[发明专利]一种液态金属限流装置及方法

说明书

本发明提供一种液态金属限流装置及方法，线路正常工作时，金属凸台插入绝缘隔板上的通孔直接与两侧的液态金属接触，额定电流通过液态金属和金属挡板进行通流；当短路故障发生时，利用绝缘隔板内部的斥力线圈产生电磁斥力推动金属挡板外移，使液态金属进入通孔中收缩起弧，实现快速有效限流。本发明结构简单可实现快速有效限流，特别适用于限制中低压领域交直流系统故障电流，可以帮助减轻断路器等各种电气设备的负担。

技术领域

本发明属于电路控制技术领域，特别涉及限制高压、中压或低压开关设备中的故障电流技术领域，更具体地是涉及一种液态金属限流装置及方法。

背景技术

随着电力系统容量的逐年增加，电网短路容量和短路电流情况也在不断升高，这极大的影响了电网的发展。因此，研究有效的短路电流限制装置，从而限制短路电流，提高电网运行的可靠性，已经成为今后制约电力系统稳定运行、电力建设和发展的迫切问题。到目前为止，应用于短路限流方面的技术主要有：串联限流电抗、PTC电阻限流或使用大容量断路器、固态短路故障限流、超导故障限流器、限流熔断器等等。

串联限流电抗是传统的用于限流的做法，但是其在电网正常工作情况下，会不可避免的消耗电能，而且造成的电能损失较大。

PTC电阻限流技术是利用PTC热敏电阻在短路电流通过时其阻值呈非线性上升的特性实现限流目的，但是该热敏电阻的主相材料易受热发生膨胀，需使用热和机械强度较好的材料作为连接件。此外，在发生故障时，热敏电阻的阻值会急剧增加，须并联限压装置，另外，还存在恢复时间长、使用寿命短等问题。

固态短路故障限流技术是基于电力电子技术快速发展的限流方式，主要包括常规电抗器、电力电子器件(可控功率半导体器件)和控制器构成，然而大功率电力电子器件存在较高的固有损耗，导致其在应用上受到限制。

超导故障限流器是在20世纪80年代之后发现高温超导体后而开始被关注的，但是在大功率场合方面超导材料的应用技术尚未成熟，可靠性也比较差，同时由于超导体的恢复时间到超导态时间比较长，一般难以满足自动重合闸等方面的要求，还存在恢复时需要液氮等附属的冷媒及制冷设备，并且附加的损耗大。

限流式熔断器是目前唯一商业化的故障电流限流器，利用熔断器的快速性可将短路电流在到达第一个峰值前强行限制，但是熔断器只能单次动作，在一次限流之后必须进行更换，降低了系统运行的自动化水平，同时由于其自身起弧的时间比较长，对于复杂结构的电网来说，牺牲了保护的选择性。

发明内容

本发明为克服上述短路限流技术的缺陷或不足，提出一种液态金属限流器，能够有效提高额定电流，减小限流装置的损耗，并且有效抑制短路故障电流，减轻断路器等各种电气设备的负担。

本发明所采用的技术方案是，一种液态金属限流器，所述限流器包括阳极电极、阴极电极、绝缘外壳；所述阳极电极和阴极电极对称设置于绝缘外壳的两侧壁上，并与绝缘外壳形成密闭空腔；所述空腔内部垂直设置有绝缘隔板和金属挡板，所述绝缘隔板中间位置设有通孔并且绝缘隔板内部设有斥力线圈，所述金属挡板中间位置设有金属凸台，所述金属凸台插入绝缘隔板通孔中，所述空腔中部分填充液态金属；

所述金属凸台插入绝缘隔板上的通孔时直接与两侧的液态金属接触形成正常工作状态下的电流主回路；所述绝缘隔板内部的斥力线圈产生电磁斥力推动金属挡板外移时形成短路故障时的电流支路。

优选的，所述绝缘隔板的通孔为圆形通孔，所述金属凸台为圆柱形。

优选的，所述绝缘隔板的通孔孔径大于等于5mm。

优选的，所述金属挡板和金属凸台材质为铜。

优选的，所述金属凸台的高度与绝缘隔板的厚度尺寸相等。

优选的，所述液态金属的填充高度高于所述绝缘隔板的通孔高度且无需填满整个空腔。