專利名稱：換向型直流斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換向型直流斷路器，更具體地說(shuō)，涉及一種包括兩對(duì)主輔開(kāi)關(guān)和具有不同電容值的兩個(gè)電容器的換向型直流斷路器的電路配置，其中通過(guò)選擇用于兩對(duì)主輔開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)從兩個(gè)系統(tǒng)能選擇與要中斷的電流類型相對(duì)應(yīng)的換向電路。
日本專利公開(kāi)No.Hei 8-148066公開(kāi)了一種具有換向電路配置的換向型直流斷路器，這種換向電路配置包括具有不同電容值彼此并聯(lián)連接在換向型直流斷路器的換向電路中的兩個(gè)電容器，從而能選擇換向電流的數(shù)值。
然而，根據(jù)上述先有技術(shù)的電路配置允許電路在負(fù)載側(cè)，并且兩個(gè)電容器具有不同的電容值以保持彼此連接。這可能構(gòu)成一種危害，因?yàn)殡娙萜鞒潆婋妷罕３质┘拥截?fù)載側(cè)的電路上，即使斷路器斷開(kāi)時(shí)也是如此。另外，一個(gè)主觸點(diǎn)、一個(gè)第一開(kāi)關(guān)、及一個(gè)第二開(kāi)關(guān)每個(gè)獨(dú)立地控制，并因此必須控制三個(gè)系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有電路配置的換向型直流斷路器，這種電路配置防止當(dāng)斷路器斷開(kāi)時(shí)的危害，并且還把要供有用于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或閉合的指令的系統(tǒng)數(shù)量減小到兩個(gè)。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明，這里提供有一個(gè)第一主開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二主開(kāi)關(guān)，串聯(lián)插入在把一個(gè)直流電源與一個(gè)負(fù)載相連接的直流電路中；一個(gè)串聯(lián)電路，帶有與第一主開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接的一個(gè)第一輔助開(kāi)關(guān)、一個(gè)第一電容器和一個(gè)電抗器；一個(gè)串聯(lián)電路，帶有與第一電容器并聯(lián)連接的一個(gè)第二輔助開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二電容器；及一個(gè)控制單元，用來(lái)控制第一主開(kāi)關(guān)和第二主開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和閉合操作。
另外，根據(jù)本發(fā)明，第一主開(kāi)關(guān)和第一輔助開(kāi)關(guān)處于彼此不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)中，第一輔助開(kāi)關(guān)在第一主開(kāi)關(guān)斷開(kāi)之后閉合。而且，第二主開(kāi)關(guān)和第二輔助開(kāi)關(guān)處于相同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)中，第二輔助開(kāi)關(guān)在第二主開(kāi)關(guān)斷開(kāi)之前斷開(kāi)。
而且，根據(jù)本發(fā)明，把在第一電容器的電容與第二電容器的電容之間的比值設(shè)置在1∶0.25至1∶18的范圍內(nèi)。況且，根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)具有與第一電容器相同的電容且彼此并聯(lián)連接的n個(gè)電容器(其中n是在1≤n≤18范圍內(nèi)的整數(shù))用作第二電容器。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的換向型直流斷路器的電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的換向型直流斷路器的電路圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的換向型直流斷路器的電路圖；及圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的換向型直流斷路器的電路圖。
參照?qǐng)D1將描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。
標(biāo)號(hào)1指示一個(gè)在典型直流饋電線路中供給1500V正極電壓的直流電源。標(biāo)號(hào)2指示直流電車等的負(fù)載。標(biāo)號(hào)3指示一根向負(fù)載供電的饋電線。標(biāo)號(hào)4指示一根把負(fù)載2連接到直流電源1上的返回導(dǎo)線。標(biāo)號(hào)5指示一個(gè)插入在饋電線3的中點(diǎn)處以進(jìn)行從直流電源1至負(fù)載2供給的電流的切換的換向型直流斷路器。換向型直流斷路器5包括一個(gè)控制單元50、一個(gè)第一主開(kāi)關(guān)51、一個(gè)第二主開(kāi)關(guān)52、一個(gè)第一輔助開(kāi)關(guān)53、一個(gè)第二輔助開(kāi)關(guān)54、一個(gè)第一電容器55、一個(gè)第二電容器56、一個(gè)電抗器57、一個(gè)電流變壓器58、及一個(gè)過(guò)流斷開(kāi)裝置59。第一主開(kāi)關(guān)51和第二主開(kāi)關(guān)52串聯(lián)插入在饋電線3中，并且第一主開(kāi)關(guān)51布置在直流電源1側(cè)，而第二主開(kāi)關(guān)52布置在負(fù)載2側(cè)。第一輔助開(kāi)關(guān)53、第一電容器55、及電抗器57的串聯(lián)電路與第一主開(kāi)關(guān)51并聯(lián)，而第二輔助開(kāi)關(guān)54、和第二電容器56的串聯(lián)電路與第一電容器55并聯(lián)連接。電流變壓器58置于饋電線3上以檢測(cè)流經(jīng)饋電線3的電流，并且由此把電流值輸入到過(guò)流斷開(kāi)裝置59。過(guò)流斷開(kāi)裝置59提供有一個(gè)為自動(dòng)斷路設(shè)置的值，并且當(dāng)流經(jīng)饋電線3的電流值超過(guò)為自動(dòng)斷路設(shè)置的值時(shí)，輸出一個(gè)用于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的指令11。控制單元50從過(guò)流斷開(kāi)裝置59接收外部指令10或用于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的指令11，并且由此僅向第一主開(kāi)關(guān)51和第二主開(kāi)關(guān)52提供一個(gè)用于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的指令。
第一輔助開(kāi)關(guān)53以與第一主開(kāi)關(guān)51互鎖的關(guān)系操作。具體地說(shuō)，第一輔助開(kāi)關(guān)53在第一主開(kāi)關(guān)51斷開(kāi)之后延遲時(shí)間t1(例如2ms)閉合。第二輔助開(kāi)關(guān)54以與第二主開(kāi)關(guān)52互鎖的關(guān)系操作。具體地說(shuō)，第二輔助開(kāi)關(guān)54在第二主開(kāi)關(guān)52斷開(kāi)之前的時(shí)間t2(例如2.5ms)斷開(kāi)。因而，足以從控制單元50僅向第一主開(kāi)關(guān)51和第二主開(kāi)關(guān)52提供斷開(kāi)或閉合的指令。
當(dāng)操作負(fù)載2時(shí)，閉合第一主開(kāi)關(guān)51和第二主開(kāi)關(guān)52。在這種條件下，具有1500V電壓的直流施加到負(fù)載2上，并由此負(fù)載2成為可操作的。在這種情況下，處于與第一主開(kāi)關(guān)51的開(kāi)關(guān)狀態(tài)相反的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的第一輔助開(kāi)關(guān)53是斷開(kāi)的，而處于與第二主開(kāi)關(guān)52的開(kāi)關(guān)狀態(tài)相同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的第二輔助開(kāi)關(guān)54是閉合的。第一電容器55和第二電容器56相對(duì)于直流電源1側(cè)預(yù)先充電到+2000V。
如果在負(fù)載2中的失效或在饋電線3中的接地故障發(fā)生，則由電路常數(shù)確定的非常大的、迅速上升的故障電流流經(jīng)饋電線3。當(dāng)電路常數(shù)表示例如15mΩ的電路電阻和150μH的電路電感時(shí)，達(dá)到的最大值是100kA，并且最大沖擊速率是10kA/ms。當(dāng)這樣一種故障電流出現(xiàn)時(shí)，故障電流需要非常聲速地中斷以便使過(guò)流對(duì)設(shè)備的不利影響最小。在換向型直流斷路器5中，電流變壓器58首先檢測(cè)故障電流值，并且然后把故障電流值輸入到過(guò)流斷開(kāi)裝置59。當(dāng)例如把過(guò)流斷開(kāi)裝置59的自動(dòng)斷路設(shè)置值設(shè)置在12000A時(shí)，過(guò)流斷開(kāi)裝置59在故障電流達(dá)到12000A的時(shí)刻向控制單元50發(fā)送一個(gè)用于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的指令11?？刂茊卧?0首先斷開(kāi)第一主開(kāi)關(guān)51。第一輔助開(kāi)關(guān)53在第一主開(kāi)關(guān)51斷開(kāi)之后以時(shí)間t1(例如2ms)的延遲閉合。這導(dǎo)致包括第一電容器55、第二電容器56、電抗器57、第一主開(kāi)關(guān)51、第一輔助開(kāi)關(guān)53、及第二輔助開(kāi)關(guān)54的LC諧振電路的形成。然后已經(jīng)預(yù)先充電的第一電容器55和第二電容器56放電以把與故障電流的方向相反的換向電流供給到第一主開(kāi)關(guān)51中。當(dāng)把第一電容器55的電容設(shè)置為600μF而把第二電容器56的電容設(shè)置為1200μF時(shí)，在相反方向的最大換向電流值是40kA。因而，當(dāng)以這樣一種方式設(shè)置t1，從而第一輔助開(kāi)關(guān)53在故障電流值達(dá)到40kA之前閉合時(shí)，故障電流和換向電流彼此抵消。然后，通過(guò)第一主開(kāi)關(guān)51的電路斷路結(jié)束，此時(shí)第一主開(kāi)關(guān)51的電流變成零。接著第一主開(kāi)關(guān)51的斷開(kāi)，控制單元50在時(shí)間t3(例如12ms)的延遲之后斷開(kāi)第二主開(kāi)關(guān)52。第二輔助開(kāi)關(guān)54在第二主開(kāi)關(guān)52斷開(kāi)之前的時(shí)間t2(例如2.5ms)斷開(kāi)。在這種情況下，當(dāng)把t3設(shè)置為滿足t3＞t1+t2(例如12ms(t3)＞2ms(t1)+2.5ms(t2)=4.5ms)的值時(shí)，第二輔助開(kāi)關(guān)54不會(huì)在第一輔助開(kāi)關(guān)53的閉合之前斷開(kāi)。因此，有可能第二電容器56與第一電容器55一起放電，由此使上述的大故障電流中斷。第二主開(kāi)關(guān)52完成電路斷路，此時(shí)第一電容器55和第二電容器56已經(jīng)由直流電源1充電，并且電路電流變成零。
另一方面，在正常操作條件下?lián)Q向型直流斷路器5的斷路操作基于一個(gè)外部指令10。在接收到用于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的外部指令10時(shí)，控制單元50同時(shí)斷開(kāi)第一主開(kāi)關(guān)51和第二主開(kāi)關(guān)52。在這種情況下，第二輔助開(kāi)關(guān)54在第二主開(kāi)關(guān)52斷開(kāi)之前的時(shí)間t2(例如2.5ms)已經(jīng)斷開(kāi)。因此，當(dāng)?shù)谝惠o助開(kāi)關(guān)53閉合時(shí)，形成一個(gè)包括第一電容器55、電抗器57、第一主開(kāi)關(guān)51、及第一輔助開(kāi)關(guān)53的LC諧振電路。然后，在已經(jīng)充電的第一電容器55和第二電容器56中，只有第一電容器55放電，以用與在正常操作條件下流動(dòng)的負(fù)載電流方向相反的換向電流供給第一主開(kāi)關(guān)51。負(fù)載電流的最大值能達(dá)到是在過(guò)流斷開(kāi)裝置59中設(shè)置的值的12000A。然而，當(dāng)只有第一電容器55放電時(shí)得到的換向電流的最大值是14kA。因此，負(fù)載電流的最大值12000A能由換向電流抵消。然后，當(dāng)?shù)谝恢鏖_(kāi)關(guān)51的電流變成零時(shí)，通過(guò)第一主開(kāi)關(guān)51的電路斷路結(jié)束。因而，有可能中斷負(fù)載電流。
因而，由于提供第二主開(kāi)關(guān)52，所以負(fù)載2、第一電容器55、及第二電容器56在斷路器斷開(kāi)之后脫開(kāi)。因此，有可能防止在電路中在負(fù)載側(cè)可能由電容器充電電壓引起的危害。而且，當(dāng)控制單元50通過(guò)在故障電流的情況下從過(guò)流斷開(kāi)裝置59接收用于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的指令11而在負(fù)載電流的情況下接收一個(gè)外部指令10斷開(kāi)第一主開(kāi)關(guān)51和第二主開(kāi)關(guān)52時(shí)，控制單元50依據(jù)兩種電流的哪種正在流動(dòng)通過(guò)選擇換向電路能中斷故障電流和負(fù)載電流。
在圖1中，形成一個(gè)串聯(lián)電路的第一輔助開(kāi)關(guān)53、第一電容器55、及電抗器57可以按任何給定順序排列。例如，圖2是電路圖，表示一種其中電抗器57布置在第一輔助開(kāi)關(guān)53與第一電容器55之間的情形。另外，圖3是電路圖，表示一種其中電抗器57布置在第一主開(kāi)關(guān)51與第二主開(kāi)關(guān)52之間的情形。在這種情況下，有可能在故障電流出現(xiàn)時(shí)得到減小沖擊速率的效果，因?yàn)殡娐烦?shù)的電抗器分量增大。
一般地說(shuō)，在過(guò)流斷開(kāi)裝置59為自動(dòng)斷路設(shè)置的值是3000A至12000A，并且換向電流的最大值需要是15000A至55000A。因此，在第一電容器55的電容與第二電容器56的電容之間的比值，能采用在具有12000A∶(15000A-12000A)=1∶0.25的最小值和3000A∶(55000A-3000A)=1∶17.3≈1∶18的最大值的范圍內(nèi)的任何值。圖4是電路圖，表示一種其中每個(gè)具有與第一電容器55相同的電容且彼此并聯(lián)連接的n個(gè)電容器(n是正整數(shù))用作第二電容器56的情形，這種連接在第一電容器55的電容與第二電容器56的電容之間的比值是1∶n時(shí)特別有用。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)斷路器斷開(kāi)時(shí)，通過(guò)從具有不同電容值的兩個(gè)電容器脫開(kāi)在負(fù)載側(cè)的電路，有可能防止由電容器充電電壓引起的危害。而且，有可能把供有用于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或閉合的指令的系統(tǒng)的數(shù)量減小到兩個(gè)。
權(quán)利要求
1．一種換向型直流斷路器，包括一個(gè)第一主開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二主開(kāi)關(guān)，串聯(lián)插入在把一個(gè)直流電源與一個(gè)負(fù)載相連接的直流電路中；一個(gè)串聯(lián)電路，帶有與第一主開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接的一個(gè)第一輔助開(kāi)關(guān)、一個(gè)第一電容器和一個(gè)電抗器；一個(gè)串聯(lián)電路，帶有與第一電容器并聯(lián)連接的一個(gè)第二輔助開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二電容器；及一個(gè)控制單元，用來(lái)控制所述第一主開(kāi)關(guān)和所述第二主開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和閉合操作。
2．一種換向型直流斷路器，包括一個(gè)第一主開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二主開(kāi)關(guān)，串聯(lián)插入在把一個(gè)直流電源與一個(gè)負(fù)載相連接的直流電路中；一個(gè)串聯(lián)電路，帶有與第一主開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接的一個(gè)第一輔助開(kāi)關(guān)、一個(gè)第一電容器和一個(gè)電抗器；一個(gè)串聯(lián)電路，帶有與第一電容器并聯(lián)連接的一個(gè)第二輔助開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二電容器；一個(gè)控制單元，用來(lái)控制所述第一主開(kāi)關(guān)和所述第二主開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和閉合操作；及一個(gè)過(guò)流斷開(kāi)裝置，當(dāng)流經(jīng)電路的電流值達(dá)到一個(gè)規(guī)定值時(shí)用來(lái)把一個(gè)用于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的指令輸出到控制單元。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的換向型直流斷路器，其中所述第一主開(kāi)關(guān)和所述第一輔助開(kāi)關(guān)處于彼此不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)中，第一輔助開(kāi)關(guān)在第一主開(kāi)關(guān)斷開(kāi)之后閉合。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的換向型直流斷路器，其中所述第二主開(kāi)關(guān)和所述第二輔助開(kāi)關(guān)處于相同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)中，第二輔助開(kāi)關(guān)在第二主開(kāi)關(guān)斷開(kāi)之前斷開(kāi)。
5．一種用來(lái)控制換向型直流斷路器的方法，該換向型直流斷路器包括一個(gè)第一主開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二主開(kāi)關(guān)，串聯(lián)插入在把一個(gè)直流電源與一個(gè)負(fù)載相連接的直流電路中；一個(gè)第一輔助開(kāi)關(guān)，以與第一主開(kāi)關(guān)互鎖的關(guān)系操作；一個(gè)第二輔助開(kāi)關(guān)，以與第二主開(kāi)關(guān)互鎖的關(guān)系操作；一個(gè)第一電容器；一個(gè)第二電容器；及一個(gè)電抗器；其中控制所述第一主開(kāi)關(guān)和所述第二主開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和閉合操作，所述方法包括依據(jù)操作條件適當(dāng)?shù)厥褂靡环N在第一主開(kāi)關(guān)斷開(kāi)之后斷開(kāi)第二主開(kāi)關(guān)的控制方法、或一種同時(shí)斷開(kāi)第一主開(kāi)關(guān)和第二主開(kāi)關(guān)的控制方法。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的換向型直流斷路器，其中一個(gè)真空中斷器用于所述第一主開(kāi)關(guān)、所述第二主開(kāi)關(guān)、所述第一輔助開(kāi)關(guān)、及所述第二輔助開(kāi)關(guān)的每一個(gè)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的換向型直流斷路器，其中在所述第一電容器的電容與所述第二電容器的電容之間的比值在1∶0.25至1∶18的范圍內(nèi)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的換向型直流斷路器，其中每個(gè)具有與第一電容器相同的電容且彼此并聯(lián)連接的n個(gè)電容器(其中n是在1≤n≤18范圍內(nèi)的整數(shù))用作所述第二電容器。
全文摘要
一種換向型直流斷路器,包括:第一主開(kāi)關(guān)和第二主開(kāi)關(guān),串聯(lián)插入在把直流電源與負(fù)載相連接的直流電路中;換向電路,與第一主開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接,且包括第一輔助開(kāi)關(guān)、第二輔助開(kāi)關(guān)、第一電容器、第二電容器、和電抗器;控制單元;及過(guò)流斷開(kāi)裝置。當(dāng)斷路器斷開(kāi)時(shí),通過(guò)從具有不同電容值的兩個(gè)電容器脫開(kāi)在負(fù)載側(cè)的電路,有可能防止由電容器充電電壓引起的危害。而且,有可能把供有用于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或閉合的指令的系統(tǒng)的數(shù)量減小到兩個(gè)。
文檔編號(hào)H01H33/59GK1297239SQ00128548
公開(kāi)日2001年5月30日 申請(qǐng)日期2000年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月17日
發(fā)明者細(xì)田稔, 大內(nèi)茂俊, 吉田亨, 松田佳彥, 古賀悟 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所