[发明专利]限流开关的接触装置

说明书

本发明基于根据专利权利要求1的前序部分的高中电压的限流开关的额定载流开关点的接触装置。在现今电力工程中的高功率大额定电流场合，无一例外地采用纯机械接触系统来构造开关，因为纯机械接触开关能达到最低的额定电流损耗。时下电力断路器典型的固有延迟时间为几十毫秒。这里所说的固有延迟时间是指从开关指令发出到触点分开或电流切断的时间。这样长的固有延迟时间意味着这些开关不能用于构造限流开关系统。半导体开关，比如GTO(门极可关断晶闸管)，它们的固有延迟要小三个数量级，可是在额定工作条件时有不可容忍的高损耗。由快速机械开关和大功率半导体器件组成的混合开关系统，在原理上是适用于限流开关的。

本发明参照在EP0275857A1中所描述的接触装置的在先技术。先前所知的接触装置是限流开关的一部分，它主要用于牵引工程中，在开关工作时，起到传导额定电流的作用。与接触器装置并联连接的是一个辅助电路，该辅助电路含有开关晶闸管、二极管、充电电容器和线圈。短路电流发生时，开关晶闸管被触发导通，充电电容器通过线圈放电。流经线圈的放电电流产生的磁场，在一个圆盘中感应出相反方向的短路电流。该圆盘被连接到接触装置的一个桥式接触器中。这种情况下形成的电动力把该圆盘以及桥式接触器从线圈中排斥开，起到了快速开断接触装置的作用。当接触装置断开后，换向到辅助电路中的短路电流通过对充电电容器反向充电而中止。

正如在专利权利要求中所指明的那样，本发明基于这样的目的，即提供一种在前言中述及的接触装置，它能使限流开关非常可靠地工作。

根据本发明的接触装置被设计成轴向对称。这种结构能大大避免不希望有的漏电感，并能极快地把短路电流换向到含有半导体开关的并联支路中去。同时，在额定载流的可移动开关部件中产生了感应电流。该电流用于形成电动接触的驱动力。其结果是，该接触装置中可以省掉通常用于传导感应电流的圆盘形单元部件，进而也省掉了需要加速的该部件的额外重量。用于获得接触装置具体断开速度的驱动能量，也由此达到了最小量。再者，在断开时将产生有两个接触器间隙，每个间隙由两段串联的局部电弧之一来桥接。由于局部电弧电路的串联，接触装置两端的电弧压降增加了，由此带来短路电流换向到并联电流支路的速度和效果显著改善。

本发明优选的实现形式以及能达到的其他优点，将参照下面的附图给予更详细的说明。其中：

图1是带有限流开关的测试装置的单相基本电路，用于模拟中等电压等级的电源，该限流开关中包含一个根据本发明的接触装置；

图2是图1中闭合状态的接触装置，和

图3是图1中断开状态的接触装置。

在所有的图中，相同的参考符号表示相同作用的部件。图1中所示的电路是一个模拟中等电压电源的测试装置的基本电路，其中有一个限流开关S。该测试装置包含一个发电机G，并经由该限流开关给负载馈电。发电机G模拟典型值为几十千伏(比如20KV)的电源电压u_N。负载由一个无感电阻R_L和一个电感元件L_L来模拟。短路确认单元KSE有一个监测部分，用于短路电流i_N的快速确认。短路确认单元被连接在发电机G和开关S之间，并对开关S起作用。短路电流的典型值为几十千安，比如20KA。位于发电机和负载之间电流通路上的开关S有一个防(电)弧额定载流开关点S₁和与之串联连接的隔离开关S_S。开关S₁开断速度很快，典型值在100～500微秒之内，比如250微秒。

两条换向支路K₁和K₂与开关点S₁并联连接。换向支路K₁包含一个可电驱动的开关元件T和与之串联连接的快速开断隔离开关点S_T。开关S_T的开断时间典型值为几百微秒，并且触点之间能相互机械隔离。开关元件T有利地是一个可关断的半导体开关，比如晶闸管，特别是GTO。为达到高载流能力，开关元件T可以包含并联连接的多个半导体开关，来代替单个半导体开关T₁。为了获得在交流电流时开关元件T在正极性和负极性两种情况下的快速响应，开关元件还有一个或多个半导体开关T₂与所述的一个或多个半导体开关T₁反并联连接。