气体放电管dc断路器
技术领域
1.本公开的领域大体上涉及直流(dc)断路器，并且更特别地涉及气体放电管dc断路器和使用方法。
背景技术：
2.许多已知的传输及分配系统包括机械隔离装置，例如断路器，以使在系统的两点之间流动的电流中断。在交流(ac)系统中，电流的过零点(zero-crossing)自然地减轻中断。起因于直流(dc)的本质、即不存在作为时间的函数的dc电压和电流的幅度的过零点，使dc分配系统中的电流中断更困难，具有更大的电弧放电风险，并且降低断路器的有效性且缩短断路器的服务寿命。
3.至少一些已知的dc断路器包括正常电流路径和换向路径，负载电流通过该换向路径来瞬间地转向，以使正常电流路径上的一次开关(primary switch)能够断开。一旦一次开关断开，换向路径就被断开，由此使负载电流中断。特别地，在利用机电接触器的中压(高于1千伏)电气系统和高压(例如，高于100千伏)电气系统中，具有并联的正常电流路径和换向路径的dc断路器物理地大且慢。诸如中压或高压dc系统和移动应用之类的至少一些实施方式不能适应这些大型装置。此外，超过1毫秒的响应时间比所期望的更慢。因此，大体上可期望减小尺寸并且缩短响应时间，并且增大dc断路器的功率密度。
技术实现要素：
4.在一个方面，dc断路器包括与熄灭路径并联地耦合的气体放电管。气体放电管传导通过正常电流路径的负载电流和使其中断。气体放电管包括热离子阴极、阳极以及控制栅极。控制栅极配置成调节正常电流路径的断开和闭合。熄灭路径配置成使对于dc断路器的断电时间延长。
5.在另一个方面，一种使用dc断路器来使电气系统中的dc中断的方法。该方法包括：接收触发逻辑信号；以及作为响应，使dc正通过其传导的气体放电管断开。该方法包括将dc引导通过与气体放电管并联地耦合的熄灭路径。该方法包括在受控时间段内将电感地存储于电气系统中的能量耗散到熄灭路径中。
6.在又一个方面，提供了一种气体放电管。该气体放电管包括：壳体，其限定内部部分；热离子阴极；阳极；气体，其设置于内部部分中；以及控制栅极。热离子阴极由六硼化镧(lab6)组成，设置于内部部分内，并且具有低正向电压。阳极设置于内部部分内，并且与热离子阴极间隔开。该气体配置成使热离子阴极与阳极绝缘。控制栅极在内部部分内设置于热离子阴极与阳极之间。控制栅极配置成生成电场，以在热离子阴极与阳极之间建立传导性等离子体，以使从热离子阴极延伸到阳极的正常电流路径闭合。
附图说明
7.当参考附图而阅读以下的详细描述时，将更清楚地理解本公开的这些及其它特
征、方面以及优点，在附图中，贯穿附图，相同的字符表示相同的部分，其中：图1是示例性气体放电管的框图；图2是包括图1中所示出的气体放电管的示例性dc断路器的框图；以及图3是使用图2中所示出的dc断路器来使dc中断的示例性方法的流程图。
8.除非另外指示，否则本文中所提供的附图旨在图示本公开的实施例的特征。这些特征被认为可应用于包括本公开的一个或多个实施例的多种多样的系统中。照此，附图不旨在包括本领域普通技术人员已知的针对本文中所公开的实施例的实践所要求的所有常规特征。
具体实施方式
9.在以下的说明书和权利要求中，参考具有以下的含义的许多用语。
10.除非上下文清楚地另外规定，否则单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数引用。
[0011]“可选的”或“可选地”意味着后续描述的事件或情形可能发生或可能不发生，并且意味着本描述包括其中发生该事件的实例和其中不发生该事件的实例。
[0012]
如在本文中贯穿说明书和权利要求书而使用的近似语言可应用以修饰可容许变化的任何定量表示，而不导致在与其相关的基本功能上的改变。因此，以诸如“约”、“近似地”以及“基本上”之类的一个或多个用语修饰的值将不限于所指定的精确值。在至少一些实例中，该近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度。在此并且贯穿说明书和权利要求书，范围限制可以被结合和/或互换，除非上下文或语言另外指示，否则这样的范围被标识并且包括其中所包含的所有子范围。
[0013]
一些实施例涉及使用一个或多个电子处理或计算装置。如本文中所使用的，用语“处理器”和“计算机”以及例如“处理装置”、“计算装置”和“控制器”的相关用语不仅仅限于在本领域中被称为计算机的那些集成电路，而是宽泛地指处理器、处理装置、控制器、通用中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(plc)、精简指令集计算机(risc)处理器、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理(dsp)装置、专用集成电路(asic)以及能够执行本文中所描述的功能的其它可编程电路或处理装置，并且，这些用语在本文中可互换地使用。上文的实施例仅仅是示例，并且因而不旨在以任何方式限制用语处理器、处理装置以及相关用语的定义或含义。
[0014]
在本文中所描述的实施例中，存储器可包括但不限于非暂时性计算机可读介质、诸如闪速存储器、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)以及非易失性ram(nvram)。如本文中所使用的，用语“非暂时性计算机可读介质”旨在表示任何有形的计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性介质和非易失性介质以及可移除介质和不可移除介质，诸如固件、物理存储和虚拟存储、cd-rom、dvd和任何其它数字源(诸如，网络或互联网)以及尚待开发的数字手段，其中，唯一的例外是暂时性的传播信号。备选地，还可以使用软盘、光盘-只读存储器(cd-rom)、磁光盘(mod)、数字通用盘(dvd)或在用于信息(诸如，计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或其它数据)的短期存储和长期存储的任何方法或技术中实施的任何其它基于计算机的装置。因此，本文中所描述的方法可以被编码为在非暂时性计算机可读介质中体现的可执行指令，例如“软件”和“固件”。而且，如本
文中所使用的，用语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储于存储器中以由个人计算机、工作站、客户端以及服务器执行的任何计算机程序。这样的指令在由处理器执行时引起处理器执行本文中所描述的方法的至少一部分。此外，如本文中所使用的，用语“实时”指相关联的事件的发生时间、测量和收集预确定数据的时间、处理数据的时间以及系统响应于事件和环境的时间中的至少一个。在本文中所描述的实施例中，这些活动和事件基本上瞬时地发生。
[0015]
本公开的实施例涉及dc断路器。这样的dc断路器可以在例如在中压或高压或高于约1千伏下操作的电气系统中实施。本文中所描述的dc断路器经由串联(in-line)气体放电管提供电流中断，该气体放电管包括热离子阴极，该热离子阴极具有低正向电压(low forward voltage)或作为对于装置的最大额定电压的一小部分的正向电压降。例如，某些低正向电压功率晶闸管额定为8.5 kv，其中，正向电压降为约2.5 v或最大电压的约0.0003。在另一个示例中，具有冷阴极的某些气体管具有约100 kv的最大电压，其中，正向电压降处于150-500 v或最大电压的约0.0015至0.005的范围内。用于100 kv气体放电管的在本文中描述的热离子阴极的实施例具有低于50 v的正向电压降。某些实施例对于例如氢或氘的某些气体而具有低于30 v的正向电压降，并且，对于例如氙的某些其它气体而具有约5 v的正向电压降。因此，在正常操作期间，气体放电管以低损耗或低寄生损耗传导。
[0016]
相反，能够抵抗电流流动而断开的诸如绝缘栅双极型晶体管(igbt)之类的常规功率半导体叠堆(其在dc断路器的正常电流路径中，大体上低于10 kv而操作)在按比例增减(scale)到高压(例如，100 kv)时经历高损耗。典型地，机械开关与一个或多个igbt一起被包括在正常电流路径中，以在机械开关将被断开时，例如在故障状况期间，瞬间地使通过换向路径的电流转向或换向。机械开关和igbt将比100 kv igbt叠堆更低的损耗引入于正常电流路径中。相反，100 kv igbt叠堆位于并联换向路径中，该并联换向路径仅在中断期间(例如，达约1毫秒)短暂地传导电流，以使机械开关能够在零负载下断开，以防止电弧放电。因此，在换向路径中表现出的损耗可接受地低。
[0017]
本文中所描述的dc断路器在不存在出于使dc断开或中断的目的而使电流通过其转向的并联换向路径的情况下提供电流中断。本文中所描述的dc断路器包括并联熄灭路径，例如电涌放电器，包括例如但不限于可变阻抗，以耗散存储于电气系统的固有电感中的能量。在某些实施例中，电涌放电器被设定尺寸成使dc断路器的故障电流抑制时间或将通过断电器的峰值故障电流减小到零所必需的时间延长。例如，电涌放电器可包括如下的金属氧化物变阻器：使故障电流抑制时间延长，并且因此使断电时间延长，并且有效地减小对于中断的di/dt、瞬态中断电压(tiv)以及峰值tiv。
[0018]
图1是示例性气体放电管100的图。气体放电管100包括壳体102、阳极104、阴极106以及控制栅极108。阳极104、阴极106以及控制栅极108设置于壳体102的内部部分110内。尽管示例性实施例包括单个控制栅极108，但其它实施例可包括多于一个的控制栅极108。在示例性实施例中，阳极104是固体金属阳极。
[0019]
阴极106是热离子阴极，其具有低正向电压，以减少正常操作(即，通过气体放电管100的正常电流传导)期间的损耗。在某些实施例中，阴极106可以由六硼化镧(lab6)、钡(ba)或具有低功函数的任何其它热离子发射体材料(诸如，金属氧化物、金属碳化物或金属硼化物)组成。例如，lab6取决于表面条件而具有约2.3-2.7 ev的功函数(work-function)。
同样地，ba取决于其精确的化学性质(chemistry)而具有约2 ev的功函数。由于lab6具有比ba略高的功函数，因而其操作温度较高(1500摄氏度对比1150摄氏度)，这通常将指示lab6阴极将表现出比ba阴极更高的损耗。然而，在本文中所描述的实施例中，利用适当的热绝缘(例如，辐射屏蔽)，能够维持例如lab6或ba阴极的高操作温度，而不存在将导致较高的正向电压降的额外的寄生损耗，并且不需要额外的加热功率来使阴极106达到其操作温度。因此，阴极106能够以低的正向操作损耗在长的操作寿命内传导高的总电流。
[0020]
大体上，电流通过被包含在内部部分110内的电离的等离子体从阳极104传导到阴极106。在示例性实施例中，内部部分110填充有处于约0.01-100帕的压力的气体112。在示例性实施例中，气体112是氢，并且，在某些实施例中，气体112是氢同位素氘。在热离子阴极(诸如，阴极106)上，氢大体上被理解成更难以电离，并且大体上导致比氘更高的正向电压降。氢和氘通常在闸流管中使用。备选地，气体112可以是能够实现如本文中所描述的气体放电管100的操作的任何其它合适的一种或多种气体，诸如惰性气体或惰性气体混合物。例如，气体112可包括惰性气体氙。氙是在化学上惰性的稀有气体，具有已知的稳定稀有气体的最低电离能，并且对于电子冲击电离具有相对大的横截面，从而使其能够具有低正向电压。用于在气体放电管100内在其寿命内维持氢或氘的气体压力的实际储存器能够利用金属海绵(metal sponge)来形成，该金属海绵形成氢化物，并且能够被加热或冷却，以按可控方式释放或再吸收氢或氘。可以同样地制作用于其它气体的储存器。
[0021]
大体上，固体金属阴极通过二次发射、场发射或通过热离子发射来发射电子。二次发射是对携带一定量的电子伏特的动能和/或潜能(例如，在室温下高于0.025 ev的热能的能量)的入射粒子(诸如，离子、电子地激发的原子或光子)的响应。场发射是对表面处的强电场的响应，该强电场将电子从其俘获势阱(trapping potential well)拉出(大体上要求例如约1 gv/m的电场，在实践中难以生成该电场)。当阴极金属被加热直到电子在其俘获势阱上面“汽化(boil off)”时，发生热离子发射。势阱由材料的功函数限定，对于大多数材料，功函数从1 ev至5 ev变化。大体上，电子发射能够通过所有三种机制来同时发生，并且，在一些情况下，这些机制协作。例如，热离子发射和场发射能够协作以产生场增强的热离子发射。然而，在给定条件下，一种发射机制典型地支配其它发射机制。
[0022]
在本文中所描述的气体放电管100的实施例中，电子主要通过热离子发射来从阴极106发射，然而，值得注意的是，相对少量的电子通过二次发射和场发射来发射。因此，电子发射在本文中大体上依据热离子发射而描述。
[0023]
所发射的电子穿过内部部分110内的气体112，从而沿着产生电子-离子对的途径与气体原子或分子碰撞，并且在阳极104处被收集。因此，常规电流与电子流相反而从阳极104流动到阴极106。值得注意的是，电流流动能够沿两个方向被气体放电管100阻塞，而电流仅从阳极104传导到阴极106。在其中必需双向电流传导的断路器的实施例中，通常必需单个双向气体放电管或反并联(antiparallel)地布置的两个气体放电管。
[0024]
控制栅极108是用于通过电场的施加、移除和/或变化来选择性地控制气体放电管100的一个或多个电极。在某些实施例中，控制栅极108是具有允许等离子体电流通过的孔隙的薄壳(例如，约0.5 mm厚)。孔隙可以是布置成阵列的圆形孔，每个圆形孔具有使控制栅极108能够在期望时使给定的电流密度的等离子体电流流动停止的一定的直径。例如，在某些实施例中，该直径可以在从约0.5 mm至约2 mm的范围内变动。在一个示例性实施例中，该
直径是约1 mm。同样地，孔隙之间的间距可以尽可能接近，以使对于等离子体电流通路的面积最大化而不牺牲控制栅极108的机械完整性。例如，在某些实施例中，从边缘到边缘的孔隙间距是约15微米。在备选实施例中，对于控制栅极108和气体放电管100的给定应用，孔隙直径和间距可以更大或更小。
[0025]
在操作中，为了使电路闭合，电压被施加到控制栅极108，或控制栅极108被通电，以产生将电子从阴极106吸引到控制栅极108与阳极104之间的高压间隙114中的电场，并且能够实现内部部分110内的气体112的电离。当气体放电管100被闭合(例如，被接通而正在传导等等)时，壳体102内的气体112变得被电离(即，该气体的某部分解离成自由电子和离子)，从而导致形成有导电的等离子体。在气体112是分子气体(诸如，氢或氘)的情况下，于是，等离子体还可以包含分子离子和分子的中性碎片(neutral fragment)。通过来自阴极106的热离子电子发射来在阴极106与气体112之间维持电连续性。利用恰当的热绝缘，阴极106能够通过当入射离子在阴极106的表面处再结合时的潜热的释放以及入射离子的动能来被加热到其操作温度。
[0026]
因此，控制栅极108不需要被持续地通电来对于正常的正向传导操作维持等离子体。当气体放电管100将被断开(例如，被切断或将使电流传导中断)时，控制栅极108被通电，以使电流中断达足以使控制栅极108与阳极104之间的高压间隙114中的气体112去电离的持续时间。高压间隙114和气体112压力设计成避免真空和气体击穿(gas breakdown)两者以产生期望的隔绝(standoff)电位。
[0027]
在示例性实施例中，阴极106的材料在其绝缘状态下或在其传导状态下都不会蒸发到其基本上改变气体112的性质的程度。备选地，在气体112与来自阴极106的蒸发的材料之间，存在一定相互作用。当气体放电管100被断开(例如，被切断而不正在传导等等)时，气体112使阳极104与阴极106绝缘。
[0028]
在某些实施例中，阴极106包括加热元件(未示出)、诸如电阻加热器，在气体放电管100被闭合并且阴极106传导正常电流之前，该加热元件将阴极106加热到接近其操作温度。一旦正常电流正流动通过传导性等离子体，阴极106就被入射离子加热，从而大体上使得不必须利用单独的加热元件来对阴极106进行加热。当气体放电管100被断开时，阴极106冷却并且使能够使气体放电管100重新闭合的电子的发射停止。在使气体放电管100重新闭合之前，应当使加热元件重新接合，以对阴极106进行加热。因此，例如，起因于由于控制栅极108相对于阴极106保持处于悬浮电位(floating potential)而非负电位而造成的热电弧放电，在正常电流传导期间使加热元件脱离接合减少寄生损耗并且降低气体放电管100的非计划的重新闭合的可能性。
[0029]
图2是包括气体放电管100(在图1中示出)的示例性直流(dc)断路器200的框图。dc断路器200在dc源202与负载204之间耦合。电流通过dc断路器200从dc源202流动到负载204。dc断路器200包括控制器206和断电器组件208。断电器组件208接收dc电流，并且通过气体放电管100(即，正常电流路径)将电流传导到负载204。控制器206配置成选择性地操作断电器组件208以使通过断电器组件208传导的dc电流中断。跳闸命令与通过dc断路器200的总电流减小到零之间的时间被称为断电时间。当气体放电管100断开时，dc电流不能流动通过断电器组件208。相反，当气体放电管100被闭合时，dc电流能够流动通过断电器组件208的正常电流路径。由于气体放电管100包括阴极106，阴极106是具有低正向电压的热离
子阴极，因而dc电流通过断电器组件208(并且更具体地，气体放电管100)从dc源202以低损耗传导到负载204。尽管在图2中图示了单个气体放电管100，但断电器组件208可包括串联地和/或并联地耦合在一起的多于一个的气体放电管100，以增大断电器组件208的隔绝电压容量和/或电流容量。
[0030]
dc断路器200包括传感器210，传感器210耦合到断电器组件208的线路侧212，例如耦合于dc源202与气体放电管100之间，并且与断电器组件208的负载侧214相对。传感器210是电流传感器，诸如变流器、罗氏线圈(rogowski coil)、霍尔效应传感器和/或测量流动通过断电器组件208的电流的分流器(shunt)。备选地，传感器210可包括使dc断路器200能够如本文中所描述的那样起作用的任何其它传感器。传感器210生成表示流动通过断电器组件208的所测量或检测到的电流(在下文中被称为“电流信号”)的信号。另外，传感器210将电流信号传送到控制器206。控制器206配置成控制断电器组件208，并且更特别地控制气体放电管100，以在检测到故障状况时，使向负载204提供的dc电流中断。例如，如果控制器206确定电流信号和/或由电流信号表示的电流超过保护阈值，则确定存在故障状况，并且，控制器206使气体放电管100断开以使dc电流中断。电流测量与由控制器206指令使气体放电管100断开之间的时间段被称为检测时间、即从故障开始到跳闸命令的时间。在其它实施例中，dc断路器200包括多于一个的传感器210。此外，在一些实施例中，控制器206额外或备选地配置成响应于除了电流信号之外的信号(例如，来自另一个控制器的控制信号、不同的传感器信号等等)而使向负载204提供的dc电流中断。
[0031]
控制器206包括处理器216和耦合到处理器216的存储器218。至少部分地基于电流信号，处理器216确定通过断电器组件208的dc电流何时超过保护阈值，并且在确定电流超过保护阈值时，控制断电器组件208来使dc电流中断。存储器218存储可由处理器216执行以控制断电器组件208的程序代码和指令。
[0032]
气体放电管100能够响应于来自控制器206的触发逻辑信号而迅速地断开，从而例如作为故障检测的结果，自接收到触发逻辑信号起，将电流以1微秒的数量级减小到零。例如，在少至电流传感器210的一个或两个样本之后，气体放电管100的快速响应使其能够“临时地”断开，并且，然后，如果确定系统能够继续正常操作、即不会通过dc断路器200来中断，则气体放电管100迅速地重新闭合。例如，在常规断路器可以评价许多样本以在逻辑上引发中断之前确认故障状况的情况下，气体放电管100能够在一个或两个样本之后引发断开，并且，然后，如果后续样本指示先前的样本是误报(false-positive)的、即并非真实故障状况，则气体放电管100重新闭合。在这样的情况下，其中实施dc断路器200的电气系统将不会识别出气体放电管100已被断开。
[0033]
这样的快速断开能够产生由系统的固有电感(即，di/dt)或负载感应的大的瞬态电压。最大的这样的电压被称为峰值瞬态中断电压(tiv)，在控制器206发出其的使气体放电管100断开的指令之后的某个时间(其被称为内部电流换向时间)产生该电压。为了减小由tiv在断电器组件208上和在dc源202或负载204中的任一个上赋予的电压应力，dc断路器200包括例如从线路侧212到负载侧214的与气体放电管100并联地耦合的熄灭路径220，以耗散存储于电气系统的固有电感中的电能。熄灭路径220可包括例如但不限于电涌放电器，诸如，例如一个或多个可变阻抗，诸如金属氧化物变阻器(mov)，其能够被设定尺寸成减小在中断期间经历的di/dt并且因此限制峰值tiv。当气体放电管100例如以1微秒的数量级被
断开时，负载电流通过熄灭路径220被转向，在熄灭路径220中，负载电流在某个时间段内耗散到固态材料(例如，金属氧化物)中。峰值故障电流与将通过dc断路器200的总电流减小到零之间的时间段被称为故障电流抑制时间。其中熄灭路径220将通过dc断路器200的电流从其最大值减小到零的故障电流抑制时间是操作电压、存储于电气系统中的能量以及熄灭路径220本身的阻抗的函数。例如，熄灭路径220可包括mov以使故障电流抑制时间延长到1微秒至1秒的范围。在另一个示例性实施例中，可以选择mov以使故障电流抑制时间延长到10微秒至10毫秒的范围。例如，在某些实施例中，故障电流抑制时间延长到约500微秒。通过使故障电流抑制时间延长，有效di/dt减小，从而导致在tiv和峰值tiv上的减小。大体上，中断速度或断电时间与tiv之间的适当平衡取决于其中实施dc断路器200的具体电气系统，例如dc源202和负载204的本质。值得注意的是，dc断路器200不包括用于供应到负载204的dc电流的并联换向路径，即在正常操作期间，电流仅通过正常电流路径(即，气体放电管100)传导，并且，在出于使气体放电管100断开的目的而中断之前，dc电流不会通过并联换向路径被转向。
[0034]
大体上，气体放电管(诸如，气体放电管100)能够实现例如大于100 kv的非常高的电压，其中，在成本上几乎不增加。因此，气体放电管100能够实现dc断路器200中的非常快速的中断，并且能够承受非常高的tiv，而无需高的额外的成本。相反，常规功率半导体大体上以10 kv或更小的隔绝操作，并且不能承受高tiv。某些功率半导体可能能够承受高达20 kv，但仍然必须堆叠以能够实现大于40 kv或100 kv的电压。
[0035]
图3是使用dc断路器(诸如，dc断路器200(在图2中示出))来使电气系统中的直流(dc)中断的方法300的流程图。dc断路器200耦合于dc源202与负载204之间的电路或电气系统中。dc断路器200通过气体放电管100传导电流或负载电流，气体放电管100包括具有低正向电压的热离子阴极(即，阴极106)以减少在正常操作期间的寄生损耗。气体放电管100的控制栅极108被通电，以在阴极106与阳极104之间建立传导性等离子体，以使电路闭合或使气体放电管100闭合。一旦建立并维持传导性等离子体，控制栅极108就被断电，并且，电流通过dc断路器200传导。
[0036]
方法300包括从dc断路器200的控制器206接收302触发逻辑信号。在某些实施例中，控制器206例如基于从传感器210接收的电流信号而生成触发逻辑信号，传感器210测量通过断电器组件208传导的电流。在这样的实施例中，当电流上升到高于保护阈值时，控制器206生成触发逻辑信号。响应于触发逻辑信号，气体放电管100被断开304，以使通过dc断路器200的电流中断。通过以破坏形成从阴极106到阳极104的电路的传导性等离子体的方式使控制栅极108通电来使气体放电管100断开。在示例性实施例中，以1微秒的数量级发生该断开。
[0037]
一旦气体放电管100被断开，电流就被引导306通过与气体放电管100并联地耦合的熄灭路径220。因此，直到通过熄灭路径220的电流减小到零，通过dc断路器200的电流都不会减小到零。大体上，起因于存储于其中体现方法300的电气系统的固有电感中的能量，电流下降得越快，所得到的tiv就越大。熄灭路径220将电感地存储于电气系统中的能量耗散308到例如熄灭路径220的金属氧化物主体中。熄灭路径220在受控时间段内耗散308能量，以减小中断的有效di/dt。熄灭路径220通过提供可变阻抗来将使dc断路器200断开的时间延长，该可变阻抗与其中实施dc断路器200的电路的操作电压结合而规定电流以其减小
到零的速度。例如，在某些实施例中，熄灭路径220可以自接收302触发逻辑信号起在1微秒至1秒的范围内将通过dc断路器的电流减小到零。在某些实施例中，熄灭路径220自接收302触发逻辑信号起在10微秒至10毫秒的范围内将通过dc断路器的电流减小到零。
[0038]
本公开的在上文中描述的实施例涉及dc断路器。这样的dc断路器可以在例如在中压或高压或高于约1千伏下操作的电气系统中实施。本文中所描述的dc断路器经由包括具有低正向电压的热离子阴极的串联气体放电管提供电流中断。因此，在正常操作期间，气体放电管以低损耗或低寄生损耗传导。本文中所描述的dc断路器在不存在出于使dc电流断开或中断的目的而使电流通过其转向的并联传导路径的情况下提供电流中断。本文中所描述的dc断路器包括并联熄灭路径(例如，电涌放电器)，该并联熄灭路径包括例如但不限于可变阻抗，以耗散存储于电气系统的固有电感中的能量。在某些实施例中，电涌放电器被设定尺寸成使断电时间或将通过dc断路器的电流减小到零所必需的时间延长。例如，电涌放电器可包括如下的金属氧化物变阻器：使故障电流抑制时间延长，并且因此使断电时间延长，从而有效地减小对于中断的di/dt、tiv以及峰值tiv。
[0039]
本文中所描述的方法、系统以及设备的示例性技术效果包括下者中的至少一个：(a)提供包括具有低正向电压的热离子阴极的气体放电管；(b)由于气体放电管的减小的正向电压导致减少在dc断路器的正常操作期间的寄生损耗；(c)通过调整并联电涌放电器的阻抗来控制通过dc断路器的电流达到零的时间；(d)出于使dc断电器的一次(primary)传导路径断开的目的，排除用于使dc转向的目的的并联传导路径；以及(e)通过使用气体放电管而非常规功率半导体来降低对于非常快速的中断能力和高tiv容限的成本。
[0040]
用于dc断路器的方法、系统以及设备的示例性实施例不限于本文中所描述的具体实施例，而相反，系统的构件和/或方法的步骤可以独立地利用且与本文中所描述的其它构件和/或步骤分开利用。例如，方法还可以与其它非常规断路器结合使用，并且不限于仅利用如本文中所描述的系统和方法来实践。相反，示例性实施例能够与可以得益于降低的成本、降低的复杂性、商业可用性、改进的可制造性以及缩短的产品上市时间的许多其它应用、设备以及系统结合而实施和利用。
[0041]
尽管本公开的各种实施例的具体特征可以在一些附图中示出，而不在其它附图中示出，但这仅仅是为了方便起见。根据本公开的原理，附图的任何特征可以与任何其它附图的任何特征结合起来参考和/或声明。
[0042]
本书面描述使用示例来公开实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践实施例(包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法)。本公开的可取得专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言不具有实质性差异的等效结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。