DE102005040432A1 - Current limiting switch - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Schalter mit einem eine mechanische Schalteinheit enthaltenden Hauptstrompfad und mit mindestens einem parallel zum Hauptstrompfad verlaufenden Kommutierungspfad, in dem eine leistungselektronische Schalteinheit angeordnet ist, wobei in Reihe zu der leistungselektronischen Schalteinheit eine kapazitive Kurzschlussbegrenzungseinheit angeordnet ist.The invention relates to a current-limiting switch with a main current path containing a mechanical switching unit and with at least one commutation path running parallel to the main current path, in which a power electronic switching unit is arranged, a capacitive short-circuit limiting unit being arranged in series with the power electronic switching unit.
Description
Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Schalter mit einem eine mechanische Schalteinheit enthaltenden Hauptstrompfad und mit mindestens einem parallel zum Hauptstrompfad verlaufenden Kommutierungspfad, in dem eine leistungselektronische Schalteinheit angeordnet ist.The The invention relates to a current limiting switch with a mechanical switching unit containing main current path and with at least a commutation path running parallel to the main current path, in which a power electronic switching unit is arranged.
Aus
der
Nachteilig an dem bekannten strombegrenzenden Schalter ist, dass der Kurzschlussstrom während der Abschaltdauer weiterhin ungehindert ansteigen kann. Der Kurzschlussstrom wird lediglich vom Hauptstrompfad auf den ersten Kommutierungspfad umgeleitet, um den Hauptstrompfad, an dessen mechanischer Schalteinheit sich ein Lichtbogen ausbildet, zu entlasten. Eine Strombegrenzung erfolgt erst nach weiterer Kommutierung auf den zweiten Kommutierungspfad. Nachteilig ist weiterhin, dass ein abschaltbarer Halbleiter notwendig ist.adversely on the known current-limiting switch is that the short-circuit current while the shutdown time can continue to increase unhindered. The short-circuit current is only redirected from the main current path to the first commutation path, around the main current path, at the mechanical switching unit itself forms an arc, to relieve. A current limit occurs only after further commutation on the second commutation path. A further disadvantage is that a turn-off semiconductor necessary is.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen strombegrenzenden Schalter derart weiterzubilden, um mit geringem Bauteileaufwand Ströme insbesondere im Kurzschlussfall in Hoch- und Mittelspannungsnetzen wirksam zu begrenzen.task It is the object of the present invention to provide a current limiting switch in such a way, in particular, with little component expenditure in the event of a short circuit in high and medium voltage networks limit.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zu der leistungselektronischen Schalteinheit eine kapazitive Kurzschlussbegrenzungseinheit angeordnet ist.to solution This object is the invention in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that in series with the power electronic switching unit, a capacitive short-circuit limiting unit is arranged.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Schalters besteht darin, dass durch Vorsehen einer kapazitiven Kurzschlussbegrenzungseinheit in einem Kommutierungspfad eine zu der Netzspannung entgegen gerichtete Gegenspannung während des Schaltvorgangs aufgebaut wird, die den Anstieg des Kurzschlussstromes begrenzt. Dadurch, dass der wider stand des Kommutierungspfades wesentlich kleiner ist als der Widerstand der mechanischen Schalteinheit im Hauptstrompfad, kann der Netzstrom relativ schnell auf den Kommutierungspfad kommutieren. Die damit verbundene relativ kurze Lichtbogenzeit im Hauptstrompfad ermöglicht, dass mechanische Kontakte der mechanischen Schalteinheit des Hauptstrompfades eine relativ geringe Abnutzung während des Abschaltvorganges erfahren. Dadurch, dass die kapazitive Kurzschlussbegrenzungseinheit den maximalen Kurzschlussstrom verringert, kann der Kurzschlussstrom schneller auf ein zulässiges Maß zurückgeführt werden, was die Abschaltzeit des Schalters verringert. Es bildet sich ein relativ steiler, aber kurzer Kurzschlussstromanstieg aus, so dass die Möglichkeit gegeben ist, in Gleichspannungsnetzen hoher Leistung Kurzschlüsse abzuschalten.Of the particular advantage of the switch according to the invention is by providing a capacitive short-circuit limiting unit in a Kommutierungspfad a counter to the mains voltage Counter tension during the Switching is established, which increases the short-circuit current limited. Because the resistance of the commutation path is essential smaller than the resistance of the mechanical switching unit in Main current path, the mains current can commutate relatively quickly on the Kommutierungspfad. The associated relatively short arc time in the main current path allows that mechanical contacts of the mechanical switching unit of the main current path a relatively low wear during learn the shutdown. Due to the fact that the capacitive short-circuit limiting unit reduces the maximum short-circuit current, the short-circuit current faster to a permissible Measure be traced back which reduces the switch-off time of the switch. It forms a relative steeper, but short short circuit current increase, so the possibility is given to switch off short circuits in DC networks of high power.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die kapazitive Kurzschlussbegrenzungseinheit eine Kapazität auf, die mittelbar von der Induktivität des Netzes und/oder der Höhe des Netzstromes zu Beginn des Abschaltvorganges abhängig ist. Nachdem die leistungselektronische Schalteinheit des Kommutierungspfades in einen leitenden Zustand gesetzt worden ist, bewirkt die Induktivität des Netzes bzw. die Lichtbogenspannung des Hauptstrompfades die Aufladung der kapazitiven Kurzschlussbegrenzungseinheit.To a preferred embodiment of Invention includes the capacitive short-circuit limiting unit capacity on, indirectly from the inductance of the network and / or the level of the mains current at the beginning of the shutdown depends. After the power electronic switching unit of the commutation path has been set to a conducting state is, causes the inductance of the network or the arc voltage of the main current path the Charging the capacitive short-circuit limiting unit.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die kapazitive Kurzschlussbegrenzungseinheit in einem Ausgangszustand entladen ausgebildet. Folglich ist eine entgegengesetzte Aufladung der kapazitiven Kurzschlussbegrenzungseinheit im Ausgangszustand nicht erforderlich.To A development of the invention is the capacitive short-circuit limiting unit formed discharged in an initial state. Consequently, one is opposite charging of the capacitive short-circuit limiting unit not required in the initial state.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die kapazitive Kurzschlussbegrenzungseinheit lediglich durch einen Kon densator und die leistungselektronische Schalteinheit lediglich durch mindestens einen Thyristor gebildet, so dass der Bauteileaufwand relativ gering ist. Vorteilhaft wird ein Thyristor und kein abschaltbarer Halbleiter verwendet.To A development of the invention is the capacitive short-circuit limiting unit only by a Kon capacitor and the power electronic Switching unit formed only by at least one thyristor, so that the component cost is relatively low. Becomes advantageous a thyristor and no turn-off semiconductor used.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die leistungselektronische Schalteinheit durch zwei antiparallel geschaltete Thyristoren gebildet, die ein Betätigen des erfindungsgemäßen Schalters in zwei entgegengesetzten Stromrichtungen ermöglichen.To a development of the invention is the power electronic Switching unit formed by two anti-parallel connected thyristors, the one pressing the switch according to the invention allow in two opposite directions of flow.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein weiterer Kommutierungspfad vorgesehen, der eine Überspannungsschutzeinheit aufweist. Die Überspannungsschutzeinheit ist vorzugsweise durch einen Varistor gebildet, dessen Schwellspannung größer ist als die Netzspannung. Der Thyristor des ersten Kommutierungspfades dient zum Abschalten desselben und somit zur Stromkommutierung auf den zweiten Kommutierungspfad, in dem der Varistor die Induktivität des Netzes abmagnetisiert. Durch den Thyristor des ersten Kommutierungspfades werden im Übrigen Oszillationen vermieden.According to a development of the invention another commutation path is provided which has an overvoltage protection unit. The overvoltage protection unit is preferably formed by a varistor whose threshold voltage is greater than the mains voltage. The thyristor of the first commutation path is used for switching off the same and thus for current commutation on the second Kommutierungspfad in which the varistor demagnetizes the inductance of the network. Incidentally, oscillations are avoided by the thyristor of the first commutation path.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
Es zeigen:It demonstrate:
Ein
strombegrenzender Schalter
Der
im Folgenden beschriebene Schalter
Der
strombegrenzende Schalter
Im
vorliegenden Fall ist der Schalter
Der
Schalter
Der
erste Kommutierungspfad K1 weist eine leistungselektronische
Schalteinheit
Der
zweite Kommutierungspfad K2 weist eine Überspannungsschutzeinheit
Die
leistungselektronische Schalteinheit
Im
Folgenden wird das Abschaltverhalten des Schalters
Nach
der Stromkommutierung von dem Hauptstrompfad H auf den ersten Kommutierungspfad
K1 erfolgt ein weiterer Anstieg des Stromes
IS, wobei die aus einem Kondensator C bestehende
kapazitive Kurzschlussbegrenzungseinheit
Wie
aus
Der Kondensator C ermöglicht eine Strombegrenzung, wobei zum Zeitpunkt tMAX des Maximums IMAX des Stromes IS der Spannungsabfall UC am Kondensator C genau der Netzspannung UN, also 20 kV entspricht. Mit weiterer Aufladung des Kondensators C fällt zunehmend eine negative Spannung UC über der Netzinduktivität ab, so dass es bereits zu diesem Zeitpunkt zur Reduzierung des Kurzschlussstromes kommt.The capacitor C allows a current limiting, wherein at the time t MAX of the maximum I MAX of the current I S, the voltage drop U C on the capacitor C exactly the mains voltage U N , ie 20 kV corresponds. With further charging of the capacitor C increasingly negative voltage U C above the line inductance drops so that it is already being used at this time to reduce the short-circuit current.
Bei
einer weiteren Stromkommutierung von dem ersten Kommutierungspfad
K1 auf den zweiten Kommutierungspfad K2 beträgt
der Spannungsabfall über
der mechanischen Schalteinheit
Wie
aus
Claims (10)
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