故障电流限制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及故障电流限制器。更具体地，本公开涉及用于诸如电力设备的系统中的故障电流限制器。
【背景技术】
[0002]通常，故障电流限制器是在电力系统中通过将故障电流(其可能发生于诸如雷击、接地和短路的意外)转换为正常电流来保护设备的装置。近来，相关技术领域使用多种故障电流限制器。故障电流限制器的种类可以通过其中使用的元件而分类，所述元件的非限制性示例为超导体、功率半导体和饱和铁心等。
[0003]通常，故障电流形成有主路径和电路限制路径。当正常电流导通时，主路径感测故障电流，随后限制或阻挡处在初期的故障电流。与主路径并联的电流限制路径通过对主路径的故障电流和负载电压进行处理来限制或阻挡故障电流。
[0004]当正常电流流通时，所有的电流流向主路径，然而，由于并联的主路径和电流限制路径之间的阻抗差，电流将流向电流限制路径。
[0005]图1是示出通常的故障电流限制器的框图。
[0006]如图1所示，通常的故障电流限制器包括主路径M和电流限制路径L。当正常电流流通时，电流Itot通过主路径和电流限制路径之间的阻抗差而分流为主路径电流I1和电流限制路径电流I2。
[0007]此时，电流限制元件100被电流限制路径电流I2加热。当更大的电流Ittrt流过，则会有更大的电流流向电流限制路径L。
[0008]因此，因为在电流限制路径L中流通的电流限制路径电流I2作为了损耗并且可能对电流限制操作施加约束，所以经常在电流限制路径L上安装开关以当正常电流流通时阻挡电流流向电流限制路径L。
[0009]然而，在此情况下存在这样的问题:需要一独立的附加控制电路以在合适的时间断开电流限制路径L上的开关，使得当故障电流发生时故障电流可以绕过主路径M而流向电流限制路径L。
【发明内容】
[0010]本公开旨在实现的技术挑战是，通过使用功率二极管并将在电流限制路径上的二极管的击穿电压设计为高于主电路的电压降，从而提供一种故障电流限制器，其能当故障电流发生时，将故障电流从主路径切换至电流限制路径。相反地，在处于正常状态时电流不流向电流限制路径。
[0011]本公开的一个总的方案中，提供了一种故障电流限制器，其包括开关，当故障电流发生时所述开关的触点被断开；电流限制元件，其配置为当故障电流发生时限制故障电流；二极管，其与所述电流限制元件串联，其中，所述二极管的击穿电压高于当正常电流流通时通过开关的阻抗造成的电压降。
[0012]在本公开的一些示例性实施例中，当开关由于故障电流高于所述二极管的击穿电压而断开之后产生电压时，所述二极管可以导通。
[0013]本公开的另一个总的方案中，可以提供一种故障电流限制器，其包括:测量单元，其配置为测量电流；检测单元，其配置为当通过所述测量单元判定故障电流发生时，发送用于断开开关的断开信号和用于关断功率半导体的关断信号；开关，其配置为通过所述断开信号而断开触点；功率半导体，其与所述开关串联以形成主路径并配置为通过所述关断信号而关断；电流限制元件，其配置为限制故障电流；以及二极管，其与所述电流限制元件串联以形成限制路径并且配置为阻挡正常电流流入限制路径。
[0014]在本公开的一些示例性实施例中，所述二极管可以包括:第一二极管，其正向连接；以及第二二极管，其反向连接并与所述第一二极管并联。
[0015]在本公开的一些示例性实施例中，所述二极管的击穿电压可以高于当正常电流流通时通过主路径的阻抗造成的电压降。
[0016]在本公开的一些示例性实施例中，所述二极管的击穿电压可以高于当正常电流流通时通过功率半导体的阻抗造成的电压降。
[0017]在本公开的一些示例性实施例中，所述电流限制元件可以包括:第一电力熔断器，其配置为阻挡故障电流流入限制路径；第一电阻器单元，其与所述第一电力熔断器并联并配置为在所述第一电力熔断器熔断之后阻挡故障电流；以及第二电力熔断器，其与第一电阻器单元串联并配置为在故障电流通过所述第一电阻器单元后阻挡故障电流。
[0018]在本公开的一些示例性实施例中，所述限制器可以进一步包括:第二电阻器单元，其布置在所述二极管和所述电流限制元件之间并配置为限制故障电流的第一个尖峰电流。
[0019]在本公开的一些示例性实施例中，相互连接的所述二极管和所述第二电阻器单元可以并联至所述功率半导体，并且所述电流限制单元可以与所述开关并联。
[0020]在本公开的一些示例性实施例中，通过所述第二电阻器单元造成的电压降可以低于通过所述功率半导体造成的电压降。
[0021]在本公开的一些示例性实施例中，所述检测单元可以进一步配置为在发送关断信号前发送断开信号。
[0022]根据如上所述的本公开的实施例，通过在限制路径布置具有比主路径正常状态下的电压降高的击穿电压的二极管，能够容易地阻挡不必要流向故障电流限制路径的电流而没有任何额外的控制负担。
[0023]另外，根据本公开的实施例，当故障电流发生时，通过由于主路径的电压升高而接通限制路径上的二极管，能够将故障电流切换至限制路径而没有额外的控制负担。
【附图说明】
[0024]图1是示出通常的故障电流限制器的框图；
[0025]图2是示出根据本公开的实施例的故障电流限制器的框图；
[0026]图3是示出二极管的基本工作示例图；
[0027]图4是示出根据本公开的另一实施例的故障电流限制器的框图；
[0028]图5是示出根据本公开的又一实施例的故障电流限制器的框图。
【具体实施方式】
[0029]下文将参照图示一些示例性实施例的附图来更具体地描述多种示例性实施例。本发明的概念可以多种不同的形式体现，但并不被示出的示例性实施例所限制。更确切地，所描述的方案旨在涵盖所有落在本公开的范围和新颖概念的替代例、改进例、变型例和等同例。
[0030]根据本公开的实施例的故障电流限制器设计为通过使功率二极管使限制路径上的二极管的击穿电压高于主路径的电压降。也就是，通过设计使限制路径上的二极管的击穿电压高于主路径的电压降，则在正常状态没有电流流向限制路径，当故障电流发生时，可以切换使故障电流绕过主路径而流向限制路径。
[0031]也就是，根据本公开的实施例，当主路径的电压降高于限制路径上的二极管的击穿电压时，限制路径上的二极管可以导通，从而使得流向主路径的故障电流易于转向限制路径。
[0032]下文将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。
[0033]图2是示出根据本公开的实施例的故障电流限制器的框图。
[0034]如图2所示，根据本公开的实施例的故障电流限制器由主路径M和限制路径L组成。限制路径L包括二极管I和电流限制元件2，并且主路径M包括开关3。
[0035]图3是示出二极管的基本工作示例图。如图所示，即使当电流方向为正向，但直到二极管上的电压至少达到击穿电压VF，二极管才会导通。
[0036]因此，本公开在故障电流限制器上应用该二极管的特性。也就是，二极管I额外布置在如图1的传统的故障电流限制器的限制路径L上。并且通过将二极管设计为具有比当正常电流流通时主电路的阻抗引起的电压降高的击穿电压，在当意外发生的瞬间通过开关3的操作而产生的在主路径M上的电压达到高于与主路径M并联的二极管的击穿电压，则可以无需任何额外的控制负担而使二极管导通。
[0037]同时，因为通常向故障电流限制器输入交流电(AC)，二极管I包括正向连接的第一二极管IA和反向连接的与第一二极管IA并联的第二二极管1B。通过本公开的这样的结构，当电流方向为正向时只有正向连接的第一二极管IA导通，相反，当电流方向为反向时只有反向连接的第二二极管IB导通。
[0038]图4是示出根据本公开的另一实施例的故障电流限制器的框图。
[0039]如图所示，根据本公开的另一实施例的故障电流限制器包括:测量单元10、快速故障探测器(FFD)20、功率半导体30、开关3、电流限制元件2和二极管I。电流限制元件2包括:第一电力熔断器21、第二电力熔断器22和电阻器单元23。本公开中的电流限制元件的结构是示例性的，并且不排除其他各种类型的电流限制元件。
[0040]功率半导体30和开关3通过互相串联而形成主路径M。二极管I和电流限制元件2通过彼此串联而形成限制路径L。另外，在电流限制元件2中串联有电阻器单元23和第二电力熔断器22，并且相互串联的电阻器单元23和第二电力熔断器22并联至第一电力熔断器21。
[0041]测量单元10测量电流和电流的增量。例如，测量单元10可以是电流互感器(CT)或罗戈夫斯基(Rogowski)线圈，由于这是本领域的技术人员所熟知的，因此不作更详细的说明。然而，测量单元10既不被列出的示例的实施例所限制，也不排除其他各种执行类似功能的电流限制元件。
[0042]当测量单元通过测量电流的增量而检测到故障时(也就是，当故障电流发生时)，FFD 20向开关3发送用于断开开关3的断开信号，并且向功率半导体30发送用于关断功率半导体30的关断信号。
[0043]在正常状态，功率半导体30保持导通。而后，当故障电流发生时，功率半导体30通过从FFD20接收关断信号而关断。这里，例如，功率半导体30可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，但不限于此。因此，可以使用其他适合种类的诸如栅极关断晶闸管(GTO)或集成栅极换流晶闸管(IGCT)的半导体。同时，虽然描述的本公开的实施例中设置一单独的功率半导体，但也可以设置多个串联的功率半导体。串联的功率半导体的数量可以通过故障电流发生时需要功率半导体能够有的电压降的量来判定。
[0044]开关3通过以高速维持隔离来保护功率半导体30。
[0045]再次参照图2，二极管I设计为具有的击穿电压高于在正常状态通过在主路径M上的功率半导体30和开关3产生的电压降，并组织电流流向限制路径L。
[0046]并联于电流限制电阻器单元23的第一电力熔断器21阻挡故障电流输入