39]图3是示出根据一个实施例的用于断开电流的装置I的示意图。除了图1中所示的实施例，此处提供互感器5。互感器5包括第一绕组14和第二绕组15，其相互耦合。互感器5的芯可以是空气芯。可替换地，互感器的芯是磁性材料的芯，诸如铁、镍或钴。
[0040]第一绕组14与机械开关支路10中的机械开关2串联连接。第一绕组14可设置在机械开关2的任一侧上。第二绕组15与半导体支路11中的半导体开关3中串联连接。第二绕组可设置在半导体开关3的任一侧上。
[0041]第二绕组15的自感低于第一绕组14的自感。
[0042]现在将同步参照图4说明图3的装置的操作，图4示出故障发生时图3的装置I中的各种电流的示意图。故障导致总电流i随时间增加。但应注意的是，图4中的曲线图仅是用于说明操作原理的非限制性实例。
[0043]当检测到故障时，半导体开关3接通，导致第二电流分量i2增加。根据电感器的基本原理，在电感器上的电压降与其电感和电流随时间的微分(di/dt)成比例。由于第二绕组15的自感低于第一绕组14的自感，第二绕组15的阻抗低于第一绕组14。
[0044]此外，互感器5的互感是磁通刚性的。由于第一电流分量^和第二电流分量“两者均对磁通有贡献，互感器5抵抗向着第一电流分量ijP第二电流分量i2的总和的改变。
[0045]—旦半导体开关3被接通，由于故障时处于半导体开关支路11的第二绕组15的阻抗较低，第二电流分量i2将增加，并且第一电流分量i i将减小，如图4所见。要注意的是，第一电流分量I1降低至低于零，并跨过零点随时间重新增加。最好是及时打开机械开关2，以确保有足够的绝缘来防止出现电击穿(电弧)或在电流过零点之后在触点间隙中再次出现。
[0046]因此，如果控制足够快，机械开关2可以在电流^第一次穿过零点(降低阶段)时中断电流h。可替代地，机械开关2可以在电流第二次穿过零点(增加阶段)时中断电流I1O以这种方式，对于换向来说，电弧是不需要的。相对于现有技术的断路器来说，这降低了机械开关2上的电弧电压的要求。此外，其允许在使用现有技术的结构不可能的情况下断开电流。由于该结构的部件的固有特性，实现了电流远离机械开关的换向，并且不需要特别的控制。
[0047]更严重的故障可能会导致更大di/dt。利用这里介绍的结构，由于两个绕组14、15的自感差异，将电流从机械开关支路10换向到半导体开关支路11的效果在这种情况下甚至更好。换句话说，利用故障来降低机械开关支路10中的电流，以允许机械开关2打开，即，电流上升得更快，使得电流从机械开关换向到半导体开关变得更容易。现有技术的一些解决方案中，已经提供了大电抗器以降低电流增加的速率。然而，与所介绍的解决方案相比，则不需要这种昂贵的电抗器。
[0048]图5是示出根据另一实施例的用于断开电流的装置I的示意图。装置I类似于图3的装置，但在本实施例中，互感器5包括第三绕组16，设置在第三支路12中。第三绕组16被布置为与过电压保护电路4串联。第三绕组16以类似于机械开关支路10和半导体开关支路11之间的互感的方式促使电流从半导体开关支路11换向到第三支路12。
[0049]图6是示出根据另一实施例的用于断开电流的装置I的示意图。装置I类似于图3的装置，但在这里过电压保护电路4与半导体开关3并联连接。在此实施例中，将电流从半导体开关3换向到缓冲器4的最后阶段是由通过第二绕组15的电流不需要改变这一事实而促使的。
[0050]图7是示出包括图3或5-6的装置I的DC断路器30的示意图。DC断路器可以例如断开高压DC(HVDC)连接或者高电流低压或中压DC连接，无论是基于命令还是由于故障。
[0051]图8是示出包括图3或5-6的装置I的AC限流器31的示意图。AC限流器31在超过阈值电流的电流穿过AC限流器31时将电流断开。
[0052]图9是示出半导体开关3的一个实施例的示意图。本实施例中的半导体开关3是晶闸管，例如栅极可关断(GTO)晶闸管。
[0053]以上已经参照几个实施例主要描述了本发明。然而，如容易地由本领域技术人员所理解的，不同于上述公开的其他实施例同样可能在本发明的范围之内，由所附的专利权利要求所定义。
【主权项】
1.一种布置用于断开电流的装置(I)，所述装置包括: 机械开关支路(10)，包括互感器(5)的第一绕组(14)和串联连接的机械开关(2); 半导体开关支路(11)，包括所述互感器(5)的第二绕组(15)和串联连接的半导体开关(3);以及 过电压保护电路⑷； 其中所述机械开关支路(10)和所述半导体开关支路(11)并联连接，并且所述第二绕组(15)的自感低于所述第一绕组(14)的自感。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括第三支路(12)，所述第三支路(13)包括所述过电压保护电路，并且其中所述第三支路(12)并联连接到所述机械开关支路(10)和所述半导体开关支路(11)。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第三支路(12)还包括所述互感器(5)的第三绕组(16)，所述第三绕组(16)与所述过电压保护电路(4)串联连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述过电压保护电路(4)与所述半导体开关(3)并联连接。
5.根据前述权利要求任一项所述的装置，其中所述过电压保护电路(4)是缓冲器。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述缓冲器是变阻器，RC缓冲器，RCD缓冲器或电容器。
7.根据前述权利要求任一项所述的装置，其中所述半导体开关(3)是晶体管。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中所述半导体开关(3)是晶闸管。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述晶闸管是栅极可关断晶闸管。
10.根据权利要求7所述的装置，其中所述晶体管是选自包括绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管以及场效应晶体管的组中的晶体管。
11.根据前述权利要求任一项所述的装置，其中所述互感器(15)包括空气芯或磁性材料芯。
12.一种直流DC断路器(30)，包括根据前述权利要求中任一项所述的装置(I)。
13.一种交流AC限流器(31)，包括根据权利要求1至11中任一项所述的装置(I)。
【专利摘要】提供了一种布置用于断开电流的装置(1)。该装置包括：机械开关支路(10)，其包括互感器(5)的第一绕组(14)和串联连接的机械开关(2)；半导体开关支路(11)，其包括互感器(5)的第二绕组(15)和串联连接的半导体开关(3)；以及过电压保护电路(4)。机械开关支路(10)和半导体开关支路(11)并联连接，并且第二绕组(15)的自感低于第一绕组(14)的自感。还提供了相应的DC断路器(30)和AC限流器(31)。
【IPC分类】H01H33-00, H01H9-54, H01H33-16
【公开号】CN104620345
【申请号】CN201280075435
【发明人】J·马格努森, L·利尔杰斯特兰德, R·塞尔斯
【申请人】Abb技术有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2012年8月27日
【公告号】EP2888749A1, US9148011, US20150222111, WO2014032692A1