[发明专利]用于中压直流系统中的超快速压电驱动机械开关及工作方法

说明书

用于中压直流系统中的超快速压电驱动机械开关及工作方法，该机械开关包括绝缘外壳，传动机构，框架连接杆，触头连接杆，行程放大框架，元件固定块，压电驱动堆，信号引线端子，触头固定板，球形触头，外导体，接线端子和外壳球形触头；该机械开关采用压电驱动器作为驱动源，适用于中压直流电力供电系统。当系统发生短路故障时，断路器信号传送到断路器信号接线端子，压电驱动器接受到电压信号，发生形变，通过拉杆带动传动机构，使得触头分离，达到开断的作用，传动机构起到传动作用的同时有放大位移的作用。整个开断过程与普通断路器比较响应速度快，且体积紧凑小巧。

技术领域

本发明涉及到直流电网短路故障时的混合断路器中的一种压电机械开关，尤其涉及一种处于真空灭弧室，开断快速，体积紧凑的超快速用于中压直流系统中的超快速压电驱动机械开关及工作方法。

背景技术

相对于传统三相交流输电，直流输配电系统在长距离输电上具有更大的优势。甚至在一些特定应用，直流输电网络在效率、灵活性和成本方面都优于交流输电。现如今在美国、日本、德国、中国等国家越来越多的采用直流输电。另外，现在舰艇、地铁、风力发电等独立的电力系统也采用直流电力系统。

在直流系统中，直流断路器一直是一个需要解决和加强的地方。与交流断路器不同的是，直流断路器需要更快的开断速度，且需要人工创造电流过零点。

常规机械式断路器一直是中断故障电流的首选。从检测到故障电流，到机械开关开始动作要经历一定的时间。随后开关触头间产生电弧，从产生电弧到灭弧，电流在其过零点熄灭。中断短路电流至少要几百毫秒。同时，常规机械断路器体积很大，设备昂贵，频繁的检查和维护也需要很大花费。

随着功率半导体器件的发展，半导体式开关逐渐开始替换机械式传统开关。基于半导体的静态式开关与传统机械式开关相比有一些优点，因为固态断路器的开断速度可以达到几微秒。且要求很少的维护。但固态断路器存在很大的通态损耗，随着电流的增加，其发热也更严重。

将常规机械式断路器与静态断路器相结合的混合断路器成为了新的研究方向，在具有较高开断速度的同时，能够有较小的导通损耗。

传统的混合断路器的工作过程如下，通过故障检测装置检测到故障电流后，机械式断路器打开，并产生电流。在电弧达到一定电压后，闭合并联的半导体器件，故障电流转移到并联支路。待机械式断路器灭弧完全打开后，传递信号给半导体器件，半导体开关打开，电流转移到并联的耗散电路。

但传统式混合断路器仍然具有一些问题。混合断路器中的传统机械断路器的开断仍然会有电弧产生；机械断路器的开断时间仍然在几十毫秒的级别，且传统混合断路器中的机械断路器体积大，占用空间大，所以对于一些要求在毫秒级快速切断故障电流且占用空间小的场合有很大的挑战

发明内容

针对以上现状中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种用于中压直流系统中的超快速压电驱动机械开关及工作方法，所述超快速压电驱动机械开关，采用压电驱动堆作为驱动源，用于接受外来控制信号，发生形变和位移带动开关工作。当控制信号为正电压时，压电驱动堆的核心压电晶体堆纵向发生伸长，经过放大框架，使压电驱动堆的横向发生位移，以提高机械开关的响应速度，通过传动机构，达到放大位移的效果，最后实现多断口的快速开断，提高开断电压、电流等级。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：