新型混合式限流断路器设计及其可靠性分析
一种新型混合式直流限流断路器的原理与验证
混合 式 断路 器将 快速机 械 开关和 半 导体 器 件 集 成 在 一 起 ，利 用 机 械 开 关 导通 正常 负 载 电流
以降低 通 态 损 耗 ，利 用 与 之 并联 的 半导 体 器 件 实 现 电流 的快速 分 断 ，将 二 者 的优 点 结合 起 来 ， 同
收 稿 日期：２ ０ １ ２ — １ ０ － ２ ９ 作者 简 介 ：王云 河 （ １ ９ ７ ２ 一 ） ，男 ，工程 师 。研 究方 向 电力 电子器 件 。
图 １基 于 Ｉ ＧＣ Ｔ 的 零 电 压 开 关
鉴于 此 ，本 文介 绍 了一 种 基 于 Ｉ ＧＣ Ｔ 和 晶 闸 管 的 新 型混 合 式 限 流分 断 方 案 ，能显 著 提 高 设 备 的容 量和 电压 等 级 。
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混合式限流断路器中快速隔离组件的设计与仿真
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新 型 断路器 的发 展方 向 。本 文 设计 了一种 基 于 电力 电子 器件 的双 向快速 隔离 组件 拓扑 结构 ，在 Ｅ Ｐ中建 ＭＴ 立 了快速 隔 离组件 的仿真模 型 ，通过 脉冲 电容 器 电源系 统 的短路 分断试 验验 证 了仿真模 型 的正确性 。
关键 词 ：混合 式 限流 断路器 仿 真 文章 编号 ： １０ —８ ２２ １）２０ ２ —３ ０ ３４ ６ （０ １１ —０ ５０
比分 析 。
（） １直流 断路 器 由于最 大分 断和接 通 能力 已趋近 极 限 ，且 动 作 时 间较 慢 ，使 其 难 以满 足 系 统 短 路
保 护 的需 要 ；（） ２巨大 的短 路 冲 击 电流 所 产 生 的 电 动 力 对 系 统 中 的 电气 设 备 ，尤 其 是 汇 流 排 和 发 电 机 的可 靠 工 作 将 产 生 严 重 的威 胁 ］ 。 近 几 年 ，一 种 将 机 械 开 关 和 快 速 隔 离 组 件 并 联 应 用 的混 合 限流 技 术 成 为 了世 界 各 国 的研 究 热 点 ，如 采 用 斥 力 高 速 开 关 技 术 的 限流 断 路 器 、机 械一 电力 电子 混 合 型 限 流 器 等 ｐ。由于 限流 分 断 速 】
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熔丝型混合式直流限流开关的分析与设计
Ａｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ Ｅｘ ｒ ｍ ｅ ｆ Ａ ｖ ｌＺＣＳ Ｈ ｙ ｉ ａ ｙ ｉ ｎ ｐｅ ｉ ｎｔｏ Ｎｏ ｅ ｂｒ ｄ
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４ １ 的短 路 电流 限制 在 １ Ａ以 下 ， 明所 设 计 限流 开 关 工 作 的快 速 有 效 性 。 ． ７ ｍｓ ０ｋ 证
关 键 词 ： 合 式 开 关 ；电 磁 斥力 歼关 ；快 速 熔 断 器 混
中 图 分 类 号 ：６ １４ Ｕ ６ ．４ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３— １ ５ ２ ０ ） １ ７ ０ １７ ３ ８ （ ０ ８ ０ — ７— ４
维普资讯
第 ３卷 第 １ 期 ２０ ０ ８年 ２月
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研
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熔 丝 型 混 合 式 直 流限 流开 关 的分 析 与设 计
限流型断路器工作原理
限流型断路器工作原理关于限流型断路器工作原理介绍如下：流型断路器是一种能够在短路电流流过时快速切断电路的开关设备。
它能够在电流峰值出现之前，将电流限制在一个安全范围内，从而保护电路和电气设备免受过电流的损坏。
以下是限流型断路器的工作原理：1. 电流检测：限流型断路器通过电流传感器实时检测电路中的电流大小和变化情况。
当检测到电流超过预定值时，触发机制将被激活。
2. 触发机制：一旦检测到过电流，触发机制会立即启动。
在磁力系统中，触发机制利用电流产生的磁场力来快速驱动操作机构。
3. 触点分离：在触发机制的作用下，触点迅速分离，电路被切断。
触点分离的速度决定了限流型断路器的限流速度和限流效果。
4. 灭弧机制：触点分离后，由于电弧的存在，可能会引起电弧重燃。
为了抑制电弧的产生，限流型断路器通常配备有灭弧机制。
灭弧机制采用特殊设计的金属片或磁场来抑制电弧，使其迅速熄灭。
5. 自动复位：一旦过电流消失，限流型断路器会自动复位，触点重新闭合，电路恢复正常工作。
自动复位功能保证了断路器的自动恢复，提高了其可靠性。
6. 保护特性：限流型断路器具有多种保护特性，如短路保护、过载保护等。
通过调整保护特性参数，可以实现对不同负载和电路的保护。
7. 智能控制：现代限流型断路器通常配备有智能控制单元。
智能控制单元可以对电路中的电流、电压、温度等参数进行实时监测和记录，并根据预设的保护策略自动切断电路或发出报警信号。
智能控制还允许远程控制和监视，便于集中管理和维护。
总之，限流型断路器的工作原理主要包括电流检测、触发机制、触点分离、灭弧机制、自动复位、保护特性和智能控制等方面。
了解这些原理有助于更好地选择和使用限流型断路器，确保电气系统的安全可靠运行。
浅析断路器的毕业论文
浅析断路器的毕业论文随着国家863高技术研究发展计划的展开，在电力传输上具有低损耗、无需同步;光伏发电、风力发电等并网;地区电网互联、地区孤岛供电等方面比传统配电系统具有一定优势的中低压柔性直流输电系统将是配电网主要发展方向。
推进中低压柔性直流输电系统(VSC-HVDC)发展技术难点之一就是具有快速开断能力的直流断路器。
现阶段中低压柔性直流输电系统实现电流开断的方法主要有闭锁换流器中的换流阀和在交流侧用交流断路器开断两种。
用这两种方法不但会使系统出现停运情况而且也会对并列运行的交流输电系统造成严重冲击，降低了供电可靠性。
因此，成功研制中压断路器可以有效推动中低压柔性直流输电系统(VSC-HVDC)的发展。
直流断路器的开断相比于交流断路器的开断来说要困难的多，因为直流电流不同于交流电流存在自然过零点，直流电弧比交流电弧要难于熄灭;而且直流输电系统的线路阻抗与交流输电系统相比，前者远远小于后者，因此直流输电系统的一旦发生故障，其故障电流增长速度比交流系统的故障电流要快的多;此外，在开断的过程中，在直流系统电感中存储的能量，需要断路器来吸收。
现阶段研发出的直流断路器主要分为：利用传统机械开关开断的纯机械式直流断路器、利用电力电子器件(SCR、GTO、IGBT等)开断的全固态直流断路器，以及将两者相结合的混合式直流断路器三种。
其中混合式直流断路器将纯机械式和纯固态式的优点相结合，具有导通损耗低;开断速度快、特性好的特性，成为了近年来直流断路器领域的主要研究方向。
给出了传统纯机械式直流断路器、使用电力电子开关的全固态直流断路器以及两者结合后衍生的混合式直流断路器的工作原理，给出了其拓补结构，并分析了各个类型断路器存在的优点以及缺点，通过Matlab/Simulink仿真实验进行了相关的实验验证提出方案的可行性。
三种直流断路器结构1、纯机械式直流断路器因为直流电流不同于交流电流存在自然过零点，直流电弧比交流电弧要难于熄灭。
新型高温超导断路器设计与性能分析
新型高温超导断路器设计与性能分析随着电力系统的不断发展和用电需求的增加，对电力设备的性能和可靠性提出了更高的要求。
在电力系统中，断路器是一种至关重要的设备，用于保护电路免受过载和短路等故障的影响。
而新型高温超导断路器因其在高温下的超导特性，被视为未来电力系统中的重要组成部分。
本文将对新型高温超导断路器的设计原理、结构特点以及性能进行分析。
设计原理：新型高温超导断路器的设计原理基于高温超导体在低温状态下的超导特性。
当超导体处于超导态时，其内部不会产生电阻，可以实现电流的零阻抗传输。
因此，利用高温超导体的超导特性设计断路器，可以大大减小断路器内部的能量损耗，提高其运行效率。
结构特点：新型高温超导断路器通常由超导体、电磁绕组、气室等部分组成。
其中，超导体是断路器的核心部件，其选用高温超导材料制成，以确保在相对较高的温度下仍能保持超导态。
电磁绕组则用于控制断路器的动作和断开电路的能力，通过电流的控制实现断路器的开闭。
气室则用于隔离断路器内部的超导部件和外部环境，确保其正常运行和安全性。
性能分析：新型高温超导断路器相比传统断路器具有诸多优势。
首先，其超导特性使得断路器内部电阻几乎为零，能够实现高效能量传输和低能耗运行。
其次，高温超导体相对于低温超导体来说具有更高的临界温度，使得其制冷成本大大降低，减小了设备运行成本。
此外，新型高温超导断路器还具有体积小、重量轻、响应速度快等优点，能够更好地适应电力系统的需求。
综上所述，新型高温超导断路器以其独特的设计和优越的性能，在未来电力系统中将发挥越来越重要的作用。
通过不断优化设计和提高性能，新型高温超导断路器有望成为电力系统中的核心设备之一，为电力系统的安全稳定运行提供重要保障。
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断路器项目可研报告
断路器项目可研报告一、项目背景与意义1.1背景随着现代化电力系统的发展，电力设备逐渐增多，而断路器作为电力系统的保护装置之一，在电力系统的运行中扮演着非常重要的角色。
断路器的作用是在电力系统中发生过载、短路等异常情况时迅速切断电路，保护系统设备的安全运行。
1.2意义随着电力系统规模的不断扩大，对电力设备的保护要求也越来越高。
传统的断路器存在着切断速度慢、操作复杂、容易出现故障等问题，不能满足现代化电力系统对断路器的要求。
因此，研发一种新型的断路器具有重大的意义。
二、项目内容2.1研究目标本项目的研究目标是开发一种具有快速切断、可靠性高、安装维护方便的新型断路器。
2.2研究内容（1）材料选择：选用高强度、高导电性的材料作为电极材料，以提高断路器的切断速度和导电性能；（2）结构设计：设计一种简单、紧凑的断路器结构，使其易于安装和维护；（3）控制系统：采用先进的控制技术，实现对断路器的精确控制和故障检测；（4）耐久性测试：对所开发的断路器进行长时间的耐久性测试，验证其可靠性和稳定性。
三、可行性分析3.1技术可行性（1）材料选择：目前已有相关材料可供选择，并具备高强度、高导电性的特点；（2）结构设计：借鉴已有断路器的结构设计，并进行简化和改进；（3）控制系统：控制技术已比较成熟，并且在其他领域已有应用；（4）耐久性测试：对断路器进行耐久性测试的方法已经有相关标准和流程。
3.2经济可行性随着电力系统的发展，对断路器的需求将越来越大。
如果我们能够研发出一种性能优越、价格合理的断路器，将具有较好的市场前景和经济效益。
3.3市场可行性目前市场上的断路器主要以传统型号为主，存在切断速度慢、操作复杂等问题。
如果我们能够开发出一种性能更好、操作更简单的断路器，将有很大的市场竞争力。
四、项目实施计划本项目的实施计划大致包括以下几个阶段：（1）前期调研与论证阶段：了解市场需求，调查竞争对手情况，并进行可行性分析；（2）方案设计与材料选择阶段：确定断路器的结构设计和材料选择；（3）制造与测试阶段：制造样品，并进行性能测试和耐久性测试；（4）优化与改进阶段：根据测试结果对样品进行优化和改进，直至达到满意的性能指标；（5）批量生产与市场推广阶段：进行批量生产，并通过各种渠道进行市场推广。
限流式断路器的特征及类型
限流式断路器的特征及类型限流式断路器是一种用于保护电力系统的设备，它能够在电流过大时自动切断电流，保护电路不受损坏。
它的主要特点是能够根据电流大小来控制断路器的开关状态，以达到最佳保护效果，同时还可以根据不同的工作环境和需求选择不同类型的限流式断路器。
下面将详细介绍限流式断路器的特征和类型。
1.特征（1）根据负载电流调整断路器的开关状态：限流式断路器能够根据电流大小来自动切断电流，以防止电路损坏。
当负载电流超过预设值时，断路器会自动跳闸，切断电流，保护电路不受损坏。
（2）可靠的过载保护：限流式断路器能够提供可靠的过载保护。
当负载电流超过预设值时，断路器会迅速切断电流，以保护电路不受过载损坏。
（3）快速断开电流：限流式断路器能够迅速切断电流，以防止电路损坏。
在电流过大时，它能够在几毫秒内切断电流，从而避免了电路损坏的可能。
（4）可调节的过载保护电流：限流式断路器的过载保护电流可以根据不同的需求进行调整。
用户可以根据负载电流大小来设定断路器的过载保护电流，以达到最佳的保护效果。
（5）环境适应性强：限流式断路器能够在不同的环境条件下正常工作。
它可以适应高温、低温、潮湿等恶劣工作环境，保证电路的正常运行。
2.类型（1）热式断路器：热式限流式断路器是一种利用热效应来控制断路器开关状态的设备。
它通过热丝或热片等元件感应电流的大小，当电流超过预设值时，热丝或热片会产生热量，从而引起断路器跳闸。
（2）电磁式断路器：电磁式限流式断路器是一种利用电磁感应原理来控制断路器开关状态的设备。
它通过电磁线圈感应电流的大小，当电流超过预设值时，电磁线圈会产生磁场，从而引起断路器跳闸。
（3）电子式断路器：电子式限流式断路器是一种利用电子器件来控制断路器开关状态的设备。
它采用电子器件感应电流的大小，当电流超过预设值时，电子器件会发出控制信号，引起断路器跳闸。
（4）复合式断路器：复合式限流式断路器是一种利用多种技术手段结合来控制断路器开关状态的设备。
几种限流开断技术简单说明
几种限流开断技术简单说明小编从正广电技术部人员那儿了解到，目前市场上常见的限流开断技术有四种：高压熔断器、静止型断路器、短路电流限流开断器以及混合式限流断路器。
1、高压熔断器高压熔断器的优点是选择性比较好，只要符合国标以及IEC标准的规定过电流选择比1.6：1的要求，就能选择性的切断故障电流，所以其限流特性好，尺寸相对于其他比较小，价格便宜，但是它保护功能单一，不能对短路故障和过电流故障进行分辨，不可控，熔断后，必须更换。
2、静止型断路器该类型的可以精确控制其通断，可遥控，开断时间短、无声响、无弧光、无关断死区、使用寿命比较长。
可是造价比较高，设备的过压、过流情况时常发生，对元器件损耗比较大，所以工艺要求高，对其绝缘水平比较高。
3、短路电流限流开断器该装置在检测机构上采用了大电流传感器及检测装置，误差小，故障检测速度快，能在故障电流没达到峰值就将其切断，保护性能好。
但是其一旦发生短路故障，熔断器就会熔断，只能单次动作，得更换熔断器以及相关的电气设备才能继续投运，所以成本高，并且在更换设备期间,电网的可靠性大大降低。
在驱动结构上,采用爆破法高速断开触头，机械斥力对动、静触头的分开产生一种有用的推力，帮助动触头快速达到其冲程终点，带有巨大的能量，这会对断路器的外壳产生很大的冲击，有可能损坏外壳在检测机构上，如果存在周期性干扰信号时，就可能造成误操作，另外，检测速度是快速动作的另一个制约条件，当算法复杂时，影响检测速度。
4、混合式限流断路器同以上所述限流断路器相比较，混合断路器除了采用了合理的换流回路和自然换流方式以外，并运用了快速机械开关。
为实现短路电流限流目的，采了用具有快速开断能力的断路器，由充电电容通过线圈的瞬时放电，在共轴的固定与可移动线圈上流过方向相反的电流，这样，在线圈中就产生电流磁场并且形成涡流，从而在动、静两个触头上产生较大的斥力，保证了断路器触点的快速开断。
由于电力电子器件只在断路器断开的瞬间导通，平时几乎没有损耗，所以省却了笨重的冷却设备，降低器件的功耗。
新型3 kA触头机构的设计及温升分析
研究与分析 ・
低压 电器 （０ ２ ｏ １ ） ２ １ Ｎ ．０
新 型 ３ｋ 触 头 机 构 的 设 计 及 Ａ 温 升 分 析
宋义超 ’ 徐 国顺 王 ， ， 晨 张 ， 鹰’ （ ．海军驻 武汉 ４ ８厂 军事代表 室 ，湖北 武 汉 ４ ０ ３ １ ３ ３ ０ ３；
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｔｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｓ ａ ｙ ｉ ｆ ａ Ｎｏ ｅ Ａ ｓｇ ｎ ｍ ｒ ｔ ｅ Ｒｉｅ Ａｎ ｌ ｓ ｓ ｏ ｖ ｌ３ ｋ
Ｃｏ ｔ ｃ ｅ ｈａ ｉｍ ｎ ａ ｔＭ ｃ ｎ ｓ
ＳＯＮ Ｇ Ｙ ｃ ａ １ ｉｈ ｏ
，
ＸＵ ｏ ｈｕ 。， Ｇｕ ｓ ｎ
关 键 词 ： 合 型 限流 断路 器 ； 头 机 构 ； 升 试 验 混 触 温
中图号 ：１０ —５ １ ２ １ ）００ ０ －３ ０ １ ３ （０ ２ １－０ １ ５ ０
单 Ｔ程 师 丰尊 从 事舰船 电力 系统继 由 的研布
２ ｅ ａ ｍｅｔ ｆ ｌｃ ｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｎ ｖｌ ｎｖｒ ｔ ｏ ｎｉｅｒ ｇ Ｗｕ ａ ３ ０ ３ Ｃ ｉａ ．Ｄ ｐ ｒ ｎ ｅｔ ａ Ｅ ｇｎｅ ｎ ， ａａ Ｕ ｉ ｓ ｙ ｆ ｇ ｅｉ ， ｈ ｎ４ ０ ３ ， ｈｎ ） ｔ ｏＥ ｒ ｉ ｉ ｅ ｉ Ｅ ｎ ｎ
ｔ ｍｐｅ ａ ｕ ｅ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅ ｒｔ ｒ ｅ ｔｓ ． ｉ
Ｋ ｅ ｗｏｒ ｓ：ｈｙｂｒｄ ｃ ｒ ｎｔｌｍ ｉｉ ｉ ｃ ｔｂｒ ａ ｒ； ｏ ａ ｔｍ ｅ ｈａｎｉｍ ；ｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｉｅ ｔｓ ｙ ｄ ｉ ｕｒ ｅ ｉ ｔｎｇ ｃｒ ｕｉ ｅ ｋｅ ｃ ｎｔ ｃ ｃ ｓ ｔｍ ｒ ｔ ｅ ｒｓ ｅ ｔ
温升 是一 个 重 要 的考 核 指 标 ， 升 要 求 小 于 ６ 温 ０ Ｋ。接线端 子 的温 升 主要 与 触 头 机 构 中 动 、 触 静 头 间的接 触 电阻 、 连接铜 排 间的接 触 电阻 、 各段 连 接 铜排 尺寸 等 因素有关 。
新型混合式限流熔断器设计分析
子检 测控制装置 ， 分析该方案限流过程 中的关键 技术 ， 计研制 样品 。模拟短 路限 流试 验验证分 析设计 的正 设 确性 ， 结果表 明 ， 基于 电弧触 发的混合式限流熔 断器 可靠 性高 、 结构 紧凑 、 限流能力强 ， 具有广泛的应用前景。
关键词 ： 混合 式限流熔断器 ； 电弧触发 ； 高速 开断器
１ Ａ Ｆ组成 及 工作 原 理 ＨＣ
图 １ Ａ Ｆ的主 电路 图 。 为 ＨＣ
故障限流器 的实现形式有 多种 ， 前 商用 化程度 目 较 高 的是 基 于 电 子 测 控 单 元 的 混 合 式 限 流 熔 断 器＿。 ３， 其组成包括电流传感器 、 ４ 电子测控单元 、 高
时刻 。
２ ）弧前 特性 。为 了取得 良好 的 限流效 果 ， 电 弧触发 器必 须在 短 路 初期 熔 断 起 弧 ， 随着 电流 且 上升 率增 大弧前 时 间迅 速减 小 。
灭 弧熔断器
图 １ Ａ Ｆ主 电路 ＨＣ
电弧触发器取代 了电流传感器和电子测控单
元 ， 成短 路 故 障 检 测 和触 发 开 断 器 的任 务 。由 完 于直接 利用 短路 电流 的热效应 作 为故 障判据 和触
品也存在如下不足 ： ①需要外接可靠 电源， 一旦测 控 单元 失 电将 无 法 实 现 保 护 功 能 ； 电子 电路 易 ② 受 电磁干扰等影 响， 可能 出现误动作 ； ③体积大 ，
速 开 断器及 与 之并 联 的灭 弧熔 断器 。正 常运 行 时 由高 速开 断 器 承 担通 流 。短 路 发 生后 ， 电子 测 控
通过电流传感器监测到短路故 障， 引爆高速开断 器 中的炸药 ， 炸药 作用 在开 断器 上 迅速 形成 断 口，
电力系统中新型智能化断路器的应用研究
电力系统中新型智能化断路器的应用研究摘要：随着人们用电需求不断的增加，促进了电力行业的发展，配电线路的容量不断的增加，传统的断路器已难以满足发展的需求，新型的智能化的断路器的应用和研究成为了主要的方向，同时也成为了配电行业发展的趋势。
本文针对电力系统中新型智能化的断路器的应用进行了探究，希望对于电力行业的发展能够有所帮助并提供借鉴。
关键词：电力系统；新型智能化；断路器；应用随着社会的发展，人们物质生活水平的逐渐提高，在生产，生活等领域更加依赖于电能，电力系统的安全稳定运行显得尤为重要。
而在电力系统的运行过程中，断路器的正常开断处理，能够灵活的对电路的运行状态进行调整，并在电路发生故障时，及时的进行局部的切断处理以及快速反应，确保了整个电力系统的安全稳定运行。
而为了满足电力系统发展的需求，新型的自动化断路器的研究和应用，对于电力事业的发展意义重大。
1.新型智能化断路器应用的必要性随着配电线路容量不断的增加，传统的断路器技术以及器具的局限性难以满足电力行业发展的需求。
例如，传统的跌落式熔断器，当出现电路故障时，不能够及时的对问题进行解决，常常会导致大面积的电路受阻导致大面积停电，并伴随其他危险问题的出现。
也不利于检修人员的检修工作，很难在短时间内发现问题所在并进行解决，影响了正常的电力系统的运行，同时也不利于电力系统的自动化发展。
而随着电气设备广泛的应用，尤其是室外的，电气设备，如果发生了故障和问题，由于检修的困难会直接影响到人们的正常生活。
因此，新型智能化的断路器则显得尤为重要。
新型自动化断路器与传统的断路器技术相比，具有明显的技术优势，其主要表现在：第一，新型智能化断路器，其性能更高，体积小，而且可靠性强，他能够准确的对电流和电压进行采集，并精准的对故障类型进行判断。
新型的，智能化的断路器，其防护的等级更高。
他集成了高精度的电压传感器以及电流传感器以及取件单元的采集部分于一身，并在绝缘套管的保护下。
断路器设计范例论文
断路器设计范例论文断路器是一种用于保护电力系统中电路的设备，具有自动断开故障电路的功能，可以防止电路过载、短路等故障情况导致电气设备的损坏。
本文将通过设计一个低压断路器为例，阐述断路器设计的基本原理和关键技术，以及对电力系统的保护作用。
一、断路器设计的基本原理断路器是电力系统中的重要保护设备，其基本原理是通过电磁力和电弧灭弧来实现对故障电路的断开。
当电路中出现过载或短路故障时，断路器能够迅速感知并产生电磁力，使断路器触头分离，切断故障电路，以保护电气设备和人身安全。
二、断路器的关键技术（一）故障检测技术断路器需要能够准确地检测到电路中的故障情况，包括过载和短路。
过载检测主要通过测量电流大小来实现，超过一定阈值时，断路器将触发断开动作。
短路检测则主要通过电流的变化率来实现，当电流变化速度超过了设定值时，断路器即判定为短路故障。
（二）断开能力断路器的断开能力是指在断开故障电路时能够承受的最大故障电流。
断开能力的大小与断路器的结构、材料和制造工艺等因素有关，一般采用导电性能好、绝缘性能高的材料制造，以确保在高故障电流下能够正常工作。
（三）电磁力和灭弧技术断路器的断开动作需要产生足够大的电磁力，这需要通过电磁线圈来实现。
电磁线圈能够产生电磁力，使断路器触头分离，切断故障电路。
同时，在断开断路器时会产生电弧，电弧的灭弧对于正常工作非常重要，一般采用强制冷却和灭弧室等技术来实现。
三、低压断路器设计范例以200A额定电流的低压断路器设计为例，该断路器主要面向家庭用电和小型工业设备等场景。
（一）故障检测技术在该设计中，采用了先进的电流传感器来检测电路中的故障情况，传感器能够实时监测电流大小，并通过信号处理器进行分析和判断，一旦检测到过载或短路故障，即给出触发断开动作的信号。
（二）断开能力根据设计需求，该低压断路器的额定断开能力为6kA，这意味着在电路中出现不大于6kA的故障电流时，断路器能够正常断开。
为了确保断断开能力，采用了高导电性和高绝缘性的材料来制造断路器触头和断开弓，同时采用特殊的制造工艺来提高接触面积，减小接触电阻，以保证在高故障电流情况下的正常工作。
基于超快速电磁斥力开关的新型混合式限流开关的设计与试验
０ 引 言
随着直 流供 电 系统 的功 率 急剧 增 加 ， 设 计 其
和研 制 中都 面临着 许 多全新 的 问题 。其 中一 个瓶
慢 、 电弧 、 定性 和可控 性差 ； 带 稳 后者 响应 速度快 、
无电弧， 但是通态损耗大、 耐压水平低 、 不能完全 开 断 电路 而且 给 电网带来 了严 重 的谐 波污染 。混 合 型限流技 术充 分利 用 了两种 开关 的优点并 通过
２ Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｕｏ ａ ｏ ， ｈ ｎｈ ｉ ｉ ｔｎ ｎｖｒ ｔ ， ｈｎ ｈ ｉ ０ ２ ０ ｈｎ ） ． ｅ ａｔ ｎ ｔｍ ｔ ｎ Ｓ ａ ｇ ａ Ｊ ｏ ｇＵ ｉｅｓｙ Ｓ ａ ｇａ ２ ０ ４ ，Ｃ ｉａ ｍ ｏＡ ｉ ａｏ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｃ ｏ ｄ ｎ ｈ ａｇ ｕ ｔ ｕ ｒｎ ｃ ｕ ｓ ｉ ｏ ｒ ｙ ｔｍ ，ａ ｎ ｖ ｌｔｐ ｌ ｇ ｆ ＣＳ ｈ ｂ ｉ ｓｒ ｃ ：Ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｔｅ ｌ ｒｅ ｆ ｌ ｃ ｒｅ ｔ ｃ ｒ ｎ ＤＣ ｐ ｗｅ ｓ ｏ ａ ｏ ｓ ｅ ｏ ｅ ｏ ｏ ｙ ｏ ｏ Ｚ ｙ ｒｄ ＤＣ
低压 电器 （０ ０ ｏ ） ２ １ Ｎ １
・ 应用与测试 ・
基 于超 快 速 电磁 斥 力开 关 的 新 型 混 合式 限流 开 关 的设 计 与试 验 水
毛 海 涛’ 陆恒 云 ，
（ ． 军装备研 究院 航 空所 ，上海 １海 ２０３ ０ ４ ６；
２ 上海 交通 大学 自动 化 系，上海 ．
ｔｐ ｌｇ ｏ ｏｏ ｙ，ｂ ｔｔ ｅ ｓ ｌ ｔ ｔ ｅ ｉｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｅ ｇ ｂ ｏｐ ｉ ｎ ｄ ｖｃ ｓ ｒ ｐ ａ ｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔｌ ｔ ｇ ｑ ｉ ｋ ｕ ｏ ｉ ｓａｅ ｄ ｖｃ ｎ ｈ ｎ ｒ ｙ ａ ｓ ｒ ｔ ｅ ｉｅ ｗａ ｅ ｌ ｃ ｄ ｂ ｈ ｕ ｒ ｎ ｉ ｉ ｕ ｃ — ｈ ｄ ｏ ｍｉ ｎ ｆ ｓ ． Ａ ６ ０ Ｖ ２ ０ ｙ ｒ ｗｉ ｈ ｍｏ ｅ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｏ ｄ ｍｏ ｓｒｔ ｈ ｅ ｏ ｏｏ ｙ Ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｕｅ ／ ５ ０ Ａ ｈ ｂ ｄ ｓ ｔ ｄ ｌｗａ ｅ ｉｎ ｄ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔｅ ｎ ｗ ｔｐ ｌｇ ． ｘ ｅ ｉ ｎａ ｒ ｓ ｌ ４ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ
舰船电力系统新型限流保护技术的仿真分析
（ ． ａｙＭ ｌａ ｅｒｓｎａｖ ｆｃ ｈ ｎＮ ． ｅｅ ｒｈＩｓｔｔ， ｈｎ４ ０ ６ ，Ｃ ｉａ １ Ｎ ｖ ｉｔ ｙＲ ｐｅｅ ｔ ｉ Ｏｆ ｅｉ Ｗｕ ａ ｏ ７ Ｒ ｓａｃ ｎｔｕｅ Ｗｕ ａ ３ ０ ４ ｈｎ ； ｉｒ ｔｅ ｉ ｎ １ ９ ｉ
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的 电弧 电压 。 当 电弧 电压 超 过 电源 电压 时 ， 路 短
存在 通态 损耗 较大 、 通流 和过载 能力 有 限等缺 点 。 混合 式 限流保 护技 术正 是在此 背景 下被人 们所 提 出并看好 的。混合 式 限流保护 技术 兼备 了机械 开 关 良好 的静态 特 性 和 固态 开 关 快 速 、 弧分 断 的 无
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｓｉ ｉ ｄｆ ｃ ｌ ｔ ｔｒｕ ｔｔ ｅｕ ｔ ｔ ｈ ｒ—ｉｃ ｉ ｃ ｒｅ ｔ ｆ ｒｈ ｐ ＤＣ ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ ，ａ ｓｍｕ ｉ ｕ ｔ ｏ ｉ ｅ ｒ ｐ ｈ ｌ ｍａ ｅｓ ｏ ｔ ｒｕ ｔ ｕ ｒ ｎ ｓ ｉ ｏ ｒｓ ｓ ｔｓ ｆ ｉ ｎ ｉ ｃ ｏ ｗａ ｅ ｉ — ｌｔ ｎ ａ ａｙ ｉ ｆａ ｎ ｗ ｃ ｒｅ ｔｌ ｔ ｇｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｓ ｉ Ｃ ｐ ｗ ｒｓ ｓｅ ｗ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ａｉ ｎ ｌｓｓｏ ｅ ｕ ｒ ｎ ・ ｍｉ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ｗ ｈ ｐ Ｄ ｏ ｅ ｙ ｔ ｍ ａ ｒ ｓ ｎ ｅ ．Ｔ ｏ ｓ ｓｅ ｍｏ ｅｓ ｏ ｉ ｉ ｎ ｒ ｗ ｙ ｔｍ ｄ ｌ
大功率混合式限流开关设计及试验分析
（ ．Ｓ ａｇ ａ Ｎ ｖｌ ｏ ｍｉ ａｙＤ ｐ． Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ １ ， ｈｎ ； １ ｈｎ ｈ ｉ ａａ Ｃ ｍ ｓ ｒ ｅ ｔ ， ｈ ｎｈ ｉ ０ ０ Ｃ ｉ ｓ １ ａ
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顾 雪 晨 （ ９ １ ） １８ － ，
男 ， 理工 程师 ， 助 研
究方 向为船舶 电力 系统设计审查 。
Ｔｈ ｓｇ ｎ Ｔｅ ｔｎ ａ ｙ ｉ ｆ Ｈ ｉ ｈ Ｐｏ ｏ ｇ ｗｅ
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・
研究与分析 ・
低压 电器 （０ ８ ３ ２ ｏ №２ ） 通 用低 压 电器 篇
大 功 率 混 合 式 限流 开 关 设 计 及 试 验 分 析
顾 雪晨’ 陈 ， 颖 韩 ， 旗’
（． １ 海军驻上海地区舰艇设计研 究军事代表 室， 上海 ２ ０ １ ； ０ ０ １ ２ 海 军驻 上 海 ７ １所 军事代表 室 ， ． １ 上海 ２ ０ １ ） ０ ０ １
新型低压直流断路器研究综述
·综 述·?电器与能效管理技术（２０２２Ｎｏ．１１）成 达（１９８６—），男，高级工程师，主要从事电能表、断路器可靠性研究。
张蓬鹤（１９７８—），女，教授级高级工程师，主要从事元器件及防窃电研究。
熊素琴（１９７９—），女，高级工程师，主要从事元器件可靠性研究。
基金项目：中国电力科学研究院技术创新基金项目（５２４２００２０００Ｎ６）新型低压直流断路器研究综述成 达１，２， 张蓬鹤１， 熊素琴１， 李求洋１， 张照资３， 高 智３（１．中国电力科学研究院，北京 １００１９２；２．湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙 ４１００８２；３．西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安 ７１００４９）摘 要：低压直流系统的快速发展，对传统断路器的开断性能提出了更高的要求，电力电子器件的使用为直流断路器的发展提供了新的思路。
综述目前两种新型直流断路器的发展现状，从电路拓扑结构和电力电子器件特性对纯固态断路器进行概述，而对混合式断路器的总结主要立足零电压和零电流两种不同的换流方式，最后指出未来新型直流断路器在控制策略、模块集成、开断性能和模型仿真４个方面的发展前景，为新型直流断路器的发展提供有用的参考。
关键词：低压系统；直流断路器；固态断路器；换流方式中图分类号：ＴＭ５６１ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５ ８１８８（２０２２）１１ ０００１ ０８ＤＯＩ：１０．１６６２８／ｊ．ｃｎｋｉ．２０９５ ８１８８．２０２２．１１．００１ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＮｏｖｅｌＬＶＤＣＣｉｒｃｕｉｔＢｒｅａｋｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＣＨＥＮＧＤａ１，２， ＺＨＡＮＧＰｅｎｇｈｅ１， ＸＩＯＮＧＳｕｑｉｎ１， ＬＩＱｉｕｙａｎｇ１， ＺＨＡＮＧＺｈａｏｚｉ３， ＧＡＯＣａｉｚｈｉ３（１．ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９２，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８２，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｓｕｌａｔｉｏｎａｎｄＰｏｗｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅＤＣｓｙｓｔｅｍｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｈｉｇｈｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｂｒｅａｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒ．ＴｈｅｕｓｅｏｆｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｗｉｄｅａｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＤＣｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｔｗｏｎｏｖｅｌＤＣｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｓ，ｐｒｏｖｉｄｅｓａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｆｒｏｍｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｈｙｂｒｉｄｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｍａｉｎｌｙｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｚｅｒｏ ｖｏｌｔａｇｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇａｎｄｚｅｒｏ ｃｉｒｃｕｉｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｎｏｖｅｌＤＣｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙ，ｍｏｄｕｌｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｂｒｅａｋｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｍｏｄｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｕｓｅｆｕｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｏｖｅｌＤＣｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｓｙｓｔｅｍ；ＤＣｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒ；ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒ；ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｍｏｄｅ０ 引 言“新基建”战略背景下，５Ｇ基站、轨道交通、大数据中心、电动汽车充电桩等领域快速发展，负荷直流化特征明显［１］。
500 kv耦合负压换流型混合式直流断路器原理与研制
500 kv耦合负压换流型混合式直流断路器原理与研制500 kv耦合负压换流型混合式直流断路器原理与研制导言在电力系统中，断路器是一种用于保护电力设备和维护系统稳定性的关键设备。
然而，由于现有的交流断路器无法满足直流高压输电的要求，所以开发可靠的直流断路器一直是电力领域的一个重要课题。
近年来，500 kv耦合负压换流型混合式直流断路器作为一项具有革命性意义的技术被广泛研究和开发。
一、原理与概述500 kv耦合负压换流型混合式直流断路器是一种结合了耦合器和换流器的新型断路器。
它采用换流器实现直流侧的电流打断和合闸，同时结合功能强大的耦合器，在交流侧实现对直流侧的电流高压隔离。
通过这样的方式，500 kv耦合负压换流型混合式直流断路器实现了高压直流输电线路的可靠开断与闭合。
二、研制过程与技术难点1. 研制过程研制500 kv耦合负压换流型混合式直流断路器的过程可以分为四个主要阶段：技术研究、方案设计、原理验证和实验测试。
2. 技术难点2.1 高压直流侧电流打断与合闸500 kv耦合负压换流型混合式直流断路器的最大挑战是在高电压下实现直流侧电流的可靠打断和合闸。
这要求设计合理的电流开断机构和闭合机构，并确保电流在合闸和开断过程中不引发电弧。
2.2 交流侧对直流侧的高压隔离耦合负压换流型混合式直流断路器的另一个关键技术难点在于，交流侧需要对直流侧的高压进行可靠隔离。
这要求设计出耐高电压的隔离机构，并保证隔离在合闸和开断过程中不发生击穿。
三、主要特点与性能分析1. 主要特点3.1 高压直流侧电流打断与合闸500 kv耦合负压换流型混合式直流断路器通过换流器实现了高压直流侧的可靠打断和合闸。
在打断过程中，断路器会将电流通过瞬态阻抗的变化实现电流的可靠打断。
在合闸过程中，通过合理的操作方式将换流器逆变为电流合波灭弧，从而实现合闸。
3.2 交流侧对直流侧的高压隔离耦合负压换流型混合式直流断路器通过耦合器实现了交流侧对直流侧的高压隔离。
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新型混合式限流断路器设计及其可靠性分析王 晨,张晓锋,庄劲武,江壮贤,戴 超,杨 锋(海军工程大学电气与信息工程学院,湖北省武汉市430033)摘要:混合式限流断路器兼备了机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性,是国际上断路器研究的新方向。
文中提出了一种基于快速晶闸管的新型混合式限流断路器结构,并针对低压场合,开展了2kA/320V 混合式限流断路器样机的设计研制工作。
深入分析了限流断路器的关断可靠性,证明了关键参数设计的正确性,并对参数设计进行了优化。
试验结果表明,自行研制的超高速斥力开关能够在接到分闸指令280 s 时间内完成触头分离,将电流转移到由大功率快速晶闸管组成的固态开关电路上,该快速晶闸管开关电路可在最短53 s 时间内实现对10kA 短路电流的可靠分断。
关键词:混合式限流器;混合式断路器;固态开关;快速晶闸管中图分类号:TM 561收稿日期:2007 10 23;修回日期:2008 03 09。
国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金资助项目(50421703);湖北省自然科学基金资助项目(2004A BA 026)。
0 引言随着近年来电力系统容量的不断扩大,目前电网已有的断路器越来越不能满足短路电流分断的要求,各种新型限流技术成为研究热点。
文献[1 3]提出的混合式限流断路器由于兼备触点开关良好的静态特性,结合了固态开关无弧快速分断的动态特性,成为新型限流技术的重要发展方向。
文献[1]介绍了12kV/2kA 中压系统用混合式限流断路器;文献[2]介绍了采用双向晶闸管研制的15kV/600A 混合式断路器;文献[3]介绍了采用绝缘栅双极晶体管(IGBT )设计的600V/6kA 混合式断路器。
混合式限流断路器主要由超高速斥力开关、固态开关电路和限压吸能电路等组成[4 7]。
其中,固态开关电路常用的器件有门极可关断晶闸管(GT O)、IGBT 、集成门极换向晶闸管(IGCT )和快速晶闸管等。
GT O 需要较大的门极关断电流,且容易由于过高的d u /d t 导致GT O 关断失败[8];IGBT 的过流能力较低,只能承受最大2倍额定电流的过电流,实际应用中需要多个IGBT 并联运行[3,7],文献[3]即采用6个IGBT 来分担8kA 的短路电流;IGCT 可以承受的最大浪涌电流I TSM 为40kA (1m s),但并不能在最大电流时关断,其最大可控关断电流I TGQM 只有4kA [9],且IGCT 触发驱动电路与IGCT 集成在一起,当触发驱动电路出现故障时需要更换整个模块,代价昂贵。
与可关断器件相比,快速晶闸管具有过流能力高、性价比高和可靠性高的优点,且通过外加强迫关断电路,快速晶闸管可在几十微秒时间内实现可靠关断,完全可以满足大功率系统的应用要求。
本文提出了一种基于快速晶闸管的新型混合式限流断路器结构,并针对低压场合,开展了2kA/320V 混合式限流断路器样机的设计研制工作。
1 新型混合式限流断路器工作原理图1所示为新型混合式限流断路器主电路,主要由超高速斥力开关、桥式固态开关电路、压敏电阻器(M OV)和缓冲电路等组成。
图1 新型混合式限流断路器主电路Fig.1 Main circuit of a novel hybrid circuit breaker桥式固态开关电路包括二极管D1~D4、大功率快速晶闸管F1、续流二极管D5,以及电容C 、电感L 和快速晶闸管F2组成的强迫关断电路,完成限流断路器的换流和无弧分断功能。
由M OV 对系统过电压和储存能量进行限压吸能。
检测控制电路采用了基于CPLD 的短路故障快速检测电路,通过61第32卷 第12期2008年6月25日V o l.32 No.12June 25,2008对断路器电流、电流上升率和两端电压的检测,实现故障分断和故障后快速重投功能。
新型限流断路器具有动作迅速准确、通流容量大、运行损耗低和故障恢复快等优点。
新型混合式限流断路器的开通和关断过程如图2所示,这里以2kA/320V 直流系统工况为例说明其工作原理。
图2 断路器的工作过程原理Fig.2 Switching process of circuit breaker1)开通过程断路器需要开通时,同时驱动斥力开关和晶闸管F1动作,由于晶闸管速度比斥力开关快,因此晶闸管首先导通,F1上立即建立电流,电流经过D1,F1,D3流向负载,当F1导通T b 时间后,斥力开关导通,由于斥力开关阻抗远小于固态开关阻抗,因此电流将经过T c 时间从固态开关上换流至斥力开关上,实现了斥力开关零电压下闭合,断路器进入正常运行状态。
2)关断过程当短路电流i 及其上升率d i /d t 同时满足故障动作判据时,给斥力开关分闸线圈发出信号,同时,触发F1,当触头电弧电压大于固态开关支路的导通电压时,斥力开关电流将自然换流至固态开关支路上,T m 为斥力开关动作延时时间。
由于换流过程中触头电压被限制在固态开关的导通电压,所以触头分断过程不会产生电弧,该阶段持续时间约T com ;F1导通T cond 时间后触发F2导通,电容C 经L ,F1,F2放电,使得F1电流减小为0,然后电流从续流二极管D5上流过,F1因承受反向电压而关断,回路能量由MOV 和C 共同吸收。
2 新型混合式限流断路器设计2.1 超高速斥力开关设计本文自行研制了如图3所示的基于涡流斥力和永磁保持原理的超高速斥力开关,该斥力开关的机械动作延时仅为230 s 。
正常工作时,永磁体利用动、静铁心提供的低磁阻抗通道将动铁心保持在下极限位置,触头处于合闸位置。
发生故障时,通过电容瞬时放电,使分闸线圈流过巨大的电流,在紫铜盘中感应出与电流方向相反的涡流,依靠铜盘与线圈产生的电磁斥力推动机构的动触头快速分离。
当故障解除后,合闸线圈通电,使动触头恢复到合闸位置。
斥力开关的合闸和分闸位置通过双稳态永磁机构产生的磁场力进行保持,而不需要任何机械联锁。
由于该新型开关将电磁铁与永磁铁有机结合,整个机构的零部件总数大幅减少,使机构的整体可靠性得到大幅度提高。
图3 超高速斥力开关剖面结构(合闸状态)Fig.3 Structure of ultra fast repulsion switch该型斥力开关动作机构的电磁学和动力学的基本动态方程组为[10 11]:d I d t=A -1(I 0-I )F =Nm =1 N1p=1i0ipd M mp d xM d 2x d t2=F -f (x )(1)式中:A 为N 1+1维电感系数矩阵,由各个环节的自感、互感和电阻决定;F 为总电磁力;N 0为通电线圈的总匝数;N 1为铜盘涡流的等效匝数;i 0为通电线圈的电流;M m p 为每匝线圈与每匝铜盘等效圆环之间的互感;M 为铜盘和连杆系统的总质量;x 为动触头行程;f (x )为运动中受到的阻力,包括重力、摩擦力等;电流向量I 和I 0形式如下:I =[i 0,i 1,i2,!,i N 1]T (N 1+1)∀1(2)I 0=E 0-1C #t 0i 0d t R,0,0,!,0T(N 1+1)∀1(3)622008,32(12)式中:i 1,i 2,!,i N 1为铜盘的各匝等效涡流;E 0为电容的充电电压;R 为放电回路电阻。
文献[11]采用时间和空间双层循环的离散迭代算法得到了电磁斥力机构参数优化设计方案,本文在此基础上优化设计了紫铜盘,半径40m m 、厚4m m,线圈中间空心半径10mm 、外半径40m m 、单层10匝。
为了增加机构的电磁斥力,采用双层盘式线圈设计方案。
图4为1mF 电容充电电压取1500V 时分闸线圈电流i 、运动机构受力F 、运动速度v 和位移s 的Ansoft 仿真波形。
由图4可知,运动机构所受合力最大值为80kN,其运动过程可分为加速阶段(约300 s)和匀速阶段,加速阶段结束后运动机构速度达到4 8m /s,位移为1mm。
图4 电容充电电压为1500V 时的分闸过程波形Fig.4 Main waveforms during the opening sequencewith charging voltage of 1500V2.2 固态开关电路设计本文设计的换流电路采用桥式固态开关电路,可以满足断路器应用于交流或直流系统的要求。
F1选用北京椿树公司生产的2500V/2500A 快速晶闸管,其固有关断时间t q 仅为16 s,可在电容C 放电电流大于主回路电流极短时间内可靠关断F1,这样不仅降低了电容容量和电压,而且可以提高固态开关的关断速度;F2选用同一型号的快速晶闸管。
F1的强迫关断是通过触发F2使得电容C 放电来实现的,关断过程如图5所示。
电容放电电流i C 在时刻T 到达I ,与主回路电流i 大小相等、方向相反,此时F1电流减小为0,二极管开始导通续流,电容放电电流i C 将继续上升到峰值并开始下降,经t RR 时间i C 与i 再次相等。
F1在该过程中由于承受二极管导通电压而关断,其可靠关断条件是二极管导通时间t RR 必须大于F1的固有关断时间t q [12 13]。
图5 固态开关关断过程原理Fig.5 Turning of f principle of solid state switch假定主回路电流上升率D =d i /d t 在二极管导通期间为定值,忽略线路电阻,则有:I =U L CsinT I +Dt RR =U L Csin (T +t RR )(4)式中: =1L C。
当已知D =20A/ s,I =10kA,设定C =1mF,充电电压U 分别取0 8kV,1kV,1 2kV 时可由式(4)计算出电感L 对二极管导通时间t RR 的影响,如图6所示。
对于不同的充电电压,存在一个电感值使得t RR 达到最大值。
随着充电电压的增大,该电感值也随之增大。
本文选取了C =1mF,U =1kV,L =4 H 的放电回路参数,对应的t RR 约为100 s 。
图6 电感对二极管导通时间的影响Fig.6 Turn on time of diode with different inductance2.3 限压吸能电路和缓冲电路设计由于线路中存在电感,开关关断过程中会出现上千伏的过电压,这对设备的可靠性和安全性构成了威胁,因此需要并联限压吸能电路[14 15]。
本文采用高能M OV 作为主要吸能部件,限流关断过程中,电容C 和M OV 共同对系统能量进行吸收。
在进行M OV 选型时,需要确定MOV 的压敏63∃研制与开发∃ 王 晨,等 新型混合式限流断路器设计及其可靠性分析电压、最大钳位电压和最大能量。
M OV的压敏电压为:U1mA=1 1U d75%=470V(5)式中:U d为直流电压值;1 1是考虑了电网波动的修正因数;75%是按较高值选取的荷电率。