CN101902027B - 电弧触发型混合限流熔断器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网短路故障时使用的限流熔断器，尤其涉及一种电弧触发型混合限流熔断器，用于解决现有熔断器限流能力小、或者成本高和体积大等缺陷。它包括一个快速熔断器。其特别之处在于：它还包括高速载流隔离器和用于触发高速载流隔离器的电弧触发器。所述快速熔断器与高速载流隔离器并联后与电弧触发器串联。本发明将电弧触发器、高速载流隔离器和快速熔断器进行了综合优化设计，能够在千安级额定电流下保持较低功耗，而在短路电流下又能迅速分断并将电流转移到快速熔断器支路；另一方面，相对于电子控制型混合限流熔断器而言，该方案直接利用短路电流的热效应作为故障判据和触发条件，不仅提高了可靠性，同时也大大减小了体积、降低了成本。

Description

电弧触发型混合限流熔断器

技术领域

本发明涉及电网短路故障时使用的限流熔断器，尤其涉及一种电弧触发型混合限流熔断器。

背景技术

随着电力系统现代化程度的日益提高、新型供电网络的不断发展和系统容量的不断增大，一方面提高了系统供电的可靠性、连续性和供电品质，但同时也带来了短路故障时电流水平的迅速提高，短路电流的危害日渐突出。在短路情况较严重的时候(例如发电机出线端短路)，短路电流将达到100kA甚至更大。因此，若不在电力系统中采取合适的限流技术，一旦发生短路故障，将无法实现系统的有效保护，可能导致全面停电，后果将十分严重。

目前，国内外研究者为解决电力系统保护问题开展了大量的故障电流限制技术研究。普通限流熔断器在小额定电流下能够有效限制短路电流，但是随着额定电流增大和电压等级增高，其限流性能变差，无法满足要求。采用电子控制单元的混合限流熔断器具有额定容量大、开断速度快和限流能力强的优点，但是需要增加传感器、逻辑控制单元和可靠电源，成本高、体积大，且可能出现误动和拒动。

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，提供一种额定容量大、限流能力强，且体积小、可靠性高的电弧触发型混合限流熔断器。

为实现上述目的，本发明提供的电弧触发型混合限流熔断器包括一个快速熔断器。其特别之处在于：它还包括高速载流隔离器和用于触发高速载流隔离器的电弧触发器。所述快速熔断器与高速载流隔离器并联后与电弧触发器串联。

所述高速载流隔离器包括隔离器输入接线端子和隔离器输出接线端子。所述隔离器输入接线端子和隔离器输出接线端子之间跨接有可被切断的触头组件。所述触头组件的一侧设有动力装置，用于在所述电弧触发器的触发下切断触头组件。

所述触头组件包括中央铜块，所述中央铜块的两端边缘分别与连接块连为一体，一端的连接块与所述隔离器输入接线端子相连，另一端的连接块与所述隔离器输出接线端子相连。

所述中央铜块为圆柱体，其两端边缘分别通过连接块与所述隔离器输入接线端子和隔离器输出接线端子相连。

所述动力装置包括设置在隔离器输入接线端子或者隔离器输出接线端子上的爆炸汽缸。所述爆炸汽缸的起爆引线的输入端跨接在所述电弧触发器的两端，爆炸汽缸的活塞的输出端与触头组件的中央铜块一端接触。

所述电弧触发器包括两个触发器接线端子和跨接在两个触发器接线端子之间的熔体。

所述熔体最好为单断口、圆孔变截面结构。熔体的材质为银、铜或者铝。熔体两端采用点焊、钎焊、或者压接的方式与两个触发器接线端子连接。

所述快速熔断器的电阻值为高速载流熔断器电阻值的50倍以上。

本发明将电弧触发器、高速载流隔离器和快速熔断器进行了综合优化设计，能够在千安级额定电流下保持较低功耗，而在短路电流下又能迅速分断并将电流转移到快速熔断器支路，从而解决了普通限流熔断器在大额定电流场合通流能力和限流能力之间的矛盾；另一方面，相对于电子控制型混合限流熔断器而言，该方案省去了传感器、逻辑控制单元和外部电源等中间环节，直接利用短路电流的热效应作为故障判据和触发条件，不仅提高了可靠性，同时也大大减小了体积、降低了成本，有着广阔的工程应用前景和良好的经济效益。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是图1中电流触发器的结构示意图；

图3是图2的俯视结构示意图；

图4是图1中高速载流隔离器的结构示意图；

图5是图4中动力装置的结构示意图；

图6是本发明的限流过程示意图；

图7是短路限流实施例的实验波形图；

图8是普通快速限流熔断器限流的实验波形图；

图中，1-电弧触发器，2-高速载流隔离器，3-快速熔断器，4、5-触发器接线端子，6-熔体，7-触发器外壳，8-动力装置，9-触头组件，10-隔离器输入接线端子，11-隔离器输出接线端子，12-隔离器外壳，13-中央铜块，14-空腔，15-爆炸汽缸，16-起爆引线，17-起爆器，18-雷管，19-活塞，20-预期短路电流，21-高速载流隔离器上通过的电流，22-快速熔断器上通过的电流，t₁-电弧触发器熔断起弧时刻，t₂-高速载流隔离器分断时刻，t₃-换流完毕时刻，t₄-快速熔断器熔断起弧时刻，t₅-电路分断时刻。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的电弧触发型混合限流熔断器作进一步的详细描述：

如图1所示，本实施例中的电弧触发型混合限流熔断器包括一个快速熔断器3、一个高速载流隔离器2和一个用于触发高速载流隔离器2的电弧触发器1。快速熔断器3与高速载流隔离器2并联后与电弧触发器1串联。

如图2和图3所示，电弧触发器1包括两个触发器接线端子4、5和跨接在两个触发器接线端子4、5之间的熔体6。该熔体6为单断口、圆孔变截面结构，加之两个触发器接线端子4、5为其提供了良好的散热条件，其正常工作的电流密度可达到1000A/mm²以上，而普通限流熔断器的工作电流密度通常不超过500A/mm²，从而使得其弧前i²t值要远小于相同电流等级的普通限流熔断器。熔体6的材质可以为银、铜或者铝，本实施例中熔体6采用的材质为银。熔体6两端可以采用点焊、钎焊、或者压接的方式与两个触发器接线端子4、5连接。熔体6的外部、两个触发器接线端子4、5结合处外还设有触发器外壳7，外壳内填充有石英砂，可有效熄灭电弧。

如图4和图5所示，高速载流隔离器2包括隔离器输入接线端子10和隔离器输出接线端子11。隔离器输入接线端子10和隔离器输出接线端子11之间跨接有可被切断的触头组件9。触头组件9包括一圆柱体中央铜块13，中央铜块13的两端边缘分别与连接块连为一体，一端的连接块与所述隔离器输入接线端子10相连，另一端的连接块与所述隔离器输出接线端子11相连构成流通回路。触头组件9外包覆有隔离器外壳1 2，与触头组件9一起形成了空腔1 4。在隔离器输入接线端子10上固定设有动力装置8，用于在电弧触发器1的触发下切断触头组件9。该动力装置8包括设置在隔离器输入接线端子10上的爆炸汽缸15，爆炸汽缸15的空腔内设有依次连接的起爆引线16、起爆器17、雷管18和活塞19。起爆引线16的输入端跨接在上述电弧触发器1的两端，活塞19的输出端伸入上述的一个空腔14内并与触头组件9的中央铜块13一端接触，用于从触头组件9上剪断中央铜块13。

快速熔断器3专为配合高速载流隔离器2而设计，其电阻值为高速载流隔离器2电阻值的50倍以上，以保证系统正常运行时，电流几乎不经过该支路。在限流分断过程中，快速熔断器3的弧前i²t值还必须保证其在高速载流隔离器断口介质强度恢复后再熔断起弧。

本发明的工作原理如下：

将本电弧触发型混合限流熔断器串联入电网，当电力系统正常运行时，由于快速熔断器3的电阻值远大于高速载流隔离器2的电阻值，电流几乎全部从电弧触发器1和高速载流隔离器2上通过；当系统发生短路故障时，电弧触发器1内的熔体6在短路电流下迅速地熔断起弧，所产生的电弧电压通过起爆引线16依次引爆动力装置8中的起爆器17和雷管18，形成的巨大推力作用于活塞19，进而推动触头组件9的中央铜块13并将其顶入相应的空腔14内，触头组件9形成断口，高速载流隔离器2分断。从动力装置8被触发到触头组件9断口形成的时间不超过200μs。短路电流随即转移至快速熔断器3所在支路，快速熔断器3迅速熔断并产生一个高于系统电压的弧压，短路电流开始下降，最终电路完全分断。快速熔断器3的弧前时间(从换流结束至快速熔断器3熔断)必须能够保证高速载流隔离器2所形成的断口已经恢复介质强度，否则该断口会被快速熔断器3的弧压重新击穿，影响限流效果。

图6示意出了上述限流过程中各器件上的电流情况。发生短路后，从电弧触发器熔断起弧时刻t₁，经过100～200μs到达高速载流隔离器分断时刻t₂，电流开始向快速熔断器3转移，一直持续到换流完毕时刻t₃。快速熔断器熔断起弧时刻t₄电流到达峰值并开始下降，至电路分断时刻t₅电流下降至零。

图7所示为本实施例的一次样机短路限流实验波形图，样机额定容量为1250A/1200V，冷态电阻30μΩ，预期短路电流峰值100kA，时间常数3ms。测量通过该电弧触发型混合限流熔断器的电流峰值为21.6kA，峰值时间约0.8ms，全分断时间约1.5ms。图8所示为普通快速熔断器限流实验波形，其额定容量为1250A/1200V，冷态电阻150μΩ。测量通过该快速熔断器的电流峰值为54.6kA，峰值时间约3.4ms，全分断时间约7.5ms。可以看出，本发明在相同的电压电流等级下，其冷态电阻仅为普通快速熔断器的1/5，而其分断时间及限流峰值要明显小于普通快速熔断器。

Claims (7)

1.电弧触发型混合限流熔断器，包括一个快速熔断器(3)，其特征在于：它还包括高速载流隔离器(2)和用于触发高速载流隔离器(2)的电弧触发器(1)，所述快速熔断器(3)与高速载流隔离器(2)并联后与电弧触发器(1)串联；所述高速载流隔离器(2)包括隔离器输入接线端子(10)和隔离器输出接线端子(11)；所述隔离器输入接线端子(10)和隔离器输出接线端子(11)之间跨接有可被切断的触头组件(9)；所述触头组件(9)的一侧设有动力装置(8)，用于在所述电弧触发器(1)的触发下切断触头组件(9)。

2.根据权利要求1所述的电弧触发型混合限流熔断器，其特征在于：所述触头组件(9)包括中央铜块(13)，所述中央铜块(13)的两端边缘分别与连接块连为一体，一端的连接块与所述隔离器输入接线端子(10)相连，另一端的连接块与所述隔离器输出接线端子(11)相连。

3.根据权利要求2所述的电弧触发型混合限流熔断器，其特征在于：所述中央铜块(13)为圆柱体，其两端边缘分别通过连接块与所述隔离器输入接线端子(10)和隔离器输出接线端子(11)相连。

4.根据权利要求1所述的电弧触发型混合限流熔断器，其特征在于：所述动力装置(8)包括设置在隔离器输入接线端子(10)或者隔离器输出接线端子(11)上的爆炸汽缸(15)，所述爆炸汽缸(15)的起爆引线(16)的输入端跨接在所述电弧触发器(1)的两端，爆炸汽缸(15)的活塞(19)的输出端与触头组件(9)的中央铜块(13)一端接触。

5.根据权利要求1所述的电弧触发型混合限流熔断器，其特征在于：所述电弧触发器(1)包括两个触发器接线端子(4、5)和跨接在两个触发器接线端子(4、5)之间的熔体(6)。

6.根据权利要求5所述的电弧触发型混合限流熔断器，其特征在于：所述熔体(6)为单断口、圆孔变截面结构；熔体(6)的材质为银、铜或者铝；熔体(6)两端采用点焊、钎焊、或者压接的方式与两个触发器接线端子(4、5)连接。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的电弧触发型混合限流熔断器，其特征在于：所述快速熔断器(3)的电阻值为高速载流隔离器(2)电阻值的50倍以上。

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