[实用新型]带冗余装置的多功能防火短路保护器

说明书

技术领域：

本实用新型涉及电气短路保护设备技术领域，具体涉及带冗余装置的多功能防火短路保护器。

背景技术：

近年来，随着我国国民经济快速增长、人民生活水平不断提高，社会对用电的需求保持逐年增长，家用电器、农业、工业等各个场合几乎都离不开电能；在用电需求量不断增长的背景下，如何保证安全用电等问题也随之突出，据不完全统计，在多起火灾事故调查后发现，因电气短路、漏电、拉弧而引发的电气火灾一直占据事故引发的首要因素，给人民的生命财产安全带来严重威胁，数以千万的财产通常因电气故障引发火灾后瞬间化为灰烬；因此，如何确保更加安全用电、避免人民的生命财产安全受到损失成为急需解决的问题。

我们熟知的断路器、空气开关一直占据我们日常用电作为短路过载保护的主导地位，断路器或者空气开关串联于负载回路中，正常使用时其机械触点接通，负载回路得电正常工作，当负载短路或者过载时，断路器内部的感应线圈因短路得到足够强的磁场启动内部机械阀使串联在电气回路的机械接触点迅速分离，有效的切断了故障电流，根据断路器原理结构的不同，有些断路器也采用双金属片的膨胀系数不同的原理来实现故障电流机械触点的分离等等，最终均能达到断开机械触点来分断故障电流的目的。

传统断路器从短路至故障电流分断的时间通常在数十毫秒至数百毫秒间，在短路点易造成较大的危险火花，在很多高危场所（如加油站、油污严重的酒店厨房、易燃物周围）极易导致安全事故的发生。

为弥补机械式断路器或空气开关断开故障电流的时间过长等弊端，近年来有些公司已经开始研究高速电子式短路保护器，其大电流功率器件均采用半导体来承载，由于其采用的功率器件电路形式原因，会导致功率器件的数量大幅增加，在实际使用时会产生很大的功耗，因此承载电流不可能做到很大，其中，如图1所示的一种功率器件的电路结构：由于交流220V有正负半周，当正半周到来时，A管栅极施加开通信号，A管导通，和A管串联的功率二极管导通，正半周电压施加至负载，此时不管B管的栅极是否施加开通信号由于和B管串联的二极管单相导电性，因此在正半周时刻B管中没有电流流过；同理，负半周到来的时刻B管导通，A管截止；AB管分别承载正负半周电流，负载上得到接近和市电一致的正弦电压；如图1中所示，由于单个A管或B管无法承载较大的负载电流，因而需要承载的电流增大时，势必要增加A、B管的数量，同时和A、B管串联的二极管亦会成倍增加，导致整个装置的体积增大；另外由于高压二极管的导通压降不可能做到很小，因此上述图1的电路结构在大电流场合会面临自身功耗增大、发热严重的弊端，不利于装置的可靠性和稳定性。

亦有些采用双向可控硅作为大电流功率器件，因为双向可控硅的固定压降存在，一般在1V以上，根据W=I×V，假如负载电流超过10A，会至少产生10W的功耗，自身功耗太大会造成双向可控硅的发热严重，此特性限制了其体积小型化，因而不适合在电流稍大的场合使用。

近年随着半导体工艺的发展，电力大电流功率半导体等新器件不断问世，如GTO（Gate Turn Off Thyristor）、IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor)等，其不但能承载数百至数千安倍的电流，同时具有快速关断的特性，是电力行业日后主要的发展方向，现阶段因器件问世的时间不长，价格昂贵，因此目前仅限于超大电流承载场所应用。

在已知和本实用新型同类的高速短路保护器产品中，电路中的电流采样器件主要采取以下两种：1、电流互感器；2、霍尔器件；采用电流互感器和霍尔器件作为高速短路保护器的电流采样器件时，均会由于器件本身的特性在电流信号传递过程中而导致的延迟，一般的霍尔器件延迟时间会在5uS甚至更大，而电流互感器其传输延迟时间会更长，如果由于工艺材料的不同，传输延迟时间则无法保证；而短路信号的识别，电流采样器件的延时时间越长，从短路发生时刻起至故障电流分断的整体时间拉长，此意味着短路点的火花越大；由于霍尔器件的容量限制，在大电流采样的场合意味着成本会大幅增加，而电流互感器也存在磁饱和的现象，如果需要做到检测大的电流，体积也会相应变的庞大。

在已知和本实用新型同类的高速短路保护器产品中，分断短路故障电流主要依靠大电流功率器件切断短路电流，一旦大电流半导体功率器件出现击穿异常情况，产品就失去了基本保护功能，在高危场所使用时会因装置本身的故障造成危险事故的可能性，装置内部无冗余备份设计；即当发生最坏的情况时，大电流功率器件由于击穿无法起到基本的保护功能。