短路电流限制器的制作方法

1.本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的短路电流限制器。

背景技术：

2.尤其在用于以中压和高压进行能量供应的电气电路中，可能发生诸如短路之类的过电流事件，其具有高的损坏潜力。
3.is限制器、例如abb公司的is限制器或g&w电气公司的clip(＝current limiting protector，电流限制保护器)用于在时间交流电曲线的第一个电流最大值之前就切断短路电流。这些设备的原理是在短路情况下快速切断短路电流；这通过将正常运行功能和短路电流中断功能分开来实现。对于正常运行，存在主电流路径或者额定电流路径，其可以在短路情况下快速断开。与主电流路径并联地存在另外的电流路径、即换向电流路径或者并联电流路径，其具有可以中断短路电流的熔断保险装置。
4.所提及的is限制器基于主电流路径的烟火技术的引爆和电流从主电流路径到换向电流路径的换向，其缺点在于，在每次触发之后，必须开销高地更换被引爆的主电流路径、烟火技术的和在换向电流路径中使用的熔断保险装置，由此在较长的时间内存在电路的中断。
5.可以通过省去主电流路径的烟火技术的引爆来减少这种开销。例如在wo2020/064558a1(西门子股份公司，2020年4月2日)中到对这类短路电流限制器的描述，该短路电流限制器包括在主电流路径中的以真空开关形式的断路器单元和与之并联的在换向电流路径中的电流限制单元，该电流限制单元具有保险元件。
6.与例如在is限制器和clip中使用的空气或气体开关室相比，真空开关作为这类短路电流限制器的主电流路径中的断路器单元提供两个特殊优势：一方面，由于真空的高介电强度，相对短的开关行程就已经足够了，另一方面，在过零之后，开关行程恢复得更快，参见例如vinaricky，eduard：kontaktwerkstoffe f
ü
r die mittel-und hochspannungs-energietechnik,evu-betriebspraxis 12/1995,s.408-410(《中高压能源技术的接触材料》，能源供应公司的操作实践，12/1995，第408-410页)。
7.然而，在主电流路径中使用真空开关行程使得电流从主电流路径到换向电流路径的换向以及主电流路径中的电流中断变得更加困难。

技术实现要素：

8.因此，本发明要解决的技术问题在于，改进一种短路电流限制器，该短路电流限制器具有在主电流路径中的以真空开关形式的断路器单元和在换向电流路径中的与该断路器单元并联连接的电流限制单元。
9.该技术问题通过根据权利要求1的短路电流限制器来解决。
10.短路电流限制器具有主电流路径和与主电流路径并联延伸的换向电流路径。短路电流限制器不仅可以用于限制短路，而且可以用于任何类型的过电流事件，即，该短路电流
限制器是一种用于在过电流事件(例如短路)期间限制电流水平的装置，以便避免配电网络、尤其配电网络的电流线路和/或连接到该配电网络的设备和机器被过高的电流、即所谓的过电流损坏。
11.在主电流路径中布置有断路器单元，该断路器单元被设计为真空开关。真空开关具有真空化的空间、即所谓的真空开关室，在该空间中存在具有开关触头的电气开关。与气体绝缘的开关不同，真空开关在真空开关管(也称为真空开关室)中切断电弧。密封地封闭的真空开关管通常无需维护且不受环境影响。在真空中不发生氧化，因此开关触头始终保持清洁并且由此确保一如既往的开关性能。
12.在换向电流路径中布置有电流限制单元。电流限制单元可以被设计为保险装置、例如熔断保险装置。
13.真空开关的开关触头的接触件的材料被选择为，使得截断电流的平均值至少为8安培。在针对短路电流限制器的特定配置的截断电流进行多次测量的情况下，得到围绕平均值分散的不同的测量值，该短路电流限制器具有在主电流路径中的真空开关和在换向电流路径中的与该真空开关并联连接的电流限制单元。
14.本发明基于这样的认识，即在根据前序部分的过电流限制器、即具有布置在主电流路径中的真空开关和并联的换向路径的开关设备中，高的截断电流(英文：chopping current)、即具有至少8安培的平均值的截断电流支持主电流路径中的电流换向或电流中断。根据本发明，开关触头的接触件的材料被选择为，使得截断电流的平均值至少为8安培；在此，对于更高的值没有限制，但适用以下条件：截断电流的平均值越大越好。这就此而言是令人惊讶的，因为在简单的真空开关、即没有并联的换向路径的真空开关中要注意的是，截断电流尽可能地低、即几安培、优选地在2到3安培的范围内、最大6安培，参见例如vinaricky,eduard：kontaktwerkstoffe f
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r die mittel-und hochspannungs-energietechnik,evu-betriebspraxis 12/1995,s.408
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410(《中高压能源技术的接触材料》，能源供应公司的操作实践，12/1995，第408-410页)；和heitzinger,f.；kippenberg,h；saeger,k.e.；k.-h.：contact materials for vacuum switching devices,xvth international symposium on discharges and electrical insulation in vacuum,darmstadt,1992(《真空开关设备的接触材料》，第十五届真空放电和电绝缘国际研讨会，达姆施塔特，1992年)。在简单的真空开关中追求低的截断电流的原因是，在对电感进行开关时，应避免或最小化尤其在低开关电流的情况下由紧接在电流过零之前的突然的电流截断(英文：current chopping)引起的过电压感应。因此，在对截断电流的要求方面，本发明与简单的真空开关本质上不同：在简单的真空开关中感应出不期望的过电压的高截断电流在本发明中由于并联的换向路径而不会在电网中导致有害的过电压。
15.根据本发明的一种优选的扩展方案，开关触头的接触件的材料被选择为，使得截断电流的平均值至少为10安培。截断电流的平均值越大，主电流路径中的电流换向或电流中断越可靠。
16.根据本发明的一种优选的扩展方案，开关触头的接触件由以下材料之一制成：
[0017]-一般的纯金属、尤其铜cu、钨w、铬cr、镍ni、钼mo、钛ti、锆zr。利用由纯铜制成的接触件得到15安培的截断电流。利用由纯钨制成的接触件得到14至50安培的截断电流。
[0018]-合金、例如铜铋合金cu/bi、钨铜锂合金w/cu/li 69.76/30/0.24(数字说明为质
量百分比)。利用由铜铋合金制成的接触件得到高达21安培的截断电流。利用由钨铜锂合金w/cu/li 69.76/30/0.24制成的接触件得到22.1安培的截断电流。
[0019]-进一步合适的材料是诸如铜铬cucr的标准触头材料结合添加物，该添加物是0.1至20重量百分比的其他材料、例如钨w、镍ni、钼mo、钛ti、锆zr，该其他材料提高了截断电流。
[0020]-关于截断电流大于10安培的合适材料的进一步参考可以在以下专著的第3章中到：paul g.slade,the vacuum interrupter:theory,design,and application,2008,crc press,taylor&francis group，boca raton，isbn 978-0-8493-9091-3(《真空断路器：理论、设计和应用》，2008，crc出版社，taylor&francis集团，boca raton，isbn 978-0-8493-9091-3)。
附图说明
[0021]
通过以下描述和附图更清楚且更明晰地理解上面描述的本发明的特点、特征和优点以及其实现方式。在此在附图中示意性地且不按比例绘制地：
[0022]
图1示出了短路电流限制器；
[0023]
图2示出了具有接通的触头位置的图1所示的真空开关的结构；并且
[0024]
图3示出了具有断开的触头位置的图2的真空开关。
具体实施方式
[0025]
图1示出了短路电流限制器2。该短路电流限制器包括额定电流路径12，该额定电流路径可以被断路器单元4中断。断路器单元4是真空开关。此外，电流限制器2包括并联电流路径14，在该并联电流路径中布置有电流限制单元6，该电流限制单元主要包括优选地以熔断保险装置形式的保险元件8。在短路情况下，额定电流路径12借助真空开关4断开，其中，产生电弧。电弧电压引起电流完全换向到具有保险元件8的并联电流路径14中，其中，电弧熄灭并且保险元件8开始熔化。当额定电流路径12被断路器单元4可靠地隔离时，保险元件8才以电流限制开始。为了能够进行从额定电流路径12到并联电流路径14的换向，并联电流路径14和额定电流路径12的阻抗必须彼此匹配。在选择保险元件8和由此产生的阻抗时的另一个挑战在于，在额定运行中，流过保险元件8的电流不会变得太高，使得保险元件8不会在额定运行期间就已经通过熔化被破坏。因此，在为了使保险元件8不过载而在并联电流路径14中相对于额定电流路径12的尽可能高的阻抗与为了在出现的短路情况下允许电流换向到并联电流路径14中而相对于额定电流路径12的尽可能低的阻抗之间存在目标冲突。
[0026]
图2示出了具有接通的触头位置的图1所示的真空开关4的示意性结构。在密封的支承布置44、例如滑动轴承中移动地支承的开关触头41和固定的开关触头42同轴地彼此相对置地位于真空容器43中。运动的开关触头41与额定电流路径12的电流导体电连接。固定的开关触头42也与额定电流路径12的电流导体电连接。开关触头41、42具有示意性地示出的接触件410和420，其在所示的实施例中具有比分别邻接的连接螺栓411和421更大的直径，该连接螺栓密封地贯穿真空容器43。接触件410和420也可以具有与分别邻接的连接螺栓411和421相同或更小的直径。连接螺栓411和421在真空容器43外与额定电流路径12电连接为，使得真空开关4在接通的触头位置的情况下允许通过额定电流路径12的电流流动，并
且使得真空开关4在断开的触头位置的情况下中断额定电流路径12。
[0027]
图3示出了具有断开的触头位置的图2的真空开关。在探测到过电流之后，运动的开关触头41被未示出的驱动装置从图2所示的接通的触头位置带入到图3所示的断开的触头位置，在该断开的触头位置中，两个接触件410和420通过开关行程45彼此分开。
[0028]
根据本发明，开关触头41、42的接触件410、420的材料被选择为，使得两个接触件410和420之间的截断电流大于8安培、在有利的扩展方案中大于10安培。例如，接触件410和420的材料被选择为钨铜锂合金，其质量百分比-混合比率为w/cu/li 69.76/30/0.24。
[0029]
与通常的真空开关相比，在本短路电流限制器中，大于8或10安培的截断电流支持主电流路径12中的电流换向或电流中断。在通常应用中出现的感应出的过电压在本应用中由于并联的换向路径14而不会在电网中导致有害的过电压。

技术特征：

1.一种短路电流限制器(2)，所述短路电流限制器具有在主电流路径(12)中的真空开关(4)和在换向电流路径(14)中的与所述真空开关并联连接的电流限制单元(6)，所述真空开关具有开关触头(41，42)，其特征在于，所述开关触头(41，42)的接触件(410，420)的材料被选择为，使得截断电流的平均值至少为8安培。2.根据权利要求1所述的短路电流限制器，其中，所述开关触头(41，42)的接触件(410，420)的材料被选择为，使得所述截断电流的平均值至少为10安培。3.根据权利要求1所述的短路电流限制器，其中，所述开关触头(41，42)的接触件(410，420)的材料选自如下组：一般的纯金属、尤其铜cu、钨w、铬cr、镍ni、钼mo、钛ti、锆zr。4.根据上述权利要求中任一项所述的短路电流限制器，其中，所述开关触头(41，42)的接触件(410，420)的材料选自如下组：铜铋合金cu/bi、钨铜锂合金w/cu/li 69.76/30/0.24。5.根据上述权利要求中任一项所述的短路电流限制器，其中，所述开关触头(41，42)的接触件(410，420)的材料选自如下组：诸如铜铬cucr的标准触头材料结合添加物，所述添加物是0.1至20重量百分比的其他材料、例如钨w、镍ni、钼mo、钛ti、锆zr，所述其他材料提高了截断电流。

技术总结

本发明涉及一种短路电流限制器，该短路电流限制器具有在主电流路径(12)中的真空开关(4)和在换向电流路径中的与该真空开关并联连接的电流限制单元。真空开关(4)具有开关触头(41，42)，其中，该开关触头(41，42)的接触件(410，420)的材料被选择为，使得截断电流的平均值至少为8安培。均值至少为8安培。均值至少为8安培。