本發(fā)明涉及一種用于中斷傳輸線上的電流的斷路器裝置。

優(yōu)選地，所期望中斷的電流是高電壓傳輸和/或配電線路上存在的大直流電流(DC)或交流電流(AC)，典型地，對(duì)于DC而言，所期望中斷的電流為電壓大于50千伏(kVDC)的電流，或者對(duì)于AC而言，所期望中斷的電流為電壓大于50千伏均方根(kVrms)的電流。更一般地，本發(fā)明還適用于中斷傳輸和/或配電線路在電壓值小于上述值的情況下的電流。用于中斷電流的斷開時(shí)間必須非常短暫，通常大約為幾毫秒。

背景技術(shù)：

申請(qǐng)人于2011年12月23日提交了一項(xiàng)國(guó)家登記號(hào)為No.2985082、題目為“Dispositif disjoncteur mécatronique et procédé de déclenchement associé et application à la coupure de courant continu élevé(機(jī)械斷路器裝置、相關(guān)的斷開方法以及在大連續(xù)電流斷路中的應(yīng)用)”的法國(guó)專利申請(qǐng)。

專利申請(qǐng)F(tuán)R 2985082公開了一種適用于中斷在電傳輸裝置中流動(dòng)的電流的機(jī)電電路斷路器裝置。該機(jī)電電路斷路器裝置包括三個(gè)并聯(lián)支路，即，主支路，待中斷的電流流過該主支路；輔支路；以及主電壓限制器，又稱為避雷器。輔支路自身包括至少一個(gè)延遲子支路和至少一個(gè)啟動(dòng)子支路(une sous-branche d'armement)，所述至少一個(gè)定時(shí)器子支路與所述至少一個(gè)布防子支路并聯(lián)。

一個(gè)或多個(gè)定時(shí)器子支路的存在導(dǎo)致輔支路具有大量部件。此外，一個(gè)或多個(gè)定時(shí)器子支路中使用的電子功率部件不是標(biāo)準(zhǔn)組件。部件的斷開時(shí)間必須非常短。該技術(shù)要求導(dǎo)致使用昂貴的部件。

本發(fā)明不存在這個(gè)缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種用于中斷傳輸線上流動(dòng)的電流的斷路器裝置，所述裝置包括并聯(lián)連接的三個(gè)電氣支路，即，主支路，待中斷的電流在該主支路中流動(dòng)；輔支路；以及電壓限制器支路；主支路包括與至少一個(gè)機(jī)械斷續(xù)器/切斷器串聯(lián)連接的至少一個(gè)半導(dǎo)體斷路器單元，半導(dǎo)體斷路器單元包括適用于被命令斷開或閉合并且與電壓限制器并聯(lián)連接的至少一個(gè)半導(dǎo)體元件，輔支路包括至少一個(gè)組件，所述至少一個(gè)組件由與至少一個(gè)電阻器并聯(lián)連接的至少一個(gè)電容器組成，該組件與至少一個(gè)晶閘管串聯(lián)連接，所述裝置還包括控制模塊，該控制模塊適用于命令半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件斷開以及命令機(jī)械斷續(xù)器/切斷器斷開。

控制模塊還包括適用于起如下作用的模塊：一旦電流在半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件中被中斷，該模塊就在電壓限制器中流動(dòng)的電流達(dá)到所述傳輸線上流動(dòng)的電流的值的時(shí)刻或之后命令所述輔支路的晶閘管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，控制模塊包括：

適用于在t₀時(shí)刻將斷開命令應(yīng)用于機(jī)械斷續(xù)器/切斷器的模塊；

適用于在所述t₀時(shí)刻之后的t₁時(shí)刻將斷開命令應(yīng)用于所述半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件的模塊，所述將斷開命令應(yīng)用于所述半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件使得：通過所述半導(dǎo)體元件的電流減小，直到該電流為零為止，以及使得通過所述電壓限制器的電流增大，直到該電流達(dá)到所述傳輸線上流動(dòng)的電流的值為止；以及

適用于在t₂時(shí)刻應(yīng)用用于使得輔支路的晶閘管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)的命令的模塊，所述t₂時(shí)刻是所述電壓限制器中流動(dòng)的電流達(dá)到傳輸線上流動(dòng)的電流的值的時(shí)刻或之后的時(shí)刻。

在本發(fā)明的第一實(shí)施例的改進(jìn)中，該裝置還包括：

控制模塊，所述控制模塊適用于在早于所述t₀時(shí)刻的時(shí)刻將預(yù)備斷開命令應(yīng)用于主支路的斷路器單元的半導(dǎo)體元件；

適用于當(dāng)預(yù)備斷開命令應(yīng)用于主支路的斷路器單元的半導(dǎo)體元件時(shí)對(duì)與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲(chǔ)電容器中的電荷進(jìn)行測(cè)量的模塊；以及

適用于當(dāng)存儲(chǔ)電容器的電荷的測(cè)量值與預(yù)定電荷值相匹配時(shí)，使得斷開命令能夠在t₀時(shí)刻應(yīng)用于機(jī)械斷續(xù)器/切斷器的模塊。

在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，設(shè)置有與半導(dǎo)體斷路器單元并聯(lián)的至少一個(gè)附加半導(dǎo)體斷路器單元，該附加半導(dǎo)體斷路器單元的斷開能力大于半導(dǎo)體斷路器單元的斷開能力。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將斷路器單元的術(shù)語“斷開能力”理解為表示斷路器單元中斷大電流的能力。斷路器單元的斷開能力越大，則能夠被該斷路器單元中斷的電流的幅值越大。

在本發(fā)明的第二實(shí)施例的第一變型中，附加半導(dǎo)體斷路器單元包括與其所包括的半導(dǎo)體并聯(lián)連接的至少一個(gè)電壓限制器。電壓限制器的尺寸被設(shè)置為使得能夠通過與由附加斷路器單元中斷的電流相等的電流。

在本發(fā)明的第二實(shí)施例的第二變型中，第二斷路器單元其自身不包括電壓限制器，并且該第二斷路器單元是半導(dǎo)體斷路器單元的電壓限制器，該第二斷路器單元的尺寸被設(shè)置成能夠通過與由附加斷路器單元中斷的電流相等的電流。

在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，控制模塊包括：

適用于在t_a時(shí)刻將斷開命令應(yīng)用于半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件的模塊；

適用于在所述t_a時(shí)刻之后的t_b時(shí)刻將斷開命令應(yīng)用于機(jī)械斷續(xù)器/切斷器并且將閉合命令應(yīng)用于附加半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件的模塊，將斷開命令應(yīng)用于機(jī)械斷續(xù)器/切斷器并且將閉合命令應(yīng)用于附加半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件使得：附加半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件變得導(dǎo)通。

適用于在所述t_b時(shí)刻之后的t_c時(shí)刻將斷開命令應(yīng)用于附加半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件的模塊，所述將斷開命令應(yīng)用于附加半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件使得：通過所述附加半導(dǎo)體斷路器單元的半導(dǎo)體元件的電流減小，直到該電流為零為止，以及使得通過所述電壓限制器的電流增大，直到該電流達(dá)到所述傳輸線上流動(dòng)的電流的值為止；以及

適用于在t_d時(shí)刻應(yīng)用用于使得所述輔支路的所述晶閘管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)的命令的模塊，所述t_d時(shí)刻是所述電壓限制器中流動(dòng)的電流達(dá)到所述傳輸線上流動(dòng)的所述電流的值的時(shí)刻或之后的時(shí)刻。

在本發(fā)明的第二實(shí)施例的改進(jìn)中，控制模塊包括適用于在t_a時(shí)刻將預(yù)備斷開命令應(yīng)用于主支路的斷路器單元的半導(dǎo)體元件的控制模塊，并且該裝置還包括：

用于當(dāng)預(yù)備斷開命令應(yīng)用于主支路的斷路器單元的半導(dǎo)體元件時(shí)對(duì)與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲(chǔ)電容器中的電荷進(jìn)行測(cè)量的模塊；以及

適用于當(dāng)存儲(chǔ)電容器的電荷的測(cè)量值與預(yù)定電荷值相匹配時(shí)使得斷開命令應(yīng)用于機(jī)械斷續(xù)器/切斷器的模塊。

本發(fā)明的斷路器裝置并不包括延遲子支路。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于減小了斷路器裝置的尺寸和成本，并且增大了斷路器裝置的可靠性。

主支路中流動(dòng)的中斷電流可以是標(biāo)稱電流或一些其它電流，例如，大于標(biāo)稱電流的電流并且由斷路器裝置所屬的電氣設(shè)備中的故障的出現(xiàn)引起的電流。

附圖說明

通過閱讀下文參考附圖所給出的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)體現(xiàn)出來，在附圖中：

圖1A和圖1B示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例中的斷路器裝置的第一變型；

圖2示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例中的斷路器裝置的第二變型；

圖3示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例中的斷路器裝置的第三變型；

圖4示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例中的斷路器裝置的第四變型；

圖5A至圖5C示出了圖1A至圖4中所示的電路中出現(xiàn)的作為時(shí)間的函數(shù)的電流中斷現(xiàn)象；

圖6示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例中的斷路器裝置；

圖7A至圖7D示出了圖6中所示的電路中出現(xiàn)的作為時(shí)間的函數(shù)的電流中斷現(xiàn)象；以及

圖8A至圖8D作為非限制性示例示出了與本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例相容的多個(gè)輔支路變型。

在所有的附圖中，類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件。

具體實(shí)施方式

圖1A和圖1B示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例中的斷路器裝置的第一變型。

圖1A在整體上示出了組成斷路器裝置的主要電氣元件，以及圖1B示出了圖1A中所示出的元件之一的細(xì)節(jié)視圖。

斷路器裝置包括三個(gè)并聯(lián)支路B₁、B₂、B₃，以及控制電路CM。所述支路由主支路B₁、輔支路B₂以及支路B₃組成，其中，主支路B₁中流過待中斷的電流，以及支路B₃由避雷器組成。

作為非限制性示例，主支路B₁包括兩個(gè)并聯(lián)的子支路，每個(gè)子支路包括兩個(gè)半導(dǎo)體斷路器單元CEL₁、CEL₂和至少一個(gè)機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m。優(yōu)選地，每個(gè)斷路器單元CEL_i(i＝1，2)被設(shè)置在子支路的相應(yīng)端部處，以及一個(gè)或多個(gè)機(jī)械切斷器被設(shè)置在斷路器單元之間。例如，每個(gè)半導(dǎo)體斷路器單元CEL_i(i＝1，2)包括絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)1、二極管2以及電壓限制器3(參見圖1B)。二極管2與晶體管1反向并聯(lián)連接，并且電壓限制器3與晶體管1并聯(lián)連接。斷路器單元CEL₁、CEL₂連接在機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m的相對(duì)側(cè)以沿著相反的方向?qū)ā?/p>

在圖1A所示的實(shí)施例中，主支路包括兩個(gè)子支路。然而，更一般地，主支路可以僅由單個(gè)支路組成，或者主支路可以包括N個(gè)并聯(lián)子支路(N≥2)。

輔支路B₂包括：與至少一個(gè)電阻器Ra并聯(lián)的至少一個(gè)電容器Ca，以及至少兩個(gè)由級(jí)聯(lián)的晶閘管T_j構(gòu)成的子組件。所述兩個(gè)由晶閘管構(gòu)成的子組件反向并聯(lián)連接。由電阻器Ra和電容器Ca組成的組件與兩個(gè)由晶閘管組成的子組件串聯(lián)連接。按照已知的方式，輔支路的每個(gè)晶閘管均包括與該晶閘管并聯(lián)連接的控制電子器件(附圖中未示出)。該控制電子器件包括參與晶閘管的控制過程的存儲(chǔ)電容器。

圖1A中所示的輔支路B₂是輔支路的一個(gè)實(shí)施例。輔支路B₂的其他實(shí)施例在下文中參考圖8A至圖8D給出。

圖1A和圖1B中所示的本發(fā)明的第一實(shí)施例的第一變型中的斷路器裝置有利地適合于傳導(dǎo)DC或AC。主支路中二極管的存在以及主支路和輔支路中反向并聯(lián)連接的部件的存在特別地使得可以傳導(dǎo)沿著一個(gè)方向或另一個(gè)方向流動(dòng)的DC，或者可以沿著相反方向以半個(gè)周期傳導(dǎo)AC。在所期望的應(yīng)用中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將因此評(píng)估是否需要保持二極管的存在以及反向并聯(lián)連接的部件的存在。

下面參考圖5A至圖5C對(duì)圖1A至圖1B中所示的裝置的操作進(jìn)行描述。

圖5A至圖5C示出了當(dāng)故障的出現(xiàn)導(dǎo)致通過主支路的電流I₁增大到閾值I₀時(shí)的電流中斷過程，檢測(cè)到該電流變化會(huì)觸發(fā)斷開。更一般地，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，只要給出了觸發(fā)指令，就可以在任意時(shí)間觸發(fā)斷開過程，即使沒有出現(xiàn)故障，并且不管電流的值如何，仍然可以觸發(fā)斷開過程。

在正常操作情況下，IGBT 1導(dǎo)通：待中斷的電流I₁經(jīng)過主支路B₁，并且輔支路B₂和避雷器(支路B₃)都不導(dǎo)通。在本發(fā)明的第一實(shí)施例的以下描述中，主支路的IGBT中流動(dòng)的電流被標(biāo)記為I₁，并且電壓限制器中流動(dòng)的電流被標(biāo)記為I₃。

在時(shí)刻t₀，電流I₁達(dá)到值I₀，并且控制電路CM向所有的機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m發(fā)送同時(shí)斷開命令K₁。在t₀之后的t₁時(shí)刻，控制電路CM則向所有的IGBT發(fā)送同時(shí)斷開命令K₂。根據(jù)待中斷的電流來選擇t₁時(shí)刻與t₀時(shí)刻之間的時(shí)間差。對(duì)于具有相同電容的電容器Ca而言，待中斷的電流越大，t₁時(shí)刻與t₀時(shí)刻之間的時(shí)間段越長(zhǎng)。作為非限制性示例，本發(fā)明的實(shí)施例使得：當(dāng)電容器Ca的電容等于34微法(μF)并且待中斷的電流的峰值等于8千安(kA)時(shí)，t₁時(shí)刻與t₀時(shí)刻之間的時(shí)間差等于250微秒(μs)。

從理論的角度來看，t₀時(shí)刻和t₁時(shí)刻可以重合。然而，在這種情況下，電容器Ca的電容值會(huì)過高。

從t₁時(shí)刻開始，IGBT中的電流I₁減小，直到該電流I₁為零為止，并且通過電壓限制器3的電流I₃增大，直到該電流I₃達(dá)到最大電流值I_max3為止，I_max3等于傳輸線上流動(dòng)的電流的值(參見圖5B)。

在t₂時(shí)刻，即，一個(gè)或多個(gè)電壓限制器中流動(dòng)的電流達(dá)到傳輸線上流動(dòng)的電流的值的時(shí)刻或之后的時(shí)刻，借助于由控制電路CM傳送的命令K₃使得輔支路的所有晶閘管都被置于導(dǎo)通狀態(tài)。在t₂時(shí)刻和t₁時(shí)刻之間的時(shí)間間隔Δt期間，與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲(chǔ)電容器進(jìn)行充電。

因此，電流I_aux通過輔支路的晶閘管(參見圖5C)。電流I_aux增大。在t₂時(shí)刻之后的t₃時(shí)刻，機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m處于電氣斷開狀態(tài)。

t₁時(shí)刻(在該時(shí)刻，向機(jī)械斷續(xù)器/切斷器給出了斷開的命令)與t₃時(shí)刻之間的時(shí)間段是機(jī)械斷續(xù)器/切斷器特有的特征。因此，可能存在兩種情況，這取決于t₂時(shí)刻是在t₃時(shí)刻之前還是在t₃時(shí)刻之后。

當(dāng)t₂時(shí)刻在t₃時(shí)刻之前時(shí)(如圖5A至圖5C所示)，在機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m被置于電氣斷開狀態(tài)之前，晶閘管閉合。因此，輔支路中流過逐漸增大的電流。電容器Ca進(jìn)行充電，從而其兩端的電壓增大。電容器的存在使得可以延遲避雷器兩端的電壓的上升(為此目的，根據(jù)主支路的、所期望中斷的電流的值來選擇電容器的電容)。在t₄時(shí)刻，避雷器兩端的電壓達(dá)到避雷器的導(dǎo)通電壓，避雷器開始導(dǎo)通，并且通過避雷器的電流I_para增大，從而導(dǎo)致輔支路中的電流降低。隨后，按照已知的方式，避雷器中的電流穩(wěn)定并減小直到其變?yōu)榱銥橹?，并且主支路兩端的電壓穩(wěn)定在網(wǎng)絡(luò)電壓。

當(dāng)t₂時(shí)刻在t₃時(shí)刻之后時(shí)，在機(jī)械斷續(xù)器/切斷器被置于電氣斷開狀態(tài)之后，晶閘管閉合。因此，有利地，可以將電容器Ca的電容選擇為小于當(dāng)t₂時(shí)刻在t₃時(shí)刻之前時(shí)所選擇的電容值。

在本發(fā)明的改進(jìn)中，在斷開過程之前對(duì)輔支路的晶閘管進(jìn)行初步測(cè)試。

按照如下方式執(zhí)行該測(cè)試。在t₀時(shí)刻之前的t₀-δt時(shí)刻，向IGBT施加斷開命令，例如，時(shí)間段δt可以等于幾微秒。IGBT的斷開會(huì)導(dǎo)致在每個(gè)IGBT的兩端都出現(xiàn)電壓。因此，所述電壓被施加至與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲(chǔ)電容器的兩端。這導(dǎo)致對(duì)存儲(chǔ)電容器逐步進(jìn)行充電。然后，對(duì)存儲(chǔ)電容器的電荷進(jìn)行測(cè)量，如果發(fā)現(xiàn)正確地執(zhí)行充電(即，存儲(chǔ)電容器兩端的電壓在要求的時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)定閾值)，則認(rèn)為輔支路的晶閘管處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。所上文所指出的，在t₀時(shí)刻，發(fā)送用于斷開機(jī)械斷續(xù)器/切斷器的命令。

然而，如果存儲(chǔ)電容器沒有正確地充電(即，存儲(chǔ)電容器兩端的電壓在要求的時(shí)間內(nèi)沒有達(dá)到預(yù)定閾值)，則認(rèn)為輔支路的晶閘管沒有處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且不向機(jī)械斷續(xù)器/切斷器發(fā)送斷開命令。

圖2示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例中的斷路器裝置的第二變型。

作為非限制性示例，主支路包括兩個(gè)具有柵極可關(guān)斷(GTO)晶閘管的斷路器單元CEL_G1、CEL_G2。

每個(gè)GTO晶閘管斷路器單元CEL_Gi(i＝1，2)至少包括GTO晶閘管GTO_i、二極管2和電壓限制器3。二極管2與晶閘管GTO_i反向并聯(lián)連接。每個(gè)單元CEL_Gi(i＝1，2)優(yōu)選地被設(shè)置在主支路的端部。兩個(gè)單元CEL_G1與CEL_G2連接在多個(gè)并聯(lián)子支路的相對(duì)端部處、沿著相反方向?qū)?，每個(gè)子支路包括兩個(gè)電流平衡單元CQ_i和至少一個(gè)機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m，所述兩個(gè)電流平衡單元CQ_i連接成沿著相反方向?qū)?，每個(gè)電流平衡單元位于其子支路的相應(yīng)端部。

電流平衡單元CQ_i(i＝1，2)包括與上述第一變型的斷路器單元CEL_i(i＝1，2)相同的部件。然而，在該變型中，形成平衡單元的各部分的IGBT并非用于中斷電流，而是僅用于平衡主支路的多個(gè)并聯(lián)子支路中流動(dòng)的電流。

上文參考第一變型的斷路器裝置做出的與DC和AC的流動(dòng)有關(guān)說明也適用于斷路器裝置的第二變型。

圖5A至圖5C所示的斷開過程同樣適用于圖2所示的裝置。

因此，控制電路CM依次執(zhí)行如下操作：在t₀時(shí)刻，傳送用于斷開機(jī)械斷續(xù)器/切斷器的命令K₁；在t₁時(shí)刻，傳送用于斷開主支路的GTO晶閘管的命令K₂；以及在t₂時(shí)刻，傳送用于閉合輔支路的晶閘管的命令K₃。

圖3示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例中的斷路器裝置的第三變型。

作為非限制性示例，主支路B₁包括兩個(gè)并聯(lián)的子支路，每個(gè)所述子支路包括兩個(gè)GTO晶閘管斷路器單元CEL_G1和CEL_G2以及至少一個(gè)機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m，所述兩個(gè)GTO晶閘管斷路器單元CEL_G1和CEL_G2連接在機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m的相對(duì)側(cè)以沿著相反方向?qū)?。?yōu)選地，每個(gè)斷路器單元CEL_Gi(i＝1，2)被設(shè)置在子支路的相應(yīng)端部，并且一個(gè)或多個(gè)機(jī)械切斷器被設(shè)置在斷路器單元之間。每個(gè)斷路器單元CEL_Gi(i＝1，2)包括：至少一個(gè)GTO晶閘管GTO_i、二極管2以及電壓限制器3。二極管2與一個(gè)或多個(gè)GTO晶閘管反向并聯(lián)連接，并且限壓器3與二極管2并聯(lián)連接。

斷路器單元CEL_Gi(i＝1，2)與機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m之間設(shè)置有電流平衡單元CQ_i(i＝1，2)。每個(gè)電流平衡單元包括不會(huì)干預(yù)斷開過程的IGBT。

在圖3所示的變型中，主支路包括兩個(gè)子支路。然而，更一般地，在本發(fā)明的這個(gè)變型中，主支路包含N個(gè)并聯(lián)子支路(N≥2)。

上文參考第一變型的斷路器裝置做出的與DC和AC的流動(dòng)有關(guān)的說明也適用于斷路器裝置的第三變型。

如上所述，在圖5A至圖5C中示出圖3所示的裝置所實(shí)現(xiàn)的斷開過程的操作。因此，控制電路CM依次執(zhí)行如下操作：在t₀時(shí)刻，傳送用于斷開機(jī)械斷續(xù)器/切斷器的命令K₁；在t₁時(shí)刻，傳送用于斷開主支路的GTO晶閘管的命令K₂；以及在t₂時(shí)刻，傳送用于閉合輔支路的晶閘管的命令K₃。

圖4示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例中的斷路器裝置的第四變型。

第四變型大體上對(duì)應(yīng)于第一變型，唯一的區(qū)別在于：在第四變型中，使用GTO晶閘管替代了第一變型的裝置的IGBT。

圖4所示的裝置所實(shí)現(xiàn)的斷開過程的操作也通過圖5A至圖5C示出。因此，控制電路CM依次執(zhí)行如下操作：在t₀時(shí)刻，傳送用于同時(shí)斷開機(jī)械斷續(xù)器/切斷器的命令K₁；在t₁時(shí)刻，傳送用于同時(shí)斷開主支路的GTO晶閘管的命令K₂；以及在時(shí)刻t2，傳送用于同時(shí)閉合輔支路的晶閘管的命令K₃。關(guān)于DC和AC的上述說明也適用于斷路器裝置的第四變型。

圖6示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例中的斷路器裝置。

本發(fā)明的第二實(shí)施例對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例的第一變型的改進(jìn)。

在某些應(yīng)用中，IGBT的斷開能力不足。為了處理這種不足，本發(fā)明的第二實(shí)施例規(guī)定，可以存在與設(shè)置有至少一個(gè)IGBT的至少一個(gè)斷路器單元并聯(lián)的至少一個(gè)附加斷路器單元CEL_Ci(i＝1，2)，該附加斷路器單元的斷開能力大于設(shè)置有所述IGBT的初始斷路器單元CEL_i的斷開能力。

例如，斷路器單元CEL_Ci(i＝1，2)由與控制電子器件5并聯(lián)連接的至少一個(gè)GTO晶閘管4組成。在本發(fā)明的第二實(shí)施例的第一變型中，控制電子器件5包括至少一個(gè)電壓限制器，該電壓限制器的尺寸被設(shè)置成使得能夠傳導(dǎo)由GTO晶閘管4中斷的電流。在第二實(shí)施例的第二變型中，控制電子器件5自身不包括電壓限制器，但是該控制電子器件5是斷路器單元CEL_i的電壓限制器，該電壓限制器的尺寸被設(shè)置成能夠傳導(dǎo)由GTO晶閘管4中斷的電流。

圖7A至圖7D示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例中用于中斷主支路中流動(dòng)的電流的過程。在本發(fā)明的第二實(shí)施例的以下描述中，主支路的IGBT中流動(dòng)的電流被標(biāo)記為I₁，以及電壓限制器中流動(dòng)的電流被標(biāo)記為I₃或I₅。

如上面參考圖5A至圖5C所提到的那樣，圖7A至圖7D中所示的電流中斷過程與如下情況相對(duì)應(yīng)：當(dāng)故障的出現(xiàn)導(dǎo)致在IGBT中流動(dòng)的電流I₁增大到閾值I₀時(shí)，檢測(cè)到所述電流變化會(huì)觸發(fā)斷開。然而，更一般地，只要給出了觸發(fā)指令，就可以在任意時(shí)間觸發(fā)斷開過程，即使沒有出現(xiàn)故障，并且不管通過IGBT的電流的值如何，仍然可以觸發(fā)斷開過程。

當(dāng)t_a時(shí)刻電流I₁達(dá)到預(yù)定值I₀時(shí)，控制電路CM則向所有IGBT發(fā)送斷開命令K_a。IGBT中的電流減小，直到其為零為止，并且與IGBT并聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)電壓限制器中的電流I₃增大，直到其達(dá)到最大值I_max3為止。

在t_a之后的t_b時(shí)刻，向所有機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m發(fā)送斷開命令K_b，并且同時(shí)向GTO晶閘管4發(fā)送閉合命令K_c。GTO晶閘管4因此導(dǎo)通。然后，在t_b之后的t_c時(shí)刻，向GTO晶閘管4發(fā)送斷開命令K_d。晶閘管4中的電流I_GTO減小，直到其為零為止，并且一個(gè)或多個(gè)電壓限制器中的電流I₅增大，直到其達(dá)到傳輸線上流動(dòng)的電流的值I_max3為止。

在t_d時(shí)刻，即，一個(gè)或多個(gè)電壓限制器中流動(dòng)的電流達(dá)到傳輸線上流動(dòng)的電流的值的時(shí)刻或之后的時(shí)刻，由控制電路CM傳送的命令K_e使得輔支路的所有晶閘管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。

在t_d時(shí)刻和t_c時(shí)刻之間的時(shí)間間隔Δt期間，與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲(chǔ)電容器進(jìn)行充電。

因此，電流I_aux通過輔支路的晶閘管。在t_d時(shí)刻之后的t_e時(shí)刻，機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m處于電氣斷開狀態(tài)。

t_b時(shí)刻(在該時(shí)刻，向機(jī)械斷續(xù)器/切斷器給出了斷開的命令)與t_e時(shí)刻之間的時(shí)間段是機(jī)械斷路器/斷路器特有的特性。因此，可能存在兩種情況，這取決于t_d時(shí)刻是在t_e時(shí)刻之前還是在t_e時(shí)刻之后。

當(dāng)t_d時(shí)刻在時(shí)刻t_e之前時(shí)，在機(jī)械斷續(xù)器/切斷器被置于電氣斷開狀態(tài)之前，輔支路的晶閘管閉合。因此，輔支路中流過逐漸增大的電流。電容器Ca進(jìn)行充電，從而其兩端的電壓增大。電容器的存在使得可以延遲避雷器兩端的電壓的上升(為此目的，根據(jù)主支路的、所期望中斷的電流的值來選擇電容器的電容)。在t_f時(shí)刻，避雷器兩端的電壓達(dá)到避雷器的導(dǎo)通電壓，避雷器開始導(dǎo)通，并且通過避雷器的電流I_para增大，從而導(dǎo)致輔支路中的電流降低。隨后，按照已知的方式，避雷器中的電流穩(wěn)定并減小直到其變?yōu)榱銥橹?，并且主支路兩端的電壓穩(wěn)定在網(wǎng)絡(luò)電壓。

當(dāng)t_d時(shí)刻在t_e時(shí)刻之后時(shí)，在機(jī)械斷續(xù)器/切斷器被置于電氣斷開狀態(tài)之后，晶閘管閉合。因此，有利地，可以將電容器Ca的電容選擇為小于當(dāng)t_d時(shí)刻在t_e時(shí)刻之前時(shí)所選擇的電容值。t_d越滯后，Ca的電容越小。

在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，可以在t_a時(shí)刻與t_b時(shí)刻之間對(duì)輔支路的晶閘管執(zhí)行初步測(cè)試。t_a時(shí)刻和t_b時(shí)刻之間的時(shí)間段通常等于至少10μs，這是執(zhí)行測(cè)試的充足時(shí)間段。在t_a時(shí)刻，其中，在該時(shí)刻，IGBT在命令K_a的作用下斷開，IGBT兩端產(chǎn)生電壓，該電壓對(duì)與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲(chǔ)電容器進(jìn)行充電。然后，對(duì)電荷進(jìn)行測(cè)量。如果存儲(chǔ)電容器正常充電，則該過程繼續(xù)，使得斷路器單元CEL_Ci(i＝1，2)處于導(dǎo)通狀態(tài)。如果存儲(chǔ)電容器不是正常充電，則中斷該過程。

在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，每個(gè)斷路器單元CEL₁的半導(dǎo)體元件都是IGBT晶閘管或GTO晶閘管。本發(fā)明還涉及如下情況：每個(gè)斷路器單元CEL₁的半導(dǎo)體元件例如是硅晶閘管或碳化硅晶閘管或氮化鎵晶閘管。有利地，當(dāng)這樣的晶閘管導(dǎo)通時(shí)(晶閘管閉合)，該晶閘管的兩端出現(xiàn)非常低的電壓。因此，所述晶閘管的使用保證了非常低的消耗。碳化硅或氮化鎵晶閘管的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們可以保證了有助于加速中斷電流的過程的高開/關(guān)頻率。

為了獲得與上文所描述優(yōu)點(diǎn)的相同的優(yōu)點(diǎn)(低消耗，高速)，輔支路的晶閘管也可以是硅晶閘管和/或碳化硅晶閘管和/或氮化鎵晶閘管。

作為非限制性示例，圖8A至圖8D示出了與本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例相容的多個(gè)輔支路變型。

參考圖8A，支路B₂包括并聯(lián)連接的第一支路和第二支路。第一支路由晶閘管T_j的第一子組件組成，這些晶閘管T_j與至少一個(gè)電容器Ca電氣串聯(lián)連接，所述至少一個(gè)電容器Ca與至少一個(gè)電阻器Ra并聯(lián)連接，并且第二支路由晶閘管T_j的第二子組件組成，這些晶閘管T_j與至少一個(gè)其他電容器Ca電氣串聯(lián)連接，所述至少一個(gè)其他電容器Ca與至少一個(gè)其它電阻器Ra并聯(lián)連接。第二子組件的晶閘管與第一子組件的晶閘管反向并聯(lián)連接。晶閘管T_j的每個(gè)子組件均包括至少一個(gè)晶閘管。

參考圖8B，支路B₂由至少一個(gè)根據(jù)圖8A中的支路B₂整體截取的子組件E₁組成。

參考圖8C，支路B₂由至少一個(gè)根據(jù)圖1A中的支路B₂整體截取的子組件E₂構(gòu)成。

參考圖8D，支路B₂由至少一個(gè)子組件E₃組成，該子組件E₃由與如下至少一個(gè)組件串聯(lián)連接的至少一個(gè)三端雙向可控硅開關(guān)元件TR組成，所述至少一個(gè)組件由與至少一個(gè)電容器Ca并聯(lián)連接的至少一個(gè)電阻器Ra組成。