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CN109314004A - 混合直流断路器 - Google Patents

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CN109314004A
CN109314004A CN201780038274.1A CN201780038274A CN109314004A CN 109314004 A CN109314004 A CN 109314004A CN 201780038274 A CN201780038274 A CN 201780038274A CN 109314004 A CN109314004 A CN 109314004A
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CN
China
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circuit breaker
switch
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CN201780038274.1A
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R·尼霍夫
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Eaton Intelligent Power Ltd
Danfoss Power Solutions II BV
Original Assignee
Eaton Intelligent Power Ltd
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Publication date
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Abstract

直流断路器具有用于将直流负载连接到电源的在正输入端子(+IN)和正输出端子(+OUT)之间的正电源线和在负输入端子(‑IN)和负输出端子(‑OUT)之间的负电源线。第一电流分离开关(GSR1)和旁路开关(BYP1)的串联连接存在于正电源线中，以及第二电流分离开关(GSR2)在负电源线中。半导体开关元件(POWER1)并联连接到旁路开关(BYP1)。使用处理单元(5)来控制第一和第二电流分离开关(GSR1，GSR2)、旁路开关(BYP1)和半导体开关元件(POWER1)。直流断路器还包括在正电源线中的串联连接的电感器(L1)。

Description

混合直流断路器
技术领域
本发明涉及提供多个操作和安全相关功能(例如过电流保护)的直流断路器。
背景技术
国际专利公布WO2015/028634公开了具有在活线(live line)中的第一电流分离开关和旁路开关以及在中性线中的第二电流分离开关的交流断路器。半导体开关元件并联地连接到旁路开关。半导体开关元件包括整流器桥和隔离栅双极晶体管的组合。处理单元连接到布置在活线中的电流测量单元，并布置成在检测到短路状况时控制旁路开关、第一和第二电流分离开关以及隔离栅双极晶体管的导通状态。
欧洲专利公布EP-A-2 320 535公开了包括短路功能的限流断路器，其在第一短路检测之后的一设定的时间段之后重新闭合。如果短路故障然后再次被检测到，则控制单元用于使用断开器来断开电路。还公开了用于限制在上游断路器的进线和配备有下游断路器和/或分区接触器的出线之间的电路中循环的电流的方法。
国际专利公布WO2011/057675公开了中断穿过输电或配电线流动的电流的设备，特别是对于高电压DC应用。公开了主断路器和非线性电阻器的并联连接，主断路器包括第一电流方向的至少一个功率半导体开关。此外，与辅助断路器串联的高速开关并联地连接到主断路器。首先，辅助断路器断开，从而将电流传递到主断路器，其后，高速开关安全地断开。然后主断路器断开，从而将电流传递到非线性电阻器。
发明内容
本发明设法提供对直流应用优化的并能够在较高电流DC区中(即对大于大约10A)操作的断路器。
根据本发明，提供直流断路器，其包括用于将直流负载连接到电源的在正输入端子和正输出端子之间的正电源线和在负输入端子和负输出端子之间的负电源线、在正电源线中的第一电流分离开关和旁路开关的串联连接以及在负电源线中的第二电流分离开关、以及并联连接到旁路开关的半导体开关元件，其中使用处理单元来控制第一和第二电流分离开关、旁路开关和半导体开关元件，直流断路器还包括在正电源线中的串联连接的电感器。
对于直流电网，在很多位置上没有或有有限的可用的高短路能量。串联连接的电感器形成所需尺寸，使得它限制随着时间的过去的电流的变化dI/dt，导致混合直流断路器在短路时正好在混合直流断路器的输出处直接可靠地断开的足够时间。
在一组另外的实施方式中，初级电路由正电源线和负电源线形成，且直流断路器还包括连接到次级正输出端子和次级负输出端子的至少一个次级电路，至少一个次级电路是初级电路的复制物。在另一组实施方式中，至少一个额外的旁路开关并联连接到旁路开关。在这两组实施方式中，通过具有用于将负载电流分成多个较小的电流的并联模块来对DC应用优化直流断路器。这提供冗余设计以及使用具有较低的所需电流切换能力的旁路开关(以及可能还有电流分离开关)的可能性。这样的模块化设计因此使对较低和较高功率直流应用产生有成本效益的、有效的和紧凑的解决方案变得可能。
附图说明
下面将参考附图更详细地讨论本发明，其中
图1示出根据本发明的混合DC断路器的第一实施方式的示意图；
图2示出根据本发明的混合DC断路器的第二实施方式的示意图；
图3示出根据本发明的混合DC断路器的第三实施方式的示意图；
图4示出根据本发明的混合DC断路器的第四实施方式的示意图；
图5示出根据本发明的混合DC断路器的第五实施方式的示意图；
图6a和6b示出如在本发明的实施方式中应用的半导体开关元件的实现的两个可选布置；
图7示出在根据本发明实施方式的混合DC断路器中的各种元件的启动的时序图；以及
图8示出根据本发明的混合DC断路器的第六实施方式的示意图。
具体实施方式
可在越来越多地用作AC电网的备选方案的很快即将到来的DC电网中应用如本文所述的混合直流(DC)断路器的实施方式。对于小电压和小电流(一直到大约10A)，已经存在很多可用的全硅固态继电器，其中接通状态损耗是不明显的。然而对于较高电压或电流，具有低欧姆损耗且同时具有切换高电压和高电流的能力的硅部件的可用性是非常有限的。对于应用的这个领域，当前的混合断路器是完美的备选方案。
根据本发明实施方式的DC断路器可用于在配电网级上或在最终电路级上的电缆和设备保护。因为本文所述的实施方式具有处理单元5(见下面的描述)，可提供对服务于有源DC电网有利的各种能力，例如但不限于远程监控、远程参数化、事件依赖参数化、远程控制、通信/记录、对过电流、短路、过温、故障电流和电弧故障的保护、能量测量、可编程选择性、故障安全和冗余设计。
目前已知的DC断路器大多基于具有为了较高电网电压而串联连接的极杆的常规机械开关。开关触头也常常为了DC使用而减载运行(与在AC使用中的断路器的相同性能比较)，因为常规机械开关在中断DC电压时具有很多电弧放电。
DC在本性上难以通过触头来切换，硅开关解决方案(固态开关)可以是良好的解决方案。然而一但在接通状态中，硅部件就具有损耗——“接通状态损耗”。对于低电流或低电压，已经存在具有可接受的接通状态损耗的硅部件，但对于较高的电流，耗散对于很多应用来说仍然是不可接受的。为了有这两种类型的开关的优点，提供根据本发明实施方式的混合DC断路器。
这在图1的示意图中示出，图1示出根据本发明的混合DC断路器的基本架构。
在图1的实施方式中，提供直流断路器，其包括用于将直流负载连接到电源的在正输入端子+IN和正输出端子+OUT之间的正电源线以及在负输入端子-IN和负输出端子-OUT之间的负电源线。第一电流分离开关GSR1和旁路开关BYP1的串联连接存在于正电源线中，且第二电流分离开关GSR2在负电源线中。半导体开关元件POWER1并联地连接到旁路开关BYP1。混合开关部分在具有标号“+POLE”的虚线框中示出，并包括第一电流分离开关GSR1、旁路开关BYP1和半导体开关元件POWER1。
使用处理单元5来控制第一电流分离开关GSR1和第二电流分离开关GS R2、旁路开关BYP1和半导体开关元件POWER1。处理单元5设置有允许提供远程监控、远程参数化、事件依赖参数化、远程控制、通信/记录、对过电流、短路、过温、故障电流和电弧故障的保护、能量测量、可编程选择性、故障安全和冗余设计的功能的各种功能块，包括但不限于电源、控制单元、通信单元和用户接口。
处理单元5因此可包括用于所有子电路的一般内部功率供应、用于所有开关驱动器的控制(在图1-5的实施方式中被示为信号RDRx、IDRy)、用于功能行为程序(包括用于冗余、远程控制、远程参数化、自测试等的协议)、用于用户接口、用于通信(RS485、RF、Modbus、LAN、Wi-Fi等)、用于主设备到下级分配、从设备到上级主分配和用于从检测装置(DETi)收集所有数据并处理数据的电路。处理单元5还执行用于保护功能例如过电流、短路、接地故障和电弧故障的软件。
如所使用的(在图1-5的实施方式中使用的参考符号)且连接到处理单元5的检测电路是：
·DET1：输入电压检测；用于能量测量、电压骤降或缺乏的检测、电弧故障信号等的瞬时电压测量。
·DET2：主分路电流检测；用于能量测量(源或宿)、电弧故障信号、总负载电流和方向、电流保护功能等的瞬时电流测量。
·DET3、DET6、DET7、DET8：极杆分路电流检测；用于能量测量(源或宿)、在极杆之间的电流共享、极杆保护功能等的瞬时电流测量。
·DET4：输出电压检测；用于在接通DC断路器(黑启动)时的反向馈电保护、自测试功能等的瞬时电压测量。
·DET5：接地漏电检测；DC接地故障的瞬时值。
对于关于处理单元的另外的细节，参考如在同一申请人的通过引用被包括在本文中的国际专利申请WO2015/028634中对AC断路器所描述的类似处理单元的实现。
此外，在本发明实施方式中，直流断路器包括在正电源线中的串联连接的电感器L1，例如，如由连接到正输出端子+OUT的一个端子指示的。
电感器L1具有特殊目的。对于DC电网，在很多位置上没有可用的高短路能量，且此外没有断路器的高短路能力是需要的。例如在太阳能应用中或当在DC转换器后面使用时，5kA就已经足够了。电感器L1形成所需尺寸，使得它限制随着时间的过去的电流的变化dI/dt，导致混合直流断路器在短路时正好在混合直流断路器的输出处可靠地断开的足够时间。作为示例性实施方式，如果DC断路器的总中断时间例如被估定为500μs以及最大断路电流被估定为1500A，则随着时间的过去的电流的所需变化dI/dt＝3Α/μs。对于连接到例如770V的输入端子+IN、-IN的DC源电压，这将导致260μΗ的电感器L1的最小电感值(U＝L*dI/dt)。
-POLE(由在图1的实施方式中的虚线指示，包括第二电流分离开关GS R2)本身不被保护免受过电流和短路，因为这在大部分DC电网中是不必要的。它仅仅是在继电器驱动器信号RDR2的控制下由电流分离开关GSR2分离的电流。如果保护将是需要的，则与对+POLE的相同的块可用于-POLE。因此可提供另一实施方式，其中直流断路器还包括与第二电流分离开关GSR2串联连接的第二旁路开关。
DC断路器的功能之一是提供接地漏电保护。在本文所述的实施方式中，DC接地漏电检测基于例如具有不同的可能检测原理的核心平衡测量，这些原理因此是本领域中的技术人员已知的，例如使用霍尔元件、核心磁滞饱和等。在如图1到5所示的实施方式中，这由向处理单元5提供接地漏电检测信号DET并布置成监控正电源线和负电源线的接地漏电测量布置EL1指示。
过电流、短路、负载电流、电流方向等可由低欧姆分路SH1测量，为处理单元5提供电流检测信号DET2。一般说来，提供第一电流测量布置，其连接到处理单元5，用于测量从正输入端子+IN流到正电源线的电流。此外，可存在连接到处理单元5并布置成测量在正输入端子+IN和负输入端子-IN之间的电压的第一电压测量布置DET1。此外，可以存在用于测量在正输出端子+OUT和负输出端子-OUT之间的电压的第二电压测量布置DET4。
在图1所示的实施方式中，添加二极管D1和D2，其如在附图中所指示的分别直接连接在输入端子+IN、-IN和输出端子+OUT、-OUT之间。这些被提供来避免在切断DC断路器时在输入和输出上的过电压。在DC断路器切断的情况下，在电线-电感中的能量将引起峰值电压。二极管D1和D2起续流二极管的作用，且将限制过电压，取决于电流的方向(从输入到输出或相反的能量)。因此在另一实施方式中，直流断路器还包括具有连接到正输入端子+IN的阴极和连接到负输入端子-IN的阳极的第一二极管D1。在又一实施方式中，直流断路器还包括具有连接到正输出端子+OUT的阴极和连接到负输出端子-OUT的阳极的第二二极管D2。
图7示出在根据本发明实施方式的混合DC断路器中的各种元件的启动的时序图(水平轴是时间轴)，且将在这里用于解释图1的DC断路器实施例的操作使用。假设输入DC电压Uin存在于输入端子+IN、-IN处，如在图7的时序图的顶部线中指示的，图7在第二条线上示出在输出端子+OUT、-O UT上的输出电压Uout。在ON命令被给出(第三条线，信号变“高”)之后，首先在-POLE中的第二电流分离开关GSR2将闭合(第四条线)。同时或在一会儿后，在+POLE中的第一电流分离开关GSR1将闭合(第五条线)。ON切换本身然后由在负载电流正向方向上的半导体开关元件POWER1(第六条线)完成，且在一会儿后这由旁路开关BYP1(第七条线)绕过。在ON状态中，切断半导体开关元件POWER1可能是有利的。
在OFF命令之后，顺序刚好倒过来，也如在图7的时序图中指示的。首先旁路开关BYP1断开。在旁路开关BYP1具有足够的接触距离之后，半导体开关元件POWER1将执行OFF切换。作为最后的行动，第一和第二电流分离开关GSR1和GSR2断开以使线+IN、-IN与负载侧+OUT、-OUT电流隔离。请注意，这个顺序可能对于连接到输出端子+OUT、-OUT的源和宿负载都是相同的。
如关于本发明实施方式(图1-5)所述的所有电流分离开关GSRm和旁路开关BYPn是双稳态的且由短电流脉冲驱动(例如使用在图1的实施方式中的继电器驱动器信号RDR1)。通过从继电器驱动器电路连接被充电的电容器来完成通电。电流分离开关GSRm具有用于可靠隔离的大接触距离且可以很慢，旁路开关BYPn只有小接触距离，但在断开时非常快。在另一实施方式中，所有旁路开关BYPn具有比电流分离开关GSRm中的任一个的断开时间短的断开时间。
在实现DC断路器时可能出现的另一问题也是，对于较高的电流范围，没有小的、超快的、低通电的、双稳态继电器可在市场上买到。如果超快的用于较高电流的解决方案被做出，则这些需要用于启动的很多能量。这使D C断路器的紧凑和经济的设计变得很难。根据本发明的另一组实施方式，通过将高负载电流分到并联的模块中来解决这个问题。这样，可能使用可得到的小的双稳态继电器。将高负载电流分到并联的模块中也具有冗余和自测试功能被实现的优点。
图2示出用于较高负载电流且具有冗余的本发明混合DC断路器的实施方式的架构。如果一个极杆(在图1的实施方式中的+POLE)不能够携带所有所需的负载电流，则可以如在图2的实施方式中所示的通过使用+POLE1、+POLE2、+POLE3来使第二极杆(或第三或更多)并联。当然，在极杆之间的电流分配是相关的，但这可通过适当地选择内部接线和接触材料来被控制。此外，在每个极杆+POLE1、+POLE2、+POLE3中的分路电阻SH2、SH3、SH4有助于得到通过极杆的可接受的电流分配。
在图2所示的实施方式中，直流断路器因而还包括串联连接到至少一个额外的旁路开关BYP2、BYP3中的每个的额外的电流分离开关GSR3、GSR4。
极杆+POLEn可使用如图2所示的相关驱动器信号对RDRx、IDRy同时或独立地由处理单元5切换。在过电流或短路电流的情况下，一个极杆+POLEn可被设计成使得它能够独自断开过电流或短路。在那种情况下，在极杆+POL En之间的定时行为和电流分配不是关键的。也可能在更多极杆+POLEn之间划分过电流和短路电流。这使半导体开关元件POWERn(IGBT功率模块)的较小设计变得可能。在短路处的在极杆+POLEn之间的电流分配在旁路开关B YPn的断开之后由在两个其它极杆+POLEn的每个中的半导体开关元件POWER n(特别地，IGBT)的属性确定。
使用如图2的实施方式所示的并联的两个或更多个极杆+POLEn而不是具有较高电流额定值的一个极杆的原因是，旁路开关BYPn和电流分离开关G SRm有利地是小的、超快的、低通电的和双稳态的，这使经济的设计变得可能。
另一优点也是，可为了冗余而添加额外的极杆+POLEn。如果一个极杆能够携带例如100A负载电流且最大负载电流是200A，则可能断开三个极杆+P OLEn之一并在极杆+POLEn之间改变。如果一个极杆+POLEn在这种情况下变得有缺陷，则可能将消息发送到维修工程师以更换DC断路器。也可能通过从一个极杆到另一极杆定期改变或并联地连接三个极杆来在不同极杆+POLE n之间控制温度和老化。冗余极杆+POLEf7的自测试也是非常容易的：一个极杆+POLEn的半导体开关元件POWERn、旁路开关BYPn和电流分离开关GSR m可被接通和切断而没有负载电流的中断。
为了以这种方式适当地控制这个直流断路器实施方式，在另一实施方式中的直流断路器包括每个相关旁路开关(BYPn)的旁路电流测量布置。这可可以如在图2的实施方式中所示的使用(低欧姆)分路电阻SH2、SH3、SH4和到处理单元5的相关检测器信号DET3、DET6、DET7来实现。
如在图3的示意图中所示的实施方式具有除了电流分离开关GSRm以外的与图2所示的实施方式相同的架构。来自不同极杆+POLEn的两个或更多个电流分离开关GSRm现在被组合在输出线上的一个电流分离开关GSR1中。如所示，在负电源线中的第二电流分离开关GSR2也可被组合在同一个电流分离开关GSR1中。在这个实施方式中，其中第一电流分离开关GSR1和第二电流分离开关GSR2被组合并使用来自处理单元5的单个继电器驱动器信号RDR2来操作。
优点是，有一个电流分离开关GSR1和一个继电器驱动器信号RDR2而不是四个是更廉价的。缺点可能是来自图2的实施方式的冗余不再可适用于电流分离开关GSR1。另一方面，电流分离通常只对维修情况是需要的，对于正常保护和切换，具有单个电流分离开关GSR1的混合直流断路器实施方式在很多应用中是可接受的。
另一缺点可能是，电流分离开关GSR1不可再被自测试。组合的电流分离开关GSR1太慢而不能很快断开负载用于自测试。这可部分地通过将恒通电单稳态继电器实现为组合的电流分离开关GSR1来被解决，使得比当使用双稳态继电器时更故障安全的实现可被提供，但应注意，恒通电单稳态继电器具有恒定功率消耗的缺点。
直流断路器在另外的实施方式中还可包括并联连接到至少一个额外的旁路开关BYP2、BYP3中的每个的额外的半导体开关元件POWER2、POWER3，如在图2和图3的实施方式中所示的。这允许在极杆+POLEn的每一个中应用在上面参考图7所述的切换定时的使用。
与图3所示的实施方式比较，如图4所示的实施方式提供在部件的减少方面的额外进步。现在不仅电流分离开关被组合在单个电流分离开关GSR1中，而且半导体开关元件POWERn也被组合在其单个版本(POWER1)中。注意，半导体开关元件POWER1现在并联连接到每个旁路开关BYP1、BYP2和相关分路电阻器SH2、SH3的串联连接(在图3的实施方式中，每个半导体开关元件POWERn仅并联连接到相关旁路开关BYPn)。这个实施方式可在更一般的实施方式中被描述为直流断路器，其还包括并联连接到旁路开关BYP1的至少一个额外的旁路开关BYP2、BYP3，该特征存在于图4的实施方式中而且也在图2和图3的实施方式中。
在所有实施方式中，半导体开关元件POWERn通常用于接通/切断，所以从能量耗散观点看，可能提供单个组合的半导体开关元件POWER1。此外，短路断开对单个半导体开关元件POWER1是可能的，也见图2的实施方式的描述。主要优点是，根据图4的实施方式比根据图3(或2)的实施方式实现起来更经济。通过选择正确的接触接线和接触材料，适当的电流分布仍然是可能的。分路电阻器SH2、SH3也允许具有适当的电流分配。如在图2和3的实施方式中的，图4的实施方式的变形对三个或甚至更多个并联的电流路径+POLEn也是可能的。这个实施方式的可能的缺点是，在半导体开关元件P OWERn(和电流分离开关GSRn)中不再有冗余，然而对于单个旁路开关BYP1不足以携带负载电流的应用，这个实施方式提供经济的直流断路器。
在图5的示意图中示出根据本发明的直流断路器的又一实施方式。在这个版本中，有两个或更多个输出端子+OUT2、-OUT2(另一个现在被称为+OUT1和-OUT1)，其使用用于在两个分支中的断路器功能的类似部件可连接到同一输入端子+IN、-IN、处理单元5和输入侧分路电阻器SH1。这个分级结构可用作具有灵活的远程可配置功能的完整DC分配系统。这个版本也可在4电线电缆对下级分配板的可用性(两个电线用于+OUT1、-OUT1，而两个电线用于+OUT2、-OUT2)的情况下被使用。这样的4电线电缆在用于三相和中性接线的AC世界中非常普遍地被使用。一般说来，实施方式涉及直流断路器，其中初级电路由正电源线和负电源线形成，还包括连接到次级正输出端子+O UT2和次级负输出端子-OUT2的至少一个次级电路，至少一个次级电路是初级电路的复制物。然后在初级电路和至少一个次级电路(在图5的实施方式中的两个分支)中都提供类似的部件，且可根据本文所述的任一个实施方式来实现初级电路和至少一个次级电路。
图6A和图6B示出半导体开关元件POEWRn的可能实现的示意图。在图6A的实施方式中，半导体开关元件POWER1包括如所指示的被连接并由起源于处理单元5的输入驱动信号IDR1控制的两个隔离栅双极晶体管IGBT1、IGB T2的背对背电路布置。作为在图6B的实施方式中所示的备选方案，半导体开关元件POWER1包括桥整流器d1-d4和隔离栅双极晶体管IGBT3，其使用起源于处理单元的输入驱动信号IDR2来被控制。在这两个可选的实施方式中，过电压保护元件VDR1分别并联地连接到旁路开关BYP1、BYP2。
此外，半导体开关元件POWERn的这些实施方式可包括适当的缓冲电路以抑制由电流的突然中断引起的电压瞬变现象。在图6A的实施方式中，缓冲电路被提供为连接到隔离栅双极晶体管IGBT1、IGBT2的发射极的单独缓冲电容器SN1，且在图6B的实施方式中被提供为包括电容器SN2、二极管d5和电阻器R1的缓冲电路。
在另外的实施方式中，一些部件重新布置在上面所述的实施方式中，具有允许负载的容易和可靠断开并将输出端子+OUTi、-OUTi设置为自由地用于维护安装的增加的优点。这些实施方式之一在图8的示意图中示出。
为了维修，通常输出端子+OUTi、-OUTi必须与输入+IN、-IN电流分离(如由对公用电网的相关标准规定的)。在多个输出端子+OUTi,-OUTi(也见图5的实施方式)的情况下，由于成本原因而为所有输出组合电流分离可能是有利的。
在一个实施方式中，这通过将来自并联电流路径+POLEn、-POLE的第一电流分离开关GSRn和第二电流分离开关GSR2分别重新定位到正电源线和负电源线的共有部分来实现。连接到正电源线和负电源线的输入端子+IN、-IN和处理单元5形成直流断路器的共有部分，且在这个实施方式中，共有部分还包括一个或多个公共电流分离开关GSR1、GSR2。在图8所示的实施方式中，处理单元5、第一电流测量布置(使用分路电阻器SH1)、第一电压测量布置DET1和(公共)电流分离开关GSR1、GSR2直接连接在这个共有部分中。公共电流分离开关GSR1、GSR2可由如图8所示的单个继电器驱动器信号RD R1控制。
然后使用类似的部件来实现到第一和第二输出端子对+OUT1、-OUT1、+O UT2、-OUT2的单独分支。因此在这个实施方式中使用每个并联电流分支的混合开关部分(旁路开关BYPn和半导体开关元件POWERn)来完成连接到直流断路器的负载的正常接通/断开切换。如果维修是需要的或例如在对并联电流分支之一中的过电流或接地故障的保护的情况下，公共电流分离继电器G SR1、GSR2可以作为额外的安全措施被断开(在处理单元5的控制下)。
在特别有利的另外或可选的实施方式中，如果多个电源连接到混合直流断路器，则输出短路开关OSCSi设置在每个输出端子对+OUTi、-OUTi之间。在这样的情况下，电流分离可能不是有效的，因为例如在所连接的太阳能逆变器的情况下，一些输出负载也可以是源。可在起源于处理单元5的另一继电器驱动器信号(分别在图8的实施方式中的RDR3和RDR5)的控制下使用传统继电器来实现输出短路开关(在图8的实施方式中，OSCS1和OSCS2)。可选地，可使用硅(半导体)开关来实现输出短路开关OSCSi。
注意，参考图8所述的实施方式(将电流分离开关GSRn移动到直流断路器的共有部分和/或添加输出短路开关OSCSi)也可作为额外的特征被应用在上面参考图1-4所述的每个实施方式中。直流断路器的本发明实施方式的商业应用是在用于各种类型的用途的智能DC电网的快速增加的领域中。虽然所提议的实施方式通常比仅使用机械分离开关的无源(即，传统的现有技术)机械解决方案更昂贵，但很多技术和商业优点被提供。
上面参考如在附图中所示的很多示例性实施方式描述了本发明。一些部分和元件的修改和可选的实现是可能的，并被包括在如在所附权利要求中限定的保护范围内。

Claims (18)

1.一种直流断路器，包括:
用于将直流负载连接到电源的在正输入端子(+IN)和正输出端子(+OUT)之间的正电源线和在负输入端子(-IN)和负输出端子(-OUT)之间的负电源线,
在所述正电源线中的第一电流分离开关(GSR1)和旁路开关(BYP1)的串联连接以及在所述负电源线中的第二电流分离开关(GSR2),以及
并联连接到所述旁路开关(BYP1)的半导体开关元件(POWER1)，其中使用处理单元(5)来控制所述第一电流分离开关和第二电流分离开关(GSR1，GSR2)、所述旁路开关(BYP1)和所述半导体开关元件(POWER1)，
所述直流断路器还包括在所述正电源线中的串联连接的电感器(L1)。
2.如权利要求1所述的直流断路器，还包括与所述第二电流分离开关(GSR2)串联连接的第二旁路开关。
3.如权利要求1或2所述的直流断路器，还包括具有连接到所述正输入端子(+IN)的阴极和连接到所述负输入端子(-IN)的阳极的第一二极管(D1)。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的直流断路器，还包括具有连接到所述正输出端子(+OUT)的阴极和连接到所述负输出端子(-OUT)的阳极的第二二极管(D2)。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的直流断路器，其中由所述正电源线和所述负电源线形成初级电路，还包括连接到次级正输出端子(+OUT2)和次级负输出端子(-OUT2)的至少一个次级电路，所述至少一个次级电路是所述初级电流的复制物。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的直流断路器，还包括并联连接到所述旁路开关(BYP1)的至少一个额外的旁路开关(BYP2；BYP3)。
7.如权利要求6所述的直流断路器，还包括并联连接到所述至少一个额外的旁路开关(BYP2；BYP3)中的每个的额外的半导体开关元件(POWER2；POWER3)。
8.如权利要求6或7所述的直流断路器，还包括串联连接到所述至少一个额外的旁路开关(BYP2；BYP3)中的每个的额外的电流分离开关(GSR3；GSR4)。
9.如权利要求6或7所述的直流断路器，其中所述第一电流分离开关(GSR1)和第二电流分离开关(GSR2)被组合并使用单个继电器驱动器(RD R2)来操作。
10.如权利要求9所述的直流断路器，其中所组合的电流分离开关(GS R1)是恒通电单稳态继电器。
11.如权利要求1-10中的任一项所述的直流断路器，其中连接到所述正电源线和负电源线的所述输入端子(+IN，-IN)和处理单元(5)形成所述直流断路器的共有部分，所述共有部分还包括一个或多个公共电流分离开关(GSR1，GSR2)。
12.如权利要求1-11中的任一项所述的直流断路器，还包括连接在所述正输出端子(+OUTi)和所述负输出端子(-OUTi)之间的输出短路开关(O SCSi)。
13.如权利要求1-12中的任一项所述的直流断路器，还包括每个相关旁路开关(BYPn)的旁路电流测量布置。
14.如权利要求1-13中的任一项所述的直流断路器，其中所有旁路开关(BYPn)具有比所述电流分离开关(GSRm)中的任一个的断开时间短的断开时间。
15.如权利要求1-14中的任一项所述的直流断路器，还包括连接到所述处理单元(5)的第一电流测量布置，用于测量从所述正输入端子(+IN)流到所述正电源线的电流。
16.如权利要求1-15中的任一项所述的直流断路器，还包括连接到所述处理单元(5)并布置成测量在所述正输入端子(+IN)和所述负输入端子(-IN)之间的电压的第一电压测量布置(DET1)。
17.如权利要求1-16中的任一项所述的直流断路器，还包括连接到所述处理单元(5)并布置成监控所述正电源线和负电源线的接地漏电测量布置(EL1)。
18.如权利要求1-17中的任一项所述的直流断路器，还包括用于测量在所述正输出端子(+OUT)和所述负输出端子(-OUT)之间的电压的第二电压测量布置(DET4)。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190205

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