[发明专利]借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器及工作方法

权利要求书

1.借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器，其特征在于：所述气体直流断路器由三条支路以及第一接入端(E₁)和第二接入端(E₂)组成；第一支路(Ⅰ)与第二支路(Ⅱ)并联，第一限流元件(1)、第二限流元件(2)和气体直流断路器(3)串联组成第一支路(Ⅰ)，第一限流元件(1)的一端和第一接入端(E₁)相连接，气体直流断路器(3)的一端连接第二接入端(E₂)；第二支路(Ⅱ)由能量吸收装置(4)单独组成；电容(7)与第一受控开关(8)、电感(9)依次串联组成第三支路(Ⅲ)，第三支路(Ⅲ)和气体直流断路器(3)并联；第二受控开关(5)与限流电阻(6)、电容(7)依次串联组成第四支路(Ⅳ)，第一限流元件(1)和第二限流元件(2)组成的串联支路与第四支路(Ⅳ)并联，或者第二限流元件(2)和第四支路(Ⅳ)并联。

2.根据权利要求1所述的借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器，其特征在于：所述第一限流元件(1)和第二限流元件(2)共同限制故障电流，第二限流元件(2)感应电压或者第一限流元件(1)和第二限流元件(2)感应电压之和给电容(7)充电；通过调整第一限流元件(1)、第二限流元件(2)、限流电阻(6)、电容(7)以及电感(9)的值改变充电电压、充电电流以及放电电流。

3.根据权利要求1所述的借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器，其特征在于：所述第一限流元件(1)和第二限流元件(2)采用电抗器、超导限流器、液态金属限流器或PTC热敏电阻。

4.根据权利要求1所述的借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器，其特征在于：所述气体直流断路器(3)的气体介质采用干燥空气、六氟化硫、氢气和二氧化碳中的一种或多种的混合气体。

5.根据权利要求1所述的借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器，其特征在于：所述气体直流断路器(3)采用纵磁、横磁、自能吹弧式或压气式灭弧方式。

6.根据权利要求1所述的借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器，其特征在于：所述能量吸收装置(4)采用氧化锌避雷器或压敏电阻吸能元件。

7.根据权利要求1所述的借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器，其特征在于：所述第二受控开关(5)和第一受控开关(8)采用真空触发开关、直流接触器或断路器。

8.根据权利要求1所述的借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器，其特征在于：所述第一限流元件(1)和第二限流元件(2)采用单个或多个限流器串并联；气体直流断路器(3)采用单个或多个气体断路器串并联；能量吸收装置(4)采用单个或多个能量吸收元件串并联；限流电阻(6)采用单个或多个电阻串并联；电容(7)采用单个或多个电容器串并联；电感(9)采用单个或多个电感元件串并联。

9.权利要求1至8任一项所述的借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器的工作方法，其特征在于：直流系统处在正常工作状态，第二受控开关(5)和第一受控开关(8)打开，气体直流断路器(3)闭合，负载电流从第一接入端(E₁)进入，经第一支路(Ⅰ)流向第二接入端(E₂)；

当第一支路(Ⅰ)出现过载电流或需要切断额定电流供应时，第二受控开关(5)闭合，第二限流元件(2)的感应电压或者第一限流元件(1)和第二限流元件(2)的感应电压之和无法给电容(7)充电，气体直流断路器(3)触头分开，间距增大，气体电弧电压增加，当电弧电压达到几百或几千伏时，闭合第一受控开关(8)，电弧电压给电容(7)充电，基于电弧的负电阻特性，第三支路(Ⅲ)产生幅值不断增大的振荡电流，该电流与流过气体直流断路器(3)的电流方向相反，二者叠加产生过零点，从而开断电流；恢复电压上升至能量吸收装置(4)的导通电压，吸收开断额定或过载电流后的剩余能量；

当第一支路(Ⅰ)出现短路电流时，第二受控开关(5)闭合，由于故障电流的变化，第二限流元件(2)的感应电压或者第一限流元件(1)和第二限流元件(2)的感应电压之和给电容(7)充电，限流电阻(6)限制充电电流幅值；当充电电流降为零，第二受控开关(5)在充电电流降为零后断开，气体直流断路器(3)打开，闭合第一受控开关(8)，第三支路(Ⅲ)产生反向放电电流，气体直流断路器(3)在电流过零点成功开断短路电流，能量吸收装置(4)吸收开断短路电流后的剩余能量。