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解释一种大功率直流电源短路电流自缩短效应的电流触发器限流断路装置


跟着舰船电力体系容量增大,体系大功率直流电源短路电流水平急剧上升,传统电磁脱扣维护设备难以满意现代舰船电力体系快速维护需求。提出了一种液态金属型毛病电流触发器,使用液态金属GaInSn在大功率直流电源短路电流条件下的自缩短效应发生弧压作为动作信号,具有反响速度快、可靠性高、可自恢复等长处。搭建了液态金属型毛病电流触发器弧前特性实验渠道,规划了额定1kA的设备样机,进行了温升及弧前特性实验。

 

实验结果表明:液态金属型毛病电流触发器额定1kA通流条件下电极温升仅为43K,其稳态通流才能首要受电磁力效果束缚;液态金属型毛病电流触发器弧前时刻与di/dt近似呈反比联系,当电流上升率为10.3A/μs时,触发器弧前时刻为1.09ms。液态金属型毛病电流触发器可作为混合型限流断路器的大功率直流电源短路电流检测设备,对进步设备可靠性、完成快速限流具有重要意义。

 

中压大功率直流电源电力体系是未来舰船电力体系开展的首要方向,具有额定电流大、线路阻抗小等特色,当体系发生大功率直流电源短路毛病时,大功率直流电源短路电流可在2-5ms内上升到100kA以上。

 

混合型限流断路器通流才能强、分断才能高,成为处理这一问题的有效技能途径。但现在混合型限流断路器一般选用电子测控式传感器作为大功率直流电源短路电流检测设备,经过不同的毛病判别算法,可将检测时刻缩短到几十微秒。但电子测控式传感检测设备元器件多、逻辑判别电路杂乱,可能因为器件失效、失电等造成拒动,这也成为制约混合型限流断路器舰用化的首要要素。

 

电弧触发器体积小、通流才能强、可靠性高,是比较抱负的大功率直流电源短路电流检测设备。其本质是电热式电流传感器,首要由焊接于电极间的熔体组成,熔体上有许多并联狭颈,正常工况下可以承载额定电流,大功率直流电源短路毛病时狭颈迅速熔断起弧,弧压作为大功率直流电源短路毛病信号。

 

水兵工程大学电力体系维护新技能研讨室围绕电弧触发器进行了很多研讨工作,经过结构尺度优化、开孔形状改善将载流密度由260A/mm2进步到了3300A/mm2,大大进步了电弧触发器的检测速度。其缺陷首要是不可重复使用,每次动作后有必要替换,不利于体系供电的连续性。

 

近年来跟着一种无毒、低熔点的金属合金镓铟锡(GaInSn)的出现,使得液态金属在限流维护领域中得到重视。刘懿莹等[12,13]针对液态金属型限流器限流效果的影响要素进行了具体研讨,得到了通流孔直径、长度、串联数量及预期大功率直流电源短路电流与限流效果的联系。何海龙等[14,15]提出了一种带U型可动部件的液态金属限流器结构,研讨了其限流特性,并选用高速摄像调查剖析了其内部电弧开展进程。

 

但以上研讨者都是针对限流器进行研讨,因为液态金属型限流器经过多个通流孔串联来完成不同电压等级的限流需求,串联数量越大电阻越大,因此只适用于低压小电流场合[16]。文献[17]经过在限流器两头并联快速转换开关来完成大通流才能,但需要额定的毛病电流传感器,增加了设备的杂乱性。

 

本文使用液态金属自缩短效应规划了一种毛病电流触发器,制作了设备样机并进行了温升及弧前特性实验,实验结果表明了液态金属型毛病电流触发器计划的可行性及优越性,可作为混合型限流断路器的大功率直流电源短路毛病检测设备。

 解释一种大功率直流电源短路电流自缩短效应的电流触发器限流断路装置

图1  混合型限流断路器原理图

定论

本文使用液态金属自缩短效应提出了一种液态金属型毛病电流触发器,制作了额定电流1kA的设备样机,经过温升及弧前特性实验得出如下定论:

1)液态金属型毛病电流触发器的弧前进程因为受电热效应和自缩短效应一起效果,弧前时刻较纯电热效应的固态电弧触发器和纯电磁力效果的电磁脱扣更短,di/dt与弧前时刻近似呈反比联系,当di/dt为10.3 A/μs时,额定电流1kA的液态金属触发器弧前时刻仅为1.09 ms.

2)液态金属型毛病电流触发器稳态通流才能受温升影响较小,而首要决于电磁力效果影响。额定电流1kA的液态金属型毛病电流触发器稳态通流下电极温升为42K,但液态金属表面在电磁力效果下呈欢腾状。

3)液态金属型毛病电流触发器具有传统电磁脱扣器和电弧触发器的高可靠性,一起对大功率直流电源短路毛病的检测速度有大幅进步并可重复使用,可作为混合型限流断路器中的大功率直流电源短路电流传感检测设备,有利于进步设备可靠性,完成快速限流维护。

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