[發明專利]直流電流切換設備、電子裝置和切換關聯直流電路的方法

有效

• 申請號: 201310363500.7
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN104143809B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 達維德·佩西納;羅密歐·比安克蒂;魯道夫·加蒂;托爾斯滕·施特拉塞爾
• 申請（專利權）人: ABB公司
• 主分類號: H02H3/08
• 分類號: H02H3/08;H01H9/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;唐京橋

本公開涉及直流電流切換設備、電子裝置和切換關聯直流電路的方法。直流切換設備包括：至少第一機械切換裝置，其適合于沿著關聯電路的操作路徑安置，并且包括固定接觸件和相應的活動接觸件，后者可以在其中它們耦合到彼此并且電流沿著操作路徑流動的閉合位置和其中它們彼此分離以便使電流沿著操作路徑的流動中斷的開啟位置之間開動，其中，電弧可以在分離之下的接觸件之間點燃。該設備還包括：電子裝置，其包括適合于沿著第二路徑安置并且與第一機械切換裝置并聯連接的半導體器件。電子裝置配置成：當第一機械切換裝置未能熄滅當活動接觸件從固定接觸件分離時點燃的電弧時，允許電流的流動從操作路徑換向到第二路徑，并且通過半導體器件熄滅電弧。

技術領域

本公開涉及直流（“DC”）切換設備、電子裝置和用于切換沿著關聯的DC電路流通的DC電流的方法。

背景技術

在電氣領域中使用保護裝置、典型地使用電流開關如斷路器或負荷開關是眾所周知的，所述保護裝置被設計成切換它們安裝于其中的電氣系統，以便例如使其免于故障事件如過載和短路，或者用于連接和斷開負載。

普通的電氣機械切換裝置包括成對的可分離接觸件以造成、斷開和傳導電流；在斷開操作中，驅動機構觸發活動接觸件，以從它們耦合到相應固定接觸件的第一閉合位置移動到它們與之分離的第二開啟位置。通常，在接觸件開始在物理上彼此分離時，電流通過以下方式繼續流過開啟的間隙：加熱包圍接觸件自身的絕緣氣體，直到氣體被電離并且變得導電、亦即達到所謂的等離子態為止；以這種方式，在接觸件之間點燃電弧，所述電弧必須盡可能快地被熄滅，以便明確地斷開電流的流動。特別地，在直流（“DC”）應用中，中斷時間可能非常高，電弧因此可能持續相當長的時間。

這樣長的起弧時間導致接觸件的嚴重損耗，這樣一來就顯著減少了電氣耐久性、亦即機械電流開關可以執行的切換操作的數目。

特別地，為了迅速地熄滅電弧并且使這樣的問題最小化，有必要將流動的電流和隨之而來的加熱功率降低至一定的閾值之下，在所述閾值下，加熱不足以維持電弧；等離子體冷卻并且喪失其導電性。

在低電壓DC電路中，通過建立超過施加的系統電壓的反電壓來減少電流。超過系統電壓的建立的電壓必須被維持，直到電流被切斷為止；通常通過使用一系列的分隔板將電弧分裂成許多短片段來產生這個電壓。

為此目的，對于標準的LV斷路器幾何形狀而言，必須將電弧從接觸件開啟的點火區移動到分隔板所位于的電弧室；通常通過利用在弧柱上生成洛倫茲力的磁場來做到這一點。

可以通過流過切換裝置的相同電流來生成這個磁場；然而，雖然能夠用非常高的短路電流十分容易地熄滅電弧，但是已知的機械電流開關努力建立一定值如600-1000V之上的電壓，并且當以低電流如幾十安培來執行切換操作時，熄滅電弧有困難。

在這些情況下，因此有可能的是，在低電流下電弧繼續在接觸件上燃燒，而不會從接觸件朝向電弧分隔板移開：結果，建立的弧電壓低，并且電流既未受限也不中斷。

在一些斷路器中，通常需要另外的永久磁鐵，以便加強作用于弧柱上的磁場，從而使其朝向電弧分隔板移動；然而，在這種情況下，除了與針對這個額外部件的成本、位置和空間可用性相關的問題之外，斷路器只能使用由永久磁鐵的布局限定的給定極性來中斷電流；如果電流在相反的方向上流動，則電弧保持在接觸件處，所述接觸件通過持續在它們上面燃燒的電弧而損耗。

使用混合電流切換裝置也是已知的，其中，傳統或主要的機械斷路器并聯連接到基于半導體的電流切換裝置。

這些混合方案旨在具有理想地電弧較少的切換操作，或者至少盡可能快地熄滅電弧。

為此目的，當機械斷路器的接觸件必須開啟時，使電流的流動朝向半導體器件換向；在一些情況下，甚至在機械斷路器的接觸件被開動之前，就將半導體驅動到其導電狀態；在其它情況下，緊接著在機械斷路器的接觸件被開動之后將半導體驅動到其導電狀態，以便盡可能早地將電弧從機械接觸件移開。