[发明专利]一种提高高压直流供电系统安全性的方法

说明书

技术领域 本发明涉及一种信息应用领域高压直流供电系统的结构方式。

背景技术 目前国内外针对计算机等信息设备，直流电压值在200--400V范围内的直流供电技术发展很快，相对于传统的48V通信直流供电系统，这是一种高压供电技术。中国通信行业标准《YD/T 2378--2011通信用240V直流供电系统》已于2012年2月1日正式实施，但该行业标准给出的供电系统存在安全隐患，即一旦发生线路断路故障或通电情况下误分断接插件、熔断器等线路断开事件时，极易产生直流电弧，直流电弧不易熄灭，容易引起电气火灾或电击伤事故。正因为存在这样的安全隐患，限制了高压直流供电技术在信息领域的大规模推广应用。

发明内容 本发明的任务是提供一种多路高压直流供电系统安全结构的架构方法，按该方法构建的多路直流供电系统是一种容错系统，将保护区域内发生的部分线路断开事件后果限制在安全范围内。

一种多路高压直流供电系统，由直流电源、两路或两路以上的多路高压直流供电线路、隔离二极管和直流负载组织而成；在多路直流供电系统中设置高压合路点(以下简称合路点)，从该合路点为直流负载供电，合路点的建立，引入了并联供电机制，为故障电流提供了转移通道，当合路点之前的多路高压供电线路发生部分线路断开事件时，断开线路上的电流向正常状态线路转移，断开过程是在断口电压、电流均小于起弧阀值的情况下完成，不会产生电弧；单纯考虑部分线路断开过程的安全性，多路同极直接短接即可形成合路点，为兼顾部分线路短路故障下的供电可靠性，多路高压直流供电线路分别经隔离二极管后形成合路点；合路点应靠近负载端设置，合路点越靠近负载保护范围越大，合路点设置在负载内部则可实现全程保护；在实际构建直流供电系统时，合路点之前的多路供电线路应采用不同的路由，防止多路同时断开情况发生。

由于本发明在多路直流供电系统中设置了高压合路点，引入了并联供电机制，为故障电流提供了转移通道，合路点之前的部分线路断开过程是在断口电压、电流均小于起弧阀值的情况下最终完成，消除了没有高压合路点时产生电弧的条件，实现了无弧断开，避免了电气火灾和电击伤事故的发生，故本发明对多路供电系统高压合路点之前的部分线路断开事件提供了有效的安全保护。

附图说明 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1是有合路点的单电源双线路直流供电系统结构原理图。

图2是图1供电系统中单路单极断开等效电路图。

图3是图1供电系统中单路双极断开等效电路图。

具体实施方式 图1给出了有合路点单电源双线路直流供电系统的结构原理。直流电源E通过线路1、线路2为同一负载L供电，线路1、线路2正极分别经过隔离二极管D1、D2后形成高压合路点正极M，双线路负极分别经过隔离二极管D3、D4后形成合路点负极N。二极管的作用在于隔离单路短路故障，本发明中不讨论短路保护，为叙述方便将隔离二极管视为短接，双线路同极直接短接形成合路点，但结论仍然适用隔离二极管正常作用情况，故本发明完全适用于隔离二极管正常作用情况。

设合路点之前的线路1在A点发生单路、单极断开事件，具体分以下两种情况：

(1)导体断开过程

取断口A两端的一段微小截距dA，由欧姆定律得该截距的电阻Ra为：

Ra＝ρ×dA÷S

上式中电阻率ρ、长度dA均为常量，所以电阻Ra与截面积S成反比。由于截距dA足够小，电阻Ra的初始值很小；导体受力断开的物理过程，是截面积S由初始值向零值的变化过程，电阻Ra逐步变大，在断开瞬间，截面积S为零，而电阻Ra为无穷大。

(2)接插件、熔断器、开关等的断开过程

该类断开过程，也是接触电阻由毫欧级别的初始值向无穷大的变化过程。

由此可见，无论何种性质的断开过程，从电阻角度看，都可以在断口用一个由很小的初始值向无穷大变化的串联可变电阻来模拟。如果将初始值划归相应线路段的线路电阻，则该可变电阻按零向无穷大的规律变化。建立起断开过程的电阻模型，我们即可计算断开过程的断口电流、电压。

不失一般性，下文中为计算方便，设合路点之前的两路高压供电线路每个线段的电阻均为R1，整个单路径线段的电阻为R2，线路1中的电流为I1，线路2中的电流为I2，负载电流为I。

设图1中系统在合路点之前的线路1于正极A点发生单路、单极断开事件，图2是等效电路图。由图2建立以下电流公式：

I1×(R1+Ra)＝I2×R1

I1＝I2×R1÷(R1+Ra)

初始状态下，Ra＝0，I1o＝I2o