斥力机构、直流开关

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三种大容量高速开关的比较

三种大容量高速开关的比较

三种大容量高速开关的比较范玉洁;杨琪【摘要】介绍了三种大容量高速开关,一是爆炸式可恢复大容量高速开关柜,二是快速涡流驱动开关,三是快速永磁断路器.比较了各开关的技术性能与特点.【期刊名称】《冶金动力》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】2页(P12-13)【关键词】大容量;高速;开关【作者】范玉洁;杨琪【作者单位】山东冶金设计院股份有限公司,山东济南 250101;山东冶金设计院股份有限公司,山东济南 250101【正文语种】中文【中图分类】TM564.1大容量高速开关主要应用于小型发电机组的出口,采取大容量高速开关柜与电抗器并联的方式,发电机组正常运行时通过大容量高速开关柜上网,当出现内外部短路等大电流故障时,大容量高速开关可切除故障,发电机组瞬间切换至电抗器,通过电抗器上网,由于电抗器阻值较大,能在一定时间内起到限制大电流的作用,当外部短路故障切除后,发电机组仍然能够继续正常运行,起到保护发电机组的作用。

目前主要有三种大容量开关,一是爆炸式可恢复大容量高速开关,二是快速涡流驱动开关,三是快速永磁断路器,现就三种大容量开关进行比较。

1.1 主要配置1.1.1 桥体:简称“FS”,其冷态直流电阻值的范围为5~20uΩ,在正常情况下,主回路中的电流从FS上流过。

在主回路出线故障的情况下,FS在脉冲电流的作用下,在不大于150us的时间内断开。

桥体开断后无气流和烟雾喷出,对柜内绝缘无损坏。

1.1.2 熔断器:简称“FU”,其冷态直流电阻值的范围为5~20 mΩ,在正常情况下,主回路中电流从FU上流过的不超过1%。

在主回路出线故障的情况下,FS开断后,短路电流进入FU,在不大于0.5 ms的时间内FU熔断,并产生足够的弧压。

分断时间:(a)截流时间≤1 ms;(b)电流衰减为0 时,时间≤3 ms。

1.1.3 非线性电阻:简称“FR”,其冷态直流电阻值为无穷大,在正常情况下,主回路中电流不从FR上流过。

基于电磁斥力机构的快速接地开关的仿真与设计

基于电磁斥力机构的快速接地开关的仿真与设计

基于电磁斥力机构的快速接地开关的仿真与设计吴振跃;谭东现;肖登明【摘要】快速接地开关通过装置的快速动作形成的金属性短路熄灭故障电弧,从而保障设备以及人身安全。

通过理论分析以及有限元仿真软件(ansoft)研究了快速接地开关最重要的两部分:电磁斥力机构以及永磁保持机构。

通过改变电磁斥力机构的结构和电气参数获得了这些参数之间的关系并且设计了新型快速接地开关。

仿真结果表明,样机的反应以及合闸时间都与设计相符,达到了快速接地开关的设计要求。

【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2014(000)018【总页数】7页(P18-24)【关键词】电磁斥力机构;永磁保持机构;弧光保护;快速接地开关【作者】吴振跃;谭东现;肖登明【作者单位】上海交通大学电气工程系,上海200030;;;【正文语种】中文【中图分类】TM5610 引言中低压开关设备中出现故障电弧的概率很小,但却无法避免[1]。

近年来国内中压领域弧光短路故障频发,弧光短路故障一旦发生就会造成设备的严重损坏并且时刻威胁着运行维护人员的安全,因此,中低压开关设备中需要采取措施加以防止。

目前,电弧故障的防止主要有主动和被动两种方法[2]。

被动方法主要是指在开关设备内采取释压措施用以释放故障电弧产生的压力以及热效应,这是开关柜中普遍采用的方法,但效果并不显著。

另一种就是主动方法,通过将故障电弧消除在萌芽中用以消弭其产生的巨大破坏。

超速接地开关通过快速动作形成的金属性短路熄灭故障电弧,从而保障设备以及人身安全。

弧光保护装置由弧光检测单元、过电流检测单元、逻辑处理单元以及快速接地开关等几部分组成[1]。

当中压开关设备内出现内部弧光短路故障时,开关柜弧光保护装置的弧光探头以及电流检测单元在检测到过阈值之后会向快速接地开关以及上游断路器发出跳闸指令,由快速接地开关将弧光故障短路成金属性短路,通过快速熄灭电弧来保护开关柜以及操作人员安全,最后再由上游断路器清除故障电流。

混合式直流断路器

混合式直流断路器

混合式直流断路器直流断路器国内外研究现状⼀、⼀、直流断路器国内外研究现状直流断路器研宄所⾯临的主要问题即如何提升其开断速度与开断容量,针对传统低压开关设备难以满⾜快速开断和⼤容量开断需求,电⼒电⼦开关则存在通态损耗⼤、系统成本⾼等问题。

对综合了机械开关与电⼒电⼦开关优点的混合式直流断路器开展了⼀系列研宄。

直流输电系统的故障开断过程与交流输电不同,直流系统本⾝不存在电流过零点,因此断路器直接开断时难以⾃⾏熄灭电弧;由于直流系统的电感远⼤于交流系统,输电回路中存储⼤量能量难以快速释放;断路器开断过程中,断⼝两端电流迅速下降,使断路器承受极为陡峭的暂态恢复电压(TVR)。

为使直流直流输电系统能快速有效的分断故障电流,国内外学者设计了多种直流开断⽅式。

(1) 电弧耗能开断通过电弧燃烧耗散直流系统中存储的能量,待系统中能量不⾜以继续维持电弧燃烧,电弧熄灭,完成直流故障分断。

(2) 电流转移开断通过在机械开关上并联换流⽀路,将故障电流从机械开关转移⾄换流⽀路,为机械开关创造⼈⼯电流过零点,使电弧易于熄灭,直流系统存储的能量则由附加的能量耗散装置消耗。

① 空⽓直流断路器v 空⽓式直流断路器组成:分合闸机构、过流脱扣器、吹弧系统、栅⽚灭弧室;v 特点:开断容量⼤、控制相对简单;v 产品成熟:1、美国GE公司的Gerapid直流快速断路器(额定电压1-3.6kV,额定电流2.6-6kA,预期分断电流30-75kA)2、瑞⼠SECHERON公司的UR系列直流断路器(额定电压0.9-3.6kV,额定电流1.5-8kA,预期分断电流40-125kA)3、ABB公司在2016年推出轨道交通全新 1.8kV/1.5kA/30kA⾼速直流断路器DCBreak;4、韩国FKI、德国西门⼦、德国Balfour Beatty Rail、法国Saft Power Systems等公司都有已研发出低压直流开关设备5、国内平⾼集团2018年研制了1.8kV/80kA⼤容量直流快速断路器,中船重⼯712⾃主研发了ZDS3国产直流快速断路器(额定电压0.9kV/1.8kV,额定电流4kA,开端电流125/80kA)6、西安交⼤与⼤全集团研制了4kV/70kA空⽓介质直流断路器。

灭磁开关中快速斥力机构动态特性影响因素分析

灭磁开关中快速斥力机构动态特性影响因素分析
图 .!分闸过程中反力和随行程的变化曲线
!!由图 . 可知$在 ( j& EE内是超程阶段$反 力主要由有利于合闸的触头自闭力&碟形弹簧保 持力和触头弹簧提供的压力组成$故值较大% 在 行程为 & EE 时 刻$ 超 程 阶 段 结 束$ 进 入 开 距 阶 段$反力突然下降$这是因为触头弹簧提供的压力 得到释放的缘故% !&#F快速斥力机构耦合场的数学模型
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图 )!快速斥力机构等效电路图
!!快速斥力机构的动态数学模型可用如下的微 " "( "
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电磁斥力机构的参数匹配与优化设计

电磁斥力机构的参数匹配与优化设计

电磁斥力机构的参数匹配与优化设计温伟杰;李斌;李博通;黄瑜珑;贾懿妮【摘要】基于电磁斥力机构的快速开关是直流断路器中的关键设备,其操动速度直接决定了直流断路器的动作时间.该文针对电磁斥力机构的参数匹配特性和优化设计方法展开研究.首先,通过将金属盘等效为单匝线圈对电磁斥力机构的仿真模型进行了简化;搭建了40.5 kV快速真空开关样机,基于样机试验验证了仿真模型的有效性.然后,基于简化后的仿真模型,将影响电磁斥力机构操动特性的多个变量凝练为3个与操动特性直接相关的特征参量,得到了电磁斥力机构的参数匹配规律并从解析角度给出了解释.最后,基于参数匹配规律,提出了电磁斥力机构参数设计原则,进而得到了一种快速而有效的电磁斥力机构参数优化设计方法.在满足快速开关设计要求的前提下,该设计方法可实现电磁力峰值最小和操动效率最高的综合优化目标,为快速开关向高电压及快速性方向发展奠定了基础.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)017【总页数】11页(P4102-4112)【关键词】电磁斥力机构;快速开关;参数匹配;优化设计【作者】温伟杰;李斌;李博通;黄瑜珑;贾懿妮【作者单位】智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津 300072;智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津 300072;智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津300072;电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084;国网北京市电力公司北京 100031【正文语种】中文【中图分类】TM561快速开关是高压直流断路器的关键部件[1,2],其操动速度决定了直流断路器动作时间。

以往所研制的快速真空开关电压等级多分布在10~20 kV,若不提升其电压等级,则±160 kV、±200 kV及±500 kV直流断路器[3-5]需串联真空断口数为十几个甚至几十个,断路器可靠性急剧下降。

电磁斥力机构设计方法

电磁斥力机构设计方法

电磁斥力机构设计方法姜楠;任志刚【摘要】A design method and process for a common structure of the electromagnetic repulsion mechanism used in the middle voltage hybrid circuit breaker are presented, and confirmation is made by the simulation in the ANSOFT MAXWELL.%本文针对中压混合断路器对电磁斥力机构的需求,对一种较常用的结构形式,提出了设计方法与步骤,并在有限元仿真软件ansoft Maxwell中建模仿真进行验证,验证了设计的可靠性。

【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2012(032)012【总页数】3页(P62-64)【关键词】电磁斥力机构;设计方法;中压混合断路器【作者】姜楠;任志刚【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TM5610 引言早在 1972年,S.Basu就在公开文献中提出基于涡流原理的电磁斥力机构[1],其原理示意图如图1所示,储能电容对励磁线圈脉冲放电,与励磁线圈临近的金属盘感应出与励磁电流方向相反的涡流,从而产生电磁斥力。

图1 电磁斥力机构的基本原理图该机构的突出优点是动作速度极快,触动时间在百微秒级,传统的弹簧机构、液压机构等都是毫秒级,但是行程较短,通常只有十几毫米。

由于当时短路电流水平较低,常规的断路器足以开断。

因此没有得到重视与发展。

近年来,随着对触头分断速度有极高要求的中压混合直流断路器以及真空灭弧室的发展,电磁斥力机构得到了国内外学者越来越多的研究。

日本三菱电气的学者和山东大学的李庆明等人分别将斥力盘等效为一匝线圈和多匝线圈,推导出了计算电磁斥力机构出力特性与运动特性的解析方法。

基于耦合负压原理的10kV直流负荷开关设计

基于耦合负压原理的10kV直流负荷开关设计

基于耦合负压原理的10kV直流负荷开关设计
李伟;谢文刚;刘博;宋中建;张志成;屈鲁
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2024(60)5
【摘要】为满足柔性直流配电系统负荷电流频繁投切对开关操作寿命的高要求,解决直接采用直流断路器方案成本高、体积大的难题,文中研究了一种基于耦合负压原理的直流负荷开关方案。

首先对其拓扑和工作原理进行了介绍,然后设计了基于双动结构和电磁斥力机构的主支路快速机械开关、基于耦合负压装置的换流单元和采用反串联拓扑的电力电子开关阀单元,最后,根据苏州某换流站工程需求,研制出10 kV耦合负压型直流负荷开关样机并进行试验验证。

结果表明:所研制的10 kV 直流负荷开关可在3 ms内开断额定电流和最大开断电流,且能连续动作,体积为目前国内同等参数最小,并具有低损耗、高机械寿命和高可靠性的优点,完全满足工程要求,同时为后续直流负荷开关产品的开发提供了参考。

【总页数】11页(P20-30)
【作者】李伟;谢文刚;刘博;宋中建;张志成;屈鲁
【作者单位】山东泰开高压开关有限公司;清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
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Medium Voltage Fault Current Limiting Switchgear [C]// Power Engineering Society Winter Meeting 2002 IEEE, 2002 ( 1) : 299- 304. [3] Takeda M, Yamamoto H, Hosokawa Y, et al. A Low Loss
150 220 300
时 间/ms
斥力机构 永磁机构
0.55
10.0
0.50
5.8
0.43
4.5
以上数据可以看出, 当斥力机构外部驱动电路 的电容电压达到有效数值后 (这里的有效数值是可 以推动铜盘完成整个行程的电容电压最小值), 就可
通过对斥力机构和永磁机构的实验速度性能分 析, 发现斥力机构在始动时间、初始加速度和整体速 度方面的优势明显优于永磁机构。这些优势有利于 同步开关、高压快速转换开关等需要高速操作的开 关向着更好性能的方向发展, 同时也有利于需要高 速操作的高压开关实验的更好展开。
repulsion mechanism has good performances in energizing
time, initial acceleration and average velocity. The
experimental results give a good guidance to the operation
较大优势, 两个机构的始动时间见图 5( a) , ( b) 。
高压电器, 2003, 39( 6) : 6- 7.
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简讯
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2007 年高压直流输电标准化工作座谈会于 3 月 9~10 日在西安召开。本次会议由中国电器工业协会牵 头, 由西安高压电器研究所承办。会议主要讨论了全国高压直流输电领域标准化技术/分技术委员会的组建 方案以及今年高压直流标准的工作安排和近期的工作设想。
( Department of Electrical and Electronic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116023, China)
摘要: 对斥力机构和永磁机构进行了实验对比分析, 得到了
两种机构的性能参数的差异, 结果表明斥力机构在始动时
mechanism design of high-voltage switch.
Key wor ds: repulsion driver; permanent magnetic actuator;
analysis
的基础上, 按照优化结果设计了电磁斥力机构, 并进 行了大量实验, 得出了实验结果。
1 斥力机构真空开关的组成
间、初始加速度、整体平均速度方面有着 自 己 的 优 势 , 实 验 结
果可以为高压开关操动机构的设计提供一定的指导。
关键词: 斥力机构; 永磁机构; 分析
中图分类号: TM561
文献标识码: A
Abstr act: Experiments conducted and contrast analysis have
电 压/V
时 间/ms 斥力机构 永磁机构
150
5.2
16.0
220
4.0
11.5
300
2.6
10.0
而对于行程为 22 mm 的机构, 因为使用参数已 经不适于永磁机构的操动, 只进行了斥力机构的速 度测试, 电容容量取 20 mF, 得到数据见表 4。通过 对电磁斥力曲线分析, 发现电磁斥力作用时间一般 比较短, 而永磁保持力也仅仅是在机构两端时的保 持力才会比较大, 电磁斥力刚好可以克服保持力而 起推动作用, 因此二者配合也可向大行程方向发展,
构。通过设置参数可以使得斥力机构平均速度与永 磁机构相同, 但是斥力机构的初始速度大于永磁机 构, 这样在机构最后关合的过程中, 其合闸速度必然 小于永磁机构, 这将有利于降低高压开关的弹跳, 且 对于开关的关合性能有着较明显的改善。其原因是
Power Systems Technical Conference 1998 IEEE, 1998: 95- 99. [2] Holaus W, Frohlich K. Ultra-fast Switches-a New Element for

高压电器
High Voltage Apparatus
Vol.43 No.2 Apr. 2007
力和保持力下进行, 控制机构动作的外部电路参数 也大体相同( 如电容容量大小、控制策略均为相同, 所不同的是斥力机构线圈与电容之间的回路尽量使 用粗线以降低回路电阻, 斥力机构选择的晶闸管电 流额定值较大) 。
如对于行程为 22 mm 的机构, 也可以取得比较好的 操动效果, 见表 4。
表 4 行程为 22 mm 的斥力机构运动时间表
电 压/V
全程/ms 前 3 mm /ms 始动/ms
300
16.0
2.8
0.42
350
10.0
2.2
0.35
400
5.1
2.0
0.30
表 3 机构始动时间对比
3 结语
电 压/V
第 43 卷 第 2 期 2007 年 4 月
文章编号: 1001 - 1609( 2007) 02 - 0125 - 02
高压电器
High Voltage Apparatus
Vol.43 No.2 Apr. 2007
·125·
超高速斥力机构与永磁机构的实验性能对比分析
董恩源, 李 博, 邹积岩
( 大连理工大学电气工程与应用电子技术系, 辽宁 大连 116023)
( 田恩文)
实验所设计的斥力机构由现有永磁体保持机 构、双向斥力机构和真空灭弧室构成。开关样品见 图 1, 原理示意图见图 2, 其工作原理是: 用电磁斥力 作动力, 由永磁机构磁路中的永磁体提供保持力。其 出力特性曲线见图 3, 图 4, 基本操动过程是: 由晶闸 管控制已充电的电容器向斥力机构的线圈放电, 使 线圈产生瞬间变化磁场, 铜盘感应产生的涡流形成 反向磁场, 致使产生推斥力, 带动连杆运动, 从而带 动灭弧室触头运动。
笔者在用有限元软件对斥力机构进行分析优化
2 实验数据分析
斥力机构和永磁机构的对比实验在相同的负载 收稿日期: 2006 - 09 - 15; 修回日期: 2006 - 10 - 25 作者简介: 董恩源( 1973- ) , 男, 讲师, 博士, 主要研究方向为智能化电器。
·126·
第 43 卷 第 2 期 2007 年 4 月
参考文献:
以驱动斥力机构进行动作, 并且随着电压的逐步增 大, 斥力机构平均合闸速度增长率明显超过永磁机
[1] Jungblut R, Sittig R. Hybrid High-speed DC Circuit Breaker Using a Charge-storage Diode [C]// Industrial and Commercial
首先采用行程为 10 mm 的斥力机构和永磁机构 进行合闸实验, 驱动电路电容均取 10 mF, 得到合 闸 时的数据表格见表 1~表 3。
表 1 机构全行程时间对比
电 压/V
时 间/ms 斥力机构 永磁机构
100
完不成行程
28
150
24.0
21
220
9.0
16
300
5.1
13
表 2 机构前 3 mm 行程时间对比
斥力机构线圈的电感远小于永磁机构线圈的电感,
Solid-state Transfer Switch Using Hybrid Switch Devices [C]//
使得斥力上升速度非常快, 因此其始动时间也明显 短于永磁机构, 这是斥力机构在开关应用中的一个
Power Electronics and Motion Control Conference 2000 PIEMC, 2000( 1) : 235- 240. [4] 李庆民, 刘卫东, 徐国政 , 等. 高 压 快 速 转 换 开 关 的 研 制[J].
Compar ison Analysis of Exper iment Per for mace between High-speed Repulsion Mechanism and Per manent Magnetic Mechanism DONG En-yuan, LI Bo, ZOU Ji-yan
0 引言
近年来, 一种利用涡流电磁斥力原理的开关操动 机构的研究正在悄然兴起, 并以其在超短时间内可以 驱动负载快速动作的特性, 在快速开关研究方面引起 了人们极大的关注。目前, 日本、德国等对利用涡流原 理设计的快速开关已经有了一定的进展,并开发出了 应用涡流斥力的相关产品, 如把涡流斥力应用于混合 开关方面, 其基本模型是有触点开关和无触点开关的 混合, 一般用在中低压系统[1- 3]。在国内, 此类研究还 处于起步阶段, 已经有应用真空接触器灭弧室与斥力 机构制成的快速转换开关的报道[4], 但是将斥力机构 应用于高压断路器的研究还很少。
been taken to the repulsion mechanism and permanent
magnetic mechanism, and some differences in performance
parameters have been obtained. The results show that the
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