專利名稱：高速真空直流限流斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流電網(wǎng)短路故障時使用的限流斷路器，尤其涉及一種基于真空滅弧室強迫過零關(guān)斷原理的高速直流限流斷路器。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市用電負(fù)荷的增加，對電力系統(tǒng)的容量需求越來越高?，F(xiàn)今在美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家已越來越多地采用直流輸電。另外，現(xiàn)代艦船、地鐵等獨立電力系統(tǒng)均也采用直流電力系統(tǒng)，為了限制不斷增大的直流短路電流，保護(hù)用電設(shè)備的安全，亟需限流能力更強、可靠性更高的直流限流斷路器。傳統(tǒng)電弧型直流斷路器由于存在電弧對機(jī)械觸頭的燒蝕作用，電氣壽命短且限流效果不佳，而由功率半導(dǎo)體器件組成的固態(tài)開關(guān)由于通態(tài)損耗大、價格高也難以推廣應(yīng)用?；谡婵諟缁∈覐娖汝P(guān)斷原理的真空直流斷路器，是近年來直流斷路器的一個新的發(fā)展方向，其電路原理見附圖1所示，它的工作原理是在真空斷路器VB兩端并聯(lián)一個LC 放電電路，關(guān)斷時通過對預(yù)充好電的電容C放電，產(chǎn)生一個與系統(tǒng)電流方向相反的電流來制造“人工過零點”，利用真空滅弧室在電流過零點的熄弧能力來切斷路直流電路。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)等優(yōu)點，但是由于采用該原理的斷路器在電流過零瞬間會出現(xiàn)恢復(fù)電壓，為了達(dá)到足夠的介質(zhì)絕緣強度，真空滅弧室在電流過零點時必須達(dá)到足夠大的開距，這將使斷路器在分?jǐn)啻笊仙识搪冯娏鲿r不具備限流能力甚至無法開斷短路電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種限流能力強，動作迅速、關(guān)斷可靠的真空直流限流斷路器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種高速真空直流限流斷路器，包括用于接收到外部命令時快速分閘的高速真空觸頭機(jī)構(gòu)、用于在真空滅弧室中制造電流過零點的反向電流產(chǎn)生電路、用于使真空滅弧室電流過零后得到零電壓恢復(fù)時間的續(xù)流電路以及用于吸收電路能量的吸能電路，所述的高速真空觸頭機(jī)構(gòu)、反向電流產(chǎn)生電路、續(xù)流電路和吸能電路并聯(lián)連接。在上述技術(shù)方案中，所述高速真空觸頭機(jī)構(gòu)包括真空滅弧室和高速電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述真空滅弧室設(shè)有動導(dǎo)電桿，所述動導(dǎo)電桿與高速電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接。在上述技術(shù)方案中，所述高速電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括層疊放置的斥力金屬盤和斥力驅(qū)動線圈，所述斥力金屬盤與所述動導(dǎo)電桿連接，所述斥力驅(qū)動線圈兩端連接有驅(qū)動電路。 在上述技術(shù)方案中，所述驅(qū)動電路包括預(yù)充電的電容Cl、晶閘管Tl和續(xù)流二極管 Dl組成，所述電容Cl的正極與晶閘管Tl的陽極連接，晶閘管Tl的陰極、續(xù)流二極管Dl的陰極與斥力驅(qū)動線圈一端連接，電容Cl的負(fù)極、續(xù)流二極管Dl的陽極與斥力驅(qū)動線圈另一端的連接。在上述技術(shù)方案中，所述反向電流產(chǎn)生電路由預(yù)充電電容C2、晶閘管T2、電感L及續(xù)流二極管D2組成，電容C2的正極與晶閘管T2的陽極連接，電容C2的負(fù)極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)正端連接，所述電感L和續(xù)流二極管D2并聯(lián)連接，晶間管T2陰極與續(xù)流二極管D2 的陰極連接，續(xù)流二極管D2的陽極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)的負(fù)端連接。在上述技術(shù)方案中，所述續(xù)流電路為續(xù)流二極管D3，所述續(xù)流二極管D3的陽極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)的負(fù)端連接，所述續(xù)流二極管D3的陰極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)的正端連接。在上述技術(shù)方案中，所述吸能電路為壓敏電阻。本發(fā)明采用高速電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)作為真空弧室驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使真空滅弧室在接到外部命令后能夠快速分閘；在高速真空斷路器兩端反并續(xù)流二極管，使真空滅弧室在電流強迫過零之后獲得一段零電壓絕緣恢復(fù)時間，實現(xiàn)了真空滅弧室小開距情況下的可靠電流強迫過零關(guān)斷，因而能夠在短路電流出現(xiàn)后迅速分?jǐn)啵鉀Q了普通直流斷路器在分?jǐn)喔呱仙识搪冯娏鲿r面臨的難題。同時由于本發(fā)明動作速度快，短路發(fā)生時關(guān)斷的故障電流小， 所需的關(guān)斷器件額定值也相應(yīng)降低，從而提高了斷路器的經(jīng)濟(jì)性能。


圖1是傳統(tǒng)基于真空滅弧室強迫關(guān)斷原理的真空直流斷路器原理圖。圖2是本發(fā)明原理圖。圖3是電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)原理圖。圖4是本發(fā)明短路關(guān)斷過程中電流示意圖。圖5是本發(fā)明具體實施例的電流波形圖。圖中，1、高速真空觸頭機(jī)構(gòu)；2、電流產(chǎn)生電路；3、續(xù)流電路；4、吸能電路；5、斥力金屬盤；6、斥力驅(qū)動線圈。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖2所示，高速真空直流限流斷路器包括用于接收到外部命令時快速分閘的高速真空觸頭機(jī)構(gòu)1、用于在真空滅弧室中制造電流過零點的反向電流產(chǎn)生電路2、用于使真空滅弧室電流過零后得到零電壓恢復(fù)時間的續(xù)流電路3以及用于吸收電路能量的吸能電路4，所述的高速真空觸頭機(jī)構(gòu)1、反向電流產(chǎn)生電路2、續(xù)流電路3和吸能電路4并聯(lián)連接， 吸能電路4可以為壓敏電阻或其它具有能量吸收功能的電子元器件或其組合。高速真空觸頭機(jī)構(gòu)1包括真空滅弧室和高速電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)，真空滅弧室設(shè)有動導(dǎo)電桿，動導(dǎo)電桿與高速電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接。如圖3所示，高速電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括層疊放置的斥力金屬盤5和斥力驅(qū)動線圈6，斥力金屬盤5位于斥力驅(qū)動線圈6的正上方，斥力金屬盤5與真空滅弧室中的動導(dǎo)電桿連接，斥力驅(qū)動線圈6兩端連接有驅(qū)動電路， 驅(qū)動電路包括預(yù)充電的電容Cl、晶閘管Tl和續(xù)流二極管Dl組成，所述電容Cl的正極與晶閘管Tl的陽極連接，晶閘管Tl的陰極、續(xù)流二極管Dl的陰極與斥力驅(qū)動線圈一端連接，電容Cl的負(fù)極、續(xù)流二極管Dl的陽極與斥力驅(qū)動線圈另一端的連接。
反向電流產(chǎn)生電路2由預(yù)充電電容C2、晶閘管T2、電感L及續(xù)流二極管D2組成， 電容C2的正極與晶閘管T2的陽極連接，電容C2的負(fù)極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)正端連接，所述電感L和續(xù)流二極管D2并聯(lián)連接，晶間管T2陰極與續(xù)流二極管D2的陰極連接，續(xù)流二極管D2的陽極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)的負(fù)端連接。續(xù)流電路3為續(xù)流二極管D3，所述續(xù)流二極管D3的陽極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)的負(fù)端連接，所述續(xù)流二極管D3的陰極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)的正端連接。本發(fā)明的工作原理如下正常工作時額定電流Itl高速真空斷路器1上流過，如圖4所示，假設(shè)、時刻系統(tǒng)發(fā)生短路故障，經(jīng)過的檢測判斷后控制器給高速真空斷路器1發(fā)出動作信號，經(jīng)過一定機(jī)械延時后高速真空斷路器在、時刻分離，同時反向電流產(chǎn)生電路2發(fā)出反向電流^”、時刻主回路電流與反向電流iCl相等，此時流過高速真空斷路器1的電流減小為零，此后關(guān)斷回路電流大于主回路電流，續(xù)流電路3的續(xù)流二極管Dl導(dǎo)通，高速真空斷路器1兩端電壓為零，直至t3時刻主回路電流與反向電流iCl再次相等，真空滅弧室的零電壓恢復(fù)時間為、 =t3-t2。此后主回路電流轉(zhuǎn)移至反向電流產(chǎn)生電路2，電容C被反向充電，電壓不斷升高， 當(dāng)電容反向充電電壓超過壓敏電阻MOV的門檻值時，MOV導(dǎo)通限壓吸能，短路電流被切斷。圖5所示為本實施例的一次樣機(jī)短路限流實驗波形圖，樣機(jī)額定400A/1000V，預(yù)期短路電流峰值10kA，時間常數(shù)ans。當(dāng)主回路電流大于1000A且持續(xù)時間大于20US時認(rèn)為系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，高速真空斷路器在短路故障出現(xiàn)后75us打開，電流峰值限制到 2500A以下，系統(tǒng)過電壓小于2000V，分?jǐn)鄷r間小于ans。
權(quán)利要求
1.一種高速真空直流限流斷路器，其特征在于，包括用于接收到外部命令時快速分閘的高速真空觸頭機(jī)構(gòu)(1)、用于在真空滅弧室中制造電流過零點的反向電流產(chǎn)生電路O)、 用于使真空滅弧室電流過零后得到零電壓恢復(fù)時間的續(xù)流電路(3)以及用于吸收電路能量的吸能電路G)，所述的高速真空觸頭機(jī)構(gòu)(1)、反向電流產(chǎn)生電路O)、續(xù)流電路⑶和吸能電路⑷并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速真空直流限流斷路器，其特征在于，所述高速真空觸頭機(jī)構(gòu)(1)包括真空滅弧室和高速電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述真空滅弧室設(shè)有動導(dǎo)電桿，所述動導(dǎo)電桿與高速電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速真空直流限流斷路器，其特征在于，所述高速電磁斥力驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括層疊放置的斥力金屬盤和斥力驅(qū)動線圈，所述斥力金屬盤與所述動導(dǎo)電桿連接，所述斥力驅(qū)動線圈兩端連接有驅(qū)動電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速真空直流限流斷路器，其特征在于，所述驅(qū)動電路包括預(yù)充電的電容Cl、晶閘管Tl和續(xù)流二極管Dl組成，所述電容Cl的正極與晶閘管Tl的陽極連接，晶閘管Tl的陰極、續(xù)流二極管Dl的陰極與斥力驅(qū)動線圈一端連接，電容Cl的負(fù)極、 續(xù)流二極管Dl的陽極與斥力驅(qū)動線圈另一端的連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速真空直流限流斷路器，其特征在于，所述反向電流產(chǎn)生電路O)由預(yù)充電電容C2、晶閘管T2、電感L及續(xù)流二極管D2組成，電容C2的正極與晶閘管T2的陽極連接，電容C2的負(fù)極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)正端連接，所述電感L和續(xù)流二極管 D2并聯(lián)連接，晶間管T2陰極與續(xù)流二極管D2的陰極連接，續(xù)流二極管D2的陽極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)的負(fù)端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速真空直流限流斷路器，其特征在于，所述續(xù)流電路(3)為續(xù)流二極管D3，所述續(xù)流二極管D3的陽極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)的負(fù)端連接，所述續(xù)流二極管D3的陰極與高速真空觸頭機(jī)構(gòu)的正端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速真空直流限流斷路器，其特征在于，所述吸能電路(4)為壓敏電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種限流斷路器高速觸頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括一機(jī)架，機(jī)架中依次固定安裝有電磁斥力機(jī)構(gòu)、彈簧連接機(jī)構(gòu)、永磁機(jī)構(gòu)；電磁斥力機(jī)構(gòu)包括平行疊放的斥力驅(qū)動線圈和斥力金屬盤，斥力驅(qū)動線圈兩端連接有用于提供驅(qū)動電流的驅(qū)動電路；彈簧連接機(jī)構(gòu)包括沿斥力金屬盤周向布置的彈性部件；永磁機(jī)構(gòu)包括靜鐵心和靜鐵心中部鑲嵌的永磁體，所述的永磁體的兩側(cè)分別安裝有分閘線圈和合閘線圈，在永磁體和靜鐵心的磁極之間設(shè)置有動鐵心，動鐵心中設(shè)有動觸頭驅(qū)動桿，動觸頭驅(qū)動桿依次穿過靜鐵心、彈簧連接機(jī)構(gòu)、斥力驅(qū)動線圈以及斥力金屬盤的軸心部與斷路器觸頭連接。本發(fā)明具有分閘時間短、初始分離速度快、動作可靠性高、機(jī)械壽命長的等優(yōu)點。
文檔編號H01H33/666GK102290279SQ201110183288
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者劉路輝, 莊勁武, 徐國順, 武瑾, 江壯賢, 王晨 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學(xué)