DE19601540C2

DE19601540C2 - Elektrisches Verteilungssystem

Info

Publication number: DE19601540C2
Application number: DE19601540A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yamamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: CA2166225A1; DE19601540A1; US5650901A; CA2166225C; JPH08315666A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Verteilungssystem.

Aus DE-AS 11 14 225 ist es bekannt, in einem Verteilungssystem ein Leistungsschalter vorzusehen mit einem Halbleiterschalter und einem dazu parallel geschalteten elektromechanischen Schalter, wobei bei Auftreten eines Fehlers im Verteilungssystem ein durch das Verteilungssystem fließender elektrischer Strom vom elektromechanischen Schalter in den Halbleiterschalter kommutiert wird.

Aus der Publikation "AEG-Hilfsbuch 1", Hüthig-Verlag Heidelberg u. a., 1971, Lizenzausgabe Elitera-Verlag Berlin, Seiten 371 und 372, ist es allgemein bekannt, zur Herabsetzung der Kurzschlussleistung in elektrischen Anlagen strombegrenzende Schaltelemente in Form von Drosselspulen vorzusehen.

Fig. 7 der Zeichnungen zeigt ein weiteres herkömmliches, unter Verwendung von Dioden aufgebautes Verteilungssystem, das in den "Transactions of the 10-th National Convention of the Institute of Electrical Engineers of Japan in der Veröffentlichung "Power Protection" 10-106/107 (1988) offenbart ist.

Wie Fig. 7 zeigt, besteht eine Hauptschaltung MC aus Eingangsanschlüssen U1, V1 und W1, die jeweils den U-, V- und W-Phasen eines Verteilungssystems entsprechen, aus Ausgangsanschlüssen U2, V2 und W2 entsprechend der U-, V- bzw. W-Phasen und aus Schaltern 1U, 1V und 1W, die jeweils aus einem Paar von antiparallel zueinander geschalteten Dioden gebildet sind. Jede der Dioden ist von einer derartigen Art, dass zu ihrer Abschaltung eine Sperrspannung anzulegen ist, um den Durchlassstrom unter einen Haltestrom abzusenken.

Gemäß Fig. 7 ist ferner ein Ende des Schalters 1U mittels eines elektromagnetischen Vakuum-Schaltschützes 2U mit dem Eingangsanschluss U1 verbunden, während das andere Ende des Schalters 1U mit dem Ausgangsanschluss U2 verbunden ist. Genauso ist ein Ende des Schalters 1V über ein elektromagnetisches Vakuum-Schaltschütz 2V mit dem Eingangsanschluss V1 verbunden, während das andere Ende des Schalters 1V mit dem Ausgangsanschluss V2 verbunden ist. Ferner ist ein Ende des Schalters 1W über ein elektromagnetisches Vakuum-Schaltschütz 2W mit dem Eingangsanschluss W1 verbunden, während das andere Ende mit dem Ausgangsanschluss W2 verbunden ist.

Ferner sind Überspannungsableiter 3U, 3V und 3W vom Zinkoxid-Typ jeweils parallel zu den Schaltern 1U, 1V und 1W geschaltet, um diese Schalter vor einer Stoß- oder Überspannung zu schützen. Stromtransformatoren 4a und 4b, die als Stromerfassungseinrichtungen dienen, sind zwischen den Schalter 1U und den Ausgangsanschluss U2 sowie zwischen den Schalter 1W und den Ausgangsanschluss W2 geschaltet, um jeweils die Leitungsströme zu erfassen. Eine Steuereinheit 5, die bei einem niedrigeren Potentialpegel als die Hauptschaltung MC arbeitet, dient zur Steuerung des Öffnens/Schließens der elektromagnetischen Vakuum- Schaltschütze 2U, 2V und 2W, sowie zum Einschalten/Ausschalten der Schalter 1U, 1V und 1W auf der Basis der von den Stromtransformatoren 4a und 4b erfassten Ströme.

Als nächstes bezieht sich die Beschreibung auf den Betrieb der voranstehend beschriebenen Schaltvorrichtung.

Wenn die Steuereinheit 5 auf Grundlage der von dem Stromtransformatoren 4a und 4b erfassten Strömen bestätigt, dass die Leitungsströme der Schalter 1U und 1W (d. h. die Ströme, die jeweils durch die Schalter 1U und 1W in ihrem Leitungszustand fließen) Null sind, schließt die Steuereinheit 5 zunächst die elektromagnetischen Vakuum- Schaltschütze 2U, 2V und 2W und schaltet dann die Schalter 1U, 1V und 1W ein, indem ein Einschaltsignal jeweils in dem Zustand angelegt wird, in dem die elektromagnetischen Vakuum-Schaltschütze 2U, 2V und 2W geschlossen sind. Danach wird das Einschaltsignal an den Schaltern 1U, 1V und 1W gelöscht, um ihnen zu ermöglichen, ausgeschaltet zu werden. Dann überprüft und bestätigt die Steuereinheit 5 auf Grundlage der von den Stromtransformatoren 4a und 4b erfassten Ströme, dass die Leitungsströme der Schalter 1U und 1W wieder den Wert Null angenommen haben, um dadurch die elektromagnetischen Vakuum-Schaltschütze 2U, 2V und 2W zu öffnen. Dieser Betrieb wird als Verriegelungsbetrieb bezeichnet, der hinsichtlich einer Verlängerung der Lebensdauer des elektromagnetischen Vakuum-Schaltschützes ausgeführt wird.

Beim Auftreten eines Fehlers, beispielsweise eines Kurzschlusses, muss ein Schaltungsunterbrechungsbetrieb ausgeführt werden. In diesem Fall wird der Kurzschlussfehler durch die Steuereinheit 5 auf Grundlage eines Signals erfasst, welches die Fehlerströme (z. B. den Kurzschlussstrom) der Stromtransformatoren 4a und 4b anzeigt, um dadurch das Einschaltsignal von dem Schalter innerhalb 1 ms zu entfernen, wobei als Folge davon der Fehlerstrom durch Öffnen oder Ausschalten der Schalter 1U, 1V und 1W innerhalb eines Zyklus (maximal 20 ms) unterbrochen wird.

Aufgrund des voranstehend beschriebenen herkömmlichen Schaltungsunterbrechers kann ein Fehlerstrom, wie beispielsweise ein Kurzschlussstrom, an das Verteilungssystem während einer Periode fließen, die einem Zyklus (z. B. 20 ms) entspricht. Wenn die Kurzschlussimpedanz des Übertragungssystems wegen einer Änderung oder Modifizierung der Übertragungssystemkonfiguration verkleinert wird, steigt demzufolge der Wert des Fehlerstroms an. Um eine derartige Situation zu bewältigen, ist es erforderlich, die Kurzschlussstrom-Unterbrechungskapazität des Schaltungsunterbrechers, der an Energieempfangsknoten oder Stellen von Energieanforderungssystemen oder Kundengeräten vorgesehen ist, zu vergrößern, was wiederum bedeutet, dass das Energie anfordernde Gerät notwendigerweise entsprechend geändert oder modifiziert werden muss. Außerdem weist der herkömmliche Schaltungsunterbrecher ein Problem dahingehend auf, dass der Energieverlust in dem Leitungszustand groß ist, im Vergleich mit demjenigen des herkömmlichen Schaltungsunterbrechers vom mechanischen Typ, da die Energiezuführung gewöhnlich durch die Schalter ausgeführt wird.

Angesichts des voranstehend beschriebenen Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verteilungssystem zu schaffen, bei dem die Notwendigkeit einer Erhöhung der Kapazität von kundenseitigen Schaltungsunterbrechern, die an Energieempfangsknoten in dem Verteilungssystem installiert sind, vermieden werden kann, selbst wenn der Fehlerstrom (z. B. ein Kurzschlussstrom) wegen einer Modifikation oder Änderung der Systemkonfiguration ansteigt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem elektrischen Verteilungssystem nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

Weiterbildungen hiervon ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verteilungssystem erfährt ein auftretender Fehlerstrom eine Begrenzung und dann eine Unterbrechung im wesentlichen innerhalb eines Zyklus nach Auftreten des Fehlers oder der Störung. Selbst wenn eine Kurzschlussimpedanz des Verteilungssystems aufgrund irgendeiner Änderung in der Systemkonfiguration verkleinert wird, kann somit verhindert werden, dass der Fehlerstrom ansteigt, was wiederum bedeutet, dass keine Notwendigkeit besteht, die Kurzschlussunterbrechungskapazität von Schaltungsunterbrechern zu vergrößern, die an Energieempfangsknoten für Energie anfordernde Geräte installiert sind. Anders gesagt, die Konfiguration des Verteilungssystems kann geändert oder modifiziert werden, und zwar ohne die Notwendigkeit einer entsprechenden Änderung und Modifizierung der Energie anfordernden Systeme oder der Geräte, die mit dem Verteilungssystem verbunden sind. Es können ein kostengünstiger Aufbau und eine hohe Zuverlässigkeit des Verteilungssystems erreicht werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand von Fig. 1 bis 6 der Zeichnungen im folgenden näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild, welches den Aufbau eines Verteilungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Grafik zur Erläuterung des Betriebs des Verteilungssystems gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltbild, welches den Aufbau eines Verteilungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ein Schaltbild, welches den Aufbau eines Verteilungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ein Schaltbild, welches den Aufbau eines Verteilungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 ein Schaltbild, welches den Aufbau eines Verteilungssystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 7 ein Schaltbild, welches den Aufbau eines herkömmlichen Verteilungssystems zeigt.

In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile der verschiedenen Ausführungsformen.

Ausführungsform 1

Fig. 1 ist ein Schaltbild, welches einen Aufbau eines Verteilungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf die Figur besteht eine Hauptschaltung MC1 aus Eingangsanschlüssen U1, V1 und W1, die jeweils U-, V- und W-Phasen entsprechen, aus Ausgangsanschlüssen U2, V2 und W2, die jeweils U-, V- und W-Phasen entsprechen, und aus Thyristorschaltern 1U, 1V und 1W vom Nicht-Selbstlöschungs- Typ, die als Halbleiterschalter ausgeführt sind und bei denen jeder durch ein Paar von antiparallel zueinander geschalteten Thyristoren gebildet ist. Jeder der Thyristoren, die jeweils die Thyristorschalter 1U, 1V bzw. 1W bilden, ist von einer derartigen Art, dass es, sobald der Thyristor eingeschaltet ist, für sein Ausschalten (oder Zurücksetzen in den Aus-Zustand) erforderlich ist, eine Sperrspannung zwischen seine Anode und seine Kathode anzulegen oder alternativ den Durchlassstrom unter einen Pegel des Haltestroms zu verringern. Demzufolge bezeichnet man den Thyristorschalter, der durch diese Thyristoren gebildet wird, als einen Thyristorschalter vom Nicht- Selbstlöschungs-Typ, wie voranstehend erwähnt wurde.

Weiter in Fig. 1 ist ein Ende des Thyristorschalters 1U mit dem Eingangsanschluss U1 mittels eines elektromagnetischen Vakuum-Schaltschützes 2U und einer Strombegrenzungs-Drosselspule 6U verbunden, die nachstehend noch beschrieben werden, wohingegen das andere Ende des Thyristorschalters 1U mit dem Ausgangsanschluss U2 verbunden ist. Genauso ist ein Ende des Thyristorschalters 1V mit dem Eingangsanschluss V1 über ein elektromagnetisches Vakuum-Schaltschütz 2V und einer Strombegrenzungs-Drosselspule 6V, die nachstehend noch beschrieben werden, verbunden, während das andere Ende des Thyristorschalters 1V mit dem Ausgangsanschluss V2 verbunden ist. Schließlich ist ein Ende des Thyristorschalters 1W mit dem Eingangsanschluss W1 über ein elektromagnetisches Vakuum-Schaltschütz 2W und eine Strombegrenzungs-Drosselspule 6W, die ebenfalls nachstehend beschrieben werden, verbunden, während das andere Ende des Thyristorschalters 1W mit dem Ausgangsanschluss W2 verbunden ist.

Die Strombegrenzungs-Drosselspulen 6U, 6V und 6W sind zu den Thyristorschaltern 1U, 1V und 1W jeweils in Reihe geschaltet, wobei jede Strombegrenzungs-Drosselspule 6U, 6V und 6W beispielsweise durch eine Luftkern-Drosselspule gebildet sein kann, die mit einer Strombegrenzungsfunktion oder -möglichkeit versehen ist. Ferner sind, wie man in Fig. 1 erkennt, elektromechanische Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W jeweils parallel zu den Reihenschaltungen der Strombegrenzungs-Drosselspulen 6U, 6V und 6W und der Thyristorschalter 1U, 1V und 1W geschaltet. Jeder der elektromechanischen Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W kann aus einem Hochgeschwindigkeitsschalter vom mechanischen Typ gebildet sein, der aus einer Vakuumröhre besteht, die mit einem Auslösemechanismus vom elektromagnetischen Repulsionstyp ausgerüstet ist. Der Hochgeschwindigkeitsschalter ist so ausgelegt, dass er den Fehlerstrom (z. B. einen Kurzschluss) wenigstens innerhalb einer Zeit entsprechend 1/8-tel eines Zyklus unterbrechen oder aufbrechen kann, so dass der Fehlerstrom innerhalb eines Bereichs einer Stromunterbrechungskapazität des Schaltungsunterbrechers, der auf der Seite der Energie anfordernden oder - verbrauchenden Einrichtung installiert ist, unterbrochen werden kann. Es ist ausreichend für den Hochgeschwindigkeitsschalter, wenn er eine Stromunterbrechungskapazität aufweist, die äquivalent ist der Hälfte oder weniger des Fehlerstroms.

Ferner sind Überspannungsableiter 3U, 3V und 3W vom Zinkoxid-Typ jeweils parallel zu den Reihenschaltungen der Thyristorschalter 1U, 1V und 1W und der Strombegrenzungs- Drosselspulen 6U, 6V und 6W geschaltet, um den Schutz dieser Schalter gegenüber einer anomal hohen Spannung oder einer Stoßspannung sicherzustellen. Zusätzlich befindet sich ein Stromwandler 4a, der als eine erste Stromerfassungseinrichtung dient, zwischen der Parallelschaltung von Thyristorschalter 1U und Hochgeschwindigkeitsschalter 8U und dem Ausgangsanschluss U2 zum Erfassen des Leitungsstroms des Thyristorschalters 1U und des Hochgeschwindigkeitsschalters 8U, während sich ein zweiter Stromwandler 4b, der als eine zweite Stromerfassungseinrichtung dient, zwischen der Parallelschaltung von Thyristorschalter 1W und Hochgeschwindigkeitsschalters 8W und dem Ausgangsanschluss W2 befindet, um die durch den Thyristorschalter 1W und den Hochgeschwindigkeitsschalter 8W fließenden Leitungsströme zu erfassen.

Eine Steuereinheit 7, die bei einem niedrigeren Potentialpegel als die Hauptschaltung MC1 arbeitet, dient zum Steuern des Öffnens/Schließens der elektromagnetischen Vakuum-Schaltschütze 2U, 2V und 2W, sowie zum Ein- /Ausschalten der Thyristorschalter 1U, 1V und 1W und der Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W auf Grundlage der erfassten Ströme, die jeweils von den Stromwandlern 4a und 4b ausgegeben werden.

Als nächstes wird der Betrieb des Verteilungssystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Zunächst bezieht sich die Beschreibung auf den normalen Betrieb in dem Zustand, in dem kein Fehlerstrom (z. B. kein Kurzschlussstrom) erfasst wird. Wenn die Steuereinheit 7 auf der Basis der von den Stromwandlern 4a und 4b erfassten Ströme bestätigt, dass die Leitungsströme der Thyristorschalter 1U und 1W und der Hochgeschwindigkeitsschalter 8U und 8W (d. h. die jeweils durch die Thyristorschalter 1U und 1W und die Hochgeschwindigkeitsschalter 8U und 8W in ihren Leitungszuständen fließenden Ströme) Null sind, schließt die Steuereinheit 7 die elektromagnetischen Vakuum- Schaltschütze 2U, 2V und 2W und öffnet dann die Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W in dem Zustand, bei dem die elektromagnetischen Vakuum-Schaltschütze 2U, 2V und 2W geschlossen sind.

Wenn die Steuereinheit 7 auf Grundlage der von den Stromwandlern 4a und 4b erfassten Ströme bestätigt, dass die Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W geschlossen sind, legt die Steuereinheit 7 jeweils ein Einschaltsignal an die Gates der Thyristorschalter 1U, 1V und 1W an, um dadurch die Thyristorschalter 1U, 1V und 1W einzuschalten.

Da jedoch die Strombegrenzungs-Drosselspulen 6U, 6V und 6W in Reihe zu den Thyristorschaltern 1U, 1V und 1W eingefügt sind, werden die Ströme durch die Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W mit jeweils einer im wesentlichen geringen Impedanz fließen, selbst wenn die Thyristorschalter 1U, 1V und 1W eingeschaltet sind.

Gleichzeitig mit dem Ausschalten der Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W wird ferner das an den Gates der Thyristorschalter 1U, 1V und 1W liegende Einschaltsignal gelöscht, damit diese Schalter ausgeschaltet werden können. Dann überprüft und bestätigt die Steuereinheit 7, wieder auf Grundlage der von den Stromwandlern 4a und 4b erfassten Ströme, dass die Leitungsströme der Thyristorschalter 1U und 1W Null geworden sind, um dadurch die elektromagnetischen Vakuum- Schaltschütze 2U, 2V und 2W zu öffnen. Auf diese Weise wird der voranstehend im Zusammenhang mit dem herkömmlichen Schaltungsunterbrecher beschriebene Verriegelungsbetrieb zum Zweck einer Verlängerung der Lebensdauer der Schaltschütze realisiert.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 der Betrieb des Verteilungssystems mit dem oben beschriebenen Aufbau zum Unterbrechen oder Aufbrechen eines Fehlerstroms wie beispielsweise eines Kurzschlussstroms beschrieben.

Wie voranstehend beschrieben, liefert die Steuereinheit 7 das Einschaltsignal an die Gates der Thyristorschalter 1U, 1V und 1W, nachdem die elektromagnetischen Vakuum- Schaltschütze 2U, 2V und 2W geschlossen worden sind, wobei die Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W geschlossen worden sind. Wenn ein Überstrom, der den Fehlerstrom darstellt (siehe Fig. 2 bei (A)), durch die Stromwandler 4a und 4b erfasst wird, wird das Ausschaltsignal an die elektromagnetischen Auslöseeinrichtungen vom Repulsionstyp der Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W innerhalb einer Periode geliefert, in welcher der Fehlerstrom den Bereich der Stromunterbrechungskapazität des Schaltungsunterbrechers, der an den Energieempfangsknoten für das Energie anfordernde Gerät oder kurz an den Lasten installiert ist, nicht überschreiten kann, wie in Fig. 2 bei (B) dargestellt. Infolgedessen werden die Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W geöffnet, um dem Fehlerstrom zu ermöglichen, an die Thyristorschalter 1U, 1V und 1W kommutiert zu werden.

In diesem Zustand werden die Fehlerströme, die durch die Thyristorschalter 1U, 1V und 1W fließen, jeweils durch die Strombegrenzungs-Drosselspulen 6U, 6V und 6W begrenzt, die zu den Thyristorschaltern 1U, 1V und 1W in Reihe geschaltet sind, wie in Fig. 2 bei (C) gezeigt, während das an die Gates der Thyristorschalter 1U, 1V und 1W angelegte Einschaltsignal mit einer Zeitverzögerung einer vorgegebenen Zeit gelöscht wird, die zum Öffnen des Hochgeschwindigkeitsschalters im Ansprechen auf das Ausschaltsignal für die Hochgeschwindigkeitsschalter 8U, 8V und 8W benötigt wird; siehe in Fig. 2 bei (D). Somit wird der Fehlerstrom begrenzt und im wesentlichen innerhalb eines Zyklus nach dem Auftreten des Fehlerstroms unterbrochen. Die oben beschriebenen Betriebsvorgänge ergeben sich aus Fig. 2.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung verständlich, erfährt der Fehlerstrom, beispielsweise ein Kurzschlussstrom, im wesentlichen innerhalb eines Zyklus nach Auftreten eines Fehlers eine Begrenzung und Unterbrechung. Selbst wenn die Kurzschlussimpedanz der Energieübertragung aufgrund einer Änderung der Konfiguration des Energieübertragungs-Systems verkleinert wird, wird somit verhindert, dass der Fehlerstrom ansteigt, was bedeutet, dass keine Notwendigkeit einer Erhöhung der Kurzschlussstrom-Unterbrechungskapazität des Schaltungsunterbrechers erforderlich ist, der sich an den Energieempfangsstellen für die Lasten befindet, und somit kann die Systemänderung oder Modifikation ohne Notwendigkeit einer Änderung des Schaltungsunterbrechers für das Energie verbrauchende Gerät oder die Lasten realisiert werden. Da der stationäre Strom durch den Hochgeschwindigkeitsschalter fließen kann, während er den Halbleiterschalter umgeht, kann zusätzlich ein Energieverlust in dem Leitungszustand wesentlich verringert werden.

Ausführungsform 2

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines Verteilungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 werden Teile, die zu den in Fig. 1 gezeigten äquivalent sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine wiederholte Beschreibung davon erübrigt sich. Gemäß Fig. 3 umfasst eine Hauptschaltung MC2 Thyristorschalter 1U, 1V und 1W, wobei sättigungsfähige Drosselspulen 9U, 9V und 9W, die jeweils eine Strombegrenzungsfunktion aufweisen und als Strombegrenzungselemente dienen, jeweils zu den Thyristorschaltern 1U, 1V und 1W in Reihe geschaltet sind. Hinsichtlich der anderen Anordnung ist der Schaltungsunterbrecher gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung im wesentlichen identisch zu derjenigen des in Fig. 1 gezeigten Schaltungsunterbrechers. Anders gesagt, der Schaltungsunterbrecher gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von demjenigen der ersten Ausführungsform darin, dass anstelle der Strombegrenzungs-Drosselspulen 6U, 6V und 6W des in Fig. 1 gezeigten Verteilungssystems die sättigungsfähigen Drosselspulen 9U, 9V und 9W verwendet werden, wobei die sättigungsfähigen Drosselspulen 9U, 9V und 9W zum Begrenzen des Fehlerstroms in dem nicht-gesättigten Zustand nur während der Periode, in der die Thyristorschalter 1U, 1V und 1W gerade leiten, dienen.

Wie sich der vorangehenden Beschreibung entnehmen lässt, kann mit dem Aufbau des Verteilungssystems gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht nur die voranstehend im Zusammenhang mit dem Verteilungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschriebene Strombegrenzungsfunktion realisiert werden, sondern der Schaltungsunterbrecher kann auch in ein Gehäuse mit kleinerer Größe implementiert werden, da eine Anzahl von Spulen aufgrund der Verwendung der sättigungsfähigen Drosselspule, in der ein Kern als das Strombegrenzungselement eingebaut ist, verkleinert werden kann.

Ausführungsform 3

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild eines Verteilungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 4 werden Teile, die den in Fig. 1 gezeigten äquivalent sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Eine wiederholte Beschreibung davon ist somit nicht erforderlich. Gemäß Fig. 4 umfasst eine Hauptschaltung MC3 Strombegrenzungssicherungen 10U, 10V und 10W, die jeweils in Reihe zu den Thyristorschaltern 1U, 1V und 1W geschaltet sind und die jeweils eine Strombegrenzungsfunktion sowie eine Schaltungsunterbrechungsfunktion aufweisen. Hinsichtlich der anderen Anordnung ist das Verteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung im wesentlichen identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten Verteilungssystem. Anders ausgedrückt werden im Fall des Verteilungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung anstelle der Strombegrenzungs-Drosselspulen 6U, 6V und 6W des in Fig. 1 gezeigten Verteilungssystems die Strombegrenzungssicherungen 10U, 10V und 10W verwendet, wobei die Strombegrenzungssicherungen 10U, 10V und 10W nicht nur zur Begrenzung des Fehlerstroms, sondern auch zur Unterbrechung des Fehlerstroms dienen, indem sie für den Fall, dass die Thyristorschalter 1U, 1V und 1W den Fehlerstrom nicht unterbrechen, auslösen.

Wie sich aus der obigen Beschreibung entnehmen lässt, kann mit dem Aufbau des Verteilungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung nicht nur die Strombegrenzungsfunktion realisiert werden, wie voranstehend im Zusammenhang mit dem Verteilungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, sondern der Fehlerstrom kann durch die Sicherungen für den Fall unterbrochen werden, dass die Thyristorschalter 1U, 1V und 1W einen derartigen Fehlerstrom nicht unterbrechen sollten. Dies liegt daran, dass die Sicherungen wie voranstehend beschrieben verwendet werden. Somit kann die Zuverlässigkeit eines Betriebs des Verteilungssystems weiter verbessert werden.

Ausführungsform 4

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild, das einen Aufbau des Verteilungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 5 werden Teile, die den in Fig. 1 gezeigten äquivalent sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine wiederholte Beschreibung davon erübrigt sich. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 umfasst eine Hauptschaltung MC4 Strombegrenzungswiderstände 11U, 11V und 11W, die jeweils eine Strombegrenzungsfunktion aufweisen und als Strombegrenzungselemente dienen. Diese Strombegrenzungswiderstände 11U, 11V und 11W sind jeweils zu den Thyristorschaltern 1U, 1V und 1W in Reihe geschaltet. In bezug auf die andere Anordnung ist das Verteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen gleich zu denjenigen der in Fig. 1 gezeigten Schaltungskonfiguration. Insbesondere unterscheidet sich das Verteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung von der ersten Ausführungsform darin, dass anstelle der Strombegrenzungs- Drosselspulen 6U, 6V und 6W die Strombegrenzungswiderstände 11U, 11V und 11W verwendet werden, wobei die Strombegrenzungswiderstände 11U, 11V und 11W zum Begrenzen des Fehlerstroms dienen. Das Verteilungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass der Schaltungsunterbrecher mit noch geringeren Kosten hergestellt werden kann.

Wie sich der obigen Beschreibung entnehmen lässt, kann mit dem Aufbau des Verteilungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung nicht nur die Strombegrenzungsfunktion realisiert werden, die voranstehend im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, sondern das Verteilungssystem kann auch mit geringeren Kosten hergestellt werden. Dies liegt daran, dass die Strombegrenzungswiderstände 11U, 11V und 11W, die als solche kostengünstige Elemente sind, als Strombegrenzungseinrichtungen verwendet werden.

Ausführungsform 5

Fig. 6 ist ein Schaltbild, welches einen Aufbau des Verteilungssystems gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt. In Fig. 6 werden Teile, die äquivalent zu den voranstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erwähnten sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Demzufolge ist eine wiederholte Beschreibung davon nicht erforderlich. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 unterscheidet sich eine Hauptschaltung MC5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform von derjenigen der vorangehenden Ausführungsformen darin, dass die relevanten Komponenten nur für zwei Phasen, z. B. U- und W-Phasen, vorgesehen sind, während im Fall der vorangehenden Ausführungsformen derartige Komponenten jeweils für alle drei Phasen vorgesehen sind.

Bezugnehmend auf Fig. 6 wird erläutert, dass insbesondere zwischen dem Eingangsanschluss U1 und dem Ausgangsanschluss U2 für die U-Phase des Thyristorschalters 1U das elektromagnetische Vakuum-Schaltschütz 2U, der Überspannungsableiter 3U vom Zinkoxid-Typ, die Strombegrenzungs-Drosselspule 6U, der Hochgeschwindigkeitsschalter 8U und der Stromwandler 4a vorgesehen sind, während sich zwischen dem Eingangsanschluss W1 und dem Ausgangsanschluss W2 für die W-Phase der Thyristorschalter 1W, das elektromagnetische Vakuum-Schaltschütz 2W, der Überspannungsableiter 3W vom Zinkoxid-Typ, die Strombegrenzungs-Drosselspule 6W, der Hochgeschwindigkeitsschalter 8W und der Stromwandler 4b befindet. Im Gegensatz dazu ist für die U-Phase nur das elektromagnetische Vakuum-Schaltschütz 2V vorgesehen, während die anderen Komponenten wie beispielsweise das elektromagnetische Vakuum-Schaltschütz 2V, der Überspannungsableiter 3V vom Zinkoxid-Typ, die Strombegrenzungs-Drosselspule 6V und der Hochgeschwindigkeitsschalter 8V insgesamt eingespart sind.

Im Fall des Verteilungssystems Sgemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung sind die Nennspannungen des Thyristorschalters 1U, des Überspannungsableiters 3U vom Zinkoxid-Typ, der Strombegrenzungs-Drosselspule 6U und des Hochgeschwindigkeitsschalters 8U sowie des Thyristorschalters 1W, des Überspannungsableiters 3W vom Zinkoxid-Typ, der Strombegrenzungs-Drosselspule 6W und des Hochgeschwindigkeitsschalters 8W jeweils um einen Faktor von √3 höher, im Vergleich mit den entsprechenden Komponenten, die in den voranstehend beschriebenen Schaltungsunterbrechern verwendet werden, da die Netzspannung angelegt wird, wenn der Thyristorschalter 1U und der Hochgeschwindigkeitsschalter 8U sowie der Thyristorschalter 1W und der Hochgeschwindigkeitsschalter 8W ausgeschaltet werden. Allerdings besitzt das Verteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform Vorteile hinsichtlich eines vereinfachten Aufbaus, geringer Kosten und einer für die Implementierung günstigen kleinen Größe.

Wie sich aus der vorangehenden Beschreibung entnehmen lässt, kann das Verteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die Strombegrenzungsfunktion wie im Fall der vorangehenden Ausführungsformen erreichen. Da die Bestandteile der Hauptschaltung MC für eine Phase eingespart werden, ist es zusätzlich möglich, das Verteilungssystem kostengünstig und angesichts eines miniaturisierten Aufbaus leicht zu implementieren.

Obwohl die Erfindung auf Grundlage der Annahme beschrieben worden ist, dass das Verteilungssystem drei Phasen umfasst, kann die Erfindung genauso auf Mehrphasen- Verteilungssysteme wie auf Verteilungssysteme mit einer einzelnen Phase angewendet werden kann. Obwohl ferner angenommen worden ist, dass für den mechanischen Hochgeschwindigkeitsschalter eine Vakuumröhre vom elektromagnetischen Repulsionsauslösetyp verwendet wird, können andere elektromechanische Schalter oder Hochgeschwindigkeitsschalter vom mechanischen Typ verwendet werden, beispielsweise eine Vakuumröhre vom Typ mit elektromagnetischer Induktionsauslösung und dergleichen.

Claims

1. Elektrisches Verteilungssystem, umfassend

a) einen Halbleiterschalter (1U, 1V, 1W) mit einem Paar von antiparallel geschalteten Thyristoren;
b) ein Strombegrenzungselement (6U, 6V, 6W; 9U, 9V, 9W; 10U, 10V, 10W; 11U, 11V, 11W), das zum Unterdrücken eines Fehlerstroms mit dem Halbleiterschalter (1V, 1V, 1W) in Reihe geschaltet ist;
c) einen elektromechanischen Schalter (8U, 8V, 8W), der zu der Reihenschaltung aus dem Halbleiterschalter (1U, 1V, 1W) und dem Strombegrenzungselement (6U, 6V, 6W; 9U, 9V, 9W; 10U, 10V, 10W; 11U, 11V, 11W) parallel geschaltet ist;
d) eine Erfassungseinrichtung (4a, 4b) zum Erfassen eines durch das Verteilungssystem fließenden Stroms;
e) eine Steuereinrichtung (7) zum Steuern des Halbleiterschalters (1U, 1V, 1W) und des elektromechanischen Schalters (8U, 8V, 8W) derart, dass bei Erfassung eines den normalen Betriebsstrom übersteigenden Fehlerstroms durch die Erfassungseinrichtung (4a, 4b) der elektromechanische Schalter (8U, 8V, 8W) geöffnet wird und der Stromfluss durch das Verteilungssystem durch den elektromechanischen Schalter (8U, 8V, 8W) zu der aus dem Halbleiterschalter (1U, 1V, 1W) und dem Strombegrenzungselement (6U, 6V, 6W; 9U, 9V, 9W; 10U, 10V, 10W; 11U, 11V, 11W) gebildeten Reihenschaltung kommutiert wird, wobei der Fehlerstrom durch das Strombegrenzungselement (6U, 6V, 6W; 9U, 9V, 9W; 10U, 10V, 10W; 11U, 11V, 11W) begrenzt und durch den Halbleiterschalter (1U, 1V, 1W) innerhalb eines auf das Auftreten des Fehlerstroms folgenden Zyklus unterbrochen wird.

2. Verteilungssystem nach Anspruch 1, bei welchem der Halbleiterschalter (1U, 1V, 1W), das Strombegrenzungselement (6U, 6V, 6W; 9U, 9V, 9W; 10U, 10V, 10W; 11U, 11V, 11W) und der elektromechanische Schalter (8U, 8V, 8W) jeweils für eine Phase des Verteilungssystems vorgesehen sind.

3. Verteilungssystem nach Anspruch 1, bei welchem der Halbleiterschalter (1U, 1V, 1W), das Strombegrenzungselement (6U, 6V, 6W; 9U, 9V, 9W; 10U, 10V, 10W; 11U, 11V, 11W) und der elektromechanische Schalter (8U, 8V, 8W) jeweils in einer Anzahl entsprechend der Anzahl der Phasen des Verteilungssystems vorgesehen sind.

4. Verteilungssystem nach Anspruch 1, bei welchem der Halbleiterschalter (1U, 1V, 1W), das Strombegrenzungselement (6U, 6V, 6W; 9U, 9V, 9W; 10U, 10V, 10W; 11U, 11V, 11W) und der elektromechanische Schalter (8U, 8V, 8W) jeweils für zwei Phasen aus drei Phasen des Verteilungssystems vorgesehen sind.

5. Verteilungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Strombegrenzungselement durch eine strombegrenzende Drosselspule (6U, 6V, 6W; 9U, 9V, 9W) gebildet ist.

6. Verteilungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Strombegrenzungselement durch einen strombegrenzenden Widerstand (11U, 11V, 11W) gebildet ist.

7. Verteilungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Steuereinrichtung (7) die Steuerung so vornimmt, dass bei Erfassung eines Überstroms der elektromechanische Schalter (8U, 8V, 8W) geöffnet wird, um den Fehlerstrom an den Halbleiterschalter (1U, 1V, 1W) zu kommutieren, welcher sich im Zustand der Stromleitfähigkeit befindet, wobei das an den Halbleiteschalter (1U, 1V, 1W) angelegte Einschaltsignal mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung gelöscht wird, die erforderlich ist, um den elektromechanischen Schalter (8U, 8V, 8W) vollständig zu öffnen, so dass der Fehlerstrom begrenzt und innerhalb eines auf das Auftreten des Fehlerstrom folgenden Zyklus unterbrochen wird.