中断电流的装置、系统和方法制造方法及图纸

一种用于中断电流的装置(10)包括第一和第二端子(11、12)。第一(15)、第二(16)以及第三(17)并联电路支路被安排在各端子之间以将两个电力网络(100、200)进行电连接。第一并联电路支路(15)包括机械主电路断路器(1)，第二并联电路支路(16)包括能量吸收设备(2)，而第三并联电路支路(17)包括串联安排的谐振电路(3)和电压控制装置(4)。电压控制装置(4)是可控制以将能量注入谐振电路以强制交流电(Io)的快速增加，其中当机械主电路断路器(1)被控制来打开以中断主电流(I)时，交流电在包含第一和第三并联电路支路的环路中流动。因此，当交流电幅度超过主电流幅度时，通过机械主电路断路器(1)的电流的过零被实现。还提供了用于中断电流的系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及在电力系统中中断电流，并且具体而言涉及使用添加的辅助振荡电流来中断主电流的断路器。本专利技术还涉及一种中断电流的系统和方法。
技术介绍
通常断路器或其它电流中断装置的使用在电力系统中(诸如在电力分配或传输系统中)被充分建立，特别是作为尤其是在故障(例如短路故障或过流条件等)情况下保护、隔离和/或控制在电力系统中的不同组件的工作的装置。断路器也被用于在对电力系统的特定组件或部分修理和/或维护期间隔离电力系统的各部件。而且，断路器被频繁地用于将各种负载，像电机或其它工业负载，连接到网络。取决于电力系统的电流或电压水平，不同类型的断路器已经被用作断流器。最常见的机械断路器被使用，藉此用于分隔触点的致动器可以使用电机、弹簧、气压布置或某些其它装置。替代的断流器可以使用半导体设备。大多数应用要求(尤其出于安全原因)断流器在断路器的两侧之间实现物理分隔，并且因此即使使用固态断流器也需要机械开关。机械开关也可以与固态断流器并联使用，以便消除半导体设备中的损耗，当在高电压应用中使用时这种损耗可能是明显的，所述高电压应用要求串联许多设备以便实现所需的耐压能力。当通过触点分隔中断在电路中流动的电流时，电弧通常在触点之间生成。在高电压时，在电弧中流动的电流被自然地或通过人造装置强制变成过零(zerocross-over)从而熄灭是必要的。在ac电力系统中，每半个系统频率的周期电流零点就自然出现一次，并且因此，ac断路器的简单布置的实现是非常常见且已充分建立。然而，在某些应用中期望以比电流的自然发生的过零所提供的速度快得多的速度来中断ac系统中的电流，以便防止故障电流到达高电平或保护敏感装备。另一方面，dc系统缺少这种电流的自然过零，并且因此已经有许多用以实现用于中断dc电力系统中的故障电流的快速dc断路器的尝试。这个问题在现有技术中已经通过引入谐振电路被解决了，所述谐振电路在要被中断的电流上叠加ac电流以引起过零。在PCT公开WO2014/166528A1中，公开了使用与谐振电路并联的机械断流器的dc断路布置，所述谐振电路包括至少一个电容器、至少一个电感和至少一个开关元件。所述谐振电路被制成通过闭合开关元件生成叠加在断流器中所生成的任何电弧的电流上的谐振电流。这种布置具有谐振电流主要由电弧电压激发的缺陷。为了克服该缺陷，所公开的布置进一步提供有辅助电源单元，该辅助电源单元可以传递电力以对电容器充电(需要的话)。该布置要求复杂的充电过程且需要针对每个应用专门适配。US4,805,062公开了通过使用充电的电容器来强制电流零点的针对所述问题的解决方案。为此，它揭示了一种包括整流电容器以及串联电路的dc断路器，所述整流电容器的一端被连接到dc线的正母线而另一端通过充电电阻器被连接到dc线的负母线，所述串联电路包括磁斥力线圈和第二开关，与整流电容器并联连接，在其中，整流电容器被直接从正dc线充电。当断路器单元开始打开时，第二开关被导通以便逆转充电的整流电容器的极性，从而它在断路器单元打开的同时引起通过断路器单元的反向放电电流。该专利技术具有非常有限的控制力并因此难以实现最佳切换性能的缺陷。而且，所述解决方案在高电压应用中是较不适用的，所述高电压应用对所提议的充电机制存在限制。适用于直流传输线的断路布置在WO2014/154260A1中被公开。所述断路器布置包括机械断流器单元和两个谐振电路，所述机械断流器单元适用于当被致动时中断传输线中的电流，每个谐振电路适用于当断流器单元致动时生成叠加到在断流器单元中所生成的任何电弧的电流的谐振电流，并且已经由第一谐振电路生成的谐振电流从与由第二谐振电路生成的谐振电流不同的方向流入到断流器单元中。该提议的解决方案遭受下述缺点：具有两个谐振电路以及附加的对连接谐振电路的两个开关的控制的复杂性。正在图1-3中示出了用于中断电流的现有技术的布置的示例。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的所述问题和缺陷，并且公开了与要中断的电流的类型无关的高级断流性能。根据本专利技术的第一方面，该目标是通过一种中断电流的布置来实现的，所述布置包括第一和第二端子、布置在第一和第二端子之间的至少第一、第二和第三并联电路支路，所述布置适配于将电力系统的两个部分进行电连接，第一并联电路支路包括机械主断路器，第二并联电路支路包括能量吸收设备，而第三并联电路支路包括谐振电路以及与谐振电路串联布置的电压控制装置，所述布置的特征在于电压控制装置在使用时是可控的以将能量注入到谐振电路中以强制交流电的快速增加，其中所述交流电在当机械主断路器被控制打开以中断主电流时在包含第一和第三并联电路支路的环路中流动，并且藉此当交流电流幅值超过主电流幅值时实现了通过机械主断路器的电流的过零。在一个优选实施例中，所述布置包括至少一个切断开关，所述切断开关与所述第一和第二端子中的至少一个串联安排并且在使用中是可控制的以提供两个所述电力网络的物理分隔。在一个优选实施例中，电压控制装置是静态电压源转换器。在一个优选实施例中，谐振电路包括串联安排的至少一个电容器和至少一个电抗器。在一个优选实施例中，谐振电路的至少一个电容器提供有放电装置。在一个优选实施例中，谐振电路包括分布式串联电感和分布式分路电容，优选地为电缆布置。在优选的实施例中，机械断路器包括真空开关。在优选实施例中，机械断路器包括适配于在机械断路器的打开过程期间移动的触点，并且其中所述机械断路器包括至少一个传感器。在一个实施例中，所述传感器在使用中适用于确定在机械断路器的打开过程期间触点的位置和速度中的至少一个。所述传感器可以另外地或替换地适用于检测物理量，优选地是下述中的至少一个：电弧电压降、声学现象和电磁辐射或噪声，例如光、热或X射线辐射。在优选实施例中，能量吸收设备是电压限制、能量吸收设备，例如非线性压敏电阻，优选地为金属氧化物变阻器(MOV)。在优选实施例中，第一并联电路支路还包括与机械断路器串联安排的饱和电抗器，以帮助减少通过机械断路器的电流的过零附近中的电流变化率。在优选实施例中，布置进一步包括与所述第一、第二和第三并联电路支路并联安排的第四并联电路支路，所述第四并联电路支路提供有控制装置，以在电流中断期间为反向电流提供离开机械断路器的替代路径。控制装置优选地包括两个闸流晶体管(thyristor)，所述闸流晶体管被反并联(anti-parallel)地安排以控制以相反方向流过所述两个闸流晶体管的电流。在优选实施例中，第一并联电路支路还包括与机械断路器串联安排的低压半导体开关，所述低压半导体在使用中是可控制的以帮助将电流从主机械断路器转移到第四并联电路支路。在优选实施例中，中断电流的布置是dc断路器。在优选实施例中，谐振电路是无源谐振电路。根据本专利技术的第二方面，提供了用于中断电流的系统，包括根据本专利技术的至少两种中断电流的布置，其中所述至少两种中断电流的布置被串联连接。根据本专利技术的第三方面，提供了一种使用根据本专利技术的中断电流的布置的用于中断电力系统中的电流的方法，所述方法包括下述步骤：打开机械断路器以帮助机械断路器的触点的分隔并中断具有幅度的主电流，以及控制电压控制装置以激发具有比被中断的主电流的幅度更高的最大幅度的谐振电流以引起电流过零。在优选实施例中，打开机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于中断电流的布置(10)，包括第一和第二端子(11、12)、被安排在所述第一和第二端子之间的至少第一(15)、第二(16)以及第三(17)并联电路支路，所述布置(10)适用于将电力系统的两个部分(100、200)进行电连接，所述第一并联电路支路(15)包括机械主电路断路器(1)，所述第二并联电路支路(16)包括能量吸收设备(2)，以及所述第三并联电路支路(17)包括谐振电路(3)和与所述谐振电路串联安排的电压控制装置(4)，其特征在于所述电压控制装置(4)是使用时可控制的，以将能量注入到所述谐振电路以强制交流电(Io)的快速增加，其中当所述机械主电路断路器(1)被控制来打开以中断主电流(I)时，所述交流电在包含所述第一和第三并联电路支路的环路中流动，并且因此当所述交流电的幅度超过所述主电流的幅度时，通过所述机械主电路断路器(1)的电流的过零被实现。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.30 US 62/018,7071.一种用于中断电流的布置(10)，包括第一和第二端子(11、12)、被安排在所述第一和第二端子之间的至少第一(15)、第二(16)以及第三(17)并联电路支路，所述布置(10)适用于将电力系统的两个部分(100、200)进行电连接，所述第一并联电路支路(15)包括机械主电路断路器(1)，所述第二并联电路支路(16)包括能量吸收设备(2)，以及所述第三并联电路支路(17)包括谐振电路(3)和与所述谐振电路串联安排的电压控制装置(4)，其特征在于所述电压控制装置(4)是使用时可控制的，以将能量注入到所述谐振电路以强制交流电(Io)的快速增加，其中当所述机械主电路断路器(1)被控制来打开以中断主电流(I)时，所述交流电在包含所述第一和第三并联电路支路的环路中流动，并且因此当所述交流电的幅度超过所述主电流的幅度时，通过所述机械主电路断路器(1)的电流的过零被实现。2.如权利要求1所述的用于中断电流的布置，其特征在于，还包括至少一个切断开关(5)，所述切断开关与所述第一和第二端子(11、12)中的至少一个串联安排，并且在使用中是可控制的以提供两个所述电力网络的物理分隔。3.如权利要求1或2所述的用于中断电流的布置，其特征在于，所述电压控制装置(4)是静态电压源转换器。4.如前述任一权利要求所述的用于中断电流的布置，其特征在于，所述谐振电路(3)包括串联安排的至少一个电容器(31)和至少一个电抗器(32)。5.如权利要求4所述的用于中断电流的布置，其特征在于，为所述谐振电路(3)的至少一个电容器(31)提供有放电装置(33)。6.如前述任一权利要求所述的用于中断电流的布置，其特征在于，所述谐振电路(3)包括分布式串联电感和分布式串联电感和分布式分路电容，优选为线缆布置。7.如前述任一权利要求所述的用于中断电流的布置，其特征在于，所述机械电路断路器(1)包括真空开关。8.如前述任一权利要求所述的用于中断电流的布置，其特征在于，所述机械电路断路器(1)包括适用于在所述机械断路器的打开过程期间移动的触点，并且其中所述机械断路器(1)包括至少一个传感器。9.如权利要求8所述的用于中断电流的布置，其特征在于，所述至少一个传感器在使用时适用于确定在所述机械断路器的打开过程期间触点的位置和速度中的至少一个。10.如权利要求8或9所述的用于中断电流的布置，其特征在于，所述至少一个传感器适用于检测物理量，优选地是下述中的至少一个：电弧电压降的出现、声学现象和电磁辐射或噪声，例如光、热或X射线辐射。11.如前述任一权利要求所述的用于中断电流的布置，其特征在于，其中所述能量吸收设备(2)是电压限制的能量吸收设备(2)。12.如权利要求11所述的用于中断电流的布置，其特征在于，其中所述能量吸收设备(2)是非线性的电压依赖电阻，优选地金属氧化变阻器(MOV)。13.如前述任一权利要求所述的用于中断电流的布置，其特征在于，所述第一并联电路分支(15)还包括与机械断路器(1)串联安排的可饱和电抗器(8)，以帮助减少通过所述机械断路器的电流的过零附近中的电流变化率。14.如前述任一权利要求所述的用于中断电流的布置，其特征在于，还包括与所述第一(15)、第二(16)和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·安奎斯特，S·诺尔高，
申请(专利权)人：斯基布瑞克股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE