固态断路器的结构特征及选型原则

【导读】20世纪70年代末出现了一些用晶闸管器件作开断元件的特殊断路器，由于这种断路器中没有机械运动部分，所以又称为固态断路器(SolidStateCircuit Breaker，SSCB)。最早的固态断路器包括两种基本类型：在电流第一次自然过零时开断的单环断路器；以及在电流第一次自然过零之前通过转移回路产生人工高频零点而开断的限流断路器。由于晶闸管型的固态断路器只有过零才能开断，开断延迟较大不能准确控制开断时刻，而人工过零又需要研究相应的配套技术并增加电流转移回路的投资。但近年来自关断器件(如GTO、IGBT等)的出现给固态断路器的发展带来了新的转机，可以准确控制开断时刻并能解决故障电流的限流开断问题。

一、固态断路器结构特征

断路器是负责开合和断开正常回路状态下的电流，并能闭合、承载在规定时间内异常回路状态下电流的开关装置。可以说断路器是维护电力电网安全、可靠运行的核心环节。

通常情况下，断路器主要结构可以分为操动机构和灭弧室组成，通过操动机构带动灭弧室的触头进行开启、闭合动作，从而达到断开和承接电路的目的。现阶段，断路器常用于110k V 及以上电压等级，在高压输电系统中有着非常广泛的应用。我国目前主要应用的断路器有油控断路器、真空断路器以及 SF6 断路器等，其中真空断路器常应用于中低压等级的输电系统。

固态断路器是断路器智能化形式之一，主要结构可以分为开关模块、主控模块、电源模块、冷却保护模块以及信号处理模块五大部分组成。

1.1 开关模块

固态断路器的开关模块主要由电力电子器件串并联构成的，通过这些器件的开启和闭合完成对正常回路中电流的开断控制。

1.2 主控模块

主控制模块是固态断路器的中枢，主要由单片机配合驱动电路、液晶显示屏及键盘进行工作。首先对通信模块传输来的数字模拟信号进行逻辑运算，输出符合预设保护特征的电平信号，电平信号经过放大器放大，驱动固态断路器电力电子器件的开启、闭合动作。

1.3 电源模块

用于给主控模块、信号处理模块以及驱动模块提供工作所必需的电能。

1.4 冷却保护模块

固态断路器的冷却模块主要用来吸收电子器件散发出的热量，最大限度的减少对电子器件造成的热损伤。主要由电阻并联二极管，然后再与电容串联组成，分别位于电力电子器件的两端。

1.5 信号处理模块

信号处理模块主要是对主线路中的电流信号进行检测和处理，去除无用信号，然后将其转换成可供传输利用的数字模拟信号，并传输到主控制模块中。

二、固态断路器选型原则

固态断路器的选型原则主要包括工作可靠性、‌断路能力、‌切断时间、‌自动重合闸能力、‌结构简单性以及经济性。‌

（1）工作可靠性

‌固态断路器应在给定的技术条件下可靠地长期正常运行。‌

（2）断路能力

面对电网电压较高或故障电流较大的情况时，‌固态断路器应具备足够的灭弧能力，‌以保证能够可靠地断开电路，‌并具有足够的热稳定和动稳定度。‌

（3）切断时间

‌在电力网发生短路故障时，‌固态断路器应迅速切断故障电路，‌以缩短电力网的故障时间和减轻短路电流对电气设备的损坏。‌

（4）自动重合闸能力

‌架空输电线路的短路故障多数为临时性故障，‌因此固态断路器应实现自动重合闸，‌以提高供电可靠性和增强电力系统的稳定性。‌

（5）结构简单性

‌在满足安全、‌可靠的同时，‌固态断路器的结构应尽可能简单，‌尺寸小，‌重量轻，‌价格实惠，‌以降低成本和提高经济性。‌

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