專利名稱：電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)短路故障時快速限流分?jǐn)嗟拈_斷器，具體涉及一種電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器。
背景技術(shù)：
隨著電網(wǎng)中的短路電流水平的日益提高，短路電流峰值可達(dá)到IOOkA以上，且短路電流上升速率di/dt極高，傳統(tǒng)斷路器的極限分?jǐn)嗄芰Σ蛔悖覄幼鲿r間較長，難以滿足短路故障快速限流分?jǐn)嗟囊?。在電網(wǎng)中裝設(shè)新型故障限流裝置(FCL)是解決該類問題的較理想方案，國內(nèi)外已開展了多種原理的新型限流裝置研究，例如超導(dǎo)限流器、固態(tài)限流器、液態(tài)金屬限流器、限流斷路器、限流熔斷器等。限流熔斷器是將爆炸開斷技術(shù)與快速熔斷器技術(shù)結(jié)合的一種高速限流保護(hù)裝置，也是目前為止商用化應(yīng)用最廣泛的限流保護(hù)技術(shù)之一。按照工作原理，限流熔斷器可分為電子測控式限流熔斷器和電弧觸發(fā)式限流熔斷器兩種。電子測控式限流熔斷器由電子式檢測觸發(fā)裝置、炸藥開斷器及與之并聯(lián)的快速熔斷器組成。目前電子測控式限流熔斷器的代表性產(chǎn)品有ABB公司的Is-limiteiNFerraz公司的Pyristor、G&W公司的Clip等，其檢測觸發(fā)裝置的原理均是通過電流傳感器檢測線路電流的幅值或變化率，當(dāng)超過設(shè)定值時由電子控制單元發(fā)出信號引爆開斷器中的炸藥完成分?jǐn)?。這類產(chǎn)品的額定電壓可達(dá)到40.5kV，額定電流可到5kA，開斷電流可達(dá)到200kA以上，在國內(nèi)外已有大量應(yīng)用。但是由于該裝置故障檢測采用傳感器和電子電路，實際應(yīng)用中存在電磁干擾或元器件失效等因素造成誤動或拒動的問題。電弧觸發(fā)式限流熔斷器采用電弧觸發(fā)器取代了電子傳感器和控制單元，直接利用短路電流的熱效應(yīng)作為短路檢測手段和觸發(fā)條件。發(fā)生短路時，電弧觸發(fā)器中熔體在短路電流作用下熔斷產(chǎn)生電弧，利用該電弧電壓引爆炸藥開斷器內(nèi)的炸藥并完成分?jǐn)啵朔穗娮訙y控式限流熔斷器檢測觸發(fā)裝置可靠性低、需要外接電源等缺點。然而無論是電子測控式限流熔斷器，還是電弧觸發(fā)式限流熔斷器，它們的高速開斷器都是依靠炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊力來進(jìn)行驅(qū)動，使開斷器快速分?jǐn)嗖㈦娏鬓D(zhuǎn)移到滅弧熔斷器上。而采用炸藥驅(qū)動的局限性在于:①炸藥壽命有限，會隨使用時間的增長而逐漸分解失效；②炸藥等火工品的價格昂貴，每次動作后需要更換，經(jīng)濟(jì)性差；③對環(huán)境溫度要求苛刻；④短路分?jǐn)鄷r噪音大，且爆炸時會產(chǎn)生火花，在一些有易燃?xì)怏w的特殊場合使用時，需要封閉式箱體，整體體積較大。因此，需要考慮能夠替代炸藥驅(qū)動開斷器的其它新型快速驅(qū)動方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種可替代炸藥驅(qū)動技術(shù)的分?jǐn)嗨俣瓤?、可靠性高的電磁斥力?qū)動銀片式開斷器。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器，包括斥力驅(qū)動電路、連接在斥力驅(qū)動電路中的斥力線圈、兩個接線端子和跨接在兩個接線端子之間的熔體，熔體下方設(shè)有斥力盤，斥力盤位于斥力線圈上方，斥力盤上固定有可將熔體向上頂斷的絕緣柵片。進(jìn)一步地，所述斥力驅(qū)動電路包括串接在一起的預(yù)先充好電壓的電容器、晶閘管和續(xù)流二極管，電容器正極和負(fù)極分別與續(xù)流二極管負(fù)極、晶閘管陰極連接，續(xù)流二極管正極與晶閘管陽極連接，所述斥力線圈串聯(lián)在電容器與晶閘管之間并與續(xù)流二極管并聯(lián)。斥力驅(qū)動電路通過控制晶閘管的導(dǎo)通向斥力線圈提供大脈沖電流，脈沖電流流過斥力線圈時，在其上產(chǎn)生磁場并作用于斥力盤上。進(jìn)一步地，所述熔體為銀片、銅片或鋁片；熔體上開有若干的方形孔或圓形孔；熔體兩端采用點焊、釬焊或壓接的方式與兩個接線端子連接。進(jìn)一步地，所述熔體上方安裝有絕緣窄縫滅弧室，絕緣窄縫滅弧室包括兩個平行排列的絕緣塊，兩個絕緣塊之間的距離為f 5mm。絕緣柵片向上運動將熔體頂斷后會進(jìn)入到該絕緣窄縫滅弧室中，由絕緣窄縫滅弧室來熄滅熔體被絕緣柵片頂斷后所產(chǎn)生的電弧。進(jìn)一步地，所述斥力盤為用于感應(yīng)斥力線圈的磁場并產(chǎn)生電磁斥力驅(qū)動絕緣柵片頂斷熔體的鋁盤或銅盤。更進(jìn)一步地，所述絕緣柵片為絕緣材料做成的薄片，絕緣柵片緊固在斥力盤的上方，使斥力盤向上運動時能夠帶動其一起運動。本發(fā)明采用電磁斥力驅(qū)動技術(shù)替代了炸藥驅(qū)動技術(shù)，克服了炸藥驅(qū)動技術(shù)的不足，并通過在兩個接線端子間焊接熔體的結(jié)構(gòu)作為通流電路，既滿足了大電流通流的溫升要求，又降低了打斷這種開斷器所需的能量，大大降低了成本、提高了分?jǐn)嗨俣群涂煽啃?，有著廣闊的工程應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明的電路原理圖。圖2為本發(fā)明應(yīng)用于混合型限流熔斷器的第一種方案示意圖。圖3為圖2中第一種方案的混合型限流熔斷器分?jǐn)噙^程的電壓、電流示意圖。圖4為本發(fā)明應(yīng)用于混合型限流熔斷器的第二種方案圖。圖5為圖4中第二種方案的混合型限流熔斷器分?jǐn)噙^程的電壓、電流示意圖。圖6為圖4方案的混合型限流熔斷器的短路試驗電路。圖7為圖6短路試驗電路得到的電壓、電流波形。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。如圖1所示,本發(fā)明包括斥力驅(qū)動電路和連接在斥力驅(qū)動電路中的斥力線圈L。。斥力驅(qū)動電路包括串接在一起的預(yù)先充好電壓的電容器Ctl、晶閘管Ftl和續(xù)流二極管Dtl，電容器Ctl正極和負(fù)極分別與續(xù)流二極管Dtl負(fù)極、晶閘管Ftl陰極連接，續(xù)流二極管Dtl正極與晶閘管Ftl陽極連接，斥力線圈Ltl串聯(lián)在電容器Ctl與晶閘管Ftl之間并與續(xù)流二極管Dtl并聯(lián)，晶閘管Ftl接收到外部電路的觸發(fā)信號Rt后導(dǎo)通。本發(fā)明還包括兩個接線端子3和跨接在兩個接線端子3之間的熔體2，熔體2為銀片、銅片或鋁片，熔體2上開有若干的方形孔或圓形孔，正常工作時熔體的通流密度可達(dá)到lOOOA/mm2以上；熔體2兩端采用點焊、釬焊或壓接的方式與兩個接線端子3連接。熔體2上方設(shè)有絕緣窄縫滅弧室1，絕緣窄縫滅弧室I包括置于熔體2的上方的兩個平行排列的絕緣塊，兩個絕緣塊之間的距離為f 5mm，可有效熄滅熔體分?jǐn)鄷r的電弧。熔體2下方設(shè)有斥力盤4，斥力盤4為鋁盤或銅盤，斥力盤4位于斥力線圈Ltl上方，用于感應(yīng)斥力線圈Ltl的磁場并產(chǎn)生電磁斥力驅(qū)動絕緣柵片5頂斷熔體。斥力盤4上固定有可將熔體2向上頂斷的絕緣柵片5，絕緣柵片5為絕緣材料做成的薄片。本發(fā)明的工作原理如下:短路發(fā)生時，斥力驅(qū)動 電路中的晶閘管Ftl收到動作觸發(fā)信號Rt而導(dǎo)通，預(yù)先充好電的電容器Ctl開始向斥力線圈Ltl放電并產(chǎn)生電流，電流在斥力線圈Ltl中形成磁場，該磁場作用于上方的斥力盤4產(chǎn)生電磁斥力，斥力盤4帶動絕緣柵片5經(jīng)一定動作延遲時間后，向上頂斷開斷器中的熔體2產(chǎn)生電弧，絕緣柵片5驅(qū)使開斷器的電弧進(jìn)入上方的絕緣窄縫滅弧室I中拉長并熄滅，開斷器實現(xiàn)分?jǐn)?。如圖2所示，為本發(fā)明的電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器應(yīng)用于混合型限流熔斷器中的第一種方案:電弧觸發(fā)器置于電磁斥力柵片型開斷器和滅弧熔斷器的并聯(lián)支路之外，該裝置簡稱其為電弧觸發(fā)器外置方案。如圖3所示，為圖2的電弧觸發(fā)器外置方案的混合型限流熔斷器分?jǐn)噙^程的電流、電壓示意圖。電弧觸發(fā)器外置應(yīng)用方案的工作原理為:正常工作時，電流i經(jīng)過電弧觸發(fā)器6，并主要從電磁斥力柵片型開斷器上流過即電流I1，滅弧熔斷器8上有少量電流i2流過。短路發(fā)生時，電弧觸發(fā)器6中的熔體熔斷起弧，滅弧熔斷器8兩端電壓u變?yōu)榛篣1，在電弧觸發(fā)器6兩端并聯(lián)的脈沖變壓器7向斥力驅(qū)動電路中的晶閘管Ftl發(fā)觸發(fā)信號Rt，電路導(dǎo)通，預(yù)先充電的電容器Ctl向斥力線圈Ltl放電并產(chǎn)生電流，電流在斥力線圈Ltl中形成磁場，該磁場作用于上方的斥力盤4產(chǎn)生電磁斥力，斥力盤4帶動絕緣柵片5經(jīng)一定動作延遲時間ta后，向上頂斷開斷器中的熔體2，此時滅弧熔斷器8兩端電壓u變?yōu)榛篣2,電流I1從開斷器向滅弧熔斷器8轉(zhuǎn)移；絕緣柵片5驅(qū)使開斷器電弧進(jìn)入上方的絕緣窄縫滅弧室I中拉長并熄滅，經(jīng)過換流時間t。后電流I1全部轉(zhuǎn)移到滅弧熔斷器8的電流i2上，此后滅弧熔斷器8經(jīng)過一段時間tz熔斷起弧，滅弧熔斷器8兩端出現(xiàn)過電壓，短路電流開始下降，最終電路完全分?jǐn)?，滅弧熔斷?兩端電壓u變?yōu)楹銐篣e。tz為開斷器電流^過零后的介質(zhì)恢復(fù)時間，如果開斷器的絕緣窄縫滅弧室I中介質(zhì)已經(jīng)恢復(fù)絕緣則可以承受該過電壓，否則絕緣窄縫滅弧室I會被過電壓重新?lián)舸绊懴蘖餍Ч?。發(fā)生短路后，從電弧觸發(fā)器6熔斷起弧時刻V經(jīng)絕緣柵片5的動作時間ta后，SP從開斷器的熔體被頂斷時刻h起，電流I1從開斷器向滅弧熔電流i2斷器轉(zhuǎn)移，經(jīng)過換流時間t。后即t2時刻電流I1全部轉(zhuǎn)移到滅弧熔斷器上，到滅弧熔斷器起弧時刻t3，電流到達(dá)峰值并開始下降，至電路分?jǐn)鄷r刻電流“下降至零。如圖4所示，為本發(fā)明的電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器在混合型限流熔斷器中應(yīng)用的第二種方案:電弧觸發(fā)器和電磁斥力柵片型開斷器串聯(lián)后，再和滅弧熔斷器并聯(lián)。對圖2的方案作進(jìn)一步分析可知，電磁斥力柵片型開斷器在電流向滅弧熔斷器換流過程中存在燃弧過程，其電流過零后的介質(zhì)恢復(fù)的好壞受開斷器換流燃弧能量大小的影響。因此，本專利又給出了一種可減小開斷器燃弧能量的改進(jìn)方案，相對于圖2的電弧觸發(fā)器外置方案，這種改進(jìn)方案也稱為電弧觸發(fā)器內(nèi)置方案。如圖5所示，為圖4的電弧觸發(fā)器內(nèi)置方案的混合型限流熔斷器分?jǐn)噙^程的電流、電壓示意圖。電弧觸發(fā)器內(nèi)置 應(yīng)用方案的工作原理為:正常工作時，電流i主要從電弧觸發(fā)器及開斷器上流過，滅弧熔斷器有少量電流i2流過。短路發(fā)生后，電弧觸發(fā)器6首先熔斷起弧，電流I1將立即向滅弧熔斷器8上轉(zhuǎn)移，同時由脈沖變壓器7向晶閘管Ftl發(fā)觸發(fā)信號Rt，由于絕緣柵片5頂斷開斷器中的熔體2需要一定時間ta，即當(dāng)t2時刻絕緣柵片頂斷熔體，此時電流I1已經(jīng)全部或大部分轉(zhuǎn)移到滅弧熔斷器8上，因此開斷器上燃弧能量極小，此后絕緣柵片5繼續(xù)向上運動并形成足夠的開距，tz為開斷器電流I1過零后的介質(zhì)恢復(fù)時間，t3時刻滅弧熔斷器8熔斷起弧產(chǎn)生過電壓，此電壓加載到開斷器兩端，短路電流開始下降，最終電路完全分?jǐn)?。對比電弧觸發(fā)器外置和電弧觸發(fā)器內(nèi)置兩種應(yīng)用方案可知:(1)內(nèi)置方案在電弧觸發(fā)器起弧時刻就開始換流，而外置方案需要電弧觸發(fā)器將信號發(fā)給柵片開斷器并要等柵片將熔體頂斷后才開始換流，如果兩方案的電弧觸發(fā)器起弧時刻h相同的話，內(nèi)置方案的換流電流起點低，換流時間更短，限流后的電流峰值能做到更低；(2)內(nèi)置方案中柵片開斷器熔體被打斷時刻是在換流過程結(jié)束之后，其上電流此時已經(jīng)接近零，開斷器中形成的燃弧能量很小，而外置方案中的換流過程是在開斷器熔體被打斷起弧時開始的，開斷器換流電流較大，因此會產(chǎn)生較大的燃弧能量，對介質(zhì)恢復(fù)過程非常不利。綜上所述，與電弧觸發(fā)器外置方案相比，電弧觸發(fā)器內(nèi)置方案具有開斷器換流時刻早、換流時間短、燃弧能量小和介質(zhì)恢復(fù)特性好的優(yōu)點，應(yīng)用時可優(yōu)先考慮電弧觸發(fā)器內(nèi)
置方案。如圖6所示，為圖4的電弧觸發(fā)器內(nèi)置方案的短路限流試驗電路，采用180mF電容C1替作為短路試驗的電源，預(yù)先將其充電至900V，線路電感1^=1024!1、線路電阻ΙΙπιΩ，通過控制晶閘管F1導(dǎo)通使電容C1放電，來模擬電流上升率9Α/μ s的短路電流?；旌闲拖蘖魅蹟嗥饔呻娀∮|發(fā)器6串聯(lián)開斷器再與滅弧熔斷器8并聯(lián)組成。試驗測量了流過混合型限流熔斷器的總電流1、兩個支路的電流^和i2、混合型限流熔斷器兩端電壓u和電弧觸發(fā)器兩端電壓Ua。如圖7所示，為圖6的短路試驗得到的電壓、電流波形。短路電流i的上升率為8.3A/μ S，觸發(fā)器在2.3ms時熔斷起弧，弧壓uJ^25V，電流開始向滅弧熔斷器上轉(zhuǎn)移，換流時間約210 μ s，電弧觸發(fā)器電壓Ua在2.6ms變負(fù)，電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器經(jīng)過290 μ s時間分?jǐn)啵?.7ms時換流結(jié)束。再經(jīng)過600 μ s介質(zhì)恢復(fù)時間時間后，滅弧熔斷器在電流到達(dá)22.2kA時熔斷起弧，電壓峰值1450V，峰值時間約4ms，全分?jǐn)鄷r間約7.5ms。試驗結(jié)果表明，圖6所示方案設(shè)計的新型混合型限流熔斷器成功實現(xiàn)了短路電流的快速限流分?jǐn)唷１菊f明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器，其特征在于:包括斥力驅(qū)動電路、連接在斥力驅(qū)動電路中的斥力線圈、兩個接線端子和跨接在兩個接線端子之間的熔體，熔體下方設(shè)有斥力盤，斥力盤位于斥力線圈上方，斥力盤上固定有可將熔體向上頂斷的絕緣柵片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器，其特征在于:所述斥力驅(qū)動電路包括串接在一起的預(yù)先充好電壓的電容器、晶閘管和續(xù)流二極管，電容器正極和負(fù)極分別與續(xù)流二極管負(fù)極、晶閘管陰極連接，續(xù)流二極管正極與晶閘管陽極連接，所述斥力線圈串聯(lián)在電容器與晶閘管之間并與續(xù)流二極管并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器，其特征在于:所述熔體為銀片、銅片或鋁片；熔體上開有若干的方形孔或圓形孔；熔體兩端采用點焊、釬焊或壓接的方式與兩個接線端子連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器，其特征在于:所述熔體上方安裝有絕緣窄縫滅弧室，絕緣窄縫滅弧室包括兩個平行排列的絕緣塊，兩個絕緣塊之間的距離為l 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器，其特征在于:所述斥力盤為用于感應(yīng)斥力線圈的磁場并產(chǎn)生電磁斥力驅(qū)動絕緣柵片頂斷熔體的鋁盤或銅盤。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器，其特征在于:所述絕緣柵片為絕緣材料做成的薄片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)短路故障時快速限流分?jǐn)嗟拈_斷器，具體涉及一種電磁斥力驅(qū)動銀片式開斷器。它包括斥力驅(qū)動電路、連接在斥力驅(qū)動電路中的斥力線圈、兩個接線端子和跨接在兩個接線端子之間的熔體，熔體下方設(shè)有斥力盤，斥力盤位于斥力線圈上方，斥力盤上固定有絕緣柵片。本發(fā)明采用電磁斥力驅(qū)動技術(shù)替代了炸藥驅(qū)動技術(shù)，克服了炸藥驅(qū)動技術(shù)的不足，并通過在兩個接線端子間焊接熔體的結(jié)構(gòu)作為通流電路，既滿足了大電流通流的溫升要求，又降低了打斷這種開斷器所需的能量，大大降低了成本、提高了分?jǐn)嗨俣群涂煽啃裕兄鴱V闊的工程應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號H02H3/08GK103138229SQ20131004252
公開日2013年6月5日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者莊勁武, 王晨, 袁志方, 張超, 徐國順, 江壯賢 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學(xué)