[發明專利]一種具有過電壓抑制功能的固態斷路器

有效

• 申請號: 201110008352.8
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102593809A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 張明銳;金鑫
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及一種斷路器，尤其是涉及一種具有過電壓抑制功能的固態斷路器。

背景技術

由于微型電網所接入與管理的發電設備常常是與環境、氣候條件密切相關的風能、太陽能發電，發電量相對不穩定，為了保持微電網面向用戶能夠提供穩定的電壓，除了增設一系列的儲能設備，微型電網內部還需要對新能源發電進行靈活地調節控制，需要裝設動作速度迅速的開關設備，而由于基于機械動作的開關(如：油斷路器、SF6斷路器、真空斷路器)動作速度慢，難以實現系統的智能化靈活控制。為了維護微型電網的穩定運行，對斷路器提出了更高的要求，希望其動作速度更快、控制精度更高，而這樣的性能，常規的斷路器目前難以達到。

固態斷路器是基于電力電子器件的新型無斷口開關設備，因而具備了遠快于傳統機械式斷路器動作速度，其動作時間在微秒級，能夠準確地實現電路在電壓或電流的指定相位斷開或閉合，可以滿足微電網對開關設備的嚴格要求。配合故障限流器使用，固態斷路器能夠在短路電流還未顯著升高時就將故障線路切斷，大大提高了電網的穩定性。由于固態斷路器沒有斷口，一方面，在開關過程中不會產生電弧，提高了斷路器的使用壽命，但另一方面也會導致開斷過程中產生過高的截流過電壓。過電壓是開關元件損壞的主要原因，也是固態斷路器開發的難點所在，在固態斷路器的開發中，為了提高開關的耐壓水平，不得不采用更高耐壓水平的開關器件。本發明在固態斷路器中增加續流支路，為故障電流提供能量釋放的通道，顯著抑制故障電流開斷所引起的過電壓，為高電壓等級的固態斷路器研制提供了全新的方法。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有過電壓抑制功能的固態斷路器。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種具有過電壓抑制功能的固態斷路器，其特征在于，包括主導通回路、續流限壓支路，所述的主導通回路的輸出端與續流限壓支路的一端連接，所述的續流限壓支路的另一端接地，主導通回路關斷前先導通續流限壓支路，延遲設定時間后再關斷主導通回路。

所述的主導通回路由多個導通單元串并聯而成，所述的導通單元的數量根據使用環境的額定電壓和故障電流的容量決定。

所述的導通單元包括2個IGBT模塊、1個ZnO避雷器，所述的2個IGBT模塊反向串聯后與ZnO避雷器并聯。

所述的IGBT模塊由IGBT與二極管反向并聯而成。

所述的續流限壓支路包括二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、GTO、電阻，所述的二極管D1的負極與二極管D2的正極連接，所述的二極管D2的負極與二極管D3的負極連接，所述的二極管D3的正極與二極管D4的負極連接，所述的二極管D4的正極與二極管D1的正極連接，所述的GTO的陽極接在二極管D2的負極與二極管D3的負極之間，所述的GTO的陰極通過電阻接在二極管D4的正極與二極管D1的正極之間，所述的主導通回路的輸出端接在二極管D1的負極與二極管D2的正極之間，所述的二極管D3的正極與二極管D4的負極之間接地。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、與傳統固態斷路器相比，其過電壓抑制性能顯著提高，能夠在各種條件下將開斷過電壓限制到1.3倍額定電壓以下，而傳統固態斷路器的過電壓往往在3～6倍左右。

2、與傳統固態斷路器相比，開發相同電壓等級的固態斷路器，所選用的IGBT元件額定電壓可以顯著降低。

3、與傳統機械式斷路器相比，其動作速度快100倍到1000倍左右，從毫秒級到微妙級，動作速度顯著提高，可控性增強；

4、可減少固態斷路器為防止過電壓擊穿而增設的輔助單元，降低固態斷路器的成本。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明正常工作狀態下的控制示意圖；

圖3為本發明續流限壓支路打開時的控制示意圖；

圖4為本發明的續流耗能過程控制示意圖；

圖5為無續流限壓支路的斷路器在電流峰值處截流的過電壓波形圖；

圖6為帶續流限壓支路的固態斷路器在電流峰值處截流的過電壓波形圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例

如圖1所示，一種具有過電壓抑制功能的固態斷路器，包括主導通回路1、續流限壓支路2，所述的主導通回路1的輸出端與續流限壓支路2的一端連接，所述的續流限壓支路2的另一端接地，主導通回路1關斷前先導通續流限壓支路2，延遲設定時間后再關斷主導通回路1。