CN102290279A - 高速真空直流限流断路器 - Google Patents

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江壮贤
刘路辉
徐国顺
王晨
武瑾
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Abstract

本发明公开了一种限流断路器高速触头驱动机构，包括一机架，机架中依次固定安装有电磁斥力机构、弹簧连接机构、永磁机构；电磁斥力机构包括平行叠放的斥力驱动线圈和斥力金属盘，斥力驱动线圈两端连接有用于提供驱动电流的驱动电路；弹簧连接机构包括沿斥力金属盘周向布置的弹性部件；永磁机构包括静铁心和静铁心中部镶嵌的永磁体，所述的永磁体的两侧分别安装有分闸线圈和合闸线圈，在永磁体和静铁心的磁极之间设置有动铁心，动铁心中设有动触头驱动杆，动触头驱动杆依次穿过静铁心、弹簧连接机构、斥力驱动线圈以及斥力金属盘的轴心部与断路器触头连接。本发明具有分闸时间短、初始分离速度快、动作可靠性高、机械寿命长的等优点。

Description

高速真空直流限流断路器
技术领域
本发明涉及直流电网短路故障时使用的限流断路器，尤其涉及一种基于真空灭弧室强迫过零关断原理的高速直流限流断路器。
背景技术
随着国民经济的发展，城市用电负荷的增加，对电力***的容量需求越来越高。现今在美国、日本、德国等发达国家已越来越多地采用直流输电。另外，现代舰船、地铁等独立电力***均也采用直流电力***，为了限制不断增大的直流短路电流，保护用电设备的安全，亟需限流能力更强、可靠性更高的直流限流断路器。
传统电弧型直流断路器由于存在电弧对机械触头的烧蚀作用，电气寿命短且限流效果不佳，而由功率半导体器件组成的固态开关由于通态损耗大、价格高也难以推广应用。
基于真空灭弧室强迫关断原理的真空直流断路器，是近年来直流断路器的一个新的发展方向，其电路原理见附图1所示，它的工作原理是在真空断路器VB两端并联一个LC放电电路，关断时通过对预充好电的电容C放电，产生一个与***电流方向相反的电流来制造“人工过零点”，利用真空灭弧室在电流过零点的熄弧能力来切断路直流电路。
这种方法具有结构简单，易实现等优点，但是由于采用该原理的断路器在电流过零瞬间会出现恢复电压，为了达到足够的介质绝缘强度，真空灭弧室在电流过零点时必须达到足够大的开距，这将使断路器在分断大上升率短路电流时不具备限流能力甚至无法开断短路电流。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种限流能力强，动作迅速、关断可靠的真空直流限流断路器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高速真空直流限流断路器，包括用于接收到外部命令时快速分闸的高速真空触头机构、用于在真空灭弧室中制造电流过零点的反向电流产生电路、用于使真空灭弧室电流过零后得到零电压恢复时间的续流电路以及用于吸收电路能量的吸能电路，所述的高速真空触头机构、反向电流产生电路、续流电路和吸能电路并联连接。
在上述技术方案中，所述高速真空触头机构包括真空灭弧室和高速电磁斥力驱动机构，所述真空灭弧室设有动导电杆，所述动导电杆与高速电磁斥力驱动机构连接。
在上述技术方案中，所述高速电磁斥力驱动机构包括层叠放置的斥力金属盘和斥力驱动线圈，所述斥力金属盘与所述动导电杆连接，所述斥力驱动线圈两端连接有驱动电路。
在上述技术方案中，所述驱动电路包括预充电的电容C1、晶闸管T1和续流二极管D1组成，所述电容C1的正极与晶闸管T1的阳极连接，晶闸管T1的阴极、续流二极管D1的阴极与斥力驱动线圈一端连接，电容C1的负极、续流二极管D1的阳极与斥力驱动线圈另一端的连接。
在上述技术方案中，所述反向电流产生电路由预充电电容C2、晶闸管T2、电感L及续流二极管D2组成，电容C2的正极与晶闸管T2的阳极连接，电容C2的负极与高速真空触头机构正端连接，所述电感L和续流二极管D2并联连接，晶闸管T2阴极与续流二极管D2的阴极连接，续流二极管D2的阳极与高速真空触头机构的负端连接。
在上述技术方案中，所述续流电路为续流二极管D3，所述续流二极管D3的阳极与高速真空触头机构的负端连接，所述续流二极管D3的阴极与高速真空触头机构的正端连接。
在上述技术方案中，所述吸能电路为压敏电阻。
本发明采用高速电磁斥力驱动机构作为真空弧室驱动机构，使真空灭弧室在接到外部命令后能够快速分闸；在高速真空断路器两端反并续流二极管，使真空灭弧室在电流强迫过零之后获得一段零电压绝缘恢复时间，实现了真空灭弧室小开距情况下的可靠电流强迫过零关断，因而能够在短路电流出现后迅速分断，解决了普通直流断路器在分断高上升率短路电流时面临的难题。同时由于本发明动作速度快，短路发生时关断的故障电流小，所需的关断器件额定值也相应降低，从而提高了断路器的经济性能。
附图说明
图1是传统基于真空灭弧室强迫关断原理的真空直流断路器原理图。
图2是本发明原理图。
图3是电磁斥力驱动机构原理图。
图4是本发明短路关断过程中电流示意图。
图5是本发明具体实施例的电流波形图。
图中，1、高速真空触头机构；2、电流产生电路；3、续流电路；4、吸能电路；5、斥力金属盘；6、斥力驱动线圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细说明本发明的技术方案。
如图2所示，高速真空直流限流断路器包括用于接收到外部命令时快速分闸的高速真空触头机构1、用于在真空灭弧室中制造电流过零点的反向电流产生电路2、用于使真空灭弧室电流过零后得到零电压恢复时间的续流电路3以及用于吸收电路能量的吸能电路4，所述的高速真空触头机构1、反向电流产生电路2、续流电路3和吸能电路4并联连接，吸能电路4可以为压敏电阻或其它具有能量吸收功能的电子元器件或其组合。
高速真空触头机构1包括真空灭弧室和高速电磁斥力驱动机构，真空灭弧室设有动导电杆，动导电杆与高速电磁斥力驱动机构连接。如图3所示，高速电磁斥力驱动机构包括层叠放置的斥力金属盘5和斥力驱动线圈6，斥力金属盘5位于斥力驱动线圈6的正上方，斥力金属盘5与真空灭弧室中的动导电杆连接，斥力驱动线圈6两端连接有驱动电路，驱动电路包括预充电的电容C1、晶闸管T1和续流二极管D1组成，所述电容C1的正极与晶闸管T1的阳极连接，晶闸管T1的阴极、续流二极管D1的阴极与斥力驱动线圈一端连接，电容C1的负极、续流二极管D1的阳极与斥力驱动线圈另一端的连接。
反向电流产生电路2由预充电电容C2、晶闸管T2、电感L及续流二极管D2组成，电容C2的正极与晶闸管T2的阳极连接，电容C2的负极与高速真空触头机构正端连接，所述电感L和续流二极管D2并联连接，晶闸管T2阴极与续流二极管D2的阴极连接，续流二极管D2的阳极与高速真空触头机构的负端连接。
续流电路3为续流二极管D3，所述续流二极管D3的阳极与高速真空触头机构的负端连接，所述续流二极管D3的阴极与高速真空触头机构的正端连接。
本发明的工作原理如下：
正常工作时额定电流I0高速真空断路器1上流过，如图4所示，假设t0时刻***发生短路故障，经过的检测判断后控制器给高速真空断路器1发出动作信号，经过一定机械延时后高速真空断路器在t1时刻分离，同时反向电流产生电路2发出反向电流ic1，t2时刻主回路电流与反向电流ic1相等，此时流过高速真空断路器1的电流减小为零，此后关断回路电流大于主回路电流，续流电路3的续流二极管D1导通，高速真空断路器1两端电压为零，直至t3时刻主回路电流与反向电流ic1再次相等，真空灭弧室的零电压恢复时间为tr＝t3-t2。此后主回路电流转移至反向电流产生电路2，电容C被反向充电，电压不断升高，当电容反向充电电压超过压敏电阻MOV的门槛值时，MOV导通限压吸能，短路电流被切断。
图5所示为本实施例的一次样机短路限流实验波形图，样机额定400A/1000V，预期短路电流峰值10kA，时间常数2ms。当主回路电流大于1000A且持续时间大于20us时认为***出现短路故障，高速真空断路器在短路故障出现后75us打开，电流峰值限制到2500A以下，***过电压小于2000V，分断时间小于2ms。

Claims (7)

1.一种高速真空直流限流断路器，其特征在于，包括用于接收到外部命令时快速分闸的高速真空触头机构(1)、用于在真空灭弧室中制造电流过零点的反向电流产生电路(2)、用于使真空灭弧室电流过零后得到零电压恢复时间的续流电路(3)以及用于吸收电路能量的吸能电路(4)，所述的高速真空触头机构(1)、反向电流产生电路(2)、续流电路(3)和吸能电路(4)并联连接。
2.根据权利要求1所述的高速真空直流限流断路器，其特征在于，所述高速真空触头机构(1)包括真空灭弧室和高速电磁斥力驱动机构，所述真空灭弧室设有动导电杆，所述动导电杆与高速电磁斥力驱动机构连接。
3.根据权利要求2所述的高速真空直流限流断路器，其特征在于，所述高速电磁斥力驱动机构包括层叠放置的斥力金属盘和斥力驱动线圈，所述斥力金属盘与所述动导电杆连接，所述斥力驱动线圈两端连接有驱动电路。
4.根据权利要求3所述的高速真空直流限流断路器，其特征在于，所述驱动电路包括预充电的电容C1、晶闸管T1和续流二极管D1组成，所述电容C1的正极与晶闸管T1的阳极连接，晶闸管T1的阴极、续流二极管D1的阴极与斥力驱动线圈一端连接，电容C1的负极、续流二极管D1的阳极与斥力驱动线圈另一端的连接。
5.根据权利要求1所述的高速真空直流限流断路器，其特征在于，所述反向电流产生电路(2)由预充电电容C2、晶闸管T2、电感L及续流二极管D2组成，电容C2的正极与晶闸管T2的阳极连接，电容C2的负极与高速真空触头机构正端连接，所述电感L和续流二极管D2并联连接，晶闸管T2阴极与续流二极管D2的阴极连接，续流二极管D2的阳极与高速真空触头机构的负端连接。
6.根据权利要求1所述的高速真空直流限流断路器，其特征在于，所述续流电路(3)为续流二极管D3，所述续流二极管D3的阳极与高速真空触头机构的负端连接，所述续流二极管D3的阴极与高速真空触头机构的正端连接。
7.根据权利要求1所述的高速真空直流限流断路器，其特征在于，所述吸能电路(4)为压敏电阻。
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