CN102623979A - 隔离型交流故障电流限制电路 - Google Patents
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Abstract
一种隔离型交流故障电流限制电路，包括有一变压器及一导通回路，所述变压器具有一次侧绕组串联设于供电输入系统与负载输出系统之间，及二次侧绕组与一次侧绕组共铁芯且互为电气隔离绕组，导通回路连接二次侧绕组，其由一开关器及一断电元件串联组成；在电源系统发生短路时，导通回路的断电元件因感应到一次侧绕组的短路大电流而熔断截止导通，使变压器转为开路以提供高阻抗的激磁电抗，使供电输入系统的等效内阻抗增加，达到限制故障电流目的，让电源系统的断路装置得以顺利隔离短路故障，避免短路事故的影响区域扩大及长时间停电。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔离型交流故障电流限制电路，特别涉及一种与交流电源系统有电气隔离的短路故障电流限制的电路。
背景技术
现在工业配电系统已相当进步，但因机器或线路绝缘不良、雷击或开关突波、人为疏失等原因，即使未来科技再进步，造成短路故障仍然无法完全避免。当故障发生时，会产生很大的短路电流，保护设备必须迅速将故障的机器或线路隔离，防止短路电流继续流通，减少电力系统因短路电流造成的设备损伤及停电区域。
已知有用断路装置(如断路器或熔丝等)来隔离短路电流，若短路电流过大，断路装置的消弧能力不足，无法完全启断电弧隔离短路电流，造成断路装置承受电流超出负荷而过热爆炸，严重危及用电的本质安全。所以设计上需先计算各汇流排回路发生短路故障的电流大小，以选用足够消弧能力的断路装置。
然而，随着上游供电回路及发电机组的增加和负载用电回路的扩充，遂造成既有供电回路短路的故障电流增加，关系到断路装置和供电设备本身的操作安全，若要将整体断路装置更新换代，在实务上实施困难且投资成本高；另外，对于新置供电设备规划设计，如广泛采较大容量的断路装置，将造成投资成本过高；一般传统改善方式是在电源系统中串联限制故障电流的电感器，但电感器在正常供电过程中会额外造成电压稳定度问题。
发明内容
本发明提供一种隔离型交流故障电流限制电路，用以克服传统电源系统中仅使用电感器来限制故障电流，造成正常运作中会产生电压不稳定及不具电气隔离的缺点。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
本发明提供一种隔离型交流故障电流限制电路，包括有一变压器及至少一导通回路，其中所述一变压器包括有一一次侧绕组及一二次侧绕组，所述一次侧绕组串联设于供电输入系统与负载输出系统之间，所述二次侧绕组与所述一次侧绕组共铁芯且互为电气隔离的绕组，所述导通回路连接于所述二次侧绕组，且由一开关器及一断电元件串联组成。
根据本发明的构思，该隔离型交流故障电流限制电路还包括有一维修旁路，所述维修旁路包括有两导通开关器及一旁路开关器，所述两导通开关器分别设于所述一次侧绕组与供电输入系统的第一连接端，及所述一次侧绕组与负载输出系统的第二连接端，旁路开关器的一端连接于所述第一连接端之前的供电输入系统，另一端连接于所述第二连接端之后的负载输出系统。
优选地，所述断电元件为保险丝。
本发明还提供一种隔离型交流故障电流限制电路，包括有一变压器及至少一导通回路，其中所述一变压器包括有一一次侧绕组及一二次侧绕组，所述一次侧绕组串联设于供电输入系统与负载输出系统之间，所述二次侧绕组与所述一次侧绕组共铁芯且互为电气隔离的绕组；所述导通回路连接所述二次侧绕组，且至少有一导通元件。
根据本发明的构思，该隔离型交流故障电流限制电路还包括有一维修旁路，所述维修旁路包括有两导通开关器及一旁路开关器，所述两导通开关器分别设于所述一次侧绕组与供电输入系统的第一连接端，及所述一次侧绕组与负载输出系统的第二连接端；所述旁路开关器的一端连接于所述第一连接端之前的供电输入系统，另一端连接于所述第二连接端之后的负载输出系统。
优选地，导通元件为半导体型开关。
优选地，导通回路由至少有一个以上的导通元件串联组成。
本发明又提供一种隔离型交流故障电流限制电路，包括有一变压器及至少一导通回路，其中所述一变压器包括有一一次侧绕组及一二次侧绕组，所述一次侧绕组串联设于供电输入系统与负载输出系统之间，二次侧绕组与所述一次侧绕组共铁芯且互为电气隔离的绕组；所述导通回路连接所述二次侧绕组，且由一断电元件组成。
根据本发明的构思，该隔离型交流故障电流限制电路还包括有一维修旁路，所述维修旁路包括有两导通开关器及一旁路开关器，所述两导通开关器分别设于所述一次侧绕组与供电输入系统的第一连接端，及所述一次侧绕组与负载输出系统的第二连接端；所述旁路开关器的一端连接于所述第一连接端之前的供电输入系统，另一端连接于所述第二连接端之后的负载输出系统。
优选地，断电元件为保险丝。
也就是说，本发明提供的隔离型交流故障电流限制电路实质上为一种电流调整电路，包括有一变压器、一维修旁路及至少一导通回路；变压器具有一次侧绕组串联设于供电输入系统与负载输出系统之间，及二次侧绕组与一次侧绕组共铁芯且互为电气隔离绕组；所述维修旁路包括有两导通开关器及一旁路开关器，两导通开关器分别设于一次侧绕组与供电输入系统的第一连接端，及一次侧绕组与负载输出系统的第二连接端，可控制变压器的供电运作，旁路开关器的一端连接于第一连接端之前的供电输入系统，另一端连接于第二连接端之后的负载输出系统，在维修时可提供供电输入系统直接供电至负载输出系统的旁路效果；导通回路连接二次侧绕组，其由一开关器及一断电元件串联组成，所述断电元件可为保险丝；在运作时导通回路的开关器为导通状态，使变压器转为短路运转模式，让供电输入系统经由低阻抗的变压器供电至负载输出系统，在负载输出系统发生短路时造成电源系统产生短路电流，导通回路的断电元件因感应到一次侧绕组的短路大电流而熔断截止导通，使变压器转为开路以提供高阻抗的激磁电抗，使供电输入系统的等效内阻抗增加，达到限制故障电流目的，让断路装置顺利隔离短路故障；二次侧绕组还连接数个导通回路，可在排除短路故障后，再次导通其中一个导通回路的开关器，使供电输入系统的等效内阻抗回复正常不影响供电品质；本发明在更换损坏的断电元件时，先导通其旁路开关器使供电输入系统直接供电至负载输出系统，再截止两导通开关器的导通状态以进行断电，当断电元件更换完成即可导通两导通开关器，再将旁路开关器截止导通，使更换元件的过程中变压器的短路状态不会影响到负载输出系统用电。
本发明的隔离型交流故障电流限制电路还可有另一构造，导通回路为由数个导通元件串联组成，所述导通元件为半导体型开关，数个导通元件皆呈导通状态，当隔离型交流故障电流限制电路侦测有大电流时，即截止数个导通元件的导通状态，只要其中一个形成不导通即可截止导通回路；还可在二次侧绕组连接数个导通回路，在排除短路事故后再次导通数个导通元件，可避免导通回路的单一导通元件导通失效；上述的导通回路更可替换为保险丝的一断电元件提供导通路径。
本发明在改良现有在电源系统只串联电感器来降低故障电流，却产生电压不稳定的问题，利用变压器的一次侧绕组与二次侧绕组为短路运转模式，让供电输入系统平时即经由低阻抗的变压器供应负载输出系统的电压输出，不影响供电稳定度；但当发生短路故障产生的大电流时即自行截止导通回路，使变压器转为开路以提供高阻抗的激磁电抗，让供电输入系统的等效内阻抗增加，达到限制故障电流目的。
本发明提供的隔离型交流故障电流限制电路，可在短路故障时利用截止导通回路，让变压器产生的高阻抗的激磁电抗，使供电输入系统的等效内阻抗增加；另外变压器的一次侧绕组和二次侧绕组为电气隔离，可隔离供电的杂讯如：开关突波，能避免一次侧绕组的开关突波，避免影响导通回路元件的正常运转；变压器的设计还可应用二次侧绕组比一次侧绕组多的匝数个设计，使二次侧绕组的电流低于一次侧绕组，达到方便选择启断容量较小的断电元件或导通元件以节省成本的目的。
由上述说明，本发明具有下列各项有益功效：
变压器的一次侧绕组与二次侧绕组为电气隔离，可隔离供电杂讯且能避免一次侧绕组的开关突波，避免影响导通回路元件的正常运转。
产生的激磁电抗，可使供电输入系统的等效内阻抗增加，可有效限制短路电流，使断路装置能确实的隔离短路事故。
可运用二次侧绕组比一次侧绕组多的匝数个设计，使二次侧绕组的电流低于一次侧绕组，可选择启断容量较小的断电元件。
附图说明
图1：为本发明隔离型交流故障电流限制电路单相等效电路简图。
图2：为本发明的串联数个导通回路电路图。
图3：为本发明另一实施例电路图。
图4：为本发明另一实施例串联数个导通回路电路图。
图5：为本发明另一简易实施例电路图。
图6：为本发明更换断电元件示意图。
图7：为本发明另一实施例更换导通元件示意图。
具体实施方式
请参照图1所示，本发明隔离型交流故障电流限制电路实质上为一电流调整电路1，其包括有一变压器11、一维修旁路13及一导通回路12，其中：
一变压器11包括有一一次侧绕组111及一二次侧绕组112，一次侧绕组111串联设于供电输入系统2与负载输出系统3之间；二次侧绕组112与一次侧绕组111共铁芯且互为电气隔离的绕组。
一维修旁路13包括有两导通开关器131及一旁路开关器132，两导通开关器131分别设于一次侧绕组111与供电输入系统2的第一连接端，及一次侧绕组111与负载输出系统3的第二连接端，可控制变压器11的供电运作；旁路开关器132一端连接于第一连接端之前的供电输入系统2，另一端连接于第二连接端之后的负载输出系统3，当维修时可提供供电输入系统2直接供电至负载输出系统3的旁路效果；以及
一导通回路12连接二次侧绕组112，所述导通回路12由一开关器121及一断电元件122串联组成；断电元件122可为保险丝。
本发明正常运作时，导通回路12的开关器121为导通状态，使变压器11转为短路运转模式，让供电输入系统2经由低阻抗的变压器11供电至负载输出系统3，连接于电流调整电路1一侧的断电装置4也正常导通供电，不影响供电稳定度；当负载输出系统3发生短路时造成电源系统产生短路电流，导通回路12的断电元件122因感应到一次侧绕组111的短路大电流而熔断截止导通，使变压器11转为开路以提供高阻抗的激磁电抗，使供电输入系统2的等效内阻抗增加，达到限制故障电流目的，让断路装置4顺利隔离短路故障，及让负载输出系统3内的断路装置31隔离故障的负载32，避免短路事故的影响区域扩大而造成长时间的停电，提高负载输出系统3的用电安全，本发明电流调整电路1的变压器11的一次侧绕组111和二次侧绕组112为电气隔离，可隔离供电的杂讯如：开关突波，能避免一次侧绕组111的开关突波影响到导通回路12元件的正常运作。请参照图2所示，本实施例的二次侧绕组112连接数个导通回路12，可在电源系统短路故障排除后，再次导通其一导通回路12的开关器121，使供电输入系统2的等效内阻抗回复正常不影响供电品质。
请参照图3所示，本发明的另一实施例实质上也为一电流调整电路1，其包括有一变压器11、一维修旁路13及一导通回路12，其中：
一变压器11包括有一一次侧绕组111及一二次侧绕组112，一次侧绕组111串联设于供电输入系统2与负载输出系统3之间；二次侧绕组112与一次侧绕组111共铁芯且互为电气隔离的绕组。
一维修旁路13包括有两导通开关器131及一旁路开关器132，两导通开关器131分别设于一次侧绕组111与供电输入系统2的第一连接端，及一次侧绕组111与负载输出系统3的第二连接端，可控制变压器11的供电运作；旁路开关器132一端连接于第一连接端之前的供电输入系统2，另一端连接于第二连接端之后的负载输出系统3，在维修时可提供供电输入系统2直接供电至负载输出系统3的旁路效果；以及
一导通回路12连接二次侧绕组112，所述导通回路12为有一导通元件123；导通元件123可为半导体型开关。
该实施例在运作时，电流调整电路1侦测有大电流时，即控制导通元件123为截止导通状态使二次侧绕组112转为开路，使变压器11以提供高阻抗的激磁电抗，使供电输入系统2的等效内阻抗增加，达到限制故障电流目的，让断路装置4顺利隔离短路故障，及让负载输出系统3内的断路装置31隔离故障的负载32，当排除短路事故后，重新投入导通元件123即可回复原本电源系统的供电。上述的运作可有效限制故障电流，让断路装置4及断路装置31有效发挥隔离短路故障的功能，以保护整体电源系统的供电安全。请参照图4所示，本发明另一实施例的导通回路12可串联一个以上导通元件123，在截止导通过程中只要其一形成不导通即可截止导通状态。还可在二次侧绕组112连接数个导通回路12，在排除短路故障后投入数个导通回路12，以避免导通回路12的单一导通元件123失效无法导通。
请参照图5所示，本发明的另一简易实施例实质还是为一电流调整电路1，其包括有一变压器11、一维修旁路13及一导通回路12，其中：
一变压器11包括有一一次侧绕组111及一二次侧绕组112，一次侧绕组111串联设于供电输入系统2与负载输出系统3之间；二次侧绕组112与一次侧绕组111共铁芯且互为电气隔离的绕组。
一维修旁路13包括有两导通开关器131及一旁路开关器132，两导通开关器131分别设于一次侧绕组111与供电输入系统2的第一连接端，及一次侧绕组111与负载输出系统3的第二连接端，可控制变压器11的供电运作；旁路开关器132一端连接于第一连接端之前的供电输入系统2，另一端连接于第二连接端之后的负载输出系统3，在维修时可提供供电输入系统2直接供电至负载输出系统3的旁路效果；以及
一导通回路12连接二次侧绕组112，所述导通回路12由一断电元件122提供导通效果；断电元件122可为保险丝。
请参照图6及图7所示，本发明在更换损坏的断电元件122或导通元件123时，先导通其旁路开关器132使供电输入系统2直接供电至负载输出系统3，再截止两导通开关器131的导通状态，以进行断电元件122或导通元件123的更换，当断电元件122或导通元件123更换完毕，即可导通两导通开关器131，再将旁路开关器132截止导通，使更换元件的过程中变压器11的短路状态不会影响到负载输出系统3的用电。
上述变压器11的设计还可应用二次侧绕组112比一次侧绕组111多的匝数，例如可使二次侧绕组112与一次侧绕组111的电压比为例如2∶1，当一次侧绕组111短路电流为100kA时，则二次侧绕组112短路电流为50kA，可选择启断容量为50kA的断电元件122或导通元件123，以节省成本。
Claims (10)
1.一种隔离型交流故障电流限制电路，其特征在于：包括有一变压器(11)及至少一导通回路(12)，其中，所述一变压器(11)包括有一一次侧绕组(111)及一二次侧绕组(112)，所述一次侧绕组(111)串联设于供电输入系统(2)与负载输出系统(3)之间，所述二次侧绕组(112)与一次侧绕组(111)共铁芯且互为电气隔离的绕组；所述导通回路(12)连接于所述二次侧绕组(112)，且由一开关器(121)及一断电元件(122)串联组成。
2.如权利要求1所述的隔离型交流故障电流限制电路，其特征在于：还包括有一维修旁路(13)，所述维修旁路(13)包括有两导通开关器(131)及一旁路开关器(132)，所述两导通开关器(131)分别设于所述一次侧绕组(111)与供电输入系统(2)的第一连接端，及所述一次侧绕组(111)与负载输出系统(3)的第二连接端；所述旁路开关器(132)一端连接于所述第一连接端之前的供电输入系统(2)，另一端连接于所述第二连接端之后的负载输出系统(3)。
3.如权利要求1所述的隔离型交流故障电流限制电路，其特征在于：所述断电元件(122)为保险丝。
4.一种隔离型交流故障电流限制电路，其特征在于：包括有一变压器(11)及至少一导通回路(12)，其中，所述一变压器(11)包括有一一次侧绕组(111)及一二次侧绕组(112)，所述一次侧绕组(11)串联设于供电输入系统(2)与负载输出系统(3)之间，所述二次侧绕组(112)与所述一次侧绕组(111)共铁芯且互为电气隔离的绕组；所述导通回路(12)连接二次侧绕组(112)，且至少有一导通元件(123)。
5.如权利要求4所述的隔离型交流故障电流限制电路，其特征在于：还包括有一维修旁路(13)，所述维修旁路(13)包括有两导通开关器(131)及一旁路开关器(132)，所述两导通开关器(131)分别设于所述一次侧绕组(111)与供电输入系统(2)的第一连接端，及所述一次侧绕组(111)与负载输出系统(3)的第二连接端；所述旁路开关器(132)一端连接于所述第一连接端之前的供电输入系统(2)，另一端连接于所述第二连接端之后的负载输出系统(3)。
6.如权利要求4所述的隔离型交流故障电流限制电路，其特征在于：所述导通元件(123)为半导体型开关。
7.如权利要求4所述的隔离型交流故障电流限制电路，其特征在于：所述导通回路(12)由至少有一个以上的导通元件(123)串联组成。
8.一种隔离型交流故障电流限制电路，其特征在于：包括有一变压器(11)及至少一导通回路(12)，其中；所述一变压器(11)包括有一一次侧绕组(111)及一二次侧绕组(112)，所述一次侧绕组(111)串联设于供电输入系统(2)与负载输出系统(3)之间，所述二次侧绕组(112)与所述一次侧绕组(111)共铁芯且互为电气隔离的绕组；所述导通回路(12)连接二次侧绕组(112)，且由一断电元件(122)组成。
9.如权利要求8所述的隔离型交流故障电流限制电路，其特征在于：还包括有一维修旁路(13)，所述维修旁路(13)包括有两导通开关器(131)及一旁路开关器(132)，所述两导通开关器(131)分别设于所述一次侧绕组(111)与供电输入系统(2)的第一连接端，及所述一次侧绕组(111)与负载输出系统(3)的第二连接端；所述旁路开关器(132)一端连接于所述第一连接端之前的供电输入系统(2)，另一端连接于所述第二连接端之后的负载输出系统(3)。
10.如权利要求8所述的隔离型交流故障电流限制电路，其特征在于：所述断电元件(122)为保险丝。
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