[發明專利]一種液態金屬限流裝置及方法

有效

• 申請號: 201710522335.3
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107507746B
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 何海龍;吳翊;紐春萍;呂思雨;郭安祥;劉子瑞
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;國網陜西省電力公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: H01H71/24
• 分類號: H01H71/24
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 張波濤;管瑩

本發明提供一種液態金屬限流裝置及方法，線路正常工作時，金屬凸臺插入絕緣隔板上的通孔直接與兩側的液態金屬接觸，額定電流通過液態金屬和金屬擋板進行通流；當短路故障發生時，利用絕緣隔板內部的斥力線圈產生電磁斥力推動金屬擋板外移，使液態金屬進入通孔中收縮起弧，實現快速有效限流。本發明結構簡單可實現快速有效限流，特別適用于限制中低壓領域交直流系統故障電流，可以幫助減輕斷路器等各種電氣設備的負擔。

技術領域

本發明屬于電路控制技術領域，特別涉及限制高壓、中壓或低壓開關設備中的故障電流技術領域，更具體地是涉及一種液態金屬限流裝置及方法。

背景技術

隨著電力系統容量的逐年增加，電網短路容量和短路電流情況也在不斷升高，這極大的影響了電網的發展。因此，研究有效的短路電流限制裝置，從而限制短路電流，提高電網運行的可靠性，已經成為今后制約電力系統穩定運行、電力建設和發展的迫切問題。到目前為止，應用于短路限流方面的技術主要有：串聯限流電抗、PTC電阻限流或使用大容量斷路器、固態短路故障限流、超導故障限流器、限流熔斷器等等。

串聯限流電抗是傳統的用于限流的做法，但是其在電網正常工作情況下，會不可避免的消耗電能，而且造成的電能損失較大。

PTC電阻限流技術是利用PTC熱敏電阻在短路電流通過時其阻值呈非線性上升的特性實現限流目的，但是該熱敏電阻的主相材料易受熱發生膨脹，需使用熱和機械強度較好的材料作為連接件。此外，在發生故障時，熱敏電阻的阻值會急劇增加，須并聯限壓裝置，另外，還存在恢復時間長、使用壽命短等問題。

固態短路故障限流技術是基于電力電子技術快速發展的限流方式，主要包括常規電抗器、電力電子器件(可控功率半導體器件)和控制器構成，然而大功率電力電子器件存在較高的固有損耗，導致其在應用上受到限制。

超導故障限流器是在20世紀80年代之后發現高溫超導體后而開始被關注的，但是在大功率場合方面超導材料的應用技術尚未成熟，可靠性也比較差，同時由于超導體的恢復時間到超導態時間比較長，一般難以滿足自動重合閘等方面的要求，還存在恢復時需要液氮等附屬的冷媒及制冷設備，并且附加的損耗大。

限流式熔斷器是目前唯一商業化的故障電流限流器，利用熔斷器的快速性可將短路電流在到達第一個峰值前強行限制，但是熔斷器只能單次動作，在一次限流之后必須進行更換，降低了系統運行的自動化水平，同時由于其自身起弧的時間比較長，對于復雜結構的電網來說，犧牲了保護的選擇性。

發明內容

本發明為克服上述短路限流技術的缺陷或不足，提出一種液態金屬限流器，能夠有效提高額定電流，減小限流裝置的損耗，并且有效抑制短路故障電流，減輕斷路器等各種電氣設備的負擔。

本發明所采用的技術方案是，一種液態金屬限流器，所述限流器包括陽極電極、陰極電極、絕緣外殼；所述陽極電極和陰極電極對稱設置于絕緣外殼的兩側壁上，并與絕緣外殼形成密閉空腔；所述空腔內部垂直設置有絕緣隔板和金屬擋板，所述絕緣隔板中間位置設有通孔并且絕緣隔板內部設有斥力線圈，所述金屬擋板中間位置設有金屬凸臺，所述金屬凸臺插入絕緣隔板通孔中，所述空腔中部分填充液態金屬；

所述金屬凸臺插入絕緣隔板上的通孔時直接與兩側的液態金屬接觸形成正常工作狀態下的電流主回路；所述絕緣隔板內部的斥力線圈產生電磁斥力推動金屬擋板外移時形成短路故障時的電流支路。

優選的，所述絕緣隔板的通孔為圓形通孔，所述金屬凸臺為圓柱形。

優選的，所述絕緣隔板的通孔孔徑大于等于5mm。

優選的，所述金屬擋板和金屬凸臺材質為銅。

優選的，所述金屬凸臺的高度與絕緣隔板的厚度尺寸相等。

優選的，所述液態金屬的填充高度高于所述絕緣隔板的通孔高度且無需填滿整個空腔。