CN204117895U - 一种低压直流断路器无电弧开断装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出了一种低压直流断路器无电弧开断装置及方法，采用分流的原理，使得断路器主触头不需要承担分断大幅值直流电流的任务，从而间接的提高了断路器本身的分断能力以及使用寿命。分流电子组件采用PTC热敏电阻和1欧姆的常值电阻串联组成，根据其特性投入运行后使分流电子组件的电流在很小的幅值范围内，使得更容易切断整个回路的。在断路器切断短路故障电流的时候，限流电阻有效的保证了分流电子组件承受的电流在允许的范围内，进而保证了分流电子能够有效的切断短路电流不至于损坏电子组件。

Description

一种低压直流断路器无电弧开断装置
技术领域
本发明装置及方法属于直流断路器灭弧领域，是一种利用分流原理而设计的低压直流断路器无电弧开断装置及方法。
背景技术
现阶段直流输电规模的不断变大，多端直流输电系统的出现将是必然的发展趋势，因此，在今后的直流工程中采用直流断路器是一个重要的技术更新，直流断路器将成为以后多端直流电网中不可或缺的设备，而灭弧技术是断路器研究领域的核心课题。在交流输电系统中，电流每周期有2次自然过零点，交流断路器就是充分利用该机进行熄灭电弧，完成介质恢复；而直流系统不存在自然过零点，因此，直流电路的开断比较困难。直流开断最重要的问题，是要采取有效措施让开断直流电流必须创造过零点，使电弧电流减小到零，以致熄灭电弧。
最常用的方法就是反向电压法，但这种灭弧方法不可避免地存在着触头与灭弧栅的损耗，而为了维持其可靠性，则需要频繁地进行维护与检查。此外，由于需要大的电弧间隙和飞弧距离而难于小型化。
发明内容
本方法要解决的技术问题是：解决现有的直流断路器灭弧装置在大电流开断时因灭弧能力不强而产生强烈电弧，从而减小断路器本身的寿命甚至烧坏触头的问题。本方法是基于非线性电阻的特性而设计的直流断路器无弧开断的方法，通过电路的分流及非线性电阻的限流能力从而减小直流断路器开断时的电弧，以实现无电弧的开断，最终达到提高直流断路器分段能力及寿命的目的。
具体技术方案如下：
一种低压直流断路器无电弧开断装置，其特征在于所述装置包括：可控硅开关、分流电子组件、IGBT、限流电阻、触发及关断电路板、时间继电器电路；所述时间继电器电路包括时间继电器、一号开关、控制电路，控制电路与分流组件连接；所述一号开关并联于可控硅开关；可控硅开关负极接头与分流电子组件正极连接，可控硅开关控制接口与时间继电器电路的控制电路连接；所述触发及关断电路板信号输出端与IGBT连接，所述IGBT并联于限流电阻；分流电子组件负极与限流电阻正极连接；所述分流组件由N组电子组件串联而成，所述电子组件由M条电子组件支路并联而成，所述电子组件支路包括1个高分子热敏电阻PTC、1个常值电阻，所述热敏电阻与常值电阻串联。
所述低压直流断路器无电弧开断装置分流组件，其包括的电子组件组数M与断路器最大限电电流Imax、高分子热敏电阻PTC最大通过电流IPTC的关系为M=Imax/Iptc。
所述低压直流断路器无电弧开断装置电子组件，其包括的电子组件支路条数N与断路器最大限电电压Vmax、高分子热敏电阻PTC最大电压Vptc的关系为N=Vmax/Vptc。
所述低压直流断路器无电弧开断装置电子组件支路，其包括的常值电阻为1欧姆。
一种低压直流断路器无电弧开断方法，采用上述任何一种低压直流断路器无电弧开断装置，其特征在于所述方法包括以下步骤：
当断路器在正常状态下需要断开时
步骤1，断路器断开、时间继电器电路释放第一次脉冲，由于断路器的机械动作时间比较长，因此时间继电器电路中的控制电路发出可控硅开关触发信号，导通可控硅开关，即分流电子组件先投入电路；正常断开信号通过触发及关断电路板传输至IGBT，IGBT接通电路使限流电阻处于短路状态；
步骤2，第一次脉冲结束，控制电路断开，可控硅开关触发信号解除；此时分流电子组件中的高分子热敏电阻到达高阻，电路中电流很小，但是仍然大于可控硅的维持电流，因此必须加入关断可控硅的电路；
步骤3，时间继电器电路释放第二次脉冲，一号开关闭合，电路电流直接通过一号开关，可控硅开关短路并关断；
步骤4，时间继电器电路第二次脉冲结束，一号开关断开，完成分流电子组件的投切过程，由于分流电子组件的投入使得电路电流减小，达到断路器电路无电弧断开目的；
当断路器在短路状态下需要断开时
步骤①，断路器断开、时间继电器电路释放第一次脉冲，由于断路器的机械动作时间比较长，因此时间继电器电路中的控制电路发出可控硅开关触发信号，导通可控硅开关，即分流电子组件先投入电路； 
短路断开信号通过触发及关断电路板传输至IGBT；IGBT线路断开，使限流电阻处于正常接入电路状态，保证短路电流不超过断路器最大通过电流；
步骤②，第一次脉冲结束，控制电路断开，可控硅开关触发信号解除；此时分流电子组件中的高分子热敏电阻到达高阻，电路中电流很小，但是仍然大于可控硅的维持电流，因此必须加入关断可控硅的电路；
步骤③，时间继电器电路释放第二次脉冲，一号开关闭合，电路电流直接通过一号开关，可控硅开关短路并关断；
步骤④，时间继电器电路第二次脉冲结束，一号开关断开，完成分流电子组件的投切过程，由于分流电子组件的投入使得电路电流减小，达到断路器电路无电弧断开目的。
有益效果：
1. 本发明提出的低压直流断路器无电弧开断装置及方法解决了现有技术中直流断路器灭弧装置在大电流开断时因灭弧能力不强而产生强烈电弧，从而减小断路器本身的寿命甚至烧坏触头的问题，能够大幅增强直流断路器的使用寿命和安全性；
2. 本发明提出的低压直流断路器无电弧开断装置及方法解决了现有技术中直流断路器需要大的电弧间隙和飞弧距离而难于小型化的问题，并且不需要频繁的维护和检查，更加便于使用和安装；
3. 本发明提出的低压直流断路器无电弧开断装置及方法采用了分流的原理，使得断路器主触头不需要承担分断大幅值直流电流的任务，从而间接的提高了断路器本身的分断能力；
4. 本发明提出的低压直流断路器无电弧开断装置及方法，其中电子组件支路采用高分子热敏电阻和1欧姆的常值电阻串联组成，根据其特性投入运行后使电子组件支路的电流在很小的幅值范围内，使得断路器更容易切断整个回路的。在断路器切断短路故障电流的时候，限流电阻有效的保证了电子组件承受的电流在允许的范围内，进而保证了电子支路能够有效的切断短路电流不至于损坏电子组件；
5. 本发明提出的低压直流断路器无电弧开断装置组件安装简单，在降低断路器断路能力的基础上，降低了整个装置的制造成本和工序，有利于大规模生产和应用。
附图说明
图1 是本发明装置的连接结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施中的技术方案进行清楚、完整地描述：
如图1所示的低压直流断路器无电弧开断装置，包括：可控硅开关1、分流电子组件2、IGBT 3、限流电阻 4、触发及关断电路板5、时间继电器电路6；所述时间继电器电路包括一号开关7、控制电路8，控制电路8与分流组件2连接；所述一号开关7并联于可控硅开关3；可控硅开关3负极接头与分流电子组件2正极连接，可控硅开关控制接口与时间继电器电路6的控制电路连接；所述触发及关断电路板5信号输出端与IGBT 3连接，所述IGBT 3并联于限流电阻4；分流电子组件2负极与限流电阻4正极连接；所述分流组件2由N组电子组件2-1~2-n串联而成，所述电子组件由M条电子组件支路并联而成，所述电子组件支路包括1个高分子热敏电阻PTC、1个常值电阻R1，所述热敏电阻与常值电阻串联。
所述低压直流断路器无电弧开断装置分流组件2，其包括的电子组件组数M与断路器最大限电电流Imax、高分子热敏电阻PTC最大通过电流IPTC的关系为M=Imax/Iptc。
所述低压直流断路器无电弧开断装置电子组件，其包括的电子组件支路条数N与断路器最大限电电压Vmax、高分子热敏电阻PTC最大电压Vptc的关系为N=Vmax/Vptc。
所述低压直流断路器无电弧开断装置电子组件支路，其包括的常值电阻为1欧姆。
假设断路器的规格为220V、60A；高分子热敏电阻规格为110V、30A；则m=60A/30A=2，n=220V/110V=2；整个装置以并联的方式安装于断路器的主触头处。
当断路器在正常状态下需要断开时：
断路器断开、时间继电器电路6释放第一次脉冲，由于断路器的机械动作时间比较长，因此时间继电器电路6中的控制电路6-1发出可控硅开关触发信号，导通可控硅开关1，即分流电子组件2先投入电路；正常断开信号通过触发及关断电路板5传输至IGBT 3，IGBT 3接通电路使限流电阻4处于短路状态；
第一次脉冲结束，控制电路6-1断开，可控硅开关触发信号解除；此时分流电子组件2中的高分子热敏电阻到达高阻，电路中电流很小，但是仍然大于可控硅开关1的维持电流，因此必须加入关断可控硅的电路；
时间继电器电路6释放第二次脉冲，一号开关6-2闭合，电路电流直接通过一号开关6-2，可控硅开关1短路并关断；
时间继电器电路第二次脉冲结束，一号开关6-2断开，完成分流电子组件2的投切过程，由于分流电子组件2的投入使得电路电流减小，达到断路器电路无电弧断开目的；
当断路器在短路状态下需要断开时：
断路器断开、时间继电器电路6释放第一次脉冲，由于断路器的机械动作时间比较长，因此时间继电器电路6中的控制电路6-1发出可控硅开关触发信号，导通可控硅开关1，即分流电子组件2先投入电路；短路断开信号通过触发及关断电路板5传输至IGBT 3；IGBT 3断开线路，使限流电阻4处于正常接入电路状态，保证短路电流不超过断路器最大通过电流；
第一次脉冲结束，控制电路6-1断开，可控硅开关触发信号解除；此时分流电子组件2中的高分子热敏电阻到达高阻，电路中电流很小，但是仍然大于可控硅开关1的维持电流，因此必须加入关断可控硅的电路；
时间继电器电路6释放第二次脉冲，一号开关6-2闭合，电路电流直接通过一号开关6-2，可控硅开关1短路并关断；
时间继电器电路第二次脉冲结束，一号开关6-2断开，完成分流电子组件2的投切过程，由于分流电子组件2的投入使得电路电流减小，达到断路器电路无电弧断开目的。
本装置和方法采用了分流的原理，使得断路器主触头不需要承担分断大幅值直流电流的任务，从而间接的提高了断路器本身的分断能力以及使用寿命。分流电子组件采用PTC热敏电阻和1欧姆的常值电阻串联组成，根据其特性投入运行后使分流电子组件的电流在很小的幅值范围内，使得更容易切断整个回路的。在断路器切断短路故障电流的时候，限流电阻4有效的保证了分流电子组件2承受的电流在允许的范围内，进而保证了分流电子2能够有效的切断短路电流不至于损坏电子组件。

Claims (4)

1.一种低压直流断路器无电弧开断装置，其特征在于，所述装置包括：可控硅开关、分流电子组件、IGBT、限流电阻、触发及关断电路板、时间继电器电路；所述时间继电器电路包括一号开关、控制电路，控制电路与分流组件连接；所述一号开关并联于可控硅开关；可控硅开关负极接头与分流电子组件正极连接，可控硅开关控制接口与时间继电器电路的控制电路连接；所述触发及关断电路板信号输出端与IGBT连接，所述IGBT并联于限流电阻；分流电子组件负极与限流电阻正极连接；所述分流组件由N组电子组件串联而成，所述电子组件由M条电子组件支路并联而成，所述电子组件支路包括1个高分子热敏电阻PTC、1个常值电阻，所述热敏电阻与常值电阻串联。
2.如权利要求1所述的低压直流断路器无电弧开断装置，其特征在于，所述分流组件包括的电子组件组数M与断路器最大限电电流Imax、高分子热敏电阻PTC最大通过电流IPTC的关系为M=Imax/Iptc。
3.如权利要求1所述的低压直流断路器无电弧开断装置其特征在于，所述电子组件包括的电子组件支路条数N与断路器最大限电电压Vmax、高分子热敏电阻PTC最大电压Vptc的关系为N=Vmax/Vptc。
4.如权利要求1所述的低压直流断路器无电弧开断装置，其特征在于，所述低压直流断路器无电弧开断装置电子组件支路，其包括的常值电阻为1欧姆。
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