专利名称：电磁斥力驱动活塞式高速开断器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电网短路故障时快速限流分断的开断器，具体涉及一种电磁斥力驱动活塞式高速开断器。
背景技术：
随着电网中的短路电流水平的日益提高，短路电流峰值可达到IOOkA以上，且短路电流上升速率di/dt极高，传统断路器的极限分断能力不足，且动作时间较长，难以满足短路故障快速限流分断的要求。在电网中装设新型故障限流装置(FCL)是解决该类问题的较理想方案，国内外已开展了多种原理的新型限流装置研究，例如超导限流器、固态限流器、液态金属限流器、限流断路器、限流熔断器等。限流熔断器是将爆炸开断技术与快速熔断器技术结合的一种高速限流保护装置，也是目前为止商用化应用最广泛的限流保护技术之一。按照工作原理，限流熔断器可分为电子测控式限流熔断器和电弧触发式限流熔断器两种。电子测控式限流熔断器由电子式检测触发装置、炸药开断器及与之并联的快速熔断器组成。目前电子测控式限流熔断器的代表性产品有ABB公司的Is-limiteiNFerraz公司的Pyristor、G&W公司的Clip等，其检测触发装置的原理均是通过电流传感器检测线路电流的幅值或变化率，当超过设定值时由电子控制单元发出信号引爆开断器中的炸药完成分断。这类产品的额定电压可达到40.5kV，额定电流可到5kA，开断电流可达到200kA以上，在国内外已有大量应用。但是由于该装置故障检测采用传感器和电子电路，实际应用中存在电磁干扰或元器件失效等因素造成误动或拒动的问题。电弧触发式限流熔断器采用电弧触发器取代了电子传感器和控制单元，直接利用短路电流的热效应作为短路检测手段和触发条件。发生短路时，电弧触发器中熔体在短路电流作用下熔断产生电弧，利用该电弧电压引爆炸药开断器内的炸药并完成分断，克服了电子测控式限流熔断器检测触发装置可靠性低、需要外接电源等缺点。然而无论是电子测控式限流熔断器，还是电弧触发式限流熔断器，它们的高速开断器都是依靠炸药爆炸产生的冲击力来进行驱动，使开断器快速分断并将电流转移到灭弧熔断器上。而采用炸药驱动的局限性在于:①炸药寿命有限，会随使用时间的增长而逐渐分解失效；②炸药等火工品的价格昂贵，每次动作后需要更换，经济性差；③对环境温度要求苛刻；④短路分断时噪音大，且爆炸时会产生火花，在一些有易燃气体的特殊场合使用时，需要封闭式箱体，整体体积较大。因此，需要考虑能够替代炸药驱动开断器的其它新型快速驱动方式。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种可替代炸药驱动技术的分断速度快、可靠性高的电磁斥力驱动活塞式高速开断器。本发明采用的技术方案是:一种电磁斥力驱动活塞式高速开断器，包括斥力驱动电路、连接在斥力驱动电路中的斥力线圈、输入接线端子和输出接线端子，输入接线端子和输出接线端子之间跨接有桥体，桥体外套有绝缘套筒，桥体下方设有斥力盘，斥力盘位于斥力线圈上方，斥力盘上固定有可将桥体打断的绝缘块。进一步地，所述斥力驱动电路包括串接在一起的预先充好电压的电容器、晶闸管和续流二极管，电容器正极和负极分别与续流二极管负极、晶闸管阴极连接，续流二极管正极与晶闸管阳极连接，所述斥力线圈串联在电容器与晶闸管之间并与续流二极管并联。斥力驱动电路通过控制晶闸管的导通向斥力线圈提供大脉冲电流，脉冲电流流过斥力线圈时，在其上产生磁场并作用于斥力盘上。进一步地，所述桥体包括中央铜块和上下两端的连接块，连接块材质为金属，中央铜块上下两端边缘分别与上下两端的连接块连为一体，上下两端的连接块分别与输入接线端子和输出接线端子相连；连接块中央开设方形或圆形孔；所述中央铜块为长方体或圆柱体结构，与连接块中央开设的方形或圆形孔相配合。进一步地，所述桥体包括中央铜块和上下两端的连接块，连接块材质为金属，连接块中央开设锥形孔；所述中央铜块为圆锥体结构，中央铜块上下两端分别嵌入上下两端连接块的锥形孔中，上下两端的连接块分别与输入接线端子和输出接线端子相连。进一步地,所述绝缘套筒的材质为环氧树脂或其它绝缘材料；绝缘套筒上下两端分别与输入接线端子和输出接线端子相连，实现桥体与外部环境之间的隔离。进一步地，所述斥力盘为用于感应斥力线圈产生的磁场并产生电磁斥力驱动绝缘块撞击打断桥体的铝盘或铜盘。更进一步地，所述绝缘块材质绝缘材料绝缘块上端穿过输入接线端子并延伸到桥体下方。本发明采用电磁斥力驱动技术替代了炸药驱动技术，克服了炸药驱动技术的不足，并通过在两个接线端子间连接桥体的结构作为通流电路，既满足了大电流通流的温升要求，又降低了打断这种开断器所需的能量，大大降低了成本、提高了分断速度和可靠性，有着广阔的工程应用前景和良好的经济效益。
图1为本发明的电路原理图。图2为本发明的一种桥体的纵向剖面图。图3为本发明的另一桥体的纵向剖面图。图4为本发明应用于混合型限流熔断器的第一种方案示意图。图5为图4中第一种方案的混合型限流熔断器分断过程的电压、电流示意图。图6为本发明应用于混合型限流熔断器的第二种方案图。图7为图6中第二种方案的混合型限流熔断器分断过程的电压、电流示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。如图1所示,本发明包括斥力驱动电路和连接在斥力驱动电路中的斥力线圈L。。斥力驱动电路包括串接在一起的预先充好电压的电容器Ctl、晶闸管Ftl和续流二极管Dtl，电容器Ctl正极和负极分别与续流二极管Dtl负极、晶闸管Ftl阴极连接，续流二极管Dtl正极与晶闸管Ftl阳极连接，斥力线圈串联在电容器Ctl与晶闸管Ftl之间并与续流二极管Dtl并联，晶闸管Ftl接收到外部电路的触发信号Rt后导通。本发明还包括输入接线端子I和输出接线端子2，输入接线端子I和输出接线端子2之间跨接有桥体。桥体外紧密包裹有绝缘套筒5，绝缘套筒5的材质为环氧树脂或其它绝缘材料；绝缘套筒5上下两端分别与输入接线端子I和输出接线端子2相连，实现桥体与外部环境之间的隔离。桥体下方设有斥力盘6，斥力盘6为铝盘或铜盘，斥力盘6位于斥力线圈Ltl上方，用于感应斥力线圈Ltl产生的磁场并产生电磁斥力驱动绝缘块7打断桥体。斥力盘6上固定有可将桥体上下两端分离的的绝缘块7，绝缘块7为绝缘材料做成，绝缘块7上端穿过输入接线端子I并延伸到桥体的中央铜块4下方。如图2所示，桥体包括中央铜块4和上下两端的连接块3 ;中央铜块4上下两端边缘分别与上下两端的连接块3连为一体，上下两端的连接块3通过螺栓分别与输入接线端子I和输出接线端子2相连，实现正常流通与分断线路。连接块3材质为金属，中央开设方形或圆形孔；中央铜块4为长方体或圆柱体结构，与连接块3中央开设的方形或圆形孔相配
八
口 ο图2中桥体的连接块3与中央铜块4为一体结构。现设计另一种桥体，如图3所示，桥体的连接块3与中央铜块4是分离的，连接块3中央开设锥形孔，中央铜块4设计成圆锥体嵌入连接块3的锥形孔中，中央铜块4上端直径大于下端直径，通过下端连接块开设的锥形孔卡住中央铜块4。绝缘块7受力向上动作顶着中央铜块4向上运动，从而使桥体断开本发明的工作原理如下:短路发生时，斥力驱动电路中的晶闸管Ftl收到动作触发信号Rt而导通，预先充好电的电容器Ctl开始向斥力线圈Ltl放电并产生电流，电流在斥力线圈Ltl中形成磁场，该磁场作用于上方的斥力盘5产生电磁斥力，斥力盘5带动绝缘块7经一定动作延迟时间后，向上撞击打断开断器中的桥体，实现输入接线端子I与输出接线端子2之间电路的分断。如图4所示，为本发明的电磁斥力驱动活塞式高速开断器应用于混合型限流熔断器中的第一种方案:电弧触发器置于电磁斥力驱动活塞式高速开断器和灭弧熔断器的并联支路之外，该装置简称其为电弧触发器外置方案。如图5所示，为图4的电弧触发器外置方案的混合型限流熔断器分断过程的电流、电压示意图。电弧触发器外置应用方案的工作原理为:正常工作时，电流i经过电弧触发器8，并主要从电磁斥力驱动活塞式高速开断器上流过即电流I1，灭弧熔断器10上有少量电流i2流过。短路发生时，电弧触发器8中的熔体熔断起弧，灭弧熔断器10两端电压u变为弧压U1，在电弧触发器8两端并联的脉冲变压器9向斥力驱动电路中的晶闸管F。发触发信号Rt，预先充电的电容器C。向斥力线圈Ltl放电并产生电流，电流在斥力线圈Ltl中形成磁场，该磁场作用于上方的斥力盘6产生电磁斥力，斥力盘6带动绝缘块7经一定动作延迟时间ta后，向上打断开断器中的桥体，此时灭弧熔断器8两端电压u变为弧压U2,电流I1从开断器向灭弧熔断器10转移，经过换流时间t。后电流ii全部转移到灭弧熔断器10上，此后灭弧熔断器10经过一段时间丨2熔断起弧，灭弧熔断器10两端出现过电压，短路电流开始下降，最终电路完全分断，灭弧熔断器10两端电压U变为恒压ue。tz为开断器电流ii过零后的介质恢复时间，如果开断器中介质已经恢复绝缘则可以承受该过电压，否则开断器会被过电压重新击穿，影响限流效果。发生短路后，从电弧触发器8熔断起弧时刻h，经绝缘块7的动作时间ta后，即从开断器的桥体被打断时刻h起，电流I1从开断器向灭弧熔电流i2断器转移，经过换流时间tc后即t2时刻电流I1全部转移到灭弧熔断器上，到灭弧熔断器起弧时刻t3，电流到达峰值并开始下降，至电路分断时刻电流“下降至零。如图6所示，为本发明的电磁斥力驱动活塞式高速开断器在混合型限流熔断器中应用的第二种方案:电弧触发器和电磁斥力驱动活塞式高速开断器串联后，再和灭弧熔断器并联。对图3的方案作进一步分析可知，电磁斥力驱动活塞式高速开断器在电流向灭弧熔断器换流过程中存在燃弧过程，其电流过零后的介质恢复的好坏受开断器换流燃弧能量大小的影响。因此，本专利又给出了一种可减小开断器燃弧能量的改进方案，相对于图3的电弧触发器外置方案，这种改进方案也称为电弧触发器内置方案。如图7所示，为图6的电弧触发器内置方案的混合型限流熔断器分断过程的电流、电压示意图。电弧触发器内置应用方案的工作原理为:正常工作时，电流i主要从电弧触发器及开断器上流过，灭弧熔断器有少量电流i2流过。短路发生后，电弧触发器8首先熔断起弧，电流I1将立即向灭弧熔断器10上转移，同时由脉冲变压器9向晶闸管Ftl发触发信号Rt，由于绝缘块打断开断器中的桥体需要一定时间ta，即当t2时刻绝缘块打断桥体，此时电流I1已经全部或大部分转移到灭弧熔断器10上，因此开断器上燃弧能量极小，此后绝缘块7继续向上运动使桥体继续分离，并形成足够的开距，tz为开断器电流I1过零后的介质恢复时间，t3时刻灭弧熔断器10熔断起弧产生过电压，此电压加载到开断器两端，短路电流开始下降，最终电路完全分断。对比电弧触发器外置和电弧触发器内置两种应用方案可知:(I)内置方案在电弧触发器起弧时刻就开始换流，而外置方案需要电弧触发器将信号发给开断器并要等绝缘块将桥体打断后才开始换流，如果两方案的电弧触发器起弧时刻％相同的话，内置方案的换流电流起点低，换流时间更短，限流后的电流峰值能做到更低；(2)内置方案中开断器桥体被打断时刻是在换流过程结束之后，其上电流此时已经接近零，开断器中形成的燃弧能量很小，而外置方案中的换流过程是在开断器桥体被打断起弧时开始的，开断器换流电流较大，因此会产生较大的燃弧能量，对介质恢复过程非常不利。综上所述，与电弧触发器外置方案相比，电弧触发器内置方案具有开断器换流时刻早、换流时间短、燃弧能量小和介质恢复特性好的优点，应用时可优先考虑电弧触发器内
置方案。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种电磁斥力驱动活塞式高速开断器，其特征在于:包括斥力驱动电路、连接在斥力驱动电路中的斥力线圈、输入接线端子和输出接线端子，输入接线端子和输出接线端子之间跨接有桥体，桥体外套有绝缘套筒，桥体下方设有斥力盘，斥力盘位于斥力线圈上方，斥力盘上固定有可将桥体打断的绝缘块。
2.根据权利要求1所述的电磁斥力驱动活塞式高速开断器，其特征在于:所述斥力驱动电路包括串接在一起的预先充好电压的电容器、晶闸管和续流二极管，电容器正极和负极分别与续流二极管负极、晶闸管阴极连接，续流二极管正极与晶闸管阳极连接，所述斥力线圈串联在电容器与晶闸管之间并与续流二极管并联。
3.根据权利要求1所述的电磁斥力驱动活塞式高速开断器，其特征在于:所述桥体包括中央铜块和上下两端的连接块，连接块材质为金属，中央铜块上下两端边缘分别与上下两端的连接块连为一体，上下两端的连接块分别与输入接线端子和输出接线端子相连；连接块中央开设方形或圆形孔；所述中央铜块为长方体或圆柱体结构，与连接块中央开设的方形或圆形孔相配合。
4.根据权利要求1所述的电磁斥力驱动活塞式高速开断器，其特征在于:所述桥体包括中央铜块和上下两端的连接块，连接块材质为金属，连接块中央开设维形孔；所述中央铜块为圆锥体结构，中央铜块上下两端分别嵌入上下两端连接块的锥形孔中，上下两端的连接块分别与输入接线端子和输出接线端子相连。
5.根据权利要求1所述的电磁斥力驱动活塞式高速开断器，其特征在于:所述绝缘套筒的材质为环氧树脂或其它绝缘材料；绝缘套筒上下两端分别与输入接线端子和输出接线端子相连。
6.根据权利要求1所述的电磁斥力驱动活塞式高速开断器，其特征在于:所述斥力盘为用于感应斥力线圈产生的磁场并产生电磁斥力驱动绝缘块撞击打断桥体的铝盘或铜盘。
7.根据权利要求1所述的电磁斥力驱动活塞式高速开断器，其特征在于:所述绝缘块材质为绝缘材料，绝缘块上端穿过输入接线端子并延伸到桥体下方。
全文摘要
本发明涉及一种电网短路故障时快速限流分断的开断器，具体涉及一种电磁斥力驱动活塞式高速开断器。它包括斥力驱动电路、连接在斥力驱动电路中的斥力线圈、输入接线端子和输出接线端子，输入接线端子和输出接线端子之间跨接有桥体，桥体外套有绝缘套筒，桥体下方设有斥力盘，斥力盘位于斥力线圈上方，斥力盘上固定有可将桥体打断的绝缘块。本发明采用电磁斥力驱动技术替代了炸药驱动技术，克服了炸药驱动技术的不足，并通过在两个接线端子间连接桥体的结构作为通流电路，既满足了大电流通流的温升要求，又降低了打断这种开断器所需的能量，大大降低了成本、提高了分断速度和可靠性，有着广阔的工程应用前景和良好的经济效益。
文档编号H01H3/28GK103151189SQ20131004257
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者庄劲武, 袁志方, 王晨, 张超, 徐国顺, 江壮贤 申请人:中国人民解放军海军工程大学