一种限流型直流MOV限压器的制作方法

一种限流型直流mov限压器
技术领域
1娱乐游戏涉及mov限压器，尤其涉及一种限流型直流mov限压器。


背景技术：

2.在高压直流输电工程中，igbt、igct等电力电子器件常被用于变流回路，其在电流变换过程中可产生危及这些电力电子器件运行安全的过电压。为了限制过电压，igbt、igct等电力电子器件常常并联有金属氧化物限压器(简称mov限压器)。然而，这些用于电力电子变流器保护的mov限压器，因其具有动作频次高、吸收能量大、荷电率高、残压低等特殊要求，使得其故障率偏高，进而极大地降低了采用这类变流技术的直流输电工程的运行可靠性。


技术实现要素：

3娱乐游戏的目的在于解决现有的mov限压器存在的故障率偏高，导致采用电力电子变流器的直流输电工程运行可靠性降低的技术问题，而提供一种限流型直流mov限压器。
4.为了实现上述目的，本实用新型的技术解决方案为：
5.一种限流型直流mov限压器，其特殊之处在于，包括外壳组件、设置在外壳组件内的mov限压器本体和限流装置；所述mov限压器本体包括多个层叠的金属氧化物电阻片；
6.所述外壳组件包括第二绝缘外套、设置在第二绝缘外套两端的第二上电极和第二下电极；所述第二上电极和第二下电极用于与外部直流线路连通；
7.所述限流装置包括熔断结构、套设在熔断结构外侧的第一绝缘外套、设置在熔断结构两端且分别与第一绝缘外套连接的第一上电极和第一下电极；
8.第二上电极、第一上电极、熔断结构、第一下电极、mov限压器本体和第二下电极依次串联。
9.进一步地，第二上电极与第一上电极之间或mov限压器本体与第二下电极之间设置有压紧弹簧。
10.进一步地，还包括设置在mov限压器本体和限流装置之间的连接电极；
11.第二上电极、第一上电极、熔断结构、第一下电极、连接电极、mov限压器本体和第二下电极依次串联。
12.进一步地，所述连接电极包括串联的上连接电极和下连接电极；
13.所述第二绝缘外套包括第二上绝缘外套和第二下绝缘外套；
14.所述第二上绝缘外套套设在第二上电极、第一上电极、熔断结构、第一下电极和上连接电极外侧；
15.所述第二下绝缘外套套设在下连接电极、mov限压器本体和第二下电极外侧。
16.进一步地，第二上电极与第一上电极之间或下连接电极与mov限压器本体之间或mov限压器本体与第二下电极之间设置有压紧弹簧。
第一下电极，25-狭口；
39.3-第二绝缘外套，31-第二上绝缘外套，32-第二下绝缘外套；
40.4-第二上电极；5-第二下电极；6-连接电极，61-上连接电极，62-下连接电极；7-压紧弹簧。
具体实施方式
41.为使本实用新型的优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
42.实施例一
43.一种限流型直流mov限压器，包括外壳组件、设置在外壳组件内的mov限压器本体1和限流装置2，其中，mov限压器本体1包括2个层叠的金属氧化物电阻片11。如图1所示，本实施例中限流装置2包括熔断结构21、套设在熔断结构21外侧的第一绝缘外套22、设置在熔断结构21两端且分别与第一绝缘外套22连接的第一上电极23和第一下电极24。外壳组件包括第二绝缘外套3、设置在第二绝缘外套两端的第二上电极4和第二下电极5，第二上电极4和第二下电极5用于与外部直流线路连通；其中，第二绝缘外套3包括由内至外依次同轴设置的frp外套和硅橡胶封套。第二上电极4、第一上电极23、熔断结构21、第一下电极24、mov限压器本体1和第二下电极5依次串联。同时，本实施例在mov限压器本体1与第二下电极5之间设置有压紧弹簧7。本实用新型中mov限压器本体1和限流装置2组成可限流的mov限压器，用于通过限流装置2限制mov限压器本体1吸收过大的过电压能量。
44.在mov限压器本体1吸收能量小于等于额定能量时，限流装置2用于使mov限压器本体1与直流线路呈导通状态，且限流装置2耐受mov限压器本体1的动作负载而不动作；在mov限压器本体1吸收能量大于额定能量或mov限压器本体1故障时，限流装置2用于可靠动作以隔断mov限压器本体1与直流线路的电气连接。具体的，本实用新型的熔断结构21中设置有金属熔体211，通过金属熔体211吸收焦耳热的熔断来隔断mov限压器本体1与直流线路的电气连接。可以理解的是，限流装置2也可以采用机械开关、电力电子开关等结构，以实现对mov限压器本体1的限流开断，但其性价比远远低于使用金属熔体作为mov限压器本体1限流开断的技术方案。其中，金属熔体211为不易氧化的金属材料，本实施例中选用金属银。对于金属银导体，可通过计算其需要耐受mov限压器本体1的动作负载而不动作的能量q1、mov限压器本体1吸收能量大于等于额定能量时可靠动作的能量下限值q2及其通过电流时的温度变化来设计其形状与尺寸。
45.限流装置2动作的能量下限值q2
′
通过公式(1)确定：
46.q2′
＝k*q1′
(1)
47.上式中，q1
′
表示限流装置2不动作时过电压能量的上限值；k表示配合系数，其与环境温度、灵敏度、直流系统的脉动等有关，优选取值为k＝1.2-1.6。
48.而本实用新型中限流装置2耐受mov限压器本体1的动作负载而不动作的能量q1通过公式(2)确定：
[0049][0050]
上式中，i表示mov限压器本体1的冲击电流，单位为a，其通常根据具体实施例的要求由系统仿真计算确定；r表示限流装置的电阻，单位为ω；t表示mov限压器的动作负载持
续时间，t表示时间，单位为s。
[0051]
限流装置2动作的能量值q2通过公式(3)确定：
[0052][0053]
上式中，i
′
表示负荷电流，单位为a，其通常根据具体实施例的要求由系统仿真计算确定。
[0054]
因此，当使q1＝q2时，可以通过公式(2)和公式(3)计算得到额定能量对应的可使限流装置2可靠动作的临界电流im。根据获得的临界电流im，再结合公式(1)，获得最终的实际动作电流。
[0055]
同时，为了保证限流装置2在动作后的电流过零期间可以实现可靠熄弧，如图2所示，本实施例在金属熔体211上设置有多个狭口25。限流装置2动作后，一个或多个狭口25熔断，电弧距离(电弧距离为两个狭口25之间的距离)被拉长，从而有利于熄弧。其中，狭口25的横截面积s根据公式(4)计算：
[0056][0057]
其中，c为金属熔体的比热，d为金属熔体的密度，l为金属熔体的长度，θm为金属熔体的熔点，θr为环境最高温度，q1为限流装置2耐受mov限压器本体1的动作负载而不动作的能量，即金属熔体211在动作负载电流冲击下吸收的能量，q2为限流装置2动作的能量值，即金属熔体211在负荷电流下吸收的能量，k为配合系数。
[0058]
以下通过一个具体的实施例来对本实用新型的特点和效果进行进一步说明。
[0059]
本实施例要求如下：
[0060]
1、mov限压器本体1的动作负载为5.5ka线性衰减至0，mov限压器本体1的动作负载持续时间t为2.06ms，时间恰好使得mov限压器本体1的总吸能为75kj，即mov限压器本体1在发挥正常限制过电压功能过程中所吸收的能量为75kj。设计中，本实施例使用2柱并联的mov限压器本体1来吸收该能量。
[0061]
2、限流装置2应在下述工况下可靠动作：电流在1ms内从0线性上升至直流电流id，随后维持直流电流5.7ms，然后在1ms内线性下降至零，维持12.3ms。当id为im～4ka时，限流装置2应在第一个过零点前(6.7ms内)开断，第一次过零期间熄弧，其中im为限流装置2可靠动作的临界电流，即金属熔体熔断的临界电流。
[0062]
依据上述要求1，本实施例中mov限压器本体1的动作负载电流，即限流装置2的冲击电流i如公式(5)所示：
[0063][0064]
将上式代入公式(2)中，可得
[0065][0066]
因此，本实施案例中限流装置2可耐受mov限压器的动作负载而不动作的能量q1的计算结果为：q1＝20771.667r(a2s)。
[0067]
依据上述要求2，限流装置2可靠动作的电流，即限流装置2限制的负荷电流i
′
如公式(7)所示：
[0068][0069]
将公式(7)代入公式(3)中计算，可得
[0070][0071]
取q1＝q2，即为额定能量，此时id为限流装置2可靠动作的临界电流im，可得公式(9)：
[0072][0073]
通过上式计算可得，限流装置2可靠动作的临界电流im＝1.967ka。
[0074]
为了确保限流装置2不误动，限流装置2的实际动作电流应大于上述临界电流im。本实用新型中实际动作电流设计为临界电流im的1.1-1.25倍，以满足公式(2)及限流装置2配合系数k的要求。
[0075]
根据公式(4)，结合本实施例中设计的2柱mov限压器本体1，与2柱mov限压器本体1分别串联的限流装置中狭口25的横截面积s根据公式(10)计算：
[0076][0077]
其中，η为试验确定的调整系数，η＝1.5-1.8，ρ为金属熔体211的电阻率。
[0078]
根据上述结果设计的限流装置2，可以使得该限流装置2在mov限压器本体1的正常工作工况下，即mov限压器本体1吸收能量小于等于额定能量时，限流装置2耐受mov限压器本体1的动作负载而不动作；而在mov限压器本体1过载或失效的工况下，即mov限压器本体1吸收能量大于额定能量或mov限压器本体1故障时，限流装置2迅速动作并隔断mov限压器本体1与直流线路的电气连接。具体的，狭口25的横截面积s为金属熔体的厚度与狭口25宽度的乘积，而由于金属熔体的厚度要考虑一定的机械强度，其不应在电动力作用下断裂，因此，如图3所示，本实施例中金属熔体的厚度和狭口25的宽度分别取值0.13mm和2.9mm，这是根据上述计算及试验验证所确定的关键尺寸，可确保金属熔体的熔断在规定的冲击电流范围内。金属熔体非狭口部分的宽度，需大于狭口的宽度且需留有足够的安装尺寸，本实施例取为5mm。狭口与非狭口的长度基本相等并沿熔体的长度均匀排布，本实施例狭口长度和非狭口长度分别为8mm和7mm。熔体端部长度主要考虑安装尺寸的需求，本实施例取21mm。金属熔体总长度110mm及狭口25的数量与mov限压器本体1的尺寸及恢复电压相关，本实施例中为保证18kv恢复电压下可靠熄弧及与mov限压器本体1的尺寸配合，通过试验确定了限流装置2中金属熔体及狭口25的具体结构和尺寸。
[0079]
如图4所示，为限流装置2与mov限压器本体1的安秒特性配合曲线示意图，图中的曲线1表示mov限压器本体1故障失效工况下的安秒特性曲线，曲线2表示限流装置2的安秒特性曲线，工作点3表示mov限压器本体1吸收额定能量的工作点(底宽2.06ms，峰值5.5ka，三角波)。通过图4可以看出，限流装置2动作的安秒特性位于mov限压器本体1正常吸收浪涌的工作点3与其故障的安秒特性之间，证明限流装置2对mov限压器本体1过载工况起到了保护作用。
[0080]
实施例二
[0081]
本实用新型还提供了另外一种结构的限流型直流mov限压器，包括外壳组件、设置在外壳组件内的mov限压器本体1、限流装置2以及连接电极6，其中，mov限压器本体1包括2个层叠的金属氧化物电阻片11。如图5所示，本实施例中限流装置2包括熔断结构21、套设在熔断结构21外侧的第一绝缘外套22、设置在熔断结构21两端且分别与第一绝缘外套22连接的第一上电极23和第一下电极24。外壳组件包括第二绝缘外套3、设置在第二绝缘外套两端的第二上电极4和第二下电极5，第二上电极4和第二下电极5用于与外部直流线路连通；其中，第二绝缘外套3又包括第二上绝缘外套31和第二下绝缘外套32，且第二上绝缘外套31和第二下绝缘外套32均包括由内至外依次同轴设置的frp外套和硅橡胶封套；连接电极6包括串联的上连接电极61和下连接电极62；第二上绝缘外套31套设在第二上电极4、第一上电极23、熔断结构21、第一下电极24和上连接电极61外侧，第二下绝缘外套32套设在下连接电极62、mov限压器本体1和第二下电极5外侧。第二上电极4、第一上电极23、熔断结构21、第一下电极24、上连接电极61、下连接电极62、mov限压器本体1和第二下电极5依次串联。同时，本实施例在第二上电极4与第一上电极23之间、下连接电极62与mov限压器本体1之间分别设置有压紧弹簧7。
[0082]
实施例二中熔断结构21的具体设置与实施例一相同，通过熔断结构21的设置一方面可以避免mov限压器吸收过大的过电压能量，另一方面也可以在mov限压器出现故障的时候及时隔断连接，避免对mov限压器的进一步损坏，大大降低了mov限压器故障率。
[0083]
以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对上述实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所保护技术方案的范围。