一种适用于大功率的直流开关灭弧装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于大功率的直流开关灭弧装置，包括：第一直流开关、第二直流开关、第一二极管和第二二极管；第一直流开关连接于直流输入正和直流输出正之间，第二直流开关连接于直流输入负和直流输出负之间；第一二极管的阳极连接第二直流开关和直流输出负的连接点，第一二极管的阴极连接直流输入正；第二二极管的阳极连接直流输入负，第二二极管的阴极连接第一直流开关和直流输出正的连接点；本发明专利技术利用电感中的电流不能突变，通过续流二极管为电流的继续流动寻找新的路径，联动关断能够使得该续流路径实现能量被回馈到直流线路中，从而实现能量的无损回收，且装置电路极其简单，实施非常容易，且体积小、成本低廉。

A DC switch arc extinguishing device for high power applications

The invention discloses a DC switch for high power arc extinguishing device, comprising: a first DC switch, second DC switch, first and second diodes; the first DC switch is connected to the DC input and DC output is between second DC switch connected to the DC input and output between the negative DC negative connection point anode; the first diode is connected with the second switch DC and DC output negative, cathode of the first diode is connected with the DC input is second; the anode diode is connected with the DC input negative connection point, the cathode of the second diode is connected with the first switch DC and DC output positive; the invention uses current not in inductor through mutation, diode current for continue to flow to find a new path, off to the linkage to realize energy feedback to be continued in the DC line flow path The device circuit is very simple, and the implementation is very easy, and the volume is small and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大功率的直流开关灭弧装置
本专利技术涉及开关灭弧装置，特别涉及适用于大功率的直流开关灭弧装置，所述的直流开关包括机械直流断路器、固态直流断路器、混合直流断路器及其它直流开关。
技术介绍
现有的电力系统简化模型如图1所示，均是由直流输入Vin+和Vin-、开关J、直流输出Vout+和Vout-，以及负载L串联组成，开关J的基本功能就是能够在所要求的短时间内分合电路，开关在大气中切断通有电流的回路时，只要电源电压大于10-20V，电流大于80-100mA，在动静触头分开瞬间，触头间隙就会产生一团温度极高、发出强光且能够导电的近似圆柱形的气体，这就是电弧，一直到电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质后，电流才被开断。电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开；二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧，因此电弧燃烧和熄灭过程是开关电器研究最重要的内容。电弧的产生主要依靠碰撞游离，电弧的维持主要依靠热游离，物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。热电子发射、场致发射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向电位高的阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。由于碰撞游离的连锁反应，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生强烈不规则的热运动，在中性质点互相碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离，热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。上述电力系统简化模型中的负载L分为：阻性负载，如白炽灯、电炉、电热水器等；感性负载，如电动机、变压器、继电器驱动等；容性负载，如充电器、电池、超级电容等，电力系统一般由三种负载混合组成。对于直流电力系统，感性负载的存在增加了灭弧难度，原因在于开关断开后电流会迅速减小，而感性负载内的电流不能突变，感性负载线圈储存的能量由于自感效应线圈会产生一个反向的电势阻止电流的变化，这其实是一个能量释放过程，如果线圈开路，其两端产生的反向电势电压将会为几倍的直流输入电压，反向电势电压与直流输入电压叠加后，将会在开关两端产生至少2倍直流输入电压的尖峰电压，即电弧电压，此电弧电压较交流电力系统更难灭弧，原因在于交流电力系统存在熄灭电弧的过零点，这给直流开关的研制工作带来了更大的挑战，现有技术直流电力系统常采用的灭弧方法如下：RC吸收法：就是要减小开关触头分开时的电压(即电流下降过程的电压)，关断过程的电压由两方面构成，一方面是直流输入端的电压，另一方面是负载端的电压，其中，直流输入端的电压比较固定，在负载端，由于导线电感以及用电设备电感的存在，上文已分析会产生反向电势电压，当电感电流都很大时，会产生很高的反向电势电压，增大灭弧的难度。如图2所示为现有RC吸收法灭弧电路原理图，该方法为在开关J两端并联RC串联电路，用于吸收负载L中电感线圈产生的励磁及直流输入Vin输入的能量；稳态时，电流经开关J流通；故障发生时，开关J断开时，电流向RC支路转移，通过RC支路给电容C充电，由于电容C两端的电压无法突变，开关J两端的电压由0开始缓慢上升，只要保障在开关J开断瞬间电容C两端电压低于开关J的起弧电压，在分断过程中低于开关J的击穿电压，就能实现开关无弧分断；负载L中电感线圈储存的能量一部分被电阻R发热消耗，另外一部分被电容C储存吸收，当故障消除，开关J合闸时，电容C将进行放电，该灭弧电路虽实现了无弧分断，加快了开关的分断速度，但此种方案只适用于负载L中电感线圈储存能量小的场合，当负载L中电感线圈储存的能量较大时，要求RC的体积较大，且成本较高，对于中大功率的直流电力系统并不适用，且该方法为有损吸收，不利于系统的节能。申请号为201410191972.3、专利技术名称为《一种直流微网的固态电子开关的短路保护电路及保护方法》的中国专利技术专利申请就采用了上述RC吸收法，该申请针对供电系统线路上单极对地短路和极间短路故障提供了一种短路保护电路，该短路保护电路包括RC缓冲支路和RD续流支路，当线路上单极对地短路和极间短路故障时，能量通过续流支路的电阻、线路电阻和接地电阻Rg被消耗，该方法有效防止固态电子开关关断时两端出现较大的尖峰电压，降低短路电流对固态电子开关的冲击，保护线路上其他电力电子器件不受损，该方法存在问题与上述RC吸收法的问题相同。惰性气体法：该方法为将接触器J的触点密封在触点室内，在触电室内充氮氢惰性气体的方案进行灭弧，此种方案的原理为采用氮氢惰性气体作为快速冷却电弧的媒介，使电弧进行快速冷却减少对触点表面的损伤，但惰性气体灭弧技术因为对气体的混合比例、填充压力有严格的控制，故还需进行试验攻关摸索最佳的灭弧效果，且还需要触点室具备可靠的密封性能，否则不但起不到灭弧效果，还将使得电弧外泄，影响直流系统的安全运行。随着我国经济迅速发展以及工业交通部门逐步的现代化，直流用电负荷容量也持续增加，随着电压等级和额定电流的增加，大容量直流短路电流的开断变得异常困难，其开断时间的要求也越来越苛刻，直流开关已成为制约高压、大容量直流供电系统的瓶颈。如新能源汽车，采用的是高电压(400-1200V)、中高电流(10-1000A)和大功率的直流开关，目前市面上的电动汽车电动机功率一般在100Kw左右，最高车速越高，电动机需要的功率越大；再如太阳能光伏电站，直流母线电压高达800-1500V、防雷直流柜功率高达30-500Kw；军航、船舶中压直流综合电力系统，母线电压高达3000V以上，功率极大，选择电机是否采用中压电力标准的传统功率分界点是450Kw；特高压长距离直流输电系统，线路电压高达±800kV、电流高达10kA，功率则高达8000Mw。上述高压、大电流场合均需要应用大功率的直流开关，若开关要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，如不采取措施这些电弧可拉长至2米长仍然继续燃烧不熄灭，故灭弧是高压直流开关必须解决的问题，现有技术还没有体积小、成本低且节能的技术方案。
技术实现思路
有鉴如此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种适用于大功率的直流开关灭弧装置，能实现体积小、成本低且节能。本专利技术要解决上述技术问题的技术方案如下：一种适用于大功率的直流开关灭弧装置，其特征在于：包括第一直流开关、第二直流开关、第一二极管和第二二极管；第一直流开关连接于直流输入正和直流输出正之间，第二直流开关连接于直流输入负和直流输出负之间；第一二极管的阳极连接第二直流开关和直流输出负的连接点，第一二极管的阴极连接直流输入正；第二二极管的阳极连接直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于大功率的直流开关灭弧装置，其特征在于：包括第一直流开关、第二直流开关、第一二极管和第二二极管；第一直流开关连接于直流输入正和直流输出正之间，第二直流开关连接于直流输入负和直流输出负之间；第一二极管的阳极连接第二直流开关和直流输出负的连接点，第一二极管的阴极连接直流输入正；第二二极管的阳极连接直流输入负，第二二极管的阴极连接第一直流开关和直流输出正的连接点。

【技术特征摘要】
1.一种适用于大功率的直流开关灭弧装置，其特征在于：包括第一直流开关、第二直流开关、第一二极管和第二二极管；第一直流开关连接于直流输入正和直流输出正之间，第二直流开关连接于直流输入负和直流输出负之间；第一二极管的阳极连接第二直流开关和直流输出负的连接点，第一二极管的阴极连接直流输入正；第二二极管的阳极连接直流输入负，第二二极管的阴极连接第一直流开关和直流输出正的连接点。2.根据权利要求1所述的适用于大功率的直流开关灭弧装置，其特征在于：第一二极管和第二二极管为多个二极管串联组成。3.根据权利要求1所述的适用于大功率的直流开关灭弧装置，其特征在于：第一直流开关两端并联有由第一电阻和第一电容组成的串联电路；第二直流开关两端并联有由第二电阻和第二电容组成的串联电路。4.根据权利要求3所述的适用于大功率的直流开关灭弧装置，其特征在于：第一二极管的阳极和第一二极管的阴极之间并联有第三电容，第二二极管的阳极和第二二极管的阴极之间并联有第四电容。5.根据权利要求4所述的适用于大功率的直流开关灭弧装置，其特征在于：还...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹向阳，
申请(专利权)人：尹向阳，
类型：发明
国别省市：广东,44