CN210183302U - 百千伏级全固态快速保护高压开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了百千伏级全固态快速保护高压开关，属于高压开关技术领域，包括开关本体，所述开关本体吊装在油箱中，且所述开关本体上的两个接线端子位于所述油箱顶端的外壁；所述开关本体包括驱动部分、保护部分和若干个多层叠加方式固定在绝缘架上的开关单元板，其中所述驱动部分用于驱动所述开关单元板内部电路的通断，所述保护部分用于保护所述开关单元板的内部电路；每组所述开关单元板之间通过导线串联，所述开关单元板内部电路包括次级驱动电路和开关电路。通过保护部分提高该开关本体的抗打火能力，使得该开关应用在高压场所可靠性更强，通过并联的绝缘栅双极型晶体管实现开关本体的快速开启和关断。

Description

百千伏级全固态快速保护高压开关

技术领域

本实用新型涉及高压开关技术领域，特别涉及百千伏级全固态快速保护高压开关。

背景技术

高压开关是额定电压3kV及以上主要用于开断和关合导电回路的电器。近年来，随着功率半导体器件的发展，尤其是MOSFET和IGBT串并联技术的逐步成熟，通过MOSFET和IGBT的串并联实现更高电压、更大电流的全固态高压刚管开关成为现实。目前，低电压、小电流的刚管开关在技术上较为成熟，在较小功率脉冲源中得到了应用，但在抗打火能力上及可靠性上，依然有待提高。在雷达、高能物理等领域应用的开关，由于其负载的特殊性，对电压、电流、保护时间以及可靠性的要求越来越高，同时对重复频率、脉冲宽度也有较高的要求，甚至需要秒级脉宽的开关，因此，全固态的快速保护高压开关成为最合适的实现路径。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述传统高压开关保护性差、易打火可靠性较低的问题而提供百千伏级全固态快速保护高压开关，具有抗打火可靠性更强，串联每个开关单元板实现高压通断，绝缘性好更耐用以及运行更加稳定的优点。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的，百千伏级全固态快速保护高压开关，包括开关本体，所述开关本体吊装在油箱中，且所述开关本体上的两个接线端子位于所述油箱顶端的外壁；

所述开关本体包括驱动部分、保护部分和若干个多层叠加方式固定在绝缘架上的开关单元板，其中所述驱动部分用于驱动所述开关单元板内部电路的通断，所述保护部分用于保护所述开关单元板的内部电路；

每组所述开关单元板之间通过导线串联，所述开关单元板内部电路包括次级驱动电路和开关电路，所述开关电路由四只并联的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)V1、V2、V3、V4组成，每个IGBT依次串联负反馈定值电阻R1、R2、R3、R4。

优选的，所述开关电路连接有动态均压网络和瞬态二极管(TVS)V5，动态均压网络包括电容C1、二极管V6和定值电阻R5。

优选的，所述开关电路还连接有均压定值电阻R6。

优选的，所述驱动部分采用电流互感器进行开关单元板的重复频率驱动。

优选的，所述保护部分内部设有打火保护模块，打火保护模块包括电流采样传感器、比较器和继电器。

优选的，所述保护部分内部还设有电感缓冲网络。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、通过保护部分提高该开关本体的抗打火能力，使得该开关应用在高压场所可靠性更强。

2、通过并联的绝缘栅双极型晶体管实现开关本体的快速开启和关断，也方便实现每个开关单元板之间的串联。

3、通过将开关本体吊装在油箱内部，提高高压绝缘性，使用更加安全且寿命更长。

4、每个开关电路均连接均压电阻，保证开关不工作时每只开关管所分电压相同，保护开关管不会过压击穿，开关电路还连接有均压网络在IGBT开启关断时吸收由于开关不一致造成的电压不均，保证开关的稳定运行。

附图说明

图1为本实用新型的开关本体安装结构示意图。

图2为本实用新型的开关本体内部组成电路示意图。

图3为本实用新型的开关单元板内部电路结构示意图。

图4为本实用新型的保护部分工作流程示意图。

图5为本实用新型电感缓冲网络电路连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3所示，百千伏级全固态快速保护高压开关，包括开关本体，所述开关本体吊装在油箱中，且所述开关本体上的两个接线端子位于所述油箱顶端的外壁，可保证该高压开关的绝缘性也可以提高散热效果；所述开关本体包括驱动部分、保护部分和若干个多层叠加方式固定在绝缘架上的开关单元板，其中所述驱动部分用于驱动所述开关单元板内部电路的通断，所述保护部分用于保护所述开关单元板的内部电路；每组所述开关单元板之间通过导线串联，所述开关单元板内部电路包括次级驱动电路和开关电路，所述开关电路由四只并联的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)V1、V2、V3、V4组成，每个IGBT依次串联负反馈定值电阻R1、R2、R3、R4，若该高压开关在100kV，电流50A电路中工作，由于负载的性能特殊，开关必须做到可靠，因此这里对开关的电压及电流都考虑了充分的余量，选择1200V-50A的IGBT四只并联，再240组串联，电压为288kV，电流200A，有充足余量，所述开关电路连接有动态均压网络和瞬态二极管(TVS)V5，动态均压网络包括电容C1、二极管V6和定值电阻R5，所述开关电路还连接有均压定值电阻R6，R6保证在开关不工作时每只开关管所分电压相同，保护开关管不会过压击穿，R6的取值要远小于IGBT静态等效电阻，才能达到均压效果，同时又要考虑静态时的漏电流，取R6为1M，V5为大功率TVS管，击穿电压小于IGBT的电压，可起到一定的动态均压效果，并可抑制打火时产生的电压尖峰，保护IGBT，C1、R5、V6组成的动态均压网络，在IGBT开启关断时吸收由于开关不一致造成的电压不均。每只开关管承受的电压为100kV/240＝417V，考虑打火时电流较大，保留一定余量，取C1为33nF，为减小IGBT开启时电容的放电电流，可在C1上串联R5，一般R5的取值与导通脉宽有关，由于本开关的脉宽为3s，这里仅从抑制电流角度考虑，取R5为33Ω。

所述驱动部分采用电流互感器进行开关单元板的重复频率驱动，初级采用全桥拓扑，在接收到外部触发信号时，处理为开关频率为50kHz的高频脉冲，单次脉宽20μs，次级通过全桥整流方式驱动开关IGBT，在整个脉宽内实现IGBT的导通，脉冲结束时，通过次级快速三极管将GE间电荷快速泄放，关断IGBT。这种驱动方式非常适合驱动百微秒级以上脉宽的固态刚管开关，可实现连续的开关驱动。

所述保护部分内部设有打火保护模块，打火保护模块包括电流采样传感器、比较器和继电器，打火保护模块的工作原理如图4所示：发生打火时电流峰值增大，电流采样传感器采集到的采样电流增大，比较器通过该采样电流电压与预设的基准电压比较，超过基准电压通过继电器关闭次级驱动电路，实现IGBT关断，所述保护部分内部还设有电感缓冲网络，电感缓冲网络，在发生打火时，电感可抑制电流上升速率，以保护负载及开关。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.百千伏级全固态快速保护高压开关，包括开关本体，其特征在于：所述开关本体吊装在油箱中，且所述开关本体上的两个接线端子位于所述油箱顶端的外壁；

所述开关本体包括驱动部分、保护部分和若干个多层叠加方式固定在绝缘架上的开关单元板，其中所述驱动部分用于驱动所述开关单元板内部电路的通断，所述保护部分用于保护所述开关单元板的内部电路；

每组所述开关单元板之间通过导线串联，所述开关单元板内部电路包括次级驱动电路和开关电路，所述开关电路由四只并联的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)V1、V2、V3、V4组成，每个IGBT依次串联负反馈定值电阻R1、R2、R3、R4。

2.根据权利要求1所述的百千伏级全固态快速保护高压开关，其特征在于：所述开关电路连接有动态均压网络和瞬态二极管(TVS)V5，动态均压网络包括电容C1、二极管V6和定值电阻R5。

3.根据权利要求2所述的百千伏级全固态快速保护高压开关，其特征在于：所述开关电路还连接有均压定值电阻R6。

4.根据权利要求1所述的百千伏级全固态快速保护高压开关，其特征在于：所述驱动部分采用电流互感器进行开关单元板的重复频率驱动。

5.根据权利要求1所述的百千伏级全固态快速保护高压开关，其特征在于：所述保护部分内部设有打火保护模块，打火保护模块包括电流采样传感器、比较器和继电器。

6.根据权利要求5所述的百千伏级全固态快速保护高压开关，其特征在于：所述保护部分内部还设有电感缓冲网络。

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