CN200983494Y - 快恢复型混合限流开关 - Google Patents

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庄劲武
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Abstract

一种快恢复型混合限流开关，包括电磁斥力式机械开关、固态开关和能量吸收器件，其特征是所述电磁斥力式机械开关、固态开关和能量吸收器件并联，所述电磁斥力式机械开关由斥力驱动线圈、运动盘、开关触头和斥力驱动线圈驱动电路构成，所述运动盘位于开关触头上，斥力驱动线圈位置相对应于运动盘。本实用新型充分利用了传统机械开关和固态限流开关的优点，并通过合理动作配合设计来克服其缺点，它能够随时检测系统故障电流状态并控制开关的分断，又可以及时响应控制信号，对于电网短路故障能达到快速准确限流的要求。

Description

快恢复型混合限流开关
                      技术领域
本实用新型涉及电网短路故障时使用的限流开关，尤其涉及一种快恢复型混合限流开关。
                      背景技术
随着供电系统的功率急剧增加，其设计和研制中都面临着许多全新问题。其中一个瓶颈问题是如何使短路电流被限制在保护设备的极限通断能力之内。
目前国际上现有的解决方法，主要是加装限流装置(Fault CurrentLimiter，FCL)。有两种常用的解决方案：传统机械开关导通稳定、带负载能力强，但是响应速度慢、带电弧、稳定性和可控性差；而固态限流开关响应速度快、无电弧，但是通态损耗大、耐压水平低、不能完全开断电路而且给电网带来了严重的谐波污染。
                      发明内容
本实用新型的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种开关动作快速准确，能有效抑制短路的快恢复型混合限流开关。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种快恢复型混合限流开关，包括电磁斥力式机械开关、固态开关和能量吸收器件，其特征是所述电磁斥力式机械开关、固态开关和能量吸收器件并联。
在上述方案中，所述电磁斥力式机械开关由斥力驱动线圈、运动盘、开关触头和斥力驱动线圈驱动电路构成，所述运动盘位于开关触头上，斥力驱动线圈位置对应于运动盘。
在上述方案中，所述斥力驱动线圈驱动电路由直流电源E，电容C，电阻R和受控开关器件G组成，所述直流电源E的一个输出端与电阻R一端相连，电阻R的另一端分两路输出，一路与电容C的一端相连，另一路与受控开关器件G的一端相连，电容C另一端分两路输出，一路与直流电源E的另一端相连，一路与斥力驱动线圈一端相连，受控开关器件G的另一端与斥力驱动线圈的另一端相连，受控开关器件G的控制端与控制器相连。参见图2和图3。
在上述方案中，所述受控开关器件G为GTO、SCR、IGBT或IGCT电力电子器件。
在上述方案中，所述固态开关采用GTO、SCR、IGBT或IGCT电力电子器件。
在上述方案中，所述能量吸收器件采用阻容吸收回路、金属氧化物变阻器或正温度系数热敏电阻。
在上述运动盘上面设有能使运动盘相对于开关触头有一个预紧力的预紧装置。该预紧装置可以为预紧力弹簧或磁力吸合装置。
本实用新型主要包括三条并联的支路：电磁斥力式机械开关为通流支路，而固态开关和能量吸收器件并联组成了换流支路。
整个开关过程中三条并联支路中的电流波形依次如图5所示。它的工作过程是：电网正常运行时，电磁斥力式机械开关闭合，固态开关关断，额定负载电流通过机械开关，不会产生显著损耗；当电网短路故障时，控制电磁斥力式机械开关分断，固态开关导通，短路电流换流到固态开关支路，随后控制固态开关关断，电流又快速转移到并联的能量吸收支路，达到快速限制短路电流的目的，同时抑制了系统的过压。采用两次支路换流，是因为开关电弧电压较低，直接由电弧电流向限流电阻转移较为困难。
本实用新型充分利用了传统机械开关和固态限流开关的优点，并通过合理动作配合设计来克服其缺点，它能够随时检测系统故障电流状态并控制开关的分断，又可以及时响应控制信号，对于电网短路故障能达到快速准确限流的要求。
本实用新型可以设置在电网两个供电区域之间，正常情况下，两个区域各自供电和负荷均衡，流经限流器的电流很小，从而有效地降低了本限流开关的器件损耗；当某一供电区域发生短路，本限流开关迅速切断，从而抑制了故障点的短路电流，并有效地保证了正常供电区域的连续供电性。
                     附图说明
图1是本实用新型的结构原理图。
图2是电磁斥力式机械开关结构和斥力驱动线圈驱动电路示意图。
图3是实施例驱动线圈驱动电路图。
图4是本实用新型三条支路电流波形图。
                    具体实施方式
本实施例包括三条并联的支路，参见图1，电磁斥力式机械开关1为通流支路，而固态开关2和能量吸收器件3并联组成了换流支路。所述电磁斥力式机械开关1由斥力驱动线圈4、运动盘5、预紧力弹簧、开关触头6和斥力驱动线圈驱动电路构成(参见图2)。所述运动盘5为铜制或铝制的导电盘，位于开关触头6上，预紧弹簧位于运动盘5上面，使运动盘5相对于开关触头有一个预紧力，斥力驱动线圈4位于运动盘5下面。预紧弹簧可以用磁力吸合装置代替。
上述斥力驱动线圈驱动电路由变压器T、二极管D1、电阻R、整流元件(二极管)D2、电容C、受控开关器件G组成(参见图3、图4)。所述受控开关器件为GTO、SCR、IGBT或IGCT电力电子器件。在本实施例中，受控开关器件采用晶闸管G。所述变压器T初级绕组连接交流电源，次级绕组的一端接整流元件D2正极，整流元件D2的负极接电阻R一端，通过整流元件D2给电容C提供直流电源，电阻R另一端分两路输出，一路与电容C一端相连，另一路与晶闸管G的正极相连，电容C另一端与变压器T次级绕组的另一端相连，晶闸管G的负极分两路输出，一路与斥力驱动线圈一端相连，另一路与二极管D1负极相连，二极管D1的正极和斥力驱动线圈另一端与变压器T次级绕组的另一端相连，晶闸管G的控制端与控制器相连。
上述T为升压变压器，二极管D1为斥力驱动线圈提供续流电路，变压器通过D2整流为斥力驱动线圈驱动电路提供直流电源向电容C充电，控制器通过晶闸管G的导通时间来控制电容器C的放电。
所述固态开关采用GTO、SCR、IGBT或IGCT电力电子器件。
所述能量吸收器件采用阻容吸收回路、金属氧化物变阻器或正温度系数热敏电阻。
电磁斥力开关的工作原理为，当受控开关器件G导通，由于回路电感很小，使斥力驱动线圈中产生巨大的电容放电电流脉冲，斥力驱动线圈产生的磁场匝穿越运动盘，在运动盘中感应出电流，这个感应电流所产生的磁场与斥力驱动线圈产生的磁场方向相反，斥力驱动线圈与运动盘之间立即产生斥力F，使运动盘向上迅速运动。放电时脉冲电流的增长速度di/dt越大，运动盘中产生的感应电流也就越大，斥力越大。而当电流不变化时，则斥力为零。

Claims (8)

1、一种快恢复型混合限流开关，包括电磁斥力式机械开关、固态开关和能量吸收器件，其特征是所述电磁斥力式机械开关、固态开关和能量吸收器件并联。
2、根据权利要求1所述的快恢复型混合限流开关，其特征是所述电磁斥力式机械开关由斥力驱动线圈、运动盘、开关触头和斥力驱动线圈驱动电路构成，所述运动盘位于开关触头上，斥力驱动线圈位置对应于运动盘。
3、根据权利要求2所述的快恢复型混合限流开关，其特征是所述斥力驱动线圈驱动电路由直流电源E，电容C，电阻R和受控开关器件G组成，所述直流电源E的一个输出端与电阻R一端相连，电阻R的另一端分两路输出，一路与电容C的一端相连，另一路与受控开关器件G的一端相连，电容C另一端分两路输出，一路与直流电源E的另一端相连，一路与斥力驱动线圈一端相连，受控开关器件G的另一端与斥力驱动线圈的另一端相连，受控开关器件G的控制端与控制器相连。
4、根据权利要求3所述的快恢复型混合限流开关，其特征是所述受控开关器件G为GTO、SCR、IGBT或IGCT电力电子器件。
5、根据权利要求1至4中任一权利要求所述的快恢复型混合限流开关，其特征是所述固态开关采用GTO、SCR、IGBT或IGCT电力电子器件。
6、根据权利要求1至4中任一权利要求所述的快恢复型混合限流开关，其特征是所述能量吸收器件采用阻容吸收回路、金属氧化物变阻器或正温度系数热敏电阻。
7、根据权利要求2至4中任一权利要求所述的快恢复型混合限流开关，其特征是在运动盘上面设有能使运动盘相对于开关触头有一个预紧力的预紧装置。
8、根据权利要求7所述的快恢复型混合限流开关，其特征是所述预紧装置为预紧力弹簧或磁力吸合装置。
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