DE102020116974A1 - Circuit breaker for direct currents - Google Patents

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DE102020116974A1
DE102020116974A1 DE102020116974.4A DE102020116974A DE102020116974A1 DE 102020116974 A1 DE102020116974 A1 DE 102020116974A1 DE 102020116974 A DE102020116974 A DE 102020116974A DE 102020116974 A1 DE102020116974 A1 DE 102020116974A1
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Ulrich Kahnt
Soheil Ahmad
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ELPRO GmbH
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/59Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541Contacts shunted by semiconductor devices

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) die geeignet und dafür vorgesehen ist, hohe Gleichströme im Last- und Kurzschlussfall abzuschalten, mit einem Trennschalter (VS), einem Löschkreis (LK) und einem Rückleiter (RL), wobei der Löschkreis (LK) dafür vorgesehen und geeignet ist, einen Strom in gegenläufiger Richtung des zu unterbrechenden Gleichstroms zu erzeugen, und wobei der Rückleiter (RL) dafür vorgesehen und geeignet ist, Gleichströme aus der Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) abzuleiten, und wobei in der Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) ein erster Freilaufkreis (iFK) vorgesehen ist, der dafür vorgesehen und geeignet ist, während des Schaltvorganges auftretende Überspannungen und/oder Stromspitzen abzubauen, sowie ein entsprechendes Verfahren zur lichtbogenfreien Trennung eines Gleichstromkreises.
Figure DE102020116974A1_0000
The invention relates to a direct current high-speed switching device (SSM) which is suitable and intended to switch off high direct currents in the event of a load or short circuit, with a disconnector (VS), a quenching circuit (LK) and a return conductor (RL), the quenching circuit (LK) for this is provided and suitable to generate a current in the opposite direction of the direct current to be interrupted, and wherein the return conductor (RL) is provided and suitable to derive direct currents from the direct current high-speed switching device (SSM), and where a first freewheeling circuit in the direct-current high-speed switching device (SSM) (iFK) is provided, which is intended and suitable for reducing overvoltages and / or current peaks occurring during the switching process, as well as a corresponding method for arc-free separation of a DC circuit.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) die geeignet und dafür vorgesehen ist, hohe Gleichströme im Last- und Kurzschlussfall abzuschalten, mit einem Trennschalter (VS), einem Löschkreis (LK) und einem Rückleiter (RL), wobei der Löschkreis (LK) dafür vorgesehen und geeignet ist, einen Strom in gegenläufiger Richtung des zu unterbrechenden Gleichstroms zu erzeugen, und wobei der Rückleiter (RL) dafür vorgesehen und geeignet ist, Gleichströme aus der Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) abzuleiten, sowie ein entsprechendes Verfahren zur lichtbogenfreien Trennung eines Gleichstromkreises.The invention relates to a direct current high-speed switching device ( SSM ) which is suitable and intended to switch off high direct currents in the event of a load or short circuit, with a disconnector ( VS ), an extinguishing circle ( LK ) and a return conductor ( RL ), where the extinguishing circle ( LK ) is intended and suitable to generate a current in the opposite direction of the direct current to be interrupted, and where the return conductor ( RL ) is intended and suitable for direct currents from the direct current high-speed switching device ( SSM ), as well as a corresponding method for arc-free separation of a direct current circuit.
  • Stand der TechnikState of the art
  • Zur Gewährleistung eines störungsfreien und sicheren Betriebs von mit Gleichstrom betriebenen Fahrzeugen, z.B. elektrische Bahnen, ist es aus Sicherheitsgründen notwendig, dass bei ungewollten Betriebszuständen bzw. Havarien die Stromversorgung des gestörten Abgangs schnell und zuverlässig vom Gleichstromnetz getrennt wird. Da ein Gleichstrom durch herkömmliche Schaltgeräte mit metallischen Schaltkontakten nicht so langsam, dass eine starke Beanspruchung der Anlage entsteht schnell genug abgeschaltet werden kann, werden unter anderem sog. Hybridschalter eingesetzt, die eine Kombination aus einer metallischen Schaltstrecke und einer Halbleiter-Schaltstrecke aufweisen. Diese Hybridschalter benötigen aufgrund der hohen auftretenden Stromstärken hochwertige Halbleiter-Bauteile, die hochpreisig sind. Einfacher aufgebaut sind Schalteinrichtungen, die mittels eines entgegengerichteten Gleichstroms den Gleichstrom der Stromversorgung abschalten.To ensure the trouble-free and safe operation of vehicles operated with direct current, e.g. electric railways, for safety reasons it is necessary that in the event of undesired operating conditions or accidents, the power supply of the disturbed outlet is quickly and reliably disconnected from the direct current network. Since a direct current through conventional switching devices with metallic switching contacts cannot be switched off quickly enough so that the system is subject to heavy loads, so-called hybrid switches are used, which have a combination of a metallic switching path and a semiconductor switching path. Because of the high currents that occur, these hybrid switches require high-quality semiconductor components that are expensive. Switching devices that switch off the direct current of the power supply by means of an opposing direct current have a simpler structure.
  • In der DE 102 18 806 B4 wird ein derartiges Schnellschaltmodul vorgestellt. Das Modul weist ein zwischen der Strecke und der Sammelschiene des Gleichrichter-Unterwerks ein Schaltgerät auf. Parallel zu diesem Schaltgerät ist ein Löschkreis angeordnet, der aus einem Löschkondensator besteht, der mit einer Schalteinheit, bestehend aus zwei antiparallel angeordneten Löschthyristoren, in Reihe geschaltet ist. Zu dem Schaltgerät ist außerdem ein Prüfzweig parallel angeordnet. Der Prüfzweig besteht aus einer Reihenschaltung von einem Prüfthyristor, einem Strommessglied und einem Prüfwiderstand. Die Gleichstrom-Schnellschalteinrichtung weist außerdem einen Freilaufkreis auf, der für jede Stromrichtung jeweils einen Zweig aufweist, von der Sammelschiene zum Rückleiter bzw. von der Strecke zum Rückleiter, in denen jeweils zwei Freilaufdioden, die in Reihe geschaltet sind, angeordnet sind. Jeweils einer Freilaufdiode in jedem Zweig des Freilaufkreises ist parallel eine Sicherung mit Meldung zugeordnet. Die Dimensionierung der Freilaufdiode und der Sicherung ist dabei so gewählt, dass jeweils nur ein geringer Teil des Freilaufstromes über die jeweilige Sicherung fließt, während der größte Teil des Freilaufstromes über die zur Sicherung parallel angeordnete Freilaufdiode fließt.In the DE 102 18 806 B4 such a high-speed switching module is presented. The module has a switching device between the line and the busbar of the rectifier substation. A quenching circuit is arranged parallel to this switching device, which consists of a quenching capacitor which is connected in series with a switching unit consisting of two quenching thyristors arranged in anti-parallel. A test branch is also arranged in parallel with the switching device. The test branch consists of a series connection of a test thyristor, a current measuring element and a test resistor. The direct current high-speed switching device also has a freewheeling circuit which has a branch for each current direction, from the busbar to the return conductor or from the path to the return conductor, in each of which two freewheeling diodes are arranged, which are connected in series. A fuse with a message is assigned in parallel to each freewheeling diode in each branch of the freewheeling circuit. The dimensioning of the free-wheeling diode and the fuse is chosen so that only a small part of the free-wheeling current flows through the respective fuse, while the majority of the free-wheeling current flows through the free-wheeling diode arranged parallel to the fuse.
  • Dieses Schnellschaltmodul ist für die Abschaltung von Anlagen mit einer Netzspannung bis zu 750 V und einer Nennstromstärke von bis zu 4000 A mit bahnstromüblichen Überlastungen ausgelegt. Für zukünftig verfügbare Anlagen, die mit bis zu 1500 V und 4000 A betrieben werden, ist dieses Modul aufgrund der hier auftretenden Verdopplung der Leistung nicht einsetzbar.This high-speed switching module is designed for the shutdown of systems with a line voltage of up to 750 V and a nominal current of up to 4000 A with overloads that are common in railway power. For systems available in the future that are operated with up to 1500 V and 4000 A, this module cannot be used due to the doubling of power that occurs here.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gleichstrom-Schnellschaltmodul zur Verfügung zu stellen, das gegenüber dem Stand der Technik derart verbessert ist, dass mit Gleichstrom betriebene Anlagen mit höherer Leistung als bisher zuverlässig und schnell abgeschaltet werden können. Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrom-Schnellschaltmoduls zur Verfügung zu stellen, mit dem mit Gleichstrom betriebene Anlagen mit höherer Leistung als bisher zuverlässig und schnell abgeschaltet werden können.It is therefore the object of the present invention to provide a direct-current high-speed switch module which is improved over the prior art in such a way that systems operated with direct current can be switched off reliably and quickly with higher power than before. It is also an object of the present invention to provide a method for operating a direct current high-speed switch module with which systems operated with direct current can be switched off reliably and quickly with higher power than before.
  • Die genannte Aufgabe wird mittels der Gleichstromschnellschalteinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.The stated object is achieved by means of the high-speed direct current switching device according to claim 1.
  • Die erfindungsgemäße Gleichstromschnellschalteinrichtung weist einen Trennschalter sowie einen Löschkreis auf. Der Löschkreis ist dafür vorgesehen und geeignet, einen Gleichstrom in gegenläufiger Richtung des zu unterbrechenden Gleichstroms zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Gleichstromschnellschalteinrichtung ist zwischen der mit Strom zu versorgenden Strecke und der Strom-Sammelschiene angeordnet. Der Trennschalter ist üblicherweise ein Vakuum-Trennschalter, mit dem eine schnelle und zuverlässige Unterbrechung eines Speisestroms möglich ist. Außerdem weist die Gleichstromschnellschalteinrichtung einen Rückleiter auf, der dafür vorgesehen und geeignet ist, Gleichströme aus der Gleichstromschnellschalteinrichtung abzuleiten. Erfindungsgemäß weist die Gleichstromschnellschalteinrichtung darüber hinaus einen ersten Freilaufkreis auf, der dafür vorgesehen und geeignet ist, während des Schaltvorganges auftretende Überspannungen und/oder Stromspitzen abzubauen. Der erste Freilaufkreis ist mit dem Rückleiter verbunden und verhindert bei Auftreten von Spannungsspitzen in der Größenordnung größer 1500 V in der Gleichstromschnellschalteinrichtung eine Beschädigung der darin angeordneten Bauteile. Die erfindungsgemäße Gleichstromschnellschalteinrichtung ist daher für Gleichstromnetze im Bereich von typischerweise 220 V bis 1000 V einsetzbar, während die Stromstärke bis zu 8 kA betragen kann.The high-speed DC switching device according to the invention has a disconnector and a quenching circuit. The extinguishing circuit is intended and suitable for generating a direct current in the opposite direction of the direct current to be interrupted. The DC high-speed switching device according to the invention is arranged between the line to be supplied with power and the power busbar. The disconnector is usually a vacuum disconnector, with which a fast and reliable interruption of a supply current is possible. In addition, the DC high-speed switching device has a return conductor which is provided and suitable for diverting direct currents from the DC high-speed switching device. According to the invention, the high-speed DC switching device also has a first freewheeling circuit which is provided and suitable for reducing overvoltages and / or current peaks that occur during the switching process. The first freewheeling circuit is connected to the return conductor and prevents damage to the components arranged therein in the event of voltage peaks in the order of magnitude greater than 1500 V in the direct current high-speed switching device. The DC high-speed switching device according to the invention is therefore in the range of typically 220 V to 1000 V can be used, while the current strength can be up to 8 kA.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein zweiter Freilaufkreis vorgesehen. Der zweite Freilaufkreis weist einen Anschluss für einen Rückleiter auf. Der zweite Freilaufkreis gewährleistet, dass nach der Schnelltrennung durch den Trennschalter die in den Induktivitäten der Strecke vorhandene Energie durch Freilaufströme schnell abgebaut wird. Etwaig auftretende Spannungsspitzen werden durch den ersten Freilaufkreis abgebaut.In a further development of the invention, a second free-wheeling circuit is provided. The second free-wheeling circuit has a connection for a return conductor. The second free-wheeling circuit ensures that after the quick disconnection by the disconnector, the energy present in the inductances of the line is quickly dissipated by free-wheeling currents. Any voltage peaks that occur are reduced by the first freewheeling circuit.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung verlaufen der erste und der zweite Freilaufkreis teilweise parallel und sind nur teilweise durch die Gleichstromschnellschalteinrichtung geführt. Damit ist gewährleistet, dass der erste Freilaufkreis nur bei auftretenden Spannungsspitzen stromdurchflossen ist. Der zweite Freilaufkreis baut die regulär bei einer Trennung auftretende elektrische Energie ab. Beide Freilaufkreise sind außerdem durch eine Gleichrichter-Diode voneinander getrennt. Insbesondere der zweite Freilaufkreis ist teilweise außerhalb der Gleichstromschnellschalteinrichtung angeordnet. Die Gleichstromschnellschalteinrichtung kann daher insbesondere in beengten Platzverhältnissen angeordnet werden.In a further aspect of the invention, the first and second freewheeling circuits run partially in parallel and are only partially passed through the high-speed DC switching device. This ensures that the first free-wheeling circuit only has current flowing through it when voltage peaks occur. The second free-wheeling circuit dissipates the electrical energy that normally occurs in the event of a separation. Both freewheeling circuits are also separated from one another by a rectifier diode. In particular, the second freewheeling circuit is partially arranged outside the high-speed direct current switching device. The high-speed DC switching device can therefore be arranged in particular in confined spaces.
  • In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist der erste Freilaufkreis eine Strombegrenzungsvorrichtung auf. Die Strombegrenzungsvorrichtung ist üblicherweise ein elektrischer Widerstand, der vorteilhafterweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Strombegrenzungsvorrichtung im ersten Freilaufkreis wandelt daher die geleitete elektrische Energie sehr effizient und schnell in Wärme um.In a further embodiment of the invention, the first freewheeling circuit has a current limiting device. The current limiting device is usually an electrical resistor, which advantageously has a high thermal conductivity. The current limiting device in the first free-wheeling circuit therefore converts the electrical energy conducted very efficiently and quickly into heat.
  • In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Strombegrenzungsvorrichtung des ersten Freilaufkreises in der Gleichstromschnellschalteinrichtung angeordnet. Die Strombegrenzungsvorrichtung ist daher durch das Gehäuse der Gleichstromschnellschalteinrichtung vor Witterungseinflüssen geschützt und kann zusätzlich mit einer Kühlung versehen werden, um die in der Strombegrenzungsvorrichtung auftretende Wärme effizient abzuleiten.In a further embodiment of the invention, the current limiting device of the first freewheeling circuit is arranged in the direct current high-speed switching device. The current limiting device is therefore protected from the effects of the weather by the housing of the direct current high-speed switching device and can additionally be provided with cooling in order to efficiently dissipate the heat occurring in the current limiting device.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Strombegrenzungsvorrichtung des ersten Freilaufkreises der Gleichstromschnellschalteinrichtung eine Chopperschaltung und/oder ein Kaltleiter. Der elektrische Widerstand der Strombegrenzungsvorrichtung erhöht sich also mit der durch den Stromfluss in der Strombegrenzungsvorrichtung steigenden Temperatur und begrenzt dadurch den durch den ersten Freilaufkreis fließenden elektrischen Strom.In a further embodiment of the invention, the current limiting device of the first free-wheeling circuit of the direct current high-speed switching device is a chopper circuit and / or a PTC thermistor. The electrical resistance of the current limiting device thus increases as the temperature rises due to the current flow in the current limiting device and thereby limits the electric current flowing through the first free-wheeling circuit.
  • In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist der Löschkreis einen Löschkondensator auf. Die Strombegrenzungsvorrichtung des ersten Freilaufkreises ist parallel zum Löschkondensator geschaltet. Der Löschkondensator wird zur Gewährleistung der Betriebsbereitschaft der Gleichstromschnellschalteinrichtung zwischen den Entladevorgängen ständig aufgeladen.In a further embodiment of the invention, the quenching circuit has a quenching capacitor. The current limiting device of the first freewheeling circuit is connected in parallel to the quenching capacitor. The quenching capacitor is continuously charged between the discharging processes to ensure that the high-speed DC switching device is operational.
  • Die genannte Aufgabe wird ebenfalls mittels des Verfahrens zur Schaltung von Gleichströmen gemäß Anspruch 8 gelöst. Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 9 bis 14 beschrieben.The stated object is also achieved by means of the method for switching direct currents according to claim 8. Further developments of the method are described in claims 9 to 14.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schaltung von Gleichströmen weist vier Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt erfolgt eine Prüfung der elektrischen Spannung eines an eine Gleichstromschnellschalteinrichtung angeschlossenen Leiters. Dazu ist ein Steuergerät an ein Stromerfassungsglied angeschlossen, mit dem der elektrische Leiter auf unerwünschte Betriebszustände, Havarien und fehlerhafte Stromversorgung geprüft wird. Im zweiten Verfahrensschritt wird ein Trennschalter in der Gleichstromschnellschalteinrichtung aktiviert. Der Trennschalter trennt die Sammelschiene, die den Gleichstrom führenden Leiter mit elektrischer Energie versorgt, von der Energiezufuhr. Im dritten Verfahrensschritt wird der Stromkreis getrennt durch Öffnung zweier Schaltkontakte zur Unterbrechung eines Dauerstroms. Durch die Öffnung der Schaltkontakte entsteht zwischen den Schaltkontakten ein Lichtbogen. Im vierten Verfahrensschritt wird der Lichtbogen gelöscht, der nach Aktivieren des Trennschalters zwischen den Schaltkontakten gebildet wird. Dazu wird ein elektrischer Strom in den Trennschalter geleitet, der dem darin fließenden Strom entgegen gerichtet ist. Beide elektrischen Ströme überlagern sich und kompensieren sich derart, dass die resultierende Stromstärke 0 A beträgt.The method according to the invention for switching direct currents has four method steps: In the first method step, the electrical voltage of a conductor connected to a high-speed direct current switching device is checked. For this purpose, a control device is connected to a current detection element with which the electrical conductor is checked for undesired operating conditions, accidents and faulty power supply. In the second process step, a circuit breaker is activated in the DC high-speed switching device. The disconnector separates the busbar, which supplies the conductor carrying direct current with electrical energy, from the energy supply. In the third process step, the circuit is separated by opening two switching contacts to interrupt a continuous current. When the switch contacts are opened, an arc is created between the switch contacts. In the fourth process step, the arc that is formed between the switching contacts after activating the disconnector is extinguished. For this purpose, an electrical current is fed into the isolating switch, which is directed against the current flowing in it. Both electrical currents are superimposed and compensate each other in such a way that the resulting current strength is 0 A.
  • Erfindungsgemäß wird die Gleichstrom-Schnellschalteinrichtung bei Auftreten von hohen Spannungen und/oder Strömen entladen. Dadurch wird bei Auftreten von Spannungsspitzen in der Größenordnung größer 1500 V in der Gleichstromschnellschalteinrichtung eine Beschädigung der darin angeordneten Bauteile vermieden.According to the invention, the direct current high-speed switching device is discharged when high voltages and / or currents occur. In this way, when voltage peaks of the order of magnitude greater than 1500 V occur in the high-speed direct current switching device, damage to the components arranged therein is avoided.
  • In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird der Lichtbogen durch die Entladung eines zuvor aufgeladenen Löschkondensators gelöscht. Der Löschkondensator wird zur Gewährleistung der Betriebsbereitschaft der Gleichstromschnellschalteinrichtung zwischen den Entladevorgängen derart aufgeladen, dass bei Entladung des Kondensators ein elektrischer Strom erzeugt wird, der dem elektrischen Strom des Lichtbogens entgegen gerichtet ist.In a further embodiment of the invention, the arc is extinguished by discharging a previously charged extinguishing capacitor. The quenching capacitor is charged to ensure the operational readiness of the DC high-speed switching device between the discharging processes in such a way that when the capacitor is discharged, an electric current is generated which is directed opposite to the electric current of the arc.
  • In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Löschkondensator der Gleichstromschnellschalteinrichtung bei Auftreten von hohen Spannungen entladen. Der Löschkondensator wird zur Gewährleistung der Betriebsbereitschaft der Gleichstromschnellschalteinrichtung zwischen den Entladevorgängen derart aufgeladen, dass bei Entladung des Kondensators ein elektrischer Strom erzeugt wird, der dem elektrischen Strom des Lichtbogens entgegen gerichtet ist.In a further embodiment of the invention, the quenching capacitor of the high-speed DC switching device is discharged when high voltages occur. The quenching capacitor is charged to ensure the operational readiness of the DC high-speed switching device between the discharging processes in such a way that when the capacitor is discharged, an electric current is generated which is directed opposite to the electric current of the arc.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung wird der Löschkondensator der Gleichstromschnellschalteinrichtung durch einen parallel geschalteten Chopper und/oder Kaltwiderstand entladen. Chopper und/oder Kaltwiderstand weisen üblicherweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die Entladung der in Kondensator gespeicherten elektrischen Energie wird daher sehr effizient und schnell in Wärme umgewandelt.In a further development of the invention, the quenching capacitor of the high-speed DC switching device is discharged by a chopper and / or cold resistor connected in parallel. Chopper and / or cold resistor usually have a high thermal conductivity. The discharge of the electrical energy stored in the capacitor is therefore very efficiently and quickly converted into heat.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Dauerstrom über einen metallischen Kontakt mit einer Vakuumkammer geführt. Die Vakuumkammer weist den Trennschalter auf, mit dem eine schnelle und zuverlässige Unterbrechung eines Speisestroms möglich ist. Zusätzlich entsteht in der Vakuumkammer kein Plasma, das die Kontakte verschmutzt und in periodisch auftretenden Abständen eine aufwändige Reinigung erfordern würde. Die Vakuumkammer ist außerdem gegen elektrische Ströme so gut isoliert, dass eine hohe Sicherheit für Personen, insbesondere für das Wartungspersonal, besteht.In a further embodiment of the invention, the continuous current is conducted via a metallic contact with a vacuum chamber. The vacuum chamber has the isolating switch, with which a fast and reliable interruption of a supply current is possible. In addition, there is no plasma in the vacuum chamber that would contaminate the contacts and require complex cleaning at periodic intervals. In addition, the vacuum chamber is so well insulated from electrical currents that there is a high level of safety for people, in particular for maintenance personnel.
  • In einer weiteren Gestaltung der Erfindung werden die durch die Gleichstromschnellschalteinrichtung fließenden Ströme und/oder Spannungen durch einen zweiten Freilaufkreis abgebaut. Der zweite Freilaufkreis gewährleistet, dass nach der Schnelltrennung durch den Trennschalter die in den Induktivitäten der Strecke vorhandene Energie durch Freilaufströme schnell abgebaut wird. Etwaig auftretende Spannungsspitzen werden durch den ersten Freilaufkreis abgebaut.In a further embodiment of the invention, the currents and / or voltages flowing through the high-speed DC switching device are reduced by a second free-wheeling circuit. The second free-wheeling circuit ensures that after the quick disconnection by the disconnector, the energy present in the inductances of the line is quickly dissipated by free-wheeling currents. Any voltage peaks that occur are reduced by the first freewheeling circuit.
  • In einer weiteren Ausführung der Erfindung führt der zweite Freilaufkreis den Strom über einen Anschluss für einen Rückleiter. Der Rückleiter leitet Gleichströme aus der Gleichstromschnellschalteinrichtung ab.In a further embodiment of the invention, the second free-wheeling circuit carries the current via a connection for a return conductor. The return conductor derives direct currents from the direct current high-speed switching device.
  • Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the device according to the invention and the method according to the invention are shown in the drawings in a schematically simplified manner and are explained in more detail in the following description.
  • Es zeigen:
    • 1: Ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gleichstromschnellschalteinrichtung
    • 2 a: Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes und Zündung des Löschthyristors für große Ströme zum Zeitpunkt t=0 ms des Schaltvorgangs
    • 2 b: Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes und Zündung des Löschthyristors für große Ströme zum Zeitpunkt t=0 ms des Schaltvorgangs
    • 3 a: Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes und Zündung des Löschthyristors für große Ströme zum Zeitpunkt t=0,25 ms des Schaltvorgangs
    • 3 b: Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes und Zündung des Löschthyristors für große Ströme zum Zeitpunkt t=0,25 ms des Schaltvorgangs
    • 4 a: Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes und Zündung des Löschthyristors für große Ströme zum Zeitpunkt t>1,2 ms des Schaltvorgangs
    • 4 b: Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes und Zündung des Löschthyristors für große Ströme zum Zeitpunkt t>1,2 ms des Schaltvorgangs
    • 5 a: Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes und Zündung des Löschthyristors für große Ströme zum Zeitpunkt t>=2 ms des Schaltvorgangs
    • 5 b: Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes und Zündung des Löschthyristors für große Ströme zum Zeitpunkt t>2 ms des Schaltvorgangs
    • 6 a: Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes und Zündung des Löschthyristors für große Ströme zum Zeitpunkt t>=2 ms, interner Freilaufkreis geschaltet des Schaltvorgangs
    • 6 b: Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes und Zündung des Löschthyristors für große Ströme zum Zeitpunkt t>=2 ms, interner Freilaufkreis geschaltet des Schaltvorgangs
    Show it:
    • 1 : A circuit diagram of an embodiment of the DC high-speed switching device according to the invention
    • 2 a : Current curves for opening the switching device and igniting the quenching thyristor for high currents at time t = 0 ms of the switching process
    • 2 B : Current curves for opening the switching device and igniting the quenching thyristor for high currents at time t = 0 ms of the switching process
    • 3 a : Current curves for opening the switching device and igniting the quenching thyristor for high currents at time t = 0.25 ms of the switching process
    • 3 b : Current curves for opening the switching device and igniting the quenching thyristor for high currents at time t = 0.25 ms of the switching process
    • 4 a : Current curves for opening the switching device and igniting the quenching thyristor for high currents at time t> 1.2 ms of the switching process
    • 4 b : Current curves for opening the switching device and igniting the quenching thyristor for high currents at time t> 1.2 ms of the switching process
    • 5 a : Current curves for opening the switching device and igniting the quenching thyristor for large currents at time t> = 2 ms of the switching process
    • 5 b : Current curves for opening the switching device and igniting the quenching thyristor for large currents at time t> 2 ms of the switching process
    • 6 a : Current curves for opening the switching device and igniting the quenching thyristor for large currents at time t> = 2 ms, internal free-wheeling circuit switched for the switching process
    • 6 b : Current curves for opening the switching device and igniting the quenching thyristor for large currents at time t> = 2 ms, internal free-wheeling circuit switched for the switching process
  • Den schematischen Aufbau der Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung SSM zeigt 1. Die Schnellschalteinrichtung SSM ist in diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen an einer Gleichstrom-Bahnstromversorgung angeordnet. Die Schnellschalteinrichtung SSM ist über einen zweipoligen Trennschalter DT einerseits mit der Sammelschiene SS der Bahnstromversorgung und andererseits mit der Strecke ST verbunden. Im abgeschalteten Zustand wird die Strecke mittels des zweipoligen Trennschalters DT galvanisch von der Sammelschiene getrennt.The schematic structure of the circuit of the device according to the invention SSM shows 1 . The quick switching device SSM is arranged in this and the following exemplary embodiments on a direct current traction power supply. The quick switching device SSM is via a two-pole disconnector DT on the one hand with the busbar SS the traction power supply and on the other hand with the line ST. When the system is switched off, the route is controlled using the two-pole disconnector DT galvanically isolated from the busbar.
  • Der Vakuumschalter VS ist zwischen Sammelschiene SS der Bahnstromversorgung und der Strecke ST angeordnet und dient einerseits dem Führen von Betriebsströmen, Last- oder Kurzschlussströmen in beiden Stromrichtungen und andererseits zur schnellen Herstellung einer galvanischen Trennstrecke. Der Antrieb des Vakuumschalters VS erfolgt mittels eines elektromagnetischen Antriebes. Im Strompfad des Vakuumschalters ist ein Stromerfassungsglied T angeordnet, das die Betriebs- und Fehlerströme erfasst. Parallel zum Vakuumschalter VS ist ein Löschkreis LK zwischen Sammelschiene SS der Bahnstromversorgung und der Strecke ST angeordnet. Dieser Löschkreis LK besteht aus einem Löschkondensator K und zwei mit diesem in Reihe liegenden antiparallel angeordneten Löschthyristoren LT1, LT2.The vacuum switch VS is between busbar SS the traction power supply and the line ST and serves on the one hand to carry operating currents, load or short-circuit currents in both current directions and on the other hand to quickly create a galvanic isolating section. The drive of the vacuum switch VS takes place by means of an electromagnetic drive. There is a current sensing element in the current path of the vacuum switch T arranged, which records the operating and fault currents. Parallel to the vacuum switch VS is an extinguishing circle LK between busbar SS the traction power supply and the line ST. This extinguishing circle LK consists of a quenching capacitor K and two quenching thyristors arranged in series with this in antiparallel LT1 , LT2.
  • Ebenfalls parallel zum Vakuumschalter VS ist der interne Freilaufkreis iFK angeordnet, der Anschluss ist zwischen Löschkondensator K und den Löschthyristoren LT1, LT2. Der interne Freilaufkreis iFK weist einen Thyristor CT, eine antiparallel in Reihe geschaltete Freilaufdiode D sowie einen dazwischenliegenden Widerstand CW (Chopper und/oder Kaltleiter) auf.Also parallel to the vacuum switch VS is the internal freewheeling circuit iFK arranged, the connection is between the quenching capacitor K and the quenching thyristors LT1 , LT2. The internal freewheeling circuit iFK has a thyristor CT , a freewheeling diode connected anti-parallel in series D. as well as an intermediate resistor CW (Chopper and / or PTC thermistor).
  • Ein Prüfkreis PK ist ebenfalls parallel zum Vakuumschalter VS angeordnet, der vor der Wiederzuschaltung der Strecke diese auf ihren aktuellen Zustand überprüft. Der Prüfkreis PK besteht aus einer Reihenschaltung von einem Schalter VP, einem Strommessglied Tp und einem Prüfwiderstand PW. Zur Streckenprüfung wird der Prüfthyristor VP gezündet und mit dem Strommessglied Tp der durch den Prüfwiderstand PW fließende Strom erfasst.A test circle PK is also parallel to the vacuum switch VS arranged to check the current state of the route before it is reconnected. The test circle PK consists of a series connection of a switch VP, a current measuring element Tp and a test resistor PW . To test the route, the test thyristor VP is ignited and with the current measuring element Tp the one through the test resistor PW flowing stream captured.
  • Außerdem weist die Schnellschalteinrichtung einen zweiten Freilaufkreis eFK auf, der zwei Zweige aufweist, von denen einer zwischen dem Anschluss des Vakuumschalters VS und der andere zwischen der Strecke ST und dem Rückleiter RL angeordnet ist. Der zweite Freilaufkreis eFK weist die Freilaufdiode D auf. Der zweite Freilaufkreis eFK gewährleistet, dass nach der Herstellung der galvanischen Trennstrecke im Vakuumschalter VS die in den Induktivitäten der Strecke vorhandene Energie durch Freilaufströme schnell abgebaut wird. Durch das Steuergerät EBG wird der Abschaltvorgang bei Erreichen eines eingestellten Grenzwertes des Betriebsstromes selbsttätig ausgelöst.In addition, the high-speed switching device has a second free-wheeling circuit eFK on, which has two branches, one of which between the connection of the vacuum switch VS and the other between the line ST and the return conductor RL is arranged. The second free-wheeling circuit eFK indicates the freewheeling diode D. on. The second free-wheeling circuit eFK ensures that after the production of the galvanic isolating distance in the vacuum switch VS the energy present in the inductances of the line is quickly dissipated by free-wheeling currents. Through the control unit EBG the shutdown process is triggered automatically when a set limit value of the operating current is reached.
  • Das Steuergerät EBG verarbeitet die erfassten Messwerte und gibt die entsprechenden Steuerbefehle an den Vakuumschalter VS sowie die Löschthyristoren LT1, LT2 aus. Durch die Auswertung des Stromsignals vom Stromerfassungsglied T und der Stromanstiegsgeschwindigkeit wird entsprechend der eingestellten Grenzwerte der Öffnungsvorgang des Vakuumschalters VS selbsttätig eingeleitet. In Abhängigkeit vom zu schaltenden Betriebsstrom, der Dimensionierung des Löschkreises, insbesondere der Kapazität des Löschkondensators K, erfolgt die zeitoptimierte Ansteuerung der Löschthyristoren LT1, LT2. Durch das Steuergerät EBG wird auch die Streckenprüfung durchgeführt, bei der unter Einbeziehung der aktuellen Abgangsspannung die Berechnung des Streckenwiderstandes erfolgt. Außerdem regelt das Steuergerät EBG die Ansteuerung des Thyristors CT und damit die Freischaltung des internen Freilaufkreises iFK bei großen Leistungen.The control unit EBG processes the recorded measured values and sends the corresponding control commands to the vacuum switch VS as well as the quenching thyristors LT1 , LT2 off. By evaluating the current signal from the current sensing element T and the rate of increase in current, the opening process of the vacuum switch will be according to the set limit values VS initiated automatically. Depending on the operating current to be switched, the dimensions of the quenching circuit, in particular the capacity of the quenching capacitor K , the time-optimized control of the quenching thyristors takes place LT1 , LT2. Through the control unit EBG the route test is also carried out, in which the route resistance is calculated taking into account the current output voltage. The control unit also regulates EBG the control of the thyristor CT and thus the activation of the internal free-wheeling circuit iFK with great achievements.
  • Die Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes SSM und Zündung des Löschthyristors LT1, LT1 für große Ströme zum Zeitpunkt t=0 ms zeigt 2. In 2 a) ist die Schaltung gemäß 1 im Betrieb dargestellt. Der Schaltbefehl erfolgt in dieser und den folgenden Abbildungen zum Zeitpunkt 0,101 s (2 b). Das heißt, dass der Vakuumschalter VS zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist. Zum Zeitpunkt t=0 ms tritt ein Kurzschlussstrom IL auf, der abgeschaltet werden soll, d. h. ein Kurzschluss auf der Strecke ST wird durch die Bahnstromversorgung über die Sammelschiene SS gespeist (2 a). Der ansteigende Kurzschlussstrom IL (2 b) wird durch das Stromerfassungsglied T im Strompfad des Vakuumschalters VS erfasst.The current curves for opening the switchgear SSM and ignition of the quenching thyristor LT1 , LT1 for large currents at time t = 0 ms 2 . In 2 a) is the circuit according to 1 shown in operation. The switching command is given in this and the following figures at the time 0.101 s ( 2 B) . That is, the vacuum switch VS is closed at this time. A short-circuit current occurs at time t = 0 ms I L that is to be switched off, ie a short circuit on the line ST is caused by the traction power supply via the busbar SS fed ( 2 a) . The rising short circuit current I L ( 2 B) is through the current sensing element T in the current path of the vacuum switch VS detected.
  • 3 zeigt Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes SSM und Zündung des Löschthyristors LT1, LT1 für große Ströme zum Zeitpunkt t=0,25 ms. In 3 a) sind die zu diesem Zeitpunkt aktiven Stromkreise der Gleichstromschnellschalteinrichtung gemäß 1 dargestellt. Bei Erreichen eines einstellbaren Betriebsstromes von z.B. 4 kA wird von der Steuereinheit EBG der Ausschaltbefehl für den Vakuumschalter VS gegeben, der Antrieb beginnt die Kontakte des Vakuumschalters VS zu trennen (3 a). Zwischen den Kontakten des Vakuumschalters VS entsteht ein Lichtbogen. Die Kontaktöffnung verläuft über den Kontaktweg des Vakuumschalters VS gleichmäßig, der maximale Kontaktabstand beträgt 2 mm. Der Kurzschlussstrom IL fließt über den sich beim Abheben des Kontaktes innerhalb der Vakuumkammer ausbildenden Schaltlichtbogen weiter (3 b). 3 shows current curves for opening the switchgear SSM and ignition of the quenching thyristor LT1 , LT1 for large currents at time t = 0.25 ms. In 3 a) are the circuits of the DC high-speed switching device that are active at this point in time according to 1 shown. When an adjustable operating current of, for example, 4 kA is reached, the control unit EBG the switch-off command for the vacuum switch VS given, the drive starts the contacts of the vacuum switch VS to separate ( 3 a) . Between the contacts of the vacuum switch VS an arc is created. The contact opening runs over the contact path of the vacuum switch VS evenly, the maximum contact distance is 2 mm. The short circuit current I L continues to flow via the switching arc that forms when the contact is lifted within the vacuum chamber ( 3 b) .
  • Die Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes SSM und Zündung des Löschthyristors LT1, LT2 für große Ströme zum Zeitpunkt t>1,2 ms zeigt 4. In 4 a) sind die zu diesem Zeitpunkt aktiven Stromkreise der Gleichstromschnellschalteinrichtung gemäß 1 dargestellt. Zur Löschung des Lichtbogens zwischen den Kontakten des Vakuumschalters VS muss der darin fließende Strom Isu den Wert von 0 A annehmen, weil der Vakuumschalter VS selbst nicht in der Lage ist, einen fließenden Kurzschlussstrom IL abzuschalten. Dazu steuert die Steuereinheit EBG den Löschthyristor LT1 an, der den Löschkreis LK freischaltet. Durch die Vorladung des Löschkondensators K wird in dem Löschkreis LK ein Strom Isu generiert (4 b), der dem fließenden Strom IL in dem Vakuumschalter VS entgegen gerichtet ist (4a). Die beiden im Vakuumschalter VS fließenden Ströme, der Kurzschlussstrom IL und der Löschstrom Isu überlagern sich. Die beiden Ströme, der Kurzschlussstrom IL und der Löschstrom, weisen jeweils eine derartige Stromstärke bei entgegengesetzter Richtung auf, dass der resultierende Schalterstrom einen Wert von 0 A erreicht. Als Folge verlischt der Lichtbogen im Vakuumschalter VS. Mit dem Erlöschen des Lichtbogens steigt über der Schaltstrecke die momentan vorhandene Spannung UKC des Löschkondensators K an. Übersteigt diese Spannung UKC die zu diesem Zeitpunkt bestehende Durchschlagsfestigkeit der Schaltstrecke im Vakuumschalter VS nicht, zündet der Lichtbogen nicht wieder und der Kurzschlussstrom IL ist abgeschaltet.The current curves for opening the switchgear SSM and ignition of the quenching thyristor LT1 , LT2 shows for large currents at time t> 1.2 ms 4th . In 4 a) are the circuits of the DC high-speed switching device that are active at this point in time according to 1 shown. To extinguish the arc between the contacts of the vacuum switch VS the current Isu flowing in it must have a value of 0 A because the vacuum switch VS himself is unable to get a flowing Short circuit current I L switch off. The control unit controls this EBG the quenching thyristor LT1 to the extinguishing circle LK unlocks. By precharging the quenching capacitor K is in the extinguishing circle LK a current Isu generated ( 4 b) , of the flowing stream I L in the vacuum switch VS is directed in the opposite direction ( 4a) . The two in the vacuum switch VS flowing currents, the short circuit current I L and the extinguishing current Isu are superimposed. The two currents, the short circuit current I L and the extinguishing current, each have such a current intensity in the opposite direction that the resulting switch current reaches a value of 0 A. As a result, the arc extinguishes in the vacuum switch VS . When the arc is extinguished, the voltage currently present increases across the switching path U KC of the quenching capacitor K at. Exceeds this tension U KC the dielectric strength of the switching path in the vacuum switch existing at this point in time VS not, the arc will not re-ignite and the short-circuit current I L is switched off.
  • Derzeitige schienengebundene Fahrzeuge, aber insbesondere auch nicht schienengebundene Kraftfahrzeuge (z.B. Elektro-PKW oder-Busse) sind in der Lage, die bei negativer Beschleunigung auftretende Energie in die Fahrleitung oder die eingebaute Batterie zurück zu laden (Rekuperation). Für das erfindungsgemäße Schaltgerät SSM ist daher auch von einer Stromrichtung auszugehen, die der bisherig dargestellten (2 - 4) entgegengesetzt ist. In einem derartigen Fall fließt ein Strom Isu im Vakuumschalter VS und im Löschkreis LK ebenfalls in entgegengesetzter Richtung wie bisher dargestellt. Dadurch wird der Löschkondensator K im Löschkreis LK ebenfalls in umgekehrter Richtung aufgeladen und gepolt. Der weitere Vorgang zur Löschung des Lichtbogens in dem Vakuumschalter VS ist analog. Das erfindungsgemäße Schaltgerät SSM ist daher ohne weitere Zusatzbauteile auch für unterschiedliche Polungen des Fahrstroms geeignet.Current rail-bound vehicles, but in particular also non-rail-bound vehicles (e.g. electric cars or buses) are able to recharge the energy that occurs during negative acceleration into the contact line or the built-in battery (recuperation). For the switching device according to the invention SSM it is therefore also possible to assume a current direction that corresponds to the one shown so far ( 2 - 4th ) is opposite. In such a case, a current Isu flows in the vacuum switch VS and in the extinguishing circle LK also in the opposite direction as shown so far. This becomes the quenching capacitor K in the extinguishing circle LK also charged and polarized in the opposite direction. The further process for extinguishing the arc in the vacuum switch VS is analog. The switching device according to the invention SSM is therefore also suitable for different polarity of the traction current without additional components.
  • 5 zeigt die Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes SSM und Zündung des Löschthyristors LT1, LT2 für große Ströme zum Zeitpunkt t>=2 ms, In 5 a) sind die zu diesem Zeitpunkt aktiven Stromkreise der Gleichstromschnellschalteinrichtung gemäß 1 dargestellt. Aufgrund der erfolgten Abschaltung des Lichtbogens des Vakuumschalters VS fließt zu diesem Zeitpunkt ein Strom leFK durch den zweiten, in Teilen außerhalb der Schnellschalteinrichtung SSM angeordneten Freilaufkreis eFK und den Löschkreis LK ( 5 a), wobei der Löschkondensator K als Zwischenspeicher fungiert. Der Löschkondensator K wird dabei außerdem wieder aufgeladen (vorgeladen). Der externe Freilaufkreis eFK gewährleistet, dass nach der Herstellung der galvanischen Trennstrecke die in der Strecke ST vorhandene Energie aufgrund der fließenden Freilaufströme leFK abgebaut wird (5 b). Damit auch in außergewöhnlichen Situationen ein fließender Gleichstrom IL sicher und zuverlässig abgeschaltet wird, kann vorgesehen werden, dass die Löschthyristoren LT1, LT2 wiederholt gezündet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren, wie in 2 bis 5 dargestellt, kann bei Bedarf also wiederholt werden. 5 shows the current curves for opening the switchgear SSM and ignition of the quenching thyristor LT1 , LT2 for large currents at time t> = 2 ms, In 5 a) are the circuits of the DC high-speed switching device that are active at this point in time according to 1 shown. Due to the shutdown of the arc of the vacuum switch VS A current flows at this point in time l eFK by the second, in parts outside the quick-release device SSM arranged free-wheeling circuit eFK and the extinguishing circle LK ( 5 a) , the quenching capacitor K acts as a buffer. The quenching capacitor K is also recharged (pre-charged). The external freewheeling circuit eFK ensures that after the production of the galvanic isolating section, the energy present in the section ST due to the flowing free-wheeling currents l eFK is dismantled ( 5 b) . This means a flowing direct current even in unusual situations I L is switched off safely and reliably, it can be provided that the quenching thyristors LT1 , LT2 are fired repeatedly. The inventive method, as in 2 to 5 shown, can be repeated if necessary.
  • Die Stromverläufe für Öffnung des Schaltgerätes SSM und Zündung des Löschthyristors LT1, LT2 für große Ströme zum Zeitpunkt t>=2 ms zeigt 6. Um etwaig auftretende Überlast-Spannungsspitzen UKC aufzufangen, ist in diesem Ausführungsbeispiel der interne Freilaufkreis iFK geschaltet. In 6a) sind die zu diesem Zeitpunkt aktiven Stromkreise der Gleichstromschnellschalteinrichtung gemäß 1 dargestellt. Die zu diesem Zeitpunkt in der Schnellschalteinrichtung SSM gespeicherte Energie lädt nach dem Löschen des Lichtbogens im Vakuumschalter VS den Löschkondensator K (s. 5). Dabei können Ladespannungen UKC erreicht werden, die für die Schnellschalteinrichtung SSM und evtl. weitere angeschlossene Komponenten eine Sicherheitsgrenze derart überschreiten, dass Schäden auftreten können. Bei Überschreiten der Ladespannung von 1500 V wird der interne Freilaufkreis iFK freigeschaltet (6 a). Das Steuergerät EBG zündet dazu den Thyristor CT, wenn der Widerstand im Löschkreis LK 300 mΩ überschreitet (6 b). Unterschreitet die Ladespannung UKC des Kondensators K einen Wert von 1100 V, wird der Thyristor CT wieder gesperrt. Zündung und Sperrung des Thyristors CT werden so lange wiederholt, bis die Ladespannung UKC des Kondensators K konstant unter 1500 V liegt. Die auftretende Überspannung UKC bleibt damit unter den bei konventionellen Schnellschaltern oft auftretenden Lichtbogenspannungen.The current curves for opening the switchgear SSM and ignition of the quenching thyristor LT1 , LT2 shows for large currents at time t> = 2 ms 6th . About any overload voltage peaks that may occur U KC in this embodiment is the internal freewheeling circuit iFK switched. In 6a) are the circuits of the DC high-speed switching device that are active at this point in time according to 1 shown. The one at this point in the quick switch SSM Stored energy charges in the vacuum switch after the arc is extinguished VS the quenching capacitor K (see 5 ). Charging voltages U KC can be achieved for the quick switch SSM and possibly other connected components exceed a safety limit in such a way that damage can occur. If the charging voltage of 1500 V is exceeded, the internal free-wheeling circuit is activated iFK unlocked ( 6 a) . The control unit EBG ignites the thyristor CT when the resistance is in the quenching circuit LK Exceeds 300 mΩ ( 6 b) . Falls below the charging voltage U KC of the capacitor K a value of 1100 V, the thyristor becomes CT locked again. Ignition and blocking of the thyristor CT are repeated until the charging voltage U KC of the capacitor K is constantly below 1500 V. The overvoltage that occurs U KC thus remains below the arc voltages that often occur with conventional high-speed switches.
  • Sobald der Strom 0 A beträgt und alle Spannungen UKC , UiFK abgebaut sind, wird der Doppeltrenner DT geöffnet (7 a) und b)). Damit ist das Schaltgerät SSM wieder freigeschaltet.As soon as the current is 0 A and all voltages U KC , U iFK are dismantled, the double separator becomes DT open ( 7 a) and b)). This is the switching device SSM unlocked again.
  • BezugszeichenlisteList of reference symbols
  • SSMSSM
    GleichstromschnellschalteinrichtungDC high-speed switching device
    LKLK
    LöschkreisExtinguishing circle
    iFKiFK
    interner Freilaufkreisinternal freewheeling circuit
    eFKeFK
    externer Freilaufkreisexternal free-wheeling circuit
    PKPK
    PrüfkreisTest circle
    LT1, LT1LT1, LT1
    LöschthyristorenQuenching thyristors
    KK
    Löschkondensator Quenching capacitor
    CWCW
    Widerstand interner FreilaufkreisInternal freewheeling circuit resistance
    SSSS
    SammelschieneBusbar
    VSVS
    VakuumschalterVacuum switch
    DTDT
    TrennschalterDisconnector
    EBGEBG
    SteuergerätControl unit
    CTCT
    Thyristor interner FreilaufkreisThyristor internal freewheeling circuit
    RLRL
    RückleiterReturn conductor
    DD.
    FreilaufdiodeFreewheeling diode
    TpTp
    Strommessglied PrüfkreisCurrent measuring element test circuit
    TT
    StromerfassungsgliedCurrent sensing element
    PWPW
    Widerstand PrüfkreisResistance test circuit
    UKC U KC
    Spannung LöschkondensatorVoltage quenching capacitor
    UiFK U iFK
    Spannung interner FreilaufkreisInternal freewheeling circuit voltage
    IL I L
    Strom Last/KurzschlussstromCurrent load / short circuit current
    ISU I SU
    Strom SchnellunterbrecherElectricity breaker
    ILK I LK
    Strom LöschkreisPower extinguishing circuit
    leFK l eFK
    Strom externer FreilaufkreisExternal freewheeling circuit current
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
    • DE 10218806 B4 [0003]DE 10218806 B4 [0003]

Claims (14)

  1. Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) die geeignet und dafür vorgesehen ist, hohe Gleichströme im Last- und Kurzschlussfall abzuschalten, umfassend: • einen Trennschalter (VS) • einen Löschkreis (LK) wobei der Löschkreis (LK) dafür vorgesehen und geeignet ist, einen Strom (ILK) in gegenläufiger Richtung des zu unterbrechenden Gleichstroms (IL) zu erzeugen, und • einen Rückleiter (RL), wobei der Rückleiter (RL) dafür vorgesehen und geeignet ist, Gleichströme aus der Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) abzuleiten dadurch gekennzeichnet, dass in der Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) ein erster Freilaufkreis (iFK) vorgesehen ist, der dafür vorgesehen und geeignet ist, während des Schaltvorganges auftretende Überspannungen (UiFK) und/oder Stromspitzen abzubauen.High-speed direct current switching device (SSM) which is suitable and intended for switching off high direct currents in the event of a load or short circuit, comprising: • an isolating switch (VS) • an extinguishing circuit (LK) where the extinguishing circuit (LK) is intended and suitable for a current (I LK ) in the opposite direction of the direct current to be interrupted (I L ) to generate, and • a return conductor (RL), the return conductor (RL) being intended and suitable for deriving direct currents from the direct current high-speed switching device (SSM) characterized in that in the DC high-speed switching device (SSM) a first free-wheeling circuit (iFK) is provided, which is provided and suitable for reducing overvoltages (U iFK ) and / or current peaks occurring during the switching process.
  2. Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Freilaufkreis (eFK) vorgesehen ist, wobei der zweite Freilaufkreis (eFK) einen Anschluss für einen Rückleiter (RL) aufweist.DC high-speed switching device (SSM) according to Claim 1 characterized in that a second free-wheeling circuit (eFK) is provided, the second free-wheeling circuit (eFK) having a connection for a return conductor (RL).
  3. Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der erste (CH) und der zweite Freilaufkreis (eFK) teilweise parallel verlaufen und nur teilweise durch die Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) geführt sind.DC high-speed switching device (SSM) according to Claim 1 or 2 characterized in that the first (CH) and the second free-wheeling circuit (eFK) run partially in parallel and are only partially passed through the direct current high-speed switching device (SSM).
  4. Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste Freilaufkreis (iFK) eine Strombegrenzungsvorrichtung (CW) aufweist.High-speed direct current switching device (SSM) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the first free-wheeling circuit (iFK) has a current limiting device (CW).
  5. Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsvorrichtung (CW) des ersten Freilaufkreises (iFK) in der Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) angeordnet ist.DC high-speed switching device (SSM) according to Claim 4 characterized in that the current limiting device (CW) of the first free-wheeling circuit (iFK) is arranged in the direct current high-speed switching device (SSM).
  6. Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsvorrichtung (CW) des ersten Freilaufkreises (iFK) der Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) eine Chopperschaltung und/oder ein Kaltleiter ist.DC high-speed switching device (SSM) according to Claim 4 or 5 characterized in that the current limiting device (CW) of the first free-wheeling circuit (iFK) of the high-speed direct current switching device (SSM) is a chopper circuit and / or a PTC thermistor.
  7. Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Löschkreis (LK) einen Löschkondensator (K) aufweist, wobei die Strombegrenzungsvorrichtung (CW) des ersten Freilaufkreises (iFK) parallel zum Löschkondensator (K) geschaltet ist.DC high-speed switching device (SSM) according to one or more of the Claims 4 to 6th characterized in that the quenching circuit (LK) has a quenching capacitor (K), the current limiting device (CW) of the first free-wheeling circuit (iFK) being connected in parallel to the quenching capacitor (K).
  8. Verfahren zur Schaltung von Gleichströmen umfassend die Verfahrensschritte: • Prüfung einer elektrischen Kenngröße eines an eine Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) angeschlossenen Leiters • Aktivieren eines Trennschalters (VS) in der Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) • Trennen des Stromkreises durch Öffnung zweier Schaltkontakte (DT) zur Unterbrechung eines Dauerstroms (IL) • Löschen des nach Aktivieren des Trennschalters (VS) durch einen zwischen den Schaltkontakten gebildeten Lichtbogens dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) bei Auftreten von hohen Spannungen (UiFK) und/oder Strömen entladen wird.Method for switching direct currents comprising the steps of: • Checking an electrical parameter of a conductor connected to a high-speed direct current switching device (SSM) • Activating a disconnector (VS) in the high-speed direct current switching device (SSM) • Disconnecting the circuit by opening two switching contacts (DT) to interrupt a Continuous current (I L ) • Deletion of the after activation of the disconnector (VS) by an arc formed between the switching contacts, characterized in that the high- speed DC switching device (SSM) is discharged when high voltages (U iFK ) and / or currents occur.
  9. Verfahren zur Schaltung von Gleichströmen nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen durch die Entladung eines zuvor aufgeladenen Löschkondensators (K) gelöscht wird.Method for switching direct currents according to Claim 8 characterized in that the arc is extinguished by discharging a previously charged extinguishing capacitor (K).
  10. Verfahren zur Schaltung von Gleichströmen nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Löschkondensator (K) der Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) bei Auftreten von hohen Spannungen (UiFK) entladen wird.Method for switching direct currents according to Claim 8 or 9 characterized in that the quenching capacitor (K) of the direct current high- speed switching device (SSM) is discharged when high voltages (U iFK ) occur.
  11. Verfahren zur Schaltung von Gleichströmen nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Löschkondensator (K) der Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) durch einen parallel geschalteten Chopper und/oder Kaltwiderstand (CW) entladen wird.Method for switching direct currents according to Claim 10 characterized in that the quenching capacitor (K) of the direct current high-speed switching device (SSM) is discharged by a parallel-connected chopper and / or cold resistor (CW).
  12. Verfahren zur Schaltung von Gleichströmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Dauerstrom (IL) über einen metallischen Kontakt mit einer Vakuumkammer geführt wird.Method for switching direct currents according to one or more of the Claims 8 to 11 characterized in that the continuous current (I L ) is conducted via a metallic contact with a vacuum chamber.
  13. Verfahren zur Schaltung von Gleichströmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Gleichstromschnellschalteinrichtung (SSM) fließenden Ströme (Isu) und/oder Spannungen (UKC) durch einen zweiten Freilaufkreis (eFK) abgebaut werden.Method for switching direct currents according to one or more of the Claims 8 to 12 characterized in that the currents (Isu) and / or voltages (U KC ) flowing through the high-speed direct current switching device (SSM) are reduced by a second free-wheeling circuit (eFK).
  14. Verfahren zur Schaltung von Gleichströmen nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Freilaufkreis (eFK) den Strom (UFK) über einen Anschluss für einen Rückleiter (RL) führt.Method for switching direct currents according to Claim 13 characterized in that the second free-wheeling circuit (eFK) carries the current (U FK ) via a connection for a return conductor (RL).
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