CN109192418A - 一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置，包括：陶瓷电阻腔、液态金属、左电极、右电极、气体介质。所述左电极和所述右电极固定在陶瓷电阻腔左右两端，形成一个密封的腔体；所述陶瓷电阻腔由相互连通的一个直径较大的粗腔体和一个直径较小的细腔体组成；所述液态金属填充在陶瓷电阻腔内，水平放置时所述液态金属需能够进入直径较小的腔体，并导通所述左电极和所述右电极，所述液态金属不能充满陶瓷电阻腔；所述气体介质填充剩余的陶瓷电阻腔，需具有良好的绝缘特性。本装置是一种可变阻抗型FCL，串联在系统线路中。在系统正常运行时，其阻抗很小，而在发生故障时，不需要换流，其阻抗就能够迅速变大，使得故障还未到达峰值即能得到限制。

Description

一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置

技术领域

本发明涉及高压电路装置技术领域，尤其涉及一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置。

背景技术

随着工业及居民用电量的增加，电力系统的短路容量越来越大，相应的最大短路电流也越来越大，甚至超过标准规定。这对系统设备的短路电流耐受能力和断路器的开断能力产生的巨大的压力。因此需要对短路电流超标的线路进行限流，以防止系统发生故障时对系统设备产生冲击，避免断路器开断失败。目前限制故障电流一般采用线路串联限流电抗器或者使用故障限流器(Fault Current Limiter，FCL)。

串联限流电抗器能够有效降低故障电流峰值，但由于电抗器要一直串联在系统内，在系统正常运行时会产生很大的损耗和电压降，同时给继电保护整定等造成很大的影响。故障限流器的主要目的是在故障电流上升到较高值之前迅速提高故障线路的阻抗，从而减小故障电流的峰值以有利于开断。一般可分为超导型、电力电子型、经济型和混合型。(1)超导型FCL可在高电压下实现检测、转换及限流的一体化，能在几毫秒内响应，从而限制故障电流，但目前超导技术不够成熟，制约在工业上的应用，在运行时耗能大；(2)电力电子型FCL分为固态型、谐振型和串联补偿型，其控制迅速灵活、易于实现综合型多功能的灵活交流输电系统(FACTS)控制，但造价很高；(3)经济型FCL简便、便宜、损耗小、可靠性高、电磁兼容性好、热效应能力强、无需另设继电保护，自动快速投入、故障切除后自动恢复，但难以解决ZnO避雷器的串、并联和吸能问题；(4)混合型FCL减小了导通损耗,故障电弧引起的危害得到有效抑制，但其结构复杂、成本高。综合分析目前的故障限流器可从原理上分为两种，一种是换流型FCL，大部分的限流器都是换流型FCL，试图通过改变线路结构来串联引入大阻抗达到限流的目的，另外一部分是可变阻抗型FCL，试图改变已经串入线路的元件的阻抗达到限流的目的。前一种方式都要引起故障电流的换流，在换流过程中，不可避免地要引起过电压和涌流，处理二者则大大增加了限流器结构的复杂性，同时换流回路本身也很复杂，这就提高了成本。而后一种方式则不需要换流，但线路元件阻抗的迅速变化要求元件具有较好的变阻抗特性，目前的超导体、正温度系数电阻等都很难满足工业应用的要求。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置包括，陶瓷电阻腔、液态金属、左电极、右电极和气体介质；

所述左电极和所述右电极固定在陶瓷电阻腔的左右两端形成一个密封的腔体；所述陶瓷电阻腔包括相互连通的粗腔体和细腔体，所述液态金属填充在陶瓷电阻腔内，当陶瓷电阻腔水平放置时所述液态金属进入所述细腔体并导通所述左电极和所述右电极，所述液态金属不能充满陶瓷电阻腔，所述陶瓷电阻腔设置有预留空间；所述气体介质填充在陶瓷电阻腔的预留空间内，所述气体介质具有绝缘特性；

工作状态下：所述左电极和所述右电极串联接入电力线路，当线路正常运行时，液态金属保持稳定状态，导通线路；当发生短路故障时，由于所述细腔体和所述粗腔体内流经液态金属的短路电流相同，但电流密度不一致，使液态金属发生收缩效应，所述细腔体中的液态金属流入所述粗腔体，所述细腔体中液态金属出现断裂，温度升高发生气化，进入所述粗腔体，从而增大串入线路的电阻值；当大电流消失后，液态金属可重新流入所述细腔体，导通所述左电极和所述右电极。

所述陶瓷电阻腔的形状是圆形、矩形、椭圆形或闭合外形。

所述陶瓷电阻腔的包括不限于ZnO陶瓷电阻材料。

所述气体介质具有绝缘属性。

本装置通过使用液态金属和陶瓷电阻配合，一方面利用了液态金属在大电流下的开断特性，另一方面利用了陶瓷电容的吸能特性，使得液态电阻在收缩断裂时不产生电弧，提高了液态电阻限流的电压等级。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置，本发明提出一种新型的液态金属型陶瓷高压可变电阻装置。它是一种可变阻抗型FCL，串联在系统线路中。在系统正常运行时，其阻抗很小，而在发生故障时，不需要换流，其阻抗就能够迅速变大，使得故障还未到达峰值即能得到限制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明液态金属型陶瓷高压可变电阻装置的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本装置的串联结构示意图。

图4为本发明的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1-图4所示的一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置，包括陶瓷电阻腔101、液态金属102、气体介质103、右电极104、左电极105。所述左电极105和所述右接线端104盖固定在所述陶瓷电阻腔101左右两端，形成一个密封的腔体。

所述陶瓷电阻腔101由相互连通的一个直径较大的粗腔体106和一个直径较小的细腔体107组成；

所述液态金属102填充在所述陶瓷电阻腔101内，水平放置时所述液态金属102需能够进入所述细腔体107内，并导通所述左电极105和所述右电极104，所述液态金属102不能充满所述陶瓷电阻腔101。

所述气体介质填充剩余的所述陶瓷电阻腔101，需具有良好的绝缘特性。

本发明装置通过所述左电极105和所述右电极104串联接入电力线路，当线路正常运行时，所述液态金属102保持稳定状态，导通线路；当发生短路故障时，由于所述细腔体107和所述粗腔体106内流经液态金属的短路电流相同，但电流密度不一致，使液态金属发生收缩效应，所述细腔体107中的液态金属流入所述粗腔体106，所述细腔体107中液态金属出现断裂，温度升高发生气化，进入所述粗腔体106，从而增大串入线路的电阻值；当大电流消失后，所述液态金属102可重新流入所述细腔体107，导通所述左电极105和所述右电极104。

实施例：如图3所示的一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置，包括陶瓷电阻腔101、液态金属102、气体介质103、右电极104、左电极105。

所述左电极105和所述右接线端104盖固定在所述陶瓷电阻腔101左右两端，形成一个密封的腔体。

所述陶瓷电阻腔101由相互连通的一个直径较大的粗腔体106和一个直径较小的细腔体107组成；

所述液态金属102填充在所述陶瓷电阻腔101内，水平放置时所述液态金属102需能够进入所述细腔体107内，并导通所述左电极105和所述右电极104，所述液态金属102不能充满所述陶瓷电阻腔101。

所述气体介质填充剩余的所述陶瓷电阻腔101，需具有良好的绝缘特性。

本发明装置通过所述左电极105和所述右电极104串联接入电力线路，当线路正常运行时，所述液态金属102保持稳定状态，导通线路；当发生短路故障时，由于所述细腔体107和所述粗腔体106内流经液态金属的短路电流相同，但电流密度不一致，使液态金属发生收缩效应，所述细腔体107中的液态金属流入所述粗腔体106，所述细腔体107中液态金属出现断裂，温度升高发生气化，进入所述粗腔体106，从而增大串入线路的电阻值；当大电流消失后，所述液态金属102可重新流入所述细腔体107，导通所述左电极105和所述右电极104。

该实施例中，根据实际线路的需求，在不同的电压等级和电流等级下，本发明装置可以进行串联或并联。并可与限流电抗器并联使用，在故障电流第一个周波内即可将故障电流转移至限流电抗器中。

实施例：如图4所示的一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置，包括陶瓷电阻腔101、液态金属102、气体介质103、右电极104、左电极105。

所述左电极105和所述右接线端104盖固定在所述陶瓷电阻腔101左右两端，形成一个密封的腔体。

所述陶瓷电阻腔101由相互连通的两个直径较大的粗腔体106和108和一个直径较小的细腔体107组成，细腔体107位于粗腔体106和108之间；

所述液态金属102填充在所述陶瓷电阻腔101内，水平放置时所述液态金属102需能够进入所述细腔体107内，并导通所述左电极105和所述右电极104，所述液态金属102不能充满所述陶瓷电阻腔101。

所述气体介质填充剩余的所述陶瓷电阻腔101，需具有良好的绝缘特性。

本发明装置通过所述左电极105和所述右电极104串联接入电力线路，当线路正常运行时，所述液态金属102保持稳定状态，导通线路；当发生短路故障时，由于所述细腔体107和所述粗腔体106和108内流经液态金属的短路电流相同，但电流密度不一致，使液态金属发生收缩效应，所述细腔体107中的液态金属流入所述粗腔体106和108，所述细腔体107中液态金属出现断裂，温度升高发生气化，进入所述粗腔体106和108，从而增大串入线路的电阻值；当大电流消失后，所述液态金属102可重新流入所述细腔体107，导通所述左电极105和所述右电极104。

该实施例中，根据实际线路的需求，在不同的电压等级和电流等级下，本发明装置同样可以进行串联或并联。并可与限流电抗器并联使用，在故障电流第一个周波内即可将故障电流转移至限流电抗器中。

由于本发明装置的作用，在故障发生之后，不需要等待故障电流过零，即可投入限流阻抗实现限流，同时，由于阻抗没有发生突变，也不会产生过电压，避免了换流型故障限流器在换流过程中的过电压和涌流，减少了换流、保护和控制回路，同时与不换流的故障限流器相比，其阻抗变化速度快，没有失超，控制简单。

本发明公开的一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置，在电力系统正常运行时，由液态金属导通电路，阻值极小，几乎没有电能损耗，对系统和系统继电保护的影响很小；本发明在限流过程中，响应速度快，阻抗变化平稳，在故障电流刚出现上升时就可以起到限流作用，实现了真正意义上的平稳限流。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置，其特征在于包括：陶瓷电阻腔、液态金属、左电极、右电极和气体介质；

所述左电极和所述右电极固定在陶瓷电阻腔的左右两端形成一个密封的腔体；所述陶瓷电阻腔包括相互连通的粗腔体和细腔体，所述液态金属填充在陶瓷电阻腔内，当陶瓷电阻腔水平放置时所述液态金属进入所述细腔体并导通所述左电极和所述右电极，所述液态金属不能充满陶瓷电阻腔，所述陶瓷电阻腔设置有预留空间；所述气体介质填充在陶瓷电阻腔的预留空间内，所述气体介质具有绝缘特性；

工作状态下：所述左电极和所述右电极串联接入电力线路，当线路正常运行时，液态金属保持稳定状态，导通线路；当发生短路故障时，由于所述细腔体和所述粗腔体内流经液态金属的短路电流相同，但电流密度不一致，使液态金属发生收缩效应，所述细腔体中的液态金属流入所述粗腔体，所述细腔体中液态金属出现断裂，温度升高发生气化，进入所述粗腔体，从而增大串入线路的电阻值；当大电流消失后，液态金属可重新流入所述细腔体，导通所述左电极和所述右电极。

2.根据权利要求1所述的一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置，其特征还在于：所述陶瓷电阻腔的形状是圆形、矩形、椭圆形或闭合外形。

3.根据权利要求1所述的一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置，其特征还在于：所述陶瓷电阻腔的包括不限于ZnO陶瓷电阻材料。

4.根据权利要求1-3所述的一种液态金属型陶瓷高压可变电阻装置，其特征还在于：所述气体介质具有绝缘属性。