基于弧压增强转移的快速熔断装置 |
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| 申请号 | CN202110781899.5 | 申请日 | 2021-07-09 | 公开(公告)号 | CN113555857B | 公开(公告)日 | 2024-05-17 |
| 申请人 | 西安交通大学; | 发明人 | 吴益飞; 吴翊; 荣命哲; 杨飞; 肖宇; 纽春萍; | ||||
| 摘要 | 公开了一种基于弧压增强转移的快速熔断装置，所述快速熔断装置中，所述快速熔断装置包括主 电流 回路、熔断器支路、横磁电流回路、出线端A1和出线端A2，所述主电流回路包括高速机械 开关 ，高速机械开关一端连接出线端A1，另一端连接所出线端A2，熔断器支路包括熔断器，熔断器并联所述高速机械开关，熔断器一端连接出线端A1，另一端连接所出线端A2，当经过熔断器的电流达到熔断电流时，熔断器的熔丝熔断，横磁电流回路为独立回路，其包括 串联 的预充电电容、电感和晶闸管以及并联预充电电容的续流 二极管 ，电感的磁吹线圈置于高速机械开关断口旁边。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于弧压增强转移的快速熔断装置，其特征在于：所述快速熔断装置包括主电流回路、熔断器支路、横磁电流回路、出线端A1和出线端A2，其中， |
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| 说明书全文 | 基于弧压增强转移的快速熔断装置技术领域[0001] 本发明涉及快速熔断领域，特别是一种基于弧压增强转移的快速熔断装置。 背景技术[0002] 随着城市建设不断推进，发展高供电密度、大容量、高可靠直流配电系统成为大中城市发展的迫切需求。在直流系统中，传统的限流器设备如电抗器限流器，电阻限流器，超导限流器等，其体积大，成本高，难以规模化使用。当限流能力有限时，断路器开断短路电流所需开断时间长，难以适应直流系统的高电压、大电流的发展需求。 [0003] 而在交流系统领域，虽然已有熔断限流装置，但交流系统短路电流存在自然过零点，电流可以自动转移至熔断器。直流系统短路故障具有电流上升速率快、短路电流峰值高、没有自然过零点等特点，所以通过横磁电弧调控的方式增大电弧电压，导通熔断器，通过熔断器熔丝熔断耗散短路电流能量，直接开断短路电流或大大降低短路电流水平，降低断路器开断要求。 [0004] 本发明的目的在于，提供一种基于弧压增强转移的快速熔断装置，对直流系统短路工况快速做出响应，可以对大短路电流完成开断或限流，提高系统稳定性。 [0005] 在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。 发明内容[0006] 针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提供一种基于弧压增强转移的快速熔断装置，通过横磁电流回路产生磁场，调控电弧形态，使其电阻增大并产生震荡，电弧电压迅速上升，导通熔断器，短路电流能量在熔断期中耗散。实现中压直流系统短路故障工况的短路电流的快速开断或限流的功能。 [0007] 本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。 [0008] 一种基于弧压增强转移的快速熔断装置包括主电流回路、熔断器支路、横磁电流回路、出线端A1和出线端A2，其中， [0010] 熔断器支路包括熔断器，熔断器并联所述高速机械开关，熔断器一端连接出线端A1，另一端连接所出线端A2，当经过熔断器的电流达到熔断电流时，熔断器的熔丝熔断，[0011] 横磁电流回路为独立回路，其包括串联的预充电电容、电感和晶闸管以及并联预充电电容的续流二极管，电感的磁吹线圈置于高速机械开关断口旁边。 [0012] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置中，系统正常通流状态下，系统电流从所述主电流回路流过，方向为出线端A1到A2，系统电流流经高速机械开关，系统的通态损耗为电流在主电流回路的损耗，熔断器支路没有电流流过； [0013] 当系统发生短路故障时，高速机械开关分闸，同时触发所述晶闸管导通，电容预充电压对电感放电，电感的磁吹线圈产生磁场，对高速机械开关真空断口中的电弧产生影响，电弧电阻上升，电弧电压升高，导通熔断器，迫使大电流向熔断器支路转移，熔断器的熔丝熔断，耗散短路电流的能量，实现大电流短路故障的开断或限流。 [0014] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置中，所述磁场为横向磁场。 [0015] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置中，所述磁场为单个方向的横向磁场、多个方向的叠加横向磁场或旋转式的横向磁场。 [0016] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置中，磁吹线圈在预充电电容放电电流下为所述高速机械开关的断口产生横向的吹弧磁场。 [0017] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置中，所述熔断器采用一个或者多个并联的连接方式。 [0018] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置中，所述高速机械开关的灭弧室采用的灭弧介质是空气、SF6、N2、H2或真空，断口触头结构为平板触头。 [0019] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置中，所述高速机械开关为基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关。 [0020] 本发明所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置通过设计新型回路拓扑，在高速机械开关真空断口加一横磁吹弧线圈，提高电弧电压，导通熔断器实现开断或限流的作用。所述新型快速熔断装置具有结构简单，通态损耗小，电流转移速度快，成本低的特点。 [0021] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。附图说明 [0022] 通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。 [0023] 在附图中： [0024] 图1是此快速熔断装置本体结构示意图； [0025] 图2(a)至图2(d)是本发明快速熔断装置在系统发生短路时工作原理图； [0026] 图3是本发明快速熔断装置工作过程中电流示意波形图； [0027] 图4是本发明的一个应用实例，熔断器与真空断口或SF6断口配合的示意图； [0028] 图5是本发明的一个应用实例，两个熔断器并联应对多次限流工况的示意图； [0030] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。 具体实施方式[0031] 下面将参照附图图1至图6更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。 [0032] 需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。 [0033] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。 [0034] 图1为本发明的一个实施例的基于弧压增强转移的快速熔断装置的结构示意图，本发明实施例将结合图1进行具体说明。 [0035] 快速熔断装置包括主电流回路、熔断器支路、横磁电流回路、出线端A1和出线端A2，其中， [0036] 所述主电流回路包括高速机械开关，高速机械开关一端连接出线端A1，另一端连接所出线端A2， [0037] 熔断器支路包括熔断器，熔断器并联所述高速机械开关，熔断器一端连接出线端A1，另一端连接所出线端A2，当经过熔断器的电流达到熔断电流时，熔断器的熔丝熔断，[0038] 横磁电流回路为独立回路，其包括串联的预充电电容、电感和晶闸管以及并联预充电电容的续流二极管，电感的磁吹线圈置于高速机械开关断口旁边。 [0039] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置的优选实施例中，系统正常通流状态下，系统电流从所述主电流回路流过，方向为出线端A1到A2，系统电流流经高速机械开关，系统的通态损耗为电流在主电流回路的损耗，熔断器支路没有电流流过； [0040] 当系统发生短路故障时，高速机械开关分闸，同时触发所述晶闸管导通，电容预充电压对电感放电，电感的磁吹线圈产生磁场，对高速机械开关真空断口中的电弧产生影响，电弧电阻上升，电弧电压升高，导通熔断器，迫使大电流向熔断器支路转移，熔断器的熔丝熔断，耗散短路电流的能量，实现大电流短路故障的开断或限流。 [0041] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置的优选实施例中，所述磁场为横向磁场。 [0042] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置的优选实施例中，所述磁场为单个方向的横向磁场、多个方向的叠加横向磁场或旋转式的横向磁场。 [0043] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置的优选实施例中，磁吹线圈在预充电电容放电电流下为所述高速机械开关的断口产生横向的吹弧磁场。 [0044] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置的优选实施例中，所述熔断器采用一个或者多个并联的连接方式。 [0045] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置的优选实施例中，所述高速机械开关的灭弧室采用的灭弧介质是空气、SF6、N2、H2或真空，断口触头结构为平板触头。 [0046] 所述的基于弧压增强转移的快速熔断装置的优选实施例中，所述高速机械开关为基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关。 [0047] 本发明系统正常通流状态下，系统电流从所述主电流回路流过，方向为A1到A2，系统电流流经高速机械开关，系统的通态损耗即为电流在高速机械开关的损耗。此时熔断器没有导通，该支路没有电流流过。当系统发生短路故障时，系统短路电流等级高时，控制高速机械开关分闸，同时触发横磁电流回路中晶闸管导通。由于电容预充电压，对电感线圈放电，电感线圈产生磁场，对高速机械开关真空断口中的电弧产生影响，电弧形态改变，电弧电阻上升，电弧电压升高，导通熔断器，迫使大电流向熔断器支路转移，熔断器熔断，耗散短路电流的能量，实现大电流短路故障的开断或限流。所述高速机械开关为基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关。其灭弧室采用的灭弧介质可以是空气、SF6、N2、H2、真空等，断口触头结构为平板触头，因为平板触头的触头质量小，额定通流能力强。通过外加的横向磁场实现断口分闸时电弧电压的快速提升。 [0048] 在一个实施例中，横磁电流回路为电容，线圈，晶闸管的串联，电容两端反向并联一续流二极管。其中电容预充电压。所述熔断器的额定通流无要求，熔断电流要小于系统短路故障时的电流。熔断器可以采用一个或者多个并联的连接方式。 [0049] 图2(a)至图2(d)给出了快速熔断装置在系统发生短路时的工作过程。下文将结合图2(a)至图2(d)说明此工作过程。 [0050] (1)、如图2(a)所示正常通流状态下，系统电流从出线端A1流入，经过高速机械开关后从出线端A2流出； [0051] (2)、如图2(b)所示，当需要开断时，触发高速机械开关分闸，触发横磁电流回路晶闸管导通，触头间燃弧，线圈产生磁场吹弧； [0052] (3)、如图2(c)所示，电弧电压升高，导通熔断器，短路电流开始向熔断器转移； [0053] (4)、如图2(d)所示，此图示给出了关断短路电流时的工作状况，高速机械开关真空断口熄弧，短路电流全部转移到熔断器，经很短时间后，熔断器熔断，耗散系统能量，完成开断； [0054] 图3给出了基于弧压增强的快速熔断装置在短路工况工作时，其各部分电流示意波形图。其中，t1时刻发生短路故障，流经断口的电流快速上升；t2时刻触发横磁电流回路导通，吹弧线圈电流上升；t3时刻高速机械开关断口拉开，电流在增强的弧压的作用下开始转移至熔断器；t4时刻电流全部转移至熔断器，熔断器开始熔断，产生熔断过电压；t5时刻熔断完全结束，短路电流被限制。 [0055] 图4给出了此快速熔断装置的一种实施应用，即熔断器配合真空断口用以限流。 [0056] 图5给出了此快速熔断装置的一种实施应用，即两个熔断器并联，通过单刀双掷开关切换，完成一次限流后，可切换至另一熔断器，系统可以快速恢复供电。 [0057] 图6给出了此快速熔断装置的一种实施应用，即两个熔断器并联，通过单刀双掷开关切换，完成一次限流后，可切换至另一熔断器，系统可以快速恢复供电；同时在高速开关两端并联氧化锌避雷器抑制熔断过程的过电压并吸收能量。 [0058] 尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。 |
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