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間必須非常短暫，通常大約為幾毫秒。

背景技術(shù)：

申請人于2011年12月23日提交了一項(xiàng)國家登記號為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)”的法國專利申請。

專利申請F(tuán)R 2985082公開了一種適用于中斷在電傳輸裝置中流動的電流的機(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延遲子支路和至少一個啟動子支路(une sous-branche d'armement)，所述至少一個定時器子支路與所述至少一個布防子支路并聯(lián)。

一個或多個定時器子支路的存在導(dǎo)致輔支路具有大量部件。此外，一個或多個定時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的電流的斷路器裝置，所述裝置包括并聯(lián)連接的三個電氣支路，即，主支路，待中斷的電流在該主支路中流動；輔支路；以及電壓限制器支路；主支路包括與至少一個機(jī)械斷續(xù)器/切斷器串聯(lián)連接的至少一個半導(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)連接的至少一個半導(dǎo)體元件，輔支路包括至少一個組件，所述至少一個組件由與至少一個電阻器并聯(lián)連接的至少一個電容器組成，該組件與至少一個晶閘管串聯(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的電流達(dá)到所述傳輸線上流動的電流的值的時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時刻之后的t₁時刻將斷開命令應(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的電流的值為止；以及

適用于在t₂時刻應(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時刻是所述電壓限制器中流動的電流達(dá)到傳輸線上流動的電流的值的時刻或之后的時刻。

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時刻的時刻將預(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)體元件時對與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲電容器中的電荷進(jìn)行測量的模塊；以及

適用于當(dāng)存儲電容器的電荷的測量值與預(yù)定電荷值相匹配時，使得斷開命令能夠在t₀時刻應(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時刻之后的t_b時刻將斷開命令應(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時刻之后的t_c時刻將斷開命令應(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的電流的值為止；以及

適用于在t_d時刻應(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時刻是所述電壓限制器中流動的電流達(dá)到所述傳輸線上流動的所述電流的值的時刻或之后的時刻。

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)體元件時對與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲電容器中的電荷進(jìn)行測量的模塊；以及

適用于當(dāng)存儲電容器的電荷的測量值與預(yù)定電荷值相匹配時使得斷開命令應(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)明的多個實(shí)施例相容的多個輔支路變型。

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包括兩個并聯(lián)的子支路，每個子支路包括兩個半導(dǎo)體斷路器單元CEL₁、CEL₂和至少一個機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m。優(yōu)選地，每個斷路器單元CEL_i(i＝1，2)被設(shè)置在子支路的相應(yīng)端部處，以及一個或多個機(jī)械切斷器被設(shè)置在斷路器單元之間。例如，每個半導(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，主支路包括兩個子支路。然而，更一般地，主支路可以僅由單個支路組成，或者主支路可以包括N個并聯(lián)子支路(N≥2)。

輔支路B₂包括：與至少一個電阻器Ra并聯(lián)的至少一個電容器Ca，以及至少兩個由級聯(lián)的晶閘管T_j構(gòu)成的子組件。所述兩個由晶閘管構(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電容器。

圖1A中所示的輔支路B₂是輔支路的一個實(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)沿著一個方向或另一個方向流動的DC，或者可以沿著相反方向以半個周期傳導(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時的電流中斷過程，檢測到該電流變化會觸發(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中流動的電流被標(biāo)記為I₁，并且電壓限制器中流動的電流被標(biāo)記為I₃。

在時刻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)送同時斷開命令K₁。在t₀之后的t₁時刻，控制電路CM則向所有的IGBT發(fā)送同時斷開命令K₂。根據(jù)待中斷的電流來選擇t₁時刻與t₀時刻之間的時間差。對于具有相同電容的電容器Ca而言，待中斷的電流越大，t₁時刻與t₀時刻之間的時間段越長。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，t₁時刻與t₀時刻之間的時間差等于250微秒(μs)。

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

從t₁時刻開始，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等于傳輸線上流動的電流的值(參見圖5B)。

在t₂時刻，即，一個或多個電壓限制器中流動的電流達(dá)到傳輸線上流動的電流的值的時刻或之后的時刻，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時刻和t₁時刻之間的時間間隔Δt期間，與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲電容器進(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時刻之后的t₃時刻，機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m處于電氣斷開狀態(tài)。

t₁時刻(在該時刻，向機(jī)械斷續(xù)器/切斷器給出了斷開的命令)與t₃時刻之間的時間段是機(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時刻是在t₃時刻之前還是在t₃時刻之后。

當(dāng)t₂時刻在t₃時刻之前時(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時刻在t₃時刻之后時，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時刻在t₃時刻之前時所選擇的電容值。

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

按照如下方式執(zhí)行該測試。在t₀時刻之前的t₀-δt時刻，向IGBT施加斷開命令，例如，時間段δt可以等于幾微秒。IGBT的斷開會導(dǎo)致在每個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)連接的存儲電容器的兩端。這導(dǎo)致對存儲電容器逐步進(jìn)行充電。然后，對存儲電容器的電荷進(jìn)行測量，如果發(fā)現(xiàn)正確地執(zhí)行充電(即，存儲電容器兩端的電壓在要求的時間內(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，如果存儲電容器沒有正確地充電(即，存儲電容器兩端的電壓在要求的時間內(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，主支路包括兩個具有柵極可關(guān)斷(GTO)晶閘管的斷路器單元CEL_G1、CEL_G2。

每個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。每個單元CEL_Gi(i＝1，2)優(yōu)選地被設(shè)置在主支路的端部。兩個單元CEL_G1與CEL_G2連接在多個并聯(lián)子支路的相對端部處、沿著相反方向?qū)ǎ總€子支路包括兩個電流平衡單元CQ_i和至少一個機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m，所述兩個電流平衡單元CQ_i連接成沿著相反方向?qū)?，每個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并聯(lián)子支路中流動的電流。

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時刻，傳送用于斷開機(jī)械斷續(xù)器/切斷器的命令K₁；在t₁時刻，傳送用于斷開主支路的GTO晶閘管的命令K₂；以及在t₂時刻，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包括兩個并聯(lián)的子支路，每個所述子支路包括兩個GTO晶閘管斷路器單元CEL_G1和CEL_G2以及至少一個機(jī)械斷續(xù)器/切斷器S_m，所述兩個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的相對側(cè)以沿著相反方向?qū)?。?yōu)選地，每個斷路器單元CEL_Gi(i＝1，2)被設(shè)置在子支路的相應(yīng)端部，并且一個或多個機(jī)械切斷器被設(shè)置在斷路器單元之間。每個斷路器單元CEL_Gi(i＝1，2)包括：至少一個GTO晶閘管GTO_i、二極管2以及電壓限制器3。二極管2與一個或多個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)。每個電流平衡單元包括不會干預(yù)斷開過程的IGBT。

在圖3所示的變型中，主支路包括兩個子支路。然而，更一般地，在本發(fā)明的這個變型中，主支路包含N個并聯(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時刻，傳送用于斷開機(jī)械斷續(xù)器/切斷器的命令K₁；在t₁時刻，傳送用于斷開主支路的GTO晶閘管的命令K₂；以及在t₂時刻，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時刻，傳送用于同時斷開機(jī)械斷續(xù)器/切斷器的命令K₁；在t₁時刻，傳送用于同時斷開主支路的GTO晶閘管的命令K₂；以及在時刻t2，傳送用于同時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IGBT的至少一個斷路器單元并聯(lián)的至少一個附加斷路器單元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中流動的電流被標(biāo)記為I₁，以及電壓限制器中流動的電流被標(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應(yīng)：當(dāng)故障的出現(xiàn)導(dǎo)致在IGBT中流動的電流I₁增大到閾值I₀時，檢測到所述電流變化會觸發(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時刻電流I₁達(dá)到預(yù)定值I₀時，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)的一個或多個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，并且一個或多個電壓限制器中的電流I₅增大，直到其達(dá)到傳輸線上流動的電流的值I_max3為止。

在t_d時刻，即，一個或多個電壓限制器中流動的電流達(dá)到傳輸線上流動的電流的值的時刻或之后的時刻，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時刻和t_c時刻之間的時間間隔Δt期間，與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲電容器進(jìn)行充電。

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

t_b時刻(在該時刻，向機(jī)械斷續(xù)器/切斷器給出了斷開的命令)與t_e時刻之間的時間段是機(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時刻是在t_e時刻之前還是在t_e時刻之后。

當(dāng)t_d時刻在時刻t_e之前時，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時刻在t_e時刻之后時，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時刻在t_e時刻之前時所選擇的電容值。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時刻與t_b時刻之間對輔支路的晶閘管執(zhí)行初步測試。t_a時刻和t_b時刻之間的時間段通常等于至少10μs，這是執(zhí)行測試的充足時間段。在t_a時刻，其中，在該時刻，IGBT在命令K_a的作用下斷開，IGBT兩端產(chǎn)生電壓，該電壓對與輔支路的晶閘管并聯(lián)連接的存儲電容器進(jìn)行充電。然后，對電荷進(jìn)行測量。如果存儲電容器正常充電，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(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)明的多個實(shí)施例相容的多個輔支路變型。

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與至少一個電容器Ca電氣串聯(lián)連接，所述至少一個電容器Ca與至少一個電阻器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與至少一個其他電容器Ca電氣串聯(lián)連接，所述至少一個其他電容器Ca與至少一個其它電阻器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的每個子組件均包括至少一個晶閘管。

參考圖8B，支路B₂由至少一個根據(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由至少一個子組件E₃組成，該子組件E₃由與如下至少一個組件串聯(lián)連接的至少一個三端雙向可控硅開關(guān)元件TR組成，所述至少一個組件由與至少一個電容器Ca并聯(lián)連接的至少一個電阻器Ra組成。