CN105743058A

CN105743058A - Dc断路器和该dc断路器的断路方法

Info

Publication number: CN105743058A
Application number: CN201511029481.XA
Authority: CN
Inventors: 沈政煜
Original assignee: LS Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2035-12-31
Also published as: KR102167948B1; ES2648116T3; CN105743058B; US9948084B2; US20160190791A1; KR20160081716A; JP2016127026A; EP3041016B1; EP3041016A1; JP6134778B2

Abstract

本发明涉及一种DC断路器及其断路方法，更具体地涉及一种其目的是克服施加于现有技术上的限制的DC断路器和该DC断路器的断路方法，该DC断路器包括：测量部分，用于测量被传导通过第一电路部分的DC电流；第一电路部分，用于传导和阻断DC电流；以及第二电路部分，用于传导和阻断从第一电路部分旁通的DC电流，并且根据测量部分的测量结果来控制第一电路部分的断开/闭合操作，其中，在第一电路部分和第二电路部分中，包括在它们中的每个中的开关元件按并联构造连接，以使得阻断操作期间的高开关操作可以得到改进，并且DC电流可以被以更安全的、更高效的方式阻断。

Description

DC断路器和该DC断路器的断路方法

技术领域

本发明涉及一种直流(DC)断路器及其断路方法，更具体地涉及一种如下的DC断路器和该DC断路器的断路方法，该DC断路器可以改进断路操作期间的高开关操作，并且以更安全的、更高效的方式阻断DC电流。

背景技术

当在电力系统中发生故障时，故障电流通过断路器被阻断，以便保护电力装置和设备。当在系统中发生故障时，继电器确定故障状态，并且向断路器送出用于断开的跳闸信号。在接收到跳闸信号之后，断路器通过使用驱动装置来断开断路器的接触点(在接触点处，故障电流流动)，以便阻断电流。同时，电弧电流在断路器的两个端子处流动，并且该故障电流将由于电弧电流而保持流动，除非在接触点上建立足够的绝缘条件。关于交流(AC)系统，电流以恒定的周期流过电流零点，并且当电流达到零以阻断故障电流、而且足够的接触点距离被保证时，电弧电流将消灭。然而，只要涉及直流DC系统，消灭电弧电流就是非常困难的，因为不存在电流零点。一般地，可以通过在不大于3000V的电压下展开电弧来阻断DC故障电流，而当电压大于3000V时，难以消灭电弧电流。因此，需要通过使用各种方式效仿如AC系统中的电流零点来阻断故障电流的技术。通过使用到目前为止已经被开发的DC断路技术，存在通过使用以下中的一个开发的断路器：反向电压型，在反向电压型中，在接触点处产生的电弧被散布(spread)；谐振型，在谐振型中，形成单独的谐振电路以通过使用DC电流来引起谐振；反向电流型，在反向电流型中，并联电容器预先被电荷充电，以使得当故障发生时，在与电弧电流的方向相反的方向上施加电荷以通过电流叠加来阻断电弧电流；以及可以被导通和关断的功率半导体。

图1-3中例示说明了现有技术的一些例子，将通过参照附图来说明它们的构造以及操作。

图1是示出根据现有技术的常规的混合超导故障限流器的构造的结构图。

图2是示出根据现有技术的常规的混合故障限流器的构造的结构图。

图3是示出根据现有技术的常规的DC断路器的构造的结构图。

图1中所示的常规的混合超导故障限流器包括主电路、高速开关驱动线圈P2、功率半导体P13和CLR14，主电路具有超导体P1和高速开关P4，高速开关驱动线圈P2与主电路并联连接，功率半导体P13串联到驱动线圈P2，用于阻断故障电流，CLRP14限制被高速开关旁通的故障电流，并且功率半导体和CLR彼此并联连接。

混合超导故障限流器的详细操作如下。

1)当在系统中发生故障并且电流超过主电路的超导体P1的阈值电流时，超导体P1被猝熄，并且产生电阻。

2)故障电流被划分到主电路和故障限流器电路中，并且流过驱动线圈P2。

3)同时，通过在驱动线圈P2上产生的电磁场，在高速开关P4的电磁斥力板上感应反电动势，以使得连接到熔丝P5a的高速开关接触点P5被断开。

4)高速开关接触点P5被断开以阻断主电路电流，并且被阻断的电流被引入到故障限流器电路中。

5)然后，当高速开关断开状态被控制器P6a确认时，现在处于传导状态的功率半导体P13被关断以使故障电流朝向CLRP14旁通，以使得故障电流能量减小，并且故障电流被限制。

图2中所示的常规的混合故障限流器包括事故检测部分P10、主电路、电容器P40和CLRP50，主电路被串联连接到事故检测部分，并且包括高速开关P20的接触部分P25和可以被关断的功率半导体P30，电容器P40与主电路并联连接，并且被故障电流充电，CLRP50在电容器40被充电之后限制故障电流。

混合故障限流器的详细操作如下。

1)当在系统中发生故障时，事故检测部分P10检测该故障，并且将断开跳闸信号递送到用于高速开关P20的源部分。

2)当断开跳闸信号被接收到时，高速开关源部分的功率半导体P21被导通以将电流传导通过预先充电的内部电容器P22，高速开关P20的驱动驱动器P23被磁化以高速驱动电磁斥力板P24，并且高速开关的接触点P25被断开。

3)当接触点P25被断开时，控制器P26将关断跳闸信号发送到功率半导体P30，以使得主电路的电流被阻断。

4)然后，故障电流被传导到与主电路并联连接的电容器P40，并且在装置上产生的电压被施加于被高速断开的高速开关接触点P25上，以使得没有电压施加于功率半导体P30上。

5)当电容器P40被充电时，故障电流流向CLRP50，并且故障电流能量减小，以使得电流被限制。

图3中所示的常规的DC断路器的构造与图1和图2中所示的那些构造相当类似，并且包括主电路、电容器P500和避雷器P600组成，主电路具有高速开关P300和功率半导体P400，电容器P500与主电路并联连接，避雷器P600与这些电路并联连接以消灭能量。

DC断路器的详细操作如下。

1)当在系统中发生故障时，功率半导体P400被关断，并且高速开关P300几乎同时被断开。

2)主电路的电流被阻断，并且被朝向并联耦合的电容器P500传导，以使得电容器被充电。

3)高速开关P300被高速断开，并且电容器P500被充电，然后系统内部的剩余能量通过避雷器P600而被消灭。

4)当剩余能量消灭完成时，电流被阻断。

关于图1中所示的现有技术，因为在主电路中使用了超导体，所以使用高成本冷却系统，并且故障电流根据当主电路的超导体被猝熄时产生的阻抗和故障限流器电路的驱动线圈P2阻抗(其与超导体的阻抗并联连接)之间的差值而被划分。当超导体P1被猝熄时产生的阻抗较小时，被朝向故障限流器端旁通的电流变小，并且流过驱动线圈P2的电流减小，从而引起降低高速开关的驱动速度的缺点。

关于图2和图3中所示的现有技术，当高速开关接触点被断开时，电流意外地被朝向电容器电路传导，并且在接触点距离达到绝缘状态之前，电容器可能被错误地充电。

如以上所提及的，由于因为使用常规的超导体进行电流划分、所以在驱动驱动器中没有产生足够的磁场的问题，在现有技术中应用高速开关并不容易，并且因为当采用超导体时需要极低温冷却系统，所以成本上升，并且由于当传导电流增大时的损耗大，所以冷却成本上升。

发明内容

因此，本发明的目的是提供其目的是克服施加于现有技术上的限制的一种DC断路器以及该DC断路器的断路方法，高速开关可以被容易地应用于该DC断路器，并且该DC断路器可以改进阻断操作期间的高开关操作，并且以更安全的、更高效的方式阻断DC电流。

用于解决如本说明书中详细说明和公开的目的的DC断路器包括：第一电路部分，该第一电路部分传导或阻断DC电流；测量部分，该测量部分测量被传导到第一电路部分的DC电流；以及第二电路部分，该第二电路部分传导或阻断从第一电路部分旁通的DC电流，并且根据测量部分的测量结果来控制第一电路部分的断开/闭合操作，并且，在第一电路部分和第二电路部分中，包括在第一电路部分和第二电路部分中的每个中的开关元件按并联结构布置。

在一个实施例中，测量部分可以包括：变流器，该变流器被布置在比第一电路部分早的级处以测量DC电流；以及确定部分，该确定部分基于变流器的测量结果来确定是否发生故障。

在一个实施例中，确定部分可以根据测量结果来产生包括在第一电路部分和第二电路部分中的每个中的开关元件的操作所基于的断开/闭合信号，并且可以将产生的信号递送到包括在第一电路部分和第二电路部分中的每个中的开关元件。

在一个实施例中，包括在第一电路部分和第二电路部分中的每个中的开关元件可以是根据测量部分的测量结果而被导通/关断的功率半导体元件。

在一个实施例中，功率半导体元件可以按双向结构形成，在该双向结构中，两个半导体元件在不同的方向上传导电流。

在一个实施例中，第一电路部分可以包括：第一开关元件，该第一开关元件传导和阻断DC电流；以及第一接触部分，该第一接触部分断开和闭合第一电路部分，并且第一开关元件和第一接触部分可以彼此串联连接。

在一个实施例中，第一开关元件的一端可以连接到被施加DC电流的输入端子，并且第一接触部分的另一端可以连接到DC电流从其输出的输出端子。

在一个实施例中，第一开关元件根据测量部分10的测量结果来阻断DC电流，以使得DC电流被朝向第二电路部分旁通。

在一个实施例中，第一接触部分在正常使用期间可以被闭路，并且当电流流过包括在第二电路部分中的驱动线圈时，可以被开路。

在一个实施例中，第二电路部分可以包括：第二开关元件，该第二开关元件传导和阻断从第一电路部分旁通的DC电流；以及驱动线圈，该驱动线圈允许包括在第一电路部分中的第一接触部分在驱动线圈传导电流时被开路，并且第二开关元件和驱动线圈可以彼此串联连接。

在一个实施例中，第二电路部分可以与包括在第一电路部分中的第一开关元件并联连接。

在一个实施例中，第二开关元件的一端可以连接到第一开关元件的一端，而驱动线圈的另一端可以连接到第一开关元件的另一端。

在一个实施例中，第二开关元件可以在第一接触部分被开路之后阻断旁通的DC电流。

在一个实施例中，第二电路部分还可以包括防止过电压施加于第二开关元件上的阻抗元件。

在一个实施例中，阻抗元件的一端可以连接到第二开关元件的另一端，而阻抗元件的另一端可以连接到驱动线圈的一端。

在一个实施例中，阻抗元件在正常状态期间可以允许第二电路部分的阻抗保持高于第一电路部分的阻抗。

在一个实施例中，DC断路器还可以包括：充电部分，该充电部分被从第一电路部分和第二电路部分旁通的DC电流充电；以及限制部分，该限制部分限制在充电部分被充电之后从充电部分放电的电流，并且充电部分和限制部分可以彼此并联连接。

在一个实施例中，充电部分可以与第一电路部分并联连接，并且包括：电容器，该电容器被从第一电路部分和第二电路部分旁通的DC电流充电；以及第二接触部分，该第二接触部分断开和闭合充电部分，并且，电容器和第二接触部分可以彼此串联连接。

在一个实施例中，电容器的一端可以连接到包括在第一电路部分中的第一开关元件的一端，而第二接触部分的另一端可以连接到包括在第一电路部分中的第一接触部分的另一端。

在一个实施例中，电容器可以从当第二接触部分被闭路时起被旁通的DC电流充电，直到第一接触部分被开路并且在第一接触部分处产生的电弧被消灭为止。

在一个实施例中，第二接触部分在正常使用期间可以被开路，并且当电流流过包括在第二电路部分中的驱动线圈时，可以被短路。

在一个实施例中，DC断路器还可以包括避雷器，这些避雷器分别被布置在DC电流被输入到的输入端子和DC电流从其输出的输出端子处，并且避雷器可以在DC断路器的断路操作之后消灭剩余电能。

另外，根据本发明的实施例的用于解决如以上详细说明的目的的断路方法包括：测量部分测量被传导通过第一电路部分的DC电流的步骤；第一电路部分根据测量结果来阻断DC电流的步骤；从第一电路部分旁通的DC电流被传导到第二电路部分的步骤；第二电路部分控制第一电路部分被开路、充电部分被闭路的步骤；第二电路部分阻断被旁通的DC电流的步骤；充电部分被从第二电路部分旁通的DC电流充电的步骤；充电部分将充电的电流放电到限制部分的步骤；以及限制部分限制放电的电流的步骤。

根据本发明，断路操作时的高速开关操作可以得到改进，高速开关可以被容易地应用，并且DC电流可以被稳定地、高效地阻断。

根据本发明，对于相同的故障电流，可以通过如下操作来实现比使用超导体的驱动方法更高速的性能，即，通过关断主电路中的功率导体来将整个故障电流递送到驱动电路，而不是在当使用常规的超导体时，高速开关的根据故障电流产生的驱动力被除以当主电路的超导体被猝熄时产生的电阻差的情况下。

根据本发明，插入接触点可以被添加到与高速开关的断路接触点链接的并联电容器电路中，从而防止电容器在正常状态期间被不合需要地充电。

附图说明

通过参照附图详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其他特征和优点将变得更清楚，在附图中：

图3是示出根据现有技术的常规的DC断路器的构造的结构图。

图4是示出本说明书中公开的DC断路器的构造的结构图。

图5是示出图4中所示的DC断路器的实施例的构造的结构图。

图6A是示出根据本说明书中公开的DC断路器的实施例的开关元件的例子的例示说明。

图6B是示出根据本说明书中公开的DC断路器的实施例的开关元件的例子的例示说明。

图7是示出根据图4中所示的DC断路器的实施例的构造的结构图。

图8是示出本说明书中公开的DC断路器的构造的结构图。

图9是示出图8中所示的DC断路器的实施例的构造的结构图。

图10是示出本说明书中公开的DC断路器的断路方法的顺序步骤的流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的本发明可以被应用于DC断路器及其断路方法。然而，本说明书中公开的技术不限于这些，而是可以被应用于所有种类的保护装置和包括在这些保护装置中的限流电路，诸如常规的断路器、开关、继电器、电涌吸收器、电子接触器、以及可以应用本发明的技术原理的断路器等。

本文中使用的技术术语仅仅是为了例示说明特定实施例而被使用的，要指出，它们并非意图限制本说明书中公开的技术精神。另外，本文中使用的技术术语要用被相关领域的普通技术人员普遍接受的意义来解释，除非在本说明书中被具体用其他意义定义，并且它既不要用过于广泛的意义来解释，也不要用过于狭窄的意义来解释。

另外，当本文中使用的技术术语被确定为未能正确地表示本说明书中公开的技术精神的错误技术术语时，这些术语要被可以被本领域的普通技术人员准确理解的技术术语取代。另外，本说明书中使用的一般术语要如字典中那样或者根据上下文进行解释，并且它们不被从过于狭窄的意义来进行解释。

另外，本说明书中使用的单数表示包括复数表示，除非它在上下文下被明确地相反地表达。本说明书中的术语“包括”或“由……组成”不被解释为一定包括本说明书中引证的所有组件和所有步骤，它应被解释为排除一些组件或一些步骤，或者进一步包括附加的组件和步骤。

在下面，通过参照附图来详细描述本说明书中公开的实施例，其中，不论附图的编号如何，相同的标号都被给予相同的或相似的组件，并且将省略关于它们的重复描述。

另外，当确定关于相关的已知技术的详细描述在描述本说明书中公开的技术的同时将使本说明书中公开的主题模糊时，将省略该详细描述。另外，要指出，附图仅仅是为了促进本说明书中公开的技术精神，该技术精神不被解释为受附图限制。

首先，通过参照图4-9来描述本说明书中公开的DC断路器。

图4是示出本说明书中讨论的DC断路器的构造的结构图。

图5是示出图4中所示的DC断路器的实施例的构造的结构图。

图7是示出图4中所示的DC断路器的实施例的构造的结构图。

图8是示出本说明书中公开的DC断路器的构造的结构图。

图9是示出图8中所示的DC断路器的实施例的构造的结构图。

如图4中所示，DC断路器100包括：测量部分10，该测量部分测量被传导到第一电路部分20的DC电流；第一电路部分20，该第一电路部分传导或阻断DC电流；以及第二电路部分30，该第二电路部分传导或阻断从第一电路部分20旁通的DC电流，并且根据测量部分10的测量结果来控制第一电路部分20的断开/闭合操作，并且，在第一电路部分20和第二电路部分30中，包括在第一电路部分和第二电路部分中的每个中的开关元件21、31被连接为使得它们形成并联结构。

DC断路器100可以是包括高伏特直流(HVDC)等的DC系统等中使用的断路器。

DC断路器100可以是保护系统和内部组件不受DC系统中发生的事故和故障的影响的断路器。

DC断路器100可以被安装在DC系统的电源和装置或负载的前级之间，以使得DC电流可以被传导。

DC断路器100可以测量DC电流的电流值，第一电路部分20可以将DC电流传导到装置或负载，第二电路部分30可以控制DC断路器100的断路操作。

在DC断路器100中，测量部分10可以执行检测事故和故障的功能，第一电路部分20可以执行传导DC电流的主电路的功能，第二电路部分30可以执行控制DC断路器100的断路操作的功能。

根据DC断路器100的实施例的构造与图5中所示的构造相同。

在下面，将通过主要参照图5来描述DC断路器100的实施例。

测量部分10测量被传导到第一电路部分20的DC电流。

测量部分10可以基于DC电流的测得的电流值来检测事故和故障。

例如，当DC电流的测得的电流值等于或大于电流额定值时，可以确定DC电流的电流值由于在DC系统中发生的事故和故障而变为等于或大于电流额定值，这使得事故和故障能够被检测到。

测量部分10可以包括变流器11和确定部分12，变流器被布置为比第一电路部分20早的级处，并且测量DC电流，确定部分12基于变流器11的测量结果来确定是否发生故障。

测量部分11可以是测量被传导到第一电路部分20的DC电流的电流值的变流器(CT)。

变流器11可以将测量结果递送到确定部分12。

确定部分12可以是基于测量结果确定是否发生事故和故障的故障检测器。

当作为测量结果确定DC电流的测得的电流值等于或大于电流额定值时，确定部分12可以确定DC电流由于事故和故障而变为与电流额定值相同或相等，并且可以确定事故和故障已经发生。

确定部分12可以使得包括在第一电路部分20和第二电路部分30中的每个中的开关元件能够根据测量结果进行操作。

确定部分12可以根据测量结果来产生包括在第一电路部分20和第二电路部分30中的每个中的第一开关元件21和第二开关元件31的操作分别基于的断开/闭合信号，并且可以将产生的信号分别递送到包括在第一电路部分20和第二电路部分30中的每个中的第一开关元件21和第二开关元件31。

断开/闭合信号可以是分别控制包括在第一电路部分20和第二电路部分30中的每个中的第一开关元件21和第二开关元件31被开路或被短路的信号。

也就是说，包括在第一电路部分20和第二电路部分30中的每个中的第一开关元件21和第二开关元件31可以分别根据确定部分12产生的断开/闭合信号来执行断开/闭合操作。

确定部分12可以产生分别用于包括在第一电路部分20和第二电路部分30中的每个中的第一开关元件21和第二开关元件31中的每个的断开/闭合信号，并且可以将产生的断开/闭合信号分别递送到包括在第一电路部分20和第二电路部分30中的每个中的第一开关元件21和第二开关元件31中的每个。

例如，它可以将用于开路操作的信号递送到包括在第一电路部分20中的第一开关元件21，并且将用于短路操作的信号递送到包括在第二电路部分20中的第二开关元件31。

包括在第一电路部分20和第二电路部分30中的每个中的第一开关元件21和第二开关元件31可以基于断开/闭合信号而被断开和闭合。

包括在第一电路部分20和第二电路部分30中的每个中的第一开关元件21和第二开关元件31可以在它们被断开时阻断DC电流，并且可以在它们被闭合时传导DC电流。

也就是说，确定部分12可以根据确定的结果使得DC电流能够在第一电路部分20和第二电路部分30处被传导或阻断。

包括在第一电路部分20和第二电路部分30中的每个中的第一开关元件21和第二开关元件31可以是根据测量部分10的测量结果而被导通/关断的功率半导体元件。

当功率半导体元件被导通时，它可以表示它用作闭路。

当功率半导体元件被关断时，它可以表示它用作开路。

功率半导体元件可以是可以被导通/关断的半导体元件，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、集成门控制晶闸管(IGCT)等。

功率半导体元件可以按双向结构形成，在该双向结构中，两个半导体元件在不同的方向上传导电流。

功率半导体元件可以按双向结构形成，在该双向结构中，两个半导体元件按串联或并联构造布置以在不同的方向上传导电流。

例如，它可以按如图6A中所示的两个半导体元件彼此串联连接的双向结构布置，或者它可以按如图6B中所示的两个半导体元件彼此并联连接的双向结构布置。

因为功率半导体元件按双向结构形成，所以如图4和图5所示，DC断路器100不仅可以阻断正向的事故电流或故障电流，而且还可以阻断反向的事故电流或故障电流。

这里，反向的事故电流或故障电流可以意指由于在负载端发生的事故或故障、而不是在DC系统的源端发生的事故或故障而导致的电流。

可替代地，它可以意指由于作为包括在DC断路器100中的各组件的内部操作的结果而发生的电涌、故障、电磁力或反电动势等而导致的反向电流。

也就是说，DC断路器100不仅可以保护系统或装置不受在DC系统的源端发生的事故或故障的影响，而且还可以保护系统或装置不受DC断路器100的负载端或内部问题的影响。

第一电路部分20可以包括第一开关元件21和第一接触部分22，第一开关元件传导和阻断DC电流，第一接触部分断开或闭合第一电路部分20。

第一开关元件21和第一接触部分22可以彼此串联连接。

第一开关元件21可以具有连接到DC电流被输入到的输入端子的一端。

第一接触部分22可以具有连接到DC电流从其输出的输出端子的一端。

第一开关元件21可以是上面描述的功率半导体元件。

第一开关元件21可以通过断开/闭合操作来传导和阻断DC电流。

例如，它可以在短路操作期间(当它被导通时)传导DC电流，并且可以在开路操作期间(当它被关断时)阻断DC电流。

在正常使用期间，第一开关元件21可以执行短路操作以被导通，从而使得DC电流能够被传导。

在第一开关元件21在短路操作下操作的正常使用期间，DC电流仅可以被传导通过第一电路部分20。

第一开关元件21可以根据测量部分10的测量结果来阻断DC电流，以使得DC电流被朝向第二电路部分30旁通。

第一开关元件21可以通过高速的开路操作来阻断DC电流。

当确定DC电流由于事故和故障而变得等于或大于电流额定值时，第一开关元件21可以从测量部分10接收断开/闭合信号以被开路(关断)，以使得DC电流被阻断。

第一开关元件21可以阻断DC电流，以使得DC电流被旁通到第二电路部分30。

也就是说，先前通过第一开关元件21流过测量部分10的DC电流现在可以被旁通到第二电路部分30，因为当第一开关元件21被开路(关断)时，到第一电路部分20的传导路径现在被关闭。

第一接触部分22在正常使用期间可以被短路，并且当电流流过包括在第二电路部分30中的驱动线圈32时，可以被开路。

第一接触部分22可以表示被断开和闭合的接触点开关。

第一接触部分22可以是电子开关。

第一接触部分22可以是可以由驱动线圈32操作的电子开关。

第一接触部分22可以是由当电流流过驱动线圈32时在驱动线圈32中发生的电磁力操作的电子开关。

第一接触部分22在正常使用期间被短路，并且可以通过在驱动线圈32上产生的电磁力而被开路。

第一接触部分22可以执行从所述电路完全阻断第一电路部分20的传到路径的功能。

也就是说，第一接触部分22在正常使用期间可以被短路以保持第一电路部分20的传导路径，而当电流流过驱动线圈32时，它可以被开路以阻断第一短路部分20的传导路径。

也就是说，在第一电路部分20中，第一开关元件21可以执行主要地旁通DC电流的功能，而第一接触部分22可以执行次级地阻断第一电路部分20的传导路径的功能。

第二电路部分30可以包括第二开关元件31和驱动线圈32，第二开关元件传导或阻断从第一电路部分20旁通的DC电流，驱动线圈使得当电流流过它时包括在第一电路部分20中的第一接触部分22能够被开路。

第一开关元件31和驱动线圈32可以彼此串联连接。

第二开关元件31可以是可以连接到第一开关元件21的一端的一端。

驱动线圈32可以具有可以连接到第一开关元件21的另一端的另一端。

也就是说，第二开关元件31和驱动线圈32彼此串联连接，同时它们与第一开关元件21并联连接。

也就是说，第一开关元件21和第二开关元件31可以按并联结构布置。

第二开关元件31可以是上面描述的功率半导体元件。

第一开关元件31可以通过断开/闭合操作来传导和阻断DC电流。

例如，它在短路操作期间(当它被导通时)可以传导DC电流，并且在开路操作期间(当它被关断时)可以阻断DC电流。

尽管第二开关元件31在正常使用期间可以在短路操作下操作，但是因为驱动线圈32的阻抗，DC电流不能被传导。

也就是说，在第二开关元件31在短路操作下操作的正常使用期间，DC电流仅可以被传导通过第一电路部分20。

第二开关元件31可以通过高速的开路操作来阻断DC电流。

当DC电流被第一电路部分20旁通时，第二开关元件31可以传导旁通的DC电流。

当第一开关元件21在开路状态(被关断)下操作时，第二开关元件31可以阻断朝向第一电路部分20的传导，以使得第二电路部分30可以传导旁通的DC电流。

当DC电流被从第一电路部分20旁通时，第二开关元件31可以传导旁通的DC电流，以使得该电流可以流过驱动线圈32。

当DC电流在第一电路部分20周围被旁通并且被第二开关元件31传导时，驱动线圈32可以使得第一接触部分22能够被开路。

驱动线圈32可以是控制电子开关的断开/闭合操作的继电器。

驱动线圈32可以控制包括电子开关的断开/闭合开关的操作。

驱动线圈32可以通过使用当电流流过它时产生的电磁力(电磁排斥力)来控制断开/闭合开关的断开/闭合操作。

驱动线圈32可以执行控制第一电路部分20的第一接触部分22被开路的功能，以使得第一电路部分20的传导路径被阻断。

也就是说，驱动线圈32可以通过当旁通的DC电流流动时产生的电磁力(电磁排斥力)来控制第一接触部分22被开路，以使得第一电路部分20的传导路径被阻断。

第二开关元件31可以在第一接触部分22被驱动线圈32开路之后阻断旁通的DC电流。

也就是说，第二开关元件31可以进行控制，以使得电流流过驱动线圈32并且驱动线圈32使第一接触部分22开路，并且使得DC电流在第一电路部分20的传导路径被阻断之后被阻断。

也就是说，在第二电路部分30中，第二开关元件31可以执行将旁通的DC电流传导到驱动线圈32并且在第一电路部分20的传导路径被驱动线圈32阻断之后阻断旁通的DC电流的功能，并且驱动线圈32可以执行次级地阻断第一电路部分20的传导路径的功能。

将如下就DC电流来说明已经详细描述过的DC断路器100的详细操作过程。

首先，DC电流在正常使用期间可以被传导通过第一电路部分20。

DC电流可以通过第一开关元件21的短路操作(被导通)而被传导，并且经由第一开关元件21、通过被短路的第一接触部分22而通过第一电路部分20。

在这种情况下，尽管第二电路部分30的第二开关元件31也在短路状态(被导通)下操作，但是DC电流可以被传导通过其阻抗与驱动线圈32的阻抗相比较低的第一电路部分20。

也就是说，DC电流在正常使用期间可以按第一开关元件21和第一接触部分22的顺序被传导。

当在DC系统中发生使DC电流等于或大于电流额定值的事故和故障时，测量部分10确定这，并且根据该确定将断开/闭合信号递送到第一开关元件21，第一开关元件21根据断开/闭合信号在开路状态(被关断)下操作以阻断DC电流，并且因为第一电路部分20的阻抗由于第一开关元件21的开路状态(被关断)而变得等于或大于第二电路部分30的阻抗，所以DC电流可以绕过第一电路部分20以被传导到第二电路部分30。

当从第一电路部分20旁通的DC电流被传导到第二电路部分30时，因为第二开关元件31在短路状态(被导通)下操作，所以旁通的DC电流可以通过第二开关元件31流到驱动线圈32。

也就是说，旁通的DC电流可以被顺序地传导到第二开关元件31和驱动线圈32。

当电流流过驱动线圈32时，第一电路部分20的第一接触部分22通过在驱动线圈32处产生的电磁力而被开路，以使得第一电路部分20的传导路径完全被阻断；在第一接触部分22被开路之后，第二开关元件31然后在开路状态(被关断)下操作，以使得旁通的DC电流可以被第二开关元件31阻断。

也就是说，当在正常使用期间在电流流过第一电路部分20的同时发生事故和故障时，从第一电路部分20旁通的DC电流流过第一电路部分20，以使得驱动线圈32控制第一电路部分20的第一接触部分22被开路，然后到第一电路部分20的传导可以通过第二开关元件31的开路操作(关断)而被阻断。

执行如上所述的操作的DC断路器100可以按与图7的构造相同的构造形成。

如图7所示，DC断路器100中的第二电路部分30还可以包括阻抗元件33，其防止过电压施加于第二开关元件31上。

当第二开关元件31被实现为功率半导体时，它需要恒定的用于操作的电压，并且当过电压施加于第二开关元件31上时，第二开关元件31可能受损；因此，可以划分施加于第二开关元件31上的过电压的阻抗元件33可以被包括在第二电路部分30中。

阻抗元件33可以是电阻器。

阻抗元件33可以是具有恒定电阻值的阻抗元件。

阻抗元件33可以是其电阻值变化的可变电阻器。

阻抗元件33可以是其电阻值可以被调整的阻抗元件。

阻抗元件33可以具有足以防止过电压施加于第二开关元件31上的电阻值。

阻抗元件33还可以具有使得稳定电压能够被施加于第二开关元件31上的电阻值。

当第二开关元件31被实现为功率半导体时，它需要恒定的用于操作的电压，而用于操作的电压可能由于第一电路部分20的阻抗、第二开关元件31本身的阻抗以及驱动线圈32而不稳定；因此，阻抗元件33可以被包括在第二电路部分30中以便防止不稳定电压情况。

阻抗元件33具有连接到第二开关元件31的另一端的一端以及连接到驱动线圈32的一端的另一端。

也就是说，第二开关元件31、阻抗元件33和驱动线圈32可以彼此串联连接。

阻抗元件33在正常使用期间可以使第二电路部分30的阻抗保持高于第一电路部分20的阻抗。

也就是说，阻抗元件33可以防止过电压施加于第二开关元件31上，并且还可以具有使第二电路部分30的阻抗保持高于第一电路部分20的阻抗的电阻值。

阻抗元件33还可以限制从第一电路部分20旁通的DC电流。

因为从第一电路部分20旁通的DC电流是大电流，所以旁通的DC电流可能损坏第二电路部分30；因此，为了防止它，阻抗元件33可以限制旁通的DC电流，以使得旁通的DC电流可以被以安全的方式传导通过第二电路部分30。

阻抗元件33可以限制从第一电路部分20旁通的DC电流，并且可以具有将DC电流限制在允许驱动线圈32正常操作的范围内的电阻值。

也就是说，阻抗元件33可以通过如下操作来执行限制从第一电路部分20旁通的DC电流的功能，即，防止过电压施加于第一电路部分20上，在第二开关元件31上供给稳定的电压，并且在正常使用期间使第二电路部分30的阻抗保持高于第一电路部分20的阻抗。

如上所述的测量部分10、第一电路部分20和第二电路部分30构成DC断路器100的基本构造，并且它们可以通过如上所述的操作来阻断DC电流。

在下面，将描述DC断路器100的更详细的实施例。

DC断路器100包括测量部分10、第一电路部分20和第二电路部分30，此外，如图8所示，DC断路器100还可以包括充电部分40和限制部分50，充电部分40被从第一电路部分20和第二电路部分30旁通的DC电流充电，限制部分50限制从充电部分40放电的电流。

充电部分40和限制部分50可以彼此并联连接。

充电部分40和限制部分50可以与第一电路部分20并联连接。

也就是说，充电部分40和限制部分50的一端连接到第一电路部分20的一端，而充电部分40和限制部分50的另一端可以连接到第一电路部分20的另一端。

充电部分40被如下的DC电流充电，该DC电流主要被第一电路部分20阻断并且被旁通到第一电路部分20，然后次级地被第二电路部分30阻断和旁通，以使得它可以执行限制DC电流的功能。

限制部分50可以在充电部分40的充电通过从第一电路部分20和第二电路部分30旁通的DC电流完成之后限制被充电部分40放电的电流，以使得它可以在最后一级中执行限制DC电流的功能。

具有充电部分40和限制部分50的DC断路器100的更详细的构造可以与图9中所示的构造相同。

如图9所示，充电部分40可以包括电容器41和第二接触部分42，电容器41与第一电路部分20并联连接，并且被从第一电路部分20和第二电路部分30旁通的DC电流充电，第二接触部分42断开或闭合充电部分40。

电容器41和第二接触部分42可以彼此串联连接。

电容器41的一端可以连接到包括在第一电路部分20中的第一开关元件21的一端，而第二接触部分42的另一端可以连接到包括在第一电路部分20中的第一接触部分22的另一端。

电容器41可以表示具有电容值的元件。

电容器41可以是可以根据电容值给电流充电或放电的电容元件。

电容器41可以具有使得从第一电路部分20旁通的DC电流能够被充电的电容值。

电容器41可以给从第二电路部分30旁通的DC电流充电，然后可以在DC电流被充电之后将充电的电流放电到限制部分50。

电容器41可以从当第二接触部分42被闭路时起被旁通的DC电流充电，直到第一接触部分22被开路并且在第一接触部分22处产生的电弧被消灭为止。

也就是说，在对第一电路部分20和第二电路部分30执行阻断过程并且完成该阻断过程的同时，电容器41可以通过给从第二电路部分30旁通的DC电流充电来限制DC电流。

第二接触部分42可以表示被断开和闭合的接触点开关。

第二接触部分42可以是电子开关。

第二接触部分42可以是由驱动线圈32操作的电子开关。

第二接触部分42可以是由当电流流过驱动线圈32时在驱动线圈32中发生的电磁力操作的电子开关。

也就是说，第二接触部分42可以是与用于第一接触部分22的类型相同类型的电子开关。

第二接触部分42在正常使用期间可以被开路，并且当电流流过包括在第二电路部分30中的驱动线圈32时，可以被短路。

也就是说，第二接触部分42可以在被旁通到第二电路部分30的DC电流流过它的同时被驱动线圈32短路，以使得电容器41被从第二电路部分30旁通的DC电流充电。

第二接触部分42可以执行连结充电部分40的传导路径的功能。

也就是说，第二接触部分42可以被开路以阻断充电部分40的传导路径，而当电流流过驱动线圈32时，它可以被短路以连结充电部分40的传导路径。

也就是说，在充电部分40中，电容器41可以执行给从第二电路部分30旁通的DC电流充电和放电的功能，并且第二接触部分42可以执行使得电容器41能够通过连结充电部分40的传导路径而被充电和放电的功能。

在充电部分40中，电容器41被从第二电路部分30旁通的DC电流充电，并且，当充电完成时，将充电的电流放电到限制部分50，以使得放电的电流可以被限制部分50限制。

限制部分50可以限制从充电部分40放电的电流。

限制部分50可以是用于限制电流的限流器、故障限流器或电流限制阻抗元件。

限制部分50可以是具有根据将被限制的电流而变化的阻抗值的限流器。

限制部分50可以包括至少一个可以限制电流的阻抗元件。

限制部分50可以具有比第一电路部分20、第二电路部分30和充电部分40的阻抗高的阻抗，以使得在正常使用期间或者当充电部分40正被充电时，DC电流不能被传导。

也就是说，在正常使用期间，没有电流流过限制部分50，并且第一电路部分20和第二电路部分30被阻断，然后，在充电部分40被充分充电之后，电流可以流过限制部分50。

DC断路器100还可以包括在DC电流被输入到的输入端子和DC电流从其输出的输出端子中的每个处的避雷器60a、60b。

避雷器60a、60b可以在DC断路器100的短路操作之后消灭DC断路器100内部的剩余电能。

避雷器60a、60b还可以防止由于事故和故障而突然产生的电流被突然地引入到DC断路器100。

也就是说，避雷器60a、60b可以执行保护DC断路器100不受内部问题和外部问题的影响的功能。

作为DC断路器100的构造的附加特征，如图9所示，第一接触部分22、第二接触部分42和驱动线圈32可以被操作为彼此链接。

也就是说，当电流流过驱动线圈32时，第一接触部分22可以从短路状态转为开路状态，而第二接触部分42可以通过驱动线圈32产生的电磁力而从开路状态转为短路状态。

也就是说，驱动线圈32可以控制第一接触部分22和第二接触部分42的操作。

当电磁力被驱动线圈32产生时，这些操作可以被高速执行，并且各接触部分的操作可以被同时执行；或者接触部分可以根据各接触部分的操作特性以预定时间差被操作。

将如下描述具有如详细描述的构造的DC断路器100的详细操作过程。

另外，因为充电部分40的第二接触部分42被开路并且限制部分50具有高阻抗，所以DC电流可以被传导通过具有相对较低的阻抗的第一电路部分20。

也就是说，DC电流在正常使用期间可以被按第一电路部分20、第一开关元件21和第一接触部分22的顺序传导。

当在DC系统中发生使DC电流等于或大于电流额定值的事故和故障时，测量部分10确定这，并且根据该确定将断开/闭合信号递送到第一开关元件21，第一开关元件21根据断开/闭合信号在开路状态(被关断)下操作以阻断DC电流，并且因为第一电路部分20的阻抗由于第一开关元件21的开路状态(关断)而变得等于或大于第二电路部分30的阻抗，所以DC电流可以绕过第一电路部分20以被传导到第二电路部分30。

在这种情况下，因为充电部分40的第二接触部分42被开路并且限制部分50具有高阻抗，所以DC电流可以被传导通过具有相对较低的阻抗的第二电路部分30。

也就是说，旁通的DC电流可以被按第二电路部分30、第二开关元件31和第二接触部分32的顺序传导。

当电流流过驱动线圈32时，第一电路部分20的第一接触部分22通过在驱动线圈32处产生的电磁力而被开路，以使得第一电路部分20的传导路径完全被阻断；然后，充电部分40的第二接触部分42被短路，以使得充电部分40的传导路径可以被连结。

在第一接触部分22被开路之后，第二开关元件31变为在开路状态(被关断)下操作，以使得旁通的DC电流被第二开关元件31阻断；然后，从第二开关元件31旁通的DC电流可以被传导到充电部分40以给电容器41充电。

也就是说，当在正常使用期间在电流流过第一电路部分20的同时发生事故和故障时，从第一电路部分20旁通的DC电流流过第二电路部分30，以使得驱动线圈32控制第一电路部分20的第一接触部分22被开路、充电部分40的第二接触部分42被短路。然后，第二开关元件31在开路状态(被关断)下操作，到第二电路部分30的传导被阻断，并且从第二电路部分30旁通的DC电流可以在电容器41中被充电。

从第二电路部分30旁通的DC电流可以从当第二接触部分42被短路时起在电容器41中被充电，直到在第一接触部分22处产生的电弧被消灭为止。

也就是说，因为从第二电路部分30旁通的DC电流在电容器41中被充电，所以DC电流可以被临时限制，直到它被限制部分50限制为止。

当电容器41上的充电完成时，电容器41可以将充电的电流放电到限制部分50，以使得限制部分50可以限制从电容器41放电的电流。

从电容器41放电的电流可以临时通过电容器41的充电和放电而被限制，以使得电流的幅值可以比当它从第一电路部分20和第二电路部分30旁通时减小。

限制部分50可以限制电容器41放电的电流，并且最后可以限制DC电流。

因为DC电流最后被限制部分50限制，所以可以实现DC断路器100的断路过程。

当DC断路器100还包括避雷器60a、60b时，避雷器60a、60b可以在断路操作之后消灭剩余电能。

在下面，通过主要参照图10、追加参照图8来描述本说明书中公开的DC断路器的断路方法。

DC断路器100的断路方法(在下文中，“断路方法”)可以是由如上所述的DC断路器100执行的断路方法。

断路方法可以是由DC断路器100执行的断路方法，该DC断路器包括：测量部分10，该测量部分测量被传导到第一电路部分20的DC电流；第一电路部分20，该第一电路部分传导或阻断DC电流；以及第二电路部分30，该第二电路部分传导或阻断从第一电路部分20旁通的DC电流，并且根据测量部分10的测量结果来控制第一电路部分20的断开/闭合；充电部分40；以及限制部分50，该限制部分限制在充电部分40的充电完成之后从充电部分40放电的电流。

断路方法包括：步骤S10，测量部分10测量被传导通过第一电路部分10的DC电流；步骤S20，第一电路部分20根据测量结果阻断DC电流；步骤S30，从第一电路部分20旁通的DC电流被传导到第二电路部分30；步骤S40，第二电路部分30控制第一电路部分20被开路、充电部分40被闭路；步骤S50，第二电路部分30阻断旁通的DC电流；步骤S60，充电部分40被从第二电路部分30旁通的DC电流充电；步骤S70，充电部分40将充电的电流放电到限制部分50；以及步骤S80，限制部分50限制放电的电流。

测量部分10可以测量DC电流的步骤S10可以测量在正常使用期间通过第一电路部分20的DC电流的幅值。

在步骤S10中，测量部分10可以基于DC电流的测得的电流值来检测事故和故障。

在步骤S10中，当作为测量结果发现DC电流的测得的电流值等于或大于电流额定值时，测量部分10可以确定DC电流由于事故和故障而变得与电流额定值相同或相等，并且可以确定事故和故障已经发生。

当在测量部分10测量DC电流的步骤S10中确定DC电流由于事故和故障而变得等于或大于电流额定值时，第一电路部分20阻断DC电流的步骤S20可以从测量部分10接收使第一开关元件开路(关断)的断开/闭合信号，以使得DC电流可以被阻断。

第一电路部分20根据测量结果阻断DC电流的步骤S20可以阻断DC电流，以使得DC电流可以被旁通到第二电路部分30。

在从第一电路部分20旁通的DC电流被传导到第二电路部分30的步骤S30中，第一电路部分20可以在根据测量结果阻断DC电流的步骤S20中阻断DC电流，并且从第一电路部分20旁通的DC电流可以被传导到第二电路部分30。

关于第二电路部分30控制第一电路部分20被开路、充电部分40被短路的步骤S40，旁通的DC电流可以流过第二电路部分30和包括在第二电路部分30中的驱动线圈，并且因为电流流过驱动线圈，所以第一电路部分20被控制为通过驱动线圈产生的电磁力而被开路，而充电部分40被控制为被短路。

关于第二电路部分30阻断被旁通的DC电流的步骤S50，在第二电路部分30控制第一电路部分20被开路、充电部分40被短路的步骤S40中，第一电路部分20被开路，充电部分40被短路，然后旁通的DC电流可以被阻断。

关于从第二电路部分30旁通的DC电流在充电部分40中被充电的步骤S60，在第二电路部分30阻断被旁通的DC电流的步骤S5中，被第二电路部分30阻断的旁通的DC电流被传导到充电部分40，以使得充电部分可以被充电。

在从第二电路部分30旁通的DC电流在充电部分40中被充电的步骤S60中，从第二电路部分30旁通的DC电流可以从当充电部分40被短路时起在充电部分40中被充电，直到第一电路部分20的开路被充分完成为止。

在充电部分40将充电的电流放电到限制部分50的步骤S70中，充电的电流可以在充电部分40的充电完成之后被放电到限制部分50。

关于限制部分50限制放电的电流的步骤S80，在充电部分40将充电的电流放电到限制部分50的步骤S70中放电的电流可以被限制部分50限制。

在限制部分50限制放电的电流的步骤S80中，从电容器41放电的电流被限制，以使得DC断路器100最终可以限制将被阻断的DC电流。

本说明书中公开的DC断路器及其断路方法可以被应用于所有种类的保护装置和包括在这些保护装置中的限流电路，诸如常规的断路器、开关、继电器、电涌吸收器、电子接触器、以及可以应用本发明的技术原理的断路器等。

本说明书中公开的DC断路器及其断路方法具有如下效果，即，改进断路操作时的高速开关操作，促进高速开关的应用，以稳定的、高效的方式执行DC电流的阻断。

根据本说明书中公开的DC断路器及其断路方法，对于相同的故障电流，可以通过如下操作来实现比使用超导体的驱动方法更高速的性能，即，通过关断主电路中的功率导体来将整个故障电流递送到驱动电路，而不是在当使用常规的超导体时，高速开关的根据故障电流产生的驱动力被除以当主电路的超导体被猝熄时产生的电阻差的情况下。

根据本说明书中公开的DC断路器及其断路方法，插入接触点也可以被添加到与高速开关的断路接触点链接的并联电容器电路中，从而防止电容器在正常状态期间被不合需要地充电。

上述本发明的优选实施例被公开来解决技术问题，并且本领域的普通技术人员可以容易地应用在本发明的原理和范围内的各种修改、变化和添加，并且这些修改、变化等要被解释为在所附权利要求的范围内。

例如，尽管描述了用于防止过电压施加于第二开关元件31上的阻抗元件33包括在第二电路部分30中的构造，但是本发明不限于该构造。本发明的其他实施例可以在第一电路部分20中的第一开关元件21和第一接触部分22之间包括用于防止过电压施加于第一开关元件21上的阻抗元件。

阻抗元件可以是电阻器。阻抗元件可以是具有恒定电阻值的阻抗元件。阻抗元件可以是其电阻值变化的可变电阻器。

Claims

1.一种直流(DC)断路器，包括：

第一电路部分，所述第一电路部分传导或阻断DC电流；

测量部分，所述测量部分测量被传导到第一电路部分的DC电流；以及

第二电路部分，所述第二电路部分传导或阻断从第一电路部分旁通的DC电流，并且根据测量部分的测量结果来控制第一电路部分的断开/闭合操作，

其中，在第一电路部分和第二电路部分中，包括在第一电路部分和第二电路部分中的每个中的开关元件的特征在于按并联结构布置。

2.根据权利要求1所述的DC断路器，其特征在于，所述测量部分10包括：

变流器，所述变流器被布置在比第一电路部分早的级处以测量DC电流；以及

确定部分，所述确定部分基于变流器的测量结果来确定故障是否发生。

3.根据权利要求1所述的DC断路器，其特征在于，包括在第一电路部分和第二电路部分中的每个中的开关元件是根据测量部分的测量结果而被导通/关断的功率半导体元件。

4.根据权利要求1所述的DC断路器，其特征在于，所述第一电路部分包括：

第一开关元件，所述第一开关元件传导和阻断DC电流；以及

第一接触部分，所述第一接触部分断开和闭合第一电路部分，

并且第一开关元件和第一接触部分彼此串联连接。

5.根据权利要求1所述的DC断路器，其特征在于，所述第二电路部分包括：

第二开关元件，所述第二开关元件传导和阻断从第一电路部分旁通的DC电流；以及

驱动线圈，所述驱动线圈允许包括在第一电路部分中的第一接触部分在驱动线圈传导电流时被开路，

并且第二开关元件和驱动线圈彼此串联连接。

6.根据权利要求5所述的DC断路器，其特征在于，所述第二电路部分还包括：

阻抗元件，所述阻抗元件防止过电压施加于第二开关元件上，

其中，阻抗元件在正常状态期间使第二电路部分的阻抗保持高于第一电路部分的阻抗。

7.根据权利要求1所述的DC断路器，还包括：

充电部分，所述充电部分被从第一电路部分和第二电路部分旁通的DC电流充电；以及

限制部分，所述限制部分限制在充电部分的充电完成之后从充电部分放电的电流，

其中，充电部分和限制部分彼此并联连接。

8.根据权利要求7所述的DC断路器，其特征在于，所述充电部分与第一电路部分并联连接，并且包括：

电容器，所述电容器被从第一电路部分和第二电路部分旁通的DC电流充电；以及

第二接触部分，所述第二接触部分断开和闭合充电部分，

并且，电容器和第二接触部分彼此串联连接。

9.根据权利要求1所述的DC断路器，还包括：

避雷器，所述避雷器分别被布置在DC电流被输入到的输入端子和DC电流从其输出的输出端子处，

并且，避雷器的特征在于，它们在DC断路器的断路操作之后消灭剩余电能。

10.一种由DC断路器执行的断路方法，其特征在于，包括：

测量部分测量被传导通过第一电路部分的DC电流的步骤；

第一电路部分根据测量结果来阻断DC电流的步骤；

从第一电路部分旁通的DC电流被传导到第二电路部分的步骤；

第二电路部分控制第一电路部分被开路、充电部分被闭路的步骤；

第二电路部分阻断被旁通的DC电流的步骤；

充电部分被从第二电路部分旁通的DC电流充电的步骤；

充电部分将充电的电流放电到限制部分的步骤；以及

限制部分限制放电的电流的步骤。