CN105098745B - 快速开关 - Google Patents

Abstract

本说明书涉及一种快速开关，一种故障电流限幅器的元件，更具体地，涉及一种无论故障电流的大小都能够通过使用外接电容器的放电电流来中断主电路而持续地执行主电路的断续操作的快速开关。所述快速开关包括：壳体；真空断续器，其安装在所述壳体内，连接到主电路，并配置为断开和闭合所述主电路；接触弹簧，其耦合到所述真空断续器的推进器，并配置为提供接触力；绝缘杆，其连接到所述接触弹簧；永磁致动器，其连接到所述绝缘杆的下端，并配置为提供开关驱动力；第一电容器，其配置为向所述永磁致动器的线圈提供放电电流；驱动线圈，其连接到所述永磁致动器的下端；以及第二电容器，其配置为向所述驱动线圈提供放电电流。

Description

快速开关

技术领域

本说明书涉及一种快速开关，一种故障电流限幅器的元件，更具体地，涉及一种无论故障电流的大小如何都能够通过使用外接电容器的放电电流来中断主电路而持续地执行主电路断续操作的快速开关。

背景技术

一般地，故障电流限幅器是一种功率器件，其在电力系统中产生大的故障电流时通过快速减小故障电流来保护电力系统。换言之，当电力系统中发生大的故障电流时，故障电流限幅器在短时间内将故障电流减小到一个适当的值或低于该适当的值，从而减小该功率器件的机械应力和热应力，以及提高电力系统的可靠性。

这种故障电流限幅器可以跟通用断路器来做些如下的比较。当故障电流产生时，故障电流限幅器迅速检测故障并引入电阻(阻抗)。另一方面，当故障电流产生时，通用断路器通过断开操作来将产生故障的线路从电力系统中分离或排除。进一步地，在故障电流产生后，故障电流限幅器要花费大约16ms的时间来操作。另一方面,通用断路器在故障电流产生后要花费大约85ms-120ms的时间来操作。再者，故障电流限幅器中设有用于减小故障带来的机械应力和热应力、以及用于补偿低电压的电路。另一方面,通用断路器并不带有这些功能。

在电力系统中，当需要高质量的电力以及大容量的电力时，由于这些优点，会优选故障电流限幅器。

故障电流限幅器的主要的元件包括快速故障检测器(FFD)、快速开关(FS)、以及限流电阻器(CLR)。

快速故障检测器(FFD)用来快速检测发生在电力系统中的故障。当超过预设值的电流出现时，FFD检测该电流并随后发送信号给快速开关控制器。

快速开关(FS)由用于施加电流以及绕行故障电流的主电路触点、以及驱动单元组成。快速开关(FS)用于将故障电流转换到与其并联连接的限流电阻器的电路中。

限流电阻器(CLR)在正常状态下没有电流流过，但是当检测到故障并打开快速开关(FS)时有故障电流流过。限流电阻器(CLR)是通过其电阻来限制故障电流的大小的器件。

图1A和1B示出了故障电流限幅器的原理。图1A示出了故障电流限幅器安装前的电路，即只安装了断路器的电路。图1B示出了安装了故障电流限幅器和断路器的电路。当安装了故障电流限幅器时，在正常状态下，正常电流(①)经过断路器101流入负载器件102。然而，当故障发生时，故障电流限幅器103打开快速开关104，使得故障电流(②)通过绕行到限流电阻器105而流入负载器件102。

总之，作为故障电流限幅器的元件的快速开关，与限流电阻器并联连接，从而有效地控制电力系统中产生的故障电流。快速开关是开关器件，通过快速地使得产生的故障电流绕行至限流电阻器来保护电力系统。

图2示出了与现有技术一致的故障电流限幅器的配置。图2示出了在韩国注册专利号为10-0955373(“Hybrid fault current limiter using superconducting device(使用超导器件的混合故障电流限幅器)”)的文献中公开的技术。传统的故障电流限幅器包括超导器件1；串联连接到超导器件1的后端的真空断续器2；串联连接到真空断续器2的后端的后端断路器8，其能够控制向着负载侧的电力系统的电路的通断；永磁致动器(permanentmagnet actuator)3，用于在正常电流流入电力系统的供电线路时，对真空断续器2的可移动接触器2b提供接触力；快速开关5，其具有连接到永磁致动器3的推进器(mover)3a的可移动触点5b，从而同步地可移动；以及驱动线圈4，其在超导器件1失超(quench)时通过被故障电流磁化，来驱动到关闭位置以导通快速开关5，并且通过永磁致动器3来驱动到打开位置以断开真空断续器2。

与现有技术一致的故障电流限幅器的操作将说明如下。

在正常状态下，电路中的电流沿着传导路径(A)流动。换言之，电流沿着电源侧线路被引入，通过非阻性状态的超导器件1，流经真空断续器2，从而经过后端断路器8向负载侧放电。

当电路中发生短路电流时，超导器件1的电阻急剧地增大。此时，电流小于失超的超导器件1的电阻，沿着传导路径(B)流动。换言之，通过并联连接到超导器件1的驱动线圈4，电流流经限流电阻器7和后端断路器8，从而流入负载侧。在这种情况下，由于斥力板(repulsive plate)4a在驱动线圈4中产生的磁力的作用下垂直移动，真空断续器2的可移动接触器2b和固定接触器2a彼此分开。此时，快速开关5的可移动触点5b和固定触点5a彼此接触。因此，沿传导路径(B)流动的短路电流，还通过闭合的快速开关、限流电阻器7、以及后端断路器8，沿着连接到负载侧的传导路径(C)流动。

然而，在现有技术中，在执行断开操作时会使用故障电流(短路电流)。这会导致操作速度根据故障电流的大小而变化。并且，存在一个适当的故障电流的区段以完成断开操作。即，当故障电流较小时，电子斥力也较小。这会导致故障电流限幅器不操作。但另一方面，当故障电流太大时，电路会在机械斥力的作用下立即重新闭合。

发明内容

因此，作为本详细说明的一个方面，提供了一种无论故障电流的大小如何都能够通过使用外接电容器的放电电流来中断主电路而持续地执行主电路断续操作的快速开关。

为了得到这些的和其他的有益效果以及与本说明书的目的相一致，如在本文中具体化地和宽泛地说明的，提供了一种快速开关，包括：壳体；真空断续器，其安装在所述壳体内，连接到主电路，并配置为断开和闭合所述主电路；接触弹簧，其耦合到所述真空断续器的推进器，并配置为提供接触力；绝缘杆，其连接到所述接触弹簧；永磁致动器，其连接到所述绝缘杆的下端，并配置为提供开关驱动力；第一电容器，其配置为向所述永磁致动器的线圈提供放电电流；驱动线圈，其连接到所述永磁致动器的下端；以及第二电容器，其配置为向所述驱动线圈提供放电电流。

所述线圈可以包括：开路线圈(open coil)，其配置为使得所述真空断续器执行断开操作；以及闭路线圈(close coil)，其配置为使得所述真空断续器执行闭合操作。

所述快速开关可以进一步包括永磁致动器控制器，其形成于所述永磁致动器与所述第一电容器之间，并配置为执行信号传输和控制。

所述快速开关可以进一步包括驱动线圈控制器，其形成于所述驱动线圈与所述第二电容器之间，并配置为执行信号传输和控制。

传感器可以设置于所述主电路、与所述永磁致动器控制器和所述驱动线圈控制器之间，以及所述传感器可以配置为将所述主电路产生的信号发送到所述永磁致动器控制器和所述驱动线圈控制器。

所述快速开关可以进一步包括斥力板，其设置于所述驱动线圈的下方，并在所述驱动线圈的磁力产生的电子斥力的作用下垂直移动。

放电电流可以从所述第一电容器流入所述开路开路线圈，用于在所述真空断续器执行断开操作时，防止由于所述斥力板的所述电子斥力而导致所述主电路重新闭合的操作。

所述第一电容器和所述第二电容器可以设置于所述壳体的内部或外部。

根据本发明的实施例的快速开关，可以具有以下有益效果。

首先，由于快速开关通过安装在壳体内部或外部的第一电容器和第二电容器产生的放电电流而执行断开操作和闭合操作，因此当主电路中断时，无论故障电流的大小如何，电路断续操作都可以持续地进行。

其次，由于第一电容器和第二电容器的容量、充电电压等是可以控制的，因此电路断续操作可以以用户期望的操作速度来进行。

本申请的进一步的可应用范围可以通过后文的详细说明变得更加清楚。但是，应理解的是，由于在本发明的思想和范围内的各种变形和改进通过具体说明对本领域技术人员是显而易见的，因此详细说明和具体示例在表示本发明优选实施例的同时仅以例证的方式给出。

附图说明

被包括以进一步理解本发明并被结合到本说明书以及作为本说明书的组成部分的附图，说明了示例性的实施例并与本说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1A和图1B示出了故障电流限幅器的原理，其中，图1A示出了仅安装了断路器的电路，以及图1B示出了安装了故障电流限幅器和断路器的电路；

图2为示出了与现有技术一致的故障电流限幅器的配置的视图；

图3为根据本发明的一个实施例的快速开关的立体图；

图4为示出了根据本发明的一个实施例的快速开关的配置的视图，其中真空断续器处于闭合状态；以及

图5为示出了图4中的真空断续器处于断开状态时的配置的视图。

具体实施方式

以下将参照附图，根据本发明的实施例的快速开关的优选的配置，详细地给出说明。

图3为根据本发明的一个实施例的快速开关的立体图。图4为示出了根据本发明的一个实施例的快速开关的配置的视图，其中真空断续器处于闭合状态。图5为示出了图4中的真空断续器处于断开状态时的配置的视图。

根据本发明的一个实施例的快速开关包括：壳体10；真空断续器20，其安装在壳体10内，连接到主电路，并配置为断开和闭合主电路；接触弹簧30，其耦合到真空断续器20的可移动部分，并配置为提供接触力；绝缘杆35，其连接到接触弹簧30；永磁致动器40，其连接到绝缘杆35的下端，并配置为提供开关(断开/闭合)驱动力；第一电容器45，其配置为向永磁致动器40的闭路线圈41提供放电电流；驱动线圈50，其连接到永磁致动器40的下端；以及第二电容器55，其配置为向驱动线圈50提供放电电流。

壳体10可以形成为前表面和后表面呈开口状的箱体的形状。壳体10配置为在其中容置根据本发明的一个实施例的快速开关的各种元件。

真空断续器20包括固定触点21和可移动触点22，可移动触点22配置为接触固定触点21或与固定触点21分离。当正常电流流动时，固定触点21和可移动触点22处于接触状态。然而，当故障电流发生时，固定触点21和可移动触点22互相分离，使得故障电流绕行至限流电阻器(图中未示出)。在这种配置下，能够防止事故的发生并能够保护电力系统。

接触弹簧30向真空断续器20的可移动部分提供接触力，从而增强传导功能。进一步地，接触弹簧30补偿由于重复的开关操作造成的损耗，从而保持持续的断续操作。

永磁致动器40包括框架44、安装在框架44内的闭路线圈41、开路线圈42、永磁体46、以及由闭路线圈41和开路线圈42产生的磁力推动的推进器43。永磁致动器40配备了闭路线圈41和开路线圈42，并允许真空断续器20执行开关操作。更具体地，对于断开操作，永磁致动器40执行闭锁功能以防止重新闭合的现象。另一方面，对于闭合操作，永磁致动器40提供驱动力。第一电容器45(将在下文说明)产生的放电电流，有选择地流入闭路线圈41或开路线圈42。

第一电容器45连接到永磁致动器40的闭路线圈41和开路线圈42中的每个，从而为其提供放电电流。

永磁致动器控制器(PMAC)48可以安装在永磁致动器40和第一电容器45之间。永磁致动器控制器(PMAC)48可以执行与第一电容器45有关的信号传输和控制。例如，永磁致动器控制器(PMAC)48可以判定从第一电容器45释放出的电流是流入闭路线圈41还是开路线圈42。

驱动线圈50与斥力板53一起，提供真空断续器20执行断开操作所需要的驱动力。

第二电容器55连接到驱动线圈50，以提供放电电流。

驱动线圈控制器(DCC)58可以安装在驱动线圈50和第二电容器55之间。驱动线圈控制器(DCC)58可以执行与第二电容器55有关的信号传输和控制。

斥力板53安装在下移动杆37的下端，在驱动线圈50的磁力产生的电子斥力的作用下垂直移动。

耦合到真空断续器20的可移动触点22的上移动杆36、安装在真空断续器20和永磁致动器40之间的绝缘杆35、永磁致动器40的推进器43、以及安装在永磁致动器40和斥力板53之间的下移动杆37，依次相互连接，从而以整体的方式移动。

根据本发明的一个实施例的快速开关还可以进一步包括传感器60。传感器60可以发送信号，因此其一端连接到主电路，另一端连接到驱动线圈控制器58和永磁致动器控制器48。例如，传感器60可以接收主电路产生的故障电流信号，并且可以将接收的故障电流信号发送到驱动线圈控制器58和永磁致动器控制器48。根据本发明的一个实施例的快速开关可以进一步包括外部输入单元65，其配置为接收从外部发送的手动输入信号。

以下说明根据本发明的一个实施例的快速开关的操作。

首先，将说明在正常状态下当真空断续器执行闭合操作以使得电流流经主电路时的一个实例。在手动输入或预设时间经过时，电路中的电流从第一电容器45中释放出来。第一电容器45释放的电流在流过永磁致动器40的闭路线圈41的同时，产生磁力。推进器43在闭路线圈41产生的磁力的作用下向上移动。随着推进器43移动，依次连接到推进器43的绝缘杆35和上移动杆36以相互作用的方式向上移动。结果，可移动触点22也向上移动直到接触到固定触点21，以使得主电路处于导通的状态。

在该实例中，接触弹簧30向可移动触点22提供接触力，以使得可移动触点22能够以较强的力接触固定触点21。进一步地，即便经过反复使用后可移动触点22和固定触点21被磨损或者压缩，接触弹簧30也能够使得可移动触点22和固定触点21之间彼此可靠地接触。

永磁致动器控制器48执行第一电容器45和永磁致动器40之间的控制。换言之，永磁致动器控制器48通过从传感器60输入的主电路的信号、从外部输入单元65输入的手动信号、或者内部设置的信号，来控制第一电容器45释放电流。进一步地，永磁致动器控制器48可以设置关于第一电容器45释放的电流的放电时间、电流量等。

接下来将要说明在故障电流发生时真空断续器执行断开操作(跳闸操作)以使得主电路中断且故障电流绕行至连接有限流电阻器(图中未示出)的辅助电路(图中未示出)的情况。当故障电流流过主电路或者当手动输入时，第二电容器55释放电流。第二电容器55释放的电流在流过驱动线圈50的同时产生磁力。斥力板53受到驱动线圈50产生的磁力的电子斥力的作用而向下移动。随着斥力板53移动，依次连接到斥力板53上的下移动杆37、推进器43、绝缘杆35、上移动杆36以相互作用的方式向下移动。结果，可移动触点22与固定触点21分离，主电路中断。

驱动线圈控制器58执行第二电容器55和驱动线圈50之间的信号传输和控制。换言之，随着从传感器60输入的主电路信号或者从外部输入单元65引入的手动信号被发送，第二电容器55释放电流。进一步地，关于第二电容器55释放的电流的放电时间、电流量等可以被设置。

为了防止跳闸操作期间由于斥力板53的斥力引起的重新闭合的现象，第一电容器45的放电电流流入永磁致动器40的开路线圈42。此时，推进器43向下运动。

根据本发明的一个实施例的快速开关，通过第一电容器45和第二电容器55产生的放电电流来执行断开操作和闭合操作。因此，当主电路中断时，电路断续操作可以持续地进行，而无论故障电流的大小如何。

进一步地，由于电容器的电容量、充电电压等均是可控制的，因此断续操作可以以用户期望的操作速度来执行。

进一步地，与机械式的快速开关相比，本发明的快速开关具有更短的驱动时间，使得能够在1/2个时钟周期内绕过故障电流。

由于本特征可以以多种形式体现而不背离其特性，所以应当理解的是，除非另外指出，否则上述实施例不被前述的任何细节所限制，而应在如所附的权利要求书所限定的范围内宽泛地解释，因此落入权利要求书的边界和范围或这种边界和范围的等同方案内的所有变化和修改，也因此旨在由所附的权利要求书所包涵。

Claims (4)

1.一种快速开关，其安装于电流限幅器中，与限流电阻器并联连接，并配置为在故障电流发生时使所述故障电流绕行至与所述限流电阻器连接的电路，其特征在于，所述快速开关包括：

壳体；

真空断续器，其安装在所述壳体内，连接到主电路，并配置为断开和闭合所述主电路；

接触弹簧，其耦合到所述真空断续器的推进器，并配置为提供接触力；

绝缘杆，其连接到所述接触弹簧；

永磁致动器，其连接到所述绝缘杆的下端，并配置为提供开关驱动力；

第一电容器，其配置为向所述永磁致动器的线圈提供放电电流；

驱动线圈，其连接到所述永磁致动器的下端；以及

第二电容器，其配置为向所述驱动线圈提供放电电流，

其中所述线圈包括：

开路线圈，其配置为使得所述真空断续器执行断开操作；以及

闭路线圈，其配置为使得所述真空断续器执行闭合操作，

其中驱动线圈控制器形成于所述驱动线圈与所述第二电容器之间，配置为执行信号传输和控制，并设置关于从所述第二电容器释放的电流的放电时间、电流量，

其中斥力板设置于所述驱动线圈的下方，并在所述驱动线圈的磁力产生的电子斥力的作用下垂直移动，

其中放电电流从所述第一电容器流入所述开路线圈，用于在所述真空断续器执行断开操作时，防止由于所述斥力板的所述电子斥力而导致所述主电路重新闭合的操作。

2.根据权利要求1所述的快速开关，进一步包括永磁致动器控制器，其形成于所述永磁致动器与所述第一电容器之间，并配置为执行信号传输和控制。

3.根据权利要求2所述的快速开关，其特征在于，传感器设置于所述主电路与所述永磁致动器控制器和所述驱动线圈控制器之间，以及

所述传感器配置为将所述主电路产生的信号传输到所述永磁致动器控制器和所述驱动线圈控制器。

4.根据权利要求1所述的快速开关，其特征在于，所述第一电容器和所述第二电容器设置于所述壳体的内部或外部。