斷路器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型揭示了一種斷路器。該斷路器包括超導(dǎo)限流器和斷路模塊，所述超導(dǎo)限流器和所述斷路模塊串聯(lián)連接，所述斷路模塊包括切斷器、第一半導(dǎo)體開關(guān)單元和第二半導(dǎo)體開關(guān)單元，所述切斷器與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元串聯(lián)，且與所述超導(dǎo)限流器串聯(lián)，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元與串聯(lián)的所述切斷器和所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)。斷路器可以在電路出現(xiàn)過流故障時(shí)快速安全地切斷電路。
【專利說明】斷路器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種斷路器，特別涉及一種高壓斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓電路中，尤其是高壓直流電路中，例如電網(wǎng)，出現(xiàn)過流故障(例如短路)時(shí)電路中的電流相當(dāng)大，如果直接斷開開關(guān)器件來(lái)斷開電路，開關(guān)器件處會(huì)產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，對(duì)開關(guān)器件的損傷較大，很大程度上影響開關(guān)器件的性能，甚至損壞開關(guān)器件。而且隨著電網(wǎng)容量的不斷增加，短路電流也隨之增大，斷開開關(guān)器件時(shí)很容易造成很大的拉弧，從而損壞開關(guān)器件。
[0003]因此，有必要提供一種改進(jìn)的斷路器來(lái)解決上述技術(shù)問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的一個(gè)方面在于提供一種斷路器。該斷路器包括超導(dǎo)限流器和斷路模塊，所述超導(dǎo)限流器和所述斷路模塊串聯(lián)連接，所述斷路模塊包括切斷器、第一半導(dǎo)體開關(guān)單元和第二半導(dǎo)體開關(guān)單元，所述切斷器與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元串聯(lián)，且與所述超導(dǎo)限流器串聯(lián)，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元與串聯(lián)的所述切斷器和所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)。
[0005]在一些實(shí)施方式中，所述斷路模塊包括非線性電阻，所述非線性電阻和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)。
[0006]在一些實(shí)施方式中，所述切斷器和所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元常通，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元常斷。
[0007]在一些實(shí)施方式中，所述斷路模塊包括LC諧振單元和與所述LC諧振單元串聯(lián)的第三半導(dǎo)體開關(guān)單元，串聯(lián)的所述LC諧振單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)。
[0008]在一些實(shí)施方式中，所述斷路模塊包括若干二極管，所述二極管分別與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)，且所述二極管的導(dǎo)通方向分別和與其并聯(lián)的所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元的導(dǎo)通方向相反。
[0009]在一些實(shí)施方式中，所述斷路模塊包括非線性電阻，所述非線性電阻與所述LC諧振單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)。
[0010]在一些實(shí)施方式中，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元常斷。
[0011]在一些實(shí)施方式中，所述切斷器、所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元、所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元為可控器件。
[0012]在一些實(shí)施方式中，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元分別包括至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件
[0013]在一些實(shí)施方式中，所述超導(dǎo)限流器包括超導(dǎo)電阻、電阻和電感，電阻和電感串聯(lián)，超導(dǎo)電阻與串聯(lián)的電阻和電感并聯(lián)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0014]通過結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本實(shí)用新型，在附圖中:
[0015]圖1所示為本實(shí)用新型的斷路器的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖；
[0016]圖2所示為圖1所示的斷路器的超導(dǎo)限流器的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖；
[0017]圖3所示為圖1所示的斷路器的斷路模塊的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖；
[0018]圖4所示為圖1所示的斷路器的斷路模塊的另一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]除非另作定義，在本說明書和權(quán)利要求書中使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解釋成本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”或者“第二”以及類似的詞語(yǔ)并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來(lái)區(qū)分不同的組成部分。“一個(gè)”或者“一”等類似詞語(yǔ)并不表示數(shù)量限制，而只是表示存在至少一個(gè)。“或者”包括所列舉的項(xiàng)目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等類似的詞語(yǔ)意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語(yǔ)并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。
[0020]圖1所示為本實(shí)用新型斷路器10的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。本實(shí)施方式的斷路器10與總開關(guān)11和電源13串聯(lián)。斷路器10包括超導(dǎo)限流器15和斷路模塊17?？傞_關(guān)11、電源13、超導(dǎo)限流器15和斷路模塊17串聯(lián)連接。斷路器10可以用于高壓電路中，尤其是直流高壓電路，例如電網(wǎng)，但不限于此。在一個(gè)實(shí)施方式中，電源13是直流高壓電源，例如高壓直流電網(wǎng)、發(fā)電設(shè)備等，提供高壓直流電給工作電路(未圖示)。斷路器10連接于電源13和工作電路(未圖示)之間，用于在電路出現(xiàn)過流故障時(shí)，例如電路短路、因負(fù)載原因造成電流瞬間變大等，快速且安全地切斷電源。
[0021]在電路正常工作時(shí)，斷路器10為導(dǎo)通狀態(tài)，通過控制總開關(guān)11的打開或閉合來(lái)切斷或接入電源13。當(dāng)電路出現(xiàn)過流故障時(shí)，電路的電流很大。如果在電流高于總開關(guān)11的額定短路開斷電流時(shí)斷開總開關(guān)11，總開關(guān)11處會(huì)產(chǎn)生拉弧。本實(shí)用新型利用斷路器10來(lái)斷開電路。斷路器10的超導(dǎo)限流器15先限制電流，然后通過斷路模塊17斷開電路。斷路器10切斷電路后斷開總開關(guān)11，從而可以避免總開關(guān)11處產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。在一個(gè)實(shí)施方式中，總開關(guān)11是機(jī)械開關(guān)，例如閘刀等。
[0022]圖2所示為圖1所示的斷路器10的超導(dǎo)限流器15的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。出現(xiàn)過流故障時(shí)，超導(dǎo)限流器15可限制電路中的電流。本實(shí)施方式的超導(dǎo)限流器15為電阻式的超導(dǎo)限流器。超導(dǎo)限流器15包括超導(dǎo)電阻Rs。、電阻Rshunt和電感Lshunt。電阻Rshunt和電感Lshunt串聯(lián)，超導(dǎo)電阻Rs。與串聯(lián)的電阻RShunt和電感Lshunt并聯(lián)。超導(dǎo)電阻Rs。由聞溫超導(dǎo)材料制成。電路正常工作時(shí)，流過超導(dǎo)電阻&。的電流小于超導(dǎo)電阻&。的臨界電流，由于超導(dǎo)材料的特性，超導(dǎo)電阻Rs。處于超導(dǎo)狀態(tài)，電阻值等于或接近于零。超導(dǎo)電阻Rs。兩端的電壓等于或接近于零。通過超導(dǎo)電阻Rs。的電流Is。等于或接近于總電流Iune，流過電阻Rshimt的電流Ishunt等于或接近于零。電路正常工作時(shí)，超導(dǎo)限流器15不會(huì)影響電路的正常工作和性能。
[0023]當(dāng)電路出現(xiàn)過流故障時(shí)，電路中的電流急劇變大，流過超導(dǎo)電阻Rs。的電流Is。超過超導(dǎo)電阻Rs。的臨界電流，超導(dǎo)電阻Rs。失去超導(dǎo)特性。此時(shí)，流過超導(dǎo)電阻Rs。的電流Is。急劇增大，超導(dǎo)電阻Rs。的電阻值成指數(shù)倍迅速增大，超導(dǎo)電阻Rs。兩端的電壓變大。總電流ILine分流至電阻Rshunt和電感Lshunt的支路。電阻Rshunt和電感Lshunt的支路限制超導(dǎo)電阻Rs。兩端的電壓的增大。電感Lshunt限制電流。如此，超導(dǎo)限流器15限制電路中的電流。由于超導(dǎo)材料的特性，超導(dǎo)限流器15可以在幾毫秒內(nèi)將電路的電流降低。電路的電流降低后，斷路模塊17斷開，從而將電源13從電路中斷開。在其他實(shí)施方式中，超導(dǎo)限流器15可以采用其他類型的超導(dǎo)限流器，例如無(wú)感電抗器型、混合型的超導(dǎo)限流器。
[0024]圖3所示為圖1所示的斷路模塊17的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。斷路模塊17包括切斷器或隔離開關(guān)20、第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22和第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24。切斷器20與第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22串聯(lián)，且與超導(dǎo)限流器15串聯(lián)。第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24與串聯(lián)的切斷器20和第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22并聯(lián)。切斷器20和第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22常通，第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24常斷。在一實(shí)施方式中，切斷器20為快速高壓切斷器。切斷器20可以是機(jī)械開關(guān)。第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22和第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24分別包括至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件26,例如，晶閘管、IGBT (Insulated Gate Bipolar Translator,絕緣柵門極晶體管)等。第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件26串聯(lián)，第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件26串聯(lián)來(lái)承受高壓。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22與第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24采用相同的半導(dǎo)體開關(guān)器件26。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一半導(dǎo)體單元22與第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24采用不同的半導(dǎo)體開關(guān)器件26，例如半導(dǎo)體開關(guān)器件26的種類、額定參數(shù)或性能等不同。第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24的阻抗大于第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22的阻抗。
[0025]在電路正常工作時(shí)，切斷器20和第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22導(dǎo)通，電流流過切斷器20和第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22。第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22的阻抗較小，因此其對(duì)電路的電流和電壓的影響較小。當(dāng)電路出現(xiàn)過流故障時(shí)，閉合第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24來(lái)分流。然后斷開第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22，電路中的總電流流過第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24。接著斷開第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24和切斷器20。半導(dǎo)體開關(guān)斷開時(shí)不會(huì)出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，且半導(dǎo)體開關(guān)可快速斷開。通過半導(dǎo)體開關(guān)來(lái)斷開電路，避免在高壓大電流時(shí)直接斷開切斷器20和總開關(guān)11出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，可以保護(hù)切斷器20和總開關(guān)11。且該斷路模塊17可以快速地?cái)嚅_。切斷器20、第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22和第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24為可控器件，可以通過控制器(未圖示)來(lái)控制該些器件的斷開和閉合。
[0026]在圖示實(shí)施方式中，斷路模塊17還包括非線性電阻38。非線性電阻38和第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24并聯(lián)。非線性電阻38可以限制第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24的電壓在其斷開的瞬間急劇變大，從而避免第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24的半導(dǎo)體開關(guān)器件26損壞。
[0027]圖4所示為圖1所示的斷路模塊17的另一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。圖4中實(shí)施方式的斷路模塊17類似于圖3中實(shí)施方式的斷路模塊17。為了方便起見，圖4的斷路模塊17與圖3的斷路模塊17相同的原件用相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)示。相較于圖3的斷路模塊17，圖4的斷路模塊17進(jìn)一步包括LC諧振單元28和與LC諧振單元28串聯(lián)的第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30。串聯(lián)的LC諧振單元28和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30與第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24并聯(lián)。LC諧振單元28包括串聯(lián)連接的電感32和電容34。第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30常斷。在一個(gè)實(shí)施方式中，第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30為可控器件。在圖示實(shí)施方式中，第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30包括一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件，該半導(dǎo)體開關(guān)器件可與第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22和/或第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24的半導(dǎo)體開關(guān)器件26相同。在一些實(shí)施方式中，第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30包括多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)器件。
[0028]在本實(shí)施方式中，斷路模塊17包括若干二級(jí)管36。二極管36分別與第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30并聯(lián)，且二極管36的導(dǎo)通方向分別和與其并聯(lián)的第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30的導(dǎo)通方向相反。第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22、第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30的半導(dǎo)體開關(guān)器件26的導(dǎo)通方向與總電路的電流Ium的方向相同。二極管36的導(dǎo)通方向與總電路的電流Ium的方向相反。斷路模塊17還包括非線性電阻38。非線性電阻38與LC諧振單元28和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30并聯(lián)。流過非線性電阻38的電流增大時(shí)，非線性電阻38的電阻值減小。
[0029]電路正常工作時(shí)，僅切斷器20和第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22導(dǎo)通。此時(shí)非線性電阻38的電阻值很大，對(duì)電路的電流的影響較小。當(dāng)電路出現(xiàn)過流故障時(shí)，閉合第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24來(lái)分流，接著斷開第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22。然后閉合第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30，如此LC諧振單元28、第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24、第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30和二極管36形成諧振回路。當(dāng)諧振電流等于零時(shí)，斷開第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30。之后斷開切斷器20。在一些實(shí)施方式中，斷開第一半導(dǎo)體開關(guān)單元22之后，切斷器20無(wú)電流流過，此時(shí)即可斷開切斷器20。如此，在流過第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30的電流等于零時(shí)斷開第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30，可以保護(hù)第二半導(dǎo)體開關(guān)單元24和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30。第三半導(dǎo)體開關(guān)單元30斷開后，電容34通過二極管36放電，非線性電阻38吸收電容34上剩余的能量。
[0030]雖然結(jié)合特定的實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對(duì)本實(shí)用新型可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識(shí)到，權(quán)利要求書的意圖在于涵蓋在本實(shí)用新型真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種斷路器，其特征在于:所述斷路器包括超導(dǎo)限流器和斷路模塊，所述超導(dǎo)限流器和所述斷路模塊串聯(lián)連接，所述斷路模塊包括切斷器、第一半導(dǎo)體開關(guān)單元和第二半導(dǎo)體開關(guān)單元，所述切斷器與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元串聯(lián)，且與所述超導(dǎo)限流器串聯(lián)，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元與串聯(lián)的所述切斷器和所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的斷路器，其特征在于:所述斷路模塊包括非線性電阻，所述非線性電阻和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的斷路器，其特征在于:所述切斷器和所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元常通，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元常斷。
4.如權(quán)利要求1至3中任一所述的斷路器，其特征在于:所述斷路模塊包括LC諧振單元和與所述LC諧振單元串聯(lián)的第三半導(dǎo)體開關(guān)單元，串聯(lián)的所述LC諧振單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)。
5.如權(quán)利要求4所述的斷路器，其特征在于:所述斷路模塊包括若干二極管，所述二極管分別與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)，且所述二極管的導(dǎo)通方向分別和與其并聯(lián)的所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元的導(dǎo)通方向相反。
6.如權(quán)利要求5所述的斷路器，其特征在于:所述斷路模塊包括非線性電阻，所述非線性電阻與所述LC諧振單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元并聯(lián)。
7.如權(quán)利要求4所述的斷路器，其特征在于:所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元常斷。
8.如權(quán)利要求4所述的斷路器，其特征在于:所述切斷器、所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元、所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元為可控器件。
9.如權(quán)利要求1所述的斷路器，其特征在于:所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元分別包括至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件。
10.如權(quán)利要求1所述的斷路器，其特征在于:所述超導(dǎo)限流器包括超導(dǎo)電阻、電阻和電感，電阻和電感串聯(lián)，超導(dǎo)電阻與串聯(lián)的電阻和電感并聯(lián)。
【文檔編號(hào)】H02H3/087GK203722202SQ201420069865
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】許飛, 楊文強(qiáng) 申請(qǐng)人:通用電氣（中國(guó)）研究開發(fā)中心有限公司