DE4438592A1 - Thyristor short-circuiter for quenching interference arcs in LV power-thyristor type switching systems - Google Patents
Thyristor short-circuiter for quenching interference arcs in LV power-thyristor type switching systemsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Thyristor-Kurzschließer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a thyristor short-circuiter according to the Preamble of claim 1.
Insbesondere in Niederspannungs-Schaltanlagen kann es durch immer höhere Leistungsdichten Fehlschaltungen, Fehlhandlungen des Bedienpersonals, Überspannungen oder Geräteversagen zur Ausbildung von Störlichtbögen kommen.Especially in low-voltage switchgear, it can ever higher power densities wrong switching, wrong actions of operating personnel, overvoltages or device failure Formation of arcing faults.
Um Verletzungen von Personen und Materialschäden durch Störlichtbögen zu reduzieren, ist es bekannt, in der Verteilung von Elektrizität besonders schnelle Störlichtbogen- Schutzvorrichtungen anzusteuern, die aus Leistungsthyristoren bestehen, die einen definierten Kurzschluß verursachen, der jedoch für Personen und Anlage unschädlich ist. Die Brenndauer des Lichtbogens wird auf diese Weise erheblich reduziert, so daß große Schäden vermieden und das Ausmaß der Nutzung der Schaltanlage erhöht werden können.To prevent personal injury and material damage To reduce accidental arcing, it is known in the distribution of electricity particularly fast arcing faults Controlling protective devices that consist of power thyristors exist that cause a defined short circuit, the but is harmless to people and the system. The burn time the arc is considerably reduced in this way, so that major damage avoided and the extent of use of the Switchgear can be increased.
Aus der DD 2 33 253 A1 ist eine Kurzschließeinrichtung für die Unterdrückung eines Störlichtbogens bekannt geworden, die aus einem Kurzschluß- bzw. Kurzschließzylinder und Thyristoren besteht, wobei durch die Thyristoren der Kurzschluß hergestellt werden kann.DD 2 33 253 A1 is a short-circuiting device for the Suppression of an accidental arc has become known from a short-circuit or short-circuit cylinder and thyristors exists, whereby the short circuit is established by the thyristors can be.
Ein Verfahren zur Erhöhung der Abschaltgeschwindigkeit von Störlichtbögen ist in der DD 2 34 540 A gezeigt und beschrieben. Es wird vorgeschlagen, antiparallel zwischen die Leiter des Primärstromkreises geschaltete Leistungsthyristoren verzögerungsfrei zu zünden und gleichzeitig einen mechanischen Kurzschließer sowie die den Fehlerort speisenden Schaltgeräte anzuregen. Die Leistungsthyristoren werden nach dem Einschalten des mechanischen Kurzschließers wieder gesperrt.A method to increase the shutdown speed of Arc faults are shown and described in DD 2 34 540 A. It is proposed to be antiparallel between the conductors of the Primary circuit switched power thyristors ignite without delay and at the same time mechanical Short circuiter and the switchgear feeding the fault location to stimulate. The power thyristors are switched on of the mechanical short-circuiter locked again.
Gezeigt ist diese Verfahren auch in der DD 2 34 541 A1.This method is also shown in DD 2 34 541 A1.
Nach dem Zünden der Thyristoren müssen diese den vollen Kurzschlußstrom führen bis der Strom auf den mechanischen Kurzschließer (z. B. Kurzschließer 6 in der DD 2 34 541 A1) kommutiert. Ein mehrmals verwendbarer mechanischer Kurzschließer wäre nicht nur konstruktiv aufwendig, sondern auch relativ langsam.After the thyristors have been ignited, they must be fully charged Short-circuit current lead up to the mechanical current Short circuiter (e.g. short circuiter 6 in DD 2 34 541 A1) commutates. A reusable mechanical short circuiter would not only be structurally complex, but also relative slowly.
Da in Niederspannungs-Schaltanlagen sehr hohe Ströme z. B. 50 kA auftreten können, muß eine erhebliche Zahl von Thyristoren parallel geschaltet werden, um überhaupt die thermische Leistungsgrenze und insbesondere das Integral i² dt einzuhalten. Dies bedeutet neben einen unvertretbar hohen konstruktiven Aufwand und Platzbedarf für die Anordnung der Thyristoren auch hohe Kosten.Since very high currents in low-voltage switchgear z. B. 50 kA must occur, a significant number of thyristors be connected in parallel to the thermal at all Performance limit and in particular to comply with the integral i² dt. In addition to an unacceptably high level of construction Effort and space requirements for the arrangement of the thyristors too high costs.
Durch die Durchlaßspannungen der Thyristoren, die im Bereich von 0,7 Volt liegen, entstehen bei derartig hohen Strömen erhebliche thermische Probleme, die kaum mit den für die Niederspannungs- Schaltanlagen geltenden Normen und Vorschriften im Einklang zu bringen sind. Bei Reihenschaltung von Thyristoren vergrößert sich sogar der Spannungsabfall.The forward voltages of the thyristors, which are in the range of 0.7 volts are considerable at such high currents thermal problems that are hardly related to those for the low voltage Switchgear in accordance with applicable standards and regulations bring are. Enlarged when thyristors are connected in series even the voltage drop.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß transiente Überspannungen zum Selbstzünden von einzelnen Thyristoren führen können, was nicht nur Produktionsausfälle bedeutet, sondern im ungünstigsten Fall zum explosionsartigen Bersten des Thyristors und zur Einleitung eines gefährlichen Störlichtbogens.Another disadvantage is that transients Overvoltages lead to self-ignition of individual thyristors can, which means not only loss of production, but in worst case for explosive bursting of the thyristor and to initiate a dangerous arcing fault.
Eine weitere Gefahr besteht darin, daß durch den hohen Stromanstieg Thyristoren zerstört werden können. Another danger is that the high Current rise thyristors can be destroyed.
Eine Kurzschließeinrichtung, insbesondere zum Löschen von Störlichbögen in Niederspannungs-Schaltanlagen ist in der DE 42 35 329 A1 gezeigt und beschrieben. Die Kurzschließeinrichtung besteht aus Kurzschließpatronen und Thyristoren, die den Kurzschluß einleiten. Die Stromführungszeit in den Thyristoren ist zwar kurz, nachteilig ist aber die erforderliche Kurzschließpatrone.A short-circuiting device, in particular for deleting Arc faults in low-voltage switchgear is in DE 42 35 329 A1 shown and described. The short-circuiting device consists of short-circuit cartridges and thyristors, which the Initiate short circuit. The current carrying time in the thyristors is short, but the disadvantage is the required Short-circuit cartridge.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Thyristor- Kurzschließer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.The object of the invention is therefore to provide a thyristor To create short-circuiters according to the preamble of claim 1, which does not have the aforementioned disadvantages.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, weiterhin wird die Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 10 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.The object of the invention is characterized by the Features of claim 1 solved, further the invention solved by the features of claim 10, while in the Sub-claims particularly advantageous developments of Invention are marked.
Es ist zwar aus der DE-OS 21 11 154 bekannt, eine Induktivität in Reihe mit einer Kurzschließvorrichtung zu schalten, die Induktivität ist jedoch nur dazu bestimmt mit einem Filterkondensator zu schwingen, so daß bei der Polaritätsumkehrung von Halbleitern, die nicht Teil der Kurzschließvorrichtung sind, diese selbsttätig löschen.It is known from DE-OS 21 11 154, an inductance to be connected in series with a short-circuiting device which However, inductance is only intended for this with one Filter capacitor to swing, so that at the Polarity reversal of semiconductors that are not part of the Are short-circuiting device, delete them automatically.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein hoher Stromanstieg im Thyristor zum kanalartigen Durchlegieren der Tyristortablette führt. Wird dieser Kanal anschließend in Rückwärtsrichtung mit einem hohen Strom belastet, führt dies aufgrund der hohen Stromdichte zu einem starken lokalen Temperaturanstieg. Plasmabildung und daraus resultierender Druckanstieg können bei Überschreitung eines Grenzwertes zum Bersten des Thyristorgehäuses führen. The invention is based on the knowledge that a high Current rise in the thyristor for channel-like alloying of the Tyristor tablet leads. If this channel is then in Loaded in reverse direction with a high current, this leads due to the high current density to a strong local Temperature rise. Plasma formation and resulting If the limit is exceeded, the pressure can rise to Cause the thyristor housing to rupture.
Weiterhin beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß ein über seine Grenzwerte belasteter Thyristor immer in den leitenden Zustand übergeht.Furthermore, the invention is based on the knowledge that an over its limit values loaded thyristor always in the conductive Condition passes.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn der in den Thyristoren fließende Strom den maximal den 25 bis 40 fachen Wert des Thyristornennstromes beträgt, wobei dieser Strom mehr als thyristortyp-abhängiger Maximalstrom zu verstehen ist. Der Thyristor-Kurzschließer kann für mittlere und starke Energieverteiler als Alternative zu mechanischen Kontakt- Kurzschließern eingesetzt werden. Dabei können besonders ökonomische Lösungen erzielt werden, wenn man, wie bei mechanischen Kurzschließern, von der Einmalverwendbarkeit ausgeht, also den Verlust des Thyristors in Kauf nimmt.It is particularly advantageous if the in the thyristors flowing current the maximum of 25 to 40 times the value of the Thyristor rated current, which current is more than maximum current dependent on thyristor type. Of the Thyristor short circuiter can be used for medium and strong Energy distributor as an alternative to mechanical contact Short circuiters are used. In doing so, especially economic solutions can be achieved if, as with mechanical short circuiters, from single use goes out, so accepts the loss of the thyristor.
Damit die Thyristoren nicht ungewollt zünden, ist es günstig, wenn Dämpfungskondensatoren vorhanden sind, die in Zusammenarbeit mit Drosseln transiente Spannungen und hohe Spannungsanstiege von den Thyristoren fernhalten, wobei Dämpfungswiderstände angeordnet sind, die den Kondensatorentladestrom im Einschaltmoment begrenzen.So that the thyristors do not ignite unintentionally, it is advantageous if there are damping capacitors in Cooperation with chokes transient voltages and high Keep voltage increases away from the thyristors, whereby Damping resistors are arranged, the Limit capacitor discharge current at switch-on torque.
Besonders günstig ist es, wenn die Thyristoren derart angeordnet sind, daß der erste Thyristor zwischen dem ersten und zweiten Leiter, der zweite Thyristor zwischen dem zweiten und dritten Leiter und der dritte Thyristor zwischen dem dritten und ersten Leiter geschaltet sind, wobei die Thyristoren in einen geschlossenen Stromschleife in gleicher Richtung angeordnet sind, wodurch der schaltungstechnische Aufwand verringert wird.It is particularly favorable if the thyristors are arranged in this way are that the first thyristor between the first and second Conductor, the second thyristor between the second and third Conductor and the third thyristor between the third and first Conductors are connected, the thyristors in one closed current loop arranged in the same direction are, whereby the circuitry complexity is reduced.
In überraschender Weise läßt sich die Berstgrenze erhöhen, wenn eine Drossel zur Senkung der Stromsteilheit in Reihe mit den Thyristoren geschaltet ist.Surprisingly, the burst limit can be increased if a choke to reduce the current steepness in series with the Thyristors is switched.
Eine besonders günstige Dimensionierung der Drossel ergibt sich, wenn ihre Induktivität 1 bis 10 Mikrohenry beträgt.The throttle is dimensioned particularly favorably, if their inductance is 1 to 10 microhenries.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, sollen die Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.Based on the drawing, in which an embodiment is shown is the invention, further refinements and Improvements of the invention and further advantages be described and explained.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine Schaltung des Thyristor-Kurzschließers, Fig. 1 shows a circuit of the thyristor short-circuiting device,
Fig. 2 eine zweite Variante der Schaltung des Thyristor- Kurzschließers in vereinfachter Darstellung, Fig. 2 shows a second variant of the circuit of the thyristor short-circuiting device in a simplified representation,
Fig. 3 eine dritte Variante der Schaltung des Thyristor- Kurzschließers in vereinfachter Darstellung, Fig. 3 shows a third variant of the circuit of the thyristor short-circuiting device in a simplified representation,
Fig. 4 eine vierte Variante der Schaltung des Thyristor- Kurzschließers in vereinfachter Darstellung und Fig. 4 shows a fourth variant of the circuit of the thyristor short-circuiter in a simplified representation and
Fig. 5 die in Fig. 1 gezeigte Schaltung des Thyristor- Kurzschließers in vereinfachter Darstellung. Fig. 5 shows the circuit of the thyristor short circuit shown in Fig. 1 in a simplified representation.
Die in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Thyristor-Kurzschließer dienen zur Erhöhung der Abschaltgeschwindigkeit von Störlichtbögen in offenen oder gekapselten elektrotechnischen Schaltanlagen, insbesondere im Niederspannungsbereich.The thyristor short-circuiters shown in FIGS. 1 to 5 serve to increase the cut-off speed of arcing faults in open or encapsulated electrical switchgear, in particular in the low-voltage range.
Der Thyristor-Kurzschließer gemäß einer der gezeigten Schaltungen beruht auf dem Prinzip, nach dem Erkennen eines Störlichtbogens durch entsprechende Sensor- und Auswerteanordnungen zwischen den Leitern des Primärstromkreises geschaltete Thyristoren verzögerungsfrei zu zünden und damit dem Störlichtbogen die zu seiner Existenz notwendige Energie zu entziehen.The thyristor short-circuiter according to one of the shown Circuits is based on the principle of recognizing one Arc fault by appropriate sensor and Evaluation arrangements between the conductors of the primary circuit to switch switched thyristors without delay and thus the Arc fault the energy necessary for its existence revoke.
Die Thyristoren werden mindestens derart dimensioniert, daß eine einmalige Schaltung des Kurzschlußstromes bis zum Abschalten durch vorgeordnete Schutzorgane beherrscht wird.The thyristors are dimensioned at least such that a one-time switching of the short-circuit current until switching off is controlled by upstream protective organs.
Bei den gezeigten Kurzschließern wird in Kauf genommen, daß die eingesetzten Thyristoren nach Abschalten eines Störlichtbogens ihre Sperrfähigkeit verlieren, d. h. wie bei mechanischen Kurzschließern, die Patronen aufweisen, gewechselt werden müssen.In the short-circuiters shown it is accepted that the used thyristors after switching off an arcing fault lose their blocking ability, d. H. like mechanical ones Short-circuiters that have cartridges can be replaced have to.
Bei Niederspannungs-Schaltanlagen werden die Thyristoren mit den Sammelschienen elektrisch leitend verbunden, vorzugsweise schließt man diese an den Hauptsammelschienen an. Nachfolgend werden die Sammelschienen vereinfacht als Leiter L1, L2 und L3 bezeichnet.In low-voltage switchgear, the thyristors are connected to the Busbars connected in an electrically conductive manner, preferably you connect them to the main busbars. Below the busbars are simplified as conductors L1, L2 and L3 designated.
Der in Fig. 1 gezeigte Thyristor-Kurzschließer besteht aus den Thyristoren T1, T2 und T3.The thyristor short-circuit shown in Fig. 1 consists of the thyristors T1, T2 and T3.
Die Thyristoren T1, T2, T3 sind derart angeordnet, daß der erste Thyristor T1 zwischen den Leitern L1 und L2, der zweite Thyristor T2 zwischen den Leitern L2 und L3 und der dritte Thyristor T3 zwischen den Leiter L3 und L1 geschaltet sind, wobei die Thyristoren T1, T2, T3 in einer geschlossenen Stromschleife S in gleicher Richtung angeordnet sind, wie in Fig. 5 angedeutet ist.The thyristors T1, T2, T3 are arranged such that the first thyristor T1 is connected between the conductors L1 and L2, the second thyristor T2 between the conductors L2 and L3 and the third thyristor T3 between the conductors L3 and L1, the thyristors T1, T2, T3 are arranged in a closed current loop S in the same direction, as indicated in FIG. 5.
In dieser Schaltung weisen die Thyristoren T1, T2, T3 eine Stromführungsdauer von jeweils 240° auf, so daß immer zwei Thyristoren gleichzeitig gezündet werden können. Die in den Fig. 1 und 5 gezeigte Schaltung ermöglicht das Einleiten des Kurzschlusses in jeder Netzphase und bietet in vorteilhafter Weise einen geringeren Bauelementeaufwand im Vergleich zum Stand der Technik durch den Einsatz von nur drei Thyristoren.In this circuit, the thyristors T1, T2, T3 each have a current carrying time of 240 °, so that two thyristors can always be fired simultaneously. The circuit shown in FIGS. 1 and 5 enables the initiation of the short circuit in each network phase and advantageously offers a lower component expenditure compared to the prior art by using only three thyristors.
Zwischen den Leitern L1, L2, L3 und den Thyristoren T1, T2, T3 sind Drosseln Lk angeordnet, die schaltungstechnisch in Reihe mit den Thyristoren liegen. Die Drosseln Lk steuern die Stromkommutierung vom Lichtbogen auf den Thyristor.Between the conductors L1, L2, L3 and the thyristors T1, T2, T3 throttles Lk are arranged in series with the thyristors. The chokes Lk control the Current commutation from the arc to the thyristor.
Sie werden derart bemessen, daß die im kurzgeschlossenen Zustand an den Leitern L1, L2, L3 verbleibende Restspannung noch zum sicheren Verlöschen des Lichtbogens führt.They are dimensioned such that they are in the short-circuited state residual voltage remaining on the conductors L1, L2, L3 at safe extinguishing of the arc.
Die Drosseln müssen weiterhin derart dimensioniert sein, daß ein übermäßig hoher Stromanstieg beim Einschalten der Thyristoren vermieden wird. Ihr Wert liegt daher im Bereich einiger Mikrohenry.The chokes must continue to be dimensioned such that a Excessively high current rise when switching on the thyristors is avoided. Their value is therefore in the range of a few Microhenry.
Bei zu kleiner Dimensionierung der Drosseln oder ohne Drosseln entsteht durch den hohen Stromanstieg ein kanalartiger Stromfluß in der Thyristortablette, der zu einem unzulässig hohen lokalen Temperaturanstieg führt, der ein Bersten des Thyristorgehäuses zur Folge hat.If the chokes are too small or without chokes the high current rise creates a channel-like current flow in the thyristor tablet, leading to an impermissibly high local Temperature rise, which causes the thyristor housing to rupture has the consequence.
Bei richtiger Dimensionierung der Drosseln Lk verringert sich die Stromdichte in diesem kritischem Bereich, so daß höhere Ströme zum Bersten des Gehäuses erforderlich sind. Der Strom verteilt sich hierbei gleichmäßiger in der Thyristortablette.If the chokes Lk are dimensioned correctly, they decrease the current density in this critical area, so higher Currents are required to rupture the housing. The current distributes itself more evenly in the thyristor tablet.
Bei einem Prüfstrom von 500 ms können Thyristoren abhängig von ihrer Gehäuseausführung mit dem 25 bis 40-fachen ihres Nennstromes belastet werden.With a test current of 500 ms, thyristors can depend on their housing design with 25 to 40 times their Rated current.
Damit kann dieser Thyristor-Kurzschließer ohne parallel geschaltete mechanische Kurzschließer eingesetzt werden.This means that this thyristor short-circuiter can be connected in parallel switched mechanical short-circuiters are used.
Das ungewollte Zünden eines Thyristors im Kurzschließer ist unter allen Umständen zu vermeiden, da dabei ein Sammelschienenkurzschluß eingeleitet wird. Aufgrund der Unterdimensionierung des Thyristors würde dieser seine Sperrfähigkeit unter Umständen schon nach einer Halbwelle verlieren und einen permanenten Kurzschluß in der Anlage erzeugen. Es muß deshalb gewährleistet sein, daß die Thyristoren weder durch Spannung (vor- und rückwärts) noch durch steile Spannungsanstiege durchbrechen. Die Sperrspannung der Thyristoren ist deshalb nach der Höhe der Prüfspannung der Anlage zu bemessen. Desweiteren sind im Netz auftretende transiente Spannungswellen vom Thyristor fernzuhalten.The undesired ignition of a thyristor in the short circuiter is to avoid under all circumstances as doing so Busbar short circuit is initiated. Due to the Undersizing the thyristor would make this his Lockability under certain circumstances even after a half wave lose and a permanent short circuit in the system produce. It must therefore be ensured that the thyristors neither by tension (forwards and backwards) nor by steep Break through voltage increases. The reverse voltage of the Thyristors is therefore based on the level of the test voltage System. Furthermore are occurring in the network Keep transient voltage waves away from the thyristor.
Dies verhindert man durch die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung.This is prevented by the circuit arrangement shown in FIG. 1.
An den Verbindungspunkten der Drosseln Lk und der Thyristoren T1, T2, T3 sind sternförmig Dämpfungskondensatoren Cd und Dämpfungswiderstände Rd geschaltet, wobei die Dämpfungskondensatoren Cd und Dämpfungswiderstände Rd in Reihe liegen und der Sternpunkt geerdet ist.At the connection points of the chokes Lk and the thyristors T1, T2, T3 are star-shaped damping capacitors Cd and Damping resistors Rd switched, the Damping capacitors Cd and damping resistors Rd in series lie and the star point is grounded.
Die Dämpfungskondensatoren Cd halten in Zusammenarbeit mit den Drosseln Lk transiente Spannungen und hohe Spannungsanstiege von den Thyristoren fern. Die Dämpfungswiderstände Rd begrenzen den Kondensatorentladestrom im Einschaltmoment.The damping capacitors Cd hold in cooperation with the Chokes Lk transient voltages and high voltage increases from far from the thyristors. The damping resistances Rd limit the Capacitor discharge current at switch-on torque.
Die Thyristoren können auch hier prinzipiell antiparallel geschaltet sein, wie in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt ist, wobei die Bauelemente vereinfacht durch Impedanzen Z1, Z2 und Z3 dargestellt sind.In principle, the thyristors can also be connected antiparallel here, as shown in FIGS. 2, 3 and 4, the components being represented in a simplified manner by impedances Z1, Z2 and Z3.
Ein Kurzschließer in Dreieckschaltung ist in Fig. 2 gezeigt, während ein Kurzschließer in Sternschaltung mit geerdetem Sternpunkt in Fig. 3 gezeigt ist.A delta short circuit is shown in FIG. 2, while a star short circuit with grounded star point is shown in FIG. 3.
Eine vereinfachte Schaltung mit nur vier Thyristoren ist in Fig. 4 dargestellt.A simplified circuit with only four thyristors is shown in FIG. 4.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944438592 DE4438592A1 (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Thyristor short-circuiter for quenching interference arcs in LV power-thyristor type switching systems |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19944438592 DE4438592A1 (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Thyristor short-circuiter for quenching interference arcs in LV power-thyristor type switching systems |
Publications (1)
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DE4438592A1 true DE4438592A1 (en) | 1996-05-02 |
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ID=6531957
Family Applications (1)
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DE19944438592 Ceased DE4438592A1 (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Thyristor short-circuiter for quenching interference arcs in LV power-thyristor type switching systems |
Country Status (1)
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DE (1) | DE4438592A1 (en) |
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1994
- 1994-10-28 DE DE19944438592 patent/DE4438592A1/en not_active Ceased
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