电气DC开关系统技术方案

本公开涉及一种用于熄灭电弧的电气DC开关系统(1)，其中该电气DC开关系统(1)包括：具有第一触头(3a)和第二触头(3b)的主触头装置(3)，该主触头装置能够在闭合位置与断开位置之间操作；多个串联触头(4)，彼此串联连接并且与主触头装置(3)并联连接，每个串联触头(4)能够在闭合位置与断开位置之间操作，其中在电流分断操作中，在多个串联触头(4)被配置为被设置在其断开位置之前，主触头装置(3)被配置为被设置在断开位置；以及电流注入电路(5)，包括：谐振电路(6)，被配置为跨串联触头(4)连接；以及第一开关(S1)，被配置为在断开状态与闭合状态之间切换，并且被配置为连接到谐振电路(6)并且连接到串联触头，其中第一开关(S1)被配置为当串联触头(4)处于其断开位置时被设置在闭合状态，以使注入电流能够流过该谐振电路(6)，并且以第一流动方向流入串联触头(4)，该第一流动方向与流过串联触头(4)的电弧电流的流动方向相反。

Electrical DC switch system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电气DC开关系统
本公开总体涉及用于熄灭电弧的电气DC开关系统。具体地，本公开涉及一种用于灭弧目的的依赖于人工过零点的类型的电气DC开关系统。
技术介绍
开关系统用于在电气故障(例如，由于短路)的情况下中断电流或保护电路。开关系统可以包括触头，该触头在正常操作期间处于机械连接。当触头彼此分离时，实现电流分断操作。除了分离触头之外，电流分断操作还涉及熄灭在触头之间的电弧，并且迫使电流至零。交流(AC)开关系统利用流过开关系统的交流电流自然发生的过零点来熄灭电弧。直流(DC)开关系统无法利用自然过零点，因为不存在自然过零点。为了能够执行电流分断操作，针对DC开关系统来创建人工过零点是已知的。获取人工过零点的一种方式是通过利用跨触头连接的谐振电路。该谐振电路包括电容器，该电容器通过能量源而被持续充电。该电容器被充电以获取极性，该极性使得电容器放电电流能够在相对于流过电弧的弧电流的相反方向上流过触头。该装置还包括通常在其断开状态的开关。当电流分断操作实现并且触头被分离时，该开关被闭合，其中电容器释放其电荷，并且谐振电路将电流脉冲提供到触头中。该电流脉冲以相对于弧电流的相反方向流动。通过选择在谐振电路中的电容器和电感的适合的值，人工过零点被获取。此时，在触头处生成的电弧可以通过在触头之间的间隙中的热等离子体和/或气体的去离子化而被熄灭，该电弧使得弧电流能够在触头的分离的断开之后继续流动。以这种方式，可以分断弧电流。上文所描述的人工过零点的创建需要始终对电容器充电。更进一步地，需要电源以不断地对电容器充电。另外，人工过零点仅提供一次成功熄灭电弧并因此分断弧电流的机会。WO2016/131949A1公开了一种用于分断电流的开关系统，该开关系统通过利用谐振电路和开关以使用弧电流重复地将反向电流注入到触头装置中来提供若干个后续的人工过零点，允许了用以成功熄灭电弧并因此分断弧电流的多次机会。JPS6911326A公开了一种DC断路器，该DC断路器包括多个串联连接触头，以及与串联连接触头并联连接、并且能够将反向电流注入串联触头的谐振电路。
技术实现思路
在用于分断电流的常规DC开关系统中，电弧跨分流板行进，其中每个分流板之间具有电压，该电压可以在大约25伏特的数量级。将这些电压求和到反向电压，该反向电压的幅度与由馈送触头的DC电压源提供的幅度相同。因此，作为示例，为了获取与2000VDC电压源的电压相等的反向电压，大约一百个的数量级的这种分流板是必须的。以这种方式，电流可以相对缓慢地从电弧电流值被减少至零。在与弧电流相比的相反方向上将电流注入的类型的DC开关系统中，流过触头装置的电流将相对迅速地变为零。作为结果，一旦人工过零点已被生成，则跨分流板获取等于DC电压源电平的反向电压的非常迅速的累积。因此，根据常规途径，反向电压跨分流板被累积，以由此获取电流减小，从而在反向电压已累积至DC电压源的电平之后相对缓慢地将电流减小至零。根据常规途径，需要大量的分流板以累积所要求的电压电平。如前文所指出的，所要求的分流板的数目可以例如在一百的数量级。另一方面，电流注入途径通过在相反的方向上注入电流来将电流设置为零，并且当电流为零时，跨分流板的反向瞬态电压会累积至DC电压源的电压幅度。因此，电流注入途径的电弧熄灭原理与常规途径的电弧熄灭原理非常不同。特别地，根据电流注入方法，分流板仅用作使弧后气体去离子化的部件，而并非如在常规情况中的那样用作反向电压源，该反向电压源总和为幅度与由馈送触头的DC电压源所提供的电压的幅度相同的反向电压。这意味着，不存在从例如一百个分流板之间的电弧电压的总和累积反向电压来产生过零点的需要。当与电流注入途径相结合时，所需要的分流板的数目仅由弧后间隙的承受能力决定，并且在此相同示例中将仅约为十个。换句话说，因为借助于电流注入电路途径，作为电流达到零的结果而基本上获得了反向电压，所以分流板的数目不需要被选择得如常规情况那样多，并且因此与在常规情况中相比，每个相邻分流板之间的电势差可以被允许至达到高得多的瞬态电压电平。在相邻分流板之间的电势差可以特别地比在常规状况中的电势差高大约十倍的数量级。这意味着在电流注入情况中，分流板的数目可以被减少约90％。当结合电流注入途径使用分流板时，电弧将经由电弧流道(runner)行进到分流板。这意味着，必须延迟用以获取过零点的电流注入，直到电弧已到达分流板为止。否则，因为将在电弧流道之间的气体有效地冷却是困难的，所以存在在电弧流道之间将电弧重新点燃的风险。WO2015091844是基于常规反向电压累积途径的，但是针对电弧熄灭使用了不同的方法。WO2015091844公开了一种DC开关设备，包括第一开关触头和与该第一开关触头并联布置的第二电流路径。第二电流路径具有串联布置的多个第二开关触头和被设计为使第二开关触头彼此断开连接的时序电路。在电流中断的第一步骤中，第一开关触头被断开连接，并且在第二步骤中，第二开关触头彼此断开连接。电流到第二电流路径的换向确保在断开时电弧跨第二开关立即出现。WO2015091844的缺点是其无法针对更高的电压来被使用。将电流换向到太多的串联触头中是不可能的，这在WO2015091844中是必须的，以获取在跨第二开关触头被累积的足够的反向电压来获取电流减小。触头电阻乘以电流必须小于跨第一开关触头的电压，并且触头电阻随着第二开关触头的数目增加。在已经意识到了关于在常规途径与电流注入途径之间的不同操作原理的前述考虑的情况下，本专利技术人已经找到了解决上述问题、同时确保电气DC开关系统获取小的占地面积和低的材料成本的手段。本专利技术人惊奇地发现，借助于电流注入途径并且组合使用与主触头装置并联连接的多个串联连接的串联触头，与在WO2015091844中公开的情况相比，当组合了电流注入途径时，串联连接的串联触头的数目可以减少约90％。因为触头的数目可以被减少，所以本电气DC开关系统的额定电压可以被显著地增加，同时保持将电流从主触头装置换向到串联连接的串联触头中的功能。鉴于以上内容，本公开的目的是提供一种解决或至少减轻现有技术的问题的电气DC开关系统。因此，提供了一种用于熄灭电弧的电气DC开关系统，其中电气DC开关系统包括：主触头装置，具有第一触头和第二触头，该主触头装置能够在闭合位置与断开位置之间操作；多个串联触头，彼此串联连接并且与该主触头装置并联连接，每个串联触头能够在闭合位置与断开位置之间操作，其中在电流分断操作中，在多个串联触头被配置为被设置在其断开位置之前，该主触头装置被配置为被设置在该断开位置；以及电流注入电路，包括：谐振电路，被配置为跨该串联触头连接；以及第一开关，被配置为在断开状态与闭合状态之间切换，并且被配置为连接到该谐振电路并且连接到该串联触头，其中该第一开关被配置为当该串联触头处于其断开位置时被设置在该闭合状态，以使注入电流能够流过该谐振电路，并且以第一流动方向流入该串联触头，该第一流动方向与流过串联触头的弧电流的流动方向相反，其中每个串联触头由非磁性材料组成。鉴于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于熄灭电弧的电气DC开关系统(1；1-1；1-2)，其中所述电气DC开关系统(1；1-1；1-2)包括：/n主触头装置(3)，具有第一触头(3a)和第二触头(3b)，所述主触头装置能够在闭合位置与断开位置之间操作；/n多个串联触头(4)，彼此串联连接并且与所述主触头装置(3)并联连接，每个串联触头(4)能够在闭合位置与断开位置之间操作，/n其中在电流分断操作中，在所述多个串联触头(4)被配置为被设置在其断开位置之前，所述主触头装置(3)被配置为被设置在所述断开位置；以及/n电流注入电路(5；5-1；5-2)，包括谐振电路(6)以及第一开关(S1)，所述谐振电路(6)被配置为跨所述串联触头(4)连接，所述第一开关(S1)被配置为在断开状态与闭合状态之间切换，以及被配置为连接到所述谐振电路(6)和连接到所述串联触头，其中所述第一开关(S1)被配置为：当所述串联触头(4)处于其断开位置时被设置在所述闭合状态，以使得注入电流能够流过所述谐振电路(6)并且以第一流动方向流入所述串联触头(4)，所述第一流动方向与流过所述串联触头(4)的弧电流的流动方向相反，/n其中每个串联触头(4)由非磁性材料组成。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170531 EP 17173790.11.一种用于熄灭电弧的电气DC开关系统(1；1-1；1-2)，其中所述电气DC开关系统(1；1-1；1-2)包括：
主触头装置(3)，具有第一触头(3a)和第二触头(3b)，所述主触头装置能够在闭合位置与断开位置之间操作；
多个串联触头(4)，彼此串联连接并且与所述主触头装置(3)并联连接，每个串联触头(4)能够在闭合位置与断开位置之间操作，
其中在电流分断操作中，在所述多个串联触头(4)被配置为被设置在其断开位置之前，所述主触头装置(3)被配置为被设置在所述断开位置；以及
电流注入电路(5；5-1；5-2)，包括谐振电路(6)以及第一开关(S1)，所述谐振电路(6)被配置为跨所述串联触头(4)连接，所述第一开关(S1)被配置为在断开状态与闭合状态之间切换，以及被配置为连接到所述谐振电路(6)和连接到所述串联触头，其中所述第一开关(S1)被配置为：当所述串联触头(4)处于其断开位置时被设置在所述闭合状态，以使得注入电流能够流过所述谐振电路(6)并且以第一流动方向流入所述串联触头(4)，所述第一流动方向与流过所述串联触头(4)的弧电流的流动方向相反，
其中每个串联触头(4)由非磁性材料组成。


2.根据权利要求1所述的电气DC开关系统(1；1-1；1-2)，其中所述主触头装置(3)由银或银合金组成。


3.根据权利要求1或2所述的电气DC开关系统(1；1-1；1-2)，其中所述非磁性材料是黄铜或锌。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的电气DC开关系统(1；1-1；1-2)，其中所述谐振电路(5)包括电容器(C)和电感器(L)。


5.根据权利要求4所述的电气DC开关系统(1；1-1)，其中所述电流注入电路(5-1)包括DC电源(9)，所述DC电源(9)被配置为当所述第一开关(S1)在所述断开位置时对所述电容器(C)充电。

【专利技术属性】
技术研发人员：张自驰，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