一种低压直流混合式固态断路器设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低压直流混合式固态断路器设备，包括：主电流支路，用于当故障电流产生时，自动断开动静触头，实现电路保护；换流支路，用于根据驱动模块输出的脉冲信号实现导通，并在故障电流全部转移到换流支路时，根据驱动模块输出信号实现关断；耗能支路，用于当换流支路关断时，基于电路瞬间产生的过电压实现导通，并吸收故障电流产生的剩余能量，以将故障电流清除；检测模块，用于获取线路电流，并当所述线路电流大于预设电流阈值时，输出控制信号至所述驱动模块；驱动模块，用于根据所述控制信号输出脉冲信号；供能模块，用于为检测模块和驱动模块提供电源支撑。测模块和驱动模块提供电源支撑。测模块和驱动模块提供电源支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种低压直流混合式固态断路器设备


[0001]本技术涉及低压配电
，并且更具体地，涉及一种低压直流混合式固态断路器设备。

技术介绍

[0002]在碳中和的背景下，国家对节能减排提出了更高的要求，因此新能源技术引起了越来越多的关注，其中光伏发电、风电、电动汽车和储能技术得到了大力发展，在电力传输过程中，直流传输相较于交流传输具有易控制、灵活分配及结构简单等优点，目前越来越多的负荷呈现直流化的趋势，典型的如路灯、电动汽车充电桩、笔记本电脑及直流冰箱空调等。与交流输电不同，直流不存在自然过零点，同时直流线路具有线路电感小、故障电流上升速度快的特点，因此开断直流故障电流更加困难，对传统的开断技术提出了更高的要求。
[0003]传统的机械断路器主要采用拉长电弧、添加灭弧栅片、磁吹灭弧和改变灭弧介质等手段来消除故障电弧，虽然通态损耗低，但是开断时间普遍较长，不利于故障电流的快速清除。随着电力电子器件的发展，有学者提出了利用电子器件代替机械断路器的想法，并研制了纯固态断路器，虽然开断时间有了明显的提升，但是在正常工作中纯固态断路器的通态损耗较大，因此限制了其发展。目前研究的热点主要是将机械式断路器与电子器件相结合，研制新型混合式断路器，该断路器具有通态损耗低和开断时间短的特点，但是仍然处于刚起步的阶段，市面上没有较为成熟的产品出现。

技术实现思路

[0004]本技术提出一种低压直流混合式固态断路器设备及故障电流清除方法，以解决如何实现故障电流快速清除的问题。
[0005]为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，提供了一种低压直流混合式固态断路器设备，所述设备包括：主电流支路、换流支路、耗能支路、检测模块、驱动模块和供能模块；其中，
[0006]所述主电流支路，分别与所述环流支路和耗能支路相连接，用于当故障电流产生时，自动断开所述主电流支路中的动静触头，实现电路保护；
[0007]所述换流支路，与所述驱动电路相连接，用于根据驱动模块输出的脉冲信号实现导通，并在故障电流全部转移到换流支路时，根据驱动模块输出的信号实现关断；
[0008]所述耗能支路，与所述换流支路相连接，用于当所述换流支路关断时，基于电路瞬间产生的过电压实现导通，并吸收故障电流产生的剩余能量，以将故障电流清除；
[0009]所述检测模块，与所述驱动模块相连接，用于获取线路电流，并当所述线路电流大于预设电流阈值时，输出控制信号至所述驱动模块；
[0010]所述驱动模块，与所述换流支路相连接，用于根据所述控制信号输出所述脉冲信号；
[0011]所述供能模块，分别与所述检测模块和驱动模块相连接，用于从线路中获取电能，
并为所述检测模块和驱动模块提供电源支撑。
[0012]优选地，其中所述主电流支路，包括：机械式低压断路器。
[0013]优选地，其中所述机械式低压断路器，包括：微型断路器或塑料壳断路器。
[0014]优选地，其中所述换流支路，包括：反向串联的第一绝缘栅双极型晶体管T1和第二绝缘栅双极型晶体管T2，所述第一绝缘栅双极型晶体管T1反并联第一二极管D1，所述第二绝缘栅双极型晶体管T2反并联第二二极管D2。
[0015]优选地，其中所述耗能支路,包括:金属氧化物压敏电阻。
[0016]优选地，其中所述检测模块，包括：依次连接的传感器、滤波器、AD转换器和CPU处理器。
[0017]优选地，其中所述检测模块，还包括：通信子模块和人机交互子模块。
[0018]本技术提供了一种低压直流混合式固态断路器设备，所述设备能够准确识别电路中故障电流的峰值，并根据电流峰值不同，采用不同的关断策略，关断策略简单，可以实现电路的灵活开断；在开断短路电流时，只在机械断路器燃弧后段切入换流支路，避免了绝缘栅双极型晶体管中流过较大电流，从而缓解了电力电子器件的导通压力，有助于延长电子器件的使用寿命，从而有效降低成本；主要依靠机械断路器进行电弧的开断，只在传统机械断路器的基础上增加少量的电子器件，便可以有效提高其开断容量，进一步提升低压系统运行的安全性和可靠性，电路更加简单，便于安装和模块集成，同时成本更低便于生产；断路器的电路结构具有一定的可移植性，可根据机械断路器的工作环境及额定工作条件不同，针对开断电流容量进行调整。
附图说明
[0019]通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本技术的示例性实施方式：
[0020]图1为根据本技术实施方式的低压直流混合式固态断路器设备100的结构示意图；
[0021]图2为根据本技术实施方式的低压直流混合式固态断路器设备工作的流程图；
[0022]图3为根据本技术实施方式的低压直流混合式固态断路器设备的电路结构图；
[0023]图4为根据本技术实施方式的检测模块的示意图；
[0024]图5为传统的机械断路器的开断曲线示意图；
[0025]图6为故障电弧持续燃烧无法关断时电流曲线图；
[0026]图7为根据本技术实施方式的混合式固态断路器后成功关断的电流曲线图；
[0027]图8的(a)、(b)和(c)分别为根据本技术实施方式的不同情况下电流路径的示意图。
具体实施方式
[0028]现在参考附图介绍本技术的示例性实施方式，然而，本技术可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本技术，并且向所属
的技术人员充分传达本技术的范围。对于
表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本技术的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
[0029]除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
[0030]图1为根据本技术实施方式的低压直流混合式固态断路器设备100的结构示意图。如图1所示，本技术实施方式提供的低压混合式固态断路器能够实现故障电流和过电流的快速清除，对保护电力网络，降低传输损耗，减少由故障电流引起的事故从而保障人的生命财产安全，对促进低压直流电器和低压直流系统的发展具有重要意义和实用价值。本技术实施方式提供的低压直流混合式固态断路器设备100，包括：主电流支路101、换流支路102、耗能支路103、检测模块104、驱动模块105和供能模块106。
[0031]结合图2所示，在本技术中，具有选择保护功能的低压直流混合式固态断路器开断电流的过程包括：首先电路在正常工作条件下，电流通过A1流至A2(或从A2流至A1)，当电路中电流突然上升时，检测电路根据电路中电流大小进行判断，通过驱动电路控制绝缘栅双极型晶体管(I GBT)中的T1和T2，将电流先转移到绝缘栅双极型晶体管所在的换流支路，最后转移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压直流混合式固态断路器设备，其特征在于，所述设备包括：主电流支路、换流支路、耗能支路、检测模块、驱动模块和供能模块；其中，所述主电流支路，分别与所述换流支路和耗能支路相连接，用于当故障电流产生时，自动断开所述主电流支路中的动静触头，实现电路保护；所述换流支路，与所述驱动模块相连接，用于根据驱动模块输出脉冲信号实现导通，并在故障电流全部转移到换流支路时，根据驱动模块输出信号实现关断；所述耗能支路，与所述换流支路相连接，用于当所述换流支路关断时，基于电路瞬间产生的过电压实现导通，并吸收故障电流产生的剩余能量，以将故障电流清除；所述检测模块，与所述驱动模块相连接，用于获取线路电流，并当所述线路电流大于预设电流阈值时，输出控制信号至所述驱动模块；所述驱动模块，与所述换流支路相连接，用于根据所述控制信号输出脉冲信号；所述供能模块，分别与所述检测模块和驱动模块相连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊素琴，赵兵，成达，杜新纲，葛得辉，彭楚宁，邹和平，李求洋，李扬，高天予，谭琛，陈思禹，许佳佳，赵越，郭建宁，秦程琳，赵立涛，李禹凡，王雅涛，杨巍，孙南南，李龙涛，岳云奇，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：