一種低壓直流斷路器無電弧開斷裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種低壓直流斷路器無電弧開斷裝置及方法，采用分流的原理，使得斷路器主觸頭不需要承擔(dān)分斷大幅值直流電流的任務(wù)，從而間接的提高了斷路器本身的分斷能力以及使用壽命。分流電子組件采用PTC熱敏電阻和1歐姆的常值電阻串聯(lián)組成，根據(jù)其特性投入運行后使分流電子組件的電流在很小的幅值范圍內(nèi)，使得更容易切斷整個回路的。在斷路器切斷短路故障電流的時候，限流電阻有效的保證了分流電子組件承受的電流在允許的范圍內(nèi)，進而保證了分流電子能夠有效的切斷短路電流不至于損壞電子組件。
【專利說明】一種低壓直流斷路器無電弧開斷裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明裝置及方法屬于直流斷路器滅弧領(lǐng)域，是一種利用分流原理而設(shè)計的低壓直流斷路器無電弧開斷裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段直流輸電規(guī)模的不斷變大，多端直流輸電系統(tǒng)的出現(xiàn)將是必然的發(fā)展趨勢，因此，在今后的直流工程中采用直流斷路器是一個重要的技術(shù)更新，直流斷路器將成為以后多端直流電網(wǎng)中不可或缺的設(shè)備，而滅弧技術(shù)是斷路器研究領(lǐng)域的核心課題。在交流輸電系統(tǒng)中，電流每周期有2次自然過零點，交流斷路器就是充分利用該機進行熄滅電弧，完成介質(zhì)恢復(fù)；而直流系統(tǒng)不存在自然過零點，因此，直流電路的開斷比較困難。直流開斷最重要的問題，是要采取有效措施讓開斷直流電流必須創(chuàng)造過零點，使電弧電流減小到零，以致熄滅電弧。
[0003]最常用的方法就是反向電壓法，但這種滅弧方法不可避免地存在著觸頭與滅弧柵的損耗，而為了維持其可靠性，則需要頻繁地進行維護與檢查。此外，由于需要大的電弧間隙和飛弧距離而難于小型化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本方法要解決的技術(shù)問題是:解決現(xiàn)有的直流斷路器滅弧裝置在大電流開斷時因滅弧能力不強而產(chǎn)生強烈電弧，從而減小斷路器本身的壽命甚至燒壞觸頭的問題。本方法是基于非線性電阻的特性而設(shè)計的直流斷路器無弧開斷的方法，通過電路的分流及非線性電阻的限流能力從而減小直流斷路器開斷時的電弧，以實現(xiàn)無電弧的開斷，最終達到提高直流斷路器分段能力及壽命的目的。
[0005]具體技術(shù)方案如下:
一種低壓直流斷路器無電弧開斷裝置，其特征在于所述裝置包括:可控硅開關(guān)、分流電子組件、IGBT、限流電阻、觸發(fā)及關(guān)斷電路板、時間繼電器電路；所述時間繼電器電路包括時間繼電器、一號開關(guān)、控制電路，控制電路與分流組件連接；所述一號開關(guān)并聯(lián)于可控硅開關(guān)；可控硅開關(guān)負極接頭與分流電子組件正極連接，可控硅開關(guān)控制接口與時間繼電器電路的控制電路連接；所述觸發(fā)及關(guān)斷電路板信號輸出端與IGBT連接，所述IGBT并聯(lián)于限流電阻；分流電子組件負極與限流電阻正極連接；所述分流組件由N組電子組件串聯(lián)而成，所述電子組件由M條電子組件支路并聯(lián)而成，所述電子組件支路包括I個高分子熱敏電阻PTC、1個常值電阻，所述熱敏電阻與常值電阻串聯(lián)。
[0006]所述低壓直流斷路器無電弧開斷裝置分流組件，其包括的電子組件組數(shù)M與斷路器最大限電電流Imax、高分子熱敏電阻PTC最大通過電流Iptc的關(guān)系為M=Imax/Ipt。。
[0007]所述低壓直流斷路器無電弧開斷裝置電子組件，其包括的電子組件支路條數(shù)N與斷路器最大限電電壓Vmax、高分子熱敏電阻PTC最大電壓Vpt。的關(guān)系為N=Vmax/Vpt。。
[0008]所述低壓直流斷路器無電弧開斷裝置電子組件支路，其包括的常值電阻為I歐姆。
[0009]一種低壓直流斷路器無電弧開斷方法，采用上述任何一種低壓直流斷路器無電弧開斷裝置，其特征在于所述方法包括以下步驟:
當斷路器在正常狀態(tài)下需要斷開時
步驟1，斷路器斷開、時間繼電器電路釋放第一次脈沖，由于斷路器的機械動作時間比較長，因此時間繼電器電路中的控制電路發(fā)出可控硅開關(guān)觸發(fā)信號，導(dǎo)通可控硅開關(guān)，即分流電子組件先投入電路；正常斷開信號通過觸發(fā)及關(guān)斷電路板傳輸至IGBT，IGBT接通電路使限流電阻處于短路狀態(tài)；
步驟2，第一次脈沖結(jié)束，控制電路斷開，可控硅開關(guān)觸發(fā)信號解除；此時分流電子組件中的高分子熱敏電阻到達高阻，電路中電流很小，但是仍然大于可控硅的維持電流，因此必須加入關(guān)斷可控娃的電路；
步驟3，時間繼電器電路釋放第二次脈沖，一號開關(guān)閉合，電路電流直接通過一號開關(guān)，可控硅開關(guān)短路并關(guān)斷；
步驟4，時間繼電器電路第二次脈沖結(jié)束，一號開關(guān)斷開，完成分流電子組件的投切過程，由于分流電子組件的投入使得電路電流減小，達到斷路器電路無電弧斷開目的；
當斷路器在短路狀態(tài)下需要斷開時
步驟①，斷路器斷開、時間繼電器電路釋放第一次脈沖，由于斷路器的機械動作時間比較長，因此時間繼電器電路中的控制電路發(fā)出可控硅開關(guān)觸發(fā)信號，導(dǎo)通可控硅開關(guān)，即分流電子組件先投入電路；
短路斷開信號通過觸發(fā)及關(guān)斷電路板傳輸至IGBT ；IGBT線路斷開，使限流電阻處于正常接入電路狀態(tài)，保證短路電流不超過斷路器最大通過電流；
步驟②，第一次脈沖結(jié)束，控制電路斷開，可控硅開關(guān)觸發(fā)信號解除；此時分流電子組件中的高分子熱敏電阻到達高阻，電路中電流很小，但是仍然大于可控硅的維持電流，因此必須加入關(guān)斷可控娃的電路；
步驟③，時間繼電器電路釋放第二次脈沖，一號開關(guān)閉合，電路電流直接通過一號開關(guān)，可控娃開關(guān)短路并關(guān)斷；
步驟④，時間繼電器電路第二次脈沖結(jié)束，一號開關(guān)斷開，完成分流電子組件的投切過程，由于分流電子組件的投入使得電路電流減小，達到斷路器電路無電弧斷開目的。
[0010]有益效果:
1.本發(fā)明提出的低壓直流斷路器無電弧開斷裝置及方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中直流斷路器滅弧裝置在大電流開斷時因滅弧能力不強而產(chǎn)生強烈電弧，從而減小斷路器本身的壽命甚至燒壞觸頭的問題，能夠大幅增強直流斷路器的使用壽命和安全性；
2.本發(fā)明提出的低壓直流斷路器無電弧開斷裝置及方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中直流斷路器需要大的電弧間隙和飛弧距離而難于小型化的問題，并且不需要頻繁的維護和檢查，更加便于使用和安裝；
3.本發(fā)明提出的低壓直流斷路器無電弧開斷裝置及方法采用了分流的原理，使得斷路器主觸頭不需要承擔(dān)分斷大幅值直流電流的任務(wù)，從而間接的提高了斷路器本身的分斷能力；
4.本發(fā)明提出的低壓直流斷路器無電弧開斷裝置及方法，其中電子組件支路采用高分子熱敏電阻和I歐姆的常值電阻串聯(lián)組成，根據(jù)其特性投入運行后使電子組件支路的電流在很小的幅值范圍內(nèi)，使得斷路器更容易切斷整個回路的。在斷路器切斷短路故障電流的時候，限流電阻有效的保證了電子組件承受的電流在允許的范圍內(nèi)，進而保證了電子支路能夠有效的切斷短路電流不至于損壞電子組件；
5.本發(fā)明提出的低壓直流斷路器無電弧開斷裝置組件安裝簡單，在降低斷路器斷路能力的基礎(chǔ)上，降低了整個裝置的制造成本和工序，有利于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明裝置的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]為使本發(fā)明實施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明實施中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述:
如圖1所示的低壓直流斷路器無電弧開斷裝置，包括:可控硅開關(guān)1、分流電子組件2、IGBT 3、限流電阻4、觸發(fā)及關(guān)斷電路板5、時間繼電器電路6 ;所述時間繼電器電路包括一號開關(guān)7、控制電路8，控制電路8與分流組件2連接；所述一號開關(guān)7并聯(lián)于可控硅開關(guān)
3;可控硅開關(guān)3負極接頭與分流電子組件2正極連接，可控硅開關(guān)控制接口與時間繼電器電路6的控制電路連接；所述觸發(fā)及關(guān)斷電路板5信號輸出端與IGBT 3連接，所述IGBT 3并聯(lián)于限流電阻4 ;分流電子組件2負極與限流電阻4正極連接；所述分流組件2由N組電子組件2-廣2-n串聯(lián)而成，所述電子組件由M條電子組件支路并聯(lián)而成，所述電子組件支路包括I個高分子熱敏電阻PTC、1個常值電阻R1，所述熱敏電阻與常值電阻串聯(lián)。
[0013]所述低壓直流斷路器無電弧開斷裝置分流組件2，其包括的電子組件組數(shù)M與斷路器最大限電電流Imax、高分子熱敏電阻PTC最大通過電流Iptc的關(guān)系為M=Imax/Ipt。。
[0014]所述低壓直流斷路器無電弧開斷裝置電子組件，其包括的電子組件支路條數(shù)N與斷路器最大限電電壓Vmax、高分子熱敏電阻PTC最大電壓Vpt。的關(guān)系為N=Vmax/Vpt。。
[0015]所述低壓直流斷路器無電弧開斷裝置電子組件支路，其包括的常值電阻為I歐姆。
[0016]假設(shè)斷路器的規(guī)格為220V、60A ;高分子熱敏電阻規(guī)格為110V、30A ；則m=60A/30A=2, n=220V/110V=2 ;整個裝置以并聯(lián)的方式安裝于斷路器的主觸頭處。
[0017]當斷路器在正常狀態(tài)下需要斷開時:
斷路器斷開、時間繼電器電路6釋放第一次脈沖，由于斷路器的機械動作時間比較長，因此時間繼電器電路6中的控制電路6-1發(fā)出可控硅開關(guān)觸發(fā)信號，導(dǎo)通可控硅開關(guān)1，即分流電子組件2先投入電路；正常斷開信號通過觸發(fā)及關(guān)斷電路板5傳輸至IGBT 3，IGBT3接通電路使限流電阻4處于短路狀態(tài)；
第一次脈沖結(jié)束，控制電路6-1斷開，可控硅開關(guān)觸發(fā)信號解除；此時分流電子組件2中的高分子熱敏電阻到達高阻，電路中電流很小，但是仍然大于可控硅開關(guān)I的維持電流，因此必須加入關(guān)斷可控娃的電路；
時間繼電器電路6釋放第二次脈沖，一號開關(guān)6-2閉合，電路電流直接通過一號開關(guān)6-2，可控硅開關(guān)I短路并關(guān)斷； 時間繼電器電路第二次脈沖結(jié)束，一號開關(guān)6-2斷開，完成分流電子組件2的投切過程，由于分流電子組件2的投入使得電路電流減小，達到斷路器電路無電弧斷開目的；當斷路器在短路狀態(tài)下需要斷開時:
斷路器斷開、時間繼電器電路6釋放第一次脈沖，由于斷路器的機械動作時間比較長，因此時間繼電器電路6中的控制電路6-1發(fā)出可控硅開關(guān)觸發(fā)信號，導(dǎo)通可控硅開關(guān)1，即分流電子組件2先投入電路；短路斷開信號通過觸發(fā)及關(guān)斷電路板5傳輸至IGBT 3 ；IGBT3斷開線路，使限流電阻4處于正常接入電路狀態(tài)，保證短路電流不超過斷路器最大通過電流；
第一次脈沖結(jié)束，控制電路6-1斷開，可控硅開關(guān)觸發(fā)信號解除；此時分流電子組件2中的高分子熱敏電阻到達高阻，電路中電流很小，但是仍然大于可控硅開關(guān)I的維持電流，因此必須加入關(guān)斷可控娃的電路；
時間繼電器電路6釋放第二次脈沖,一號開關(guān)6-2閉合，電路電流直接通過一號開關(guān)6-2，可控硅開關(guān)I短路并關(guān)斷；
時間繼電器電路第二次脈沖結(jié)束，一號開關(guān)6-2斷開，完成分流電子組件2的投切過程，由于分流電子組件2的投入使得電路電流減小，達到斷路器電路無電弧斷開目的。
[0018]本裝置和方法采用了分流的原理，使得斷路器主觸頭不需要承擔(dān)分斷大幅值直流電流的任務(wù)，從而間接的提高了斷路器本身的分斷能力以及使用壽命。分流電子組件采用PTC熱敏電阻和I歐姆的常值電阻串聯(lián)組成，根據(jù)其特性投入運行后使分流電子組件的電流在很小的幅值范圍內(nèi)，使得更容易切斷整個回路的。在斷路器切斷短路故障電流的時候，限流電阻4有效的保證了分流電子組件2承受的電流在允許的范圍內(nèi)，進而保證了分流電子2能夠有效的切斷短路電流不至于損壞電子組件。
【權(quán)利要求】
1.一種低壓直流斷路器無電弧開斷裝置，其特征在于所述裝置包括:可控硅開關(guān)、分流電子組件、IGBT、限流電阻、觸發(fā)及關(guān)斷電路板、時間繼電器電路；所述時間繼電器電路包括一號開關(guān)、控制電路，控制電路與分流組件連接；所述一號開關(guān)并聯(lián)于可控硅開關(guān)；可控硅開關(guān)負極接頭與分流電子組件正極連接，可控硅開關(guān)控制接口與時間繼電器電路的控制電路連接；所述觸發(fā)及關(guān)斷電路板信號輸出端與IGBT連接，所述IGBT并聯(lián)于限流電阻；分流電子組件負極與限流電阻正極連接；所述分流組件由N組電子組件串聯(lián)而成，所述電子組件由M條電子組件支路并聯(lián)而成，所述電子組件支路包括I個高分子熱敏電阻PTC、1個常值電阻，所述熱敏電阻與常值電阻串聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的低壓直流斷路器無電弧開斷裝置，其特征在于所述分流組件包括的電子組件組數(shù)M與斷路器最大限電電流Imax、高分子熱敏電阻PTC最大通過電流Iptc的關(guān)系為 M=Imax/Ipt。。
3.如權(quán)利要求1所述的低壓直流斷路器無電弧開斷裝置其特征在于所述電子組件包括的電子組件支路條數(shù)N與斷路器最大限電電壓Vmax、高分子熱敏電阻PTC最大電壓Vpt。的關(guān)系為 N=Vmax/Vpt。。
4.如權(quán)利要求1所述的低壓直流斷路器無電弧開斷裝置，其特征在于所述低壓直流斷路器無電弧開斷裝置電子組件支路，其包括的常值電阻為I歐姆。
5.一種低壓直流斷路器無電弧開斷方法，采用權(quán)利要求Γ4中任何一種低壓直流斷路器無電弧開斷裝置，其特征在于所述方法包括以下步驟: 當斷路器在正常狀態(tài)下需要斷開時: 步驟1，斷路器斷開、時間繼電器電路釋放第一次脈沖，由于斷路器的機械動作時間比較長，因此時間繼電器電路中的控制電路發(fā)出可控硅開關(guān)觸發(fā)信號，導(dǎo)通可控硅開關(guān)，即分流電子組件先投入電路；正常斷開信號通過觸發(fā)及關(guān)斷電路板傳輸至IGBT，IGBT接通電路使限流電阻處于短路狀態(tài)； 步驟2，第一次脈沖結(jié)束，控制電路斷開，可控硅開關(guān)觸發(fā)信號解除；此時分流電子組件中的高分子熱敏電阻到達高阻，電路中電流很小，但是仍然大于可控硅的維持電流，因此必須加入關(guān)斷可控娃的電路； 步驟3，時間繼電器電路釋放第二次脈沖，一號開關(guān)閉合，電路電流直接通過一號開關(guān)，可控硅開關(guān)短路并關(guān)斷； 步驟4，時間繼電器電路第二次脈沖結(jié)束，一號開關(guān)斷開，完成分流電子組件的投切過程，由于分流電子組件的投入使得電路電流減小，達到斷路器電路無電弧斷開目的； 當斷路器在短路狀態(tài)下需要斷開時: 步驟①，斷路器斷開、時間繼電器電路釋放第一次脈沖，由于斷路器的機械動作時間比較長，因此時間繼電器電路中的控制電路發(fā)出可控硅開關(guān)觸發(fā)信號，導(dǎo)通可控硅開關(guān)，即分流電子組件先投入電路； 短路斷開信號通過觸發(fā)及關(guān)斷電路板傳輸至IGBT ；IGBT線路斷開，使限流電阻處于正常接入電路狀態(tài)，保證短路電流不超過斷路器最大通過電流； 步驟②，第一次脈沖結(jié)束，控制電路斷開，可控硅開關(guān)觸發(fā)信號解除；此時分流電子組件中的高分子熱敏電阻到達高阻，電路中電流很小，但是仍然大于可控硅的維持電流，因此必須加入關(guān)斷可控娃的電路； 步驟③，時間繼電器電路釋放第二次脈沖，一號開關(guān)閉合，電路電流直接通過一號開關(guān)，可控娃開關(guān)短路并關(guān)斷； 步驟④，時間繼電器電路第二次脈沖結(jié)束，一號開關(guān)斷開，完成分流電子組件的投切過程，由于分流電子組件的投入使得電路電流減小，達到斷路器電路無電弧斷開目的。
【文檔編號】H01H73/18GK104241057SQ201410444702
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】解良洪 申請人:江蘇江城電氣有限公司