[发明专利]直流开关设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于中断沿着中压或高压电流路径流动的直流电流的直流开关设备，具有电气电路布置，其包括在中压或高压电流路径中可连接的机械开关装置，其中，用于在中压或高压电流路径中连接的机械开关装置中强制产生电流过零点的电气电路布置还具有(i)LC电路，其具有用于形成通过开关装置闭合的振荡回路的至少一个电感元件和至少一个电容元件；并且具有(ii)用于产生对振荡回路进行激励的激励频率的至少一个可关断的半导体组件。

背景技术

中压和高压技术的机械开关装置，例如真空开关管，为中断电流需要电流过零点。在目前主流的借助交流电流进行的发电、输电和配电技术中，该电流过零点自然总是存在的。

发电、输电和配电领域的当前发展旨在增加直流系统的使用，从而需要相应的直流开关设备。然而直流电流缺少必需的电流过零点，因此，在使用机械开关装置的情况下必须人工建立电流过零点。

上面提及的类型的直流开关装置在文献US 2013/0070492 A1中已知。其示出了用于中断沿着高压直流路径流动的直流电流的直流开关设备，具有电气电路布置，其包括在高压直流路径中可连接的机械断路器，其中，用于在高压直流路径中连接的机械断路器中强制产生电流过零点的电气电路布置还具有(i)LC电路，其具有用于形成通过断路器闭合的主动振荡回路的至少一个电感元件和至少一个电容元件；并且具有(ii)用于产生对振荡回路进行激励的激励频率的可关断的半导体组件。该半导体组件是断开类型的半导体组件，其在直流路径中与机械断路器串联连接。通过利用与主动振荡回路一致的频率来开关半导体组件，将交流电流加调制到直流电流上，该交流电流对振荡回路进行激励以产生振荡。如果该振荡回路的振荡的电流幅值大于直流电流的幅值，或者振荡的电流幅值至少具有与直流电流相同幅值，则会形成期望的电流过零点。

半导体组件在此只需针对在直流开关设备上的全部电压的一小部分设计，并且通过过电压放电器保护。对于这种用于中断直流电流的方法(不同于基于其他已知的用于中断直流的方法的直流开关设备的情况)不需要预先充电的电容器以及高的电弧燃烧电压。该开关原理的大的缺点在于与机械开关装置串联的、在电流路径中连接的半导体组件，其在接通状态下会产生持续的损耗，虽然其通过选择合适的半导体组件可以保持较低的损耗，但是在原则上始终会有损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种针对中压和高压应用的直流开关设备，通过该设备能够克服所提及的难点。

该技术问题通过独立权利要求的特征来解决。在从属权利要求中给出了有利的实施形式。

在根据本发明的直流开关设备中规定，至少一个可关断的半导体组件在电气电路布置中布置为，使得在中压或高压电流路径中连接机械开关装置的情况下，半导体组件始终位于该中压或高压电流路径外部。换言之，至少一个可关断的半导体组件被布置在振荡回路的另外的段中、也就是例如布置在LC电路中，和/或被布置在电气电路布置的完全另外的部分中。由此，流经接通的机械开关装置的直流电流I不必承受可关断的半导体中产生的功率损耗。有利的是可以设置多个可关断的半导体组件。

根据本发明的优选实施，至少一个可关断的半导体组件被布置在电气电路布置的一部分中，其位于振荡回路外部。

在此特别是规定，电气电路布置的位于振荡回路外部的部分具有用于对振荡回路的振荡进行激励的、与振荡回路耦合的激励振荡回路，其中可关断的半导体组件或至少一个可关断的半导体组件被布置在该激励振荡回路中。

激励振荡回路在此优选地电感性地与振荡回路耦合。耦合特别是通过变压器实现。

根据本发明的另外的优选实施规定，在半桥电路(半桥)中连接至少一个可关断的半导体组件与激励振荡回路的LC电路。

根据本发明的另外的优选实施规定，可关断的半导体组件或至少一个可关断的半导体组件被布置在振荡回路的另外的段中、特别是被布置在其LC电路中。

特别是规定，或者在半桥电路中或者在桥式电路中连接至少一个可关断的半导体组件和振荡回路的LC电路。

在另外的优选实施中规定，电路布置具有至少一个从中压或高压电流路径引出的电流支路，在其中连接可关断的半导体组件或至少一个可关断的半导体组件。

根据本发明的另外的优选实施方式，电路布置具有与机械开关装置并联连接的电压放电器。

最后优选地规定，直流开关装置具有用于协调地控制机械开关装置和至少一个可关断的半导体组件的控制和/或调节装置。