CN101150253A - 储能电容器组的保护装置 - Google Patents

Abstract

储能电容器组的保护装置，属于电源系统保护装置，目的在于将电感两端的电压限制在其限压保护区，从而避免电感发生爆炸，同时又能保证熔断器能正常熄弧。本发明N台等值的电容器并联运行，在各电容器支路上串联熔断器和等值的电感，所述电感两端并联避雷器，避雷器的直流1mA参考电压不小于电容器正常工作电压U_C，雷电冲击电流残压不大于电感的绝缘耐压水平U_L，避雷器的冲击通流容量为(0.7～1.5)×1/2LI²发生短路故障时，熔断器起切断短路电流的作用，电感用来限制短路电流的上升率，当电感两端电压达到设定值时，避雷器动作，将电感两端的电压限制在其限压保护区，从而避免电感发生爆炸，同时又能保证熔断器能正常熄弧。

Description

储能电容器组的保护装置

技术领域

本发明属于电源系统保护装置，特别涉及一种储能电容器组的保护装置。

背景技术

电容器储能的电源系统用数百台电容器并联来提供能量，且工作在高压脉冲大电流的状态，电容器因老化和操作失误而大大缩短寿命，导致内部击穿短路甚至发生爆炸，既使电路元件和母排损失巨大，又危及人身安全。美国的NIF装置和我国的激光聚变电源装置上都曾发生过类似故障。电容器的储能密度和能量越大，所造成的损失就越大，因此电容器的保护非常重要。

现有储能电容器组保护装置，见秦实宏、刘克富、李劲、潘垣，《脉冲功率电源电容器保护的试验研究》，高压电器，2001，37(4)：4～6。是在各电容器支路上串联熔断器和电感，电感用来限制短路电流的上升率，减小短路电流对电容器的冲击；熔断器用于切除短路故障，在故障电流到达峰值前提前动作，熔丝经历熔化、气化、成为电弧等离子体等相变过程，最后电弧在石英砂中熄灭。在这个相变过程中，熔丝的电阻迅速上升，使得熔丝的电压高于电容器的电压，因此电流开始下降，最后随着电弧熄灭短路电流降为零，从而切断故障支路，将电容器释放能量尽量降低，此时，其他支路电容器仍有较高的残余电压，这样减小或消除短路电流对回路中元件的破坏。在熔断器切除短路故障的过程中，熔丝两端的电压过高会造成在电感两端产生很高的过电压，导致电感匝间绝缘击穿从而发生爆炸；同时造成熔断器功能失效，无法切断电路，使故障扩大。

发明内容

本发明提供一种储能电容器组的保护装置，目的在于将电感两端的电压限制在其限压保护区，从而避免电感发生爆炸，同时又能保证熔断器能正常熄弧。

本发明提供一种储能电容器组的保护装置，N台等值的电容器并联运行，在各电容器支路上串联熔断器和等值的电感，其特征在于：所述电感两端并联避雷器，避雷器的直流1mA参考电压不小于电容器正常工作电压U_C，雷电冲击电流残压不大于电感的绝缘耐压水平U_L，避雷器的冲击通流容量为

式中L为所述电感值，I为所述熔断器截止电流，N为自然数。

所述的储能电容器组的保护装置，其特征在于：所述避雷器为金属氧化物避雷器，其1mA参考电压为U_C～U_L/1.6，雷电冲击电流残压为1.6U_C～U_L。

本发明中，当发生短路故障时，熔断器起切断短路电流的作用，电感用来限制短路电流的上升率，避雷器可以限制电感两端的过电压，由于避雷器具有良好的非线性伏安特性，选择合适的参数，当电感两端电压达到设定值时，避雷器动作，将电感两端的电压限制在其限压保护区，从而避免电感发生爆炸，同时又能保证熔断器能正常熄弧。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图中，电容器1，熔断器2，电感3，避雷器4，负载5，开关6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

在图1中，每条电容器支路上电容器1串联熔断器2和电感3，电感3两端并联避雷器4。各电容器支路并联通过开关6连接到负载5。

实施例：34台电容器并联运行，每台电容器为110uF，工作电压23.5kV，每一条支路上熔断器和电感的电阻值之和112mΩ、电感值之和为73uH。电感的绝缘耐压水平设计为2.5倍电容器正常工作电压，即58.75kV。按上述参数设计，避雷器的直流1mA电压取为23.5～36.7kV，雷电冲击电流残压为37.6～58.75kV，具体数值在上述范围内按厂家生产的ZnO阀片可以达到的压比来取。由于目前雷电冲击电流残压和直流1mA电压的比值一般为1.6～2.0，因此，若避雷器的直流1mA电压取为23.5kV，则雷电冲击残压可取(1.6～2)×23.5＝37.6～47kV，若避雷器的雷电冲击残压取为58.75kV，则直流1mA电压为(58.75/2～58.75/1.6)kV，即29.4～36.7kV，当熔断器的截止电流值设计为30kA时， $\frac{1}{2}{\mathrm{LI}}^2=\frac{1}{2}\×73\×{10}^{-6}\×{(30\×{10}^3)}^2=32.85\mathrm{kJ},$ 避雷器的冲击通流容量为23kJ～49.3kJ。

Claims (2)

1.一种储能电容器组的保护装置，N台等值的电容器并联运行，在各电容器支路上串联熔断器和等值的电感，其特征在于：所述电感两端并联避雷器，避雷器的直流1mA参考电压不小于电容器正常工作电压U_C，雷电冲击电流残压不大于电感的绝缘耐压水平U_L，避雷器的冲击通流容量为 $(0.7~1.5)\×\frac{1}{2}L{I}^2,$ 式中L为所述电感值，I为所述熔断器截止电流，N为自然数。

2.如权利要求1所述的储能电容器组的保护装置，其特征在于：所述避雷器为金属氧化物避雷器，其1mA参考电压为U_C～U_L/1.6，雷电冲击电流残压为1.6U_C～U_L。

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