[发明专利]旁路开关组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于半导体模块的旁路开关组件。

背景技术

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。

发明内容

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。所附实施例的发明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CO₂、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。