DE102005061532B4 - Disconnectors circuit for current-free connection and disconnection of electrical contacts - Google Patents

Disconnectors circuit for current-free connection and disconnection of electrical contacts

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DE102005061532B4 DE200510061532 DE102005061532A DE102005061532B4 DE 102005061532 B4 DE102005061532 B4 DE 102005061532B4 DE 200510061532 DE200510061532 DE 200510061532 DE 102005061532 A DE102005061532 A DE 102005061532A DE 102005061532 B4 DE102005061532 B4 DE 102005061532B4
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    • H01H9/54Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542Contacts shunted by static switch means

Abstract

Lasttrennschaltung zum stromlosen Verbinden und Trennen wenigstens eines elektrischen Kontaktes (1), insbesondere zwischen einer Gleichstromquelle (9) und einer elektrischen Einrichtung (10), wobei die Lasttrennschaltung ein Halbleiterschaltelement (2) umfasst, welches in Reihe mit dem wenigstens einen elektrischen Kontakt (1) angeordnet ist, wobei parallel zu dem Halbleiterschaltelement (2) ein Schalter (3) angeordnet ist, welcher einen Hauptkontakt (4) und einen Hilfskontakt (5) umfasst, der Hauptkontakt (4) und der Hilfskontakt (5) in einer Weise gekoppelt sind, dass sich der Schaltzustand des Hilfskontakts (5) vor einem Schließen und nach einem Öffnen des Hauptkontakts (4) ändert und wobei des Weiteren eine Steuerung (6) vorgesehen ist, welche das Halbleiterschaltelement (2) in Abhängigkeit des Schaltzustandes des Hilfskontaktes (5) vor einem Schließen des Hauptkontaktes (4) einschaltet und nach einem Öffnen des Hauptkontaktes (4) ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Disconnectors circuit for current-free connecting and disconnecting at least one electrical contact (1), in particular between a DC power source (9) and an electrical device (10), said load isolation circuit comprises a semiconductor switching element (2) which is in series with the at least one electrical contact (1 ), said (parallel to the semiconductor switching element 2), a switch (3) is arranged, which has a main contact (4) and an auxiliary contact (5), the main contact (4) and the auxiliary contact (5) are coupled in a manner that the switching status of the auxiliary contact (5) prior to closure and after opening of the main contact (4) is changed, and further wherein a controller (6) is provided which the semiconductor switching element (2) as a function of the switching status of the auxiliary contact (5) prior to closure of the main contact (4) turns on and after opening of the main contact (4) turns off, characterized in that the wenigstens eine elektrische Kontakt (1) als Steck- und/oder Schraubverbindung ausgeführt ist und durch eine mechanische Sperrvorrichtung gesichert ist und dass die... at least one electrical contact (1) as a plug and / or screw connection is designed and is secured by a mechanical locking device and that the ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lasttrennschaltung zum stromlosen Verbinden und Trennen wenigstens eines elektrischen Kontaktes, insbesondere zwischen einer Gleichstromquelle und einer elektrischen Einrichtung, wobei die Lasttrennschaltung ein Halbleiterschaltelement umfasst, welches in Reihe mit dem wenigstens einen elektrischen Kontakt angeordnet ist, wobei des Weiteren parallel zu dem Halbleiterschaltelement ein Schalter angeordnet ist, welcher einen Hauptkontakt und einen Hilfskontakt umfasst, der Hauptkontakt und der Hilfskontakt in einer Weise gekoppelt sind, dass sich der Schaltzustand des Hilfskontakts vor einem Schließen und nach einem Öffnen des Hauptkontakts ändert und wobei eine Steuerung vorgesehen ist, welche das Halbleiterschaltelement in Abhängigkeit des Schaltzustandes des Hilfskontaktes vor einem Schließen des Hauptkontaktes einschaltet und nach einem Öffnen des Hauptkontaktes ausschaltet. The invention relates to a load-break circuit for current-free connecting and disconnecting at least one electrical contact, in particular between a DC power source and an electrical device, said load isolation circuit comprises a semiconductor switching element which an electrical contact is disposed at least in series with the, further wherein in parallel with the semiconductor switching element a switch is arranged, which comprises a main contact and an auxiliary contact, the main contact and the auxiliary contact are coupled in such a way that the switching state of the auxiliary contact changes prior to closure and after opening of the main contact, and wherein a control is provided, which semiconductor switching element, the turns on in response to the switching status of the auxiliary contact before the main contact and off according to an opening of the main contact.
  • Bei elektrischen Verbindungen von insbesondere Gleichstromquellen mit sonstigen elektrischen Einrichtungen kann es bei einer Trennung eines Kontaktes unter Last zur Bildung eines Lichtbogens kommen. For electrical connections of, in particular DC power sources of other electrical devices, it may form an arc with a separation of a contact under load. Dabei treten häufig Beschädigungen der Kontaktelemente auf bis hin zum Verschweißen des Kontakts. While damage to the contact elements often occur to sealing of the contact. Für elektrische Kontakte, die unter Last trennbar sein sollen, sieht man daher in der Regel eine Überdimensionierung vor, wodurch mögliche Beschädigungen der Kontaktelemente durch die Lichtbogenbildung gemindert werden. For electrical contacts which are to be separated under load, it therefore usually looks before oversizing, causing possible damage to the contact elements are mitigated by the arcing. Die Gefahr für Personen bleibt jedoch bestehen. However, the risk to people remains.
  • Es sind deshalb verschiedene Systeme bekannt, um elektrische Kontakte vor einem Verbinden oder Trennen stromlos zu schalten. There are therefore known various systems to switch electrical contacts energized before a connection or disconnection. So beschreibt etwa die Sun describes as the DE 198 38 492 A1 DE 198 38 492 A1 eine Steckverbindungsanordnung zur Verbindung einer Stromquelle mit einem Verbraucher, wobei zwischen Stromquelle und Verbraucher eine Schalteinrichtung angeordnet ist, deren Steuerstrom ebenfalls über die Steckverbindung angeschlossen wird. a connector assembly for connecting a power source to a load, wherein a switching device is arranged between the power source and load, the control current is also connected through the connector. Dabei eilen die Kontakte für die Hauptstromkreise vor, während die Kontakte für den Steuerstrom nacheilen, so dass die Hauptstromkreise bereist geschlossen sind, ehe der Steuerstromkreis eingeschaltet wird. The contacts for the main circuits rush before, while the contacts for the control current lag, so that the main circuits are traveled closed before the control circuit is turned on. Dadurch wird ein Stromfluss in den Hauptstromkreisen beim Verbinden oder Trennen der Kontakte der Hauptstromkreise verhindert. Thus, a current flow into the main circuits when connecting or disconnecting the contacts of the main circuits is prevented. Für den Anschluss von beispielsweise Photovoltaikgeneratoren an Wechselrichter ist diese Anordnung nicht geeignet, weil die an der Transistorschaltung auftretenden Verluste den Wirkungsgrad verschlechtern. For the connection of, for example, photovoltaic generators to inverters, this arrangement is not suitable because the losses occurring at the transistor circuit deteriorate the efficiency.
  • Eine andere Möglichkeit, eine Stromquelle unter Last von einer elektrischen Einrichtung zu trennen beschreibt die Another possibility to separate a current source under load of an electric device describes the DE 102 25 259 B3 DE 102 25 259 B3 . , Dabei wird ein als Lasttrenner ausgebildeter elektrischer Steckverbinder angegeben, mit dem ein Lichtbogen vermieden oder zumindest reduziert werden soll. In this case designed as a switch-disconnector electrical connector is provided, with which an arc is to be avoided or at least reduced. Dies wird erreicht durch einen bei einem Aussteckvorgang voreilenden Hauptkontakt und einen parallel geschalteten nacheilenden Hilfskontakt, so dass beim Ausstecken des Steckverbinders der Hauptkontakt zwangsläufig zuerst und der Hilfskontakt zuletzt von seinem Gegensteckteil getrennt werden und ein in Reihe mit dem Hilfskontakt geschaltetes Halbleiterschaltelement zur Lichtbogenvermeidung bzw. Lichtbogenlöschung. This is achieved by a leading at a Aussteckvorgang main contact and a parallel trailing auxiliary contact so that the first and the auxiliary contact are finally separated from its mating plug part when unplugging the connector of the main contact inevitably and connected in series with the auxiliary contact semiconductor switching element for arc prevention or arc extinguishing , Dabei wird das Halbleiterschaltelement gepulst angesteuert, so dass es während des Aussteckvorgangs zwischen einer Kontakttrennung des Hauptkontakts und des Hilfskontakts zumindest einmal geöffnet und ein Lichtbogen verhindert oder zumindest reduziert wird. In this case, the semiconductor switching element is driven pulsed so that it is opened during the Aussteckvorgangs between a contact separation of the main contact and the auxiliary contact at least once, and prevents an arc or at least reduced.
  • Für eine ordnungsgemäße Funktion ist eine genaue Abstimmung der Taktfrequenz des Halbleiterelements mit dem möglichen Zeitablauf während eines Aussteckvorgangs erforderlich. For proper operation, accurate tuning of the clock frequency of the semiconductor element with the possible timing during a Aussteckvorgangs is required. Zudem wird durch die gepulste Ansteuerung des Halbleiterelements ein entstehender Lichtbogen immer wieder gelöscht, jedoch nicht gänzlich vermieden. In addition, an emerging arc is extinguished again by the pulsed actuation of the semiconductor element, but not entirely avoided. Der Kontakt ist also nicht stromlos, wodurch weiterhin eine Gefahr für Personen besteht. The contact is thus not energized, so there is still a danger to people.
  • Eine weitere Anordnung zur stromlosen Trennung eines Kontakts ist aus der Another arrangement for the currentless separation of a contact is made of the US 4 772 809 US 4,772,809 bekannt. known. Dabei ist ein Halbleiterschaltelement mit einem elektrischen Kontakt in Reihe geschaltet. Here, a semiconductor switching element with an electrical contact is connected in series. Dem Halbleiterschaltelement ist ein Schalter parallel geschaltet, wobei der Schalter einen Haupt- und eine Hilfskontakt umfasst. The semiconductor switching element is connected in parallel with a switch, wherein the switch comprises a main and an auxiliary contact. Der Schalter ist dabei in der Weise aufgebaut, dass der Hilfskontakt immer vor dem Hauptkontakt schließt und immer nach dem Hauptkontakt öffnet. The switch is designed in such a way that the auxiliary contact always closes before the main contact and always opens to the main contact. Der Hilfskontakt steuert dabei das Halbleiterschaltelement. The auxiliary contact then controls the semiconductor switching element. Bei einem Öffnen des Hauptkontakts bleibt der Hilfskontakt noch geschlossen und das Halbleiterschaltelement eingeschaltet. In an opening of the main contact of the auxiliary contact remains closed, and turns on the semiconductor switching element. Erst danach wird der Hilfskontakt geöffnet und das Halbleiterschaltelement abgeschaltet, sodass der elektrische Kontakt stromlos trennbar ist. Only after the auxiliary contact is opened and the semiconductor switching element turned off, so that the electrical contact is normally separable.
  • Schaltungen mit einer derartigen Funktionsweise sind auch aus der Circuits with such works are from the DE 33 41 947 A1 DE 33 41 947 A1 und der and the DE 23 60 564 DE 23 60 564 bekannt. known.
  • In der In the US 2004/0027734 US 2004/0027734 ist eine Anordnung offenbart, bei der einem als Schalter ausgebildeter elektrischen Kontakt eine Reihenschaltung aus einem Hilfskontakt und einem Hochleistungshalbleiter parallel geschaltet ist. there is disclosed an arrangement in which a switch designed as electrical contact a series circuit of an auxiliary contact and a high power semiconductor is connected in parallel. Dabei werden der Schalter, der Hilfsschalter und der Hochleistungshalbleiter über eine elektromechanische Logik angesteuert, sodass der Hilfskontakt erst dann stromlos getrennt wird, wenn zuerst der Schalter und anschließend der Hochleistungshalbleiter abgeschaltet werden. The switch, the auxiliary switch and the high-power semiconductor via an electro-mechanical logic are controlled so that the auxiliary contact is only energized separately, when first switch and then the high power semiconductors are turned off.
  • Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lösung zum Trennen und Verbinden eines elektrischen Kontakts anzugeben. The invention is therefore based on the object to provide a comparison with the prior art, improved solution for connecting and disconnecting an electrical contact.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Lasttrennschaltung der eingangs genannten Art, bei welcher der wenigstens eine elektrische Kontakt als Steck- und/oder Schraubverbindung ausgeführt ist und durch eine mechanische Sperrvorrichtung gesichert ist, wobei die mechanische Sperrvorrichtung in der Weise mit dem Schalter gekoppelt ist, dass ein Trennen des wenigstens einen elektrischen Kontakts nur nach dem Öffnen des Hauptkontakts möglich ist und dass ein Verbinden des wenigstens einen elektrischen Kontakts nur bei geöffnetem Hauptkontakt möglich ist. This object is achieved by a load isolation circuit of the type mentioned, wherein the at least one electrical contact as plug and / or screw connection is designed and is secured by a mechanical locking device, wherein the mechanical device is coupled in such a way with the switch that separating the at least one electrical contact is only possible after the opening of the main contact and in that a connection of the at least one electrical contact is only possible with open main contact.
  • Durch diese Schaltung wird der Strom während eines Verbindungs- oder Trennvorganges des elektrischen Kontakts zur Gänze abgeschaltet, so dass eine Lichtbogenbildung sicher verhindert wird. Through this circuit the current during a connecting or separating operation of the electrical contact is switched off entirely, so that arcing is reliably prevented. Zudem wird der Hauptkontakt ohne Leistung geschaltet, wodurch die Lebensdauer des Schalters erheblich verlängert wird. In addition, the main contact is switched without power, whereby the life of the switch is significantly extended. Dabei fließt der Laststrom nur während des Verbindungs- oder Trennvorganges durch das Halbleiterschaltelement, wobei diese Zeitspanne durch die Verzögerung zwischen den Schaltzeitpunkten des Hilfskontakts und des Hauptkontakts bestimmt wird. In this case the load current flows only during the connecting or separating operation by the semiconductor switching element, wherein this time period is determined by the delay between the switching instants of the auxiliary contact and the main contact. Diese Verzögerungszeit ergibt sich durch die Bauform des Schalters, dessen Betätigung entweder manuell oder elektromagnetisch über ein Relais erfolgen kann. This delay is due to the design of the switch, the actuation can be done either manually or electromagnetically via a relay. Die Schaltstellung des Hilfskontakts wird von der Steuerung abgefragt und führt zum Ein- bzw. Ausschalten des Halbleiterschaltelements. The switching position of the auxiliary contact is interrogated by the control and leads to the switching on or off of the semiconductor switching element.
  • Bei verbundenem elektrischen Kontakt und eingeschaltetem Schalter fließt der Laststrom ausschließlich über den Hauptkontakt des Schalters, weil der elektrische Widerstand des parallel dazu angeordneten, weiterhin eingeschalteten Halbleiterschaltelements größer ist. While connected to electrical contact and the switch is the load current flows only through the main contact of the switch, because the electrical resistance of which is arranged parallel thereto, further switched semiconductor switching element is larger. Es ergeben sich demnach keine unerwünschten Verluste am Halbleiterschaltelement, welches zudem nur so groß dimensioniert werden muss, dass es dem Laststrom während der Verzögerungszeit zwischen den Schaltzeitpunkten des Hilfskontakts und des Hauptkontakts zuzüglich eines Sicherheitswertes standhält. There arise, therefore, no undesirable losses across the semiconductor switching element, which only has to be so large dimensions in addition, that it withstands the load current during the delay time between the switching instants of the auxiliary contact and the main contact plus a safety value.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des elektrischen Kontakts werden Personen daran gehindert, den Verbindungs- bzw. Trennvorgang falsch auszuführen. The inventive design of the electrical contact persons are prevented from carrying out the connecting or separating process wrong.
  • Für die Ausbildung des Hauptkontakts und des Hilfskontakts in einem Schalter ist es vorteilhaft, wenn ein Kontaktelement des Hauptkontakts und ein Kontaktelement des Hilfskontakts mit einem Betätigungselement des Schalters gekoppelt sind. For the formation of the main contact and the auxiliary contact in a switch, it is advantageous if a contact element of the main contact and a contact element of the auxiliary contact are coupled to an actuating element of the switch. Die Kontaktelemente können dabei relativ zueinander fest oder beweglich angeordnet sein, wobei sich aus dem Schaltweg des Betätigungselements die Verzögerungszeiten zwischen den Schaltzeitpunkten des Hauptkontakts und des Hilfskontakts ergeben. The contact elements may be arranged fixedly or movably relative to one another, wherein the delay time between switching times of the main contact and the auxiliary contact result from the switching path of the actuating element.
  • Als mechanische Sperrvorrichtung zur Sicherung des wenigstens einen elektrischen Kontakts kann dann beispielsweise der Schalter so ausgeführt sein, dass das Betätigungselement des Schalters den wenigstens einen elektrischen Kontakt bei geschlossenem Hauptkontakt abschirmt und/oder fixiert und so der elektrische Kontakt nicht getrennt oder verbunden werden kann. the switch can be a mechanical locking device for securing the at least one electrical contact then, for example be designed so that the actuating element of the switch to at least shield an electrical contact with a closed main contact and / or fixed and so that electrical contact can not be disconnected or connected. Der wenigstens eine als Steck- und/oder Schraubverbindung ausgebildete elektrische Kontakt ist dabei günstigerweise durch das Betätigungselement des Schalters in der Weise gehalten, dass ein Trennen des Kontakts durch einen Zug an einem mit dem Kontakt verbunden Kabel verhindert wird. The at least one designed as plug and / or screw connection electrical contact is conveniently held by the actuating element of the switch in such a way that a separation of the contact by a train on a cable connected to the contact is prevented.
  • Vorteilhaft ist es, wenn in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement ein Widerstand angeordnet ist. , when a resistor is arranged in series with the semiconductor switching element is advantageous. Dieser Widerstand wirkt zusätzlich zum elektrischen Widerstand des Halbleiterschaltelements und verhindert, dass bei geschlossenem Hauptkontakt Strom durch das Halbleiterschaltelement fließt. This resistance acts in addition to the electric resistance of the semiconductor switching element and prevents current from flowing through the semiconductor switching element with a closed main contact.
  • Um bei einem Ausfall (zB Durchlegieren) des Halbleiterschaltelements zu verhindern, dass durch den zu trennenden elektrische Kontakt weiterhin Strom fließt, ist es vorteilhaft, wenn in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement eine elektrische Sicherung angeordnet ist. In order to prevent in case of failure (eg Durchlegieren) of the semiconductor switching element is that through the to be separated electrical contact continues to flow, it is advantageous if an electrical fuse is arranged in series with the semiconductor switching element. Diese Sicherung ist dabei als träge Sicherung ausgebildet, die erst auslöst, wenn der Laststrom länger als die bis zur Abschaltung des Halbleiterschaltelements vorgesehene Verzögerungszeit fließt. This fuse is designed as a slow fuse that triggers only when the load current flows longer than up to the shutdown of the semiconductor switching element provided delay time.
  • Als Verpolschutz ist es zudem vorteilhaft, wenn in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement eine Diode angeordnet ist. As a polarity reversal protection, it is also advantageous if a diode is arranged in series with the semiconductor switching element. Dadurch wird mit der sperrenden Diode verhindert, dass bei einer mit vertauschten Polen angeschlossenen Stromquelle an eine elektrische Einrichtung Strom fließt. This prevents the blocking diode that when connected with reversed poles power source to an electrical device current flows.
  • Zusätzliche Sicherheit bietet eine Ausprägung der Erfindung, bei der in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement der Kontakt eines Relais angeordnet ist und bei der die Spule des Relais mit der Steuerung verbunden ist. Additional security is provided a form of the invention, in which is arranged in series with the semiconductor switching element of the contact of a relay and in which the coil of the relay is connected to the controller. Dabei ist durch die galvanische Trennung der Strom sicher abgeschaltet. It should be shut down safely through the galvanic separation of the current. Die Betätigung des Relais erfolgt dabei mittels Steuerung bei einem Verbindungsvorgang vor dem Einschalten des Halbleiterschaltelements und bei einem Trennvorgang nach dem Abschalten des Leistungshalbleiters. The operation of the relay takes place by means of control in a connection process before turning on the semiconductor switching element and with a separating operation after switching off the power semiconductor.
  • Aufgrund der geringen Verluste bei verbundenem elektrischen Kontakt und geschlossenem Hauptkontakt ist die erfindungsgemäße Lasttrennschaltung vorteilhafterweise für Anlagen geeignet, bei der die Gleichstromquelle als Gleichstromgenerator, insbesondere als Photovoltaikgenerator und die elektrische Einrichtung als Wechselrichter ausgebildet ist. Due to the low losses while connected to electrical contact and closed main contact the load separating circuit according to the invention is advantageously suitable for systems in which the DC power source is designed as a direct current generator, in particular a photovoltaic generator and the electric device as an inverter. Derartige Anlagen erfordern eine Lösung für die Lasttrennung ohne Lichtbogenbildung, wenn von Sonnenlicht beschienene Solarpaneele vom Wechselrichter getrennt werden müssen. Such systems require a solution for the load separation without arcing when illuminated by sunlight solar panels must be disconnected from the inverter. Zudem ist für ein wirtschaftliches Betreiben von Photovoltaikanlagen ein hoher Wirkungsgrad gefordert. Moreover, for an economic operation of photovoltaic systems, high efficiency is required. Das wird durch die für den Dauerbetrieb vorgesehene Kontaktierung über den Hauptkontakt gewährleistet, dessen elektrischer Widerstand weitaus geringer als der des Halbleiterschalters ist. This is ensured by the intended for continuous operation contact through the main contact whose electrical resistance is much lower than that of the semiconductor switch.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. The invention is explained below by way of example with reference to the accompanying figures. Es zeigen in schematischer Darstellung: These show, in a schematic representation:
  • 1 1 : Stromlose Lasttrennschaltung beim Verbinden elektrischer Kontakte : Electroless load break circuit when connecting electrical contacts
  • 2 2 : Lasttrennschaltung mit Stromverlauf während des Einschaltvorganges : Load-break circuit current curve during the switch
  • 3 3 : Lasttrennschaltung mit Stromverlauf im Dauerbetrieb : Load-break circuit current course in continuous operation
  • 4 4 : Lasttrennschaltung mit Stromverlauf während des ersten Ausschaltvorgang-Schrittes : Load-break circuit with current flow during switching-off of the first-step
  • 5 5 : Lasttrennschaltung mit Stromverlauf während des zweiten Ausschaltvorgang-Schrittes Last separation circuit with current flow during switching-off of the second-step
  • 6 6 : Lasttrennschaltung mit abgeschaltetem Strom : Load-break circuit with power off
  • 7 7 : Lasttrennschaltung mit zusätzlicher Diode als Verpolschutz und zusätzlichem Relais zur galvanischen Trennung Last separation circuit with additional diode as a reverse polarity protection and additional relay for electrical isolation
  • 8 8th : Zeitlicher Verlauf von Strom und Steuersignal beim Einschalten Time course of power and control signal on switch
  • 9 9 : Zeitlicher Verlauf von Strom und Steuersignal beim Ausschalten Time course of power and control signal when switching off
  • In In 1 1 ist eine mögliche Schaltungsvariante für eine erfindungsgemäße Lasttrennschaltung zur Anschaltung eines Photovoltaikgenerators is a possible circuit variant of an inventive load isolation circuit for connecting a photovoltaic generator 9 9 an einen Wechselrichter to an inverter 10 10 dargestellt. shown. Die elektrischen Kontakte The electrical contacts 1 1 werden dabei in der Weise verbunden, dass der Pluspol direkt an den Wechselrichter are in this case connected in such a way that the positive pole directly to the inverter 10 10 und der Minuspol über die Elemente der Lasttrennschaltung an den Wechselrichter and the negative pole through the elements of the load-break circuit to the inverter 10 10 geschaltet sind. are connected.
  • Die Elemente der Lasttrennschaltung bilden ein Schalter The elements of the load-break circuit constitute a switch 3 3 mit einem Hauptkontakt with a main contact 4 4 und einem mit diesem gekoppelten Hilfskontakt and an output coupled to this auxiliary contact 5 5 und ein parallel dazu angeordnetes Halbleiterschaltelement and a parallel arranged to semiconductor switching element 2 2 . , In Reihe mit dem Halbleiterschaltelement In series with the semiconductor switching element 2 2 können ein Widerstand can a resistor 7 7 und eine elektrische Sicherung and an electrical fuse 8 8th angeordnet sein. be disposed. Zudem ist eine Steuerung In addition, a control 6 6 vorgesehen, die über einen Steuerkreis den Schaltzustand des Hilfskontakts provided, via a control circuit the switching state of the auxiliary contact 5 5 ausliest. reads. Der Schalter The desk 3 3 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass der Hauptkontakt for example, can be formed so that the main contact 4 4 als Schließer und der Hilfskontakt as normally open and the auxiliary contact 5 5 als Öffner fungiert. acts as an opener. Bei vollständig offenem Hauptkontakt When fully open main contact 4 4 ist der Hilfskontakt is the auxiliary contact 5 5 dann geschlossen, wie in then closed as shown in 1 1 dargestellt. shown. Bei Betätigung des Schalters Upon actuation of the switch 3 3 öffnet der Hilfskontakt opens the auxiliary contact 5 5 und nach einer Verzögerungszeit, die sich aus dem Schaltweg des Schalters and after a delay time from the switching path of the switch 3 3 ergibt, schließt der Hauptkontakt shows closes the main contact 4 4 . , Der Steuerkreis mit dem Hilfskontakt The control circuit with the auxiliary contact 5 5 ist dann beispielsweise so geschaltet, dass bei offenem Hilfskontakt is then for example switched so that with an open auxiliary contact 5 5 eine Steuerspannung U K an der Steuerung a control voltage U K of the control 6 6 anliegt. is applied. Am Ausgang der Steuerung liegt die Gatespannung U G des Halbleiterschaltelements At the output of the gate control voltage U G of the semiconductor switching element 2 2 an, welches zB als N-Kanal-MOSFET mit Freilaufdiode ausgebildet ist. on which is formed, for example, with a freewheeling diode as an N-channel MOSFET. Sobald die elektrischen Kontakte Once the electrical contacts 1 1 des Photovoltaikgenerators the photovoltaic generator 9 9 verbunden sind, liegt am Halbleiterschaltelement are connected, is situated on the semiconductor switching element 2 2 eine Spannung U T an. a voltage U T.
  • In In 2 2 ist dieselbe Schaltung mit betätigtem Schalter is the same circuit with the switch is 3 3 dargestellt. shown. Der Schalter The desk 3 3 befindet sich dabei in einer Mittelstellung, in der der Hilfskontakt is in this case in a central position in which the auxiliary contact 5 5 bereits geöffnet, aber der Hauptkontakt already open, but the main contact 4 4 noch nicht geschlossen ist. is not yet closed. Der Strom verläuft dann durch das Halbleiterschaltelement The current then passes through the semiconductor switching element 2 2 , das ab dem Öffnungszeitpunkt des Hilfskontakts That from the opening time of the auxiliary contact 5 5 eingeschaltet ist. is turned on.
  • Bei weiterer Betätigung des Schalters Upon further actuation of the switch 3 3 schließt sich der Hauptkontakt closes the main contact 4 4 , wie in , as in 3 3 dargestellt. shown. Aufgrund des gegenüber dem Halbleiterschaltelement Because of the respect to the semiconductor switching element 2 2 niedrigeren elektrischen Widerstandes verläuft der Strom nun ausschließlich über diesen geschlossenen Hauptkontakt lower electrical resistance of the current now runs exclusively over this main contact closed 4 4 . ,
  • Damit ist der Zustand des Dauerbetriebs erreicht. So that the state of the continuous cycle is reached. Das Halbleiterschaltelement The semiconductor switching element 2 2 bleibt währenddessen weiter eingeschaltet. remains during which further on.
  • Im Falle einer Trennung des Photovoltaikgenerators In the case of separation of the photovoltaic generator 9 9 vom Wechselrichter from the inverter 10 10 muss zunächst wieder der Schalter The switch must first again 3 3 betätigt werden, bevor die elektrischen Kontakte be actuated before the electrical contacts 1 1 gelöst werden können. can be solved. Die Einhaltung dieser Bedingung kann durch eine entsprechende mechanische Sicherungseinrichtung erreicht werden, beispielsweise durch die Abschirmung und Fixierung der elektrischen Kontakte This condition can be achieved by an appropriate mechanical securing means, for example by the shield and fixing of the electrical contacts 1 1 mittels eines Betätigungselements des Schalters by means of an actuating element of the switch 3 3 . , Wie in As in 4 4 dargestellt, wird also zunächst der Schalter shown, that is first the switch 3 3 betätigt. actuated. Der Hauptkontakt The main contact 4 4 öffnet und während der Schaltzeit sind somit beide Kontakte opens and during the switching time are thus both contacts 4 4 , . 5 5 des Schalters the switch 3 3 offen. open. Der Laststrom kommutiert von dem lastfrei geöffneten Hauptkontakt The load current is commutated from the unencumbered open main contact 4 4 auf das nach wie vor eingeschaltete Halbleiterschaltelement the remains switched semiconductor switching element 2 2 . , Durch die lastfreie Öffnung des Hauptkontakts ist dabei die Bildung eines Lichtbogens ausgeschlossen. Through the no-load opening of the main contact while the formation of an arc is excluded.
  • Bei weiterer Betätigung des Schalters Upon further actuation of the switch 3 3 schließt der Hilfskontakt closes the auxiliary contact 5 5 , wie in , as in 5 5 dargestellt. shown. Darauf hin schaltet die Steuerung Thereupon, the control switches 6 6 das Halbleiterschaltelement the semiconductor switching element 2 2 ab. from. Abhängig von der Bauweise des Schalters Depending on the design of the switch 3 3 kann die Abschaltung des Halbleiterschaltelements , the shutdown of the semiconductor switching element 2 2 auch auf andere Weise erfolgen. carried out in other ways. Ist beispielsweise der Hilfskontakt For example, if the auxiliary contact 5 5 als Wechselschalter ausgebildet (gepunktete Linien), kann der Steuerung a changeover switch formed (dotted lines), the controller can 6 6 eine Zeitspanne vorgegeben werden, nach der bei betätigtem Wechselschalter das Halbleiterschaltelement a period of time are specified, after the change-over switch is actuated when the semiconductor switching element 2 2 abgeschaltet wird. is turned off.
  • In In 6 6 ist die Lasttrennschaltung mit abgeschaltetem Halbleiterschaltelement The burden separation circuit switched off semiconductor switching element 2 2 dargestellt, bei der nun die elektrischen Kontakte shown, in which now the electrical contacts 1 1 stromlos ohne Lichtbogenbildung getrennt werden können. can be separated normally without arcing.
  • Die in In the 7 7 dargestellte Lasttrennschaltung ist mit zusätzlichen Schutzelementen ausgebildet. Disconnectors circuit shown is formed with additional protective elements. In Reihe mit dem Halbleiterschaltelement In series with the semiconductor switching element 2 2 ist eine Diode D als Verpolschutz vorgesehen. a diode D is provided as a polarity reversal protection. Ein Relais a relay 11 11 ist in der Weise zur galvanischen Trennung angeordnet, dass die Spule an die Steuerung is arranged in the way for electrical isolation, that the coil to the controller 6 6 angeschaltet ist. is turned on. Von den zwei Kontakten des Relais Of the two contacts of the relay 11 11 ist einer in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement is one in series with the semiconductor switching element 2 2 und einer in der Verbindungsleitung des Pluspols des Photovoltaikgenerators and in the connecting line of the positive terminal of the photovoltaic generator 9 9 und des Wechselrichters and inverter 10 10 angeordnet. arranged. Abhängig von den Anforderungen an die Sicherheit kann auch ein Relais Depending on the requirements of the security may also be a relay 11 11 mit nur einem Kontakt vorgesehen sein. be provided with only one contact. Die Betätigung des Relais The operation of relay 11 11 erfolgt dabei mittels Steuerung effected by means of control 6 6 bei einem Verbindungsvorgang vor dem Einschalten des Halbleiterschaltelements when a connection process before turning on the semiconductor switching element 2 2 und bei einem Trennvorgang nach dem Abschalten des Halbleiterschaltelements and a separating operation after turning off the semiconductor switching element 2 2 . ,
  • In In 8 8th ist der Verlauf der Ströme und Spannungen während eines Verbindungsvorganges elektrischer Kontakte is the variation of the currents and voltages during a connecting operation of electric contacts 1 1 dargestellt. shown. Zunächst ist der Hauptkontakt First, the main contact 4 4 des Schalters the switch 3 3 offen und das Halbleiterschaltelement open and the semiconductor switching element 2 2 abgeschaltet, wie in turned off, as shown in 1 1 dargestellt. shown. Der Hilfskontakt The auxiliary contact 5 5 des Schalters the switch 3 3 ist geschlossen, so dass keine Steuerspannung U T und keine Gatespannung U G vorhanden sind. is closed, so that no control voltage U T, and no gate voltage U G are present.
  • Der erste Schritt des Verbindungsvorganges besteht in der stromlosen Verbindung der elektrischen Kontakte The first step of the bonding process consists in the electroless connection of the electrical contacts 1 1 . , Dabei steigt während der Verbindungszeit a die Spannung U T am Halbleiterschaltelement The voltage U T increases during the connection time on a semiconductor switching element 2 2 an. on. Es verstreicht in weiterer Folge eine Zeitspanne b, bis der Schalter It passes subsequently a period of time b until the switch 3 3 betätigt wird. is actuated.
  • Bei Betätigung des Schalters Upon actuation of the switch 3 3 öffnet sich zunächst der Hilfskontakt opens first auxiliary contact 5 5 und an der Steuerung and at the controller 6 6 baut sich die Steuerspannung U T auf, die von der Steuerung the control voltage U T is built up by the controller 6 6 als Gatespannung U G an das Halbleiterschaltelement as a gate voltage U G of the semiconductor switching element 2 2 geschaltet wird. is switched. Damit wird das Halbleiterschaltelement Thus, the semiconductor switching element 2 2 eingeschaltet und es beginnt ein Strom I T zu fließen, während die Spannung U T am Halbleiterschaltelement turned on, and a current I T starts to flow, while the voltage U across the semiconductor switching element T 2 2 gegen Null geht. goes to zero.
  • Bis zum Schließen des Hauptkontakts Until the closing of the main contact 4 4 verstreicht die Verzögerungszeit c, die durch den Schaltweg des Schalters elapses, the delay time c represented by the switching path of the switch 3 3 definiert ist. is defined. Während der Schließzeit d verringert sich der Strom I T durch das Halbleiterschaltelement During the closing time d, the current I decreases T by the semiconductor switching element 2 2 und der Strom I S durch den Hauptkontakt and the current I S through the main contact 4 4 des Schalters the switch 3 3 steigt an, bis der Laststrom nur mehr durch den Hauptkontakt increases until the load current only through the main contact 4 4 fließt. flows. Damit ist der Dauerbetriebszustand erreicht. So that the steady state is reached.
  • Ein Trennvorgang der elektrischen Kontakte A separation operation of the electrical contacts 1 1 wird mit der Betätigung des Schalters is compared with the operation of the switch 3 3 eingeleitet. initiated. Die entsprechenden Verläufe der Ströme und Spannungen sind in The corresponding profiles of the currents and voltages are in 9 9 dargestellt. shown.
  • Der Hauptkontakt The main contact 4 4 des Schalters the switch 3 3 öffnet sich. opens. Der Strom I S durch den Hauptkontakt The current I S through the main contact 4 4 verringert sich während einer Öffnungszeit e und der Strom I T durch das Halbleiterschaltelement decreases during an opening time e and the current I T through the semiconductor switching element 2 2 steigt an, bis der Laststrom nur mehr durch das Halbleiterschaltelement increases until the load current only through the semiconductor switching element 2 2 fließt. flows. Nach dem Verstreichen der Schaltzeit f des Schalters After the lapse of the switching time of the switch f 3 3 schließt der Hilfskontakt closes the auxiliary contact 5 5 und die Steuerspannung U K sinkt auf Null. and the control voltage U K drops to zero. Damit beginnt eine Totzeit g zu laufen, nach deren Ablauf auch die Gatespannung U G mittels Steuerung Thus, a dead time after which starts g to run, also the gate voltage U G by controlling 6 6 abgeschaltet wird. is turned off.
  • Die Totzeit g ist dabei so eingestellt, dass eine parallel zum Halbleiterschaltelement The dead time g is adjusted so that a parallel to the semiconductor switching element 2 2 angeordnete träge elektrische Sicherung arranged sluggish electrical fuse 8 8th nicht auslöst. does not trip. Erst wenn der Laststrom länger als die Totzeit g, beispielsweise infolge eines Durchlegierens des Halbleiterschaltelements Only when the load current is longer than the dead time g, for example as a result of Durchlegierens of the semiconductor switching element 2 2 , durch die elektrische Sicherung , Through the electrical fuse 8 8th fließt, löst diese aus und unterbricht den Stromfluss. flows, these triggers and interrupts the current flow.
  • Mit dem Abschalten der Gatespannung U G ist das Halbleiterschaltelement With switching off the gate voltage U G, the semiconductor switching element 2 2 gesperrt und die elektrischen Kontakte locked and the electrical contacts 1 1 sind stromlos. are de-energized. Am Halbleiterschaltelement On the semiconductor switching element 2 2 liegt so lange eine Spannung U T an, bis die elektrischen Kontakte is as long as a voltage U T, to the electrical contacts 1 1 getrennt werden. be separated.

Claims (8)

  1. Lasttrennschaltung zum stromlosen Verbinden und Trennen wenigstens eines elektrischen Kontaktes ( Disconnectors circuit for current-free connecting and disconnecting at least one electrical contact ( 1 1 ), insbesondere zwischen einer Gleichstromquelle ( ), In particular (between a DC power source 9 9 ) und einer elektrischen Einrichtung ( ) And an electrical device ( 10 10 ), wobei die Lasttrennschaltung ein Halbleiterschaltelement ( ), Wherein the load-break circuit (a semiconductor switching element 2 2 ) umfasst, welches in Reihe mit dem wenigstens einen elektrischen Kontakt ( ) Includes, comprising at least (an electrical contact in series with the 1 1 ) angeordnet ist, wobei parallel zu dem Halbleiterschaltelement ( is disposed), said parallel (to the semiconductor switching element 2 2 ) ein Schalter ( ) A switch ( 3 3 ) angeordnet ist, welcher einen Hauptkontakt ( is disposed) which (a main contact 4 4 ) und einen Hilfskontakt ( ) And an auxiliary contact ( 5 5 ) umfasst, der Hauptkontakt ( ) Which (the main contact 4 4 ) und der Hilfskontakt ( ) And the auxiliary contact ( 5 5 ) in einer Weise gekoppelt sind, dass sich der Schaltzustand des Hilfskontakts ( ) Are coupled in such a way that the switching status of the auxiliary contact ( 5 5 ) vor einem Schließen und nach einem Öffnen des Hauptkontakts ( ) (Prior to closure and after opening of the main contact 4 4 ) ändert und wobei des Weiteren eine Steuerung ( ) Changes and further wherein a control ( 6 6 ) vorgesehen ist, welche das Halbleiterschaltelement ( is intended), which (the semiconductor switching element 2 2 ) in Abhängigkeit des Schaltzustandes des Hilfskontaktes ( ) (As a function of the switching status of the auxiliary contact 5 5 ) vor einem Schließen des Hauptkontaktes ( ) (Prior to closure of the main contact 4 4 ) einschaltet und nach einem Öffnen des Hauptkontaktes ( ) And turns on (after an opening of the main contact 4 4 ) ausschaltet, dadurch gekennzeichnet , dass der wenigstens eine elektrische Kontakt ( ) Off characterized in that the at least one electrical contact ( 1 1 ) als Steck- und/oder Schraubverbindung ausgeführt ist und durch eine mechanische Sperrvorrichtung gesichert ist und dass die mechanische Sperrvorrichtung in der Weise mit dem Schalter ( ) Is designed as plug and / or screw connection and is secured by a mechanical locking device and that the mechanical locking device in such a way (to the switch 3 3 ) gekoppelt ist, dass ein Trennen des wenigstens einen elektrischen Kontakts ( is coupled) such that a separation of at least one electrical contact ( 1 1 ) nur nach dem Öffnen des Hauptkontakts ( ) (Only after the opening of the main contact 4 4 ) möglich ist und dass ein Verbinden des wenigstens einen elektrischen Kontakts ( ) Is possible and that connecting the at least one electrical contact ( 1 1 ) nur bei geöffnetem Hauptkontakt ( ) (Only opened main contact 4 4 ) möglich ist. ) is possible.
  2. Lasttrennschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktelement des Hauptkontakts ( Load isolation circuit of claim 1, characterized in that a contact element of the main contact ( 4 4 ) und ein Kontaktelement des Hilfskontakts ( ) And a contact element of the auxiliary contact ( 5 5 ) mit einem Betätigungselement des Schalters ( ) (With an actuating element of the switch 3 3 ) gekoppelt sind. ) Are coupled.
  3. Lasttrennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement des Schalters ( A circuit breaker according to claim 2, characterized in that the actuating element of the switch ( 3 3 ) den wenigstens einen elektrischen Kontakt ( ) The at least one electrical contact ( 1 1 ) bei geschlossenem Hauptkontakt ( ) (Closed main contact 4 4 ) des Schalters ( () Of the switch 3 3 ) abschirmt und/oder fixiert. ) Shielding and / or fixed.
  4. Lasttrennschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement ( Load isolation circuit of any one of claims 1 to 3, characterized in that (in series with the semiconductor switching element 2 2 ) ein Widerstand ( ) Is a resistor ( 7 7 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  5. Lasttrennschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement ( Load isolation circuit of any one of claims 1 to 4, characterized in that (in series with the semiconductor switching element 2 2 ) eine elektrische Sicherung ( ) An electrical fuse ( 8 8th ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  6. Lasttrennschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement ( Load isolation circuit of any one of claims 1 to 5, characterized in that (in series with the semiconductor switching element 2 2 ) eine Diode (D) angeordnet ist. ), A diode (D) is arranged.
  7. Lasttrennschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement ( Load isolation circuit of any one of claims 1 to 6, characterized in that (in series with the semiconductor switching element 2 2 ) der Kontakt eines Relais ( ) (The contact of a relay 11 11 ) angeordnet ist und dass die Spule des Relais ( ) And that the coil of the relay ( 11 11 ) mit der Steuerung ( ) (With the controller 6 6 ) verbunden ist. ) connected is.
  8. Lasttrennschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromquelle ( Load isolation circuit of any one of claims 1 to 7, characterized in that the direct current source ( 9 9 ) als Gleichstromgenerator, insbesondere als Photovoltaikgenerator und die elektrische Einrichtung ( ) (As a direct current generator, in particular as a photovoltaic generator, and the electrical device 10 10 ) als Wechselrichter ausgebildet ist. ) Is formed as an inverter.
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