CN103325638B - 一种高压直流气体断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压直流气体断路器，该高压直流气体断路器能够在较高的额定电压等级下开断故障电流，该高压直流气体断路器由相串联的超导限流器和氢气断路器组成；工作原理为：故障电流先经过超导限流器进行限流再被氢气断路器开断，从而达到开断故障电流的目的；本发明高压直流气体断路器具有反应速度快、电流过载系数低、结构简单、体积小、过电压低、安全可靠、使线路的短路电流值不会超过超导限流器的失超电流值，能保护其它设备的优势。

Description

一种高压直流气体断路器

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，具体涉及一种高压直流气体断路器。

背景技术

目前常用的高压直流断路器的原理有自激振荡型，它激振荡型和利用限流器件先限流再开断型。利用限流器先限流再开断是当今热门的研究方向，这也与目前限流技术的快速发展是分不开的。限流技术之所以受到关注，主要有以下两个原因：第一，电网容量不断增加，短路电流水平也随之增加，限制短路电流可以提高电力系统的安全稳定性、电网供电质量以及电网的运行灵活性；第二，现有功率器件过载能力低，而且能承受的di/dt、du/dt有限，为防止故障时对功率器件造成击穿或损坏，需使用电流限制器。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高压直流气体断路器，本发明直流气体断路器能够运用在高电压场合，具有开断大故障电流和额定电流的能力。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种高压直流气体断路器，包括相串联的超导限流器1和气体断路器2。

所述气体断路器2为氢气断路器，其中的气体为纯氢气或氢气和其它气体的混合气体，若为混合气体，氢气和其它气体以任意比混合。

所述超导限流器1为高温电阻型超导限流器，其材料采用钇钡铜氧化物YBCO或其它超导材料。通过给超导带材添加磁场的方法来提高超导的临界电流值，大大提高开断电流的能力，使开断更加迅速。

所述超导限流器1为多个超导限流器串联和/或并联组成，所述气体断路器2也为多个气体断路器串联和/或并联组成。

给所述气体断路器2增加磁场的方式，来提高其开断能力。

所述增加磁场的方式为在气体断路器2外增加磁场或在气体断路器2的触头上开槽。

包括两个并联后的超导限流器1和气体断路器2串联，并通过单刀双掷开关3控制的两个并联超导限流器1的切换。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1、现有的断路器采用超导限流器和真空断路器相串联的形式，本发明采用超导限流器和气体断路器相串联的形式，超导限流具有反应速度快，限制的短路电流大的优点与气体断路器串联后能大大提高开断的故障电流，并且因为气体直流断路器能承受的额定电压高于真空断路器，使所设计的高压直流气体断路器能用于高电压的直流系统。

2、本发明超导限流器为高温电阻型超导限流器，电阻型超导限流器具有结构简单，反应速度快，电流过载系数低的特点；材料采用钇钡铜氧化物YBCO，因其电阻在失超时很大，能将故障电流限制在很低的水平；本发明气体断路器2为氢气断路器，氢气作为一种灭弧气体，能够提供高的电弧电压，电弧熄灭时时间常数小，氢气断路器设备体积小，稳定性高；当氢气断路器中的气体为氢气和其它气体的混合气体，混合气体能够提高气体的稳定性或提高气体的绝缘能力；

3、本发明超导限流器为多个超导限流器串联或并联组成，气体断路器也为多个气体断路器串联或并联组成，当超导限流器和气体断路器采用多个串联的形式，能够提高本发明高压直流气体断路器的额定电压；当超导限流器和气体断路器采用多个并联的形式，能够提高本发明高压直流气体断路器的额定电流。为了给超导限流器提供足够的恢复时间，本发明可改进为采用包括由单刀双掷开关控制的两个并联超导限流器以及和两个并联后的超导限流器串联的气体断路器的形式，采用单刀双掷开关控制超导限流器，高压直流气体断路器工作时，将第一个超导限流器接入电路中，当超导限流器为了限制故障电流失超后，氢气断路器切断电路的同时，单刀双掷开关转向另一个超导限流器，此时，第一个超导限流器由于无电流经过将会逐渐恢复为超导状态，因此，使失超的超导限流器有足够的恢复时间恢复为超导状态；

附图说明

图1是本发明单个超导限流器和气体断路器相串联的结构示意图。

图2是本发明多个超导限流器和多个气体断路器相串联的结构示意图。

图3是本发明多个超导限流器相串并联后再和多个串并联后的气体断路器串联的结构示意图。

图4是本发明采用单刀双掷开关的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

如图1-图3所示，本发明一种高压直流气体断路器，包括相串联的超导限流器1和气体断路器2。所述气体断路器2为氢气断路器，其中的气体为纯氢气或氢气和其它气体的混合气体，如氢气和氮气的混合气体。所述超导限流器1为高温电阻型超导限流器，其材料采用钇钡铜氧化物YBCO。

如图1所示，单个超导限流器和气体断路器相串联的结构示意图。

如图2所示，为了提高本发明高压直流气体断路器的额定电压，可以采用多个气体断路器串联的形式，超导限流器也可以采用多个串联的形式。

如图3所示，为了提高本发明高压直流气体断路器的额定电流，可以采用多个气体断路器并联再串联的形式，超导限流器也可以采用多个并联再串联的形式。

如图4所示，本实施例一种超导限流器有足够恢复时间的高压直流气体断路器，包括由单刀双掷开关3控制的两个并联超导限流器1以及和两个并联后的超导限流器1串联的气体断路器2。

为了提高气体断路器的开断能力，可以通过给气体断路器增加磁场的方式，例如外加磁场或者通过给气体断路器触头开槽的方式产生磁场。

本发明的工作原理为：当本发明高压直流气体断路器包括相串联的超导限流器1和气体断路器2时，超导限流器1先将故障电流限制在气体断路器可以开断的电流值下，再由气体断路器直接将直流电流熄灭；当本发明高压直流气体断路器包括由单刀双掷开关3控制的两个并联超导限流器1以及和两个并联后的超导限流器1串联的气体断路器2时，高压直流气体断路器工作时，将一个超导限流器接入电路中，当超导限流器为了限制故障电流失超后，气体断路器切断电路的同时，单刀双掷开断转向另一个超导限流器，此时，第一个超导限流器由于无电流经过将会逐渐恢复为超导状态。

本发明采用超导限流器限流是因为超导限流器可在高电压下运行，并可实现检测、转换、限流一体化，能在毫秒级内限制故障电流。超导限流器限流作用的启动不依赖于其它控制电路，线路电流的增大就是超导体失超的命令信号。

Claims (2)

1.一种高压直流气体断路器，其特征在于：包括相串联的超导限流器(1)和气体断路器(2)；所述超导限流器(1)为高温电阻型超导限流器；所述气体断路器(2)为氢气断路器，其中的气体为纯氢气或氢气和氮气的混合气体，若为混合气体，氢气和氮气以任意比例混合；所述超导限流器(1)的超导材料为钇钡铜氧化物YBCO；所述超导限流器(1)为多个超导限流器串联和/或并联组成，所述气体断路器(2)也为多个气体断路器串联和/或并联组成；给所述气体断路器(2)增加磁场的方式，来提高其开断能力；所述增加磁场的方式为在气体断路器(2)外增加磁场或在气体断路器(2)的触头上开槽；所述超导限流器(1)先将故障电流限制在气体断路器能够开断的电流值下，再由气体断路器(2)直接将直流电流熄灭。

2.根据权利要求1所述的一种高压直流气体断路器，其特征在于：包括两个并联后的超导限流器(1)和气体断路器(2)串联，并通过单刀双掷开关(3)控制的两个并联超导限流器(1)的切换。