美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员正致力于研发速度更快的中压断路器，以支持并保护现代电网，特别是推动直流电在电网中的广泛应用。

首席研究员普拉萨德·坎杜拉指出，缺乏直流中压断路器一直是电力输送灵活性的一大障碍。新研发的中压断路器能够以更低的成本处理更高水平的直流电，有助于降低电力成本，并扩大美国电网的容量。

断路器是电网中的关键安全装置，能在电流异常或系统故障时自动切断电流，防止火灾或断电风险。传统的断路器适用于交流电，但直流电因其单向流动特性，难以被传统机械开关快速切断。ORNL的研究人员正在设计并扩大一种新型半导体断路器的容量，其操作速度比机械开关快一百倍，使得直流电在电网中的应用更加广泛。

直流系统因其效率、灵活性和与现代能源及负载的兼容性，对能源系统设计师更具吸引力。它能为能源密集型项目如人工智能数据中心提供更经济的电力，减少传输过程中的能量损失。中压断路器对于实现直流配电至关重要，半导体断路器为直流系统提供了速度和更高的安全性，显著降低了安全性和野火风险。

然而，半导体断路器此前因价格过高，无法与交流电的机械断路器竞争，也限制了直流电网的扩大使用。ORNL团队选择了一种经济高效的半导体——晶闸管，并设计了一个外部电路来强制降低电流。他们在电网研究创新与发展中心构建并测试了一个断路器原型，该原型能在不到50微秒的时间内切断1400伏的电流，速度比之前演示的晶闸管快了四到六倍。

为证明该技术可扩展到处理更高电压，研究人员将断路器串联起来，并设计了解决方案以应对电压分配和快速反应时间等挑战。他们在一系列高达1800伏的断路器中进行了测试，并正努力将电压提升至10000伏，以满足未来直流电网更大的能源需求。

该项目是ORNL更大规模计划的一部分，旨在开发一系列可堆叠的中压模块，以扩展美国交通运输、制造业和数据中心的新型电力应用。该项目由美国能源部电力办公室资助，其他参与研究人员包括Marcio Kimpara和Elvey Andrade。