基于磁场触发的液态金属限流器及其限流方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磁场触发的液态金属限流器及其限流方法，液态金属限流器中，绝缘腔体设有水平通道和竖直通道，所述竖直通道向下连通水平通道的中部，所述水平通道内填充液态金属，左电极和右电极分别设在所述水平通道的两侧，左电极、水平通道内的液态金属和右电极形成通路，串接于电力线路中。当电路发生故障使得电流超出预定阈值时，液态金属经由磁场产生安培力作用以向上进入竖直通道，液态金属液柱发生截断产生电弧以限流。

【技术实现步骤摘要】
基于磁场触发的液态金属限流器及其限流方法
本专利技术属于中低压电力系统故障电流限制领域，特别是一种基于磁场触发的液态金属限流器及其限流方法。
技术介绍
近年来，随着国民经济的不断发展，供配电系统的容量迅速增加，互联程度越来越深，导致系统短路电流水平不断增加，对系统的安全稳定运行带来了巨大威胁与挑战。传统中低压断路器的开断速度较慢，难以有效限制短路电流。因此，研究结构相对简单的故障电流限制器，以限制电力系统的短路水平，从而保护其它设备与负载，是提高供配电系统可靠性与经济性的有效途径。液态金属限流是一种颇具潜力的限流技术，它借助液态金属电弧来限制故障电流，具有结构简单、自恢复、可多次使用、无可动部件、响应速度快、限流特性好的特点。DE10018563B4公开了一种典型的液态金属限流器的结构形式。两个金属电极位于装有液态金属的绝缘腔体两侧，腔体内部放置多个带有窄孔的绝缘隔板，当短路电流流过时，液态金属基于磁收缩效应在窄孔处起弧，建立电弧电压，从而限制短路电流。对于这种结构的液态金属限流器，若想获得更快的故障响应速度，也就是更快起弧，需要减小窄孔的截面积，但是这样会导致限流器的额定通流能力下降。为此，CN101394085A公开了一种基于快速转换开关和液态金属结合的限流器。将快速转换开关与液体金属限流器并联，正常工作情况下，电流流过机械开关支路，损耗小，额定通流能力强；故障情况下，分断快速转换开关，电流转移到液体金属限流器支路，实现限流功能。这种结构形式可以显著提高限流器的额定通流能力，但是因为引入了机械开关，环节变多，结构复杂。CN106356237A公开了一种液态金属断路器。通过操作机构拉动绝缘板运动，使通流孔截面积发生改变，从而平衡额定通流与故障限流的矛盾。但是同样因为操作机构的引入，整体结构变得较复杂，而且这种结构难以实现多个单元的串联。CN107507746A公开了一种液态金属限流装置。在填充液态金属的绝缘腔体中放置了一个带有凸台的金属挡板。故障情况下，通过斥力线圈推动金属挡板运动，使液态金属流入通孔而收缩起弧。这种方式需要先推开金属板然后液态金属再收缩起弧，响应速度不够快。其次是金属挡板如何在故障结束后准确复位是个难题。CN109995006A公开了一种液态金属故障电流限制器，通过小孔起弧触发主通流孔快速起弧，故障响应速度快，额定通流能力强。但是控制回路与主电路直接连通，无法做到电气隔离，所以只能应用于电压较低的系统中。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种基于磁场触发的液态金属限流器及其限流方法，采用截面积较大的导电通道，可以无障碍地提高限流器的额定通流能力，在故障情况下，利用自励磁场或外加磁场产生安培力作用使液态金属起弧，显著提高故障响应速度，改善限流性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于磁场触发的液态金属限流器包括，绝缘腔体，其设有水平通道和竖直通道，所述竖直通道向下连通水平通道的中部，所述水平通道内填充液态金属，左电极和右电极，其分别设在所述水平通道的两侧，左电极、水平通道内的液态金属和右电极形成电路，当电路故障使得电流超出预定阈值时，液态金属经由磁场产生安培力以向上进入竖直通道，液态金属发生截断产生电弧以限流。所述的液态金属限流器中，所述磁场包括可以由电路故障电流产生的自励磁场提供。所述的液态金属限流器中，所述磁场还可由他励磁场提供，响应于电流超出预定阈值时，他励磁场使得液态金属受到安培力的作用向上进入竖直通道。所述的液态金属限流器中，他励磁场可由永磁体或电磁线圈提供。所述的液态金属限流器中，所述预定阈值相关于所述水平通道的截面尺寸。所述的液态金属限流器中，所述竖直通道的截面尺寸不小于水平通道的截面尺寸。所述的液态金属限流器中，达到水平通道和竖直通道的截面为圆形，水平通道孔径大于15mm。所述的液态金属限流器中，液态金属为镓铟锡合金。所述的液态金属限流器中，左电极和右电极的材料为铜。根据本专利技术另一方面，一种利用所述的基于磁场触发的液态金属限流器的限流方法包括以下步骤：左电极、水平通道内的液态金属和右电极形成电路，正常工作状态下，液态金属受到的电磁力不足以推动其向竖直通道中运动处于稳态通流状态，电路发生故障时，电流增大，磁场对液态金属施加安培力使竖直通道下方的液态金属向上进入所述竖直通道，金属液柱发生截断而产生电弧，建立电弧电压对电路中的故障电流产生限制作用。有益效果本专利技术结构简单，无可动部件，可多次使用，且一次限流动作结束后可迅速恢复导通状态，无需额外的维护工作。本专利技术利用磁力作用使液态金属截断起弧，速度极快，大大提高了限流器的故障响应速度，且通过调节磁场强度易于实现对起弧过程的控制。本专利技术不同于传统的磁收缩液态金属限流器，不必为了加强磁收缩效应而减小通流孔孔径，可以采用较大孔径的导电通道，提高了限流器的额定通流能力。本专利技术通过磁场作用触发起弧，控制回路无需与主回路接触，实现了电气隔离，安全性和可靠性得到改善。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术实现上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术的液态金属限流器整体示意图；图2为本专利技术的磁场产生方式一示意图；图3为本专利技术的磁场产生方式二示意图；图4至图6为本专利技术的液态金属在故障情况下的起弧过程示意图。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的解释。具体实施方式下面将参照附图1至图6更详细地描述本专利技术的具体实施例。虽然附图中显示了本专利技术的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁场触发的液态金属限流器，其包括，/n绝缘腔体，其设有水平通道和竖直通道，所述竖直通道向下连通水平通道的中部，所述水平通道内填充液态金属，/n左电极和右电极，其分别设在所述水平通道的两侧，左电极、水平通道内的液态金属和右电极形成通路，当电路故障使得电流超出预定阈值时，液态金属经由磁场产生安培力作用以向上进入竖直通道，液态金属发生截断产生电弧以限流。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁场触发的液态金属限流器，其包括，
绝缘腔体，其设有水平通道和竖直通道，所述竖直通道向下连通水平通道的中部，所述水平通道内填充液态金属，
左电极和右电极，其分别设在所述水平通道的两侧，左电极、水平通道内的液态金属和右电极形成通路，当电路故障使得电流超出预定阈值时，液态金属经由磁场产生安培力作用以向上进入竖直通道，液态金属发生截断产生电弧以限流。


2.根据权利要求1所述的液态金属限流器，其中，优选的，所述磁场可以由电路故障电流产生的自励磁场提供。


3.根据权利要求1所述的液态金属限流器，其中，所述磁场也可由他励磁场提供，响应于电流超出预定阈值时，他励磁场使得液态金属受到安培力的作用向上进入竖直通道。


4.根据权利要求3所述的液态金属限流器，其中，他励磁场可由永磁体或电磁线圈提供。


5.根据权利要求1所述的液态金属限流器，其中，所述预定阈值相关于所述水平通道的截面尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴翊，王贝贝，何海龙，荣命哲，纽春萍，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61