EP4762582A1

EP4762582A1 - Anordnung mit einem gleichstrom-leistungsschalter

Info

Publication number: EP4762582A1
Application number: EP23782439.6A
Authority: EP
Inventors: Nils Stahlhut
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2023-09-26
Filing date: 2023-09-26
Publication date: 2026-06-24
Also published as: WO2025067632A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Gleichstrom-Leistungsschalter (4), einem ersten elektrischen Kondensator (C1), einem zweiten elektrischen Kondensator (C2) und einem Energieeinkopplungs-Bauelement (8). Dabei weist der Gleichstrom-Leistungsschalter (4) einen ersten Gleichstromanschluss (13), einen zweiten Gleichstromanschluss (16) und ein mechanisches Schaltelement (19) auf. Das mechanische Schaltelement (19) trennt in seinem geöffneten Zustand den ersten Gleichstromanschluss (13) elektrisch von dem zweiten Gleichstromanschluss (16). Der erste Kondensator (C1) verbindet den ersten Gleichstromanschluss (13) 15 elektrisch mit einem Bezugspotential (10), und der zweite Kondensator (C2) verbindet den zweiten Gleichstromanschluss (16) elektrisch mit dem Bezugspotential (10). Das Energieeinkopplungs-Bauelement (8) ist ausgestaltet zum Einkoppeln eines Wechselstroms (Is) in eine durch den Gleichstrom-Leistungsschalter (4), den ersten Kondensator (C1) und den zweiten Kondensator (C2) gebildete Masche (28).

Description

Beschreibung

Anordnung mit einem Gleichstrom-Leistungsschalter

Die Erfindung betri f ft eine Anordnung mit einem Gleichstrom- Leistungsschalter und ein Verfahren zur Energieversorgung eines Gleichstrom-Leistungsschalters .

In Zukunft werden zum Schalten von großen Gleichströmen verstärkt Gleichstrom-Leistungsschalter verwendet werden, beispielsweise in Gleichstromnetzen . Ein solcher Gleichstrom- Leistungsschalter ist beispielsweise aus der Schri ft W02016/ 003357A1 bzw . W02017 / 116296A1 bekannt . Der Gleichstrom-Leistungsschalter benötigt beim Betrieb elektrische Energie , beispielsweise für eine leistungselektronische Schaltung des Gleichstrom- Leistungsschalters oder für einen Antrieb eines mechanischen Schaltelements des Gleichstrom-Leistungsschalters . Da sich der Gleichstrom-Leistungsschalter auf dem elektrischen Potential der zu schaltenden elektrischen Gleichstrom-Leitung befindet , muss die elektrische Energie potentialgetrennt zu dem Gleichstrom-Leistungsschalter übertragen werden . Diese Energieübertragung mit Potentialtrennung kann insbesondere beim Schalten von Gleichströmen auf Hochspannungsniveau mit einigem Aufwand verbunden sein . Es ist beispielsweise vorstellbar, die elektrische Energie vom Erdpotential zum Potential des Gleichstrom-Leistungsschalters mittels eines oder mehrerer Trans formatoren ( oder Übertrager ) zu übertragen . Diese Trans formatoren müssten dann den j eweilig auftretenden Spannungsunterschieden widerstehen können . Bei großen Spannungsunterschieden sind solche Trans formatoren vergleichsweise groß und kostenintensiv .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Anordnung und ein Verfahren zur Energieversorgung eines Gleichstrom- Leistungsschalters anzugeben, die kostengünstig realisiert werden können . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung und durch ein Verfahren nach den unabhängigen Patentansprüchen . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben .

Of fenbart wird eine Anordnung mit einem Gleichstrom- Leistungsschalter, einem ersten elektrischen Kondensator, einem zweiten elektrischen Kondensator und einem Energieeinkopp lungs -Bauelement , wobei

- der Gleichstrom-Leistungsschalter einen ersten Gleichstromanschluss , einen zweiten Gleichstromanschluss und ein mechanisches Schaltelement aufweist ,

- das mechanische Schaltelement in seinem geöf fneten Zustand den ersten Gleichstromanschluss elektrisch von dem zweiten Gleichstromanschluss trennt (und in seinem geschlossenen Zustand den ersten Gleichstromanschluss elektrisch mit dem zweiten Gleichstromanschluss verbindet ) ,

- der erste Kondensator den ersten Gleichstromanschluss elektrisch mit einem ( elektrischen) Bezugspotential verbindet ,

- der zweite Kondensator den zweiten Gleichstromanschluss elektrisch mit dem Bezugspotential verbindet , und

- das Energieeinkopplungs-Bauelement ausgestaltet ist zum Einkoppeln eines Wechselstroms in eine durch den Gleichstrom- Leistungsschalter, den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator gebildete Masche .

Dabei ist vorteilhaft , dass die Potentialtrennung zwischen dem Bezugspotential und dem Potential des Gleichstrom- Leistungsschalters mittels des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators realisiert wird . Solche Kondensatoren sind vergleichsweise einfache und kostengünstige Bauelemente .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass das Energieeinkopplungs-Bauelement eine Wechselstromquelle oder eine Wechselspannungsquelle , insbesondere ein Trans formator oder ein Übertrager, ist . Das Energieeinkopplungs-Bauelement braucht dabei nicht für die Potentialtrennung zwischen dem Bezugspotential und dem Potential des Gleichstrom-Leistungsschalters geeignet zu sein, weil diese Potentialtrennung mittels des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators realisiert wird .

Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass das Energieeinkopplungs-Bauelement im Wesentlichen auf dem Bezugspotential angeordnet oder mit dem Bezugspotential elektrisch verbunden ist .

Dadurch kann die Einkopplung des Wechselstroms in die Masche besonders einfach und kostengünstig erfolgen .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass das Bezugspotential das Erdpotential ist .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass das mechanische Schaltelement eine Vakuumschaltröhre ist .

Mittels einer Vakuumschaltröhre kann vorteilhaft ein besonders nachhaltig aufgebauter Gleichstrom- Leistungsschalter realisiert werden, weil beispielsweise keine klimaschädlichen I soliergase verwendet werden .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss ein Hauptstrompfad des Gleichstrom- Leistungsschalters ausgebildet ist , und in dem Hauptstrompfad ein induktives Bauelement , insbesondere eine Luftdrossel , angeordnet ist .

Das induktive Bauelement verhindert vorteilhafterweise , dass der eingekoppelte Wechselstrom durch den Hauptstrompfad des Gleichstrom-Leistungsschalters fließt . Dadurch hat der eingekoppelte Wechselstrom außerhalb der Anordnung ( insbesondere in einer Gleichstromleitung oder in einem Gleichstromnetz , in denen die Anordnung angeordnet ist ) keine oder nur geringe Auswirkungen . Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass elektrisch parallel zu dem Hauptstrompfad ein zweiter Strompfad geschaltet ist .

In diesen zweiten Strompfad kommutiert der eingekoppelte Wechselstrom vorteilhafterweise .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass in dem zweiten Strompfad ein kapazitives Bauelement , insbesondere ein Kondensator, angeordnet ist .

Das kapazitive Bauelement ist Teil eines Schwingkreises , der insbesondere das Abschalten des Gleichstroms mittels des Gleichstrom-Leistungsschalters unterstützt .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass das kapazitive Bauelement mit dem induktiven Bauelement des Hauptstrompfads einen Reihenschwingkreis bildet .

Dieser Reihenschwingkreis unterstützt insbesondere das Abschalten des Gleichstroms mittels des Gleichstrom- Leistungsschalters .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass das induktive Bauelement des Hauptstrompfads Teil eines Parallelschwingkreises ist , der in dem Hauptstrompfad angeordnet ist , und das kapazitive Bauelement Teil eines Reihenschwingkreises ist , der in dem zweiten Strompfad angeordnet ist .

Dieser Parallelschwingkreis ( Sperrkreis ) verhindert vorteilhafterweise , dass der eingekoppelte Wechselstrom durch den Hauptstrompfad des Gleichstrom-Leistungsschalters fließt . Dadurch hat der eingekoppelte Wechselstrom außerhalb der Anordnung keine oder nur geringe Auswirkungen .

Dieser Reihenschwingkreis ( Saugkreis ) unterstützt insbesondere das Abschalten des Gleichstroms mittels des Gleichstrom-Leistungsschalters , indem er das Fließen des eingekoppelten Wechselstroms in den zweiten Strompfad unterstützt . Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass der Reihenschwingkreis das kapazitive Bauelement und ein zweites induktives Bauelement in einer Reihenschaltung aufweist .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass der Parallelschwingkreis das induktive Bauelement und ein zweites kapazitives Bauelement aufweist .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass in dem zweiten Strompfad ein Gleichrichter und ein elektrischer Energiespeicher angeordnet sind .

Der Energiespeicher kann vorteilhafterweise mittels des eingekoppelten Wechselstroms , der von dem Gleichrichter gleichgerichtet wird, aufgeladen werden . Vorteilhafterweise kann an dem elektrischen Energiespeicher elektrische Energie ausgekoppelt werden, um den Gleichstrom-Leistungsschalter oder Komponenten des Gleichstrom-Leistungsschalters mit elektrischer Energie zu versorgen .

Insbesondere kann zusätzlich in dem zweiten Strompfad eine Schalteinrichtung angeordnet sein, mit der bei Bedarf der Energiespeicher überbrückt werden kann, ohne ihn zu entladen (d . h . der Ladestrom an dem Energiespeicher vorbeigeleitet werden kann) . Dabei kann die Schalteinrichtung insbesondere als eine Vollbrückenschaltung ausgebildet sein, die vier Schalter aufweist .

Der Gleichstrom-Leistungsschalter kann ein Hochspannungs- Gleichstrom-Leistungs schal ter sein .

Of fenbart wird weiterhin ein Verfahren zur Energieversorgung eines Gleichstrom-Leistungsschalters , wobei

- ein erster Kondensator den ersten Gleichstromanschluss elektrisch mit einem Bezugspotential verbindet , und

- ein zweiter Kondensator den zweiten Gleichstromanschluss elektrisch mit dem Bezugspotential verbindet , wobei bei dem Verfahren

- mittels eines Energieeinkopplungs-Bauelements ein Wechselstrom in eine durch den Gleichstrom-Leistungsschalter, den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator gebildete Masche eingekoppelt wird,

- der Wechselstrom durch die Masche zu dem Gleichstrom- Leistungsschalter fließt , und

- der Wechselstrom beim Gleichstrom-Leistungsschalter zur Energieversorgung von Komponenten des Gleichstrom- Leistungsschalters verwendet wird .

Das Verfahren kann so ablaufen, dass

- der Wechselstrom im Gleichstrom-Leistungsschalter in einen zu einem Hauptstrompfad elektrisch parallel geschalteten zweiten Strompfad fließt ,

- der Wechselstrom mittels eines in dem zweiten Strompfad angeordneten Gleichrichters gleichgerichtet wird, und

- mittels des derart erzeugten Gleichstroms ein in dem zweiten Strompfad angeordneter elektrischer Energiespeicher aufgeladen wird .

Der Wechselstrom fließt also im Gleichstrom-Leistungsschalter in den zweiten Strompfad, der zu dem Hauptstrompfad elektrisch parallelgeschaltet ist . In diesem zweiten Strompfad wird aus dem Wechselstrom ein Gleichstrom erzeugt , und der Energiespeicher wird mit dem Gleichstrom aufgeladen . Der zweite Strompfad ermöglicht also ( insbesondere an dem elektrischen Energiespeicher ) eine Energieauskopplung auf dem elektrischen Potential des Gleichstrom-Leistungsschalter, insbesondere auf Hochspannungs-Potential .

Die Anordnung und das Verfahren weisen gleiche oder gleichartige Eigenschaften und/oder Vorteile auf . Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Gleiche Bezugs zeichen verweisen dabei auf gleiche oder gleich wirkende Elemente . Dazu ist in

Figur 1 ein Aus führungsbeispiel einer nicht beanspruchten Anordnung mit einem Gleichstrom- Leistungsschalter, in

Figur 2 ein Aus führungsbeispiel einer Anordnung mit einem Gleichstrom-Leistungsschalter, einem ersten elektrischen Kondensator und einem zweiten elektrischen Kondensator, und in

Figur 3 ein weiteres Aus führungsbeispiel einer

Anordnung mit einem Gleichstrom- Leistungsschalter, einem ersten elektrischen Kondensator und einem zweiten elektrischen Kondensator dargestellt .

In Figur 1 ist ein nicht beanspruchtes Aus führungsbeispiel einer Anordnung mit einem Gleichstrom-Leistungsschalter 4 dargestellt . Der Gleichstrom-Leistungsschalter 4 wird mittels eines auf Erdpotential 10 angeordneten Stromrichters 12 mit elektrischer Energie versorgt . Die Energieübertragung von dem Stromrichter 12 zu einzelnen Teilen des Gleichstrom- Leistungsschalters 4 erfolgt dabei mittels eines ersten Trans formators TI und eines zweiten Trans formators T2 . Die Trans formatoren TI und T2 müssen dabei den j eweilig auftretenden elektrischen Potentialunterschieden widerstehen können . An dem Trans formator TI tritt die Spannung Ul auf , an dem Trans formator T2 tritt die Spannung U2 auf . Bei großen Potentialunterschieden/Spannungen sind die Trans formatoren TI und T2 vergleichsweise groß und teuer . In Figur 2 ist ein Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 mit dem Gleichstrom- Leistungsschalter 4 , einem ersten Kondensator CI , einem zweiten Kondensator C2 und einem Energieeinkopplungs- Bauelement 8 dargestellt . Das Energieeinkopplungs-Bauelement 8 ist als ein Trans formator ausgestaltet . In anderen Aus führungsbeispielen kann das Energieeinkopplungs-Bauelement 8 auch als eine Wechselstromquelle , eine Wechselspannungsquelle oder als ein Übertrager ausgestaltet sein . Das Energieeinkopplungs-Bauelement 8 ist mit einem elektrischen Bezugspotential 10 elektrisch verbunden . Das Bezugspotential 10 ist im Aus führungsbeispiel das Erdpotential .

Der Gleichstrom-Leistungsschalter 4 weist einen ersten Gleichstromanschluss 13 und einen zweiten Gleichstromanschluss 16 auf . Mittels des ersten Gleichstromanschlusses 13 und des zweiten Gleichstromanschlusses 16 ist der Gleichstrom- Leistungsschalter 4 mit einer Gleichstromleitung 18 verbindbar oder verbunden . Ein in der Gleichstromleitung 18 fließender Gleichstrom Ig kann mittels des Gleichstrom- Leistungsschalters 4 geschaltet werden . Der Gleichstrom- Leistungsschalter 4 ist seriell in die Gleichstromleitung 18 geschaltet . Die Gleichstromleitung 18 kann beispielsweise Teil einer Gleichstrom-Übertragungsstrecke , insbesondere Teil einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke , oder Teil eines Gleichstrom-Übertragungsnetzes , insbesondere Teil eines Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsnetzes , sein .

Der Gleichstrom-Leistungsschalter 4 weist im Allgemeinen mehrere gleichartige Schaltereinheiten 17 auf , die elektrisch in Reihe geschaltet sind . Im Aus führungsbeispiel sind drei Schaltereinheiten 17 dargestellt ; der Gleichstrom- Leistungsschalter 4 kann j edoch auch eine andere Anzahl an Schaltereinheiten 17 aufweisen . Durch die Reihenschaltung von gleichartigen Schaltereinheiten 17 wird die Spannungs festigkeit des Gleichstrom-Leistungsschalters 4 vergrößert . Der Gleichstrom-Leistungsschalter 4 funktioniert j edoch auch mit nur einer einzigen Schaltereinheit 17 . Im Folgenden wird die Funktion des Gleichstrom- Leistungsschalters 4 und der Anordnung anhand einer einzigen Schaltereinheit 17 erläutert , nämlich anhand der rechtsseitig im Detail dargestellten Schaltereinheit 17 . Die anderen Schaltereinheiten 17 funktionieren in gleichartiger Weise .

An dem ersten Kondensator Gl tritt die Spannung Ul auf , an dem zweiten Kondensator C2 tritt die Spannung U3 auf . Der erste Kondensator Gl und/oder der zweite Kondensator C2 realisieren die Potentialtrennung des Gleichstrom- Leistungsschalters gegenüber dem Bezugspotential 10 . Uber dem Gleichstrom-Leistungsschalter 4 , d . h . über der Reihenschaltung der Schaltereinheiten 17 des Gleichstrom- Leistungsschalters 4 , fällt die Spannung U2 ab . Oftmals sind die Spannungen Ul und U3 ähnlich groß , insbesondere wenn das elektrische Potential der Gleichstromleitung 18 viel größer ist als das Bezugspotential 10 . Das ist bei Hochspannungsanwendungen der Fall . Bei Hochspannungsanwendungen sind (bei eingeschaltetem Gleichstrom-Leistungsschalter ) die Spannungen Ul und U3 deutlich größer als die Spannung U2 . Dann fällt der weitaus größte Teil der auftretenden Spannungen an dem ersten Kondensator Gl und an dem zweiten Kondensator C2 ab .

Der Gleichstrom-Leistungsschalter 4 weist ein mechanisches Schaltelement 19 auf . Das mechanische Schaltelement 19 ist im Aus führungsbeispiel eine Vakuumschaltröhre . In anderen Aus führungsbeispielen kann das mechanische Schaltelement aber auch anders ausgestaltet sein .

Zwischen dem ersten Gleichstromanschluss 13 und dem zweiten Gleichstromanschluss 16 ist ein Hauptstrompfad 22 des Gleichstrom-Leistungsschalters 4 ausgebildet . In dem Hauptstrompfad 22 ist das mechanische Schaltelement 19 und ein induktives Bauelement Lr angeordnet . Das induktive Bauelement Lr ist dabei vorzugsweise so ausgestaltet , dass es von dem durchfließenden Gleichstrom ( Gleichstromdurchflutung) möglichst nicht beeinflusst wird . Das induktive Bauelement Lr kann insbesondere eine Luftdrossel sein . Eine Luftdrossel weist vorteilhafterweise keine nennenswerte magnetische Sättigung auf .

Elektrisch parallel zu dem Hauptstrompfad 22 ist ein zweiter Strompfad 24 geschaltet . In dem zweiten Strompfad 24 ist ein kapazitives Bauelement Gr angeordnet . Das kapazitive Bauelement Gr kann insbesondere ein Kondensator sein . Das kapazitive Bauelement Gr bildet mit dem induktiven Bauelement Lr des Hauptstrompfads 22 einen Reihenschwingkreis . Dieser Reihenschwingkreis unterstützt insbesondere das Abschalten des Gleichstroms .

Der zweite Strompfad 24 bildet also eine Resonanzeinheit bzw . einen Resonanzkreis . Elektrisch parallel zu dem Hauptstrompfad 22 und/oder elektrisch parallel zu dem zweiten Strompfad 24 ist ein Überspannungsableiter MOV geschaltet .

Der Überspannungsableiter MOV bildet einen dritten Strompfad . Bei der Energieversorgung des Gleichstrom-Leistungsschalters schützt der Überspannungsableiter MOV die Bauelemente der j eweiligen Schaltereinheit 17 vor Überspannung .

In dem zweiten Strompfad 24 sind vier Schaltelemente S I , S2 , S3 und S4 angeordnet , die elektrisch zu einer Vollbrücke verschaltet sind . Die Vollbrücke ist mit einem elektrischen Energiespeicher 25 verbunden, der insbesondere in der Diagonalen der Vollbrücke angeordnet ist . Die Vollbrücke mit dem elektrischen Energiespeicher 25 ist seriell zu dem kapazitiven Bauelement Gr geschaltet .

Im Folgenden wird der Abschaltvorgang eines Gleichstroms beschrieben . Zunächst ist der elektrische Energiespeicher 25 aufgeladen, das mechanische Schaltelement 19 geschlossen und der Gleichstrom Ig fließt durch das mechanische Schaltelement 19 und damit durch den Hauptstrompfad 22 des Gleichstrom- Leistungsschalters 4 . Zum Beginn des Abschaltvorgangs wird das mechanische Schaltelement 19 geöf fnet . Zwischen den sich öf fnenden mechanischen Schaltkontakten des mechanischen Schaltelements 19 beginnt ein Lichtbogen zu brennen . Weil der Gleichstrom keine Nulldurchgänge aufweist , verlischt der Lichtbogen zunächst nicht und der Gleichstrom Ig fließt weiter . Dann werden die Schaltelemente S I , S2 , S3 und S4 der Vollbrücke derart angesteuert , dass sich der elektrische Energiespeicher 25 entlädt und eine Stromschwingung durch den ( aus Lr und Gr gebildeten) Reihenschwingkreis zu fließen beginnt . Die Ansteuerung der Schaltelemente S I , S2 , S3 und S4 der Vollbrücke erfolgt insbesondere mit der Resonanz frequenz des Reihenschwingkreises aus dem induktiven Bauelement Lr und dem kapazitiven Bauelement Gr .

Die Amplitude der durch den Reihenschwingkreis fließenden Stromschwingung wird zunehmend größer und erreicht die Größe des abzuschaltenden Gleichstroms . Dadurch wird beim abzuschaltenden Gleichstrom ein Stromnulldurchgang erzeugt , bei dem der Lichtbogen bei dem mechanische Schaltelement 19 verlischt . Vorteilhafterweise werden die Schaltelemente der Vollbrücke und der elektrische Energiespeicher nicht nur zum Abschalten des Gleichstroms verwendet , sondern zusätzlich auch für die Energieversorgung des Gleichstrom- Leistungsschalters eingesetzt . Dies wird im Folgenden beschrieben .

Jedes der Schaltelemente S I , S2 , S3 oder S4 der Vollbrücke weist einen Transistor TI , T2 , T3 oder T4 (beispielsweise einen IGBT ) und eine antiparallel geschaltete Diode Dl , D2 , D3 oder D4 auf . Je nach Richtung des Stromflusses in der Vollbrückenschaltung sind entweder die Transistoren leitend ( falls sie entsprechend angesteuert werden) oder der Strom fließt durch die antiparallel geschalteten Dioden . Wenn der Strom durch die antiparallel geschalteten Dioden Dl , D2 , D3 oder D4 fließt , dann arbeitet die Vollbrücke als ein Gleichrichter, genauer gesagt als eine Gleichrichterbrücke . In dem zweiten Strompfad sind also ein Gleichrichter 26 und ein elektrischer Energiespeicher 25 angeordnet . Um den Gleichstrom-Leistungsschalter 4 mit elektrischer Energie zu versorgen, wird mittels des Energieeinkopplungs- Bauelements 8 ein Wechselstrom I s in eine durch den Gleichstrom-Leistungsschalter 4 , den ersten Kondensator Gl und den zweiten Kondensator C2 gebildete Masche 28 eingekoppelt . Dazu wird das Energieeinkopplungs-Bauelement 8 von einem Stromrichter 12 mit einem Ansteuer-Wechselstrom la angesteuert . Die Frequenz des Ansteuer-Wechselstroms la kann mittels des Stromrichters 12 in einem weiten Bereich geändert werden . Beispielsweise kann als Frequenz des Ansteuer- Wechselstroms la die Resonanz frequenz des aus dem induktiven Bauelement Lr und dem kapazitiven Bauelement Gr gebildeten Reihenschwingkreises verwendet werden .

Der in die ( durch den Gleichstrom-Leistungsschalter 4 , den ersten Kondensator Gl und den zweiten Kondensator C2 gebildete ) Masche eingekoppelte Wechselstrom I s fließt durch die Masche zu dem Gleichstrom-Leistungsschalter 4 . Dieser Wechselstrom I s wird beim Gleichstrom-Leistungsschalter 4 zur Energieversorgung von Komponenten des Gleichstrom- Leistungsschalters 4 verwendet .

Der in die Masche eingekoppelte Wechselstrom I s kann in der Schaltereinheit 17 nicht durch den Hauptstrompfad 22 fließen, weil der Hauptstrompfad 22 entweder durch das mechanische Schaltelement 19 unterbrochen ist (wenn das mechanische Schaltelement 19 geöf fnet ist ) oder der Hauptstrompfad 22 durch die Impedanz des induktiven Bauelements Lr für Wechselstrom blockiert ist . Der Wechselstrom I s muss also in den zweiten Strompfad 24 fließen . (Auch bei den beiden linksseitig dargestellten Schaltereinheiten 17 fließt der eingekoppelte Wechselstrom I s j eweils durch den zweiten Strompfad 24 , aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dies in den Figuren 2 und 3 nicht dargestellt .

In dem zweiten Strompfad 24 wird der Wechselstrom I s von dem in dem zweiten Strompfad angeordneten Gleichrichter ( insbesondere von den zu den Transistoren antiparallel geschalteten Dioden Dl , D2 , D3 und D4 ) gleichgerichtet . Mittels des derart erzeugten Gleichstroms wird der in dem zweiten Strompfad 24 angeordnete elektrische Energiespeicher 25 auf eine Energiespeicher-Spannung Us aufgeladen . Dadurch wird eine Komponente des Gleichstrom-Leistungsschalters 4 , nämlich der elektrische Energiespeicher 25 , mit elektrischer Energie versorgt . Diese elektrische Energie wird von einer auf dem elektrischen Bezugspotential 10 (hier Erdpotential ) angeordneten Einrichtung 12 bereitgestellt und zu dem elektrischen Potential des Gleichstrom-Leistungsschalters 4 übertragen .

Zur Energieversorgung von anderen Komponenten des Gleichstrom-Leistungsschalters 4 , beispielsweise zur Energieversorgung einer leistungselektronischen Schaltung des Gleichstrom-Leistungsschalters 4 oder eines Antriebs des mechanischen Schaltelements 19 des Gleichstrom- Leistungsschalters 4 , kann an dem elektrischen Energiespeicher 25 elektrische Energie ausgekoppelt werden . Die an dem elektrischen Energiespeicher 25 anliegende Energiespeicher-Spannung Us kann nachverarbeitet ( geglättet , stabilisiert , in der Spannungshöhe verändert usw . ) werden und für die anderen Komponenten des Gleichstrom- Leistungsschalters 4 bereitgestellt werden .

In Figur 3 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 mit dem Gleichstrom- Leistungsschalter 4 , dem ersten Kondensator Gl , dem zweiten Kondensator C2 und dem Energieeinkopplungs-Bauelement 8 dargestellt . Diese Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung gemäß Figur 2 dadurch, dass das induktive Bauelement Lr des Hauptstrompfads 22 Teil eines Parallelschwingkreises ist , der in dem Hauptstrompfad 22 angeordnet ist . Dieser Parallelschwingkreis weist das induktive Bauelement Lr und ein zweites kapazitives Bauelement Cr2 auf . Das kapazitive Bauelement Cr ist Teil eines Reihenschwingkreises , der in dem zweiten Strompfad 24 angeordnet ist . Dieser Reihenschwingkreis weist das kapazitive Bauelement Cr und ein zweites induktives Bauelement Lr2 in einer Reihenschaltung auf .

Der Parallelschwingkreis ( Lr parallel Cr2 ) ist ein Sperrkreis und verhindert das Fließen des in die Masche eingekoppelten Wechselstroms I s durch den Hauptstrompfad 22 . Der Reihenschwingkreis ( Cr in Reihe zu Lr2 ) ist ein Saugkreis und unterstützt das Fließen des in die Masche 28 eingekoppelten Wechselstroms I s in den zweiten Strompfad 24 . Der zweite Strompfad 24 bildet eine Versorgungseinheit bzw . einen Versorgungskreis .

Der Parallelschwingkreis und der Reihenschwingkreis können dabei insbesondere dieselbe Resonanz frequenz aufweisen . Als Frequenz des eingekoppelten Wechselstroms I s kann dabei insbesondere diese Resonanz frequenz gewählt werden . Beispielsweise kann die Ausgangs frequenz des auf dem Bezugspotential 10 angeordneten Stromrichters 12 auf diese Resonanz frequenz eingestellt werden . Die Resonanz frequenz des beim Abschalten des Gleichstroms wirksamen Schwingkreises (Abschaltschwingkreis , der den Parallelschwingkreis und der Reihenschwingkreis aufweist ) und die Resonanz frequenz des zweiten Strompfads 24 ( d . h . des Energie-Versorgungskreises , der nur den Reihenschwingkreis aufweist ) sind nicht identisch . Vorzugsweise werden die beiden Resonanz frequenzen so gewählt , dass die beiden Resonanz frequenzen einen deutlichen Abstand zueinander besitzen, um eine unerwünschte gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden . Ansonsten funktioniert die Anordnung nach Figur 3 gleichartig wie die Anordnung nach Figur 2 .

Es wurde eine Anordnung mit einem Gleichstrom- Leistungsschalter und ein Verfahren zur Energieversorgung eines Gleichstrom-Leistungsschalters beschrieben . Dabei ist das induktive Bauelement Lr, das die induktive Komponente des die Abschaltung des Gleichstroms unterstützenden Schwingkreises bildet , im Hauptstrompfad angeordnet . Weiterhin sind vor und hinter dem Gleichstromschalter 4 Koppelkondensatoren Gl und C2 zwischen dem Potential des Gleichstrom-Leistungsschalters 4 und dem Bezugspotential angeordnet . Durch eine leistungselektronische Schaltung ( z . B . einen Stromrichter ) auf Bezugspotential 10 kann Wechselstrom in die ( durch den Gleichstrom-Leistungsschalter 4 , den ersten Kondensator Gl und den zweiten Kondensator C2 ) auf gespannte Leiterschlei fe inj i ziert werden . Dieser Wechselstrom kann auf dem Potenzial der Gleichstromleitung 18 nicht durch den Hauptstrompfad 22 fließen, da dieser Hauptstrompfad 22 entweder durch das geöf fnete mechanisches Schaltelement 19 unterbrochen oder durch die Impedanz des induktiven Bauelements Lr blockiert ist .

Zur Potentialtrennung zwischen dem Potential des Gleichstrom- Leistungsschalters 4 ( das im Wesentlichen dem Potential der Gleichstromleitung 18 entspricht ) und dem Bezugspotential 10 werden vorteilhafterweise mit dem ersten Kondensator Gl und dem zweiten Kondensator C2 rein passive Bauelemente verwendet . Im Unterschied zu einem Trans formator oder einem Impulsübertrager sind diese Kondensatoren Cl , C2 deutlich einfacher aufgebaut beziehungsweise ist die Isolationsbarriere unkompli zierter und/oder preiswerter zu realisieren .

Für die Potenzialtrennung innerhalb des Gleichstrom- Leistungsschalters sind keine zusätzlichen Komponenten erforderlich beziehungsweise es werden oftmals sowieso vorhandene Komponenten (wie beispielsweise das induktive Bauelement Lr ) genutzt .

Be zugs Zeichen : 1 Anordnung

4 Gleichstrom-Leistungsschalter

8 Energieeinkopplungs-Bauelement 10 Bezugspotential

12 Stromrichter

13 erster Gleichstromanschluss

16 zweiter Gleichstromanschluss

17 Schaltereinheit

18 Gleichstromleitung

19 mechanisches Schaltelement

22 Hauptstrompfad

24 zweiter Strompfad

25 elektrischer Energiespeicher

26 Gleichrichter

28 Masche

Gr kapazitives Bauelement

Cr2 zweites kapazitives Bauelement

Gl erster Kondensator

C2 zweiter Kondensator la Ansteuer-Wechselstrom

Ig Gleichstrom

Is eingekoppelter Wechselstrom

Lr induktives Bauelement

Lr2 zweites induktives Bauelement

MOV Überspannungsableiter

Dl , D2 , D3 , D4 Dioden

Sl , S2 , S3 , S4 Schaltelemente

TI , T2 , T3 , T4 Transistoren Us Energie spei eher- Spannung

Ul , U2 , U3 Spannungen

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung mit einem Gleichstrom-Leistungsschalter (4) , einem ersten elektrischen Kondensator (CI) , einem zweiten elektrischen Kondensator (C2) und einem Energieeinkopplungs- Bauelement (8) , wobei

- der Gleichstrom-Leistungsschalter (4) einen ersten Gleichstromanschluss (13) , einen zweiten Gleichstromanschluss (16) und ein mechanisches Schaltelement (19) aufweist,

- das mechanische Schaltelement (19) in seinem geöffneten Zustand den ersten Gleichstromanschluss (13) elektrisch von dem zweiten Gleichstromanschluss (16) trennt,

- der erste Kondensator (Gl) den ersten Gleichstromanschluss

(13) elektrisch mit einem Bezugspotential (10) verbindet,

- der zweite Kondensator (C2) den zweiten Gleichstromanschluss (16) elektrisch mit dem Bezugspotential (10) verbindet, und

- das Energieeinkopplungs-Bauelement (8) ausgestaltet ist zum Einkoppeln eines Wechselstroms (Is) in eine durch den Gleichstrom-Leistungsschalter (4) , den ersten Kondensator (Gl) und den zweiten Kondensator (C2) gebildete Masche (28) .

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Energieeinkopplungs-Bauelement (8) eine Wechselstromquelle oder eine Wechselspannungsquelle, insbesondere ein Transformator oder ein Übertrager, ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Energieeinkopplungs-Bauelement (8) im Wesentlichen auf dem Bezugspotential (10) angeordnet oder mit dem Bezugspotential (10) elektrisch verbunden ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Bezugspotential (10) das Erdpotential ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- das mechanische Schaltelement (19) eine Vakuumschaltröhre ist .

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- zwischen dem ersten Gleichstromanschluss (13) und dem zweiten Gleichstromanschluss (16) ein Hauptstrompfad (22) des Gleichstrom-Leistungsschalters (4) ausgebildet ist, und in dem Hauptstrompfad (22) ein induktives Bauelement (Lr) , insbesondere eine Luftdrossel, angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass

- elektrisch parallel zu dem Hauptstrompfad (22) ein zweiter Strompfad (24) geschaltet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass

- in dem zweiten Strompfad (24) ein kapazitives Bauelement (Gr) , insbesondere ein Kondensator, angeordnet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

- das kapazitive Bauelement (Gr) mit dem induktiven Bauelement (Lr) des Hauptstrompfads (22) einen Reihenschwingkreis bildet.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

- das induktive Bauelement (Lr) des Hauptstrompfads (22) Teil eines Parallelschwingkreises ist, der in dem Hauptstrompfad (22) angeordnet ist, und das kapazitive Bauelement (Gr) Teil eines Reihenschwingkreises ist, der in dem zweiten Strompfad (24) angeordnet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass

- der Reihenschwingkreis das kapazitive Bauelement (Cr) und ein zweites induktives Bauelement (Lr2) in einer Reihenschaltung aufweist.

12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass

- der Parallelschwingkreis das induktive Bauelement (Lr) und ein zweites kapazitives Bauelement (Cr2) aufweist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass

- in dem zweiten Strompfad (24) ein Gleichrichter (26) und ein elektrischer Energiespeicher (25) angeordnet sind.

14. Verfahren zur Energieversorgung eines Gleichstrom- Leistungsschalters (4) , wobei

- ein erster Kondensator (Gl) den ersten Gleichstromanschluss (13) elektrisch mit einem Bezugspotential (10) verbindet, und

- ein zweiter Kondensator (C2) den zweiten Gleichstromanschluss (16) elektrisch mit dem Bezugspotential (10) verbindet, wobei bei dem Verfahren

- mittels eines Energieeinkopplungs-Bauelements (8) ein Wechselstrom (Is) in eine durch den Gleichstrom-

Leistungsschalter (4) , den ersten Kondensator (Gl) und den zweiten Kondensator (C2) gebildete Masche (28) eingekoppelt wird,

- der Wechselstrom (Is) durch die Masche (28) zu dem Gleichstrom-Leistungsschalter (4) fließt, und

- der Wechselstrom (Is) beim Gleichstrom-Leistungsschalter (4) zur Energieversorgung von Komponenten des Gleichstrom- Leistungsschalters (4) verwendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass

- der Wechselstrom (Is) im Gleichstrom-Leistungsschalter (4) in einen zu einem Hauptstrompfad (22) elektrisch parallel geschalteten zweiten Strompfad (24) fließt,

- der Wechselstrom (Is) mittels eines in dem zweiten Strompfad (24) angeordneten Gleichrichters (26) gleichgerichtet wird, und - mittels des derart erzeugten Gleichstroms ein in dem zweiten Strompfad (24) angeordneter elektrischer Energiespeicher (25) aufgeladen wird.