CN103620704B - 电压浪涌保护装置和高电压断路器 - Google Patents
电压浪涌保护装置和高电压断路器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103620704B CN103620704B CN201180071870.2A CN201180071870A CN103620704B CN 103620704 B CN103620704 B CN 103620704B CN 201180071870 A CN201180071870 A CN 201180071870A CN 103620704 B CN103620704 B CN 103620704B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- protection device
- surge protection
- voltage surge
- electrical contacts
- movable electrical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 15
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 claims description 12
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 10
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 5
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 2
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 235000014593 oils and fats Nutrition 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- APTZNLHMIGJTEW-UHFFFAOYSA-N pyraflufen-ethyl Chemical compound C1=C(Cl)C(OCC(=O)OCC)=CC(C=2C(=C(OC(F)F)N(C)N=2)Cl)=C1F APTZNLHMIGJTEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
- H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H37/02—Details
- H01H37/32—Thermally-sensitive members
- H01H37/46—Thermally-sensitive members actuated due to expansion or contraction of a solid
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
- H01C7/12—Overvoltage protection resistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
本发明涉及用于保护高电压装置的电压浪涌保护装置1、21、31。电压浪涌保护装置1、21、31包括变阻器2、22、32，变阻器具有由变阻器材料4、24、34隔开的第一部分2a、22a、32a和第二部分2b、22b、32b。电压浪涌保护装置1、21、31进一步包括可扩张部件5、25、35，可扩张部件布置成在变阻器2、22、32的第一部分2a、22a、32a和第二部分2b、22b、32b之间施加阈值电压之后，作用于可动电触头7、27、37上，以使电压浪涌保护装置1、21、31短路。本发明还涉及高电压断路器。
Description
技术领域
本发明大体涉及高电压装置的领域，并且更特别地，涉及保护这样的高电压装置。
背景技术
大多数电力系统和装置有时候都会经受施加的过度瞬态电压，而且例如由于雷击的原因而产生的这样的电压浪涌可导致代价非常高的损害和后续服务中断。因此需要用于保护电力系统和装置的器件。
常常使用依赖于电压的电阻器即变阻器来保护电力装置免受电压浪涌的影响。变阻器还被称为非线性电阻器，因为它具有非线性电流-电压特性。如果施加的电压小于某个电压，则变阻器基本是绝缘体。如果施加的电压高于某个电压(开关电压)，则变阻器电阻下降，并且允许增加的电流流过它。变阻器并联地连接到待保护的装置上，并且布置成在被过电压触发时，使高电压产生的电流分流离开装置。
另外，可利用各类断路器来中断故障电流。但是，针对DC电流设计断路器是困难的，因为电流高，没有中断电流时的任何零电流穿越。
基于绝缘栅双极晶体管(IGBT)的一种已知的高电压直流(HVDC)断路器技术包括多个堆叠地安装的IGBT单元。各个单元包括并联连接的若干IGBT模块，各个模块又包括多个并联的半导体芯片，半导体芯片通常仅承受线电压的一小部分。如果一个这种半导体芯片(IGBT芯片)被过电压破坏，则内部装置使其短路，内部装置必须经受住满线电流。短路装置具有有限的电流承受容量，而且必须在短时间内更换整个IGBT单元。
对于DC断路器应用，由于连续的大DC电流没有任何零电流穿越(这将加强从一个失效IGBT芯片到另一个的过渡)，所以失效的IGBT芯片无法长时间停留在短路模式中。因而必须使DC断路器跳脱，而且必须更换失效装置。
因而在这方面需要改进。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于高电压装置的使得能够进行安全短路功能的电压浪涌保护装置，诸如断路器。
根据本发明的第一方面，该目标由用于保护高电压装置的电压浪涌保护装置实现。电压浪涌保护装置包括变阻器，变阻器具有由变阻器材料隔开的第一部分和第二部分。电压浪涌保护装置包括可扩张部件，可扩张部件布置成在变阻器的第一部分和第二部分之间施加阈值电压之后，作用于可动电触头上，以使电压浪涌保护装置短路。本发明提供电压浪涌保护装置，其使用变阻器的热能来触发旁通过程，由此就不需要外部控制或辅助功率供应来形成旁路。
在实施例中，当经受阈值电压时，变阻器材料产生热和/或气体，从而使可扩张部件扩张。
在实施例中，可动电触头布置成能够在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置上，电压浪涌保护装置未启动，而在第二位置上，电压浪涌保护装置被启动。当可动电触头在其第二位置上时，第一部分和第二部分通过可动电触头电连接。
在实施例中，变阻器包括至少部分地沿电压浪涌保护装置的长度方向包围变阻器的电绝缘壳体。可动电触头布置成能够沿着电绝缘壳体在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置上，电压浪涌保护装置未启动，而在第二位置上，电压浪涌保护装置被启动，其中，当可动电触头在其第二位置上时，第一部分和第二部分通过可动电触头电连接。
在实施例中，可动电触头包括可动螺旋弹簧或可动金属环。
在实施例中，电压浪涌保护装置包括布置在可扩张部件和电触头之间的可动电绝缘环。可扩张部件布置成通过可动电绝缘环作用于可动电触头上。可动电绝缘环可布置成能够沿着电绝缘壳体移动，电绝缘壳体至少部分地沿电压浪涌保护装置的长度方向包围变阻器。
在实施例中，可动电触头布置在可扩张部件和电绝缘环之间。当在第二位置上时，可动电触头接触螺旋弹簧，螺旋弹簧布置在下部部分上。
在实施例中，可动电触头布置在通过至少部分地沿长度方向包围变阻器的电绝缘壳体且进入到变阻器材料中的膛孔中，以及，可动电触头的一个侧端接触可扩张部件，可扩张部件布置成围绕变阻器材料且部分地在膛孔中的壳，可动电触头布置成沿径向方向移动。
在实施例中，可扩张部件包括在经受温度升高和/或压力时能够扩张的材料。
在实施例中，可扩张部件包括硅酮凝胶、硅酮糊或硅酮脂。
根据本发明的第二方面，目标由一种高电压断路器实现，该高电压断路器包括串联连接的一个或多个半导体单元，其中，以上所述的电压浪涌保护装置并联地连接到各个这种半导体单元上。
根据本发明的第三方面，目标由一种高电压断路器实现，该高电压断路器包括两个或更多个半导体单元，其中，半导体单元反串联地连接成对，以及其中，以上所述电压浪涌保护装置并联地连接到各个这种成对的半导体单元上。
在阅读以下描述和附图之后，本发明的另外的特征和优点将变得清楚。
附图说明
图1a和1b示出在启动之前和之后的、根据本发明的第一实施例的电压浪涌保护装置。
图2示出图1a和1b的电压浪涌保护装置的变阻器的上部部分。
图3a和3b示出在启动之前和之后的、根据本发明的第二实施例的电压浪涌保护装置。
图4示出本发明的实施例的特征。
图5a、5b和5c在不同视图中示出在启动之前和之后的、根据本发明的第三实施例的电压浪涌保护装置。
图6示出包括保护装置的HVDC断路器的第一实施例。
图7示出包括保护装置的HVDC断路器的第二实施例。
具体实施方式
在以下描述中，为了阐明而不是限制，阐述了具体细节，诸如特定的设计等，以便提供对本发明的彻底理解。但对本领域技术人员显而易见的将是，可在脱离这些具体细节的其它实施例中实践本发明。在其它情况下，省略了对众所周知的装置和电路的详细描述，以防止不必要的细节使本发明的描述模糊不清。相同标号在描述中指示相同元件。
图1a和1b示出在启动之前和之后的、根据本发明的第一实施例的电压浪涌保护装置。在图1a中以横截面视图示出启动之前的电压浪涌保护装置1，在下面表示为保护装置1。电压浪涌保护装置1适于保护高电压装置、高电压直流装置以及高电压交流装置。
保护装置1包括变阻器2，变阻器2具有优选为圆柱形的密封绝缘壳体3。变阻器2包括第一部分2a(在下面表示为上部部分2a)和第二部分2b(在下面表示为下部部分2b)。上部部分2a和下部部分2b由金属制成且构成电极。上部部分2a和下部部分2b由变阻器材料4隔开。变阻器2例如可为金属氧化物变阻器(MOV)。因而在保护装置1的长度方向L上，变阻器2包括上部部分2a、变阻器材料4和下部部分2b。
变阻器2的变阻器材料4和上部部分2a被可扩张部件5沿周向和长度方向L包围。因而可扩张部件5沿保护装置1的径向方向r布置在一侧上的包围的圆柱形绝缘壳体3的至少一部分和另一侧上的变阻器2的变阻器材料4和上部部分2a之间。可扩张部件5包括具有超过变阻器2的保护水平的电压承受力的材料。在变阻器2失效之前，可扩张部件5在热、化学和电方面是稳定的，并且选择可扩张部件5，以便经受住在变阻器2吸收其额定能量时出现的温度，例如250℃。变阻器材料4在变阻器2失效之后产生的热快速且高效地传递到可扩张部件5。
在变阻器2失效之后(例如由超过300℃的变阻器温度限定，或者由变阻器2的套环内部或沿着套环发生的起弧限定)，可扩张部件5发生热击穿，从而通过化学分解产生气体。包围变阻器材料4的可扩张部件5具有使得气体压力能够启动电触头装置的粘度，这将在下面更详细地描述。
变阻器2的上部部分2a设计成以便在离保护装置1的中心径向的一距离处包括环形第一通道8，第一通道8具有适当的第一宽度w1，并且部分地被填充。为了清楚，在图2中单独示出第一通道8，而且可在图1a和1b中看出，可扩张部件5布置在第一通道中。
可动绝缘环6布置成围绕绝缘壳体3的套环。绝缘环6能够沿保护装置1的长度方向L，即，沿着绝缘壳体3，在第一位置和第二位置之间移动。绝缘环6的上表面接触可扩张部件5。因而可扩张部件5被变阻器的上部部分2a、变阻器材料4和绝缘环6包围。
绝缘壳体3可具有图1a和1b中示出的阶梯形状，其在上部端处具有位于绝缘环6上的凸出部分3a。绝缘环6具有第一位置，在第一位置处，绝缘环6的上表面的一部分贴靠凸出部分3a。可扩张部件5包围绝缘壳体3的凸出部分3a。绝缘壳体的阶梯形状具有下部凸出部分3b，下部凸出部分3b被变阻器2的下部部分2b包围，从而使得能够从第二通道9接近下部部分2b的一部分。
在径向方向r上，第二环形通道9形成于第一通道8中。第二通道9形成于绝缘壳体3和上部部分2a的最外部分之间。第二环形通道9具有第二宽度w2。变阻器2的下部部分2b与绝缘壳体3共同组成第二通道9的第一壁。变阻器2的上部部分2a的最外部分组成第二通道9的相对的第二壁。
在第二通道9中布置有可动导电触头装置7，例如螺旋弹簧。触头装置7能够沿保护装置1的长度方向L，即，部分地沿着绝缘壳体3，在第一位置P1和第二位置P2之间移动。在保护装置1的长度方向L上，触头装置7位于绝缘环6下面。为了描述本发明，触头装置7在下面由螺旋弹簧例示，但要注意的是，触头装置7可为使得能够进行电接触的任何适当的装置，例如金属环。螺旋弹簧提供稳定短路，因为在第二位置P2上，它与上部部分2a和下部部分2b两者具有若干个接触表面。另外，容易使螺旋弹簧就位，从而使得制造保护装置1简单。
图1b示出保护装置1处于其启动状态。如提到的那样，绝缘环6是可动的，并且在其未启动状态中具有上部位置(在图1a 中在P1处示出)，以及具有下部位置P2(在图1b中示出)，当保护装置1启动时，绝缘环6在下部位置P2上。螺旋弹簧可动地布置在绝缘环6下面，而且当可扩张部件5作用于绝缘环6上时，绝缘环6因而向下移动，螺旋弹簧也向下移动。
在图1a中示出的正常运行中，绝缘环6和螺旋弹簧在它们的上部位置P1上，从而在变阻器2的上部部分2a和下部部分2b之间留下空气间隙。空气间隙包括宽度w2的第二通道9。
当变阻器2失效时，变阻器材料4产生热，而且很可能产生气体。然后可扩张部件5由于温度和气体压力升高而扩张。如提到的那样，可扩张部件5因而作用于绝缘环6上，绝缘环6使螺旋弹簧移动，然后它们两者在它们的下部位置P2上。在下部位置P2上，螺旋弹簧与变阻器2的上部部分2a电接触，而且也与变阻器2的下部部分2b电接触。因而螺旋弹簧通过在上部部分2a和下部部分2b之间提供电接触来使保护装置1短路。
图3a和3b示出在启动之前和之后的、根据本发明的第二实施例的电压浪涌保护装置21。电压浪涌保护装置21(在下面是保护装置21)类似于第一实施例，其包括变阻器22，变阻器22具有由变阻器材料24隔开的第一部分22a(在下面表示为上部部分22a)和第二部分22b(在下面表示为下部部分22b)。
在第二实施例中，电触头27包括可动金属环，可扩张部件25以类似于上面描述的第一实施例的方式作用于可动金属环上。仅在下面描述各实施例之间的主要差别。可动绝缘环26布置在金属环27下面，并且确保所需的电压承受力。在第一位置P1'上，当保护装置21未启动时(图3a)，绝缘环26贴靠布置在下部部分22b上的螺旋弹簧28。
在第二位置P2'上，可动金属环接触布置在变阻器22的下部部分22b上的螺旋弹簧28。螺旋弹簧28提供稳定短路，因为它与上部部分22a和下部部分22b两者具有若干个接触表面。
像在第一实施例中那样，当变阻器22失效时，变阻器材料24产生热和气体。然后可扩张部件25由于温度和气体压力升高而扩张且移动。可扩张部件25作用于金属环27上，金属环27使下部位置P2'移动。在下部位置P2'上，金属环27通过在变阻器22的上部部分22a和下部部分22b之间提供电接触来使保护装置1短路。
在实施例中，电压浪涌保护装置1包括布置在可扩张部件5、25和电触头7、27之间的可动电绝缘环6。然后可扩张部件5、25布置成通过可动电绝缘环6来作用于可动电触头7、27上。可动电绝缘环6可布置成沿着电绝缘壳体3、23移动。
在另一个实施例中，可动电触头7布置在可扩张部件5、25和电绝缘环26之间。当在第二位置P2、P2'上时，可动电触头7接触螺旋弹簧28。然后螺旋弹簧28布置在下部部分2b，22b上。
图4示出本发明的实施例的特征。变阻器2、22可由于内部起弧而失效。为了确保在变阻器失效之后产生的气体压力在气体从变阻器的上部部分2a和下部部分2b的水平表面泄漏的情况下也将作用于周围的可扩张部件5、25上，可如图4中示出的那样加工与变阻器材料4、24接触的表面。也就是说，表面包括突出部分，其大小为几毫米，从而产生供气体作用于可扩张部件5、25上的道路，同时仍然允许与变阻器2、22可靠地电接触。
图5a、5b和5c示出电压浪涌保护装置1的又一个实施例。特别地，图5a和5b示出在启动之前的根据本发明的第三实施例的电压浪涌保护装置31，而图5c则示出在启动之后的电压浪涌保护装置31。电压浪涌保护装置31(在下面是保护装置31)类似于前面的实施例，因为它包括变阻器32，变阻器32具有由变阻器材料34隔开的第一部分32a和第二部分32b。与前面的实施例相反，可动电触头37布置成沿水平方向而非沿竖向方向移动。
图5a和5b示出保护装置31处于未启动位置，图5a为横截面侧视图，而图5b为横截面俯视图。如在径向方向上看到的那样，可扩张部件35设置在变阻器材料34和电绝缘壳体33之间。在竖向方向上，变阻器材料34设置在变阻器32的第一部分32a和第二部分32b之间。因而可扩张部件35布置成围绕变阻器材料34的圆柱形壳，如在图5b中最佳地看到的那样。
可动电触头37可动地布置在第一位置P1"和第二位置P2"之间，在第一位置上，保护装置31未启动，而在第二位置上，保护装置31被启动。当在第一位置P1"上时，即，当可扩张部件35尚未由于来自变阻器材料34的气体和压力而扩张时，可动电触头37布置成部分地通过包围变阻器32的电绝缘壳体33，以及部分地在电绝缘壳体33外部，从而从壳体33突出。
可动电触头37的端侧39与可扩张部件35接触。可看到可动电触头37布置在通过电绝缘壳体33的膛孔中。膛孔一直持续到可扩张部件35的壳，从而可扩张部件35填充这个膛孔的一部分，以及从而与可动电触头37的端侧39接触。因而可扩张部件35在扩张之后可作用于可动电触头37上。
至于上面描述的实施例，当变阻器32失效时，可扩张部件35扩张，并且使可动电触头37移动到其第二位置P2"，在第二位置上，第一部分32a和第二部分32b借助于可动电触头37如之前提到的那样沿径向方向移动来进行电接触，并且从而使保护装置31短路。
因而可动电触头37布置在通过至少部分地沿长度方向包围变阻器32的圆柱形电绝缘壳体33的膛孔中。可动电触头37的端侧与可扩张部件35接触，可扩张部件35布置成围绕变阻器材料34且部分地在膛孔中的圆柱形壳。可动电触头37布置成沿径向方向，即，沿垂直于保护装置31的长度方向的方向移动。
已经在上面参照图1a、1b、2、3a、3b和5a、5b、5c描述了三个特定实施例，但在其最一般的实施例中，保护装置1、21、31包括变阻器2、22、32，变阻器具有由变阻器材料4，24，34隔开的第一部分2a、22a、32a和第二部分2b、22b、32b。保护装置1、21、31包括布置成作用于可动电触头7、27、37上的可扩张部件5、25、35。当在变阻器2、22、32的第一部分2a、22a、32a和第二部分2b、22b、32b之间施加阈值电压时，电压浪涌保护装置1、21、31短路。
这可由在经受阈值电压时产生热和/或气体(一种或多种)的变阻器材料4、24、34实现，并且产生的热和/或气体使可扩张部件5、25、35扩张。
可动电触头7，27，37布置成能够在第一位置P1、P1'、P1"和第二位置P2、P2'、P2"之间移动，在第一位置P1、P1'、P1"上，电压浪涌保护装置1、21、31未启动，而在第二位置P2、P2'、P2"上，电压浪涌保护装置1、21、31被启动。在第一位置P1、P1'、P1'上，变阻器且特别是变阻器材料4、24、34基本是不导电的。在可动电触头7，27，37的第二位置P2、P2'、P2"上，第一部分2a、22a、32a和第二部分2b、22b、32b通过可动电触头7、27、37电连接。
可动电触头7、27、37可布置成能够沿着电绝缘壳体3、23、33移动，电绝缘壳体3、23、33至少部分地沿保护装置1的长度方向L包围变阻器2、22、32。
如之前描述的那样，可动电触头例如可包括可动螺旋弹簧或可动金属环。
图6示出包括上面描述的保护装置1、21、31的HVDC断路器的第一实施例。HVDC断路器40包括若干个串联连接的半导体，例如IGBT单元411，412，…，41n。各个IGBT单元可包括若干并联连接的IGBT模块。描述的一个保护装置1、21、31并联地连接到各个这种IGBT单元411，412，…，41n。要注意的是，虽然IGBT单元在这里用作示例，以示出和描述本发明，但其它半导体装置也可受到有创造性的概念的保护。另外，除了半导体装置之外的其它开关应用以及甚至其它装置可受到本发明的各方面中的保护装置的保护。
图7示出包括保护装置的HVDC断路器的第二实施例。这个实施例的HVDC断路器50还包括多个串联连接的IGBT单元511，512，…，51n-1，51n，其中，IGBT单元反串联地连接成对，使得能够在两个电流方向上中断电流。描述的一个保护装置1、21、31并联地连接到两个这样的IGBT单元。
在失效之后，IGBT单元应当进入短路失效模式(SCFM)。保护装置1、21、31提供这种SCFM。当IGBT单元失效时，保护装置1、21、31从图1a和3a和5a、5b中示出的状态变成图1b和3b和5c中示出的启动状态，如关于这些图所描述的那样。
在变阻器失效之后，保护装置1、21、31的行为如下：
-如果变阻器温度超过450-500℃，则包围变阻器2、22、32的可扩张部件5、25、35会以热的方式击穿，从而通过化学分解产生气体。产生的气体应当不是有毒或腐蚀性的。
‐包围变阻器的可扩张部件5、25、35应具有使得气体压力能够启动电触头7、27、37的粘度。
‐壳体应在机械上经受住由于发气或起弧而产生的内部气体压力。
‐保护装置1、21、31且特别是变阻器2、22、32借助于电触头7、27、37而永久地短路，并且气体压力将降低。
如之前提到以及如在上面明显的那样，可扩张部件5、25、35应当满足几个要求。已经发现以下聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料组具有所需的电、热和粘度属性：
1)硅酮凝胶：两个成分，在室温下凝固；非常软(凝胶硬度<100g，穿透率>5 mm)；高达+250℃时热稳定；在大约400℃下开始的无氧环境中加热期间，硅酮凝胶分解成三甲基环硅氧烷(tricyclosilicone)(Si(CH3)0)3和其它分子重量低的环硅氧烷；
2)硅酮糊：由PDMS和增稠剂组成，例如无定形二氧化硅(SiO2)；以类似于硅酮凝胶的方式分解；比硅酮凝胶更好地传递液压；
3)硅酮脂：由硅酮油和增稠剂组成，例如无定形二氧化硅和其它填充剂；以类似于硅酮凝胶的方式分解；像硅酮糊那样传递液压。
在变阻器失效之后，很可能的是可扩张部件5、25、35快速分解。然后分解气体将主要由分子重量低的聚硅氧烷(cyclosilicone)组成，其中三环硅氧烷(TCDMS)构成最大体积。因为TCDMS的沸点为133℃，所以它在变阻器2、22、32的失效温度下气化。可估计产生的气体(TCDMS)量，以便确定确保电触头7、27、37启动所需的材料量。根据材料量，可计算出包围变阻器块2a、4、2b的硅酮凝胶、胶糊或油脂的层厚。
理论上，对各个摩尔的PDMS产生1摩尔TCDMS。作为保守假设，材料包括50%的PDMS。假设50%的击穿产物的也包括TCDMS。这意味着仅使用25%的材料来产生气体。在下面的表中，针对两个实施例(分别关于图1a、1b和3a、3b所描述的实施例1、实施例2)来估计所需层厚。
在实施例1和实施例2的左列中，气体温度等于TCDMS的沸点(最低可行气体温度)。在右列中，气体温度为400℃，这是例如HVDC断路器应用中的变阻器的典型的热击穿温度。
这些示例显示在两个设计中需要非常薄的放气材料层来产生必要的体积和压力，以启动触头装置，以及确保一起可挤压接触头，直到完全闭合。还显示必须减轻残余气体压力，以便在触头已经闭合时降低气体压力。
Claims (12)
1.一种电压浪涌保护装置(1，21，31)，所述电压浪涌保护装置(1，21，31)包括变阻器(2，22，32)，所述变阻器具有由变阻器材料(4，24，34)隔开的第一部分(2a，22a，32a)和第二部分(2b，22b，32b)，所述变阻器材料(4，24，34)构造成在经受施加在所述变阻器(2，22，32)的所述第一部分(2a，22a，32a)和所述第二部分(2b，22b，32b)之间的阈值电压时，产生热和/或气体，其特征在于，可扩张部件(5，25，35)布置成在所述变阻器(2，22，32)的所述第一部分(2a，22a，32a)和所述第二部分(2b，22b，32b)之间施加所述阈值电压之后，作用于可动电触头(7，27，37)上，以使所述电压浪涌保护装置(1，21，31)短路，其中，所述可扩张部件(5，25，35)构造成由于所述变阻器材料(4，24，34)产生的热和/或气体而扩张，从而所述可扩张部件发生热击穿，以及通过化学分解产生气体，所述可扩张部件的所述气体具有使所述可动电触头移动的气体压力。
2.根据权利要求1所述的电压浪涌保护装置(1，21，31)，其特征在于，所述可动电触头(7，27，37)布置成能够在第一位置(P1，P1′，P1〞)和第二位置(P2，P2′，P2〞)之间移动，在所述第一位置上，所述电压浪涌保护装置(1，21，31)未启动，而在所述第二位置上，所述电压浪涌保护装置(1，21，31)被启动，其中，当所述可动电触头(7，27，37)在其第二位置(P2，P2′，P2〞)上时，所述第一部分(2a，22a，32a)和所述第二部分(2b，22b，32b)通过所述可动电触头(7，27，37)电连接。
3.根据权利要求1或2所述的电压浪涌保护装置(1，21)，其特征在于，所述可动电触头包括可动螺旋弹簧或可动金属环。
4.根据权利要求1或2所述的电压浪涌保护装置(1，21)，其特征在于，所述变阻器(2，22)包括至少部分地沿所述电压浪涌保护装置(1，21)的长度方向(L)包围所述变阻器(2，22)的电绝缘壳体(3，23)，以及其中，所述可动电触头(7，27，37)布置成能够沿着所述电绝缘壳体(3，23)在第一位置(P1，P1′)和第二位置(P2，P2′)之间移动，在所述第一位置上，所述电压浪涌保护装置(1，21)未启动，而在所述第二位置上，所述电压浪涌保护装置(1，21)被启动，其中，当所述可动电触头(7，27，37)在其所述第二位置(P2，P2′)上时，所述第一部分(2a，22a)和所述第二部分(2b，22b)通过所述可动电触头(7，27，37)电连接。
5.根据权利要求1或2所述的电压浪涌保护装置(1)，其特征在于，所述电压浪涌保护装置包括布置在所述可扩张部件(5)和所述可动电触头(7，27，37)之间的可动电绝缘环(6)，以及其中，所述可扩张部件(5)布置成通过所述可动电绝缘环(6)来作用于所述可动电触头(7，27，37)上。
6.根据权利要求5所述的电压浪涌保护装置(1)，其特征在于，所述可动电绝缘环(6)布置成能够沿着电绝缘壳体(3)移动，所述电绝缘壳体(3)至少部分地沿所述电压浪涌保护装置(1)的长度方向(L)包围所述变阻器(2)。
7.根据权利要求2所述的电压浪涌保护装置(21)，其特征在于，所述可动电触头(7，27，37)布置在所述可扩张部件(25)和电绝缘环(26)之间，以及其中，当在所述第二位置(P2′)上时，所述可动电触头(7，27，37)接触螺旋弹簧(28)，所述螺旋弹簧(28)布置在所述第二部分(22b)上。
8.根据权利要求1或2所述的电压浪涌保护装置(31)，其特征在于，所述可动电触头(7，27，37)布置在通过电绝缘壳体(33)的膛孔中，所述电绝缘壳体(33)至少部分地沿长度方向包围所述变阻器(32)，所述可动电触头(7，27，37)的一个端部接触所述可扩张部件(35)，所述可扩张部件(35)布置成围绕所述变阻器材料(34)且部分地在所述膛孔中的壳，所述可动电触头(7，27，37)布置成沿径向方向移动。
9.根据权利要求1或2所述的电压浪涌保护装置(1，21，31)，其特征在于，所述可扩张部件(5，25，35)包括当经受温度升高和/或压力时能够扩张的材料。
10.根据权利要求1或2所述的电压浪涌保护装置(1，21，31)，其特征在于，所述可扩张部件(5，25，35)包括硅酮凝胶、硅酮糊或硅酮脂。
11.一种断路器(40)，包括串联连接的一个或多个半导体单元(411，412，…，41n)，其中，权利要求1至10中的任一项所述的电压浪涌保护装置(1，21，31)并联地连接到各个这样的半导体单元(411，412，…，41n)上。
12.一种断路器(50)，包括两个或更多个半导体单元(511，512，…，51n-1，51n)，其中，所述半导体单元(511，512，…，51n-1，51n)反串联地连接成对，以及其中，权利要求1至10中的任一项所述的电压浪涌保护装置(1，21，31)并联地连接到各个这种成对的半导体单元(511，512，…，51n-1，51n)上。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2011/060718 WO2013000498A1 (en) | 2011-06-27 | 2011-06-27 | Voltage surge protection device and high voltage circuit breakers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103620704A CN103620704A (zh) | 2014-03-05 |
| CN103620704B true CN103620704B (zh) | 2016-08-17 |
Family
ID=44629344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201180071870.2A Active CN103620704B (zh) | 2011-06-27 | 2011-06-27 | 电压浪涌保护装置和高电压断路器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8817445B1 (zh) |
| EP (1) | EP2724352B1 (zh) |
| KR (1) | KR101436277B1 (zh) |
| CN (1) | CN103620704B (zh) |
| WO (1) | WO2013000498A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105793948B (zh) * | 2013-12-20 | 2018-11-02 | 西门子公司 | 用于开关直流的设备和方法 |
| DE102017118181B4 (de) * | 2017-07-07 | 2019-01-17 | Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg | Gekapselte Überspannungsschutzvorrichtung mit einem becherartigen Gehäuse |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1983470A (zh) * | 2005-12-15 | 2007-06-20 | 雷伊卡普公司 | 包含压敏电阻材料晶片的过电压保护装置 |
| WO2008145460A1 (de) * | 2007-05-29 | 2008-12-04 | Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg | Kurzschliesseinrichtung für überspannungsableiter |
| WO2011039342A1 (de) * | 2009-10-02 | 2011-04-07 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Überspannungsschutzelement |
| CN102077305A (zh) * | 2008-08-27 | 2011-05-25 | 赖茵豪森机械制造公司 | 具有半导体开关元件的分接开关 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3318588A1 (de) | 1983-05-21 | 1984-11-22 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Varistorsicherungselement |
| US5583734A (en) | 1994-11-10 | 1996-12-10 | Raychem Corporation | Surge arrester with overvoltage sensitive grounding switch |
| US6304166B1 (en) | 1999-09-22 | 2001-10-16 | Harris Ireland Development Company, Ltd. | Low profile mount for metal oxide varistor package and method |
| SE518070C2 (sv) | 2000-12-20 | 2002-08-20 | Abb Ab | VSC-strömriktare |
| DE102009053145A1 (de) * | 2009-11-05 | 2011-05-12 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Überspannungsschutzelement |
| US8699197B2 (en) * | 2010-08-27 | 2014-04-15 | Cooper Technologies Company | Compact transient voltage surge suppression device |
-
2011
- 2011-06-27 CN CN201180071870.2A patent/CN103620704B/zh active Active
- 2011-06-27 US US14/128,986 patent/US8817445B1/en active Active
- 2011-06-27 WO PCT/EP2011/060718 patent/WO2013000498A1/en active Application Filing
- 2011-06-27 EP EP11738409.9A patent/EP2724352B1/en active Active
- 2011-06-27 KR KR1020137034632A patent/KR101436277B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1983470A (zh) * | 2005-12-15 | 2007-06-20 | 雷伊卡普公司 | 包含压敏电阻材料晶片的过电压保护装置 |
| WO2008145460A1 (de) * | 2007-05-29 | 2008-12-04 | Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg | Kurzschliesseinrichtung für überspannungsableiter |
| CN102077305A (zh) * | 2008-08-27 | 2011-05-25 | 赖茵豪森机械制造公司 | 具有半导体开关元件的分接开关 |
| WO2011039342A1 (de) * | 2009-10-02 | 2011-04-07 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Überspannungsschutzelement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20140226244A1 (en) | 2014-08-14 |
| WO2013000498A1 (en) | 2013-01-03 |
| KR20140025544A (ko) | 2014-03-04 |
| CN103620704A (zh) | 2014-03-05 |
| EP2724352B1 (en) | 2015-01-21 |
| US8817445B1 (en) | 2014-08-26 |
| EP2724352A1 (en) | 2014-04-30 |
| KR101436277B1 (ko) | 2014-08-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2890798T3 (es) | Dispositivos de protección contra sobretensiones, sobrecorrientes y arco eléctrico | |
| CN108242805B (zh) | 用于主动过电压保护的装置 | |
| US7453681B2 (en) | Metal oxide varistor with a heat protection | |
| EP1681686A1 (en) | PTC current limiting device having molding part made of insulating material | |
| CN110679053B (zh) | 尤其是用于直流系统的、用于过电压保护的分离和切换装置 | |
| CN203747397U (zh) | 用于保护过压保护元件的过流保护装置 | |
| CA2680095C (en) | Disconnecting switch device and method for production of a disconnecting switch device | |
| CN103620704B (zh) | 电压浪涌保护装置和高电压断路器 | |
| US10229774B2 (en) | Varistor with an isolating arrester | |
| CN101836340B (zh) | 用于过电压放电器的限制损坏的开关设备 | |
| KR100697919B1 (ko) | 다중 절연체를 구비한 ｐｔｃ 한류기 | |
| RU2523690C2 (ru) | Разрядник для защиты от перенапряжений и электрическое устройство с газовой изоляцией | |
| US10855075B2 (en) | Surge protective circuit and surge protective device | |
| CN207082434U (zh) | 一种干式高压自愈式并联电容器的继电保护装置 | |
| JP6435105B2 (ja) | ハイブリッドサブストレートヒューズエレメント | |
| RU126188U1 (ru) | Ограничитель перенапряжения нелинейный | |
| TW201526036A (zh) | 保護裝置 | |
| KR20090082569A (ko) | 피뢰기용 단로기 | |
| RU126189U1 (ru) | Ограничитель перенапряжения нелинейный | |
| KR20210104120A (ko) | 열 차단 장치 | |
| CN107464692A (zh) | 一种干式高压自愈式并联电容器的继电保护装置及其方法 | |
| JP2019061923A (ja) | 感温ペレット型温度ヒューズ | |
| UA22719U (en) | Non-linear mine switsching excess-voltage suppressor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180507 Address after: Baden, Switzerland Patentee after: ABB Switzerland Co.,Ltd. Address before: Zurich Patentee before: ABB TECHNOLOGY Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210618 Address after: Baden, Switzerland Patentee after: ABB grid Switzerland AG Address before: Baden, Switzerland Patentee before: ABB Switzerland Co.,Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Swiss Baden Patentee after: Hitachi energy Switzerland AG Address before: Swiss Baden Patentee before: ABB grid Switzerland AG |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240112 Address after: Zurich, SUI Patentee after: Hitachi Energy Co.,Ltd. Address before: Swiss Baden Patentee before: Hitachi energy Switzerland AG |