用于保护电部件免受过电流损坏的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于保护电部件(8)免受过电流损坏的方法，其中感性组件(38)将电能转换为磁能和热能，其中旁路(24，24a‑c)在部件(8)的常规运行中跨接感性组件(38)并且电流经过旁路(24，24a‑c)流动。为了减小电流冲击时的电流峰值，而不明显增大用于切换开关换向电路的电路电感的半导体，提出了，旁路(24，24a‑c)通过流过其的、超过在部件(8)无故障运行时可达到的电流值的过电流断开，从而通过感性组件(38)强制流过比通过旁路(24，24a‑c)流动的剩余电流的更多的电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过将感性组件的电能转换为磁能和热能，来保护电部件免受过电流损坏的方法，其中旁路在部件的常规运行中跨接感性组件并且电流经过旁路流动。
技术介绍
由于可再生能量强烈馈入电网，高压直流传输具有越来越重要的意义。尤其是在离岸风场情况下，通过技术可实现的低辐射和低成本的缆线连接是优选的。因为离岸风场中不存在稳定网络，所以尤其是自换向提供优点，其离岸地提供受调节的无功功率。此外利用自换向可以改善连接点处的动力学特性。风电场电网至和从至大的大陆(festlandtrassen)的连接的核心部件形成具有电压中间电路和晶体管，尤其是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的自换向变流器。能够互相独立地调节有功功率和无功功率的可能性使得以小的短路功率将自换向变流器连接至三相电网更容易。孤立小电网的运行也是可能的，因为简化了网络构建，即所谓的黑启动。自换向变流器构造为具有大的直流电容器，其用于支持变换的电压。三相电流至直流电流或相反的变换通过通常具有两个串联连接的IGBT的开关进行，在所述两个IGBT之间分支交流。在自换向变流器开关故障情况下，会发生在直流电容器中包含的能量突然经过开关放电。在此释放的能量导致开关的损坏并且由此导致变流器的损坏。
技术实现思路
本专利技术要的任务是，提出一种用于保护电部件免受以kA范围的过电流损坏的方法，利用所述方法可以至少减小通过电流存储器放电引起的损坏。该任务通过开头提到的方法解决，其中按照本专利技术，旁路通过流过其的、超过在部件无故障运行时可达到的电流值的过电流断开，从而通过感性组件强制流过比通过旁路流动的剩余电流的更多的电流。本专利技术从如下思路出发，即，感性组件可以缓冲例如通过电容器的突然放电引起的电流冲击，方式是，电能的一部分转换为磁和热能，从而由此减小通过电部件的尖峰电流。因为电感通常作为离散组件安装在电路中，所以其由此也在完全正常的开关运行中起作用，从而电感值总是表示在最大的保护作用、也就是损坏情况下的电流限制，和半导体的换向电路的仍要存在的电路电感之间的折衷。如果感性组件及RL组合构造为非常大块的，例如对于在具有高能量的功率电子电路中的采用，则其非常不利地影响换向电路，因为由此导体环显著变大。非常大并且非常重地构造的RL组合的机械固定是开销大的。然而如果如通过本专利技术所建议的那样，将感性组件在电部件的常规运行中通过旁路跨接，则感性组件不影响开关的换向电路或仅小范围地影响，从而在大块地构造感性组件的情况下电路电感也不会造成问题。通过在损坏情况下断开旁路，过电流被强制通过感性组件并且在那里部分地转换为磁能。感性组件由此仅在过电流情况下被采用。尤其是在电容器放电的情况下在几毫秒内出现尖峰电流，从而当应当有效保护电部件时，非常快速断开旁路是重要的。为了实现这一点，旁路通过过电流本身断开，也就是过电流通过旁路流动导致旁路的断开和由此感性组件的有效性。由此可以弃用电流传感器和与之相连的用于断开旁路的开关。为了减小电流峰值，不需要整个过电流通过感性组件流动并且贡献于保性磁场的构建。足够的是，至少大部分过电流通过感性组件流动并且剩余电流通过旁路流动。相应于机械开关完全断开旁路由此是不必要的，并且在过电流情况下强制通过感性组件的电流量可以通过旁路的导线特性调整。感性组件可以是具有固定的电感值的无源电部件。这可以通过简单的导体环实现，例如以曲折或一个或多个电路绕组，例如线圈的形式。在常规的、也就是无故障的运行中，电流也可以通过感性组件流动，然而比在过电流情况下少。以这种方式，旁路和电感可以并联，由此通过旁路和感性组件流动的电流量的调整可以通过旁路的导线特性调整。作为过电流，理解为超过在部件的无故障运行中可达到的例如5kA电流值的电流值。合适地，过电流至少为在无故障运行中可达到的最大电流值的两倍。过电流合适地为至少10kA，尤其是至少100kA。旁路可以形成欧姆电阻，从而旁路和电感形成具有并联的RL单元的RL电路。过电流合适地间接地、例如通过加热或其他物理过程断开旁路。不必绝对保护电部件不受过电流损坏。当损坏被减小就足够。电部件可以是开关，尤其是IGBT。在本专利技术的一个有利实施方式中，旁路的电导体构造为使得通过旁路流动的过电流将导体的温度合适地在最大10ms内，尤其是最大2ms内加热到至少150℃，尤其是至少300℃。过电流在此合适地是在无故障运行中可达到的最大值的十倍。在无故障运行中导体的温度在该几何情况下最大达到100℃。断开旁路的一个可能性在于，旁路通过过电流被加热并且由此旁路的欧姆电阻变大。随着欧姆电阻变大，更大的电流强制通过感性组件。然而加热不应当导致旁路蒸发，因为由此形成离子化和击穿的问题。但是合适的是，在加热状态下旁路也保持固态。可以获得相对高的欧姆电阻，并且可以避免击穿。断开旁路的另一种可能性在于，断开高压熔断器(hochspannungssicherung)。其用烟火技术断开电路或者说去除导体桥(leiterbrücke)并且立即以沙子填充形成的空间。该解决方案的优点是电路的高可靠性，然而其还是开销相当大的。本专利技术还针对一种具有过电流缓冲器的电部件，其包括用于将电能转换为磁能的感性组件和与感性组件并联的旁路。为了保护电部件免受过电流损坏，建议将旁路按照本专利技术构造为对电流进行开关的过电流开关，其通过流过其的、超过在无故障运行中可达到的电流值的过电流断开，从而比通过旁路的剩余电流更多的电流被强制通过感性组件流动。待保护的电部件合适地与过电流缓冲器串联或者说与过电流缓冲器一起布置在短路电路中。电部件合适地包括与过电流缓冲器串联的开关，例如IGBT。感性组件合适地包括导体环，其通过旁路短路。导体环可以具有一个或多个曲折绕组或以线圈形式的一个或多个电路绕组。有利地，旁路包括由冷导体形成的电流导体，其温度系数α大于感性组件的导体，例如铜的温度系数，尤其是至少双倍大，尤其是至少5倍大，更好地至少10倍大。可以涉及在20℃情况下的温度系数的大小。然而因为导体在运行中通常比室温热，所以特别有利的是，值涉及50℃的温度。有利的是，温度系数α随着高于20℃的温度增加。通过冷导体特性，旁路以及电路导体的欧姆电阻随着温度增加而增加，从而随着温度增加，过电流的更大分量必须流过感性组件。用于电流导体的一个特别有利的材料是不锈钢。在温度增加时，不锈钢V2A的电的导体特性是特别有利的。在本专利技术的另一个有利构造中，感性组件具有第一导体，所述第一导体具有带有环起点和环终点的导体环，其中环起点间接经过旁路与第二导体相连，而环终点直接与第二导体相连。通过导体环，可以建立电感。通过旁路，环起点在第二导体处被连接，由此感性组件或其至少一部分被跨接。环终点与第二导体相连，从而流过环终点的电流产生感应。作为导体，在以下理解为具有至少如铝那样的导电性能的电导体，尤其是铜导体。导体的几何结构合适地构造为，其电阻通过最大在常规运行中可达到的电流相对于无电流状态仅最小提高，例如最高以系数2，尤其是最高1.2。当第二导体也具有带有环起点和环终点的导体环时，感性组件的电感可以变大。在此，两个导体的环起点合适地经过旁路互相连接以跨接感性组件。两个导体的两个环终点合适地互相直接相连，从而两个环形成感性组件。尤其是在高电流应用中有利的是，感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于保护电部件(8)免受过电流损坏的方法，其中感性组件(38)将电能转换为磁能和热能，其中旁路(24，24a‑c)在部件(8)的常规运行中跨接感性组件(38)并且电流经过旁路(24，24a‑c)流动，其特征在于，旁路(24，24a‑c)通过流过其的、超过在部件(8)无故障运行时可达到的电流值的过电流断开，从而通过感性组件(38)强制流过比通过旁路(24，24a‑c)流动的剩余电流的更多的电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于保护电部件(8)免受过电流损坏的方法，其中感性组件(38)将电能转换为磁能和热能，其中旁路(24，24a-c)在部件(8)的常规运行中跨接感性组件(38)并且电流经过旁路(24，24a-c)流动，其特征在于，旁路(24，24a-c)通过流过其的、超过在部件(8)无故障运行时可达到的电流值的过电流断开，从而通过感性组件(38)强制流过比通过旁路(24，24a-c)流动的剩余电流的更多的电流。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旁路(24，24a-c)通过过电流被加热并且在加热的状态中在与常规运行中相同的路径上也引导过电流的一部分。3.一种具有过电流缓冲器(20a-d)的电部件(8)，其包括用于将电能转换为磁能的感性组件(38)和与感性组件(38)并联的旁路(24，24a-c)，其特征在于，旁路(24，24a-c)构造为对电流进行开关的过电流开关，其通过流过其的、超过在无故障运行中可达到的电流值的过电流断开，从而比通过旁路(24，24a-c)的剩余电流更多的电流被强制通过感性组件(38)流动。4.根据权利要求3所述的电部件(8)，其特征在于，所述旁路(24，24a-c)包括由冷导体形成的电流导体，其温度系数α是感性组件(38)的导体的至少双倍大，尤其是10倍大。5.根据权利要求3或4所述的电部件(8)，其特征在于，所述感性组件(38)具有第一导体，所述第一导体具有带有环起点和环终点的导体环(30)，其中环起点间接经过旁路(24，24a-c)与第二导体相连，而环终点直接与第二导体相连。6.根据权利要求5所述的电部件(8)，其特征在于，所述第二导体具有带有环起点和环终点的导体环(30)，两个导体的环起点经过旁路(24，24a-c)互相连接并且两个导体的两个环终点互相直接相连。7.根据权利要求3至6中任一项所述的电部件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：D施密特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE