78.硬件还可包括用户界面传感器845，其允许从诸如键盘或小键盘、操纵杆、触摸屏、触摸板、遥控器、控制按钮、指向设备和/或麦克风的输入设备850接收数据。上面公开的特征和功能以及替代方案可以组合到许多其他不同的系统或应用中。各种部件可在硬件或软件或嵌入式软件中实施。本领域技术人员可以作出各种目前无法预料或无法预测的替代、修改、变化或改进，其中的每一者也旨在由所公开的实施方案涵盖。
79.与以上提供的公开内容相关的术语包括：
80.术语“存储器”和“计算机可读介质”各自是指其上存储有计算机可读数据、编程指令或两者的非暂态设备。除非另外特别声明，否则术语“存储器”和“计算机可读介质”旨在包括单个设备实施方案、其中多个存储器设备一起或共同存储一组数据或指令的实施方案，以及此类设备内的各个扇区。
81.术语“处理器”和“处理设备”是指被配置为执行编程指令的电子设备的硬件部件。除非另外特别声明，否则术语“存储器”和“计算机可读价质”旨在包括单个处理设备实施方案和其中多个处理设备一起或共同执行过程的实施方案。
82.在本文档中，术语“通信线路”意指第一设备经由其向一个或多个其他设备发送通信信号和/或从一个或多个其他设备接收通信信号的有线或无线路径。如果设备能够经由通信链路发送和/或接收数据，则该设备是“可通信地连接的”。“电子通信”是指经由一个或多个信号在两个或更多个电子设备之间传输数据，无论是通过有线还是无线网络传输，也无论是直接还是经由一个或多个中间设备间接传输。
83.在本文档中，当使用诸如“第一”和“第二”的相对顺序术语来修饰名词时，此类使用仅旨在将一个项目与另一个项目区分开，并且不旨在要求顺序次序，除非特别说明。
84.另外，诸如“竖直”和“水平”或“前”和“后”的相对位置术语在使用时是相对于彼此的并且不必是绝对的，并且取决于设备的取向而仅指设备的与这些术语相关联的一个可能位置。另外，术语“前”和“后”不一定限于面向前或面向后的区域，而是还分别包括比后更靠近前的侧部区域，反之亦然。

技术特征：
1.一种设备，包括：机电式开关设备，所述机电式开关设备具有开路状态和闭路状态；最小电阻路径，所述最小电阻路径具有路径输入和路径输出，其中所述机电式开关设备位于所述路径输入与所述路径输出之间；旁路电源开关设备，所述旁路电源开关设备包括固态电路中断器并被配置为响应于所述机电式开关设备的开路状态而在所述路径输入与所述路径输出之间传导电流；电流传感器，所述电流传感器连接到所述路径输出，所述电流传感器被配置为检测故障电流事件；致动器，所述致动器耦接到所述机电式开关设备；以及控制器，所述控制器被配置为基于所检测到的故障电流事件而生成触发信号以激活所述致动器，从而引起所述机电式开关设备的所述开路状态并通过所述旁路电源开关设备中断所述故障电流事件。2.根据权利要求1所述的设备，其中：所述电流传感器具有连接到所述控制器的传感器输入的输出；并且所述电流传感器被配置为将表示所述故障电流事件的检测的信号传送到所述控制器的所述传感器输入。3.根据权利要求1所述的设备，还包括连接到所述控制器的控制面板输入的外部控制面板，其中所述外部控制面板被配置为提供用于控制所述控制器的操作的用户界面。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述控制器还被配置为：响应于在所述控制面板输入处接收到解除装备控制信号，在所述最小电阻路径中引起所述机电式开关设备的所述闭路状态；以及响应于在所述控制面板输入处接收到装备控制信号，在所述最小电阻路径中引起所述机电式开关设备的所述开路状态。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述固态电路中断器包括：至少一个瞬态电压抑制(tvs)二极管，所述至少一个tvs二极管具有连接到所述路径输入的第一端部以及连接到所述机电式开关设备与所述路径输出之间的所述最小电阻路径的第二端部；以及双向晶体管开关，所述双向晶体管开关具有连接到所述第一端部和所述路径输入的第一连接以及连接到所述第二端部和所述路径输出的第二连接。6.根据权利要求5所述的设备，其中所述至少一个tvs二极管包括并联的tvs二极管。7.根据权利要求1所述的设备，还包括：外壳，所述外壳用于容纳所述机电式开关设备、所述最小电阻路径、所述旁路电源开关设备和所述控制器，其中所述外壳包括模制壳体断路器或空气断路器。8.根据权利要求1所述的设备，其中：所述机电式开关设备包括真空中断器；并且所述致动器包括连接到所述真空中断器的汤普森线圈或压电致动器。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述旁路电源开关设备还包括冷却设备。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所检测到的故障电流事件包括与电弧闪光事件相关联的电流。11.一种方法，包括：在包括路径输入和路径输出的最小电阻路径中控制位于所述路径输入与所述路径输出之间的机电式开关设备；由电流传感器检测所述路径输出处的故障电流事件；由控制器生成触发信号以激活耦接到所述机电式开关设备的致动器；响应于所述致动器的所述激活，在所述最小电阻路径中引起所述机电式开关设备的开路状态；以及响应于所述开路状态，通过包括连接到所述路径输入和所述路径输出的固态电路中断器的旁路电源开关设备中断所检测到的故障电流事件。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述故障电流事件包括在所述路径输出下游发生的电弧闪光事件。13.根据权利要求11所述的方法，还包括通过连接到所述控制器的控制面板输入的外部控制面板来控制所述控制器的操作。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述控制包括：响应于在所述控制器的所述控制面板输入处接收到的解除装备控制信号，引起所述机电式开关设备从所述路径输入到所述路径输出的闭路状态；以及响应于在所述控制器的所述控制面板输入处接收到的装备控制信号，引起所述机电式开关设备的所述开路状态。15.根据权利要求11所述的方法，其中所述旁路电源开关设备进行的所述中断包括：将所述故障电流事件传递到连接到所述机电式开关设备与所述路径输出之间的所述最小电阻路径的所述固态电路中断器的至少一个瞬态电压抑制(tvs)二极管，以抑制瞬态电压。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少一个tvs二极管包括并联的tvs二极管。17.根据权利要求11所述的方法，其中：所述机电式开关设备包括具有真空室的真空中断器和位于所述真空室内部的机电式开关设备；并且所述致动器包括连接到所述真空中断器的汤普森线圈或压电致动器。18.根据权利要求17所述的方法，其中：所述旁路电源开关设备包括冷却设备；并且所述方法还包括通过所述冷却设备冷却所述旁路电源开关设备。19.根据权利要求11所述的方法，其中所检测到的故障电流事件是电弧闪光事件。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述旁路电源开关设备具有介于100微秒和0.5毫秒之间的响应时间以中断所检测到的故障电流事件。

技术总结
本发明提供了一种设备，该设备包括：具有开路状态和闭路状态的机电式开关设备，以及具有路径输入和路径输出的最小电阻路径，其中该开关设备位于该输入与该输出之间。该设备包括旁路电源开关设备，该旁路电源开关设备包括固态电路中断器并被配置为响应于该开关设备的开路状态而在该输入与该输出之间传导电流。该设备包括电流传感器，该电流传感器连接到该输出并被配置为检测故障电流事件。该设备包括致动器和控制器，该致动器耦接到该开关设备，该控制器被配置为基于所检测到的故障电流事件而生成触发信号以激活该致动器，从而引起该开关设备的该开路状态并通过该电源开关设备中断该故障电流事件。断该故障电流事件。断该故障电流事件。


技术研发人员：周信 B
受保护的技术使用者：伊顿智能动力有限公司
技术研发日：2021.10.07
技术公布日：2023/8/1