具有串联连接的真空灭弧室的多区块混合式真空断路器制造技术

本发明专利技术涉及一种多区块混合式真空断路器(1)，所述多区块混合式真空断路器包括至少两个带有至少一个半导体元件和一个真空灭弧室(3)的区块(2)，所述真空灭弧室(3)包括用于容置一对电触头的真空开关腔(4)，该对电触头包括固定电触头(5)和轴向可动电触头(6)，所述轴向可动电触头(6)能够平移以用于开关目的，其中，所述至少一个半导体元件与所述真空灭弧室(3)并联地连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种多区块混合式真空断路器，所述多区块混合式真空断路器包括至少两个带有至少一个半导体元件和一个真空灭弧室的区块，所述真空灭弧室包括用于容置一对电触头的真空开关腔，该对电触头包括固定电触头和轴向可动电触头，所述轴向可动电触头能够平移以用于开关目的。
技术介绍
真空灭弧室用于短路中断，还用于负载电流开关。为了保护电路免受过电流影响，设置有断路器，所述断路器在故障情形下被触发并断开，从而中断电路中的主电流路径。断路器通常设置为机械开关。这种机械开关典型地具有至少两个电触头，这些电触头初始彼此压靠在一起，在正常运行时传导电流。在此，名义触头被定义为可分离触头，在开关闭合时并且在正常运行时，所述可分离触头传导流过开关的工作电流或传导该工作电流的至少大部分。但是，对于一般的电容性开关应用和高电压开关应用而言，真空灭弧室可能由于电流中断后的高电压应力而失效，这可能导致击穿。在故障情况下，分离该开关的这两个触头的机构被触发。如果在这一刹那有电流流过，该电流将通过加热触头和/或加热触头周围的隔离气体直到触头材料和/或气体被电离并变成可传导性的(即达到等离子态)，而继续流过该断开气隙。因而产生了电弧。在电流足够大的情况下，仅利用该电流对等离子体的电加热就能够维持电弧。这就是故障电流状况的典型情形。为了断开电流，必须熄灭电弧。这可以通过减小电流使之加热功率低于某一阈值而实现，低于该阈值，加热不足以维持该电弧。等离子体冷却而失去其传导性。这种情形典型地仅能够在交流电流的电流过零点附近实现，就像电流消失一样，等离子体的加热同样也消失。因此，传统的断路器在过零点处切断电流。但是，必须要考虑限制断路器的性能的另一个因素:在电流零点附近，电流分布可以在电流-时间图中由线性斜坡近似描述。对于低陡度电流(电流在过零点之后缓慢增大)，冷却功率在一段长的时间内都大于加热功率，因此足以增大电弧的电阻并利用该电阻切断电流。另一方面，如果线性斜坡的陡度持续增大(电流在过零点之后更快地增大)，在某一陡度，冷却时间段将不再足够长，电弧将在过零点之后重燃。对于各种断路器而言，这是限制性能的主要因素之一。依照本领域技术人员的常识，真空灭弧室基本上能够在高达36kV的电压级下运行；对于更高电压应用，应当考虑串联连接至少两个真空灭弧室，也叫做多断口真空断路器。经验表明，带有串联的两个真空灭弧室的真空断路器能够比单个真空灭弧室更好地经受高电压测试，并且其绝缘可靠性更好。但是，当设计带有串联的真空灭弧室的断路器时，人们必须要考虑电压分布的不均衡性。文献US6，498，315B1公开了一种高电压开关装置，该高电压开关装置具有至少两个串联连接的真空开关腔。串联设置的真空开关腔在实体尺寸和/或触头配置方面不同地构造，例如在触头直径、触头间距以及触头类型方面。提供第一种类型的至少一个真空开关腔，并提供第二种类型的至少一个真空开关腔。选择真空开关腔，使得通过第二种类型的至少一个另外的真空开关腔克服第一种类型的真空开关腔室的重燃和重击穿。这两个真空开关腔中的触头在不同时间的断开用作一种另外的用于操作高电压开关装置的方法。此外，文献US7，508, 636B2涉及一种断路器装置，所述断路器装置包括具有机械开关元件的主支路和包含半导体断路单元的辅支路，其中辅支路与主支路并联地安装。主支路包括与机械开关元件串联的串联开关辅助模块，所述串联开关辅助模块包括在与阻抗并联的断开可控式半导体断路单元。辅支路包括具有阻抗的并联开关辅助模块，所述阻抗包括至少一个电容器类部件。断开可控式半导体断路单元包括至少一个串联组件，该串联组件具有二极管和IGCT型晶闸管。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供一种具有提高的电流中断性能和减少的中断后击穿概率的多区块混合式真空断路器。该目标是通过独立权利要求1的主题来实现的。其他示例性的实施例根据从属权利要求及下面的描述是显而易见的。依照本专利技术，每个区块的真空灭弧室与至少一个半导体元件并联地连接。因此，每个区块包括一个真空灭弧室和与该真空灭弧室并联地连接的至少一个半导体元件。优选地，至少两个区块的真空灭弧器串联地相连接，并构成主电流部分。辅半导体路径在每个区块中与真空灭弧室并联地连接，并可以由多个半导体元件形成，所述半导体元件应至少满足一个真空灭弧室的电压需求。依照优选实施例，两个串联连接的真空灭弧室与两个背靠背布置的二极管并联地连接。对于交流电流来说，两个背靠背半导体部件是必需的，而对于直流电流来说，仅一个背靠背半导体部件就足够了。由于使用了两个或更多个真空灭弧室，该实施例具有容易实施的优点。包括具有所需额定值的单个二极管或多个串联二极管的该半导体部件应当与每个真空灭弧室并联地连接。此外，因为一旦经过真空灭弧室触头气隙建立电弧电压，二极管部件就开始导通，所以不需要精确地同步断开。此外，一机械开关布置在这两个真空灭弧室与背靠背布置的二极管之间，以便形成电隔离。该机械开关可能是实现BIL测试要求所必需的。依照又一优选实施例，在这两个真空灭弧室之间布置一第三真空灭弧室，以便形成电隔离。利用三个串联的真空灭弧室代替机械开关的功能，其中一个真空灭弧室不带有半导体元件。依照多区块混合式真空断路器的又一优选实施例，两个串联连接的真空灭弧室与两个背靠背布置的晶闸管并联地连接。其中一个晶闸管处于反向阻断模式，另一个晶闸管处于正向阻断模式。当栅极接收触发电流时，处于正向阻断模式的晶闸管能够快速切换到正向导通模式。当形成经过真空灭弧室的压降时，能够生成触发信号。因此，起弧电压可用于生成施加于栅极的触发信号。依照本专利技术，另一种多区块混合式真空断路器包括至少两个带有至少两个半导体元件和一个双断口真空灭弧室的区块，所述双断口真空灭弧室包括用于容置一对轴向可动电触头和一静电极的真空开关腔，所述轴向可动电触头能够平移以用于开关目的，所述静电极隔离所述轴向可动电触头，并形成上真空隔室和下真空隔室，其中，所述至少两个半导体元件与所述双断口真空灭弧室并联地连接。优选地，所述至少两个半导体元件是二极管。该实施例的优点是利用单个双断口真空灭弧室代替两个串联的真空灭弧室。这可以在保持相同性能的同时实现相当可观的材料节约。依照优选实施例，所述至少两个半导体元件是晶闸管。【附图说明】结合所附的附图，本专利技术的前述及其他方面将从下文本专利技术的详细描述中变得显而易见。图1显示了带有机械开关的多区块混合式真空断路器的示图，所述机械开关布置在两个真空灭弧室与两个二极管之间，以便形成电隔离；图2显示了多区块混合式真空断路器的示图，其中一真空灭弧室布置在两个真空灭弧室之间，以便形成电隔离；图3显示了多区块混合式真空断路器的示图，其中两个串联连接的真空灭弧室与两个背靠背布置的晶闸管并联地连接；图4a显示了带有双断口真空灭弧室和两个二极管的多区块混合式真空断路器的示图，所述两个二极管与所述双断口真空灭弧室并联地连接；图4b显示了带有双断口真空灭弧室和两个晶闸管的多区块混合式真空断路器的示图，所述两个晶闸管与所述双断口真空灭弧室并联地连接；图5a显示了带有双断口真空灭弧室和两个二极管的多区块混合式真空断路器的示图，所述双断口真空灭弧室仅具有单个致动器，所述两个二极管与所述双断口真空灭弧室并联地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多区块混合式真空断路器(1)，所述多区块混合式真空断路器包括至少两个带有至少一个半导体元件和一个真空灭弧室(3)的区块(2)，所述真空灭弧室包括用于容置一对电触头的真空开关腔(4)，该对电触头包括固定电触头(5)和轴向可动电触头(6)，所述轴向可动电触头能够平移以用于开关目的，其特征在于，每个区块(2)的所述真空灭弧室(3)与所述至少一个半导体元件并联地连接。

【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：D·根奇，T·拉马拉，
申请(专利权)人：ABB技术股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH