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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entladen eines aufgeladenen Kondensators und betrifft ferner eine Hochspannungsanlage mit mindestens einer dieser Entladevorrichtung und mindestens einem Kondensator.
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In Hochspannungsanlagen, wie etwa Konverter-System, werden unter anderem Kondensatoren verwendet, um elektrische Energie zwischen zu speichern. Insbesondere kann ein Kondensator über einen Ladewiderstand von einer Spannungsquelle, etwa dem Elektrizitätsnetz, auf eine Spannung, z.B. zwischen 4 kV und 5 kV geladen werden. In speziellen Systemzuständen muss nachfolgend die Spannungsquelle bzw. Energiequelle von dem aufgeladenen Kondensator elektrisch getrennt und eine Entladung eingeleitet werden, um z.B. eine Fehlerdiagnose vornehmen oder eine Wartung bzw. Reparatur vornehmen zu können.
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Dabei besteht bei der Verwendung von Kondensatoren in elektrischen Schaltungen das Risiko einer Gefährdung von Personen infolge der in dem Kondensator gespeicherten Energien. Ab gewissen Spannungs- und Kapazitätsgrenzen sind deshalb nach einer Norm (DIN EN 61071) und im Stand der Technik sichere Entladewiderstände parallel zur Kapazität zwingend gefordert.
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Somit wurde im Stand der Technik ein Entladewiderstand parallel zum Kondensator verbunden, wobei der Entladewiderstand einen relativ hohen Widerstandswert hat, um die Verluste dieser Anordnung gering zu halten. Insbesondere wurde herkömmlicherweise ein Entladewiderstand verwendet, dessen Dimensionierung aus dem Kapazitätswert sowie aus einem Kompromiss zwischen Entladedauer (T) und Entladeverlusten (P) im Regelbetrieb hervorgeht (T=R x C, P=UxU/R).
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme und Verfahren erfordern wegen des hohen Widerstandswertes eine relativ lange Entladezeit, während der so hohe Spannungen an dem Kondensator anliegen, dass diese für den Menschen eine Gefahr darstellen.
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Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bzw. ein verbessertes Verfahren zum Entladen eines aufgeladenen Kondensators zu schaffen, wobei eine sichere Entladung des Kondensators schneller ermöglicht ist, und ein Risiko einer Schädigung von Menschen zusätzlich herabgesetzt ist.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche spezifizieren besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bereitgestellt eine Vorrichtung zum Entladen eines auf geladenen Kondensators, aufweisend: einen parallel zum Kondensator schaltbaren ersten relativ großen Widerstand; einen zweiten relativ kleinen Widerstand; und ein Schaltsystem, das ausgebildet ist, den zweiten Widerstand parallel zum ersten Widerstand zu schalten, sobald der Kondensator über den ersten Widerstand soweit entladen ist, dass die Kondensatorspannung unterhalb einer oberen Spannungsgrenze liegt.
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Alternativ kann das Schaltsystem ausgebildet sein, den zum ersten Widerstand parallelen zweiten Widerstand herauszunehmen, sobald die Kondensatorspannung oberhalb einer oberen und unterhalb einer unteren Spannungsgrenze liegt.
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Die Spannung, auf welche der Kondensator geladen ist, kann z.B. zwischen 4 kV und 5 kV liegen. Der Kondensator kann Dimensionen von z.B. 20cm x 40cm x 50cm bis Im x Im x Im betragen. Der erste Widerstand ist parallel zum Kondensator schaltbar bzw. geschaltet, so dass ein Anschluss des ersten Widerstands mit einer ersten Kondensatorplatte des Kondensators bzw. Kondensatorelektrode des Kondensators elektrisch verbunden ist und ein anderer elektrischer Anschluss des ersten Widerstands mit einer zweiten Kondensatorelektrode bzw. Kondensatorplatte elektrisch verbunden ist. Diese Verbindung zwischen dem Kondensator und dem ersten Widerstand kann andauernd gegeben sein, ohne dass ein besonderer Schalter vorgesehen sein muss, der die elektrische Parallelverbindung zwischen Kondensator und dem ersten Widerstand unterbrechen kann. Somit ist der erste Widerstand parallel mit dem Kondensator verbunden, auch, wenn der Kondensator z.B. bei verbundener Spannungsquelle bzw. Energiequelle auf hohe Spannung aufgeladen wird. Auch in diesem Aufladefall wird über den ersten Widerstand andauernd oder ständig Leistung dissipiert, die Verlustleistung kann z.B. zwischen 100 kW und 500 kW betragen. Gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der erste Widerstand einen Widerstandswert von zwischen 78kOhm und mehreren Hundert kOhm Mit einer typischen Kapazität mit C=8,5mF resultiert eine Zeitkonstante T=R*C=11min, so dass nach ca. 45 Minuten eine angemessene Entladung alleine mit dem ersten Widerstand erreicht ist.
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Während der erste Widerstand ständig parallel mit dem Kondensator elektrisch verbunden ist, ist der zweite Widerstand zuschaltbar, derart, dass der zweite Widerstand nur parallel zum ersten Widerstand (und damit zum Kondensator) hinzugeschaltet wird, wenn gewisse Kriterien erfüllt sind. Wenn der zweite Widerstand zusätzlich zum ersten Widerstand parallel zum Kondensator hinzugeschaltet ist, kann eine Entladung des Kondensators schneller erfolgen, als wenn lediglich der erste Widerstand parallel zum Kondensator geschaltet ist. Das Hinzuschalten des zweiten Widerstandes ermöglicht somit ein Reduzieren der Entladezeit des Kondensators. Mit einem zweiten Widerstand in paralleler Verschaltung mit dem ersten und einem Wert R=15kOhm wird die Zeit ca. geviertelt bei gleichen Verlusten im Regelbetrieb über dem ersten Widerstand. Letztere kann durch Erhöhen des ersten Widerstands vermindert werden.
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Um den zweiten Widerstand nur unter bestimmten Kriterien parallel zu dem Kondensator (neben dem ersten Widerstand) hinzuzuschalten, ist das Schaltsystem vorgesehen. Das Schaltsystem kann auf verschiedene Arten verwirklicht werden. Gemäß einigen Ausführungsformen werden analoge Komponenten verwendet um das Schaltsystem zu implementieren. Dabei können insbesondere robuste, zuverlässige Bauelemente, wie Widerstände, Dioden, Kondensatoren Spulen und/oder Relais z.B. mit zwangsgeführten Schaltwippen Verwendung finden, um auf einfache Weise normkonform einen Sicherheitsnachweis für ein garantiertes Entladen zu führen. Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst das Schaltsystem auch elektronische Komponenten, wie Transistoren, Thyristoren oder andere Halbleiter basierte Bauelemente. Diese Elemente erlauben die Umsetzung feinere Kriterien zur Hinzuschaltung des zweiten Widerstands, sind jedoch weniger robust, so dass ein Sicherheitsnachweis nur nach besonderen Maßnahmen innerhalb des Schaltsystems erfolgreich durchgeführt werden kann, um den Kondensator zu entladen.
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Sobald der zweite Widerstand parallel zum ersten Widerstand geschaltet ist, ist somit der zweite Widerstand auch parallel zu dem Kondensator geschaltet, so dass ein erster Anschluss des zweiten Widerstandes mit einer ersten Kondensatorplatte bzw. Kondensatorelektrode elektrisch verbunden ist und ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands mit einer zweiten Kondensatorplatte bzw. Kondensatorelektrode elektrisch verbunden ist.
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Somit kann eine Entladung in zwei Stufen erfolgen, wobei, wenn die Kondensatorspannung oberhalb der oberen Spannungsgrenze liegt, die Entladung lediglich (d.h. ausschließlich) über den ersten Widerstand erfolgt. Fällt jedoch die Kondensatorspannung unter die obere Spannungsgrenze, so wird der Kondensator sowohl über den ersten Widerstand als auch über den zweiten Widerstand entladen.
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Somit wird der erste Widerstand, welcher in der Regel einen relativ hohen Widerstandswert hat, und für eine lange Entladedauer ausgelegt ist, um einen geschalteten Parallelwiderstand (d.h. den zweiten Widerstand) ergänzt, um den Gesamtwiderstand (der Parallelschaltung aus dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand) für ein schnelles Entladen zu vermindern.
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Dabei kann das Schaltsystem ausgelegt sein, eine fehlersichere Umschaltung vorzunehmen. Diese Umschaltung kann umfassen, den zweiten Widerstand parallel zu dem ersten Widerstand zu schalten, wenn die Kondensatorspannung unterhalb der oberen Spannungsgrenze liegt. Das heißt die Parallelschaltung ist aktiv für kurze Entladedauer unterhalb der oberen Spannungsgrenze.
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Als besonderer Vorzug der Erfindung kann ein erhöhter Widerstand im Regelbetrieb zur Verminderung des Energieverlustes als nachhaltiger Beitrag zu den Umwelt- und CO2-Zielen vorhanden sein, bei optional zusätzlich erhöhter Sicherheit durch optische Anzeige der Spannungsverhältnisse am Hybridwiderstand.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Schaltsystem ein Relaissystem auf, das in Serie mit dem zweiten Widerstand parallel zum ersten Widerstand verbunden ist. Das Relaissystem kann ein oder mehrere Relais in Serienschaltung umfassen, wodurch eine logische Und-Verknüpfung robust und mit vereinfachtem Nachweisverfahren für die Sicherheit realisiert wird. Ein Relais kann einen Schalter umfassen, welcher durch einen Elektromagneten zum Öffnen und Schließen gesteuert werden kann, oder zwei zwangsgeführte, besonders geprüfte Schalter, wobei der andere zu Animation des Schaltzustands auf einfache Weise verwendet werden kann Das Relaissystem (insbesondere das eine oder die mehreren Relais) können in Serie andauernd mit dem zweiten Widerstand verbunden sein. Die Serienschaltung aus dem Relaissystem und dem zweiten Widerstand kann parallel zum ersten Widerstand andauernd verbunden sein. Ein Relaissystem kann in einfacher Weise ermöglichen, den zweiten Widerstand zum Entladen des Kondensators elektrisch zu verbinden, falls gewisse Kriterien erfüllt sind. Die Kriterien, gemäß denen der zweite Widerstand parallel zum ersten Widerstand geschaltet ist bzw. aus der Parallelschaltung elektrisch entfernt ist, können in dem Schaltsystem abgelegt bzw. implementiert sein, beispielsweise in einem elektronischen Speicher (oder als disktrete Bauelemente). Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst das Schaltsystem lediglich robuste zuverlässig arbeitende Bauteile, etwa wie Pegelschalter, welche im Wesentlichen keine elektronischen Komponenten umfassen, um somit die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Schaltsystem eine Schaltlogik auf, die ausgebildet ist, das Relaissystem zum Schließen anzusteuern, wenn die Kondensatorspannung unterhalb der oberen Spannungsgrenze abgefallen ist. Die Schaltlogik kann somit ausgebildet sein, festzustellen, ob die Kondensatorspannung abfällt und/oder kann ausgebildet sein, festzustellen, ob die Kondensatorspannung ansteigt. Nur wenn die Kondensatorspannung abfällt und zwar unterhalb der oberen Spannungsgrenze, steuert dann die Schaltlogik das Relaissystem zum Schließen an und vermeidet bei hohen Spannungen die Lichtbogenbildung am Kontakt beim Öffnen. Wenn das Relaissystem, welches aus einem oder aus mehreren Relais bestehen kann oder diese umfassen kann, zum Schließen angesteuert ist, so können alle in dem Relaissystem umfassten Relais derart zum Schließen angesteuert sein, dass der zweite Widerstand (über das eine oder die mehreren Relais) parallel mit dem ersten Widerstand verbunden ist. Die Schaltlogik kann robuste elektrische Bauelemente, wie Widerstände, Dioden, Kondensatoren und/oder Spulen aufweisen, ohne elektronische Bauteile aufweisen zu müssen. In anderen Ausführungsformen umfasst die Schaltlogik auch elektronische Bauelemente, wie etwa Transistoren, Thyristoren oder ähnliches. Die Schaltlogik kann insbesondere frei von Digitaltechnik sein. Damit kann eine Zuverlässigkeit in der Vorrichtung verbessert sowie das Nachweisverfahren für die Sicherheit und Verfügbarkeit vereinfacht werden.
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Im Besonderen kommen die Schalter im Relais doppelt und zwangsgeführt ausgeführt sein, um eine Anzeige des Schaltzustands mit einfachen Mittel auf einfache Weise zu ermöglichen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Schaltlogik ausgebildet, das Relaissystem zum Öffnen anzusteuern, wenn die Kondensatorspannung unterhalb einer unteren Spannungsgrenze, insbesondere zwischen 30 V und 75 V, ist. Wenn das Relaissystem zum Öffnen angesteuert ist, können z.B. das eine oder die mehreren (oder zumindest eines der) im Relaissystem umfassenden Relais zum Öffnen angesteuert sein, so dass die parallele elektrische Verbindung des zweiten Widerstands zu dem ersten Widerstand unterbrochen ist. Eine Lichtbogenbildung beim Öffnen ist bei diesen Spannungen nicht zu erwarten.
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Wenn die Kondensatorspannung unterhalb der unteren Spannungsgrenze ist, kann eine Gefahr für den Menschen bei Berührung des Kondensators oder eines Kontaktes der Widerstände vorüber sein. Wenn somit die Kondensatorspannung unterhalb der unteren Spannungsgrenze liegt, kann die weitere Entladung des Kondensators lediglich durch Entladen über den ersten Widerstand fortgesetzt werden, ohne den Kondensator unterhalb der unteren Spannungsgrenze auch über den zweiten Widerstand zu entladen. Die Restspannung kann für Anzeigezwecke nützlich sein. Falls das Schaltsystem ein Relaissystem umfasst, kann somit vorteilhaft das Relaissystem bei relativ niedrigen Spannungen zum Öffnen angesteuert werden, was somit nicht die Gefahr einer Lichtbogenbildung nach sich zieht. Insbesondere können, wenn die Kondensatorspannung unterhalb der unteren Spannungsgrenze liegt, das eine oder die mehreren Relais in Serienschaltung, welche in dem Relaissystem umfasst sind, zum Öffnen angesteuert werden, ohne dass eine Funkenbildung auftritt. Das Relaissystem kann somit auch für den Fall vorbereitet werden, in welchem nach der Entladung des Kondensators dieser wiederum mit einer Spannung bzw. Energiequelle verbunden wird, um den Kondensator abermals aufzuladen. Während dieser Aufladezeit ist somit das Relaissystem bereits in dem Zustand, in welchem die Parallelschaltung des zweiten Widerstands parallel zu dem ersten Widerstand elektrisch unterbrochen wird oder ist. Ein Öffnen des oder der Kontakte bei hohen Spannungen, die einen Lichtbogen zur Folge hätten, ist vermieden.
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Ein Schließen des Relaissystems bei relativ hohen Spannungen, z.B. unterhalb der oberen Spannungsgrenze, kann weniger kritisch sein, da sich die zu verbindenden Kontakte mit großer Geschwindigkeit aufeinander zu bewegen, so dass eine Lichtbogenbildung, wenn überhaupt, lediglich über ein sehr begrenztes Zeitintervall erfolgen kann. Die Lichtbogenbildung, welche etwaig über ein kleines Zeitintervall auftreten kann, kann duldbar sein, ohne das Relais zu schädigen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Schaltung ausgebildet, das Relaissystem geöffnet zu belassen, wenn die Kondensatorspannung über die obere Spannungsgrenze hinaus ansteigt. Somit erfolgt eine Entladung des Kondensators für den Fall, dass die Kondensatorspannung oberhalb der oberen Spannungsgrenze liegt, lediglich über den ersten Widerstand, ohne auch über den zweiten Widerstand zu erfolgen. Somit kann vorteilhafterweise zunächst (von einer Maximalspannung kommend) der Kondensator lediglich durch den ersten Widerstand entladen werden, bis die obere Spannungsgrenze erreicht (oder unterschritten) ist. Somit kann z.B. der zweite Widerstand für eine geringere Maximalspannung ausgelegt sein als der erste Widerstand. Dies kann Kosten der Vorrichtung vermindern. Je nach Anwendung, kann die obere Spannungsgrenze (und somit das Zeitintervall, während dessen die Entladung lediglich über den ersten Widerstand erfolgt) gewählt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Relaissystem zumindest ein erstes Relais auf, das in Serie mit dem zweiten Widerstand parallel zum ersten Widerstand verbunden ist. Allein durch geeignetes Ansteuern des ersten Relais zum Öffnen und zum Schließen kann ein gezieltes gesteuertes paralleles Hinzuschalten des zweiten Widerstands zum ersten Widerstand erreicht werden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Relaissystem auf: ein zweites Relais, das in Serie mit dem ersten Relais und dem zweiten Widerstand verbunden ist, wobei die Schaltlogik aufweist: einen ersten Pegelschalter, der ausgebildet ist, das erste Relais zum Schließen anzusteuern, falls die Kondensatorspannung unterhalb der oberen Spannungsgrenze ist; einen zweiten Pegelschalter, der ausgebildet ist, das erste Relais und das zweite Relais zum Öffnen anzusteuern, falls die Kondensatorspannung unterhalb der unteren Spannungsgrenze ist; einen dritten Schalter, der ausgebildet ist, das zweite Relais zum Schließen anzusteuern, falls das erste Relais geöffnet wird.
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Die Hintereinander-Schaltung des ersten Relais und des zweiten Relais, kann ein logisches „und“ implementieren. Damit kann die Komplexität des Schaltsystems, insbesondere einer Schaltlogik, vermindert sein. Die Schaltlogik kann stattdessen durch einfachere robuste elektrische Bauteile realisiert werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird der zweite Widerstand nur dann parallel zum ersten Widerstand zum Entladen des Kondensators hinzugeschaltet, wenn sowohl das erste Relais als auch das zweite Relais zum Schließen angesteuert sind. Das zweite Relais kann z.B. in Abhängigkeit von einem Zeitpunkt des Öffnens des ersten Relais zum Schließen angesteuert werden. Das erste Relais kann lediglich dann zum Schließen angesteuert werden, falls die Kondensatorspannung zwischen der oberen Spannungsgrenze und der unteren Spannungsgrenze liegt. Die untere Spannungsgrenze kann z.B. 50 V bzw. zwischen 30 und 75 V getragen oder kann in anderen Ausführungsformen 0 V betragen. In Ausführungsformen kann eine Hysterese-Schaltung zur Anwendung kommen anstelle der beiden in Serie befindlichen Relais. Diese implementiert die gleiche Funktion wie die erste in kompakter Form, nämlich ein Schalten bei sinkenden Spannungen mit hoher Schaltschwelle und ein Schalten bei steigenden Spannungen mit niedriger Schaltschwelle.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung ferner ein Anzeigesystem auf, was ausgebildet ist, anzuzeigen, ob der zweite Widerstand zum Entladen des Kondensators geschaltet ist. Damit kann ein Benutzer darüber informiert werden, ob tatsächlich eine schnelle Entladung über den ersten und zusätzlich den zweiten Widerstand erfolgt. Insbesondere kann das Anzeigesystem ausgebildet sein, den Schaltzustand, welcher vorliegt, zu signalisieren. Das Anzeigesystem kann optische und/oder akustische Anzeigeelemente umfassen, wie etwa Lautsprecher, Lichtquellen, insbesondere LEDs. Verschiedene Schaltzustände können z.B. durch verschiedene optische und/oder akustische Signale angezeigt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Anzeigesystem eine erste Leuchtdiode, die aufleuchtet, wenn der zweite Widerstand zum Entladen des Kondensators geschaltet ist, und eine zweite Leuchtdiode, die aufleuchtet, wenn der zweite Widerstand nicht zum Entladen des Kondensators geschaltet ist. Damit kann ein Benutzer über den Schaltzustand der Vorrichtung informiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Anzeigesystem ferner ausgebildet, anzuzeigen, dass die Kondensatorspannung oberhalb der unteren Spannungsgrenze ist; und/oder dass die Kondensatorspannung gleich oder unterhalb der unteren Spannungsgrenze ist.
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Damit kann nicht nur der Schaltzustand, sondern auch der Spannungszustand der Vorrichtung angezeigt werden, so dass ein Benutzer bei zu hohen Kondensatorspannungen (z.B. oberhalb der unteren Spannungsgrenze) von einem Berühren von elektrischen Kontakten oder Bauelementen abgehalten wird, bzw. absehen kann. Hierdurch wird die Sicherheit für Arbeiten am Kondensator signifikant erhöht und ein neuer Stand der Technik beschrieben.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der zweite Widerstand einen Raumbedarf, der zwischen 2 und 50 mal, insbesondere zwischen 5 und 15 mal den Raumbedarf des ersten Widerstands beträgt, wobei der erste Widerstand und/oder das Relaissystem und/oder die Schaltlogik und/oder das Anzeigesystem in einer oder in mehreren Aussparungen in dem zweiten Widerstand aufgenommen sind.
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Der zweite Widerstand kann z.B. aus einer Keramik gebildet sein, welche gemäß der spezifischen Anwendung geformt sein kann, beispielsweise als ein Quader mit gewissen Aussparungen an einer Bodenfläche oder/und an einer oder mehreren Seitenfläche. Zum Beispiel können zwei Relais an einer oberen Fläche und einer unteren Fläche des zweiten Widerstands angeordnet sein, und die Schaltlogik, bzw. das Schaltsystem und/oder der erste Widerstand können z.B. an einer Seitenfläche in einer Aussparung des zweiten Widerstands aufgenommen sein. Ferner können Anzeigeelemente, etwa optische Anzeigeelemente, wie insbesondere LEDs ebenfalls innerhalb der Keramik des zweiten Widerstands integriert bzw. eingebettet sein. Zwischen der Keramik des zweiten Widerstands und den anderen darin eingebetteten Komponenten können eine oder mehrere Isolationsschichten vorgesehen sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt ein Widerstandswert des zweiten Widerstands zwischen 1/100 und 1/10 eines Widerstandswertes des ersten Widerstands. Damit kann eine schnelle Entladung bei Hinzuschalten des zweiten Widerstands parallel zu dem ersten Widerstand erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Oberspannungsgrenze zwischen 1 kV und 4 kV, oder z.B. 1 kV und 2 kV und eine Maximalspannung kann zwischen 4 kV und 5 kV liegen. Schnelles Entladen ist stets über Kleinspannung, z.B. d.h. >50V, aus Personenschutzgründen sinnvoll.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Hochspannungsanlage, insbesondere ein Konverter-System bereitgestellt mit 10 bis 200 in Reihe geschalteten Kondensatoren und genauso vielen Vorrichtungen zum Entladen der Kondensatoren gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen. Im Regelbetrieb dienen die Kondensatoren der Energiespeicherung und müssen z.B. zu Wartungszwecken schnell entladen werden.
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Es sollte verstanden werden, dass Merkmale, welche individuell oder separat im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zum Entladen eines auf Hochspannung geladenen Kondensators offenbart wurden, auch, individuell oder in irgendeiner Kombination, auf ein Verfahren eines Entladens eines auf geladenen Kondensators angewendet werden können, und umgekehrt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bereitgestellt ein Verfahren eines Entladens eines aufgeladenen Kondensators, aufweisend: Entladen des Kondensators über einen ersten Widerstand; zusätzliches Entladen des Kondensators über einen zweiten, parallel zum ersten Widerstand verbundenen Widerstand, bis der Kondensator über den ersten Widerstand soweit entladen ist, dass die Spannung über dem Kondensator unterhalb einer oberen Spannungsgrenze liegt.
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Die beiliegenden Figuren illustrieren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die illustrierten oder beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
- 1 illustriert ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung zum Entladen eines auf Hochspannung geladenen Kondensators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 illustriert ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung zum Entladen eines auf Hochspannung geladenen Kondensators gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 illustriert Zeitverläufe von Spannungen bzw. Schaltungen der Relais gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
- 4 illustriert schematisch eine strukturelle Konstitution einer Vorrichtung zum Entladen eines auf Hochspannung geladenen Kondensators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 5 illustriert schematisch eine strukturelle Konstitution eines zweiten Widerstands in einer Vorrichtung zum Entladen eines auf Hochspannung geladenen Kondensators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die in 1 als Schaltdiagramm illustrierte Vorrichtung 100 zum Entladen eines aufgeladenen Kondensators 101 weist einen parallel zum Kondensator 101 in der Regel fest verbundenen ersten Widerstand 103, einen zweiten Widerstand 105 und ein Schaltsystem 107 auf, das ausgebildet ist, den zweiten Widerstand 105 parallel zum ersten Widerstand 103 (und somit parallel zum Kondensator 101) hinzu zuschalten, sobald der Kondensator 101 über (insbesondere ausschließlich) den ersten Widerstand 103 soweit entladen ist, dass die Kondensatorspannung, z.B. zwischen den Leitungen 109 und 111, unterhalb einer oberen Spannungsgrenze, z.B. zwischen 1000 V und 4000 V, liegt.
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In 1 ist die Vorrichtung 100 mit dem Kondensator 101 so verbunden, dass die Vorrichtung 100 zum Entladen des Kondensators 101 eingesetzt werden kann. Die Vorrichtung 100 kann in einer Hochspannungsanlage, insbesondere einer Konverter-Anlage eingesetzt werden und darin mehrfach umfasst sein. Der Kondensator 101 kann über z.B. einen Ladewiderstand 113 oder einen anderen technischen Prozess vorherig aufgeladen worden sein, z.B. indem zwischen den Anschlüssen 115 und 117 eine elektrische Energiequelle angeschlossen war. Der Kondensator kann z.B. auf zwischen 4 kV und 5 kV aufgeladen worden sein. Zu einem späteren Zeitpunkt kann die elektrische Energiequelle von dem Kondensator getrennt werden.
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Um eine Person (Betriebspersonal, Monteur etc.) vor Verletzung zu schützen, wird die Vorrichtung 100 eingesetzt, um den Kondensator 101 auf sichere und schnelle Weise zu entladen. In der in 1 illustrierten Ausführungsform 100 umfasst das Schaltsystem 107 ein Relaissystem 119, welches in dieser Ausprägung ein einziges Relais 121 umfasst. Das Relais 121 umfasst einen Elektromagneten 123 und eine Kontaktwippe 125, welcher durch den Elektromagneten 123 zum Öffnen bzw. Schlie-ßen betätigt werden kann. Die Kontaktwippe, oder allgemeiner gesprochen das Relais 121, ist in Serie mit dem zweiten Widerstand 105 zwischen den Leitungen 109 und 111 verbunden. Das Relais 121, insbesondere dessen Elektromagnet 123, wird durch eine ebenfalls in dem Schaltsystem 107 umfasste Schaltlogik 127 angesteuert, um das Relais in einen geschlossenen bzw. in einen geöffneten Zustand zu versetzen. Die Schaltlogik 127 ist somit ausgebildet, das Relaissystem 119, welches aus dem einzigen Relais 121 aufgebaut ist, zum Schließen anzusteuern, wenn die Kondensatorspannung U unterhalb der oberen Spannungsgrenze abgefallen ist. Dazu kann somit die Schaltlogik 127 ausgebildet sein, festzustellen, ob die Spannung im Abfallen begriffen ist, d.h. niedriger wird oder kleiner wird, und ferner festzustellen, ob die Spannung U unterhalb der oberen Spannungsgrenze ist.
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Die Lichtquelle 131 ist in anderen Ausführungsformen nicht Teil das Schaltsystem 107.
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Gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Schaltsystem 127 ausgebildet sein, das Relaissystem 119 bzw. das Relais 121 zum Schließen anzusteuern, wenn ein oder mehrere Kriterien erfüllt sind, welche gemäß der spezifischen Anwendung definiert werden können.
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Die Schaltlogik kann ferner ausgebildet sein, das Relaissystem 119, insbesondere das eine Relais 121 zum Öffnen anzusteuern, wenn die Kondensatorspannung U unterhalb einer unteren Spannungsgrenze, insbesondere zwischen 30 V und 75 V, ist. Sobald die Kondensatorspannung U unterhalb der unteren Spannungsgrenze ist, ist eine Gefahr für einen Benutzer vorüber, so dass Komponenten, wie etwa Kondensatorelektroden oder wie Leitungen 109, 111 ohne Gefahr berührt werden können.
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Die Vorrichtung 100 umfasst ferner ein Anzeigesystem 129 (z.B. zumindest eine LED 131 umfassend), welches ausgebildet ist, anzuzeigen, ob der zweite Widerstand 105 zum Entladen des Kondensators 101 geschaltet ist. In der illustrierten Ausführungsform ist das Anzeigesystem teilweise durch die Schaltlogik 127 sowie durch ein optisches Anzeigeelement 131, insbesondere mindestens eine Leuchtdiode, gebildet. Die Schaltlogik 127 bzw. eine simultan- und zwangsgeführte, fehlersichere 2. Wippe des Relais steuert die Leuchtdiode 131 zum Leuchten an, sofern auch das Relais 121 zum Schließen angesteuert wird.
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In anderen Ausführungsformen können mehr als eine Leuchtdiode vorgesehen sein, um beispielsweise anzuzeigen, ob die Kondensatorspannung U oberhalb oder unterhalb der unteren Spannungsgrenze liegt.
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2 illustriert ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung 200 zum Entladen eines aufgeladenen Kondensators 201 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren, welche gleiche oder ähnliche Struktur und/oder Funktion besitzen, sind in den verschiedenen Figuren durch Bezugszeichen gekennzeichnet, welche sich lediglich in der ersten Ziffer unterscheiden.
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Die Vorrichtung 200 weist Ähnlichkeiten zur Vorrichtung 100 auf, wobei jedoch das Schaltsystem 207 anders aufgebaut ist als das Schaltsystem 107 der in 1 illustrierten Ausführungsform der Vorrichtung 100. Das in 2 illustrierte Schaltsystem 207 umfasst ein Relaissystem 219, welches zwei Relais 221 und 232 umfasst. Insbesondere weist das Relaissystem 219 ein erstes Relais 221 und ein zweites Relais 232 auf, welche in Serie mit dem zweiten Widerstand 205 geschaltet sind. Das erste Relais umfasst einen Elektromagneten 223, welcher durch die Schaltlogik 227 angesteuert wird, um eine Schaltwippe 225 zum Schließen bzw. zum Öffnen betätigen zu können. Das zweite Relais 232 umfasst einen Elektromagneten 233, welcher ebenfalls durch die Schaltlogik 227 angesteuert wird, um eine Schaltwippe 235 zum Öffnen bzw. Schließen betätigen zu können.
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Wenn beide Relais 221 und 232 zum Schließen angesteuert sind, wird der Kondensator 201 sowohl durch den ersten Widerstand 203 als auch durch den zweiten Widerstand 205 entladen, wobei der zweite Widerstand 205 parallel zu dem ersten Widerstand 203 geschaltet ist. Die Serienschaltung des ersten Relais 221 und des zweiten Relais 232 (gemeinsam in Serie mit dem zweiten Widerstand 205) erzeugt ein logisches „UND“ in dem Sinne, dass eine gemeinsame Entladung des Kondensators 201 über sowohl den ersten Widerstand 203 als auch den zweiten Widerstand 205 nur dann erfolgt, wenn sowohl das erste Relais 221 als auch das zweite Relais 232 zum Schließen angesteuert sind bzw. wenn sie geschlossen sind. Somit kann das Schaltsystem 227 insbesondere einfacher aufgebaut werden, insbesondere ohne elektronische Komponenten zu erfordern, als das Schaltsystem 127 der 1. Die Schaltlogik 227 kann z.B. einen ersten Pegelschalter aufweisen, der ausgebildet ist, das erste Relais 221 und das zweite Relais 232 zum Schließen anzusteuern, falls die Kondensatorspannung U unterhalb der oberen Spannungsgrenze ist (schnelle Entladung). Die Schaltlogik kann ferner einen zweiten Pegelschalter umfassen, der ausgebildet ist, das zweite Relais 232 zum Öffnen anzusteuern, falls die Kondensatorspannung unterhalb der unteren Spannungsgrenze ist (Energiesparmodus unterhalb der kritischen Berührspannung). Ferner kann die Schaltlogik ausgebildet sein, das zweite Relais 232 zum Schließen anzusteuern, falls das erste Relais 221 geöffnet wird.
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Die Vorrichtung 200 umfasst ferner ein Anzeigesystem 229, welches eine erste Leuchtdiode 231 und mindestens eine zweite Leuchtdiode 237 umfasst. Die erste Leuchtdiode kann angesteuert werden, insbesondere von der Schaltlogik 227 oder einer Reihenschaltung von zwei weiteren zwangsgeführten Wippen der Relais, aufzuleuchten, wenn der zweite Widerstand 205 zum Entladen des Kondensators 201 geschaltet ist. Die zweite Leuchtdiode 237 kann angesteuert werden, z.B. von dem Schaltsystem 227, aufzuleuchten, wenn der zweite Widerstand 205 nicht zum Entladen des Kondensators 201 geschaltet ist und vorher ein Entladevorgang durchgeführt bzw. die untere Spannungsschwelle unterschritten wurde.
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Allgemein kann der zweite Widerstand 105 bzw. 205 der Vorrichtungen 100 bzw. 200, welche in 1 bzw. 2 illustriert sind, vom Widerstandswert sehr viel kleiner sein als der Widerstandswert des ersten Widerstands, z.B. zwischen 1/100 und 1/10 des Widerstandswerts des ersten Widerstands betragen.
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Somit wird gemäß Ausführungsform der Erfindung ein großer Entladewiderstand (z.B. der erste Widerstand 103, 203), welcher für eine relativ lange Entladedauer dimensioniert ist, um einen geschalteten Parallelwiderstand (z.B. den zweiten Widerstand 105, 205) ergänzt, so dass der Gesamtwiderstand vermindert wird, um ein schnelles Entladen zu ermöglichen. Dieses Hinzuschalten des Parallelwiderstandes (insbesondere des zweiten Widerstandes) wird in fehlersicherer Weise durchgeführt, falls die Kondensatorspannung unterhalb der oberen Spannungsgrenze liegt, insbesondere abgefallen ist. Ferner kann der Schaltzustand lokal durch das Anzeigesystem, insbesondere durch Leuchtdioden angezeigt werden und optional kann der Schaltzustand Cloud-basiert auf die Leiterebene kommuniziert werden.
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Zum Schutz des zwangsgeführten Relaissystems (insbesondere eines ersten und/oder eines zweiten Relais) vor Schädigungen beim Öffnen (z.B. aufgrund von Lichtbogenbildung) kann beim Einschalten über eine RC-Kombination ein Energieimpuls erzeugt werden und das Relaissystem bzw. zumindest eines der Relais zum Anziehen (d.h. zum Öffnen) gebracht werden, bevor hohe Spannungen entstanden sind, die dann ein Offenhalten eigenständig sicherstellen. Bei fallender Kondensatorspannung bei der Entladung kann das Relaissystem bei Unterschreiten einer Schwelle und damit der geeigneten Versorgungsspannung für das Relais schließen und den zweiten Widerstand für die schnellere Entladung des Kondensators parallel nach Unterschreiten einer Spannungsschwelle geschaltet werden.
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Die Schaltschwelle (insbesondere obere Spannungsgrenze) kann im einfachsten Fall durch ein Widerstandsverhältnis mit Dioden eigensicher und robust eingestellt werden. Gegebenenfalls können hier auch aktive Bauelemente (z.B. ein Thyristor) erforderlich sein bzw. eingesetzt werden, so dass dann ein Schalten für sicheres Abschalten im Fehlerfall, d.h. eine Unterbrechung der Energieversorgung des Relais zu realisieren ist. Dies kann durch Dynamisierung mittels eines einfachen Schwingkreises und ein nachgeschaltetes Diodennetzwerk zur Auskopplung (Gleichrichtung) der Öffenhalteenergie des Relais erfolgen. Bricht der Schwingkreis zusammen, wird das Relais nicht mehr mit Energie versorgt und schaltet den zweiten Widerstand zwangsweise für schnelles Entladen zu.
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Bei 4,5 kV fällt die Spannung am Kondensator unter 50 V nach ca. 4,5 Zeitkonstanten T=R x C (bei Entladen allein mittels des ersten Widerstands, der einen Widerstandswert von R hat). Durch Zuschalten eines Parallelwiderstands (des zweiten Widerstands) mit Widerstandswert von ca. R/100 bei einer Spannungsschwelle von 1600 V (nach einer Zeitkonstante T) kann die Entladung auf rund 1 Zeitkonstanten, d.h. auf 17% reduziert werden. Mit höherer Spannungsschwelle um ca. 4000 V kann eine weitere Verkürzung bewirkt werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine Einsparung von Verlustleistung im regulären Betrieb (Spannung > Schaltschwelle) durch den ersten Widerstand. Ferner kann eine Beschleunigung der Entladung zur Verkürzung von Stillstandszeiten der Anlage z.B. im Wartungsfalle und damit eine Erhöhung der effektiven Anlagenverfügbarkeit erreicht werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine fehlersichere Implementierung des Schaltzustandes als Grundlage der Normerfüllung und eine Signalisierung des Schaltzustands zur Verbesserung der Gebrauchssicherheit zur Verminderung von Personengefährdungen.
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In 2 kann die Relaisserienschaltung anstatt unterhalb des zweiten Widerstandes 205 auch oberhalb des zweiten Widerstandes 205 angeordnet sein, oder der zweite Widerstand kann zwischen dem ersten Relais 219 und dem zweiten Relais 232 angeordnet sein. Diese spezielle Verteilung der Komponenten unterstützt ein kompaktes Design des Gesamtsystems als Hybridkomponente.
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Der Graph 351 in 3 illustriert einen Kondensatorspannungsverlauf, der Graph 353 illustriert einen Schaltverlauf des Relais 121 in 1 und die Graphen 355, 356 illustrieren Schaltverläufe des ersten Relais 321 und des zweiten Relais 232 der Vorrichtung, welche in 2 illustriert ist. Abszissen 327 in 3 illustrieren die Zeit t, die Ordinate 359 in dem Graphen 351 illustriert die Höhe der Kondensatorspannung, die Ordinaten 361 der Graphen 353 und 355, 356 illustrieren die Schaltzustände 1 (geschlossen) und 0 (geöffnet) der verschiedenen Relais, wie sie gemäß Ausführungsformen der Erfindung implementiert werden können.
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Während eines Zeitintervalls 363 wird der Kondensator (z.B. 101 oder 201 in 1 und 2) über den Ladewiderstand der Energiequelle (z.B. 113 oder 213) geladen, so dass die Kondensatorspannung 365 ansteigt, um eine Maximalspannung 367 zu erreichen. Bei dem Zeitpunkt 369 ist eine Maximalspannung 367 des operativen Betriebs beispielsweise erreicht. Während des Betriebs der Anlage erhält die externe Quelle im Wesentlichen die Spannung am Kondensator bis nach Abschalten dieser Quelle die Entladung des Kondensators über den ersten Widerstand erfolgt. Die Maximalspannung 367 liegt oberhalb einer oberen Spannungsgrenze 371. Bei Unterschreiten dieser Kondensatorspannung schaltet das Schaltsystem (z.B. 107 oder 207, illustriert in 1, 2) das entsprechende Relaissystem (z.B. 119, 219) derart, dass der zweite Widerstand (z.B. 105, 205) zunächst noch nicht parallel zum ersten Widerstand (z.B. 103, 203) geschaltet ist, so dass lediglich (ausschließlich) der erste Widerstand (z.B. 103, 203) den Kondensator 101, 201 im Zeitintervall 373 entlädt.
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Sobald die Kondensatorspannung 365 unterhalb der oberen Spannungsgrenze 371 abgefallen ist, schaltet das Schaltsystem 107, 207 den zweiten Widerstand 105, 205 durch Abschalten des Relais parallel zum ersten Widerstand 103, 203, so dass in einem Zeitintervall 375 die Entladung des Kondensators sowohl über den ersten Widerstand 103, 203 als auch über den zweiten Widerstand 105, 205 erfolgt, so dass die Entladung entsprechend schneller erfolgt, so dass die Spannung 365 in diesem Zeitintervall schnell abfällt. Sobald die Spannung 365 auf eine untere Spannungsgrenze 377 abgefallen ist, öffnet wiederum ein Relais des Relaissystems, so dass der zweite Widerstand 105, 205 nicht mehr parallel zum ersten Widerstand geschaltet ist, so dass in einem weiteren Zeitintervall 379 die Entladung des Kondensators wieder lediglich über den ersten Widerstand 103, 203 erfolgt.
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Der Graph 353 illustriert einen Schaltverlauf 381 des Relais 121 der in 1 illustrierten Vorrichtung 100 zum Entladen des Kondensators 101. Um das Schaltsignal 381 zu erzeugen, ist die Schaltlogik 127 entsprechend implementiert, dass das Schaltsignal 381 nur dann den Kontakt des Relais schließt (Pegel „1“), falls die Kondensatorspannung 365 unter die oberen Spannungsgrenze 371 abgefallen ist und noch oberhalb der unteren Spannungsgrenze 377 liegt. Beim Laden (363) wird das Relais zwischen den Spannungsschwellen geöffnet gehalten, um die Schaltkontakte zu schonen.
Pegel „1“, bedeutet „geschlossen, d.h. Strom fließt“, Pegel „0“ bedeutet „offen“, d.h. Strom unterbrochen.
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Steuersignale zum Ansteuern der Relais können komplementär zu denen der Graphen 353, 355, 356 sein, da ein Aktivieren (Anziehen) des Elektromagneten den Stromfluss unterbricht, d.h. öffnet.
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Die Graphen 355, 356 illustriert die Schaltzustände 383 bzw. 385 des ersten Relais 221 bzw. des zweiten Relais 232 der in 2 illustrierten Vorrichtung 200 zum Entladen des Kondensators 201. In der Vorrichtung 200 sind das erste Relais 221 und das zweite Relais 232 in Serie geschaltet und bilden somit ein logisches „UND“. Beim Aufladen im Zeitintervall 387 liegt die Kondensatorspannung 365 unterhalb der oberen Spannungsgrenze 371 und oberhalb der unteren Spannungsgrenze 377. Diese Bedingung ist auch in einem weiteren Zeitintervall 389 des Entladens erfüllt. In diesem ersten Intervall 387 ist das erste Relais (Graph 355) offen (Schaltzustand „0“) und sorgt für die Spannungsfreiheit über den Kontakten des zweiten, noch geschlossenen Relais 385, so dass bei Überschreiten der oberen Schwelle (ab Zeitpunkt 392 dieses zweite Relais ohne Lichtbogen selbständig öffnen kann („0“). Kurz darauf steuert die Logik bzw. die geschickte Verschaltung der freien, zwangsgeführten Wippen des zweiten Relais das erste Relais so an, dass es schließt (nach Zeitpunkt 392, 391). Jetzt ist die Phase des operativen Betriebs erreicht.
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Ein oder mehrere Pegelschalter überwachen nun die Kondensatorschaltung und sorgen nur für ein Schließen des zweiten Relais, falls die Kondensatorspannung 367 unter die obere Spannungsgrenze 371 fällt bzw. liegt, d.h. in den Zeitintervallen 387, 389. Das zweite Relais bleibt für Spannungen unterhalb der unteren Spannungsgrenze geschlossen, nur das erste Relais öffnet in diesem Falle, um Energie für LED zu sparen und Entladung auszusetzen.
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Mittels eines weiteren Schalters kann das zweite Relais 232 zum Schließen angesteuert werden, in einem Zeitintervall 391, falls das erste Relais 221 geöffnet wird.
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Ein zweiter Pegelschalter kann ausgebildet sein, das erste Relais und auch das zweite Relais zum Öffnen anzusteuern, falls die Kondensatorspannung 365 unterhalb der unteren Spannungsgrenze 377 liegt. Somit können die Schaltzustände 385, 383 des ersten Relais 321 und des zweiten Relais 232 implementiert werden. Wird das logische UND der Schaltzustände 383, 385 gebildet, so ergibt sich der Schaltzustand 381 der Vorrichtung 100, welche lediglich ein einziges Relais aufweist.
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Wie aus dem Verlauf der Kondensatorspannung 365 im Graph 351 der 3 ersichtlich ist, erfolgt das Aufladen (innerhalb des Zeitintervalls 363) schnell über das Netz mit dem Ladewiderstand 113 bzw. 213. Die Entladung innerhalb des Zeitintervalls 373 erfolgt langsam über den ersten Widerstand 103, 203, bis der sehr viel kleinere zweite Widerstand 105, 205 für eine schnelle Entladung hinzugeschaltet wird (375). Wichtig ist gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dass ein Schaltsystem bzw. eine Schaltlogik beim Aufladen das Relais sofort öffnet, damit kein Lichtbogen zwischen den Kontakten der Schaltwippe bei zu hoher Spannung gebildet wird und das Relais beschädigt. Das Schließen bei hoher Spannung ist weniger mit einer Lichtbogenentwicklung behaftet und schadensfrei. Beim Entladen könnte man optional ab einer unteren Grenze das Relais wieder öffnen, damit eine Restspannung, z.B. als Versorgungsspannung für Anzeigeelemente (etwa die Leuchtdioden 131, 233, 237) erhalten bleibt. Dies kann in einer geeigneten Schaltlogik verwirklicht werden. Die Spannungsgrenzen und die Maximalspannung sind flexibel gemäß verschiedenen Anwendungen einstellbar. Zum Beispiel kann die Maximalspannung 367 z.B. 4,5 kV betragen, die obere Spannungsgrenze kann z.B. 4 kV betragen und die untere Spannungsgrenze kann z.B. 50 V betragen. Die Schaltlogik kann diskret aufgebaut werden, z.B. mit einfachen Widerständen, die die Spannung so teilen, dass irgendwann das Relais wegen Unterspannung abfällt bzw. zuschaltet. Die Schwellen können dann ungenau sein und könnten großzügiger ausgelegt werden. Mit Transistoren und Dioden kann sich eine analoge Logik mit hoher Schaltschärfe verwirklichen lassen. Digitale Logik kann aber unter Umständen nicht mehr ausreichend sicher für den Einsatz in einem Umfeld mit erhöhten Anforderungen an die Sicherheit sein.
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Optional könnte somit gemäß der in 2 illustrierten Ausführungsform 200 ein zweites Relais in Reihe mit dem ersten Relais geschaltet werden, um ein logisches „UND“ zu verwirklichen. Damit kann die Elektronik für die Schaltschwellen einfacher ausgebildet sein, weil dann das „UND“ auf diese Weise realisiert wird. Die Schaltung für die LEDs sind nur schematisiert angedeutet. Eine grüne Leuchtdiode (oder allgemein Anzeigeelement) kann dann aufleuchten, wenn die Spannung ausreichend niedrig ist. Die Ansteuerung der LED kann mit weiteren zwangsgeführten Wippen der Relais fehlersicher erfolgen.
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4 illustriert schematisch eine körperliche Konstitution einer Vorrichtung 400 zum Entladen eines auf Hochspannung geladenen Kondensators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 400 ist im Wesentlichen als ein Quader gebildet und umfasst den zweiten Widerstand 405, den ersten Widerstand 403, das erste Relais 421 (wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist mit Bezugsziffer 121), sowie die Schaltlogik 427 und Anzeigeelemente, wie etwa LEDs 431, 437. Der zweite Widerstand 405 kann z.B. aus Keramik gebildet sein, welche geometrisch als ein Quader mit Aussparungen ausgebildet ist, um den zweiten Widerstand 403, das Relais 421, das Schaltsystem 427 und die Anzeigeelemente 431, 437 aufzunehmen. Der zweite Widerstand 405 kann z.B. wegen des geringeren Widerstandswertes und zur geeigneten Wärmeabgabe einen wesentlich höheren Raumbedarf haben, als der erste Widerstand 403, etwa zwischen 5 und 50 mal so großen Raumbedarf. Die Vorrichtung 400 hat somit Aussparungen 402 für ein oder mehrere Relais ganz unten und auf der Seite eine Aussparung für die Einbettung einer Schaltlogik und des ersten Widerstands.
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Sollte ferner ein zweites Relais verwendet werden, wie etwa in 2 illustriert ist, kann dieses oberhalb von einer oberen Stirnfläche des zweiten Widerstands 405 angeordnet werden, wofür eine zweite Aussparung vorgesehen sein könnte (505). Das erste Relais kann auf einer unteren Stirnfläche bzw. in einer Aussparung an der unteren Stirnfläche (402, 508) eingebettet werden. Somit kann die Vorrichtung 400 im Wesentlichen symmetrisch und quaderförmig aufgebaut sein (505). Das Entladen über den ersten Widerstand allein kann Stunden dauern, während eine Entladung in einen bestimmten Spannungsbereich über sowohl den ersten Widerstand als auch den zweiten Widerstand im Minutenbereich liegen kann.
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Der in 5 illustrierte zweite Widerstand 505 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist als ein Quader mit Aussparungen gebildet. In der oberen Aussparung 502 begrenzt durch Kontaktfläche 510 kann ein erstes Relais integriert und verbunden werden. In einer seitlichen Aussparung 504 kann eine Elektronik, z.B. ein Schaltsystem, und ein erster Widerstand integriert werden. In der unteren Aussparung 508 begrenzt durch eine Kontaktfläche 506 kann ein zweites Relais integriert werden.
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Alle verwendeten Relais können fehlersichere Relais umfassen, d.h. sie sind geschlossen (erlauben Stromfluss), wenn sie nicht angesteuert werden.
