CN221352670U - 直流断路器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种直流断路器，其中，该方法包括：直流断路器包括：第一主开关、第二主开关、第一副开关、第二副开关、控制模块以及电弧抵消模块，第一主开关与第一副开关之间和第二主开关与第二副开关之间相互耦合，第一主开关的与第二主开关在主回路中串联，第一副开关、控制模块和第二副开关串联至电弧抵消模块的第三端，电弧抵消模块的第一端与第一主开关的另一端连接，第二端与第二主开关的另一端连接，第一副开关为常断开关，第二副开关为常通开关。本申请利用电弧抵消模块在直流断路器合、分闸时短时接入并实现导通和分断电流，减小开关断开时电弧延时，实现无电弧闭合，同时加快直流断路器的关断速度，延长直流断路器寿命。

Description

直流断路器

技术领域

本申请涉及断路器技术领域，具体而言，涉及一种直流断路器。

背景技术

直流断路器在直流系统中可以实现在规定时间内导通、承载和分断正常回路电流的功能。与交流系统不同的是，直流系统不存在自然过零点，且直流线路电感小，故障电流上升速度快，因此关断直流故障的困难较大。因此，如何利用直流断路器关断直流故障成为亟待解决的问题。

传统的直流断路器为机械式直流断路器。机械式直流断路器关断直流故障。机械式直流断路器通常采用拉长电弧、添加灭弧栅片、磁吹灭弧及改变灭弧介质等手段来消除故障电弧，这种方法通态损耗低、成本低。但是，采用机械式直流断路器分断速度较慢，不利于故障电流的快速清除，且电弧对触头的侵蚀影响断路器使用寿命，需经常性更换，降低了系统可靠性。

另外，随着电力电子器件的不断发展使得电力电子器件更加广泛的运用到传统断路器中，相应出现了采用电力电子器件作开断元件的固态直流断路器。固态直流断路器与机械式直流断路器相比，具有无电弧现象且关断速度快的优点，但是在固态直流断路器正常工作中，由于电子开关器件导通内阻较大且持续承载电流，损耗较大，发热严重。

实用新型内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种直流断路器，以解决现有技术中直流断路器分断速度慢、寿命短、损耗大，发热严重的问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种直流断路器，所述直流断路器包括：第一主开关、第二主开关、第一副开关、第二副开关、控制模块以及电弧抵消模块；

所述第一主开关与所述第一副开关之间相互耦合，所述第二主开关与所述第二副开关之间相互耦合；

所述第一主开关的一端连接至所述直流断路器的输入端，所述第一主开关的另一端分别与所述第二主开关的一端以及所述电弧抵消模块的第一端连接；

所述第二主开关的另一端连接至所述直流断路器的输出端；

所述第一副开关的一端连接至所述直流断路器的输入端，所述第一副开关的另一端与所述控制模块的一端连接；

所述第二副开关的一端与所述控制模块的另一端连接；所述第二副开关的另一端与所述电弧抵消模块的第三端连接，所述电弧抵消模块的第二端与所述第二主开关的另一端连接；

所述第一副开关为常断开关，所述第二副开关为常通开关。

可选的，所述直流断路器还包括：过电压限制模块；

所述过电压限制模块的一端与所述第一主开关的另一端连接，所述过电压限制模块的另一端与所述第二主开关的另一端连接。

可选的，当所述第一主开关的触头位于第一预设位置时，所述第一主开关断开且第一副开关断开；

当所述第一主开关的触头位于第二预设位置时，所述第一主开关断开且所述第一副开关导通；

当所述第一主开关的触头位于第三预设位置时，所述第一主开关导通且所述第一副开关导通；

其中，所述第二预设位置与所述第一主开关的触头初始位置的距离大于所述第一预设位置与所述第一主开关的触头初始位置的距离，且，所述第三预设位置与所述第一主开关的触头初始位置的距离大于所述第二预设位置与所述第一主开关的触头初始位置的距离。

可选的，当所述第二主开关的触头位于第四预设位置时，所述第二主开关断开且第二副开关导通；

当所述第二主开关的触头位于第五预设位置时，所述第二主开关断开且所述第二副开关断开；

当所述第二主开关的触头位于第六预设位置时，所述第二主开关导通且所述第二副开关断开；

其中，所述第五预设位置与所述第二主开关的触头初始位置的距离大于所述第四预设位置与所述第二主开关的触头初始位置的距离，且，所述第六预设位置与所述第二主开关的触头初始位置的距离大于所述第五预设位置与所述第二主开关的触头初始位置的距离。

可选的，所述电弧抵消模块包括至少一个结型场效应管；

各所述结型场效应管的第一端分别与所述第一主开关的另一端连接；

各所述结型场效应管的第二端分别与所述第二主开关的另一端连接；

各所述结型场效应管的第三端分别与所述第二副开关的另一端连接。

可选的，所述过电压限制模块包括：电阻、电容和避雷器模块；

所述电阻的一端分别与所述第一主开关的另一端、所述第二主开关的一端和所述电弧抵消模块的第一端连接，所述电阻的另一端与所述电容的一端连接，所述电容的另一端分别与所述第二主开关的另一端和所述电弧抵消模块的第二端连接；

所述避雷器模块的一端与所述电阻的一端连接，所述避雷器模块的另一端与所述电容的另一端连接。

可选的，所述避雷器模块包括：至少一个压敏电阻；

各所述压敏电阻的一端分别与所述电阻的一端连接，各所述压敏电阻的另一端分别与所述电容的另一端连接。

可选的，所述避雷器模块包括：至少一个瞬态电压抑制器。

各所述瞬态电压抑制器的一端分别与所述电阻的一端连接，各所述瞬态电压抑制器的另一端分别与所述电容的另一端连接。

可选的，所述控制模块包括：取电单元以及驱动单元；

所述取电单元用于向所述驱动单元供电；

所述驱动单元用于在所述第一副开关以及所述第二副开关导通时向所述电弧抵消模块输入驱动信号。

第二方面，本申请提供了一种直流系统，所述直流系统包括上述第一方面所述的直流断路器。

本申请的有益效果是：直流断路器包括：第一主开关、第二主开关、第一副开关、第二副开关、控制模块以及电弧抵消模块，第一主开关与第一副开关之间相互耦合，第二主开关与第二副开关之间相互耦合，因此在第一主开关和第二主开关的开关触头移动时会触发第一副开关和第二副开关的导通和断开。第一主开关的一端连接至直流断路器的输入端，第一主开关的另一端分别与第二主开关的一端以及电弧抵消模块的第一端连接。第二主开关的另一端连接至直流断路器的输出端。第一副开关的一端连接至直流断路器的输入端，第一副开关的另一端与控制模块的一端连接。第二副开关的一端与控制模块的另一端连接。第二副开关的另一端与电弧抵消模块的第三端连接，电弧抵消模块的第二端与第二主开关的另一端连接。利用电弧抵消模块在直流断路器合闸和分闸过程中短时接入并实现导通和分断电流，减小开关断开时电弧产生的延时，在实现无电弧闭合的同时加快直流断路器的关断速度，降低故障电流峰值，减小电弧对触头的侵蚀，避免过度发热，延长直流断路器寿命，提高直流系统可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种直流断路器的应用场景的示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种直流断路器的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种包括过电压限制模块的直流断路器的结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种第一主开关和第一副开关的结构示意图；

图5示出了本申请实施例提供的一种第二主开关和第二副开关的结构示意图；

图6示出了本申请实施例提供的一种电弧抵消模块的结构示意图；

图7示出了本申请实施例提供的一种过电压限制模块的结构示意图；

图8示出了本申请实施例提供的第一种避雷器模块的结构示意图；

图9示出了本申请实施例提供的第二种避雷器模块的结构示意图；

图10示出了本申请实施例提供的一种控制模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。

传统的机械式直流断路器主要采用拉长电弧、添加灭弧栅片、磁吹灭弧和改变灭弧介质等方法来消除故障电弧。这种方法通态损耗低、成本低，但是该断路器分断速度较慢，不利于故障电流的快速清除，且电弧对触头的侵蚀影响断路器使用寿命，需经常性更换，降低了系统可靠性。

随着电力电子器件的发展，出现了采用电力电子器件作开断元件的固态直流断路器，与传统机械式断路器相比，固态断路器具有无电弧现象且关断速度快的特点。但是在正常工作中，由于电子开关器件导通时，内阻较大且持续承载电流，损耗较大，发热严重。且为了实现更大的电流系统对电子开关器件要求较高，导致固态断路器价格高昂。

基于上述问题，本申请提出一种直流断路器，该直流断路器包括第一主开关、第二主开关、第一副开关、第二副开关、控制模块以及电弧抵消模块。在直流断路器合闸和分闸过程中，通过第一主开关和第一副开关的耦合，以及第二主开关和第二副开关的耦合，从而使电弧抵消模块导通电流，实现无电弧或者微电弧分断。且电弧抵消模块导通电阻小，因此发热量小。

本申请提出的直流断路器可以用于控制直流系统实现在规定时间内导通、承载和分断。图1是直流断路器的应用场景，直流断路器的输入端和输出端分别连接直流系统的两端。

以下，参照图2对直流断路器10的具体结构进行介绍：

可选的，直流断路器10包括：第一主开关S1、第二主开关S2、第一副开关S11、第二副开关S21、控制模块101以及电弧抵消模块102。

可选的，第一主开关S1可以是隔离触头，第二主开关S2可以是高速机械开关。第一副开关S11和第二副开关S21可以是耦合开关或者行程开关。

可选的，电弧抵消模块102可以由相互并联的结型场效应管组成。

可选的，第一主开关S1与第一副开关S11之间相互耦合，第二主开关S2与第二副开关S21之间相互耦合。

可选的，第一主开关S1和第二主开关S2串联与主回路中。其中，主回路可以是连接于直流系统上的主要回路。

可选的，在第一主开关S1合闸和分闸过程中，第一主开关S1与第一副开关S11可以通过机械连接实现相互耦合，也可以是磁耦合方式，从而第一副开关S11可以在第一主开关S1的触头到达第一主开关S1的预设位置时导通或者断开。

可选的，在第二主开关S2合闸和分闸过程中，第二主开关S2与第二副开关S21可以通过机械连接实现相互耦合，也可以是磁耦合方式，从而第二副开关S21可以在第二主开关S2的触头到达第二主开关S2的预设位置时断开或者导通。

值得说明的是，第一主开关和第一副开关的耦合方式，和第二主开关和第二副开关的耦合方式并不做限定。

可选的，由于电弧抵消模块102无法做到完全隔离，可能存在漏电流，因此，在直流系统主回路断开状态时，需要第一主开关S1和第二主开关S2同时断开，从而起到安全隔离功能。

可选的，第一主开关S1的一端连接至直流断路器的输入端，第一主开关S1的另一端分别与第二主开关S2的一端以及电弧抵消模块102的第一端连接。

可选的，第二主开关S2的另一端连接至直流断路器10的输出端。

可选的，第一副开关S11的一端连接至直流断路器10的输入端，第一副开关S11的另一端与控制模块101的一端连接。

可选的，第二副开关S21的一端与控制模块101的另一端连接。第二副开关S21的另一端与电弧抵消模块102的第三端连接，电弧抵消模块102的第二端与第二主开关S2的另一端连接。

可选的，第一主开关S1和第二主开关S2可以根据控制系统发出的控制信号进行合闸和分闸。值得注意的是，控制系统位于直流系统中，可以监测直流系统的状态，若控制系统检测到直流系统中主回路的电流超过预设短路阈值时，则确定直流系统发生短路故障，此时控制系统可以控制直流断路器10中的第一主开关S1和第二主开关S2进行分闸。

可选的，第一副开关S11为常断开关，第二副开关S21为常通开关。

可选的，以下分别对直流断路器10合闸、分闸和故障状态的过程进行介绍。

在直流断路器10合闸的过程中，首先第一主开关S1进行合闸。具体的，在第一主开关S1合闸过程中，第一主开关S1的开关触头从初始位置向靠近闭合位置的方向移动，在向靠近闭合位置的方向移动的过程中首先触发第一副开关S11闭合，从而使控制模块101上电。控制模块101驱动电弧抵消模块102断开，第一主开关S1的开关触头继续向靠近闭合位置的方向移动，经过一定机械延时后，第一主开关S1开始接通，直至第一主开关S1的开关触头完全移动到闭合位置时，第一主开关S1完全导通。

然后第二主开关S2合闸，在合闸过程中开关触头从初始位置向靠近闭合位置的方向移动，在向靠近闭合位置的方向移动的过程中首先触发第二副开关S21断开，此时电弧抵消模块102导通，开关触头继续向靠近闭合位置的方向移动，经过一定机械延时后，第二主开关S2开始接通，开关触头继续向靠近闭合位置的方向移动直至到达闭合位置，此时第二主开关S2导通，直流断路器10合闸过程完成。

在上述直流断路器10合闸的过程中，当第二主开关S2在开始接通前，电弧抵消模块102导通，因此第二主开关S2两端电压极低，从而第二主开关S2在合闸过程中不会产生电弧。当第二主开关S2完全导通后，由于第二主开关S2导通电阻极低，直流系统中大部分电流由电弧抵消模块102切换至第二主开关S2，因此经由电弧抵消模块102的电流非常小，从而电弧抵消模块102不会长时间承载电流，从而电弧抵消模块温度低，使用寿命长。

在直流断路器10进行分闸的过程中，第二主开关S2先进行分闸。具体的，第二主开关S2的开关触头从闭合位置向远离闭合位置的方向移动，在向远离闭合位置的方向移动的过程中第二主开关S2开始断开。开关触头继续向远离闭合位置的方向移动，经过一定机械延时后，第二副开关S21导通，此时电弧抵消模块102断开。开关触头继续向远离闭合位置的方向移动直至初始位置，此时第二主开关S2断开，完成第二主开关S2的分闸。

在第二主开关S2分闸过程中，在第二副开关S21导通之前，在开关触头向远离闭合位置的方向移动直至第二主开关S2断开的过程中，第二主开关S2处电阻逐渐增大，原本流经第二主开关S2的电流转移到电弧抵消模块102处，由于此时电弧抵消模块102处于导通状态，因此第二主开关S2两端的电压低，不会产生电弧。

在直流断路器10分闸过程中，第二主开关S2分闸完成后，进行第一主开关S1分闸。具体的，第一主开关S1的开关触头从闭合位置向远离闭合位置的方向移动，在向远离闭合位置的方向移动的过程中第一主开关S1开始断开，第一主开关S1的开关触头继续向远离闭合位置的方向移动，第一主开关S1完全断开，第一主开关S1的开关触头继续向远离闭合位置的方向移动，经过一定机械延时后，第一副开关S11断开，此时电弧抵消模块102导通，第一主开关S1的开关触头继续向远离闭合位置的方向移动到起始位置，第一主开关S1的分闸完成。

当控制系统检测到直流系统发生短路故障时，控制直流断路器10进行分闸。

具体的，首先第二主开关S2分闸。第二主开关S2的开关触头从闭合位置向远离闭合位置的方向移动，在向远离闭合位置的方向移动的过程中第二主开关S2开始断开，此时电弧抵消模块102处于导通状态。

此时，第二主开关S2处的导通阻抗增大，开关触头间产生电弧，因此原本流经第二主开关S2的电流转移到电弧抵消模块102所在支路上，由于电弧抵消模块102处于导通状态，第二主开关S2两端的电压低，因此，即使电流持续上升，第二主开关S2的电弧也会随着第二主开关S2的开关触头远离闭合位置而熄灭。

第二主开关S2的开关触头继续向远离闭合位置的方向移动，经过机械延时后第二副开关S21闭合，电弧抵消模块102断开。

为保证直流系统安全，需要直流断路器10完全关断，因此需要关断第一主开关S1。具体的，第一主开关S1的开关触头从闭合位置向远离闭合位置的方向移动，在开关触头向远离闭合位置的方向移动的过程中第一主开关S1开始断开，开关触头继续向远离闭合位置的方向移动，经过一段时间的机械延时后，第一主开关S1完全断开，开关触头继续向远离闭合位置的方向移动，再经过一段时间的机械延时后，第一副开关S11断开，电弧抵消模块102导通。开关触头继续向远离闭合位置的方向移动直至移动到起始位置，此时第一主开关S1分闸完成。此时直流断路器10完全分闸，保证直流系统安全。

本实施例中，直流断路器包括：第一主开关、第二主开关、第一副开关、第二副开关、控制模块以及电弧抵消模块，第一主开关与第一副开关之间相互耦合，第一主开关与第二副开关之间相互耦合，因此在第一主开关和第二主开关的开关触头移动时会触发第一副开关和第二副开关的导通和断开。第一主开关的一端连接至直流断路器的输入端，第一主开关的另一端分别与第二主开关的一端以及电弧抵消模块的第一端连接。第二主开关的另一端连接至直流断路器的输出端。第一副开关的一端连接至直流断路器的输入端，第一副开关的另一端与控制模块的一端连接。第二副开关的一端与控制模块的另一端连接。第二副开关的另一端与电弧抵消模块的第三端连接，电弧抵消模块的第二端与第二主开关的另一端连接。本实施例利用电弧抵消模块在直流断路器合闸和分闸过程中短时接入并实现导通和分断电流，减小开关断开时电弧产生的延时，在实现无电弧闭合的同时加快直流断路器的关断速度，降低故障电流峰值，减小电弧对触头的侵蚀，避免过度发热，延长直流断路器寿命，提高直流系统可靠性。

接下来，参照图3对直流断路器10中还包括的过电压限制模块103的结构进行介绍。

可选的，过电压限制模块103的一端与第一主开关S1的另一端连接，过电压限制模块103的另一端与第二主开关S2的另一端连接。

可选的，过电压限制模块103用于保护电弧抵消模块102，避免电弧抵消模块102过压损坏。具体的，在直流断路器10分闸过程中，在第二主开关S2开始断开，开关触头电阻增大，电流转移到电弧抵消模块102，经过一定机械延时后，第二副开关S21导通，电弧抵消模块102断开，此时电流转移到过电压限制模块103所在支路，由过电压限制模块103完成关断能量耗散。

可选的，当电压超过过电压限制模块103的电压阈值后，过电压限制模块103进行能量耗散，直至过电压限制模块103两边电压低于电压阈值，从而保护电弧抵消模块102。其中，电压阈值可以由过电压限制模块103的特性决定。

本实施例中，通过过电压限制模块保护电弧抵消模块，从而延长直流断路器寿命。

接下来，参照图4对直流断路器10中的第一主开关S1和第一副开关S11的结构进行介绍。

可选的，当第一主开关S1的触头位于第一预设位置时，第一主开关S1断开且第一副开关S11断开。

可选的，当第一主开关S1的触头位于第二预设位置时，第一主开关S1断开且第一副开关S11导通。

可选的，当第一主开关S1的触头位于第三预设位置时，第一主开关S1导通且第一副开关S11导通。

可选的，第二预设位置与第一主开关S1的触头初始位置的距离大于第一预设位置与第一主开关S1的触头初始位置的距离，且，第三预设位置与第一主开关S1的触头初始位置的距离大于第二预设位置与第一主开关S1的触头初始位置的距离。

可选的，第一主开关S1中，当动触头移动到静触头处，则当前开关状态为闭合状态，触头位置为闭合位置，当前开关处于完全导通状态。当动触头远离静触头，则当前开关并不处于闭合状态，当动触头位于起始位置时，当前开关为完全断开状态。

可选的，在第一主开关S1合闸过程中，第一主开关S1的开关触头向靠近闭合位置的方向移动到第二预设位置时，第一副开关S11导通，第一主开关S1的开关触头继续向靠近闭合位置的方向移动到第三预设位置时，第一主开关S1开始导通，开关触头向靠近闭合位置的方向移动到闭合位置时，第一主开关S1完全导通。

可选的，在第一主开关S1分闸过程中，第一主开关S1的开关触头向远离闭合位置的方向移动到第二预设位置时，第二主开关S2开始断开，开关触头继续向远离闭合位置的方向移动，到达第一预设位置时第一副开关S11断开，开关触头继续向远离闭合位置的方向移动到起始位置时，第一主开关S1完全断开，实现分闸。

本实施例中，通过第一主开关的触头移动对应位置触发第一副开关导通或者断开，从而控制电弧抵消模块的通断，进而在直流断路器合闸过程中导通电流实现无电弧闭合，延长直流断路器寿命。

接下来，参照图5对直流断路器10中的第二主开关S2与第二副开关S21的结构进行介绍。

可选的，当第二主开关S2的触头位于第四预设位置时，第二主开关S2断开且第二副开关S21导通。

可选的，当第二主开关S2的触头位于第五预设位置时，第二主开关S2断开且第二副开关S21断开。

可选的，当第二主开关S2的触头位于第六预设位置时，第二主开关S2导通且第二副开关S21断开。

可选的，第五预设位置与第二主开关S2的触头初始位置的距离大于第四预设位置与第二主开关S2的触头初始位置的距离，且，第六预设位置与第二主开关S2的触头初始位置的距离大于第五预设位置与第二主开关S2的触头初始位置的距离。

可选的，第二主开关S2中，当动触头移动到静触头处，则当前开关状态为闭合状态，触头位置为闭合位置，当前开关处于完全导通状态。当动触头远离静触头，则当前开关并不处于闭合状态，当动触头位于起始位置时，当前开关为完全断开状态。

可选的，在第二主开关S2合闸过程中，第二主开关S2的开关触头向靠近闭合位置的方向移动到第五预设位置时，第二副开关S21断开，第二主开关S2的开关触头继续向靠近闭合位置的方向移动到第六预设位置时，第二主开关S2开始导通，开关触头向靠近闭合位置的方向移动到闭合位置时，第二主开关S2完全导通。

可选的，在第二主开关S2分闸过程中，第二主开关S2的开关触头向远离闭合位置的方向移动到第五预设位置时，第二主开关S2开始断开，开关触头继续向远离闭合位置的方向移动，到达第四预设位置时第一副开关S11导通，开关触头继续向远离闭合位置的方向移动到起始位置时，第一主开关S1完全断开，实现分闸。

值得说明的是，第二主开关S2中，闭合位置到第四预设位置的距离大于开口距离阈值，从而保证在分闸过程中，第二主开关S2的触头间的介质绝缘恢复到足够耐受系统过电压，确保电弧抵消模块102断开时，第二主开关S2两端的电压增大也不足以使动静触头两端重新燃弧。其中，开口距离阈值可以是用户根据开关触头的材质与开关所处气体介质预先设置的。

本实施例中，通过第二主开关的触头移动对应位置触发第二副开关导通或者断开，从而控制电弧抵消模块的通断，进而在直流断路器合闸过程中导通电流实现无电弧闭合，延长直流断路器寿命。

接下来，参照图6对电弧抵消模块102的结构进行介绍。

可选的，电弧抵消模块102包括至少一个结型场效应管。

可选的，各结型场效应管的第一端分别与第一主开关S1的另一端连接。

可选的，各结型场效应管的第二端分别与第二主开关S2的另一端连接。

可选的，各结型场效应管的第三端分别与第二副开关S21的另一端连接。

可选的，结型场效应管(Junction Field-Effect Transistor，JFET)具有高阻抗、尺寸小、寿命长及效率高的特点。

可选的，当第一副开关S11和第二副开关S21导通时，控制模块101上电。由控制模块101驱动JFET实现通断，从而抵消电弧。

可选的，电弧抵消模块102中包含的JFET越多，则电弧抵消的效率越高，效果越好，但是直流断路器10尺寸增大，成本增加。

可选的，由于第一主开关S1和第二主开关S2导通时，其电阻远小于JFET的电阻，因此，直流系统主回路导通时JFET不会过度发热，从而延长使用寿命。

本实施例中，电弧抵消模块包括至少一个结型场效应管，从而保证无电弧的同时，提高直流断路器关断效率。

接下来，参照图7对过电压限制模块103的具体结构进行介绍。

可选的，过电压限制模块103包括：电阻R、电容C和避雷器模块1031。

可选的，电阻R的一端分别与第一主开关S1的另一端、第二主开关S2的一端和电弧抵消模块102的第一端连接，电阻R的另一端与电容C的一端连接，电容C的另一端分别与第二主开关S2的另一端和电弧抵消模块102的第二端连接。

可选的，避雷器模块1031的一端与电阻R的一端连接，避雷器模块1031的另一端与电容C的另一端连接。

可选的，当直流系统发生短路时，第二主开关S2开始分闸，开关触头从闭合位置向远离闭合位置的方向移动过程中，第二主开关S2开始断开，此时电流转移到电弧抵消模块102所在支路上，在机械延时过程中，电弧抑制模块承受短时短路电流，且短路电流持续上升，开关触头继续向远离闭合位置的方向移动，第二副开关S21导通，电弧抵消模块102关断。此时电流转移到过电压限制模块103中，过电压限制模块103消散主回路的剩余能量。具体的，电流通过串联连接的电阻R和电容C，使电阻R和电容C所处支路两端电压快速升高，直至大于或等于系统电压达到最高值。当支路两端电压大于避雷器模块1031的电压阈值时，避雷器模块1031迅速由高阻状态变为低阻状态，泄放主回路关断时的剩余电能，并将其转化为热能，同时把过电压钳制在安全范围内。当主回路的剩余能量被避雷器模块1031耗散完成时，避雷器模块1031恢复为高阻状态，过电压限制模块103所在支路断开，从而实现主回路的能量消散，从而在直流系统发生短路故障时，保护直流系统安全。

可选的，电阻R和电容C串联并与电弧抵消模块102并联，可以限制电弧抵消模块102所在支路两端电压的快速升高。

可选的，电阻R和电容C串联并与避雷器模块1031并联，可以与避雷器进行钳位，避免电弧抵消模块102过压损坏。

本实施例中，通过过电压限制模块包括的电阻、电容和避雷器模块，可以限制电弧抵消模块所在支路两端电压的快速升高，并避免电弧抵消模块过压损坏。

作为一种可选的实施方式，参照图8对避雷器模块1031的结构进行介绍。

可选的，避雷器模块1031包括：至少一个压敏电阻。

可选的，各压敏电阻的一端分别与电阻R的一端连接，各压敏电阻的另一端分别与电容C的另一端连接。

可选的，压敏电阻可以是金属氧化物压敏电阻。

可选的，压敏电阻(Metal Oxide Varistors,MOV)的电阻可以根据施加在其上的电压而变化，从而实现过电压保护。

本实施例中，通过压敏电阻实现电弧抵消模块的过电压保护。

作为另一种可选的实施方式，参照图9对避雷器模块1031的另一种结构进行介绍。

可选的，避雷器模块1031包括：至少一个瞬态电压抑制器。

可选的，各瞬态电压抑制器的一端分别与电阻R的一端连接，各瞬态电压抑制器的另一端分别与电容C的另一端连接。

可选的，瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor，TVS)可以耗散主电路中高于电压阈值的能量，从而实现过电压保护。

本实施例中，通过瞬态电压抑制器实现电弧抵消模块的过电压保护。

接下来，参照图10对控制模块101的结构进行介绍。

可选的，控制模块101包括：取电单元1011以及驱动单元1012。

可选的，取电单元1011用于向驱动单元1012供电。

可选的，驱动单元1012用于在第一副开关S11以及第二副开关S21导通时向电弧抵消模块102输入驱动信号。

可选的，当第一副开关S11和第二副开关S21导通时，控制模块101中的驱动单元1012向电弧抵消模块102发送驱动信号，使其关断，当第一副开关S11或者第二副开关S21中任一开关断开时，控制模块101中的取电单元1011无法向驱动单元1012供电，驱动单元1012停止向电弧抵消模块102发送驱动信号，电弧抵消模块102导通。

本实施例中，通过控制模块中的驱动单元向电弧抵消模块发送驱动信号从而控制其导通和关断。

本申请实施例还提供了一种直流系统，该直流系统包括上述直流断路器。

以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流断路器，其特征在于，所述直流断路器包括：第一主开关、第二主开关、第一副开关、第二副开关、控制模块以及电弧抵消模块；

所述第一主开关与所述第一副开关之间相互耦合，所述第二主开关与所述第二副开关之间相互耦合；

所述第一主开关的一端连接至所述直流断路器的输入端，所述第一主开关的另一端分别与所述第二主开关的一端以及所述电弧抵消模块的第一端连接；

所述第二主开关的另一端连接至所述直流断路器的输出端；

所述第一副开关的一端连接至所述直流断路器的输入端，所述第一副开关的另一端与所述控制模块的一端连接；

所述第二副开关的一端与所述控制模块的另一端连接；所述第二副开关的另一端与所述电弧抵消模块的第三端连接，所述电弧抵消模块的第二端与所述第二主开关的另一端连接；

所述第一副开关为常断开关，所述第二副开关为常通开关。

2.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述直流断路器还包括：过电压限制模块；

所述过电压限制模块的一端与所述第一主开关的另一端连接，所述过电压限制模块的另一端与所述第二主开关的另一端连接。

3.根据权利要求1或2所述的直流断路器，其特征在于，当所述第一主开关的触头位于第一预设位置时，所述第一主开关断开且第一副开关断开；

当所述第一主开关的触头位于第二预设位置时，所述第一主开关断开且所述第一副开关导通；

当所述第一主开关的触头位于第三预设位置时，所述第一主开关导通且所述第一副开关导通；

其中，所述第二预设位置与所述第一主开关的触头初始位置的距离大于所述第一预设位置与所述第一主开关的触头初始位置的距离，且，所述第三预设位置与所述第一主开关的触头初始位置的距离大于所述第二预设位置与所述第一主开关的触头初始位置的距离。

4.根据权利要求1或2所述的直流断路器，其特征在于，当所述第二主开关的触头位于第四预设位置时，所述第二主开关断开且第二副开关导通；

当所述第二主开关的触头位于第五预设位置时，所述第二主开关断开且所述第二副开关断开；

当所述第二主开关的触头位于第六预设位置时，所述第二主开关导通且所述第二副开关断开；

其中，所述第五预设位置与所述第二主开关的触头初始位置的距离大于所述第四预设位置与所述第二主开关的触头初始位置的距离，且，所述第六预设位置与所述第二主开关的触头初始位置的距离大于所述第五预设位置与所述第二主开关的触头初始位置的距离。

5.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述电弧抵消模块包括至少一个结型场效应管；

各所述结型场效应管的第一端分别与所述第一主开关的另一端连接；

各所述结型场效应管的第二端分别与所述第二主开关的另一端连接；

各所述结型场效应管的第三端分别与所述第二副开关的另一端连接。

6.根据权利要求2所述的直流断路器，其特征在于，所述过电压限制模块包括：电阻、电容和避雷器模块；

所述电阻的一端分别与所述第一主开关的另一端、所述第二主开关的一端和所述电弧抵消模块的第一端连接，所述电阻的另一端与所述电容的一端连接，所述电容的另一端分别与所述第二主开关的另一端和所述电弧抵消模块的第二端连接；

所述避雷器模块的一端与所述电阻的一端连接，所述避雷器模块的另一端与所述电容的另一端连接。

7.根据权利要求6所述的直流断路器，其特征在于，所述避雷器模块包括：至少一个压敏电阻；

各所述压敏电阻的一端分别与所述电阻的一端连接，各所述压敏电阻的另一端分别与所述电容的另一端连接。

8.根据权利要求6所述的直流断路器，其特征在于，所述避雷器模块包括：至少一个瞬态电压抑制器；

各所述瞬态电压抑制器的一端分别与所述电阻的一端连接，各所述瞬态电压抑制器的另一端分别与所述电容的另一端连接。

9.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述控制模块包括：取电单元以及驱动单元；

所述取电单元用于向所述驱动单元供电；

所述驱动单元用于在所述第一副开关以及所述第二副开关导通时向所述电弧抵消模块输入驱动信号。

10.一种直流系统，其特征在于，所述直流系统包括权利要求1-9中任一项所述直流断路器。