电压的情况下完成闭合，故不产生电弧，K触点闭合后便自动接替桥开关承载负载电流(桥开关的入端和出端处于接近被K的主触点短接的状态)，此后的桥开关通道可以继续开通(不影响K工作，也不会产生热量)，也可以自动关闭(Tl、T2...Tn截止)，控制器P则进入对电路电压、电流、及桥开关参数情况的监控和监测状态，做好紧急跳闸和故障报警的准备。
[0023]强控电路的作用和原理:正常情况:在高压电力系统中，断路器处于正常分闸状态时，负荷端一般是未投入状态，即断路状态，对于本断路器而言，K触点必处于断开状态，此时强控电路中E的电压通过D1-D4通路全部施加在C两端，桥开关中开关组承受的是O电压，能可靠地处于截止状态。
[0024]特殊情况:如果实际负荷的主电路与本断路器出端处于实时连接状态，仅因为本断路器处于分闸状态而未参与供电，或者实际负荷正在靠其他断路器供电工作，则本断路器将处于准备带载合闸工况，而此时若出现干扰电压施加于Tl、T2...Tn的控制极，则可能Tl、T2...Tn会误导通，P监测到Tl、T2...Tn误通信号便立即触发D导通，D导通瞬间Tl、T2...Tn立即承受到来自E的反偏置电压，从而立刻被强制截止，强控电路起到了防误动作的作用。
[0025]分闸情况:在分闸时，Tl、T2...Tn进入可靠导通状态后等K的触点一断开则应立即截止，为了保证Tl、T2...Tn由导通状态快速进入截止状态，P —方面及时撤掉Tl、T2...Tn控制极的高电平信号，另一方面还对强控电路的D的控制极施加高电平信号，造成D的导通，此时处于导通状态的Tl、T2...Tn承受到来自E的反偏置电压，不论其是全控件还是半控件均会被强行快速截止。
[0026]在C的隔离作用下，R和E只在强制关断Tl、T2...Tn的过程中有电流流动。
[0027]所述机械开关K，是指普通的、无灭弧装置的、不需要特殊合金的继电器或其他电控机械开关，也可以是具有载流主触点的电磁储能或机械储能开关等，其主触点受控于线圈或驱动装置，而线圈或驱动装置受控于P，也可以受控于由P控制的继电器或接触器，K主触点的入端和出端分别连接桥开关的入端和出端。
[0028]所述桥开关，以二极管D1、D2、D3、D4为桥臂、以η个(η彡2)互相并联的无触点开关(T1、T2...Tn)组及强控电路为桥，Dl正极和D2负极共点连接作为桥开关入端，D3正极和D4负极共点连接作为桥开关出端，Dl正极极、D3正极及Tl、Τ2...Tn的负极共点连接，D2负极、D4负极及T1、T2...Tn的正极共点连接，开关组的控制极(T1、T2...Tn的控制极)共点连接P，在极性连接规则不变的情况下，桥开关中二极管D1-D4的位置和T1、T2...Tn的位置均可以互换，桥开关入端与K触点入端同接电源输入(IR)端，桥出端与K触点出端同接电源输出(OUT)端，D1-D4可以是任意型号的高压电力二极管，Tl、T2...Tn可以是半控型或全控型电力电子开关或模块(例如:SCR、GTR、GTO, IGBT, IGCT, IEGT, SIT、BSIT、SITH、IPM、PIC、MOSFET 或 P-M0SFET 等)。
[0029]所述强控电路，由电压源E、电容C、电阻R及开关管D组成，其中C的正极与D2负极、D4负极及开关组中Tn的正极共点连接，C的负极接E的负极，E的正极连接D的正极和R的一端，R的另一端和D的负极与Dl正极和D3正极及开关组中Tl的负极共点连接，D的控制极接P，C可选普通高压直流电容，E选用有源或无源的电压源，R选高压电阻，D可选任意功率的高压电力电子开关或模块(如:SCR、GTR、GTO, IGBT, IGCT, IEGT, SIT、BSIT、SITH,IPM、PIC、MOSFET 或 P-MOSFET 等)。
[0030]所述控制器P，可以是计算机、单片机或芯片、控制板、工控机(如PLC等)、控制仪表或智能控制模块等。P的信号线与电流或电压监测仪表(V1、V2)相连，其控制线既要与T1、T2...Tn的控制极相连，又要与K的控制线圈或驱动装置相连。
[0031]所述监测仪表Vl和V2，可以是任何一种电量变换装置(如电压或电流变换器、波形畸变率或电压波动幅度或电流变化率类变换器类)或监测类仪表或监测器件(例如霍尔元件类)等，以隔离的模式分别装设在断路器的输入(IR)端和输出(OUT)端，其信号线连接P。
[0032]受大功率电力电子器件耐压水平现实的影响，本实用新型主要适用于3KV、6KV、10KV、33KV、66KV等电压级别的电力系统断路器，本领域技术人员知悉，在本实用新型的技术思路框架下，可以通过串联使用大功率电力电子器件来实现更高电压级别的电力系统的无电弧通断，而在大功率、高耐压型电力电子器件成功问世后，可以直接采用大功率高耐压级别的电力电子器件与普通机械开关配合实现更高电压领域的无电弧通断。因此，本实用新型的电压适用范围并不受限制，只要是在强电领域内以规避电弧为目的而采用电力电子器件或模块与普通机械开关联合组成无电弧电力断路器或大功率无电弧开关就是本专利的保护范围。
【主权项】
1.一种无电弧型增压桥强控式高压电力断路器，其特征是:由机械开关K、桥开关及强控电路、控制器P、输入及输出监测仪表Vl与V2构成，桥开关由二极管Dl、D2、D3、D4和串联无触点开关组Tl-Tn组成，Dl正极和D2负极与K触点入端同接高压输入(IR)端，D3正极和D4负极与K触点出端同接高压输出(OUT)端，开关组Tl-Tn的控制极接P，分闸时K触点先断而开关组后断，合闸时开关组先通而K触点后通，利用开关组的无电弧通断特性消除高压断路器产生电弧的条件。
2.根据权利要求1所述的无电弧型增压桥强控式高压电力断路器，特征是:机械开关K，可以是能区分为动触点和静触点的、也可以是不区分动、静触点的机械开关，还可以是具有载流主触点的电磁储能或机械储能开关等，其触点的入端和出端分别连接无触点桥开关的入端和出端，K的动作线圈或驱动装置受控于P，也可受控于由P控制的继电器、接触器。
3.根据权利要求1所述的无电弧型增压桥强控式高压电力断路器，其特征是:桥开关，由Dl、D2、D3、D4和并联无触点开关组Tl-Tn组成，D2正极和Dl负极与K触点入端同接电源输入(IR)端，D4正极和D3负极与K触点出端同接电源输出(OUT)端，Dl正极和D3正极、开关组中Tl的负极及强控电路中开关管D的负极共点连接，D2负极、D4负极、开关组中Tn的正极及强控电路中电容C的正极共点连接，Tl-Tn的控制极接P，D1-D4为高压电力二极管，Tl-Tn为高压电力电子开关管或模块，可以是SCR、GTR、GTO, IGBT, IGCT, IEGT, SIT、BSIT、SITH、IPM、PIC、MOSFET 或 P-M0SFET。
4.根据权利要求1所述的无电弧型增压桥强控式高压电力断路器，其特征是:强控电路，由电压源E、电容C、电阻R及开关管D组成，其中C的正极与D2负极、D4负极及开关组中Tn的正极共点连接，C的负极接E的负极，E的正极连接D的正极和R的一端，R的另一端和D的负极与Dl正极和D3正极及开关组中Tl的负极共点连接，D的控制极接P，C可选普通高压直流电容，E选用有源或无源的电压源，R选高压电阻，D可选任意功率的高压电力电子开关或模块，可以是 SCR、GTR、GTO、IGBT、IGCT、IEGT、SIT、BSIT、SITH、IPM、PIC、MOSFET或P-MOSFET。
5.根据权利要求1所述的无电弧型增压桥强控式高压电力断路器，其特征是:控制器P，可以是计算机、单片机、工控机、控制板、控制仪表或智能控制模块，P的信号线接监测仪表V1、V2和人工外输入信号装置，其控制线接Tl-Tn的控制极和K的动作线圈或驱动装置。
6.根据权利要求1所述的无电弧型增压桥强控式高压电力断路器，其特征是具有监测功能的仪表Vl和V2，是一种电量变换装置，可以是电压变换器或电流变换器、波形畸变仪、电压波动仪、电流变化率仪、电量监测仪表或监测器件，以隔离的模式分别装设在断路器的入端和出端，其信号线接P。
【专利摘要】本实用新型提供一种无电弧型增压桥强控式高压电力断路器，由机械开关K、桥开关及强控电路、控制器P、输入及输出监测仪表V1与V2构成，桥开关以二极管D1、D2、D3、D4为桥臂、以串联无触点开关组(T1T2...Tn、n≥2)及强控电路为桥，而强控电路由电容C、电压源E、电阻R及无触点开关D组成，D1正极和D2负极与K触点入端同接电源输入(IR)端，D3正极和D4负极与K触点出端同接电源输出(OUT)端，开关组控制极接P，分闸时K触点先断而开关组后断，合闸时开关组先通而K触点后通，用此类断路器代替现行的高压断路器，则高压断路器防控电弧的课题将不复存在。
【IPC分类】H01H33-04
【公开号】CN204441175
【申请号】CN201520092724
【发明人】刘娜, 孙毅彪
【申请人】孙毅彪
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月6日