CN200983495Y - 快熔型混合限流开关 - Google Patents

Abstract

一种快熔型混合限流开关，包括电磁斥力式机械开关和快速熔断器，其特征是所述电磁斥力式机械开关和快速熔断器并联，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和控制电路构成，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。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

快熔型混合限流开关

                      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，尤其涉及一种快熔型混合限流开关。

                      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熔型混合限流开关。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种快熔型混合限流开关，包括电磁斥力式机械开关和快速熔断器，其特征是所述电磁斥力式机械开关和快速熔断器并联。

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和控制电路构成，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，受控开关器件G组成，所述电源E的一个输出端分两路输出，一路与电容C一端相连，另一路与受控开关器件G的正极相连，电容C另一端分两路输出，一路与电源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的负极与斥力驱动线圈另一端相连，受控开关器件G的控制端与控制器相连。参见图2和图3。

上述受控开关器件G为GTO、SCR、IGBT或IGCT电力电子器件。

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两条并联的支路：电磁斥力式机械开关为通流支路，而快速熔断器构成了换流支路。这里使用的快速熔断器是专为电力电子器件过流保护设计的，具有通态电阻小，弧前能量低等特点，它的额定电流远小于电网系统额定电流，这些都保证了短路电流从机械式斥力开关换流到快熔支路后能够在极短的时间内将快速熔断器熔断，从而达到迅速限制短路电流的目的。

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，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，短路电流换流到快速熔断器支路，随后在极短的时间内将快速熔断器熔断。

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。

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是实施例短路实验电路图。

图5是短路实验示波图。

                    具体实施方式

本实施例包括两条并联的支路，参见图1和图2，电磁斥力式机械开关1为通流支路，而快速熔断器2构成了换流支路。所述电磁斥力式机械开关1由斥力驱动线圈3、运动盘4、预紧弹簧、开关触头5和斥力驱动线圈驱动电路构成，所述运动盘4为铜制或铝制的导电盘，位于开关触头5上，预紧弹簧位于运动盘4上面，使运动盘4相对于开关触头5有一个预紧力，斥力驱动线圈3位于运动盘4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(参见图3)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，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6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。

图4所示是按照本实用新型提出的方案制作的实验样机电路图。样机开关的额定容量为640V/2500A，样机中使用的快速熔断器的通态电阻为0.49mΩ。

通过降压变压器将上万伏高压降压后通过整流桥M得到640V模拟电网电压。实验时通过控制高压侧开关K时间长度为55mS的导通时间来模拟电网短路状态。模拟电网的短路预期电流峰值为100kA，短路电流时间常数为4.17mS。

短路实验结果示波图如图5所示。从实验结果可知，短路电流峰值被限制在9.87kA，从短路到电流峰值的时间为0.54mS。从短路到快速熔断器开始建立弧压的时间约为150uS，此时可以认为电磁斥力机构支路上的电流已经完全换流到快速熔断器上，快速熔断器燃弧弧压峰值为1.37kV。从开始短路到短路电流被截止整个过程的时间为1.17mS。

实验表明，该限流开关对于电网短路故障能达到快速准确限流的要求。

Claims (6)

1、一种快熔型混合限流开关，包括电磁斥力式机械开关和快速熔断器，其特征是所述电磁斥力式机械开关和快速熔断器并联。

2、根据权利要求1所述的快熔型混合限流开关，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所述的快熔型混合限流开关，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的正极相连，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的负极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所述的快熔型混合限流开关，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2至4中任一权利要求所述的快熔型混合限流开关，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。

6、根据权利要求5所述的快熔型混合限流开关，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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