CN102738715A - 一种新型高压无弧开关装置及其灭弧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明型涉及一种新型高压无弧开关装置及其灭弧方法，包括两串联的高速真空开关，接有电压和电流互感器，在第二开关上并联一高压硅二级管。无弧关合操作为：在电压负半周某时刻关合第一开关，电压过零后正半周电流因高压硅二级管正偏而自然导通；在电流正半周某时刻关合第二开关，之后电流转移至开关触头中通过，关合过程完成。无弧分断操作为：在电流正半周某时刻分断第二开关，电流转移经由高压硅二级管通过，在电压负半周，电流过零后因高压硅二级管反偏而自然分断；在电流分断后某时刻分断第一开关，之后电压完全转移至开关断口来承受，分断过程完成。本发明装置的导通和分断是利用二极管的单向导电特性完成，工作中不产生电弧，不会对装置造成伤害。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压开关，特别是关于一种新型高压无弧开关装置及其灭弧方法。
背景技术
高压无弧开关是为适应现代智能化电网的要求应运而生的，在中高压领域有着较好的发展趋势。但是现有技术一般采用可关断半导体器件和常规机械电力开关组成无弧开关装置。可关断器件相对于二极管而言有过载力弱、缘缘和散热成本高、电路复杂，价格昂贵等不足之处。常规机械电力开关相对于高速真空电力开关在操作速度和操控精度上是远所不及的。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种新型高压无弧开关装置及其灭弧方法，其能实现无弧开合，可靠性高。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种新型高压无弧开关装置，包括开关柜、操动机构、两个串联的高速真空开关，其特征在于：在两高速真空开关之间串接有电流互感器，在第一高速真空开关的顶部串接有电压互感器，且第一高速真空开关顶部与上接线铜排连接，第二高速真空开关底部与下接线铜排连接；同时，在第二高速真空开关上并联一高压硅二级管。
所述第一高速真空开关的顶部通过第一导电板与上接线铜排连接，所述电压互感器串接到第一导电板上。
从所述第一高速真空开关的底部依次通过软连接和第二导电板连接到第二高速真空开关的顶部，所述电流互感器串接到第二导电板上。
所述第二高速真空开关底部通过软连接和第三导电板与下接线铜排连接，在第二导电板与第三导电板之间连接有所述高压硅二级管，与所述第二高速真空开关构成并联。
所述第一高速真空开关和第二高速真空开关分别由一操动机构操动。
一种新型高压无弧开关装置的灭弧方法：
无弧关合操作过程为：
关合操作前第一、第二高速真空开关处于分断工位，当在电压负半周0～6ms时段，选择一时刻t1，关合第一高速真空开关，此时交流反压加于高压硅二级管，电路不通，无电流流过；在电压过零后的正半周，正半周电流因高压硅二级管正偏而自然导通；
在电流正半周约0～2ms时段，选择一时刻t2，关合第二高速真空开关(K2)，之后电流完全转移至高速真空开关触头中通过，关合过程完成。
无弧分断操作过程为：
分断操作前第一、第二高速真空开关处于关合工位，当在电流正半周0～6ms时段，选择一时刻t4，分断第二高速真空开关，第二高速真空开关分断后电流转移经由高压硅二级管通过；在电压负半周，负半周电流过零后因高压硅二级管反偏而自然分断；
在电流分断后0～2ms时段，选择一时刻t3，分断第一高速真空开关，且电压处于负半周0～7ms时段，以确保第一高速真空开关无载分断，第一高速真空开关分断之后电压完全转移至高速真空开关断口来承受，分断过程完成。
对于三相系统或电流、电压不同步的系统工况，要根据电路的固有相位遍移重新确定选相时段。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明装置是在两串联的高压开关的基础上，在其中一开关上并联一高压硅二极管，电流的导通和分断是利用二极管的单向导电特性在交流电流过零点自然换相和高速真空开关的选相配合切换而完成的，相对于已有技术在可靠性和性价比上有大幅提高，便于推广应用，特别适合智能化电网的要求。2、高速真空开关切换过程是在无电流工况下进行的，因此该新型开关装置的工作过程不产生电弧，进而其运行于系统或电网中，亦不会因其转换工况而附加产生瞬态过电压或冲击电流。
附图说明
图1是本发明无弧开关结构图；
图2是无弧开关主电路原理图；
图3是无弧开关分合过程中，分合时刻与选相电压(电流)的关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本装置是采用新型高速真空开关与高压硅二极管配合工作实现无弧分合的目的。高速真空开关选相投切且承担持续载荷任务，高压硅二极管在交流过零点自然换相而完成通或断的任务，两者配合工作可实现工频50Hz，一个周期(20ms)时间内完全无电弧的开关切换，操作过程对电网或系统无冲击，是一种具有节能和环保意义的新型开关装置。
如图1所示，本装置是在一真空开关柜1内，设置有两个串联的高速真空开关K1和K2。从第一高速真空开关K1底部依次通过软连接2和导电板3连接到第二高速真空开关K2的顶部，在此串接电路上还串接有电流互感器CT。
第一高速真空开关K1顶部通过导电板4与上接线铜排5连接；同时在第一高速真空开关K1顶部导电板4上还串接有电压互感器PT。
第二高速真空开关K2底部通过软连接6和导电板7与下接线铜排8连接；同时在第二高速真空开关K2顶部的导电板3与底部的导电板7之间还连接一高压硅二级管D，第二高速真空开关K2与高压硅二级管D构成并联连接。
第一高速真空开关K1和第二高速真空开关K2都分别由一操动机构9、10操动。
由上可知，上接线铜排4和下接线铜排5分别连接到两个电源端，两电源端之间串联有两个开关K1、K2，并在第二开关K2上并联一二极管D，构成的电路原理图如图2所示，图中a、b表示电源端，u、i分别表示电压和电流的参考正方向，L为负载，其工作原理是，在电路导通工况下，K1、K2都在关合工位；电路分断工况下，K1、K2都在分断工位。合闸工况(电路由分断转为导通)下，顺序选相确定u为负时合K1，i为正时合K2。分闸工况(电路由导通转为分断下)；顺序选相确定i为正时分断K2，u为负时分断K1。
这种新型高压无弧开关装置的灭弧操控方法是，主要就是利用硅二极管单向导电机理实现自然过零灭弧。设定高速真空开关的合、分闸时间小于3ms，时间分散性小于0.1ms(这是本装置所述高速开关的操作时间的最低要求)，则有，
如图3所示，(下面介绍的过程中提到的时刻，是一个可选值，可按需在指定的范围中选定一时刻。)
一、无弧关合操作过程：
当K1和K2在分断工位时，
在t1时刻关合K1，t1选相范围为电压u负半周0～6ms时段，以确保K1在u负半周期间完成合闸。此时交流反压加于D，电路不通，无电流流过；在电压过零后的正半周，正半周电流i因D正偏而自然导通；
在t2时刻关合K2，t2选相范围为电流i正半周约0～2ms时段，以保证D的载荷时间较短。之后电流完全转移至高速真空开关触头中通过，关合过程完成。关合时间约在7～15ms之间。
二、无弧分断操作过程：
当K1和K2在关合工位时，
在t4时刻分断K2，t4的选相范围为电流i正半周0～6ms时段，以确保K2在电流i正半周期间可靠分闸；且考虑以D载荷时间较小为好。K2分断后电流转移经由D通过，在电压负半周，负半周电流i过零后因D反偏而自然分断；
在t3时刻分断K1，t3选相范围为电流分断后0～2ms时段且电压负半周0～7ms时段，以确保K1无载分断。K1分断之后电压完全转移至高速真空开关断口来承受，分断过程完成，分断时间约在7～15ms之间。
综上所述，高速真空开关切换过程是在无电流工况下进行的，电流的导通和分断是利用硅高压二极管的单向导电特性在交流电流过零点自然换相和高速真空开关的选相配合切换而完成的。因此该新型开关装置的工作过程不产生电弧，进而其运行于系统或电网中，亦不会因其转换工况而附加产生瞬态过电压或冲击电流。
特别说明，上述实施例仅就单相电源且电流和电压同步的系统工况予以描述。对于三相系统或电流和电压不同步的系统工况，装置电路结构和原理类同，但选相时段不同，要根据电路的固有相位遍移重新确定，例如某电感性电路，电流相位滞后45度，则电流选相时段也要滞后45度(5ms)。
上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在保护范围之外。
Claims (7)
1.一种新型高压无弧开关装置，包括开关柜、操动机构、两个串联的高速真空开关，其特征在于：在两高速真空开关之间串接有电流互感器，在第一高速真空开关的顶部串接有电压互感器，且第一高速真空开关顶部与上接线铜排连接，第二高速真空开关底部与下接线铜排连接；同时，在第二高速真空开关上并联一高压硅二级管。
2.如权利要求1所述的新型高压无弧开关装置，其特征在于：所述第一高速真空开关的顶部通过第一导电板与上接线铜排连接，所述电压互感器连接到第一导电板上。
3.如权利要求1或2所述的新型高压无弧开关装置，其特征在于：从所述第一高速真空开关的底部依次通过软连接和第二导电板连接到第二高速真空开关的顶部，所述电流互感器串接到第二导电板上。
4.如权利要求3所述的新型高压无弧开关装置，其特征在于：所述第二高速真空开关底部通过软连接和第三导电板与下接线铜排连接；在第二导电板与第三导电板之间连接有所述高压硅二级管，与所述第二高速真空开关构成并联。
5.如权利要求1所述的新型高压无弧开关装置，其特征在于：所述第一高速真空开关和第二高速真空开关分别由一操动机构操动。
6.根据权利要求1～5之一所述的新型高压无弧开关装置实施的灭弧方法，其特征在于：
无弧关合操作过程为：
关合操作前第一、第二高速真空开关(K1、K2)处于分断工位，当在电压负半周0～6ms时段，选择一时刻t1，关合第一高速真空开关(K1)，此时交流反压加于高压硅二级管(D)，电路不通，无电流流过；在电压过零后的正半周，正半周电流因高压硅二级管(D)正偏而自然导通；
在电流正半周约0～2ms时段，选择一时刻t2，关合第二高速真空开关(K2)，之后电流完全转移至高速真空开关触头中通过，关合过程完成；
无弧分断操作过程为：
分断操作前第一、第二高速真空开关(K1、K2)处于关合工位，当在电流正半周0～6ms时段，选择一时刻t4，分断第二高速真空开关(K2)，第二高速真空开关(K2)分断后电流转移经由高压硅二级管(D)通过；在电压负半周，负半周电流过零后因高压硅二级管(D)反偏而自然分断；
在电流分断后0～2ms时段，选择一时刻t3，分断第一高速真空开关(K1)，且电压处于负半周0～7ms时段，以确保第一高速真空开关(K1)无载分断，第一高速真空开关(K1)分断之后电压完全转移至高速真空开关断口来承受，分断过程完成。
7.根据权利要求6所述的新型高压无弧开关装置的灭弧方法，其特征在于：对于三相系统或电流、电压不同步的系统工况，要根据电路的固有相位遍移重新确定选相时段。
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| CN2012102376369A CN102738715A (zh) | 2012-07-11 | 2012-07-11 | 一种新型高压无弧开关装置及其灭弧方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106653468A (zh) * | 2017-03-04 | 2017-05-10 | 滁州品之达电器科技有限公司 | 一种新型高压无弧开关装置的灭弧方法 |
| CN106783298A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 滁州品之达电器科技有限公司 | 一种新型高压无弧开关装置 |
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2012
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121017 |