DE102010010669A1 - Switch with fixed terminals on both sides - Google Patents
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Abstract
Um einen Schalter (1) zum Überbrücken von Submodulen eines Umrichters mit einer Kontaktanordnung, die ein Festkontaktstück (12), das in elektrischem Kontakt mit einer Festkontaktanschlussklemme (2) ist, und ein bezüglich des Festkontaktstückes (12) bewegliches Bewegkontaktstück (11) aufweist, das in einer Trennstellung mit Abstand zum Festkontaktstück (12) angeordnet ist und in einer Kontaktstellung das Festkontaktstück (12) kontaktiert, und einem pyrotechnischen Antrieb (4) zum Erzeugen einer Antriebsbewegung, die in das Bewegkontaktstück (11) einleitbar ist, bereitzustellen, der kompakt und aufwandsarm ist, wird vorgeschlagen, dass der Schaltkontakt in einer Luftatmosphäre bei atmosphärischem Druck angeordnet ist.In order to provide a switch (1) for bridging submodules of a converter with a contact arrangement which has a fixed contact piece (12) which is in electrical contact with a fixed contact connection terminal (2) and a moving contact piece (11) which is movable with respect to the fixed contact piece (12), which is arranged in a disconnected position at a distance from the fixed contact piece (12) and contacts the fixed contact piece (12) in a contact position, and to provide a pyrotechnic drive (4) for generating a drive movement which can be introduced into the moving contact piece (11), which is compact and is inexpensive, it is proposed that the switching contact is arranged in an air atmosphere at atmospheric pressure.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schalter zum Überbrücken von Submodulen eines Umrichters mit einer Kontaktanordnung, die ein Festkontaktstück, das in elektrischem Kontakt mit einer Festkontaktanschlussklemme ist, und ein bezüglich des Festkontaktstückes bewegliches Bewegkontaktstück aufweist, das in einer Trennstellung mit Abstand zum Festkontaktstück angeordnet ist und in einer Kontaktstellung das Festkontaktstück kontaktiert, und einem pyrotechnischen Antrieb zum Erzeugen einer Antriebsbewegung, die in das Bewegkontaktstück einleitbar ist.The invention relates to a switch for bridging submodules of an inverter with a contact arrangement, which has a fixed contact piece, which is in electrical contact with a fixed contact terminal, and a relative to the fixed contact piece movable Bewegkontaktstück, which is arranged in a disconnected position at a distance from the fixed contact piece and in a Contact position contacted the fixed contact piece, and a pyrotechnic drive for generating a drive movement, which is introduced into the Bewegkontaktstück.
Ein solcher Schalter ist beispielsweise aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, einen schnell schließenden Schalter der eingangs genannten Art bereitzustellen, der kompakt und aufwandsarm ist.The object of the invention is to provide a quick-closing switch of the type mentioned, which is compact and low in effort.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Schaltkontakt in einer Luftatmosphäre bei atmosphärischem Druck angeordnet ist.The invention achieves this object in that the switching contact is arranged in an air atmosphere at atmospheric pressure.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass auch bei längeren Schließwegen einer Kontaktanordnung, die mittels eines pyrotechnischen Antriebs angetrieben wird, kurze Schaltzeiten von weniger als 1 ms erreicht werden können. Bei der Verwendung von pyrotechnischen Antrieben ist die Schalt- oder Schließzeit des Schalters im Wesentlichen von der Zündung und der Beschleunigung eines Bewegteils des pyrotechnischen Antriebs abhängig. Bewegt sich das Bewegteil des pyrotechnischen Antriebes mit der gewünschten Geschwindigkeit, wirken sich längere Schließwege weniger stark auf die Schaltzeiten aus. So ist es also möglich, bei Verwendung und entsprechender Optimierung des pyrotechnischen Antriebs schnell schließende Schalter bereitzustellen, deren Kontaktstücke soweit voneinander beabstandet sind, dass diese im Mittelspannungsbereich, also Spannungsbereichen zwischen 1 kV und 52 kV in einer Luftatmosphäre einsetzbar sind. Trotz dieser hohen Spannungen ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Kontaktanordnung in einer Luftatmosphäre unter Normalbedingungen mit den üblichen atmosphärischen Schwankungen anzuordnen, ohne dass die Schließzeiten wesentlich verlängert werden. Mit anderen Worten ist es im Rahmen der Erfindung überflüssig geworden, die Schaltkontaktanordnung in einem Vakuum anzuordnen, um mit den so möglichen verkürzten Schließwegen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Spannungsfestigkeit für einen schnell schließenden Schalter zu sorgen. Der erfindungsgemäße Schalter ist aufwandsarm und kostengünstig.The invention is based on the finding that short switching times of less than 1 ms can be achieved even with longer closing distances of a contact arrangement which is driven by means of a pyrotechnic drive. When using pyrotechnic actuators, the switching or closing time of the switch essentially depends on the ignition and the acceleration of a moving part of the pyrotechnic drive. If the moving part of the pyrotechnic drive moves at the desired speed, longer closing distances have less effect on the switching times. Thus, it is possible, when using and appropriate optimization of the pyrotechnic drive to provide fast-closing switch, the contact pieces are spaced apart so far that they can be used in the medium voltage range, ie voltage ranges between 1 kV and 52 kV in an air atmosphere. Despite these high voltages, it is possible within the scope of the invention to arrange the contact arrangement in an air atmosphere under normal conditions with the usual atmospheric fluctuations, without the closing times being significantly extended. In other words, it has become unnecessary in the context of the invention to arrange the switching contact arrangement in a vacuum in order to provide the thus possible shortened closing paths while maintaining the dielectric strength for a fast-closing switch. The switch according to the invention requires little effort and is inexpensive.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist das Bewegkontaktstück Teil des pyrotechnischen Antriebs. Bei der Variante der Erfindung ist der Schalter noch weiter vereinfacht, da auf ein separates Bewegkontaktstück, das mit einem Bewegteil des pyrotechnischen Antriebs verbunden ist, verzichtet werden kann. Stattdessen ist das Bewegkontaktstück durch das durch die Explosion beschleunigte Bewegteil des pyrotechnischen Antriebes selbst ausgebildet, so dass ein besonders kostengünstiger Schalter bereitgestellt ist.According to an expedient further development, the moving contact piece is part of the pyrotechnic drive. In the variant of the invention, the switch is even further simplified, as can be dispensed with a separate Bewegkontaktstück which is connected to a moving part of the pyrotechnic drive. Instead, the Bewegkontaktstück is formed by the accelerated by the explosion moving part of the pyrotechnic drive itself, so that a particularly inexpensive switch is provided.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung weist der pyrotechnische Antrieb ein längs beweglich geführtes Verschiebeelement auf, das bei Auslösung des pyrotechnischen Antriebes beschleunigt wird, wobei das Verschiebeelement das Bewegkontaktstück ist. Gemäß dieser zweckmäßigen Weiterentwicklung wird das Verschiebeelement des pyrotechnischen Antriebs lediglich einem Festkontaktstück gegenüberliegend angeordnet und entsprechend gehalten. Dabei wird das Verschiebeelement über zweckmäßige Verbindungsmittel mit der Bewegkontaktanschlussklemme verbunden, so dass das Verschiebeelement Teil des Strompfades ist.According to a preferred variant of the invention, the pyrotechnic drive has a longitudinally movably guided displacement element, which is accelerated when the pyrotechnic drive is triggered, the displacement element being the moving contact piece. According to this expedient further development, the displacement element of the pyrotechnic drive is arranged only opposite a fixed contact piece and held accordingly. In this case, the displacement element is connected via appropriate connection means with the Bewegkontaktanschlussklemme, so that the displacement element is part of the current path.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Schaltkontakt als Klemmkontakt ausgebildet. Klemmkontakte sind bereits seit Längerem bekannt. Jedoch ist ihr Einsatz im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaft. Bei Verwendung eines pyrotechnischen Antriebes ist lediglich eine einzige Auslösung des Schalters möglich. Infolge des Klemmkontaktes sind die Kontaktstücke nach dem Schalten fest miteinander verklemmt, so dass ein sicherer Strompfad über die Schaltkontakt bereitgestellt ist. Besonders vorteilhaft ist es im Rahmen der Erfindung, wenn der Klemmkontakt ein Konuskontakt ist. Hierbei ist das Bewegkontaktstück konusförmig und das Festkontaktstück diesbezüglich formkomplementär ausgebildet.According to a preferred embodiment of the invention, the switching contact is designed as a terminal contact. Clamping contacts have been known for some time. However, their use in the invention is particularly advantageous. When using a pyrotechnic drive only a single triggering of the switch is possible. As a result of the terminal contact the contacts are firmly clamped together after switching, so that a safe current path is provided via the switching contact. It is particularly advantageous in the context of the invention, when the terminal contact is a cone contact. Here, the moving contact is cone-shaped and the fixed contact piece in this form complementary formed.
Zweckmäßigerweise sind sowohl die Festkontaktanschlussklemmen als auch das Festkontaktstück durch eine flächige Festkontaktplatte ausgebildet. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist eine besonders kostengünstige Variante des erfindungsgemäßen Schalters bereitgestellt. So wird beispielsweise einfach eine Festkontaktanschlussplatte, beispielsweise eine beliebige ebene Kupferplatte eingesetzt, in die eine Ausnehmung eingebracht wurde, die formkomplementär zum Bewegkontaktstück ausgebildet ist.Conveniently, both the fixed contact terminals and the fixed contact piece are formed by a flat fixed contact plate. According to this advantageous further development, a particularly cost-effective variant of the switch according to the invention is provided. For example, simply a fixed contact connection plate, for example, any flat copper plate is used, in which a recess has been introduced, which is complementary in shape to the moving contact piece.
Zweckmäßigerweise ist das Bewegkontaktstück linear beweglich und liegt dem Festkontaktstück in der linearen Bewegungsrichtung gegenüber. Solche Schalter werden auch als Hubschalter bezeichnet.Conveniently, the moving contact piece is linearly movable and is opposite to the fixed contact piece in the linear direction of movement. Such switches are also referred to as a stroke switch.
Der pyrotechnische Antrieb weist vorzugsweise ein pyrotechnisches Kraftelement sowie einen Zündkreis zum Auslösen des pyrotechnischen Kraftelementes auf.The pyrotechnic drive preferably has a pyrotechnic force element and an ignition circuit for triggering the pyrotechnic force element.
Gemäß einer bevorzugten Variante weist der pyrotechnische Antrieb ein Gehäuse zum Führen eines beim Auslösen des pyrotechnischen Antriebs verschiebbaren Verschiebeelements auf, wobei das Gehäuse im elektrischen Kontakt mit dem Verschiebeelement und im elektrischen Kontakt mit der Bewegkontaktstückanschlussklemme ist, so dass in einer Kontaktstellung der Stromfluss über das Gehäuse des pyrotechnischen Antriebs erfolgt. Der pyrotechnische Antrieb ist dabei durch elektrisch isolierende Haltemittel von dem fest verschienten Festkontaktstück beabstandet, so dass bei getrennten Kontaktstücken diese isoliert voneinander gehalten sind. Erst nach Kontakt der Kontaktstücke erfolgt ein Stromfluss über den Schalter According to a preferred variant, the pyrotechnic drive has a housing for guiding a sliding element displaceable when the pyrotechnic drive is triggered, wherein the housing is in electrical contact with the displacement element and in electrical contact with the moving contact connection terminal, so that in a contact position the flow of current through the housing the pyrotechnic drive takes place. The pyrotechnic drive is spaced by electrically insulating holding means of the permanently verschunden fixed contact piece, so that in separate contact pieces they are kept isolated from each other. Only after contact of the contact pieces is a current flow through the switch
Wie bereits weiter oben angedeutet wurde, eignet sich ein solcher Schalter insbesondere zum Kurzschließen von Submodulen, denen ein solcher Schalter parallel geschaltet ist. Dabei bilden die Submodule eine Reihenschaltung aus, wobei diese Reihenschaltung wiederum Teil eines Stromventils eines Umrichters ist. Solche Umrichter werden beispielsweise im Bereich der Hochspannungsgleichstromübertragung oder im Bereich von flexiblen Übertragungseinrichtung FACTS benötigt. Dabei weisen die Submodule in der Regel einen Energiespeicher in Form eines Kondensators auf, dem ein Leistungshalbleiterschalter parallel geschaltet ist. Die Submodule sind in der Regel als so genannte Zweipole ausgebildet, wobei an ihrem zweipoligen Anschluss entweder die an dem Energiespeicher abfallende Spannung oder aber eine Nullspannung erzeugbar ist. Auf diese Weise ist ein so genannter modularer mehrstufiger Umrichter bereitgestellt. Bei Ausfall eines Submoduls muss dieses möglichst schnell kurzgeschlossen werden, ohne dass es zur Beschädigung der restlichen Submodule kommt. Dies bedeutet für den Schalter, dass die Schließzeit unterhalb 1 ms liegen muss. Mit Hilfe des pyrotechnischen Antriebs und der Kontaktanordnung in der Außenatmosphäre und insbesondere mit der Ausbildung des Bewegkontaktstückes durch ein Verschiebeelement des pyrotechnischen Antriebes ist im Rahmen der Erfindung ein kostengünstiger, sicherer, schnell schließender Schalter bereitgestellt.As already indicated above, such a switch is particularly suitable for short-circuiting of submodules, to which such a switch is connected in parallel. In this case, the submodules form a series connection, wherein this series connection in turn is part of a flow control valve of an inverter. Such converters are required, for example, in the field of high-voltage direct-current transmission or in the area of flexible transmission equipment FACTS. In this case, the submodules generally have an energy store in the form of a capacitor, to which a power semiconductor switch is connected in parallel. As a rule, the submodules are designed as so-called two-poles, wherein either the voltage dropping across the energy store or a zero voltage can be generated at its two-pole connection. In this way, a so-called modular multi-stage inverter is provided. If a submodule fails, it must be short-circuited as quickly as possible without damaging the remaining submodules. This means for the switch that the closing time must be less than 1 ms. With the help of the pyrotechnic drive and the contact arrangement in the outer atmosphere and in particular with the formation of Bewegkontaktstückes by a sliding element of the pyrotechnic drive is provided in the invention, a cost-effective, safe, fast closing switch.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobeiFurther expedient embodiments and advantages of the invention are the subject of the following description of embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing, wherein like reference numerals refer to like-acting components and wherein
Dem Verschiebeelement
In
Nach dem Auslösen des Schalters
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |