CN107148709B - 直流电断路器和断连器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以供用于电力传递系统的断路器/断连器设备，所述断路器/断连器设备包括具有第一终端及第二终端且经配置以在前向方向上的过流情形期间自动打开且独立于反方向中的电流电平而保持闭合的单向DC断路器。断连器开关与所述断路器串联。所述断连器开关具有用于连接至电力供应器的第一极性连接器的第一终端、用于连接至所述电力供应器的第二极性连接器的第二终端及连接到所述断路器的所述第一终端的普通终端。所述断连器开关至少具有其中所述第一终端连接到所述普通终端的第一位置及其中所述第二终端连接到所述普通终端的第二位置。所述电力供应器的所述第二极性连接器可耦合到传输系统的轨道，且所述电力供应器的所述第二极性连接器可耦合到传输系统的有电架空电缆或有电第三轨。当处于维护情形时，所述设备可用于将所述有电电缆或第三轨安全地接地。

Description

直流电断路器和断连器

技术领域

本发明涉及断路器且尤其涉及直流电断路器。

背景技术

直流电电力传递系统广泛用于(例如)将电力传递至运输系统的导轨。实例包含轨道及轻轨基础设施，其中向有电(例如，正电压)导轨(例如，有电第三轨道或有电架空电缆)供应DC电流。此类电力传递系统需要自动的断路器保护以在发生过流状态时快速且自动地将有电导轨从电力供应器断开连接。此类过流可由许多类型的事件引起，例如，电缆支架结构的损坏，电缆或轨的移位，有电导轨与地面的意外短接，或使用电力传递系统的负载装置中的超载情形。

电力传递系统还需要当人员必须在基础设施上工作时用于将导轨安置于安全的(例如，接地的)维护情形下的机构。即使有电导轨不在服务状态时，导轨与电源的无意连接，或导轨在网络中的某处的雷击不对基础设施的其它部分或在基础设施上工作的人员造成损害或伤害，情形也是如此。

在现有基础设施中，提供导轨的安全维护情形的一个方法是在导轨与负电压返回轨或接地轨之间手动地附接短路棒或短路夹。

发明内容

本发明的目标是提供用于实现(i)自动断路器保护及(ii)导轨对‘维护’或‘不在服务中’情形的接地两者的功能性的替代和/或改进型设备。

根据一个方面，本发明提供以供用于电力传递系统的断路器/断连器设备，其包括：

单向DC断路器，其具有第一终端及第二终端，并且经配置以在前向方向上的过流情形期间自动打开且独立于反方向上的电流电平而保持闭合；

与断路器串联的断连器开关，所述断连器开关具有用于连接至电力供应器的第一极性连接器，用于连接至电力供应器的第二极性连接器的第二终端及连接到断路器的第一终端的普通终端；

所述断连器开关至少具有其中第一终端连接到普通终端的第一位置，及其中第二终端连接到普通终端的第二位置。

断路器可包含经配置以迫使断路器进入打开情形的手动可操作跳闸开关。当断路器处于闭合情形时，断连器开关可互锁以防止在第一位置与第二位置之间切换。断路器的第二终端可耦合到电力传递系统的第一导轨。断连器开关的第一终端可连接到电力供应器的第一极性连接器且断连器开关的第二终端可连接到电力供应器的第二极性连接器。电力供应器的第二极性连接器可耦合到传输系统的轨道且电力供应器的第一极性连接器可耦合到传输系统的架空电缆或第三轨。前向方向可对应于从断路器的第一终端到第二终端的电流且反方向可对应于从断路器的第二终端到第一终端的电流。断连器开关可包含其中第一终端和第二终端两者皆与普通终端电隔离的第三位置。断连器开关可经配置由手动操作而操作。断连器开关可包含指示其在第一位置或第二位置中的状态的视觉位置指示符。

根据另一方面，本发明提供配置电力传递系统的方法，所述方法包括：

提供具有第一极性终端及第二极性终端的DC电力供应器；

将断连器开关耦合到DC电力供应器，使得断连器开关具有连接到DC电力供应器的第一极性终端的第一终端及连接到电力供应器的第二极性终端的第二终端，所述断连器开关至少具有其中第一终端连接到普通终端的第一位置及其中第二终端连接到普通终端的第二位置；

将断连器开关的普通终端连接到单向DC断路器的第一终端，所述单向DC断路器具有第一终端及第二终端并且经配置以在前向方向上的过流情形期间自动打开，且独立于反方向上的电流电平而保持闭合；

将断路器的第二终端连接到第一电力线；及

将断连器开关的第二终端及DC电力供应器的第二极性终端连接到第二电力线。

所述方法可包含通过将断连器开关切换到第一位置且接着将断路器设置为闭合配置而将第一和第二电力线置于服务中情形。所述方法可包含通过将断路器设置为打开配置，随后切换断连器开关到第二位置，随后将断路器设置为闭合配置而将第一和第二电力线置于安全维护情形。

附图说明

现在将藉助于实例且参看附图描述本发明的实施例，其中：

图1A至1D为显示轨道基础设施的电力传递系统在说明轨道的导轨从服务(供电)情形切换到安全维护情形的四个状态中的示意图。

具体实施方式

图1显示用于将电力传递到轨道基础设施的导轨的高压电力传递系统的示意性表示。DC电力供应器1具有正极输出终端2及负极输出终端3。DC电力供应器1可为接收AC输入的整流器。正极输出终端2经由断路器5连接到母线排4。母线排4连接到断连器开关10，所述断连器开关连接到单向断路器20。电力供应器1的负极输出终端3连接到轨道基础设施的负极返回导轨6。断路器20连接到轨道基础设施的正极导轨7。

在一个配置中，正极导轨7可为适用于受电弓收集电流的架空电缆或悬链线。在另一配置中，正极导轨可为有电第三轨，例如，放置于铁轨的轨道旁边或之间的硬导体。负极返回导轨6可为铁轨或轻轨。

断连器开关10具有电连接到母线排4且借此电连接到电力供应器1的正极输出终端2的第一终端11。断连器开关10具有电连接到电力供应器1的负极输出终端3且电连接到负极返回导轨6的第二终端12。断连器开关10具有可描述为连接到单向断路器20的第一终端21的普通终端13的第三终端。断连器开关10具有其中其第一终端11电连接到普通终端13的第一位置，及其中其第二终端12连接到普通终端13的第二位置，例如，单杆，两个位置配置。

断路器20具有第一终端21及第二终端22且在以下意义上为单向的：其经配置以在检测到第一(正向)方向(在此情况下电流从第一终端21流向第二终端22)中的过流情形后自动打开断路器的触点，而其在发生反方向(即，电流从第二终端22流向第一终端21)上的电流或过流事件时不自动打开断路器的触点。

母线排4可馈入图式中未图示的其它断连器及断路器设备，例如，经配置以馈入轨道基础设施的导轨6、7的其它片段的那些断连器及断路器设备。

在使用中，电力递送系统将处于如图1A中所示的正常服务情形，其中通过断路器5闭合(如所标记)，断连器开关10处于如所示的第一位置(终端11及13已连接)且断路器20闭合(如所标记)，将电力从电力供应器1传递到轨6及7。

为了将电力传递系统带入安全的维护情形，不仅需要母线排4与正极导轨7之间的连接断开，正极轨6与负极轨7还必须短接在一起。

在第一步骤中，如图1B中所示，断路器20设置成打开情形，例如，使用手动越控件或电子致动有意地使断路器跳闸，或通过使得断路器自动打开的实际过流故障情形。可见断连器开关10现为卸负且可安全地切换至如图1C中指示的第二位置(终端12及13已连接)

在图1C中，断连器开关10现处于将第二终端12连接到普通终端13的第二位置中，且因此电力供应器1的负极导轨6及负极终端3耦合到断路器第一终端21。此时，断路器20经重设或以其他方式接近断路器触点并且将正极导轨7与负极导轨6有效地短接在一起，使得导轨7处于安全的维护情形等，如图1D中所示。

断路器20的双向性现借此确保在图1D的配置中，轨7与电力供应器的无意的或意外的连接或其暴露于放电(例如，雷击)下将不把断路器跳闸到将使得导轨7可能有电且不安全的打开情形。实际上，断路器将保持闭合且将允许电流通过负极返回轨6流向地面。

为了将电力传递系统重新连接为服务中情形，上文所论述的步骤将逆转。

本文中所描述的电力传递系统的配置提供一优点，因为用于电路断开功能及接地两者的设备可集成到包括卸负断连器及断路器的普通设备中，且断路器可用于将断连器置于卸负情形中以用于连接及断开连接两者。

另一可能的优点为通过添加简单转换卸负断连器10到电路中，已经存在的全额定断路器20可用于实现故障制定，(必要时负载中断)及接地装置的短时电流负荷需求，同时又提供正向保护及切换功能。由于断路器20的国际性标准常常需要的操作规程的扩展范围，断路器20通常是比常规接地开关坚固得多的装置。

另一可能优点为断连器10仅需要能够承受电流的通过(短期最大耐冲击电流或STC等级)且比可比较故障制定额定STC(及负载中断)的开关装置更紧密且可安装于断路器小室的背部中而不需要独立的面板或外部走线。因此，可节省制造商及用户成本。

断连器可为通常比可比较开关装置更简单且更可靠的装置，且可额定经扩展数目个机械操作而无需维护。因为其仅可作为卸负装置操作，断连器10不必经历跨越任何触点的电弧作用且因此不易于佩戴且需要最小的维护。

可对图1中示出的配置进行各种修改。在所展示的布置中，电力供应器1的正极终端2具有第一极性且连接到断连器开关10、断路器20及“有电”导轨7，而负极终端3具有第二极性且连接到通常固持于或接近地面电位的安全的“负极返回轨6”。将认为到，此可通过在地面电位或接近地面电位已连接“安全”电位的电力供应器的正极终端2与提供电力给“有电”导轨7的负极终端3逆转。就此来说，电力供应器终端的第一极性和第二极性可逆转。

断连器开关10也可具备对应于中间或“隔离”位置的第三稳定位置(图式中未图示)，在所述中间或“隔离”位置中第一终端11及第二终端12都不电连接到普通终端13，使得第一终端11和第二终端12两者都与普通终端13电隔离。以此方式，导轨7可与电力供应器1的正极输出终端2及负极输出终端3完全隔离。

断连器开关10可经配置以完全手动地，或使用自动致动或两者的组合来操作。断连器开关可包含紧急手动操作设施。

断连器开关10可包含指示其在第一、第二和/或第三位置中的任一者中的状态的视觉位置指示符。视觉位置指示符可由驱动指示符信标或相关移动部件的窗口给定视野提供。其它类型的视觉位置指示符是可能的。

断路器20可经配置以在被视为过流情形的任何合适的电流电平的前向方向上跳闸。

断路器20可包括任何装置或组合件或其它合适的布置，其用于提供在检测到前向方向中的过流情形之后断开电路且独立于反方向中的电流电平保持闭合的装置。举例来说，如所定义的断路器可包括可使用保护中继经由分流跳闸线圈触发的开关或电路断开装置。开关或电路断开装置可由用于检测适合的故障或超载情形的任何合适的独立机构触发。

已经在用于将电力传递到轨道或轻轨基础设施的导轨6、7的电力传递系统的上下文中描述了电力传递系统。但是，对于当处于维护或服务中断情形时，其中通常处于有电高电位的导体网络必须接地或短接到处于安全电位的导体的任何电力传递系统来说更大体适用。

电力传递系统可经修改以包含当断路器20处于闭合情形时防止断连器开关10在一个方向或两个方向中操作的互锁系统。如果断连器开关10具备如上文所论述的第三(‘隔离’)位置，那么互锁系统可经配置以防止断连器开关经操作以从第一、第二和第三位置中的任何一或多者过渡或过渡到第一、第二和第三位置中的任何一或多者。

其它实施例意欲在随附申请专利范围的范围内。

Claims (13)

1.一种以供用于电力传递系统的断路器/断连器设备，其包括：

单向DC断路器，其具有第一终端及第二终端，并且经配置以在正方向上的过流情形期间自动打开且独立于反方向上的电流电平而保持关闭；

与所述断路器串联的断连器开关，所述断连器开关具有第一终端，第二终端及连接到所述断路器的所述第一终端的普通终端；

所述断连器开关至少具有其中所述第一终端连接到所述普通终端的第一位置，及其中所述第二终端连接到所述普通终端的第二位置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述断路器包含经配置以迫使所述断路器进入打开情形的手动可操作跳闸开关。

3.根据权利要求1所述的设备，其中当所述断路器处于闭合情形时，所述断连器开关经互锁以防止在所述第一位置与所述第二位置之间切换。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述断路器的所述第二终端耦合到电力传递系统的第一导轨。

5.根据权利要求1或权利要求4所述的设备，其中所述断连器开关的所述第一终端连接到电力供应器的第一极性连接器且所述断连器开关的所述第二终端连接到所述电力供应器的第二极性连接器。

6.根据权利要求5所述的设备，当依附于权利要求4时，其中所述电力供应器的所述第二极性连接器耦合到传输系统的轨道且其中所述电力供应器的所述第一极性连接器耦合到传输系统的架空电缆或第三轨。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述正方向对应于从所述断路器的所述第一终端到所述第二终端的电流，且所述反方向对应于从所述断路器的所述第二终端到所述第一终端的电流。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述断连器开关包含其中所述第一终端和所述第二终端两者都与所述普通终端电隔离的第三位置。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述断连器开关经配置以由手动操作来操作。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述断连器开关包含指示其在所述第一位置或所述第二位置中的状态的视觉位置指示符。

11.一种配置电力传递系统的方法，其包括：

提供具有第一极性终端及第二极性终端的DC电力供应器；

将断连器开关耦合到所述DC电力供应器，使得所述断连器开关具有连接到所述DC电力供应器的所述第一极性终端的第一终端及连接到所述电力供应器的所述第二极性终端的第二终端，所述断连器开关至少具有其中所述第一终端连接到普通终端的第一位置及其中所述第二终端连接到所述普通终端的第二位置；

将所述断连器开关的所述普通终端连接到单向DC断路器的第一终端，所述单向DC断路器具有第一终端及第二终端并且经配置以在前向方向上的过流情形期间自动打开，且独立于反方向上的电流电平而保持闭合；

将所述断路器的所述第二终端连接到第一电力线；及

将所述断连器开关的所述第二终端及所述DC电力供应器的所述第二极性终端连接到第二电力线。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含通过将所述断连器开关切换到所述第一位置且接着将所述断路器设置为闭合配置而将所述第一电力线和所述第二电力线置于服务中情形。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其进一步包含通过将所述断路器设置为打开配置，随后将所述断连器开关切换到所述第二位置，随后将所述断路器设置成闭合配置而将所述第一电力线和所述第二电力线置于安全维护情形。