專利名稱：電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電網(wǎng)短路故障時(shí)使用的限流熔斷器，尤其涉及一種電弧觸發(fā)型混合限 流熔斷器。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)現(xiàn)代化程度的日益提高、新型供電網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和系統(tǒng)容量的不 斷增大，一方面提高了系統(tǒng)供電的可靠性、連續(xù)性和供電品質(zhì)，但同時(shí)也帶來(lái)了短路故障時(shí) 電流水平的迅速提高，短路電流的危害日漸突出。在短路情況較嚴(yán)重的時(shí)候(例如發(fā)電機(jī) 出線端短路)，短路電流將達(dá)到IOOkA甚至更大。因此，若不在電力系統(tǒng)中采取合適的限流 技術(shù)，一旦發(fā)生短路故障，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的有效保護(hù)，可能導(dǎo)致全面停電，后果將十分嚴(yán) 重。目前，國(guó)內(nèi)外研究者為解決電力系統(tǒng)保護(hù)問(wèn)題開展了大量的故障電流限制技術(shù)研 究。普通限流熔斷器在小額定電流下能夠有效限制短路電流，但是隨著額定電流增大和電 壓等級(jí)增高，其限流性能變差，無(wú)法滿足要求。采用電子控制單元的混合限流熔斷器具有額 定容量大、開斷速度快和限流能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是需要增加傳感器、邏輯控制單元和可靠電 源，成本高、體積大，且可能出現(xiàn)誤動(dòng)和拒動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種額定容量大、限流 能力強(qiáng)，且體積小、可靠性高的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器包括一個(gè)快速熔斷 器。其特別之處在于它還包括高速載流隔離器和用于觸發(fā)高速載流隔離器的電弧觸發(fā)器。 所述快速熔斷器與高速載流隔離器并聯(lián)后與電弧觸發(fā)器串聯(lián)。所述高速載流隔離器包括隔離器輸入接線端子和隔離器輸出接線端子。所述隔離 器輸入接線端子和隔離器輸出接線端子之間跨接有可被切斷的觸頭組件。所述觸頭組件的 一側(cè)設(shè)有動(dòng)力裝置，用于在所述電弧觸發(fā)器的觸發(fā)下切斷觸頭組件。所述觸頭組件包括中央銅塊，所述中央銅塊的兩端邊緣分別與連接塊連為一體， 一端的連接塊與所述隔離器輸入接線端子相連，另一端的連接塊與所述隔離器輸出接線端 子相連。所述中央銅塊為圓柱體，其兩端邊緣分別通過(guò)連接塊與所述隔離器輸入接線端子 和隔離器輸出接線端子相連。所述動(dòng)力裝置包括設(shè)置在隔離器輸入接線端子或者隔離器輸出接線端子上的爆 炸汽缸。所述爆炸汽缸的起爆引線的輸入端跨接在所述電弧觸發(fā)器的兩端，爆炸汽缸的活 塞的輸出端與觸頭組件的中央銅塊一端接觸。所述電弧觸發(fā)器包括兩個(gè)觸發(fā)器接線端子和跨接在兩個(gè)觸發(fā)器接線端子之間的 熔體。
所述熔體最好為單斷口、圓孔變截面結(jié)構(gòu)。熔體的材質(zhì)為銀、銅或者鋁。熔體兩端 采用點(diǎn)焊、釬焊、或者壓接的方式與兩個(gè)觸發(fā)器接線端子連接。所述快速熔斷器的電阻值為高速載流熔斷器電阻值的50倍以上。本發(fā)明將電弧觸發(fā)器、高速載流隔離器和快速熔斷器進(jìn)行了綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠 在千安級(jí)額定電流下保持較低功耗，而在短路電流下又能迅速分?jǐn)嗖㈦娏鬓D(zhuǎn)移到快速 熔斷器支路，從而解決了普通限流熔斷器在大額定電流場(chǎng)合通流能力和限流能力之間的矛 盾；另一方面，相對(duì)于電子控制型混合限流熔斷器而言，該方案省去了傳感器、邏輯控制單 元和外部電源等中間環(huán)節(jié)，直接利用短路電流的熱效應(yīng)作為故障判據(jù)和觸發(fā)條件，不僅提 高了可靠性，同時(shí)也大大減小了體積、降低了成本，有著廣闊的工程應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì) 效益。


圖1是本發(fā)明的電路原理圖；圖2是圖1中電流觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖1中高速載流隔離器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4中動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的限流過(guò)程示意圖；圖7是短路限流實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)波形圖；圖8是普通快速限流熔斷器限流的實(shí)驗(yàn)波形圖；圖中，1-電弧觸發(fā)器，2-高速載流隔離器，3-快速熔斷器，4,5-觸發(fā)器接線端子， 6-熔體，7-觸發(fā)器外殼，8-動(dòng)力裝置，9-觸頭組件，10-隔離器輸入接線端子，11-隔離器輸 出接線端子，12-隔離器外殼，13-中央銅塊，14-空腔，15-爆炸汽缸，16-起爆引線，17-起 爆器，18-雷管，19-活塞，20-預(yù)期短路電流，21-高速載流隔離器上通過(guò)的電流，22-快速熔 斷器上通過(guò)的電流，tr電弧觸發(fā)器熔斷起弧時(shí)刻，t2-高速載流隔離器分?jǐn)鄷r(shí)刻，t3-換流 完畢時(shí)刻，t4-快速熔斷器熔斷起弧時(shí)刻，t5-電路分?jǐn)鄷r(shí)刻。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器作進(jìn)一步的 詳細(xì)描述如圖1所示，本實(shí)施例中的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器包括一個(gè)快速熔斷器3、一 個(gè)高速載流隔離器2和一個(gè)用于觸發(fā)高速載流隔離器2的電弧觸發(fā)器1?？焖偃蹟嗥?與 高速載流隔離器2并聯(lián)后與電弧觸發(fā)器1串聯(lián)。如圖2和圖3所示，電弧觸發(fā)器1包括兩個(gè)觸發(fā)器接線端子4、5和跨接在兩個(gè)觸 發(fā)器接線端子4、5之間的熔體6。該熔體6為單斷口、圓孔變截面結(jié)構(gòu)，加之兩個(gè)觸發(fā)器接 線端子4、5為其提供了良好的散熱條件，其正常工作的電流密度可達(dá)到1000A/mm2以上，而 普通限流熔斷器的工作電流密度通常不超過(guò)500A/mm2，從而使得其弧前i2t值要遠(yuǎn)小于相 同電流等級(jí)的普通限流熔斷器。熔體6的材質(zhì)可以為銀、銅或者鋁，本實(shí)施例中熔體6采用 的材質(zhì)為銀。熔體6兩端可以采用點(diǎn)焊、釬焊、或者壓接的方式與兩個(gè)觸發(fā)器接線端子4、5連接。熔體6的外部、兩個(gè)觸發(fā)器接線端子4、5結(jié)合處外還設(shè)有觸發(fā)器外殼7，外殼內(nèi)填充 有石英砂，可有效熄滅電弧。如圖4和圖5所示，高速載流隔離器2包括隔離器輸入接線端子10和隔離器輸出 接線端子11。隔離器輸入接線端子10和隔離器輸出接線端子11之間跨接有可被切斷的觸 頭組件9。觸頭組件9包括一圓柱體中央銅塊13，中央銅塊13的兩端邊緣分別與連接塊連 為一體，一端的連接塊與所述隔離器輸入接線端子10相連，另一端的連接塊與所述隔離器 輸出接線端子11相連構(gòu)成流通回路。觸頭組件9外包覆有隔離器外殼1 2，與觸頭組件9 一起形成了空腔1 4。在隔離器輸入接線端子10上固定設(shè)有動(dòng)力裝置8，用于在電弧觸發(fā) 器1的觸發(fā)下切斷觸頭組件9。該動(dòng)力裝置8包括設(shè)置在隔離器輸入接線端子10上的爆炸 汽缸15，爆炸汽缸15的空腔內(nèi)設(shè)有依次連接的起爆引線16、起爆器17、雷管18和活塞19。 起爆引線16的輸入端跨接在上述電弧觸發(fā)器1的兩端，活塞19的輸出端伸入上述的一個(gè) 空腔14內(nèi)并與觸頭組件9的中央銅塊13 —端接觸，用于從觸頭組件9上剪斷中央銅塊13?？焖偃蹟嗥?專為配合高速載流隔離器2而設(shè)計(jì)，其電阻值為高速載流隔離器2 電阻值的50倍以上，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電流幾乎不經(jīng)過(guò)該支路。在限流分?jǐn)噙^(guò)程中， 快速熔斷器3的弧前i2t值還必須保證其在高速載流隔離器斷口介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)后再熔斷起 弧。本發(fā)明的工作原理如下將本電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器串聯(lián)入電網(wǎng)，當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于快速 熔斷器3的電阻值遠(yuǎn)大于高速載流隔離器2的電阻值，電流幾乎全部從電弧觸發(fā)器1和高 速載流隔離器2上通過(guò)；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，電弧觸發(fā)器1內(nèi)的熔體6在短路電流下迅 速地熔斷起弧，所產(chǎn)生的電弧電壓通過(guò)起爆引線16依次引爆動(dòng)力裝置8中的起爆器17和 雷管18，形成的巨大推力作用于活塞19，進(jìn)而推動(dòng)觸頭組件9的中央銅塊13并將其頂入相 應(yīng)的空腔14內(nèi)，觸頭組件9形成斷口，高速載流隔離器2分?jǐn)?。從?dòng)力裝置8被觸發(fā)到觸 頭組件9斷口形成的時(shí)間不超過(guò)200 μ S。短路電流隨即轉(zhuǎn)移至快速熔斷器3所在支路，快 速熔斷器3迅速熔斷并產(chǎn)生一個(gè)高于系統(tǒng)電壓的弧壓，短路電流開始下降，最終電路完全 分?jǐn)??？焖偃蹟嗥?的弧前時(shí)間(從換流結(jié)束至快速熔斷器3熔斷)必須能夠保證高速載 流隔離器2所形成的斷口已經(jīng)恢復(fù)介質(zhì)強(qiáng)度，否則該斷口會(huì)被快速熔斷器3的弧壓重新?lián)?穿，影響限流效果。圖6示意出了上述限流過(guò)程中各器件上的電流情況。發(fā)生短路后，從電弧觸發(fā)器 熔斷起弧時(shí)刻ti，經(jīng)過(guò)100 200 μ S到達(dá)高速載流隔離器分?jǐn)鄷r(shí)刻t2，電流開始向快速熔 斷器3轉(zhuǎn)移，一直持續(xù)到換流完畢時(shí)刻t3?？焖偃蹟嗥魅蹟嗥鸹r(shí)刻t4電流到達(dá)峰值并開 始下降，至電路分?jǐn)鄷r(shí)刻t5電流下降至零。圖7所示為本實(shí)施例的一次樣機(jī)短路限流實(shí)驗(yàn)波形圖，樣機(jī)額定容量為 125(^/120(^，冷態(tài)電阻3(^ Ω，預(yù)期短路電流峰值IOOkA,時(shí)間常數(shù)3ms。測(cè)量通過(guò)該電弧 觸發(fā)型混合限流熔斷器的電流峰值為21. 6kA，峰值時(shí)間約0. 8ms，全分?jǐn)鄷r(shí)間約1. 5ms。圖 8所示為普通快速熔斷器限流實(shí)驗(yàn)波形，其額定容量為1250A/1200V，冷態(tài)電阻150μ Ω。測(cè) 量通過(guò)該快速熔斷器的電流峰值為54. 6kA，峰值時(shí)間約3. 4ms，全分?jǐn)鄷r(shí)間約7. 5ms?？梢?看出，本發(fā)明在相同的電壓電流等級(jí)下，其冷態(tài)電阻僅為普通快速熔斷器的1/5，而其分?jǐn)?時(shí)間及限流峰值要明顯小于普通快速熔斷器。
權(quán)利要求
電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器，包括一個(gè)快速熔斷器(3)，其特征在于它還包括高速載流隔離器(2)和用于觸發(fā)高速載流隔離器(2)的電弧觸發(fā)器(1)，所述快速熔斷器(3)與高速載流隔離器(2)并聯(lián)后與電弧觸發(fā)器(1)串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器，其特征在于所述高速載流 隔離器(2)包括隔離器輸入接線端子(10)和隔離器輸出接線端子(11)；所述隔離器輸入 接線端子(10)和隔離器輸出接線端子(11)之間跨接有可被切斷的觸頭組件(9)；所述觸 頭組件(9)的一側(cè)設(shè)有動(dòng)力裝置(8)，用于在所述電弧觸發(fā)器(1)的觸發(fā)下切斷觸頭組件 (9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器，其特征在于所述觸頭組件(9) 包括中央銅塊(13)，所述中央銅塊(13)的兩端邊緣分別與連接塊連為一體，一端的連接塊 與所述隔離器輸入接線端子(10)相連，另一端的連接塊與所述隔離器輸出接線端子(11) 相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器，其特征在于所述中央銅塊 (13)為圓柱體，其兩端邊緣分別通過(guò)連接塊與所述隔離器輸入接線端子(10)和隔離器輸 出接線端子(11)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器，其特征在于所述動(dòng)力裝置(8) 包括設(shè)置在隔離器輸入接線端子(10)或者隔離器輸出接線端子(11)上的爆炸汽缸(15)， 所述爆炸汽缸(15)的起爆引線(16)的輸入端跨接在所述電弧觸發(fā)器(1)的兩端，爆炸汽 缸(15)的活塞(19)的輸出端與觸頭組件(9)的中央銅塊(13) —端接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器，其特征在于所述電弧觸發(fā)器 (1)包括兩個(gè)觸發(fā)器接線端子(4、5)和跨接在兩個(gè)觸發(fā)器接線端子(4、5)之間的熔體(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器，其特征在于所述熔體(6)為 單斷口、圓孔變截面結(jié)構(gòu)；熔體(6)的材質(zhì)為銀、銅或者鋁；熔體(6)兩端采用點(diǎn)焊、釬焊、 或者壓接的方式與兩個(gè)觸發(fā)器接線端子(4、5)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器，其特征在 于所述快速熔斷器(3)的電阻值為高速載流熔斷器(2)電阻值的50倍以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及電網(wǎng)短路故障時(shí)使用的限流熔斷器，尤其涉及一種電弧觸發(fā)型混合限流熔斷器，用于解決現(xiàn)有熔斷器限流能力小、或者成本高和體積大等缺陷。它包括一個(gè)快速熔斷器。其特別之處在于它還包括高速載流隔離器和用于觸發(fā)高速載流隔離器的電弧觸發(fā)器。所述快速熔斷器與高速載流隔離器并聯(lián)后與電弧觸發(fā)器串聯(lián)。本發(fā)明將電弧觸發(fā)器、高速載流隔離器和快速熔斷器進(jìn)行了綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在千安級(jí)額定電流下保持較低功耗，而在短路電流下又能迅速分?jǐn)嗖㈦娏鬓D(zhuǎn)移到快速熔斷器支路；另一方面，相對(duì)于電子控制型混合限流熔斷器而言，該方案直接利用短路電流的熱效應(yīng)作為故障判據(jù)和觸發(fā)條件，不僅提高了可靠性，同時(shí)也大大減小了體積、降低了成本。
文檔編號(hào)H01H85/041GK101902027SQ20091006381
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者莊勁武, 戴超, 陳搏 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)