一种抑制关断过电压的直流断路器表计一体化装置

1.本发明涉及直流测量保护设备技术领域，具体为一种抑制关断过电压的直流断路器表计一体化装置。


背景技术：

2.在直流系统中，当发生故障直流固态断路器动作时，动作初期电流会有较大的瞬时变化量。在寄生电感的作用下会产生很高的过电压，这一过电压将危害断路器的使用安全，减少其使用寿命。现有技术中常采取rc或rcd缓冲电路来抑制关断初期断路器过电压的问题，如图1所示。但此种方法需考虑缓冲电阻r和缓冲电容c的取值配合问题。当r值过大则会影响电容c对故障电流的吸收，当电容c过大则会增加换流时间影响开关速度。现有技术另一种抑制关断过电压的思路为以直流固态断路器经典拓扑结构为基础对其进行设计。如在直流断路器原有mov支路基础上，并联额外的支路为缓冲支路，来抑制直流固态断路器动作初期过电压的问题。
3.采用rc或rcd缓冲电路来抑制关断初期断路器过电压的方法在电阻和电容的参数选择上需考虑诸多因素。当电阻值过大则会影响电容对故障电流的吸收，当电容过大则会增加换流时间影响开关速度，并且电容值过大其自身体积也较大不利于直流固态断路器的整体设计与安装。在直流固态断路器经典拓扑结构上并联mov支路作为缓冲支路则对两条支路参数的配合并且增加了断路器的生产制造成本


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为抑制直流固态断路器动作初期的过电压，而提出一种通过减少mov支路寄生电感的方式来抑制关断过电压的直流断路器表计一体化装置。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种抑制关断过电压的直流断路器表计一体化装置，该装置设置在直流电源和负载之间，包括直流断路器本体和设置在的所述直流断路器上的电能检测部件；
7.所述直流断路器本体内部线路上设有mosfet支路与mov支路，所述mosfet支路与mov支路之间并联，并使得mosfet支路与mov支路之间产生磁场相耦合的作用；
8.所述电能检测部件包括电压电流采集模块、电能计量模块、控制模块、通讯模块、显示模块和驱动模块；所述控制模块分别电性连接电压电流采集模块、电能计量模块、通讯模块、显示模块和驱动模块。
9.优选的，所述电压电流采集模块用于检测电路中的电压电流的数值。
10.优选的，所述电能计量模块用于采集电量数值，所述电能计量采用rn8209c芯片。
11.优选的，所述控制模块用于发送信号控制驱动模块对mosfet的关断；所述控制模块采用stm32系列芯片控制。
12.优选的，所述通讯显示模块用于显示工作异常断开开关的提示，并且通过通讯模块发送此次故障信息到上位机进行故障数据统计收集，提醒工作人员安排维修，所述通讯
模块采用rs485协议。
13.优选的，所述mov支路上设有电阻r1，电阻r1和mov串联在mov支路上。
14.优选的，所述mosfet支路上设有电阻r2，电阻r2和mosfet串联在mosfet支路上。
15.优选的，所述直流断路器本体内部线路上设有电阻r3。
16.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
17.本发明通过利用直流断路器mosfet线路与mov线路产生磁场相耦合的作用；减小了mov支路的寄生电感从而降低了关断过电压，提高了断路器关断的成功率，保护了设备，延长了设备的使用寿命。并且设计了直流断路器与表计一体化设备，拓宽了产品的使用场景，未来可在直流配电网中起到关键性设备作用。通讯模块可将采集数据与故障信息进行整合发送，有助于故障分析，缩短了维修时间，提高了用电可靠性。
附图说明
18.图1为现有技术中常采取rc或rcd缓冲电路来抑制关断初期断路器的电路图；
19.图2为一种抑制关断过电压的直流断路器表计一体化装置的电路图；
20.图3为一种抑制关断过电压的直流断路器表计一体化装置中电能测量工作原理图；
21.图4为仿真模型电路图；
22.图5为mov两端电压仿真结果。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.参照图2-5，一种抑制关断过电压的直流断路器表计一体化装置，该装置设置在直流电源和负载之间，包括直流断路器本体和设置在的所述直流断路器上的电能检测部件；
25.所述直流断路器本体内部线路上设有mosfet支路与mov支路，所述mosfet支路与mov支路之间并联，并使得mosfet支路与mov支路之间产生磁场相耦合的作用；
26.所述电能检测部件包括电压电流采集模块、电能计量模块、控制模块、通讯模块、显示模块和驱动模块；所述控制模块分别电性连接电压电流采集模块、电能计量模块、通讯模块、显示模块和驱动模块。
27.所述电压电流采集模块用于检测电路中的电压电流的数值。
28.所述电能计量模块用于采集电量数值，所述电能计量采用rn8209c芯片。
29.所述控制模块用于发送信号控制驱动模块对mosfet的关断；所述控制模块采用stm32系列芯片控制。
30.所述通讯显示模块用于显示工作异常断开开关的提示，并且通过通讯模块发送此次故障信息到上位机进行故障数据统计收集，提醒工作人员安排维修，所述通讯模块采用rs485协议。
31.所述mov支路上设有电阻r1，电阻r1和mov串联在mov支路上。
32.所述mosfet支路上设有电阻r2，电阻r2和mosfet串联在mosfet支路上。
33.本发明的工作原理：本实施例中，当负载发生短路时电流将会增大，采集模块检测到电流超过设定的阈值时，控制模块会发出关断信号到驱动模块使得mosfet关断。发生短路时，mosfet两端的电压将开始上升，当电压上升到mov的击穿电压时，mov电阻迅速下降，流过mov支路的电流i
mov
迅速上升，流过mosfet的电流i
switch
则迅速衰减，电流实现了由mosfet支路向mov支路的转移；
34.由电流的磁效应得知当电流通过导线后，根据右手定则在线圈中会形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电动势来抵制通过导线中的电流。变化电流产生变化磁场，而变化磁场又产生反向电场来阻止电流变化，这就使得导线有了电感的属性，即电流变化的导线可以等效出寄生电感l。由于mov线路上寄生电感的存在，并且在电流由mosfet支路向mov支路的转移流过mov支路电流变化率很大。故在换流的过程中mov支路会产生过电压：
[0035][0036]
为抑制寄生电感在mov支路的电流i
mov
迅速上升时产生的过电压，可采取抑制支路导线附近磁场的方法。通过相邻导线的磁场耦合达到抑制mov支路周围磁场的效果，从而减少mov支路寄生电感的值。即mov支路与mosfet支路并联耦合。当两条支路流过电流时，耦合磁场对原有mov磁场产生了抑制作用，从而达到降低mov支路寄生电感的作用，从而降低由mov支路由寄生电感而产生的过电压。
[0037]
为了验证方法：在仿真软件saber上搭建图2所示断路器模型，如图4所示。采用n沟道型mosfet，并将其参数导入saber中搭建模型。模型中参数为：mosfet支路寄生电感l
st2
设为500nh，mov支路寄生电感l
st1
设为1000nh，线路上寄生电感l
st3
设为20uh。直流电源为360v。仿真结果如图5所示。无耦合情况下关断过电压峰值为1007v，采用本发明方法后关断过电压峰值为978v，降低了关断时的mosfet支路两侧的过电压，采取本方法后关断过电压峰值降低了2.8％。
[0038]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。