TWM583153U - 斷路器跳脫迴路系統改良裝置 - Google Patents

Abstract

本創作是一種斷路器跳脫迴路系統改良裝置，特別是改善高壓電力系統中，當其系統發生事故時，其原有跳脫迴路之工作電源失能，無法提供有效電源驅動斷路器的跳脫線圈作動，以隔離事故。本創作之斷路器跳脫迴路系統改良裝置，係引入電流偵測裝置之降流單元的電能作為斷路器跳脫線圈所需之電能，於系統發生故障時可確實使斷路器強制作動以使斷路器的跳脫機構動作，使斷路器開路，隔離事故點，提昇用電的安全性。

Description

斷路器跳脫迴路系統改良裝置

本創作是一種斷路器跳脫迴路系統改良裝置，特別是改善高壓電力系統中，當系統發生事故時，其原有跳脫迴路的工作電源失能，無法提供有效電源驅動斷路器的跳脫線圈作動以隔離事故。本創作之斷路器跳脫迴路系統改良裝置，引入電流偵測裝置之降流單元的電能作為斷路器跳脫線圈工作之電源，可確實使斷路器強制作動以使斷路器的跳脫機構動作，使斷路器開路以隔離事故點，提昇用電的安全性。

輸(配)電系統中，高壓斷路器盤是非常重要的設備並受到重視，按屋內裝置規則第401條的認證要求，舉凡高壓設施，從箱體、高壓變壓器、斷路器、比壓器、比流器、避雷器、高壓熔絲......等，都必須通過驗證。按理而言高壓系統應非常可靠且安全信賴度高。但實務上高壓受電用戶出故障的狀況時有所聞。探討其中發現有許多的案例，癥結是高壓系統中提供跳脫迴路的工作電源失能，而造成事故！驀然發現，高壓系統中，提供系統能安全隔離事故的跳脫迴路工作電源元件，確已成為安全上的死角。當該跳脫迴路所需之工作電源故障時，系統因缺乏電能致動，跳脫機構無法作動隔離高壓事故，後果相當嚴重，衍生的經濟損失甚或賠償 問題難以估計。

高壓斷路器盤，有三種動作，一為通電閉合ON、二為斷電啟斷OFF、三為故障時跳脫Trip隔離事故。一般驅動斷路器跳脫的指令來自於保護電驛，而保護電驛的資訊來源，一般來自比流器CT，檢視是否有過載或短路之事故，而比壓器PT檢視是否有過電壓或低電壓之狀況，零相比流器ZCT檢視是否有接地狀況、或溫度過高、頻率異常問題……等，該感測裝置提供保護電驛作動導通，並進而使斷路器斷開以隔離事故點。目前高壓配電系統中，許多的事故發生時無法有效隔離事故點令斷路器跳脫，其中有許多的原因是因為系統中跳脫迴路的工作電源失能。目前世界上在高壓配電系統上，其使用的跳脫迴路工作電源，一般分為直流工作電源與交流工作電源。直流工作電源一般又以電池組作為跳脫迴路的工作電源，交流工作電源一般則以電容跳脫裝置CTD為主。而目前高壓斷路器的跳脫方式一般分為兩種，一種為電動式，使用內部動作線圈，另一種為機械式跳脫。高壓配電系統事故案例列舉如下：案例一、台電台中新天輪電廠爆炸案；案例二、觀音工業區某半導體公司，高壓盤中的保護電驛專用CTD故障，導致台電變電站跳電；案例三、新竹工業區某化工廠，CTD故障造成69KV主變電站跳電，造成損失；案例四、芳苑工業區某化纖廠CTD故障造成69KV變電站跳電，半成品全毀；案例五、印尼某工廠保護電驛用CTD，容量不足造成二次事故；案例六、科學園區電子廠擴建UPS故障；案例七、花蓮某醫院，高壓盤的CTD被誤觸而故障；案例八、日本福島核災；案例九、蘇聯車諾比核災……等。以上的案例中，不外乎就是當其供(配)電系統中，其斷路器盤中之控制電源的跳脫迴路工作電能失能，導致當系統 發生故障時，因為沒有一個有效的工作電源導致事故發生時，無法使斷路器做對應跳脫動作以隔離事故，甚至造成大停電等重大損失。綜合這些案例可知，造成事故的原因不外乎有1.天災、2.人禍、3.慣性習慣的疏失。

高壓斷路器(H.V.CB)或特高壓CGIS或GIS，是接受保護電驛(Relay)的指令，做為是否跳脫高壓斷路器，將事故源隔離。因此該斷路器如果不能如期在某一事業單位(受電方)發生短路事故時立即跳脫，將會造成高壓斷路器(H.V.CB)損壞，而擴及到影響主供電幹線供應電源給其他的事業單位(受電方)，造成連鎖性的產業損失。高壓斷路器能否及時跳脫，受控於保護電驛(Relay)是否能即時發出指令。因此，當提供保護電驛的工作電源有問題時，該保護電驛就不會動作；該保護電驛不會動作時，高壓CB在事故發生時也就不會動作，無法隔離事業單位的事故點，造成嚴重的二次事故，甚至影響台電供電饋線跳脫！不可不慎。由於此高危險性的工安事件常因誤判而產生意外，於是供電幹線的業者(台灣電力公司)為防止電驛於短路事故時，因電壓驟降無法動作觸發斷路器跳脫，及因比流器飽和遲緩動作，要求事業單位要按照規定設置保護系統，才會答應供電。主要的規定內容是：採比壓器二次側電源供應時，應輔以電容跳脫裝置(CTD)或輔以電容跳脫裝置再併接不斷電系統(UPS)，且供電子式或數位式電驛使用之電容跳脫裝置(CTD)，不得接供斷路器或其他設備使用。這是理想，但意外常常來自於理想狀況下，實務上不斷電系統(UPS)一年、兩年後幾乎都會因電池老化而故障。若是使用蓄電池組為主的直流供電系統，其電池一年後可能會失能，但是事業單位卻不會察覺到，通常都是有短路事故時，發現高壓斷路器(H.V.CB)不會跳脫，發現沒有跳脫迴路的直流工作電源無法供應工 作電源給保護電驛(Relay)，但為時已晚。

配電盤中，其中保護電驛以及斷路器的跳脫迴路中，其中保護電驛的工作電源一般為AC與DC皆可使用以提供其所需之工作電源。在一般的情況下，會以直流電源為優先考量(AC與DC二者只能選定一種)，因為一般而言直流電源比較穩定可靠。

本創作申請人對於高壓配電系統中，其高壓配電盤中的跳脫迴路工作電源改善方式，已經有數個方案提出並申請專利。尤其在電容跳脫裝置CTD的改良方面，從在有載之下可測試，有電錶顯示其電壓值，到盤面式可以有效防止因開啟高壓配電盤而可能引起的工安事故預防，有電壓比較電路及警報電路的電容跳脫裝置可以解決電容器會因時間而衰減的問題，有時間電路與電壓比較電路的組合，可以每日或設定時間以模擬事故發生時，其跳脫迴路工作電源是否足以推動其負載設備以隔離事故，進一步有自動電源轉換電路的CTD，以防止電容跳脫裝置故障時，外部電源有交流及直流電源的支援，以及可以解決電壓以及電容量和通訊的問題，以上的解決方案是目前市場的產品。以及具有備用電源的電容跳脫裝置CTD、直流儲能直流電源電容跳脫裝置CTD、高壓電磁開關VCS專用電容跳脫裝置CTD、支援直流系統的電容跳脫裝置CTD……等，以上種種的改善方案，都是為了使高壓系統中跳脫迴路的工作電源更安全穩定而設計製造。

由以上可得知，高壓斷路器盤跳脫迴路工作電源基本上分為兩大類，一種電池組直流電能供電、另一種為交流電源供電。一般來自高壓比壓器HV PT二次側，因為當高壓系統中發生短路事故時，比壓器PT 電壓驟降為零，導致沒有一有效工作電源使用於該跳脫迴路，造成斷路器無法跳脫閉合接點以隔離事故，於是在交流電源供電系統中加裝電容跳脫裝置CTD以做為該系統高壓盤跳脫迴路的工作電源。一般而言，該跳脫迴路工作電源，以直流的電池組盤或者以電容跳脫裝置儲電直流電能的情況下，可以解決大部分的問題。但是在特殊的狀況下，如大地震……等天災，或者人為因素的疏失之下，都可能使得該跳脫迴路損壞或失能，導致斷路器無法跳脫隔離事故點。例如因為使用器材不當，例如使用UPS，因UPS內部電池失能造成UPS失能而導致許多的事故案例，實際案例如龍山變電站因事故沒有隔離造成科學園區大停電。台電新天輪案，因控制電源操作不當、斷路器沒有跳脫隔離事故，……造成電廠爆炸及數十人的傷亡；日本福島核電廠因地震，把該跳脫迴路線路損害，高壓斷路器沒有跳脫，導致冷卻循環系統失能，造成核災……等，以上實際案例皆說明跳脫迴路工作電源的重要性以及必須改善的迫切性。本發明即用以進一步改良斷路器跳脫迴路系統，提昇跳脫迴路供電系統的穩定性。

檢討該高壓配電系統中其跳脫迴路系統會故障的原因，在元件上如比壓器PT其會發生燒毀的原因為1.環境不良，濕氣過重、2.比壓器PT本體絕緣不好(絕緣劣化、有空隙…等)、3.動物入侵……等，會造成比壓器PT燒毀；比流器CT其會發生燒毀的原因為1.當系統發生短路事故時，二次側造成燒毀、2.環境潮濕、3.絕緣不良、4.接地故障……等；會造成比流器CT燒毀；一般而言比流器CT二次側不得開路會產生高壓電壓，並燒毀該比流器CT，所以CT二次側必須串接負載阻抗避免開路；一般而言比壓器PT二次側不得短路會產生過大故障電流，並燒毀該比壓器PT，所以 比壓器PT二次側必須並接負載阻抗避免短路。且在一般交流系統中其控制電源，一般也以比壓器PT二次側之電源做為跳脫迴路的工作電源來源。在高壓系統上，比流器CT二次側為一般電流源，電性連結至計器指示電流及保護電驛，比壓器PT二次側為一般電壓源，電性連結至計器指示電壓及保護電驛，依據電能等於電壓乘以電流(單相)，三相乘以√3倍的電能，當比流器CT二次側開路電流源趨近零則二端間會產生高壓，反之當比壓器PT二次側短路電壓源趨近零則二端間會產生高電流。所以當系統發生故障時，比壓器PT或比流器CT其中會有異常的狀態電能。另外外接電源失能、線路斷線或線路短路……等，皆會影響其跳脫迴路的工作電源。

由上述的事故案例所呈現的問題，無論是天災或者是人禍的因素，其跳脫迴路的跳脫系統失能，並且因此產生極大的事故。因此在既有的架構下，不能改變其配電盤的結構、不能改變其保護電驛的設定值、不能改變該斷路器的結構……等。藉由本創作斷路器跳脫迴路系統改良裝置的發明，在增強其原本跳脫迴路系統的功能，以達到以往無法保護的安全功能性。綜上所述，以直流電源或交流電源為主的控制迴路，使用於高壓盤的跳脫迴路工作電能失能時，在現場中所面臨實際的狀況，以往並無法有效的來解決該問題，於是從現場中的狀況實際需求，一種斷路器跳脫迴路系統改良裝置可以解決上述的問題，同時提昇其配電系統的安全性及穩定性。

一種斷路器跳脫迴路系統改良裝置，是將習有的跳脫迴路的 工作電源裝置加以強化改進，除了保留既有直流電能的狀態或者交流電能的狀態、或者直流交流混合而成的狀態外，在不改變原本系統保護電驛所設定保護協調機制、不改變原有配電盤的結構、以及不改變已經定型試驗過的高壓斷路器的狀態下，引入電流偵測裝置之降流單元的電能，以系統線路上的電能，同時利用電壓源及電流源的電能，串接保護電驛的常開接點動作、串接斷路器閉合輔助接點、再串接驅動斷路器的跳脫線圈，形成一完整跳脫迴路系統，並驅動斷路器內部跳脫機構，使斷路器作動斷電跳脫並隔離事故。

為達到上述目的，一種斷路器跳脫迴路系統改良裝置，其係與一電力迴路電性連結，且該電力迴路具至少有一供斷開該電力迴路之斷路器的跳脫線圈以連動該斷路器的跳脫機構斷開該斷路器；而該斷路器跳脫迴路系統改良裝置包括：一設於該電力迴路上至少一只以上之電壓偵測裝置，該電壓偵測裝置包含一供降低輸出電壓之降壓單元；一設於該電力迴路上至少一只以上之電流偵測裝置，該電流偵測裝置包含一供降低輸出電流之降流單元；一設於該電力迴路上至少一只保護電驛，該保護電驛依該電力系統線路、負載狀態及保護協調需求，設定其保護電氣安全設定值至少一種如電流、接地、電壓、頻率、溫度…等，當該偵測裝置數值大於該電氣安全設定值時，該保護電驛常開接點作動導通；該斷路器跳脫迴路系統改良裝置，以電流偵測裝置為主，可輔以併接電壓偵測裝置、電池組、外接電源等交流或直流電能輸出為控制迴路電源，再串接該保護電驛常開接點或遠端智能強制斷電指令接點、串接斷路器閉合輔助接點、再串接該 斷路器的跳脫線圈串接形成一跳脫迴路系統。該保護電驛常開接點或遠端智能強制斷電指令接點導通，當斷路器閉合輔助接點作動導通時，該斷路器的跳脫線圈係受控制迴路電源或電流偵測裝置之降流單元的電能作動，以驅動該斷路器的跳脫機構以斷開該斷路器。

為達到上述目的，一種斷路器跳脫迴路系統改良裝置，其係與一電力迴路電性連結，且該電力迴路具至少有一供斷開該電力迴路之斷路器的跳脫線圈以連動該斷路器的跳脫機構斷開該斷路器；而該斷路器跳脫迴路系統改良裝置包括：一設於該電力迴路上至少一只以上之電壓偵測裝置，該電壓偵設裝置包含一供降低輸出電壓之降壓單元；一設於該電力迴路上至少一只以上之電流偵測裝置，該電流偵測裝置包含一供降低輸出電流之降流單元；一設於該電力迴路上至少一只保護電驛，該保護電驛依該電力系統線路、負載狀態及保護協調需求，設定其保護電氣安全設定值至少一種如電流、接地、電壓、頻率、溫度…等。當該偵測裝置數值大於該電氣安全設定值時，該保護電驛常開接點作動導通；該斷路器跳脫迴路系統改良裝置，以電流偵測裝置再串接該保護電驛常開接點或遠端智能強制斷電指令接點、串接斷路器閉合輔助接點、再串接該斷路器的跳脫線圈串接形成一跳脫迴路系統。該保護電驛常開接點或遠端智能強制斷電指令接點作動導通時，當斷路器閉合輔助接點作動導通時，該斷路器的跳脫線圈以電流偵測裝置降流單元之電能以驅動該斷路器的跳脫機構以斷開該斷路器。

1‧‧‧斷路器跳脫迴路系統改良裝置

10‧‧‧斷路器

11‧‧‧電流偵測裝置

12‧‧‧電壓偵測裝置

13‧‧‧跳脫機構

14‧‧‧斷路器閉合輔助接點

15‧‧‧跳脫線圈

16‧‧‧保護電驛常開接點

17‧‧‧遠端智能強制斷電指令接點

18‧‧‧控制迴路電源

19‧‧‧保護電驛

20‧‧‧電源自動交替電路

圖1 斷路器跳脫迴路系統改良裝置配線示意圖

圖2 電流偵測裝置(比流器)示意圖

圖3 斷路器跳脫迴路系統改良裝置跳脫迴路動作示意圖

本創作斷路器跳脫迴路系統改良裝置，所實施的較佳實施例，如第1圖所示，其電力迴路上設有一斷路器10，該斷路器10有一跳脫線圈15，該跳脫線圈15連動其該斷路器10的跳脫機構13；該電力迴路上設有一電壓偵測裝置12(如比壓器)，該電壓偵測裝置12包含一供降低輸出電壓之降壓單元；該降壓單元電性連結至保護電驛19及控制迴路電源18。該電力迴路上亦設有一電流偵測裝置11(如比流器)，該電流偵測裝置11包含一供降低輸出電流之降流單元；該降流單元電性連結至保護電驛19及控制迴路電源18，該控制迴路電源18經電源自動交替電路20，選擇對應的電能串接至保護電驛19以連結保護電驛常開接點16。該保護電驛19依該電力系統線路、負載狀態及保護協調需求，設定其保護電氣安全設定值，達到保護設定值時，該保護電驛常開接點16作動導通，並可並接遠端智能強制斷電指令接點17，再串接該斷路器閉合輔助接點14，再串接該斷路器10的跳脫線圈15串接形成一跳脫迴路系統。如此即可引入電流偵測裝置11(如比流器)的電能以及電壓偵測裝置12(如比壓器)的電能，進一步改善當事故發生時，能確保該斷路器10的跳脫線圈15有足夠的電能驅動，以隔離事故。

請參考第2圖針對本創作之原理做進一步之說明。如圖2陰影方框所示為一般電流偵測裝置(比流器)的等效電路示意圖，電流偵測裝置11之降流單元電流流經一電流錶，形成一完整迴路。而為進一步引入電流偵測裝置11(如比流器)的電流做為斷路器10跳脫線圈15的電源，本創作於電流偵測裝置11之降流單元並聯一側支路徑。此一側支路徑於電力系統正常時，保護電驛19未動作內部的保護電驛常開接點16開路，而斷路器10之 斷路器閉合輔助接點14為導通狀態，此時並未有電流流經側支路徑。但當電力系統故障，保護電驛19動作該保護電驛常開接點16導通及斷路器閉合輔助接點14亦導通，側支路徑即為構成一完整迴路導通狀態，電流偵測裝置11(如比流器)的降流電元電流即通過側支路徑，因而可做為斷路器10跳脫線圈15驅動所需之電力。

將前述電流偵測裝置11(如比流器)降流單元側支路徑的技術特徵與習用斷路器跳脫電源的設計結合，請參閱第3圖。第3圖左上方陰影方塊，表示習用技藝中以電池組BAT、電容跳脫裝置CTD或不斷電系統UPS做為斷路器10跳脫線圈15的跳脫電源，其通常在一般情況下，是足以提供斷路器10跳脫線圈15所需的驅動電源。但當電池、電容跳脫裝置或不斷電系統因人為疏忽、天災巨變而失能，將無法驅動該跳脫線圈15以隔離事故，此時將產生巨大危害。如將前述引入電流偵測裝置11(如比流器)的降流單元電流源的技術特徵整合，從第3圖可見，當系統故障(保護電驛常開接點16接點導通)，若習用技藝之電池組、電容跳脫裝置或不斷電系統均失能時，此時電力迴路的電流仍持續通過斷路器10，因此電流偵測裝置11(如比流器)的降流單元的電流源仍持續有電流流通(參閱第2圖)。而此時電源自動交替電路20因習用技藝之電池組、電容跳脫裝置或不斷電系統均失能係切換到電流偵測狀置11的迴路，電流如虛線箭號所示流進斷路器10的跳脫線圈15，以驅動跳脫機構13作動，因而可以切斷斷路器10的閉合主接點以隔離事故點，進一步提昇了斷路器跳脫迴路系統的穩定性，以確保電力系統運作的安全。

綜上所述，本創作斷路器跳脫迴路系統改良裝置，進一步提 昇了斷路器跳脫迴路系統的穩定性，深具產業之利用性，且查市面上之相關產品及已核准之專利公告中，並未見與本創作實質之技術特徵相同者，亦符合新穎性及進步性之法定專利申請要件。援依法提出專利申請，懇請貴 審查委員能早日賜予本案專利，以確保申請人之權益。惟本案所揭露者，僅為本創作之較佳實施例，自不能以此限定本創作之權利範圍，凡依本創作精神所作之等效變更或修飾者，仍涵蓋於本創作之申請專利範圍中。

Claims (2)

1. 一種斷路器跳脫迴路系統改良裝置，其係與一電力迴路電性連結，且該電力迴路具至少有一供斷開該電力迴路之斷路器的跳脫線圈以連動該斷路器的跳脫機構斷開該斷路器；而該斷路器跳脫迴路系統改良裝置包括：一設於該電力迴路上至少一只以上之電壓偵測裝置，該電壓偵測裝置包含一供降低輸出電壓之降壓單元；一設於該電力迴路上至少一只以上之電流偵測裝置，該電流偵測裝置包含一供降低輸出電流之降流單元；一設於該電力迴路上至少一只保護電驛，該保護電驛依該電力系統線路、負載狀態及保護協調需求，設定其保護電氣安全設定值至少一種如電流、接地、電壓、頻率、溫度等，當該偵測裝置數值大於該電氣安全設定值時，該保護電驛常開接點作動導通；該斷路器跳脫迴路系統改良裝置，以電流偵測裝置為主，且輔以併接電壓偵測裝置、電池組、不斷電系統等交流或直流電能輸出為控制迴路電源，再串接該保護電驛常開接點或遠端智能強制斷電指令接點，再串接該斷路器的跳脫線圈串接形成一跳脫迴路系統，該保護電驛常開接點或遠端智能強制斷電指令接點導通時，當斷路器閉合輔助接點作動導通時，該斷路器的跳脫線圈以控制迴路電源或電流偵測裝置之電能作動，來驅動該斷路器的跳脫機構以斷開該斷路器。
2. 一種斷路器跳脫迴路系統改良裝置，其係與一電力迴路電性連結，且該電力迴路具至少有一供斷開該電力迴路 之斷路器的跳脫線圈以連動該斷路器的跳脫機構斷開該斷路器；而該斷路器跳脫迴路系統改良裝置包括：一設於該電力迴路上至少一只以上之電壓偵測裝置，該電壓偵設裝置包含一供降低輸出電壓之降壓單元；一設於該電力迴路上至少一只以上之電流偵測裝置，該電流偵測裝置包含一供降低輸出電流之降流單元；一設於該電力迴路上至少一只保護電驛，該保護電驛依該電力系統線路、負載狀態及保護協調需求，設定其保護電氣安全設定值至少一種如電流、接地、電壓、頻率、溫度等，當該偵測裝置數值大於該電氣安全設定值時，該保護電驛常開接點作動導通；該斷路器跳脫迴路系統改良裝置，以電流偵測裝置再串接該保護電驛常開接點或遠端智能強制斷電指令接點，再串接該斷路器的跳脫線圈串接形成一跳脫迴路系統，該保護電驛常開接點或遠端智能強制斷電指令接點作動導通時，當斷路器閉合輔助接點作動導通時，該斷路器的跳脫線圈以電流偵測裝置之電能來驅動該斷路器的跳脫機構以斷開該斷路器。