用于断开电流的开关系统和执行电流断开操作的方法技术方案

本公开涉及一种用于断开电流的开关系统(1)，包括：触头装置(3)，具有第一端子(3a)和第二端子(3b)，谐振电路(5)，可横跨触头装置(3)连接，第一开关(S1)，被连接至谐振电路(5)和第一端子(3a)，其中第一开关(S1)可在打开状态与闭合状态之间切换，其中在闭合状态下第一开关(S1)被设置成使得电流能够在第一流动方向上流过谐振电路(5)并且在与触头装置电弧电流流动方向相反的方向上流入触头装置(3)，第二开关(S2)，被连接至谐振电路(5)和触头装置(3)的第二端子(3b)，其中第二开关(S2)可在打开状态与闭合状态之间切换，其中在闭合状态下第二开关被设置成使得电流能够在与第一流动方向相反的第二流动方向上流过谐振电路(5)，和控制系统(7)，其中控制系统(7)被设置成在电流断开操作时交替地首先将第一开关(S1)并接着将第二开关(S2)设定首先处于闭合状态并接着处于打开状态，直到发源于由触头装置电弧电流供给的能量的、流过谐振电路(5)并流入触头装置(3)的电流脉冲达到等于或大于触头装置电弧电流的幅值的幅度。本公开还涉及执行电流断开操作的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于断开电流的开关系统和执行电流断开操作的方法
本公开大体涉及用于断开电流的开关系统。特别地其涉及用于执行电流断开操作的不依赖于自然过零的类型的开关系统，和执行电流断开操作的方法。
技术介绍
开关系统用于在例如由于短路的电气故障的事件中中断电流或保护电路。开关系统可以包括在正常操作期间处于机械连接的触头。当触头彼此分离时实现电流断开操作。除了使触头分离之外，电流断开操作牵涉到熄灭触头之间的电弧，和迫使电流为零。交流电流(AC)开关系统利用流过开关系统的交流电流的自然出现的过零来熄灭电弧。直流电流(DC)开关系统由于没有而不能利用自然过零。已知为DC开关系统创建人工过零以便能够执行电流断开操作。用以获得人工过零的一个方式是通过利用横跨触头连接的谐振电路。谐振电路包括由能量源连续地充电的电容器。电容器被充电以获得使得电容器放电电流能够在相对于流过电弧的电弧电流的相反方向上流过触头的极性。该装置进一步包括在正常状态中处于其打开状态的开关。当实现电流断开操作并使触头分离时，开关被闭合，其中电容器将其电荷放电并且谐振电路向触头中提供电流脉冲。电流脉冲在相对于电弧电流的相反方向上流动。通过选择电容器和谐振电路中的电感的合适的值，获得人工过零。此时，在触头处产生的使得电弧电流能够在触头的分离的断开之后继续流动的电弧可以通过触头之间的间隙中的热等离子体和/或气体的消电离来熄灭。以该方式可以断开电弧电流。上述人工过零的创建要求电容器始终被充电。此外需要电源持续不断地给电容器充电。此外，人工过零仅提供了成功熄灭电弧并因此断开电弧电流的单次机会。
技术实现思路
本公开的目的是解决或至少减轻现有技术的问题。因此，根据本公开的第一方面，提供有一种用于断开电流的开关系统，包括：触头装置，具有第一端子和第二端子，谐振电路，可横跨触头装置连接，第一开关，被连接至谐振电路和第一端子，其中第一开关可在打开状态与闭合状态之间切换，其中在闭合状态下第一开关被设置成使得电流能够在第一流动方向上流过谐振电路并且在与触头装置电弧电流流动方向相反的方向上流入触头装置，第二开关，被连接至谐振电路和触头装置的第二端子，其中第二开关可在打开状态与闭合状态之间切换，其中在闭合状态下第二开关被设置成使得电流能够在与第一流动方向相反的第二流动方向上流过谐振电路，和控制系统，其中控制系统被成在电流断开操作时交替地首先将第一开关并接着将第二开关设定首先处于闭合状态并接着处于打开状态，直到发源于由电流断开操作产生的电弧中的能量的、流过谐振电路并流入触头装置的电流脉冲达到等于或大于触头装置电弧电流的幅值的幅度幅度。由此可以获得的效果在于，谐振电路的能量存储电路被以将在两个开关的交替通断开关的各迭代中增加的电压充电，造成了在与流过电弧的触头装置电弧电流的相反方向上流动的进入到触头装置中的电流脉冲。当电压足够大时，电流脉冲将变成等于或大于触头装置电弧电流，造成了人工过零。该交替的通断开关因此提供了对于每一个迭代都增长更大的电流脉冲的泵浦效果。这造成了可以获得多个相继的人工过零。因此如果证明灭弧与过零结合不成功则总是用于熄灭电弧的附加机会。此外，由于谐振电路接收发源于电弧的能量，所以谐振电路的能量存储电路不必在正常操作期间被充电，而这在现有技术中是必要的。开关系统可以在DC应用或AC应用中利用。有利地，在后一情况中，人工过零可以在自然过零出现之前创建。根据一个实施例，在交替地首先将第一开关并接着将第二开关设定首先处于闭合状态并接着处于打开状态的各迭代中，控制系统被设置成：-将第一开关设定处于闭合位置，使得第一电流脉冲能够在第一流动方向上流过谐振电路，-当第一电流脉冲变成零时首先将第一开关设定处于打开状态并接着将第二开关设定处于闭合状态，以使得第二电流脉冲能够在第二流动方向上流过谐振电路，和-当第二电流脉冲首次变成零时将第二开关设定处于打开状态。一个实施例包括被设置成熄灭横跨触头装置的电弧的灭弧器。根据一个实施例，谐振电路包括电容器和电感器。由于电容器不必在正常操作期间被充电，因为它仅在与电流断开操作结合的“泵浦”期间被充电，所以电容器可以与现有技术的方案相比更多地承受相当大的应力，将尺寸和成本减小2至4倍的量级，尤其对于薄膜电容器。根据一个实施例第二开关被横跨谐振电路连接。一个实施例包括可在打开状态与闭合状态之间切换的第三开关，其中第三开关被连接至触头装置的第二端子和谐振电路，并且其中控制系统被设置成在与将第一开关设定处于闭合状态的同时将第三开关设定处于闭合状态，并且在与将第一开关设定处于打开状态的同时将第三开关设定处于打开状态。一个实施例包括可在打开状态与闭合状态之间切换的第四开关，其中第四开关被连接至谐振电路和触头装置的第一端子，并且其中控制系统被设置成在与将第二开关设定处于闭合状态的同时将第四开关设定处于闭合状态，并且在与将第二开关设定处于打开状态的同时将第四开关设定处于打开状态。这提供了全波电流脉冲泵浦，其使得电流脉冲能够接收重复序列的半周期中的两者中的能量，即在第一开关和第三开关的同时打开/闭合期间并且还有在第二开关和第四开关的同时打开/闭合期间两者。根据一个实施例，第一开关和第二开关是半导体开关。根据一个实施例，第三开关和第四开关是半导体开关。根据一个实施例，控制系统被配置成：以第一频率持续第一时间间隔并随后以比第一频率慢的第二频率持续第二时间间隔，交替地首先将第一开关并接着将第二开关切换首先处于闭合状态并接着处于打开状态。根据本公开的第二方面，提供有一种借助于开关系统执行电流断开操作的方法，开关系统包括：触头装置，具有第一端子和第二端子；谐振电路，可横跨触头装置连接；第一开关，被连接至谐振电路和第一端子，其中第一开关可在打开状态与闭合状态之间切换，其中在闭合状态下第一开关被设置成使得电流能够在第一流动方向上流过谐振电路并且在与触头装置电弧电流流动方向相反的方向上流入触头装置；第二开关，被连接至谐振电路和第二端子，其中第二开关可在打开状态与闭合状态之间切换，其中在闭合状态下第二开关被设置成使得电流能够在与第一流动方向相反的第二流动方向上流过谐振电路，和控制系统，其中该方法包括：在电流断开操作时，借助于控制系统交替地首先将第一开关并接着将第二开关设定首先处于闭合状态并接着处于打开状态，直到发源于由触头装置电弧电流供给的能量的、流过谐振电路的电流脉冲达到等于或大于触头装置电弧电流的幅值的幅度。根据一个实施例，交替地首先将第一开关并接着将第二开关设定首先处于闭合状态并接着处于打开状态的步骤的各迭代包括：a)将第一开关设定处于闭合状态，使得第一电流脉冲能够在第一流动方向上流过谐振电路，b)当第一电流脉冲已经变成零时首先将第一开关设定处于打开状态并接着将第二开关设定处于闭合状态，以使得第二电流脉冲能够在第二流动方向上流过谐振电路，和c)当第二电流脉冲已经首次变成零时将第二开关设定处于打开状态。根据一个实施例，用于断开电流的开关系统包括可在打开状态与闭合状态之间切换的第三开关，其中第三开关被连接至触头装置的第二端子和谐振电路，其中交替地首先将第一开关并接着将第二开关设定首先处于闭合状态并接着处于打开状态的步骤包括：在与将第一开关设定处于闭合状态的同时将第三开关设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于断开电流的开关系统(1；1’)，包括：触头装置(3)，具有第一端子(3a)和第二端子(3b)，谐振电路(5)，能够横跨所述触头装置(3)连接，第一开关(S1)，被连接至所述谐振电路(5)和所述第一端子(3a)，其中所述第一开关(S1)能够在打开状态与闭合状态之间切换，其中在所述闭合状态下所述第一开关(S1)被设置成使得电流能够在第一流动方向上流过所述谐振电路(5)并且在与触头装置电弧电流流动方向相反的方向上流入所述触头装置(3)，第二开关(S2)，被连接至所述谐振电路(5)和所述触头装置(3)的所述第二端子(3b)，其中所述第二开关(S2)能够在打开状态与闭合状态之间切换，其中在所述闭合状态下所述第二开关被装置成使得电流能够在与所述第一流动方向相反的第二流动方向上流过所述谐振电路(5)，和控制系统(7；7’)，其中所述控制系统(7；7’)被设置成在电流断开操作时交替地首先将所述第一开关(S1)并接着将所述第二开关(S2)设定首先处于所述闭合状态并接着处于所述打开状态，直到发源于由触头装置电弧电流供给的能量的、流过所述谐振电路(5)并流入所述触头装置(3)的电流脉冲(i1)达到等于或大于所述触头装置电弧电流(I)的幅值的幅度。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.20 EP 15155971.31.一种用于断开电流的开关系统(1；1’)，包括：触头装置(3)，具有第一端子(3a)和第二端子(3b)，谐振电路(5)，能够横跨所述触头装置(3)连接，第一开关(S1)，被连接至所述谐振电路(5)和所述第一端子(3a)，其中所述第一开关(S1)能够在打开状态与闭合状态之间切换，其中在所述闭合状态下所述第一开关(S1)被设置成使得电流能够在第一流动方向上流过所述谐振电路(5)并且在与触头装置电弧电流流动方向相反的方向上流入所述触头装置(3)，第二开关(S2)，被连接至所述谐振电路(5)和所述触头装置(3)的所述第二端子(3b)，其中所述第二开关(S2)能够在打开状态与闭合状态之间切换，其中在所述闭合状态下所述第二开关被装置成使得电流能够在与所述第一流动方向相反的第二流动方向上流过所述谐振电路(5)，和控制系统(7；7’)，其中所述控制系统(7；7’)被设置成在电流断开操作时交替地首先将所述第一开关(S1)并接着将所述第二开关(S2)设定首先处于所述闭合状态并接着处于所述打开状态，直到发源于由触头装置电弧电流供给的能量的、流过所述谐振电路(5)并流入所述触头装置(3)的电流脉冲(i1)达到等于或大于所述触头装置电弧电流(I)的幅值的幅度。2.如权利要求1所述的开关系统(1；1’)，其中在交替地首先将所述第一开关(S1)并接着将所述第二开关(S2)设定首先处于所述闭合状态并接着处于所述打开状态的各迭代中，所述控制系统(7；7’)被设置成：-将所述第一开关(S1)设定处于所述闭合位置，使得第一电流脉冲能够在所述第一流动方向上流过所述谐振电路(5)，-当所述第一电流脉冲变成零时首先将所述第一开关(S1)设定处于所述打开状态并接着将所述第二开关(S2)设定处于所述闭合状态，以使得第二电流脉冲能够在所述第二流动方向上流过所述谐振电路(5)，和-当所述第二电流脉冲首次变成零时将所述第二开关(S2)设定处于所述打开状态。3.如权利要求1或2所述的开关系统(1；1’)，包括被设置成熄灭横跨所述触头装置(3)的电弧的灭弧器(9)。4.如前述权利要求中的任一项所述的开关系统(1；1’)，其中所述谐振电路(5)包括电容器(C)和电感器(L)。5.如前述权利要求中的任一项所述的开关系统(1)，其中所述第二开关(S2)被横跨所述谐振电路(5)连接。6.如权利要求1至4中的任一项所述的开关系统(1’)，包括能够在打开状态与闭合状态之间切换的第三开关(S3)，其中所述第三开关(S3)被连接至所述触头装置(3)的所述第二端子(3b)和所述谐振电路(5)，并且其中所述控制系统(7’)被设置成：在与将所述第一开关(S1)设定处于所述闭合状态的同时将所述第三开关(S3)设定处于所述闭合状态，并且在与将所述第一开关(S1)设定处于所述打开状态的同时将所述第三开关(S3)设定处于所述打开状态。7.如权利要求6所述的开关系统(1’)，包括能够在打开状态与闭合状态之间切换的第四开关(S4)，其中所述第四开关(S4)被连接至所述谐振电路(5)和所述触头装置(3)的所述第一端子(3a)，并且其中所述控制系统(7’)被设置成：在与将所述第二开关(S2)设定处于所述闭合状态的同时将所述第四开关(S4)设定处于所述闭合状态，并且在与将所述第二开关(S2)设定处于所述打开状态的同时将所述第四开关(S4)设定处于所述打开状态。8.如前述权利要求中的任一项所述的开关系统(1；1’)，其中所述第一开关(S1)和所述第二开关(S2)是半导体开关。9.如权利要求7或8所述的开关系统(1；1’)，其中所述第三开关(S3)和所述第四开关(S4)是半导体开关。10.如前述权利要求中的任一项所述的开关系统(1；1’)，其中所述控制系统(7；7’)被配置成：以第一频率持续第一时间间隔并随后以比所述第一频率慢的第二频率持续第二时间间隔，交替地首先将所述第一开关(S1)并接着将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·巴克曼，S·瓦德玛森，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH