DE102012005357A1 - Direct-current switch device for use in electric line of direct-current network to switch-off load currents if necessary, has PTC resistor enabling current flow in cold operating mode and interrupting current flow in heated operating state - Google Patents

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Uwe Kaltenborn
Mario Haim
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Abstract

The device (10) has a switching current path (12) extending between two connection points (15) of an electric line (11). A switching contact (20) is provided with two contact elements in the switching current path. A PTC resistor (24) is arranged in a deletion current path (14) and enables a current flow through the deletion current path in a cold operating mode, and interrupts the current flow through the deletion current path in a heated operating state. The PTC resistor generates a sufficient offset voltage for extinguishing an arc between the contact elements. An independent claim is also included for a method for shutting down of a direct-current (DC).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Schalteinrichtung mit einem Schaltstrompfad, der zwischen zwei Verbindungspunkten einer elektrischen Leitung verläuft und in welchem ein erster Schaltkontakt mit zwei Kontaktelementen vorgesehen ist, welche bei gegenseitiger Berührung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Verbindungspunkten bereitstellen und welche zum Abschalten eines durch die elektrische Leitung geführten Gleichstroms unter Ausbildung eines Lichtbogens auseinanderbewegbar sind, und mit einem parallel zu dem Schaltstrompfad zwischen den Verbindungspunkten verlaufenden Löschungsstrompfad.The present invention relates to a DC switching device having a switching current path which extends between two connection points of an electrical line and in which a first switching contact is provided with two contact elements which provide an electrically conductive connection between the connection points in mutual contact and which for switching off a through the electrical line guided direct current can be moved apart to form an arc, and with a running parallel to the switching current path between the connection points deletion current path.

Derartige Schalteinrichtungen sind grundsätzlich bekannt und dienen dazu, in Gleichstromnetzen den Strom sicher an- und abzuschalten. Unter Gleichstrom wird hierbei ein nulldurchgangsfreier Strom verstanden. Aufgrund des Fehlens von Nulldurchgängen muss beim Abschalten derartiger Ströme der Stromfluss nicht nur unterbrochen, sondern auch innerhalb eines bestimmten Zeitraums auf Null verringert werden, wobei Überspannungen im Netz zu vermeiden sind. Weiterhin muss die im Netz gespeicherte Energie abgeführt werden. Zu diesem Zweck wird in dem Löschungsstrompfad eine Gegenspannung erzeugt, welche den Lichtbogen löscht und den Strom letztlich zum Erliegen bringt. Um dies zu erreichen, kann in dem Löschungsstrompfad eine Leistungselektronikeinheit vorgesehen sein. Schalteinrichtungen dieser Art werden auch als ”Gleichstrom-Hybridschalter” bezeichnet.Such switching devices are basically known and serve to switch on and off the power safely in DC networks. By DC is meant a zero-crossing current. Due to the lack of zero crossings, when switching off such currents, the current flow need not only be interrupted, but also reduced to zero within a certain period of time, with overvoltages in the network to be avoided. Furthermore, the stored energy in the network must be dissipated. For this purpose, a reverse voltage is generated in the erase current path, which extinguishes the arc and ultimately brings the current to a standstill. To achieve this, a power electronics unit may be provided in the cancellation current path. Switching devices of this type are also referred to as "DC hybrid switches".

Es kann bei Einrichtungen der vorstehend genannten Art schwierig sein, die Kontaktelemente ausreichend schnell auseinanderzubewegen. Zudem besteht die Gefahr eines Ausfalls der Leistungselektronikeinheit.It may be difficult in devices of the aforementioned type to move the contact elements apart sufficiently quickly. In addition, there is a risk of failure of the power electronics unit.

Insofern besteht die Aufgabe der Erfindung darin, mit einfachen Mitteln eine Möglichkeit zum zuverlässigen Abschalten von Strömen in Gleichstromnetzen zu schaffen.In this respect, the object of the invention is to provide a means for reliable shutdown of currents in DC networks with simple means.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Gleichstrom-Schalteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.To solve this problem, a DC switching device with the features of claim 1 is provided.

Erfindungsgemäß ist in dem Löschungsstrompfad wenigstens ein Kaltleiter angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, in einem ersten kalten Betriebszustand einen Stromfluss durch den Löschungsstrompfad zu ermöglichen, welcher eine zum Löschen des Lichtbogens zwischen den Kontaktelementen ausreichende Gegenspannung erzeugt, und in einem zweiten erwärmten Betriebszustand den Stromfluss durch den Löschungsstrompfad zu unterbrechen.According to the invention, at least one PTC thermistor is arranged in the erase current path, which is designed to allow a current flow through the erase current path in a first cold operating state, which generates a countervoltage sufficient to extinguish the arc between the contact elements, and in a second, heated operating state to interrupt the erase current path.

Bei sich berührenden Kontaktelementen weist der Schaltstrompfad einen vergleichsweise geringen elektrischen Widerstand auf, sodass durch den parallelgeschalteten Kaltleiter nur ein sehr geringer Strom fließt und der Kaltleiter somit den ersten, kalten Betriebszustand einnimmt. Sobald der Schaltkontakt geöffnet wird, steigt der Strom in dem Löschungsstrompfad stark an und erzeugt eine Gegenspannung, welche den Lichtbogen innerhalb kurzer Zeit löscht. Dieser Strom in dem Löschungsstrompfad kommt jedoch zum Erliegen, da sich der Kaltleiter aufgrund des Stromanstiegs erwärmt und den zweiten Betriebszustand einnimmt. Sofern zu diesem Zeitpunkt die Kontaktelemente ausreichend weit auseinanderbewegt sind, dass eine dielektrische Festigkeit oder Durchschlagsfestigkeit hergestellt ist, kann sich kein neuer Lichtbogen bilden. Der Gleichstrom ist somit sicher abgeschaltet.In the case of contacting contact elements, the switching current path has a comparatively low electrical resistance, so that only a very small current flows through the parallel-connected PTC thermistor and thus the PTC thermistor assumes the first, cold operating state. As soon as the switching contact is opened, the current in the erasing current path increases sharply and generates a countervoltage which extinguishes the arc within a short time. However, this current in the cancellation current path comes to a standstill because the PTC thermistor heats up due to the increase in current and assumes the second operating state. If, at this time, the contact elements are sufficiently spaced apart that a dielectric strength or dielectric strength is produced, no new arc can be formed. The direct current is thus switched off safely.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein geeignet ausgebildeter Kaltleiter im Löschungsstrompfad ausreicht, um sowohl die Lichtbogenlöschung als auch die Strombegrenzung zu bewerkstelligen. Somit kann auf eine aufwändige und ausfallanfällige Leistungselektronikeinheit verzichtet werden.According to the invention, it has been recognized that a suitably designed PTC thermistor in the quenching current path is sufficient to accomplish both arc quenching and current limiting. Thus, a complex and failure-prone power electronics unit can be dispensed with.

Der Kaltleiter weist vorzugsweise eine Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Temperatur auf, die durch eine nichtlineare Kennlinie gegeben ist. Die Kennlinie kann beispielsweise S-förmig verlaufen, also einen dem ersten Betriebszustand entsprechenden Durchlassbereich, einen dem zweiten Betriebszustand entsprechender Sperrbereich und einen dazwischen befindlichen Übergangsbereich aufweisen, wobei der Übergangsbereich eine größere Steigung aufweist als der Durchlassbereich und der Sperrbereich. Beim Öffnen des Schaltkontakts schaltet der Kaltleiter in dem Löschungsstrompfad dann innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums von ”Durchlass” auf ”Sperren” um. Vorzugsweise ist der Durchlassbereich im Vergleich zu dem Sperrbereich schmal, um eine schnelle Ansprechzeit zu gewährleisten.The PTC thermistor preferably has a dependence of the electrical resistance on the temperature, which is given by a non-linear characteristic. The characteristic curve may, for example, run in an S-shape, that is to say have a passband corresponding to the first operating state, a stopper region corresponding to the second operating state, and a transitional region therebetween, the transition region having a greater slope than the passband and the stopband. When the switch contact is opened, the PTC thermistor in the erase current path then switches from "pass" to "lock" within a relatively short period of time. Preferably, the pass band is narrow compared to the stop band to ensure a fast response time.

Der Kaltleiter ist bevorzugt rückstellbar und/oder mehrfach verwendbar, um vielfache Schaltvorgänge zu ermöglichen.The PTC thermistor is preferably resettable and / or reusable to allow multiple switching operations.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Kaltleiter ein amorphes Metall, insbesondere einen amorphen Stahl. Alternativ oder zusätzlich kann der Kaltleiter einen leitenden Keramikwerkstoff umfassen. Um die Eigenschaften des Kaltleiters weiter anzupassen, kann dieser auch eine oder mehrere Beschichtungen auf Basis eines MAX-Phasen-Werkstoffs umfassen.According to one embodiment of the invention, the PTC thermistor comprises an amorphous metal, in particular an amorphous steel. Alternatively or additionally, the PTC thermistor may comprise a conductive ceramic material. To further tailor the properties of the PTC thermistor, it may also include one or more coatings based on a MAX phase material.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Kaltleiter supraleitende Eigenschaften auf. Dies ermöglicht eine besonders effektive Lichtbogenlöschung.According to a further embodiment, the PTC thermistor has superconducting properties. This allows a particularly effective arc extinguishing.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Schaltstrompfad einen Hauptstrompfad und einen parallel zu diesem verlaufenden Nebenstrompfad umfasst, wobei der erste Schaltkontakt in dem Nebenstrompfad vorgesehen ist und ein zweiter Schaltkontakt mit zwei zugehörigen Kontaktelementen in dem Hauptstrompfad angeordnet ist, wobei die Kontaktelemente des zweiten Schaltkontakts zum Unterbrechen eines Stromflusses durch den Hauptstrompfad unter Vermeidung eines Lichtbogens auseinanderbewegbar sind. Der Hauptstrompfad dient zum kontinuierlichen Leiten des Laststroms bei im Betrieb befindlichem Netz und ist zu diesem Zweck besonders ausgestaltet. Z. B. sind das Material der Kontaktelemente sowie deren Form und Größe derart gewählt, dass ein möglichst geringer Übergangswiderstand erzielt wird. Der zweite Schaltkontakt muss insbesondere keine speziellen Merkmale für eine Lichtbogenerzeugung aufweisen. Insbesondere kann bei geschlossenen Schaltkontakten der elektrische Widerstand des Hauptpfads geringer sein als der elektrische Widerstand des Nebenpfads.An embodiment of the invention provides that the switching current path comprises a main current path and a secondary current path extending parallel thereto, wherein the first switching contact is provided in the secondary current path and a second switching contact with two associated contact elements is arranged in the main current path, wherein the contact elements of the second switching contact for interrupting a current flow through the main current path while avoiding an arc are moved apart. The main current path is used to continuously direct the load current when the network is in operation and is specially designed for this purpose. For example, the material of the contact elements and their shape and size are chosen such that the lowest possible contact resistance is achieved. In particular, the second switching contact does not have to have any special features for arc generation. In particular, with closed switch contacts, the electrical resistance of the main path may be lower than the electrical resistance of the secondary path.

Zum Unterdrücken eines Lichtbogens können die Kontaktelemente des zweiten Schaltkontakts in einer Vakuum-Kammer angeordnet sein. Prinzipiell können die Kontaktelemente des zweiten Schaltkontakts auch in einer mit einem dielektrischen Gas oder einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllten Kammer angeordnet sein.To suppress an arc, the contact elements of the second switching contact can be arranged in a vacuum chamber. In principle, the contact elements of the second switching contact can also be arranged in a chamber filled with a dielectric gas or a dielectric liquid.

Weiterhin kann parallel zu dem Schaltstrompfad und zu dem Löschungsstrompfad ein Sicherungsstrompfad zwischen den Verbindungspunkten der elektrischen Leitung verlaufen, in welchem wenigstens ein weiterer Kaltleiter angeordnet ist. Ein derartiger zusätzlicher Kaltleiter bietet eine Absicherung der Schalteinrichtung gegen Ausfall einer der übrigen Komponenten.Furthermore, parallel to the switching current path and to the cancellation current path, a fuse current path can run between the connection points of the electrical line in which at least one further PTC thermistor is arranged. Such an additional PTC thermistor provides protection of the switching device against failure of one of the other components.

Die Kontaktelemente können derart geformt sein, dass bei ihrem Auseinanderbewegen ein in mehrere Teillichtbögen unterteilter Lichtbogen gebildet wird. Dadurch kann die Lichtbogenspannung erhöht werden. Zum Erzeugen mehrerer Teillichtbögen können z. B. entsprechende Rippen, Kammern oder Zähne an den Kontaktelementen vorgesehen sein. Die Schalteinrichtung kann weiterhin einen Aktuator zum gesteuerten Bewegen der Kontaktelemente sowie eine zugehörige Steuereinrichtung umfassen.The contact elements can be shaped in such a way that, when they move apart, an arc which is subdivided into a plurality of partial arcs is formed. As a result, the arc voltage can be increased. For generating a plurality of partial arcs z. B. corresponding ribs, chambers or teeth may be provided on the contact elements. The switching device may further comprise an actuator for controlled movement of the contact elements and an associated control device.

Bevorzugt ist außer dem Kaltleiter kein weiteres strombegrenzendes Element in dem Löschungsstrompfad vorgesehen. Mit anderen Worten wird ausschließlich der Kaltleiter dazu herangezogen, erst eine ausreichende Gegenspannung zu erzeugen und nach Löschung des Lichtbogens sowie Erreichen der dielektrischen Festigkeit am ersten Schaltkontakt den Strom in dem Löschungsstrompfad zu begrenzen.Preferably, no further current-limiting element is provided in the deletion current path except the PTC thermistor. In other words, only the PTC thermistor is used to first generate a sufficient reverse voltage and to limit the current in the erase current path after erasing the arc and reaching the dielectric strength at the first switching contact.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Abschalten eines durch eine elektrische Leitung geführten Gleichstroms, insbesondere mittels einer Schalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Schritten:
Auseinanderbewegen zweier Kontaktelemente eines in einem zwischen zwei Verbindungspunkten der elektrischen Leitung verlaufenden Schaltstrompfad vorgesehenen ersten Schaltkontakts unter Ausbildung eines Lichtbogens,
Kommutieren des Stromflusses auf einen parallel zu dem Schaltstrompfad zwischen den Verbindungspunkten verlaufenden Löschungsstrompfad,
Ermöglichen eines zum Löschen des Lichtbogens ausreichenden Stromflusses in dem Löschungsstrompfad, und
Unterbrechen des Stromflusses in dem Löschungsstrompfad, sobald der Lichtbogen gelöscht ist und die Kontaktelemente bis zum Erreichen der Durchschlagsfestigkeit auseinanderbewegt sind.
The invention also relates to a method for switching off a direct current conducted through an electrical line, in particular by means of a switching device according to one of the preceding claims, comprising the steps:
Moving apart two contact elements of a first switching contact provided in a switching current path extending between two connection points of the electrical line, forming an arc,
Commutating the current flow to an erase current path extending parallel to the switching current path between the connection points,
Allowing sufficient current flow in the cancellation current path to extinguish the arc, and
Interrupting the flow of current in the erase current path as soon as the arc is extinguished and the contact elements are moved apart until the dielectric strength is reached.

Erfindungsgemäß erfolgt das Ermöglichen des Stromflusses und das nachfolgende Unterbrechen des Stromflusses in dem Löschungsstrompfad durch einen in dem Löschungsstrompfad vorgesehenen Kaltleiter.According to the invention, the current flow is allowed to pass and the subsequent interruption of the current flow in the erase current path is effected by a PTC thermistor provided in the erase current path.

Wie vorstehend erwähnt kann der Schaltstrompfad einen Hauptstrompfad und einen parallel zu diesem verlaufenden Nebenstrompfad umfassen, wobei der erste Schaltkontakt in dem Nebenstrompfad vorgesehen ist und ein zweiter Schaltkontakt mit zwei zugehörigen Kontaktelementen in dem Hauptstrompfad angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden vor dem Auseinanderbewegen der Kontaktelemente des ersten Schaltkontakts die Kontaktelemente des zweiten Schaltkontakts unter Vermeidung eines Lichtbogens bis zum Erreichen der Durchschlagsfestigkeit auseinanderbewegt.As mentioned above, the switching current path may comprise a main current path and a secondary current path extending parallel thereto, the first switching contact being provided in the secondary current path and a second switching contact having two associated contact elements being arranged in the main current path. According to one embodiment of the invention, prior to moving the contact elements of the first switch contact apart, the contact elements of the second switch contact are moved apart while avoiding an arc until the dielectric strength is reached.

Weiterbildungen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.Further developments of the invention are set forth in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.The invention will now be described by way of example with reference to the drawings.

1 ist ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Gleichstrom-Schalteinrichtung. 1 is a circuit diagram of a DC switching device according to the invention.

2 ist eine Schnittdarstellung einer konkreten Ausgestaltung der Gleichstrom-Schalteinrichtung gemäß 1. 2 is a sectional view of a specific embodiment of the DC switching device according to 1 ,

3 veranschaulicht einen zeitlichen Verlauf des Auseinanderbewegens jeweiliger Kontaktelemente für einen ersten und einen zweiten Schaltkontakt der Gleichstrom-Schalteinrichtung gemäß 1. 3 FIG. 12 illustrates a time course of the disengagement of respective contact elements for a first and a second switching contact of the DC switching device according to FIG 1 ,

Gemäß 1 ist eine Schalteinrichtung 10 in einer elektrischen Leitung 11 eines Gleichstromnetzes vorgesehen, um im Bedarfsfall Lastströme und/oder Kurzschlussströme abzuschalten. Die Schalteinrichtung 10 umfasst einen Schaltstrompfad 12 und einen Löschungsstrompfad 14, welche parallel zueinander zwischen zwei Verbindungspunkten 15 der elektrischen Leitung 11 verlaufen. Der Schaltstrompfad 12 ist dabei in einen Hauptstrompfad 16 und einen parallel zu diesem verlaufenden Nebenstrompfad 18 unterteilt. Ein erster Schaltkontakt 20 ist in dem Nebenstrompfad 18 vorgesehen, während ein zweiter Schaltkontakt 22 in dem Hauptstrompfad 16 vorgesehen ist. In dem Löschungsstrompfad 14 ist ein Kaltleiter 24 vorgesehen. Weiterhin ist in der elektrischen Leitung 11 ein Trennschalter 26 vorgesehen.According to 1 is a switching device 10 in an electric line 11 a DC power supply provided to switch off load currents and / or short-circuit currents if necessary. The switching device 10 includes a switching current path 12 and an erase current path 14 which are parallel to each other between two connection points 15 the electric wire 11 run. The switching current path 12 is in a main current path 16 and a parallel to this running Nebenstrompfad 18 divided. A first switching contact 20 is in the sidestream path 18 provided while a second switching contact 22 in the main stream path 16 is provided. In the deletion current path 14 is a PTC thermistor 24 intended. Furthermore, in the electrical line 11 a circuit breaker 26 intended.

Wie aus 2 hervorgeht, weist der erste Schaltkontakt 20 zwei Kontaktelemente 28a, 28b auf, welche bei gegenseitiger Berührung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Verbindungspunkten 15 (1) bereitstellen und welche zum Öffnen des ersten Schaltkontakts 20 auseinanderbewegbar sind, wie durch Pfeile verdeutlicht ist. Die Kontaktelemente 28a, 28b des ersten Schaltkontakts 20 sind in Form von doppelwandigen, ineinandergreifenden Hülsen ausgebildet. Sie umgreifen eine Vakuum-Kammer 38, in welcher zwei stempelartige Kontaktelemente 32a, 32b des zweiten Schaltkontakts 22 angeordnet sind. Auch die Kontaktelemente 32a, 32b des zweiten Schaltkontakts 22 stellen bei gegenseitiger Berührung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Verbindungspunkten 15 (1) bereit und sind zum Öffnen des zweiten Schaltkontakts 22 auseinanderbewegbar, wie durch Pfeile verdeutlicht ist.How out 2 shows, the first switching contact 20 two contact elements 28a . 28b on, which in mutual contact an electrically conductive connection between the connection points 15 ( 1 ) and which for opening the first switch contact 20 be moved apart, as illustrated by arrows. The contact elements 28a . 28b of the first switch contact 20 are formed in the form of double-walled, interlocking sleeves. They surround a vacuum chamber 38 in which two stamp-like contact elements 32a . 32b of the second switch contact 22 are arranged. Also the contact elements 32a . 32b of the second switch contact 22 when in contact, make an electrically conductive connection between the connection points 15 ( 1 ) ready to open the second switch contact 22 apart, as indicated by arrows.

Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 3 wird die Funktionsweise der Schalteinrichtung 10 erläutert. Im oberen Diagramm von 3 ist der Abstand S1 der Kontaktelemente 28a, 28b des ersten Schaltkontakts 20 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt, während im unteren Diagramm von 3 der Abstand S2 der Kontaktelemente 32a, 32b des zweiten Schaltkontakts 22 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist.With additional reference to 3 will the functioning of the switching device 10 explained. In the upper diagram of 3 is the distance S1 of the contact elements 28a . 28b of the first switch contact 20 shown as a function of time, while in the lower diagram of 3 the distance S2 of the contact elements 32a . 32b of the second switch contact 22 is shown as a function of time.

Während des Normalbetriebs des zugrundeliegenden Gleichstromnetzes sind beide Schaltkontakte 20, 22 geschlossen und der Laststrom fließt zum größten Teil durch den Hauptstrompfad 16, da dieser den geringsten elektrischen Widerstand aufweist. Aufgrund des vernachlässigbar geringen Stromflusses durch den Kaltleiter 24 befindet sich dieser in einem ersten, kalten Betriebszustand.During normal operation of the underlying DC network, both switching contacts 20 . 22 closed and the load current flows for the most part through the main current path 16 because it has the lowest electrical resistance. Due to the negligible current flow through the PTC thermistor 24 this is in a first, cold operating condition.

Sobald ein Abschalten des Stroms in der elektrischen Leitung 11 erforderlich ist, z. B. im Fehlerfall, sorgt eine nicht dargestellte Steuereinrichtung dafür, dass zunächst die Kontaktelemente 32a, 32b des zweiten Schaltkontakts 22 auseinanderbewegt werden. Das Auseinanderbewegen beginnt gemäß dem unteren Diagramm in 3 zum Zeitpunkt t1 und wird bis zum Erreichen der dielektrischen Festigkeit bei dem Abstand S1 fortgesetzt. Die Ausbildung eines Lichtbogens wird dabei durch die Vakuum-Kammer 38 vermieden. Sobald zum Zeitpunkt t2 die dielektrische Festigkeit des zweiten Schaltkontakts 22 hergestellt ist, sorgt die Steuereinrichtung dafür, dass die Kontaktelemente 28a, 28b des ersten Schaltkontakts 20 unter Ausbildung eines Lichtbogens auseinanderbewegt werden. Aufgrund der Formgebung der Kontaktelemente 28a, 28b des ersten Schaltkontakts 20 ist der Lichtbogen in eine Vielzahl von parallelen Teillichtbögen unterteilt, sodass eine relativ hohe Lichtbogenspannung am ersten Schaltkontakt 20 erzeugt wird, die der Arbeitsspannung entgegengerichtet ist. Der damit verbundene Spannungsabfall sorgt für eine Kommutierung des Stromflusses zu dem Löschungsstrompfad 14.Once a shutdown of the electricity in the electrical line 11 is required, for. B. in case of failure, a control device, not shown, ensures that initially the contact elements 32a . 32b of the second switch contact 22 be moved apart. The moving apart begins according to the lower diagram in FIG 3 at time t1 and continues until the dielectric strength is reached at the distance S1. The formation of an arc is thereby through the vacuum chamber 38 avoided. Once at time t2, the dielectric strength of the second switch contact 22 is made, the control device ensures that the contact elements 28a . 28b of the first switch contact 20 be moved apart to form an arc. Due to the shape of the contact elements 28a . 28b of the first switch contact 20 the arc is divided into a plurality of parallel partial arcs, so that a relatively high arc voltage at the first switching contact 20 is generated, which is opposite to the working voltage. The associated voltage drop provides for commutation of the current flow to the cancellation current path 14 ,

Der in dem Löschungsstrompfad 14 vorgesehene Kaltleiter 24 ist dazu ausgebildet, in dem ersten Betriebszustand einen Stromfluss durch den Löschungsstrompfad 14 zu ermöglichen, welcher eine zum Löschen des Lichtbogens zwischen den Kontaktelementen 28a, 28b des ersten Schaltkontakts 20 ausreichende Gegenspannung erzeugt. Somit wird der Lichtbogen gelöscht. Gleichzeitig erwärmt sich der Kaltleiter 24 aufgrund des Stromflusses und geht in den zweiten Betriebszustand über, in welchem er in der Lage ist, den Stromfluss durch den Löschungsstrompfad 14 zu unterbrechen. Der elektrische Widerstand des Kaltleiters 24 steigt schnell auf einen hohen Wert an und sorgt dafür, dass der Stromfluss durch den Löschungsstrompfad 14 zum Erliegen kommt. Die Gegenspannung fällt hierbei wieder ab, doch zu diesem Zeitpunkt t3 sind die Kontaktelemente 28a, 28b des ersten Schaltkontakts 20 bereits bis zu dem Abstand S2 auseinanderbewegt, bei welchem die Durchschlagsfestigkeit erreicht ist und sich kein neuer Lichtbogen bilden kann. Der Strom in der elektrischen Leitung 11 ist somit sicher abgeschaltet. Zuletzt wird der Trennschalter 26 geöffnet.The one in the deletion current path 14 provided PTC thermistor 24 is configured, in the first operating state, a current flow through the erasing current path 14 to enable which one to extinguish the arc between the contact elements 28a . 28b of the first switch contact 20 generates sufficient reverse voltage. Thus the arc is extinguished. At the same time, the PTC thermistor heats up 24 due to the current flow and transitions to the second operating state in which it is able to control the current flow through the erase current path 14 to interrupt. The electrical resistance of the PTC thermistor 24 rises rapidly to a high value and ensures that the current flow through the erase current path 14 comes to a halt. The reverse voltage drops again, but at this time t3 are the contact elements 28a . 28b of the first switch contact 20 already moved apart up to the distance S2, in which the dielectric strength is reached and no new arc can form. The electricity in the electric line 11 is thus safely switched off. Finally, the circuit breaker 26 open.

Eine Schalteinrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist in der Lage, nicht nur Lastströme, sondern auch Kurzschlussströme im Bereich von 100 kA bis 120 kA zuverlässig und sicher zu schalten. Eine Leistungselektronikeinheit ist nicht notwendig.A switching device of the type described above is able to reliably and safely switch not only load currents, but also short-circuit currents in the range of 100 kA to 120 kA. A power electronics unit is not necessary.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Schalteinrichtungswitching device
1111
elektrische Leitungelectrical line
1212
SchaltstrompfadSwitching current path
1414
LöschungsstrompfadExtinction current path
1515
Verbindungspunktjunction
1616
HauptstrompfadMain current path
1818
NebenstrompfadIn addition to current path
2020
erster Schaltkontaktfirst switching contact
2222
zweiter Schaltkontaktsecond switching contact
2424
KaltleiterPTC
2626
Trennschalterdisconnectors
28a, 28b28a, 28b
Kontaktelemente des ersten SchaltkontaktsContact elements of the first switch contact
32a, 32b32a, 32b
Kontaktelemente des zweiten SchaltkontaktsContact elements of the second switching contact
3838
Vakuum-KammerVacuum chamber
S1, S2S1, S2
Abstand der KontaktelementeDistance between the contact elements
t1, t2, t3t1, t2, t3
Zeitpunkttime

Claims (9)

Gleichstrom-Schalteinrichtung (10), mit einem Schaltstrompfad (12), der zwischen zwei Verbindungspunkten (15) einer elektrischen Leitung (11) verläuft und in welchem ein erster Schaltkontakt (20) mit zwei Kontaktelementen (28a, 28b) vorgesehen ist, welche bei gegenseitiger Berührung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Verbindungspunkten (15) bereitstellen und welche zum Abschalten eines durch die elektrische Leitung (11) geführten Gleichstroms unter Ausbildung eines Lichtbogens auseinanderbewegbar sind, und einem parallel zu dem Schaltstrompfad (12) zwischen den Verbindungspunkten (15) verlaufenden Löschungsstrompfad (14), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Löschungsstrompfad (14) wenigstens ein Kaltleiter (24) angeordnet ist, welcher dazu ausgebildet ist, in einem ersten kalten Betriebszustand einen Stromfluss durch den Löschungsstrompfad (14) zu ermöglichen, welcher eine zum Löschen des Lichtbogens zwischen den Kontaktelementen (28a, 28b) ausreichende Gegenspannung erzeugt, und in einem zweiten erwärmten Betriebszustand den Stromfluss durch den Löschungsstrompfad (14) zu unterbrechen.DC switching device ( 10 ), with a switching current path ( 12 ) between two connection points ( 15 ) an electrical line ( 11 ) and in which a first switching contact ( 20 ) with two contact elements ( 28a . 28b ) is provided, which in mutual contact an electrically conductive connection between the connection points ( 15 ) and which for switching off by the electrical line ( 11 ) are guided apart under the formation of an arc, and one parallel to the switching current path ( 12 ) between the connection points ( 15 ), the erase current path ( 14 ), characterized in that in the deletion current path ( 14 ) at least one PTC thermistor ( 24 ), which is designed, in a first cold operating state, a current flow through the erasing current path (FIG. 14 ), which one for extinguishing the arc between the contact elements ( 28a . 28b ) generates sufficient countervoltage, and in a second heated operating state, the current flow through the erasing current path ( 14 ) to interrupt. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltleiter (24) ein amorphes Metall, insbesondere einen amorphen Stahl, umfasst.DC switching device according to claim 1, characterized in that the PTC thermistor ( 24 ) comprises an amorphous metal, in particular an amorphous steel. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltleiter (24) supraleitende Eigenschaften aufweist.DC switching device according to claim 1 or 2, characterized in that the PTC thermistor ( 24 ) has superconducting properties. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltstrompfad (12) einen Hauptstrompfad (16) und einen parallel zu diesem verlaufenden Nebenstrompfad (18) umfasst, wobei der erste Schaltkontakt (20) in dem Nebenstrompfad (18) vorgesehen ist und ein zweiter Schaltkontakt (22) mit zwei zugehörigen Kontaktelementen (32a, 32b) in dem Hauptstrompfad (16) angeordnet ist, wobei die Kontaktelemente (32a, 32b) des zweiten Schaltkontakts (22) zum Unterbrechen eines Stromflusses durch den Hauptstrompfad (16) unter Vermeidung eines Lichtbogens auseinanderbewegbar sind.DC switching device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the switching current path ( 12 ) a main current path ( 16 ) and a secondary flow path running parallel thereto ( 18 ), wherein the first switching contact ( 20 ) in the secondary flow path ( 18 ) is provided and a second switching contact ( 22 ) with two associated contact elements ( 32a . 32b ) in the main current path ( 16 ) is arranged, wherein the contact elements ( 32a . 32b ) of the second switch contact ( 22 ) for interrupting a current flow through the main current path ( 16 ) are moved apart while avoiding an arc. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (32a, 32b) des zweiten Schaltkontakts (22) in einer Vakuum-Kammer (38) angeordnet sind.DC switching device according to claim 4, characterized in that the contact elements ( 32a . 32b ) of the second switch contact ( 22 ) in a vacuum chamber ( 38 ) are arranged. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Schaltstrompfad (12) und zu dem Löschungsstrompfad (14) ein Sicherungsstrompfad zwischen den Verbindungspunkten (15) der elektrischen Leitung (11) verläuft, in welchem wenigstens ein weiterer Kaltleiter angeordnet ist.DC switching device according to at least one of the preceding claims, characterized in that parallel to the switching current path ( 12 ) and to the cancellation current path ( 14 ) a fuse current path between the connection points ( 15 ) of the electrical line ( 11 ), in which at least one further PTC thermistor is arranged. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außer dem Kaltleiter (24) kein weiteres strombegrenzendes Element in dem Löschungsstrompfad (14) vorgesehen ist.DC switching device according to at least one of the preceding claims, characterized in that except the PTC thermistor ( 24 ) no further current-limiting element in the cancellation current path ( 14 ) is provided. Verfahren zum Abschalten eines durch eine elektrische Leitung (11) geführten Gleichstroms, insbesondere mittels einer Schalteinrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Schritten: Auseinanderbewegen zweier Kontaktelemente (28a, 28b) eines in einem zwischen zwei Verbindungspunkten (15) der elektrischen Leitung (11) verlaufenden Schaltstrompfad (12) vorgesehenen ersten Schaltkontakts (20) unter Ausbildung eines Lichtbogens, Kommutieren des Stromflusses auf einen parallel zu dem Schaltstrompfad (12) zwischen den Verbindungspunkten (15) verlaufenden Löschungsstrompfad (14), Ermöglichen eines zum Löschen des Lichtbogens ausreichenden Stromflusses in dem Löschungsstrompfad (14), und Unterbrechen des Stromflusses in dem Löschungsstrompfad (14), sobald der Lichtbogen gelöscht ist und die Kontaktelemente (28a, 28b) des ersten Schaltkontakts (20) bis zum Erreichen der Durchschlagsfestigkeit auseinanderbewegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermöglichen des Stromflusses und das nachfolgende Unterbrechen des Stromflusses in dem Löschungsstrompfad (14) durch einen in dem Löschungsstrompfad (14) vorgesehenen Kaltleiter (24) erfolgt.Method for switching off an electrical line ( 11 ) guided direct current, in particular by means of a switching device ( 10 ) according to one of the preceding claims, comprising the steps of: moving apart two contact elements ( 28a . 28b ) one in one between two connection points ( 15 ) of the electrical line ( 11 ) switching current path ( 12 ) provided first switching contact ( 20 ) forming an arc, commutating the current flow to a parallel to the switching current path ( 12 ) between the connection points ( 15 ), the erase current path ( 14 Permitting sufficient current flow in the cancellation current path to extinguish the arc (US Pat. 14 ), and interrupting the flow of current in the cancellation current path ( 14 ), as soon as the arc is extinguished and the contact elements ( 28a . 28b ) of the first switch contact ( 20 ) are moved apart until the dielectric strength is reached, characterized in that the enabling of the current flow and the subsequent interruption of the current flow in the cancellation current path ( 14 ) by one in the cancellation current path ( 14 ) PTC thermistors ( 24 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltstrompfad (12) einen Hauptstrompfad (16) und einen parallel zu diesem verlaufenden Nebenstrompfad (18) umfasst, wobei der erste Schaltkontakt (20) in dem Nebenstrompfad (18) vorgesehen ist und ein zweiter Schaltkontakt (22) mit zwei zugehörigen Kontaktelementen (32a, 32b) in dem Hauptstrompfad (16) angeordnet ist, wobei vor dem Auseinanderbewegen der Kontaktelemente (28a, 28b) des ersten Schaltkontakts (20) die Kontektelemente (32a, 32b) des zweiten Schaltkontakts (22) unter Vermeidung eines Lichtbogens bis zum Erreichen der Durchschlagsfestigkeit auseinanderbewegt werden. Method according to Claim 8, characterized in that the switching current path ( 12 ) a main current path ( 16 ) and a secondary flow path running parallel thereto ( 18 ), wherein the first switching contact ( 20 ) in the secondary flow path ( 18 ) is provided and a second switching contact ( 22 ) with two associated contact elements ( 32a . 32b ) in the main current path ( 16 ), wherein before moving apart of the contact elements ( 28a . 28b ) of the first switch contact ( 20 ) the Kontektelemente ( 32a . 32b ) of the second switch contact ( 22 ) while avoiding an arc until the dielectric strength is reached.
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