[发明专利]一种无弧直流断路器及其使用方法

摘要

本发明提出一种无弧直流断路器及其使用方法，所述断路器采用磁感应转移和电阻限流相结合的方式，断路器包括主电流电路和转移电流电路。转移电流电路具有桥式结构，利用一组单向具有分断功能的组件实现电流的双向分断，相比于现有结构可关断器件的使用量可以减少一半。通过控制触发间隙、高速开关以及功率半导体的动作时序，实现主电流电路的快速开关无弧分闸，同时显著提高断路器分断能力。本发明利用转移电流电路内部的限流模块电路快速限制短路故障电流，进而降低开断模块电路的全控型器件的并联组数。与现有的断路器结构相比，大大减少可关断器件使用量，显著减小断路器成本。

主权项

1.一种无弧直流断路器的使用方法，所述无弧直流断路器包括主电流电路和转移电流电路；所述主电流电路用于通过正常工作状态下的电流；所述转移电流电路用于当出现短路故障电流时，实现短路故障电流从主电流电路的转移，并且限制和分断短路故障电流；所述转移电流电路是由第一电路(1)、第二电路(2)、第三电路(3)、第四电路(4)、感应模块(5)、过压保护模块(6)、电容器(C)和电阻器(R)组成的桥式电路；所述第一电路(1)和第二电路(2)串联后与所述第三电路(3)和第四电路(4)串联形成的电路并联；所述第一电路(1)和第二电路(2)之间具有第一端点；所述第三电路(3)和第四电路(4)之间具有第二端点；所述感应模块(5)中的副边电感器(L1)、所述电阻器(R)与电容器(C)并联形成的电路、所述过压保护模块(6)形成串联电路，并连接于所述第一端点与所述第二端点之间形成所述桥式电路；所述感应模块(5)包括：副边电感器(L1)、原边电感器(L0)、第一互感模块(B1)、第二互感模块(B2)；所述副边电感器(L1)、原边电感器(L0)组成互感器，所述原边电感器(L0)与第一互感模块(B1)、第二互感模块(B2)串联形成闭合回路；所述第一互感模块(B1)由预充电电容或超导电感组成，所述第二互感模块(B2)由具有半控功能的功率半导体器件、气体触发间隙或者真空触发间隙中的一个或多个串并联而成；所述副边电感器(L1)、原边电感器(L0)为空心电感或含磁芯的电感器；所述主电流电路包括高速机械开关(S)和与所述高速机械开关串联的可控器件(A0)；所述过压保护模块(6)由功率半导体器件(A6)与避雷器(MOV)并联组成，所述功率半导体器件(A6)具有关断电流的功能；所述避雷器(MOV)为压敏电阻或氧化锌阀片组成的避雷器；其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤0，系统正常运行，电流全部从主电流电路流过，电容器(C)或第一互感模块(B1)预充电，第一电路(1)、第二电路(2)、过压保护模块(6)均处于断开状态，高速机械开关(S)闭合；步骤1，系统发生短路故障，主电流电路电流开始上升，当超过系统短路阈值时，控制系统检测到短路故障发生；步骤2，导通第二互感模块(B2)，同时控制导通第一电路(1)、第四电路和过压保护模块(6)；第一互感模块(B1)、第二互感模块(B2)和原边电感器(L0)形成放电回路，副边电感器(L1)中生成感生电流；所述主电流电路电流逐渐向转移电流电路的第一电路(1)、所述感应模块(5)中的副边电感器(L1)、所述电阻器(R)与电容器(C)并联形成的电路、第四电路(4)转移，主电流电路电流减小；步骤3，高速机械开关(S)电流全部转移之后，控制高速机械开关(S)开始分闸，由于机械延迟的存在，断口并未形成；步骤4，所述高速机械开关无弧分闸，断口形成；步骤5，所述电容器(C)中的预充电转移至所述电阻器(R)；步骤6，所述感应模块(5)中流经原边电感(L0)的电流降低为0；步骤7，所述过压保护模块(6)中功率半导体器件(A6)关断，电流开始向避雷器转移；步骤8，流经所述转移电流电路的第一电路(1)、所述感应模块(5)中的副边电感器(L1)、所述电阻器(R)与电容器(C)并联形成的电路、第四电路(4)的电流全部通过功率半导体器件(A6)中的避雷器(MOV)，此时断路器两端的电压达到最高值，为开断过程中断路器两端过电压峰值；之后，避雷器(MOV)中的电流将开始下降，所述断路器两端的电压也开始缓慢下降，当系统电流小于避雷器(MOV)的最小导通电流时，避雷器关闭，避雷器两端电压迅速下降；步骤9，所述避雷器(MOV)中的电流为0，断路器开断完成，断路器两端的电压降为系统电压。