[发明专利]电压浪涌保护装置和高电压断路器

说明书

技术领域

本发明大体涉及高电压装置的领域，并且更特别地，涉及保护这样的高电压装置。

背景技术

大多数电力系统和装置有时候都会经受施加的过度瞬态电压，而且例如由于雷击的原因而产生的这样的电压浪涌可导致代价非常高的损害和后续服务中断。因此需要用于保护电力系统和装置的器件。

常常使用依赖于电压的电阻器即变阻器来保护电力装置免受电压浪涌的影响。变阻器还被称为非线性电阻器，因为它具有非线性电流-电压特性。如果施加的电压小于某个电压，则变阻器基本是绝缘体。如果施加的电压高于某个电压(开关电压)，则变阻器电阻下降，并且允许增加的电流流过它。变阻器并联地连接到待保护的装置上，并且布置成在被过电压触发时，使高电压产生的电流分流离开装置。

另外，可利用各类断路器来中断故障电流。但是，针对DC电流设计断路器是困难的，因为电流高，没有中断电流时的任何零电流穿越。

基于绝缘栅双极晶体管(IGBT)的一种已知的高电压直流(HVDC)断路器技术包括多个堆叠地安装的IGBT单元。各个单元包括并联连接的若干IGBT模块，各个模块又包括多个并联的半导体芯片，半导体芯片通常仅承受线电压的一小部分。如果一个这种半导体芯片(IGBT芯片)被过电压破坏，则内部装置使其短路，内部装置必须经受住满线电流。短路装置具有有限的电流承受容量，而且必须在短时间内更换整个IGBT单元。

对于DC断路器应用，由于连续的大DC电流没有任何零电流穿越(这将加强从一个失效IGBT芯片到另一个的过渡)，所以失效的IGBT芯片无法长时间停留在短路模式中。因而必须使DC断路器跳脱，而且必须更换失效装置。

因而在这方面需要改进。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于高电压装置的使得能够进行安全短路功能的电压浪涌保护装置，诸如断路器。

根据本发明的第一方面，该目标由用于保护高电压装置的电压浪涌保护装置实现。电压浪涌保护装置包括变阻器，变阻器具有由变阻器材料隔开的第一部分和第二部分。电压浪涌保护装置包括可扩张部件，可扩张部件布置成在变阻器的第一部分和第二部分之间施加阈值电压之后，作用于可动电触头上，以使电压浪涌保护装置短路。本发明提供电压浪涌保护装置，其使用变阻器的热能来触发旁通过程，由此就不需要外部控制或辅助功率供应来形成旁路。

在实施例中，当经受阈值电压时，变阻器材料产生热和/或气体，从而使可扩张部件扩张。

在实施例中，可动电触头布置成能够在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置上，电压浪涌保护装置未启动，而在第二位置上，电压浪涌保护装置被启动。当可动电触头在其第二位置上时，第一部分和第二部分通过可动电触头电连接。

在实施例中，变阻器包括至少部分地沿电压浪涌保护装置的长度方向包围变阻器的电绝缘壳体。可动电触头布置成能够沿着电绝缘壳体在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置上，电压浪涌保护装置未启动，而在第二位置上，电压浪涌保护装置被启动，其中，当可动电触头在其第二位置上时，第一部分和第二部分通过可动电触头电连接。

在实施例中，可动电触头包括可动螺旋弹簧或可动金属环。

在实施例中，电压浪涌保护装置包括布置在可扩张部件和电触头之间的可动电绝缘环。可扩张部件布置成通过可动电绝缘环作用于可动电触头上。可动电绝缘环可布置成能够沿着电绝缘壳体移动，电绝缘壳体至少部分地沿电压浪涌保护装置的长度方向包围变阻器。

在实施例中，可动电触头布置在可扩张部件和电绝缘环之间。当在第二位置上时，可动电触头接触螺旋弹簧，螺旋弹簧布置在下部部分上。

在实施例中，可动电触头布置在通过至少部分地沿长度方向包围变阻器的电绝缘壳体且进入到变阻器材料中的膛孔中，以及，可动电触头的一个侧端接触可扩张部件，可扩张部件布置成围绕变阻器材料且部分地在膛孔中的壳，可动电触头布置成沿径向方向移动。

在实施例中，可扩张部件包括在经受温度升高和/或压力时能够扩张的材料。

在实施例中，可扩张部件包括硅酮凝胶、硅酮糊或硅酮脂。

根据本发明的第二方面，目标由一种高电压断路器实现，该高电压断路器包括串联连接的一个或多个半导体单元，其中，以上所述的电压浪涌保护装置并联地连接到各个这种半导体单元上。

根据本发明的第三方面，目标由一种高电压断路器实现，该高电压断路器包括两个或更多个半导体单元，其中，半导体单元反串联地连接成对，以及其中，以上所述电压浪涌保护装置并联地连接到各个这种成对的半导体单元上。