一种短路电流自驱动的限流直流断路器

技术领域

本发明属于开关电器技术领域，具体涉及一种短路电流自驱动的限流直流断路器。

背景技术

强迫换流型直流真空断路器，通常主要由真空开关、预充电的LC换流回路、基于MOV的限压吸能组件，配以故障检测与时序控制器构成。故障分断时，通过电流传感器检测电流，经逻辑控制器判定故障后，触发真空开关快速分闸，在合适的时刻触发换流回路投入，在真空开关中制造过零点，电流转移至换流回路建立过压，由MOV进行限压吸能，最终实现电流分断。强迫换流型直流真空断路器可分断短路电流大，具有较好的应用前景，对机械开关的快速响应及其高频分断能力要求很高，其主要缺点是换流回路及其从属设备较多，控制复杂。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明提供能实现常态自储能、故障自分断的短路电流自驱动的限流直流断路器。

为实现上述目的，本发明提供一种短路电流自驱动的限流直流断路器，包括短路电流自驱动的快速开关、与快速开关集成的自感应触发器、与快速开关并联的限压吸能组件、与快速开关反并联的二级管、与二极管阴极相连的脉冲开关、一端与脉冲开关一路相连的脉冲电容、与脉冲开关另一路相连的限流电阻及一端与脉冲电容另一端相连的脉冲电感，脉冲电感的另一端连接到二极管的阳极，快速开关串入断路器的正极，充电接触器的一端连接断路器的正极进线侧、充电接触器的另一端连接熔断器的一端，熔断器的另一端连接到脉冲电容的一极，脉冲电容另一端经限流电阻连接到断路器的负极。

进一步地，所述快速开关采用短路电流自驱动的快速真空开关。

进一步地，所述充电接触器选用高压真空接触器。

进一步地，所述脉冲开关选用真空触发开关或脉冲晶闸管。

进一步地，所述脉冲电容选用金属化薄膜脉冲电容器。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1)本发明中采用短路电流自驱动的快速开关，故障工况下短路电流自驱动实现快速斥力分闸，省去了驱动电容器组及其充放电部件，机构更简单，不必等待外部指令，分闸响应更迅速，更可靠；

2)本发明采用与快速开关集成的触发器，自动感应短路电流形成触发信号，按照设定的延时触发换流电流投入，采用光纤作为连接介质，具备电气隔离功能，控制环节更简单，短路分断更可靠；

3)本发明采用预充电电路利用系统电能对脉冲电容进行预充电，简化了脉冲电容充放电设备组成，电容电能来源于系统，组成更简单，应用更可靠，且具备负载侧故障情况熔断器熔断报警功能，避免负载侧故障情况合闸的风险。

附图说明

图1为本发明短路电流自驱动的限流直流断路器拓扑示意图；

图2为断路器预充电与闭合过程示意图；

图3为断路器合闸状态系统拓扑图；

图4为断路器短路自驱动、自触发示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施方式，但不作为对本发明的限定。

如图1所示短路电流自驱动的限流直流断路器，包括短路电流自驱动的快速开关1、与快速开关1集成的自感应触发器2、与快速开关1并联的限压吸能组件3、与快速开关1反并联的二级管4、与二极管4阴极相连的脉冲开关5、一端与脉冲开关5一路相连的脉冲电容6、与脉冲开关5另一路相连的限流电阻11及一端与脉冲电容6另一端相连的脉冲电感7，脉冲电感7的另一端连接到二极管4的阳极，快速开关1串入断路器的正极8，充电接触器9的一端连接断路器的正极8进线侧、充电接触器9的另一端连接熔断器10的一端，熔断器10的另一端连接到脉冲电容6的一极，脉冲电容6另一端经限流电阻11连接到断路器的负极12。

断路器闭合时，首先闭合充电接触器9，为脉冲电容6预充电，脉冲电容6充电至系统电压后，断开充电接触器9，闭合快速开关1，接通主回路。合闸状态下，快速开关承担主电流通流任务，充电接触器9断开，脉冲开关5断开，系统通过限流电阻11，将脉冲电容6电压维持在系统电压。如附图2、3所示。

故障情况下，因主回路中短路电流上升率较大，快速开关1快速打开，集成的自感应触发器2延迟一定时间发光，触发脉冲开关5导通。脉冲开关5导通后，脉冲电容6迅速放电，快速开关1电流迅速过零，二极管4为快速开关1近似零电压的介质恢复条件，脉冲电容6反充电电压高于限压吸能组件3动作电压后，故障电流转移至限压吸能组件4进行耗能，脉冲开关5在电流小于一定值时关断。如附图4所示。

本实施例中，快速开关采用真空灭弧室适配短路电流自驱动机构。充电接触器9选用高压真空接触器，脉冲开关5选用真空触发开关或脉冲晶闸管，脉冲电容6选用金属化薄膜脉冲电容器。

本发明将快速开关1串入断路器的正极8，实现机构故障电流快速自驱动；采用与快速开关集成的自感应触发器2，实现直流故障电流强迫换流分断；利用熔断器10识别负载侧故障；采用预充电回路(充电接触器9、熔断器10、限流电阻11构成)，确保断路器合闸前具备分断能力，断路器合闸运行中，将脉冲电容6直接挂网自动维持在浮充状态，省去了充电电路。对本领域技术人员来说，可以选用其他形式的快速开关，或仅更改断路器部分组成，但全部采用或部分采用短路电流自驱动快速真空开关、自感应触发器、预充电换流回路构成的直流保护设备都是本发明的保护范围。

本发明实例，直流系统中短路电流上升率不小于10kA/ms，在短路电流自驱动斥力机构驱动下，可在300微秒内驱动运动质量2kg以上的触头分离，并在1.5ms内达到3mm以上的开距。换流回路延时1.5ms左右投入，实现短路电流强迫换流分断，将故障电流限流在30kA内。

本发明中，短路电流自驱动的快速开关1与自感应触发器2具有故障电流自适应的特点，故障电流变化率越大，则快速开关响应和分闸速度越快，自感应触发器2延时越小，故障电流上升越慢，则分闸速度越慢，脉冲电容6的电流投入延时越长。因此，本发明具体实施中还可根据实际的不同需要，调整快速机构分闸特性，自感应触发器2延时时间等，满足不同故障电流情况下限流分断要求。

以上所述仅为本发明的较佳实例，并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进等，这些都属于本发明的保护范围。