旁路开关组件制造技术

一种形式为旁路开关组件的机械开关，布置在两个电导体(汇流排)之间并且在正常操作期间保持打开。当发生单元故障时，故障和旁路信息被传送至致动器(用作触发电路)，所述致动器尤其激活气体生成器而在非常短的时间内产生大量气体。气压推动可移动部件以超快速度将两个电导体进行桥接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种形式为旁路开关组件的机械开关，布置在两个电导体(汇流排)之间并且在正常操作期间保持打开。当发生单元故障时，故障和旁路信息被传送至致动器(用作触发电路)，所述致动器尤其激活气体生成器而在非常短的时间内产生大量气体。气压推动可移动部件以超快速度将两个电导体进行桥接。【专利说明】旁路开关组件
本专利技术涉及一种用于半导体模块的旁路开关组件。
技术介绍
与更为常见的交流系统相比，在高压直流(HVDC)电力传输系统中，使用直流(DC)来进行电力的主干传输。灵活交流输电系统(FACTS)是一种包括用于电能的交流(AC)传输的静态设备的系统。FACTS旨在提升可控性并提高网络的功率输送能力。其通常是基于电力电子技术的系统。 电弧故障通常可以被描述为两个或更多导体之间的高功率放电。这一放电通常转化为热量，所述热量会损坏导线的绝缘并且可能导致电气火灾。这些电弧故障的电流范围从数安培到高达数十万安培并且在强度和持续时间方面高度变化。电弧故障的常见原因包括由于腐蚀导致的故障连接、故障的初始安装以及转换器中的半导体失效。在以上所描述的任意系统中不太可能出现内部故障(故障电弧或电弧故障)的情况下，安装安全和个人安全必须得到保障。 在电机驱动工业中所使用的电力电子转换器系统、HVDC和FACTS的环境中，模块化转换器单元被作为功率转换器系统的构建模块而得以应用。为了系统的可靠运行，模块化转换器系统通常具有多个冗余功率单元。因此，当一个单元在故障期间无法工作时，整个转换器系统应当能够继续运行直至下一次例行维护。为了确保持续的转换器操作而不会崩溃，尤其应当以非常快的速度对两个汇流排进行电连接而对故障单元进行旁路。在无故障条件期间，两个汇流排端子应当被恰当绝缘以避免任何偶发的断路故障。 在用于HVDC电力传输系统和FACTS的半导体模块的当前设计中，失效是通过内部短路模式来处理的。未来的构造可能需要外部(“旁路”)短路模式来处理某些失效情形。 在一些灭弧旁路开关中，使用附加的绝缘层或薄膜以在两个汇流排触点之间提供额外的间隔。该绝缘层通常由陶瓷或通用热塑料所制成。
技术实现思路
HVDC和FACTS应用中的半导体模块需要具有对短路故障的安全处置。因此，本文实施例的目标是为HVDC或FACTS电力传输系统中的半导体模块提供安全的布置形式。所附实施例的专利技术人已经通过实际实验与理论推导的结合，发现了一种对这样的故障进行处置的方式，其是将机械旁路开关与半导体模块并联连接以确保对电流进行稳定旁路直至在下一次维护时对已经失效的半导体模块进行更换。这样的旁路开关可能在不同阀设计中大量出现，并且它们因此应当优选地是紧凑、易于处理、快速且廉价的。 因此，特定的目标是提供一种用于半导体模块的旁路开关组件。根据第一方面，提供了一种用于半导体模块的旁路开关组件，包括外壳，该外壳包括第一电导体、第二电导体、和腔室；电绝缘体；置于所述腔室中并且在第一位置和第二位置之间可移动的可移动部件，其中该部件在第一位置中至多与所述第一电导体和所述第二电导体中的一个电接触，并且其中该可移动部件在第二位置中与所述第一电导体和所述第二电导体二者都电接触；该旁路开关组件进一步包括致动器，其被布置为将所述可移动部件从所述第一位置移动至所述第二位置，由此使得所述可移动部件对所述电绝缘体进行旁路；以及气体释放器件，其被布置为在所述可移动部件进行移动时从所述腔室释放气体。 所公开的旁路开关组件的优势在于其允许简单且紧凑的构造。所公开的旁路开关组件的优势进一步在于易于组装。所公开的旁路开关的优势进一步在于其由低成本部件制成。 致动器优选地来自于气体生成器、负载弹簧、电磁弹射器和爆发式胶囊的群组。致动器自身使得能够轻易且简单的开始可移动部件的移动。气体生成器的特别有利之处在于其将产生非常短的作用时间。负载弹簧的特别有利之处在于其允许简单且具有成本效益的解决方案。电磁弹射器的特别有利之处在于其允许致动器的简单监管。爆发式胶囊的特别有利之处在于其允许产生大的力度，由此使得可移动部件能够以特别快的速度进行移动。 根据实施例，该腔室被填充以来自C02、SF6, N2, H2和空气的群组的气体，该腔室中的气体形成电绝缘体。形成电绝缘体的气体有利地允许简单的电绝缘体。 根据实施例，该电绝缘体是位于第一电导体和第二电导体之间的固态绝缘体。这有利地使得能够在第一电导体和第二电导体之间进行更进一步的绝缘。 根据实施例，该电绝缘体是聚合物膜。这有利地允许第一电导体和第二电导体具有最小间隔同时仍然使得第一电导体和第二电导体能够电隔离，由此允许该旁路开关组件的紧凑构造。 所附实施例的其它目的、特征和优势将由于以下的详细公开、所附从属权利要求以及附图而明显。 通常，除非在这里以其它方式明确定义，否则权利要求中所使用的所有术语都要根据其在
中的常规含义进行解释。除非以其它方式明确指出，否则“一/一个/所述元件、装置、部件、器件、步骤等”的所有指代都被开放地解释为指代该元件、装置、部件、器件、步骤等的至少一个实例。除非明确指出，否则这里所公开的任意方法的步骤都并非必须以所公开的确切顺序来执行。 【专利附图】【附图说明】 现在将参考附图通过非限制性的示例对本专利技术的实施例进行描述，其中: 图1-10示意性地图示了旁路开关组件的不同实施例； 图11-14示意性地图示了如图1-10中的任一个所图示的旁路开关组件的致动器的不同实施例； 图15-16示意性地图示了根据一些实施例的用于与旁路开关组件一起使用的薄聚合物膜； 图17-19示意性地图示了其中可以使用如图1-10中的任一个所图示的旁路开关组件的模块化多级转换器；以及 图20-22示意性地图示了用于图17-19的模块化多级转换器的模块化单元。【具体实施方式】 现在将在下文中参考其中示出本专利技术的某些实施例的附图对本专利技术进行更为全面地描述。然而，本专利技术可以以许多不同形式来实现并且不应当被理解为局限于这里所给出的实施例；相反，这些实施例是作为示例而提供以使得本公开全面且完整，并且将向本领域技术人员完全传递本专利技术的范围。同样的附图标记贯穿说明书指代同样的元件。 图1-10图示了用于半导体模块的旁路开关组件I的不同实施例并且总体上可以被表示为短路设备。图17-19示意性地图示了可以在其中使用图1-10中的任一个所图示的旁路开关组件的模块化多级转换器。因此旁路开关组件I优选地可以被用于熄灭故障电弧。通常，旁路开关组件I可以被用于对用于HVDC、FACTS和电气设备的功率转换器中诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和/或转换器模块的故障半导体进行旁路。当半导体模块在断路条件期间出现故障时，该半导体模块可能被损坏并导致电弧。因此使用旁路开关组件I来熄灭电路。 现在将对图1-10所示的用于半导体模块的旁路开关组件I进行更为详细的描述。 一般而言，旁路开关组件I优选地基于管状铜质导体7、8配合于其中的聚合物管道。更具体地，旁路开关组件I包括可以在其中提供多个部件的外壳3。更具体地，外壳3包括第一电导体7和第二电导体8。外壳3进一步包括腔室4。根据一个优选实施例,腔室4被填充以气体(因此，根据该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体模块的旁路开关组件(1)，包括外壳(3)，所述外壳包括第一电导体(7)；第二电导体(8)；以及腔室(4)；电绝缘体(9)；放置于所述腔室中并且在第一位置和第二位置之间可移动的可移动部件(5)，其中所述部件在所述第一位置上最多与所述第一电导体和所述第二电导体中的一个电接触，并且其中所述可移动部件在所述第二位置上与所述第一电导体和所述第二电导体二者都电接触；所述旁路开关组件进一步包括致动器(6)，被布置为将所述可移动部件从所述第一位置移动至所述第二位置，由此使得所述可移动部件将所述电绝缘体旁路；以及气体释放器件(2)，被布置为在所述可移动部件移动时从所述腔室释放气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：A·奥伯格，F·奇门托，秦健，王立伟，O·杰普森，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH