JP2012205498A

JP2012205498A - 電気機械を有するシステムのための短絡保護策

Info

Publication number: JP2012205498A
Application number: JP2012066474A
Authority: JP
Inventors: Einar Vaughn Larsen; アイナー・ヴォーン・ラーセン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-10-22
Also published as: EP2503658A1; US20120243129A1; CN102694368A

Abstract

【課題】電気機械を有するシステムのための短絡保護策を提供する。
【解決手段】保護装置１３０は、電力システム１０５および電気機械１１０をシャントして設けられる。保護装置１３０は、正常動作中には開路状態であり、故障の検出に応じて閉路状態になる。閉路状態では、保護装置１３０は、電気機械１１０から電力システム１０５を分離する短絡回路を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に電気機械に関係し、特に電気機械を利用するシステムに対する短絡保護策を提供する。

発電は、電気機械を利用するシステムの一例である。発電の一応用例では、電気機械（例えば、発電機）が、負荷機器を駆動する電気エネルギーを発生するために使用される場合がある。発電の別の一応用例では、電気機械は、電力システムによって駆動されるモータ負荷機器である場合がある。いずれの応用例においても、送電系統の故障が動作中に生じると、電気機械は、磁場および回転慣性力の両方で内在する蓄積エネルギーを有し、短期間の間（すなわち、磁場がゼロに低下するまでまたは回転慣性が停止するまで）電気送電系統中の故障部へと電流を強制的に流す。例えば、電力システムと電気機械との間に配線間のアーキング故障がある場合には、供給部が回路ブレーカまたはフューズなどの保護装置によって開路であっても、機械は、その故障部へ電流を供給するであろう。電気機械が故障部へ電流を供給し続けるという理由で、機械、および電力システムと回路ブレーカとの間の回路部分を満足いくように保護することができない。

米国特許出願公開第２００９／７６２９７０５号明細書

本発明の一態様において、システムを提供する。本発明のこの態様では、本システムは、電気機械と、電気機械に接続された電気機械制御システムと、電気機械および電気機械制御システムへ電力を供給する電力システムと、電気機械および電気機械制御システムをシャントする保護装置とを備える。保護装置は、正常動作中には開路状態であり、故障の検出に応じて閉路状態になり、電気機械制御システムおよび電気機械から電力システムを分離する短絡回路を形成する。

本発明の別の一態様において、システムを提供する。本発明のこの態様では、本システムは、電気機械と、電気機械制御システムと、電気機械制御システムへ電気機械を結合する電気的接続部と、電気機械および電気機械制御システムへ電力を供給する電力システムと、電気的接続部に接続され、電気機械および電気機械制御システムをシャントする回路ブレーカとを備える。回路ブレーカは、電力システム、電気機械および電気機械制御システムの正常動作中には開路状態であり、電気機械中の電流を電力システムから迂回させる必要があるとの判断に応じて閉路状態になる。回路ブレーカは、閉路状態であることに応じて電気機械と電気機械制御システムとの間に短絡回路を形成し、電流が電気機械から電力システム中へと流れることを防止する。

本発明の第３の態様において、システムを提供する。本発明のこの態様では、本システムは、電気機械と、電気機械を制御する電気機械制御システムと、電力システムと、電力システムと電気機械制御システムとの間に設置された直列接続の保護装置と、電気機械制御システムおよび電気機械をシャントして接続された保護装置とを備える。保護装置は、電力システム、電気機械および電気機械制御システムの正常動作中には開路状態であり、電気機械中の電流を電力システムから迂回させる必要がある故障の検出に応じて閉路状態になる。保護装置は、閉路状態であることに応じて電気機械と電気機械制御システムとの間に短絡回路を形成し、電流が電気機械から電力システム中へと流れることを防止する。

本発明の一実施形態による電力システムおよび電気機械に対する短絡保護策を提供するためのシステムの概略図である。本発明の別の一実施形態による電力システムおよび電気機械に対する短絡保護策を提供するためのシステムの概略図である。

本発明の様々な実施形態が、電気機械を有するシステムの短絡保護策を提供するように向けられている。これらの実施形態では、保護装置は、電力システムおよび電気機械をシャントして設けられる。保護装置は、正常動作中には開路状態であり、故障の検出に応じて閉路状態になる。閉路状態では、保護装置は、電気機械から電力システムを分離する短絡回路を形成する。一実施形態では、保護装置を、回路ブレーカ、スイッチまたは別のタイプの電流制限保護装置とすることができる。保護装置が、閉路状態であるときには、短絡回路が、電力システムと電気機械との間に形成され、電流が電気機械から電力システムへと流れることを防止する。

本発明の別の一実施形態では、短絡回路を許容する電気機械の能力を増大させるために、インピーダンスを、電気機械から流れる電流を所定の電流値にさらに制限する保護装置と直列に設置することができる。機械が直接短絡を十分に許容できないケースでは、これは有用である。

本発明の様々な実施形態の技術的な効果は、機械内の何らかの故障を含む電力システムと電気機械との間に生じる何らかの故障を緩和させるために、電力システムおよび電気機械をシャントする低インピーダンス経路を設けることを含む。短絡回路によって作り出されるこの低インピーダンス経路は、故障経路中の電流によって引き起こされる損傷を最小にする。電力システムおよび電気機械をシャントする保護装置を設置する構成によって形成される低インピーダンス経路に付随するもう１つの技術的な効果は、保護装置が短期間の間故障電流だけを搬送するように割合を定めることができ、正常動作中に追加の損失を導入しないことである。

図面を参照すると、図１は、本発明の一実施形態による電力システム１０５および電気機械１１０に対する短絡保護策を与えるためのシステム１００の概略図である。図１に示したように、システム１００は、電気機械１１０およびその機械を制御する電気機械制御システム１１５に接続された電力システム１０５を備える。

一実施形態では、電気機械１１０は、電力システム１０５を駆動する電気エネルギーを発生するために使用することができる発電機である場合がある。別の一実施形態では、電気機械１１０は、電力システム１０５によって駆動されるモータ負荷機器である場合がある。

一実施形態では、電気機械制御システム１１５は、電力システム１０５と機械制御システムとの間に設置された回路ブレーカを動作させるオン／オフスイッチである場合がある、または電力−電気モータ駆動システムである場合がある。

図１は、回路ブレーカまたはフューズなどの保護装置１２０が、電力システム１０５ならびに電気機械制御システム１１５および電気機械１１０によって形成される回路と直列に設置されることを示す。閉路状態では、保護装置１２０は、電気機械１１０および電気機械制御システム１１５への電力システム１０５の接続を維持する。故障が生じる場合には、保護装置１２０が開路状態になり、電力システム１０５を電気機械１１０および電気機械制御システム１１５から分離する。本発明の様々な実施形態の説明を容易にするために、電力システム１０５の１つのセグメントだけを開示する。電力システム１０５が、それぞれの保護装置１２０によって電力システムに接続される追加のセグメントを有する場合があることを、当業者であれば認識するであろう。

図１に示したように、システム１００は、電気機械１１０および電気機械制御システム１１５を結合する電気的接続部１２５をさらに含み、機械制御システムおよび機械の周りに回路を形成する。保護装置１３０は、電気機械１１０および電気機械制御システム１１５をシャントして電気的接続部１２５に接続される。一実施形態では、電気的接続部１２５を、ケーブル、ブスバーまたは電気機械１１０および電気機械制御システム１１５の周りに回路を完成させる電線などの導電体から形成することができる。一実施形態では、保護装置１３０を、スイッチ、回路ブレーカとすることができる、または、必要な程度の電流制限を行うことができさえすれば、任意の別のタイプの電流制限保護装置（例えば、「Ｉｓリミッタ」もしくは「ＣＬＩＰ」）を使用することができる。

動作では、保護装置１３０は、電力システム１０５、電気機械１１０および電気機械制御システム１１５の正常動作中には開路状態である。保護装置１３０は、保護装置１２０と保護装置１３０との間の部分において生じる故障の検出に応じて閉路状態になる。一般的に、保護装置１２０と保護装置１３０との間の部分において生じる故障の検出は、電気機械１１０中の電流を電力システム１０５から迂回させる必要があることを判断することによって特徴付けられる。閉路状態であるときには、保護装置１３０は、電力システム１０５、電気機械１１０および電気機械制御システム１１５の間に短絡回路を形成し、電力システムを機械および機械制御システムから分離する。特に、短絡回路は、故障電流が流れるための低インピーダンス経路を与え、これによって、電流が電気機械１１０および電気機械制御システム１１５から電力システム１０５中へと流れることを防止する。これは、電気機械１１０からの過渡的なエネルギーが保護装置１２０と保護装置１３０との間の部分における故障部を介して消失することを防止する。保護装置１２０が閉路のままで留まることができるように、保護装置１２０の分離機能を行うことができる電気機械制御システム１１５内の別の機能があり得るとはいえ、システム１００によってもたらされる保護が、一般に保護装置１３０を閉路にさせ、保護装置１２０を開路にさせるであろうことに留意する。

電気機械１１０および電気機械制御システム１１５をシャントする保護装置１３０を設けることによって形成される低インピーダンス経路のために、保護装置を、短期間の間故障電流だけを搬送するように割合を定めることができ、システム１００の正常動作中に追加の損失が導入されないことを確実にする。機械が保護動作において短絡回路を許容できるある種のケースがあるという理由で、短絡回路を作り出すことが電気機械１１０を損傷しないであろうことを、当業者ならば認識するであろう。例えば、かかるケースが、故障電流が負荷電流よりもそれほど大きくない永久磁石機械で存在する。

電力システム１０５と電気機械１１０と電気機械制御システム１１５との間で生じる故障を取り扱う際の先のアプローチは、機械と機械制御システムとの間に直列に接続された保護装置を設置することに依存している。電気機械１１０と電気機械制御システム１１５との間に直列に接続された保護装置を有することにはいくつかの不都合な点がある。１つは、直列に接続された保護装置が、継続的に電流を搬送するので、適切に割合を定めなければならないことであり、冷却の要求および回路損失を意味する。もう１つの不都合な点は、直列に接続された保護装置が故障時に負荷電流を切断しなければならないことであり、そのため保護装置は、回路上の公称電圧の少なくとも２倍の電圧、過渡効果を考慮するとおそらく公称電圧の３倍から４倍の電圧に対応する耐電圧割合を持たなければならない。電気機械１１０および電気機械制御システム１１５をシャントする保護装置１３０を有することに関連した短絡の特徴は、機械と機械制御システムとの間に直列に接続された保護装置を有することの不都合を克服する。

図２は、本発明の別の一実施形態による電力システム１０５および電気機械１１０に対する短絡保護策を提供するためのシステム２００の概略図である。この実施形態では、電気機械による短絡の許容度を高める所定の電流値に電気機械１１０から流れる電流を制限するために、インピーダンスＺｓを保護装置１３０と直列に設置する。保護装置１３０と直列にインピーダンスＺｓを設置することは、機械１１０が直接短絡を十分に許容できないケースにおいて、短絡を許容する電気機械の能力を高める際に有用である。

本開示が好ましい実施形態に関連して具体的に示し、説明してきているが、変形形態および修正形態を当業者は思い付くであろうことが、認識される。それゆえ、別記の特許請求の範囲が、本開示の真の精神の範囲内になるすべてのかかる修正および変更をカバーするように意図していることを、理解すべきである。

１００システム
１０５電力システム
１１０電気機械
１１５電気機械制御システム
１２０直列に接続された保護装置
１２５電気的接続部
１３０シャントする保護装置
２００システム

Claims

電気機械（１１０）と、
前記電気機械（１１０）に接続された電気機械制御システム（１１５）と、
前記電気機械（１１０）および前記電気機械制御システム（１１５）へ電力を供給する電力システム（１０５）と、
前記電気機械（１１０）および前記電気機械制御システム（１１５）をシャントする保護装置（１３０）であって、前記保護装置（１３０）は、正常動作中には開路状態であり、故障の検出に応じて閉路状態になり、前記電気機械制御システム（１１５）および前記電気機械（１１０）から前記電力システム（１０５）を分離する短絡回路を形成する、保護装置（１３０）と
を備えた、システム（１００）。
前記電力システム（１０５）と前記機械制御システム（１１５）との間に設置された直列接続の保護装置（１２０）をさらに備えた、請求項１記載のシステム（１００）。
前記保護装置（１３０）が回路ブレーカを含む、請求項１記載のシステム（１００）。
前記保護装置（１３０）がスイッチを含む、請求項１記載のシステム（１００）。
前記電気機械（１１０）が発電機を含む、請求項１記載のシステム（１００）。
前記電気機械（１１０）が電気モータ負荷機器を含む、請求項１記載のシステム（１００）。
前記保護装置（１３０）と直列であるインピーダンスをさらに備えた、請求項１記載のシステム（２００）。
電気機械（１１０）と、
電気機械制御システム（１１５）と、
前記電気機械制御システム（１１５）へ前記電気機械（１１０）を結合する電気的接続部（１２５）と、
前記電気機械（１１０）および前記電気機械制御システム（１１５）へ電力を供給する電力システム（１０５）と、
電気的接続部（１２５）に接続され、前記電気機械（１１０）および前記電気機械制御システム（１１５）をシャントする回路ブレーカ（１３０）であって、前記回路ブレーカ（１３０）は、前記電力システム（１０５）、前記電気機械（１１０）および前記電気機械制御システム（１１５）の正常動作中には開路状態であり、前記電気機械（１１０）内の電流を前記電力システム（１０５）から迂回させる必要があるとの判断に応じて閉路状態になり、前記回路ブレーカ（１３０）は、閉路状態であることに応じて前記電気機械（１１０）と前記電気機械制御システム（１１５）との間に短絡回路を形成し、電流が前記電気機械（１１０）から前記電力システム（１０５）中へと流れることを防止する、回路ブレーカ（１３０）と
を備えた、システム（１００）。
前記電気機械（１１０）による前記短絡回路の許容度を高めるために、前記電気機械（１１０）から流れる電流を制限する前記回路ブレーカ（１３０）と直列であるインピーダンスをさらに備えた、請求項８記載のシステム（２００）。
電気機械（１１０）と、
前記電気機械（１１０）を制御する電気機械制御システム（１１５）と、
電力システム（１０５）と、
前記電力システム（１０５）と前記電気機械制御システム（１１５）との間に設置された直列接続の保護装置（１２０）と、
前記電気機械制御システム（１１５）および前記電気機械（１１０）をシャントして接続された保護装置（１３０）であって、前記保護装置（１３０）は、前記電力システム（１０５）、前記電気機械（１１０）および前記電気機械制御システム（１１５）の正常動作中には開路状態であり、前記電気機械（１１０）中の電流を電力システム（１０５）から迂回させる必要がある故障の検出に応じて閉路状態になり、前記保護装置（１３０）は、閉路状態であることに応じて前記電気機械（１１０）と前記電気機械制御システム（１１５）との間に短絡回路を形成し、電流が前記電気機械（１１０）から前記電力システム（１０５）中へと流れることを防止する、保護装置（１３０）と
を備えた、システム（１００）。