RU2482565C2 - Разъединитель для гальванического прерывания постоянного тока - Google Patents

Разъединитель для гальванического прерывания постоянного тока Download PDF

Info

Publication number
RU2482565C2
RU2482565C2 RU2011134639/07A RU2011134639A RU2482565C2 RU 2482565 C2 RU2482565 C2 RU 2482565C2 RU 2011134639/07 A RU2011134639/07 A RU 2011134639/07A RU 2011134639 A RU2011134639 A RU 2011134639A RU 2482565 C2 RU2482565 C2 RU 2482565C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
semiconductor
electric arc
switching contact
electronics
time
Prior art date
Application number
RU2011134639/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011134639A (ru
Inventor
Михаэль НАУМАНН
Томас ЦИТЦЕЛЬШПЕРГЕР
Франк ГЕРДИНАНД
Original Assignee
Элленбергер Унд Поенсген Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Элленбергер Унд Поенсген Гмбх filed Critical Элленбергер Унд Поенсген Гмбх
Publication of RU2011134639A publication Critical patent/RU2011134639A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2482565C2 publication Critical patent/RU2482565C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H01H2009/544—Contacts shunted by static switch means the static switching means being an insulated gate bipolar transistor, e.g. IGBT, Darlington configuration of FET and bipolar transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H01H2009/546—Contacts shunted by static switch means the static switching means being triggered by the voltage over the mechanical switch contacts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к разъединительному устройству (1) для прерывания постоянного тока между источником (2) постоянного тока и электрическим устройством (3), в частности между фотогальваническим генератором и инвертором с токопроводящим механическим коммутирующим контактом (7а, 7b) и с полупроводниковой электроникой (8), включенной параллельно коммутирующему контакту (7а, 7b). Полупроводниковая электроника (8) при замкнутом коммутирующем контакте (7а, 7b) прекращает подачу тока, причем управляющий вход (15) полупроводниковой электроники (8) соединен с коммутирующим контактом (7а, 7b) таким образом, что при размыкающемся коммутирующем контакте (7а, 7b) напряжение (ULB) электрической дуги, генерируемое на коммутирующем контакте (7а, 7b) вследствие электрической дуги (LB), соединяет электропроводящим образом полупроводниковую электронику (8). Технический результат - использование энергии электрической дуги для работы полупроводниковой электроники, что исключает необходимость постоянного использования внешнего источника энергии. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к разделительному устройству для прерывания постоянного тока между источником постоянного тока и электрическим устройством с токопроводящим механическим коммутирующим контактом и полупроводниковой электроникой, включенной параллельно ему, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Подобное электрическое устройство известно, например, из документа DE 10 2005 040 432 A1.
При этом под источником постоянного тока понимается, в частности, фотогальванический генератор (солнечная энергетическая установка), а под электрическим устройством - прежде всего инвертор.
Из DE 20 2008 010 312 U1 известна фотогальваническая, или солнечная установка, с так называемым фотогальваническим генератором, который, в свою очередь, состоит из солнечных модулей, объединенных группами в составные генераторы, со своей стороны включенными последовательно или в параллельные ветви. В то время как составной генератор отдает свою мощность постоянного тока через два зажима, мощность постоянного тока всего фотогальванического генератора подается через инвертор в сеть переменного напряжения. Для сокращения расходов на монтаж кабельной проводки и потерь мощности между составными генераторами и центральным инвертором поблизости от генераторов устанавливаются так называемые клеммные коробки генераторов. Коммутируемая таким образом мощность постоянного тока по общему кабелю обычно подается на центральный инвертор.
Поскольку фотогальваническая установка по условиям системы, с одной стороны, постоянно подает рабочий ток и рабочее напряжение в диапазоне 180-1500 В (по постоянному току), а, с другой стороны, например, в целях инсталляции, монтажа или обслуживания, а также, в частности, для общей защиты персонала, желательно надежное отделение электрических компонентов или устройств от фотогальванической установки, действующей в качестве источника постоянного тока, соответствующий разделитель должен быть в состоянии осуществлять прерывание под нагрузкой, т.е. без предварительного отключения источника постоянного тока.
Для размыкания под нагрузкой может быть использован механический переключатель (коммутирующий контакт) с тем преимуществом, что при произведенном размыкании контакта происходит гальваническое отделение электрического устройства (инвертора) от источника постоянного тока (фотогальванической установки). Однако недостаток заключается в том, что такие механические коммутирующие контакты из-за возникающей при размыкании контактов электрической дуги очень быстро изнашиваются или необходимы дополнительные затраты на гашение и охлаждение электрической дуги обычно посредством соответствующего механического переключателя с дугогасительными камерами.
Если же для размыкания под нагрузкой используются мощные полупроводниковые переключатели, то даже в нормальном режиме в полупроводниках имеют место неизбежные потери мощности. Кроме того, такие силовые полупроводниковые приборы не обеспечивают гальванического разделения и тем самым надежной защиты персонала.
Из DE 102 25 259 B3 известен электрический штепсельный разъем, выполненный в качестве силового разъединителя, который на манер гибридного переключателя содержит полупроводниковый коммутирующий элемент в виде, например, тиристора, в корпусе инвертора, а также главные и вспомогательные контакты, соединенные с фотогальваническими модулями. Опережающий в процессе выключения главный контакт подключен параллельно отстающему вспомогательному контакту, включенному последовательно с полупроводниковым коммутирующим элементом. При этом полупроводниковый коммутирующий элемент настраивается на предотвращение или гашение электрической дуги, для чего он периодически включается и выключается.
Из DE 103 15 982 А2 для прерывания постоянного тока сам по себе известен гибридный электромагнитный выключатель постоянного тока с главным контактом электромагнитного действия и с биполярным транзистором с изолированным затвором (IGBT - insulated gate bipolar transistor) в качестве полупроводникового переключателя.
Однако известные гибридные переключатели для управления полупроводниковым переключателем и обслуживания полупроводниковой электроники, в которой используется полупроводниковый переключатель, постоянно содержат внешний источник энергии.
В основу изобретения положена задача создания особенно удобного разделительного устройства, предназначенного для прерывания постоянного тока между источником постоянного тока, в частности, фотогальваническим генератором, и электрическим устройством, в частности, инвертором.
Эта задача согласно изобретению решается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения. Для этого разъединитель соответствующим образом содержит механический коммутирующий контакт, рассчитанный на кратковременную электрическую дугу, т.е. на время горения электрической дуги менее 1 мкс, предпочтительно, меньшую или равную 500 мкс. Параллельно механическому коммутирующему контакту (переключателю или разъединительному элементу) включена полупроводниковая электроника, содержащая первый полупроводниковый переключатель, предпочтительно, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), и второй полупроводниковый переключатель, предпочтительно, полевой МОП-транзистор (MOSFET).
Полупроводниковая электроника разъединителя согласно изобретению не содержит никакого дополнительного источника энергии и поэтому при замкнутом механическом переключателе прекращает подачу тока, т.е. становится высокоомной и таким образом практически обесточенной, и без напряжения. Поскольку при замкнутых механических коммутирующих контактах через полупроводниковую электронику ток не протекает и потому, в частности, на данном полупроводниковом переключателе, или на каждом полупроводниковом переключателе, не происходит никакого падения напряжения, то полупроводниковая схема при замкнутом механическом переключателе не имеет также никаких потерь мощности. Более того, полупроводниковая электроника получает энергию, необходимую для своей работы, от разделительного устройства, т.е. от самой системы разъединителя. Для этого привлекается и используется энергия электрической дуги, возникающей при размыкании механического переключателя. При этом управляющий вход полупроводниковой электроники, или полупроводникового переключателя, соединяется с механическим коммутирующим контактом таким образом, чтобы при разомкнутом переключателе напряжение электрической дуги на переключателе, или на его коммутирующих контактах, и на параллельной им полупроводниковой электронике вследствие электрической дуги включать полупроводниковую электронику токопроводящим, т.е. низкоомным и тем самым токоведущим образом.
Как только полупроводниковая электроника уже в какой-то мере включена токопроводящим образом, ток электрической дуги от механического переключателя начинает переключаться на полупроводниковую электронику. При этом соответствующие напряжение и ток в электрической дуге заряжают накопитель энергии, предпочтительно, в виде конденсатора, который целенаправленно разряжается, генерируя управляющее напряжение для бездугового отключения полупроводниковой электроники. Заданное время, или постоянная времени, а тем самым продолжительность зарядки накопителя энергии, или, соответственно, конденсатора, определяет продолжительность горения электрической дуги.
Предпочтительно, вслед за процессом зарядки включается реле времени, в течение которого полупроводниковая электроника управляется без электрической дуги прекращения подачи тока. При этом время реле времени установлено на надежные гашение и охлаждение электрической дуги, или плазмы.
При этом изобретение исходит из того соображения, что для действительно бесконтактного и надежного прерывания постоянного тока в случае использования полупроводниковой электроники без собственного вспомогательного источника энергии может быть использовано гибридное разделительное устройство, выполненное в виде чистого двухполюсника. Это, в свою очередь, известным образом может быть достигнуто за счет использования для работы электроники энергии электрической дуги, генерируемой при размыкании механического переключателя, включенного параллельно электронике. Для этого электроника могла бы иметь накопитель энергии, аккумулирующий, по меньшей мере, часть энергии электрической дуги, которая затем использовалась бы электроникой в течение определенного времени работы, которое должно быть рассчитано на надежное гашение электрической дуги.
Конденсатор, целесообразным образом предусмотренный в качестве накопителя энергии, согласно предпочтительному варианту выполнения в сочетании с омическим сопротивлением определяет время зарядки или постоянную времени зарядки накопителя энергии. Продолжительность зарядки накопителя энергии и тем самым продолжительность горения электрической дуги установлена, предпочтительно, меньше, чем на 1 мс, целесообразным образом, на величину, меньшую или равную 0,5 мс. Это время, с одной стороны, достаточно мало, чтобы гарантированно избежать нежелательного обгорания коммутирующих контактов механического переключателя. С другой стороны, это время достаточно велико, чтобы гарантировать самообеспечение полупроводниковой электроники на последующее время, определяемое посредством реле времени, в течение которого происходит настройка электроники из низкоомного состояния коммутации в высокоомное (исходное) состояние отключения. По истечении времени задержки гарантировано, что погасшая электрическая дуга даже при высокоомном подключении электроники не сможет возникнуть снова. Тем самым уже достигнуты надежное разъединение и прерывание постоянного тока.
В качестве дополнительного предохранительного элемента для надежного гальванического прерывания и разъединения надлежащим образом предусмотрен дополнительный механический разъединитель, последовательно включенный с параллельной схемой из механического переключателя и полупроводниковой электроники.
В особенно предпочтительном варианте выполнения полупроводниковая электроника в дополнение к силовому выключателю или полупроводниковому переключателю, предпочтительно, выполненному в виде биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), содержит другой силовой выключатель или полупроводниковый переключатель, выполненный в виде полевого МОП-транзистора (MOSFET - metal oxyd semiconductor field-effect transistor). При этом биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), управляемый практически без потребления мощности и имеющий хорошую характеристику пропускания при высоком обратном напряжении, надлежащим образом последовательно включен с другим полупроводниковым переключателем (MOSFET) по каскодной схеме. Тем самым полупроводниковые переключатели образуют коммутирующую цепь, параллельную главной цепи тока, образованной механическим переключателем. На коммутирующей цепи с размыканием механического переключателя и в результате регулировки данного полупроводникового переключателя, или каждого полупроводникового переключателя, во все большей степени коммутирует дуговой ток. Напряжение электрической дуги, падающее во время коммутации на гибридном разъединителе и тем самым на полупроводниковой электронике, составляет примерно 15-30 В.
Сначала первый полупроводниковый переключатель (IGBT) проводит таким образом, что между обоими полупроводниковыми переключателями - т.е. как бы на каскодном отводе от средней точки - снимается напряжение величиной, например, 12 В (постоянного тока), достаточное для зарядки накопителя энергии.
Это напряжение используется для зарядки накопителя энергии, а его накопленная энергия, в свою очередь, для управления полупроводниковыми переключателями в рамках полупроводниковой электроники с тем, чтобы снова полностью отключить оба коммутационных полупроводниковых переключателя, т.е. чтобы управлять с прекращением подачи тока. Затем главная цепь тока гальванически размыкается, а параллельная ей коммутирующая цепь становится высокоомной, вследствие чего на гибридном разъединителе возникает (устойчивое) высокое постоянное напряжение, например свыше 1000 В (постоянного тока), генерируемое источником постоянного тока. Поэтому с помощью задержки времени необходимо обеспечить не только гашение электрической дуги, но и охлаждение возникающей при этом плазмы.
Путем размыкания механического разъединителя, последовательно соединенного с этим автаркическим гибридным переключателем, достигается полное гальваническое прерывание постоянного тока.
Преимущества, достигнутые с помощью изобретения, заключаются, в частности, в том, что благодаря использованию автаркического гибридного разделителя, полупроводниковая электроника которого отбирает энергию для собственного питания напряжением из электрической дуги, возникающей при размыкании механического переключателя, для снабжения электроники не требуется никакого внешнего источника энергии или дополнительной вспомогательной энергии. Полупроводниковая электроника выполнена, предпочтительно, в виде двухполюсника и при замкнутом механическом переключателе является высокоомной, так что в нормальном нагрузочном режиме на гибридном разъединительном устройстве согласно изобретению практически не происходит никаких потерь мощности.
Разделительное устройство согласно изобретению, предпочтительно, предусмотрено для соответствующего прерывания постоянного тока в диапазоне постоянного напряжения даже до 1500 В (постоянного тока). Поэтому при предпочтительном использовании дополнительного механического разъединителя это автаркическое гибридное разделительное устройство особенно удобно для надежного и бесконтактного гальванического прерывания постоянного тока как между фотогальванической установкой и соединенном с ней инвертором, так и в сочетании, например, с установкой на базе топливных элементов или с аккумулятором (батареей).
Ниже примеры выполнения изобретения более подробно поясняются со ссылкой на чертежи, на которых
фиг.1 изображает блок-схему разделительного устройства согласно изобретению с автаркическим гибридным разъединителем между фотогальваническим генератором и инвертором,
фиг.2 - сравнительно подробную схему разделительного устройства с двумя полупроводниковыми переключателями в каскодной схеме, а также с конденсаторами в качестве накопителей энергии и
фиг.3 - на графике зависимости ток/напряжение-время результирующую временную характеристику тока и напряжения на переключателе во время и после погашения электрической дуги.
Элементы, соответствующие друг другу, на обеих фигурах обозначены одинаковыми позициями.
На фиг.1 схематично изображено разделительное устройство 1, включенное в примере выполнения между фотогальваническим генератором 2 и инвертором 3. Фотогальванический генератор 2 содержит несколько солнечных модулей 4, параллельно друг другу подключенных к общей клеммной коробке 5 генератора, действующего как бы в качестве точки сбора энергии.
Разделительное устройство 1 содержит в главной цепи 6 тока, представляющей собой положительной полюс, коммутирующий контакт 7, именуемый в последующем механическим переключателем, а также параллельно подключенную к нему полупроводниковую электронику 8. Механический переключатель 7 и полупроводниковая электроника 8 образуют автаркический гибридный разъединитель. В представляющий собой отрицательный полюс обратный провод 9 разделительного устройства 1 и тем самым всей системы может быть включен не показанный более подробным образом дополнительный гибридный разъединитель 7, 8.
Для полного гальванического разделения или прерывания постоянного тока между фотогальваническим генератором 2 и инвертором 3 как в представляющий собой положительный полюс прямой провод (главную цепь тока) 6, так и в обратный провод 9, могут быть расположены механически соединенные между собой коммутирующие контакты другого механического разделительного элемента 10.
Полупроводниковая электроника 8 содержит по существу полупроводниковый переключатель 11, включенный параллельно механическому переключателю 7, а также схему 12 управления с накопителем 13 энергии и с реле 14 времени. Схема 12 управления, предпочтительно, через сопротивление или ряд R сопротивлений (фиг.2), соединена с главной цепью 6 тока. Затвор биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), выполненный предпочтительно в качестве полупроводникового переключателя 11, образует управляющий вход 15 полупроводниковой схемы 8. Этот управляющий вход 15 через управляющую схему 12 подсоединен к главной цепи 6 тока.
На фиг.2 изображена сравнительно подробная схема электроники 8 автаркического гибридного разделительного устройства, включенной параллельно механическому переключателю 7. Очевидно, что первый полупроводниковый переключатель (IGBT) 11а по каскодной схеме последовательно соединен со вторым полупроводниковым переключателем 11b в виде MOSFET. Таким образом, каскодная схема с обоими полупроводниковыми переключателями 11а, 11b по аналогии с фиг.1 образует коммутирующую цепь 16, включенную параллельно механическому переключателю 7 и тем самым главной цепи 6 тока.
На схеме разделительного устройства, показанной на фиг.1, а также на каскодной схеме, изображенной на фиг.2, первый полупроводниковый переключатель 11а подсоединен к главной цепи 6 тока между источником 2 постоянного тока и гибридным разъединителем 7, 8. Там потенциал U+ всегда выше потенциала U- на противоположной стороне переключателя, на которой к главной цепи 6 тока подсоединен второй полупроводниковый переключатель (MOSFET) 11b. Положительный потенциал U+ при замкнутом механическом переключателе 7 равен 0 В.
Первый полупроводниковый переключатель (IGBT) 11а шунтирован безынерционным диодом D2. Первый полупроводниковый стабилитрон D3 со стороны анода соединен против потенциала U-, а со стороны катода - с затвором (управляющим входом 15) первого полупроводникового переключателя (IGBT) 11а. Другой полупроводниковый стабилитрон D4 со стороны катода опять же соединен с затвором (управляющим входом 15), а со стороны анода - с эмиттером первого полупроводникового переключателя (IGBT) 11а.
К отводу от средней точки, или к каскодному отводу 17 между первым и вторым полупроводниковыми переключателями 11а, или соответственно 11b каскодной схемы со стороны анода подсоединен диод D1, подключенный со стороны катода через конденсатор С, служащий накопителем 13 энергии, к потенциалу U-. Накопитель 13 энергии могут образовывать также несколько конденсаторов С. Через отвод 18 напряжения со стороны анода между диодом D1 и накопителем 13 энергии, или конденсатором С, транзистор Т1, шунтированный омическими сопротивлениями R1 и R2, посредством других сопротивлений R3 и R4 соединен с затвором второго полупроводникового переключателя (MOSFET) 15, в свою очередь, подключенным к управляющему входу 15 полупроводниковой электроники 8. Другой полупроводниковый стабилитрон D5, с параллельным сопротивлением R5, со стороны катода соединен с затвором, а со стороны анода - с эмиттером второго полупроводникового переключателя (MOSFET) 11b.
Со стороны базы транзистор Т1 управляется через транзистор Т2, со своей стороны соединенный по базе через омическое сопротивление R6 с реле 14 времени, выполненным, например, в виде ждущего мультивибратора. Кроме того, со стороны база-эмиттер транзистор Т2 шунтирован другим сопротивлением R7.
На фиг.3 в виде графика зависимости ток/напряжение-время изображена временная характеристика напряжения U переключения и тока I переключения гибридного разъединителя 7, 8 до размыкания контактов механического переключателя 7 в момент tK времени и во время tLB горения электрической дуги LB на переключателе 7, или между контактами 7а, 7b (фиг.2) переключателя, а также в течение времени tZG, определенного, заданного или установленного с помощью реле 14 времени. При замкнутом механическом переключателе 7 главная цепь 6 тока является низкоомной, в то время как параллельная ей коммутирующая цепь 16 гибридного разъединителя 7, 8 является высокоомной и тем самым прекращает подачу тока.
Характеристика тока, изображенная в левой половине фиг.3, представляет собой ток I, протекающий исключительно через механический переключатель 7 до момента tK времени размыкания контактов 7а и 7b переключателя. Размыкание механического переключателя 7 происходило еще в более подробно не специфицированный момент времени до момента tK времени размыкания контактов. Напряжение U на переключателе, показанное в левой нижней половине фиг.3, по времени до момента tK времени размыкания контактов практически равно 0 В, а с размыканием контактов 7а и 7b механического переключателя 7 в момент tK времени скачкообразно возрастает до характерной для электрической дуги LB величины типичного напряжения ULB электрической дуги, например, от 20 до 30 В. Таким образом, при размыкании механического переключателя 7 положительный потенциал U+ устанавливается по отношению к напряжению ULB электрической дуги на уровне ≈ 30 В.
Во время (горения электрической дуги) tLB, следующее за моментом tK времени размыкания контактов, уже начинается переключение тока I переключения, по существу соответствующего дуговому току, с главной цепи 6 на коммутирующую цепь 16.
За время tLB дуговой ток I практически разделяется между главной цепью 6 тока, т.е. через механический переключатель 7, и коммутирующей цепью 16, т.е. через полупроводниковую электронику 8. За это время tLB горения электрической дуги накопитель 13 энергии заряжается. При этом время tLB устанавливается таким образом, чтобы, с одной стороны, было достаточно энергии для надежного управления полупроводниковой электроникой 8, в частности, для ее отключения в период tZG времени вслед за периодом tLB времени, представляющим собой время горения электрической дуги. С другой стороны, время tLB достаточно мало, так что нежелательные обгорание или износ контактов переключателя 7, т.е. контактов 7а, 7b переключателя, исключены.
С возникновением электрической дуги LB и тем самым при появлении напряжения ULB на электрической дуге первый полупроводниковый переключатель (IGBT) 11а размыкается через сопротивление R (фиг.2) по меньшей мере настолько, чтобы предоставить достаточное зарядное напряжение и достаточный дуговой, или зарядный, ток для конденсаторов С и тем самым для накопителя 13 энергии. Предпочтительно, для этого путем соответствующего шунтирования первого полупроводникового переключателя (IGBT) 11а с помощью сопротивления R и полупроводникового стабилитрона D3 создается контур регулирования электроники 8, с помощью которого на каскодном отводе 17 устанавливается, например, напряжение UAb=12 В (постоянного тока). При этом через первый полупроводниковый переключатель (IGBT) 11а с положительным потенциалом, близким U+, протекает небольшая часть дугового тока и тем самым тока I переключения гибридного разъединителя 7, 8.
Напряжение UAb на отводе служит для питания схемы 12 управления электроникой 8, образованной по существу транзисторами Т1 и Т2, а также реле 14 времени и накопителем 13 энергии. Диод D1, соединенный со стороны анода с каскодным отводом 17, а со стороны катода с конденсатором С, препятствует обратному протеканию зарядного тока из конденсаторов С по коммутирующей цепи 16 в направлении потенциала U.
Если в конденсаторе С и тем самым в накопителе 13 энергии содержится достаточно энергии и вследствие этого управляющего, или переключающего, напряжения USp на отводе 18 напряжения достаточно, то транзистор Т1 и, следовательно, транзистор Т2 открываются, так что оба полупроводниковых переключателя 11а, 11b также полностью размыкаются. Дуговой, или ток I переключения протекает практически исключительно по коммутирующей цепи 16 вследствие того, что по сравнению с очень высоким сопротивлением образованного разомкнутым переключателем 7 разрыва главной цепи 6 тока, сопротивление теперь разомкнутых полупроводниковых переключателей 11а, 11b существенно меньше. Таким образом, положительный потенциал U+, если ток I переключения переключается на электронику 8, снова стремится к 0 В. Вследствие этого электрическая дуга LB между контактами 7а, 7b механического переключателя 7 гаснет.
Зарядная емкость и тем самым содержащаяся в конденсаторе С аккумулированная энергия рассчитаны таким образом, чтобы полупроводниковая электроника 8 проводила ток I переключения в течение времени tZG, заданного посредством реле 14 времени. Это время tZG может быть установлено, например, на tZG=3 мс. Расчет времени tZG и тем самым установка реле 14 времени по существу определяются специализированным или типичным временем для полного гашения электрической дуги LB, а также достаточным охлаждением образовавшейся при этом плазмы. При этом существенным мерилом является то, чтобы после отключения электроники 8 при коммутирующей цепи 16, являющейся на основании этого вновь высокоомной, и, следовательно, при прекращающей подачу тока полупроводниковой электронике 8 на по-прежнему разомкнутом механическом переключателе 7, или между его контактами 7а, 7b, не может возникнуть новая электрическая дуга LB.
По истечении времени tZG, установленного посредством реле 14 времени, ток I переключения практически падает до нуля (I=0 А), в то время как напряжение на переключателе одновременно возрастает до рабочего напряжения UВ, подаваемого источником 2 постоянного тока, например до 1000-1500 В (постоянного тока). Таким образом, если коммутирующая цепь 16 в результате прекращает подачу тока полупроводниковых переключателей 11 является высокоомной, а электроника 8 тем самым снова прекращает подачу тока, то положительный потенциал U+ стремится к этому рабочему напряжению UВ≈1000 В.
Поскольку в этот момент времени главная цепь 6 тока при одновременно высокоомной коммутирующей цепи 16 является гальванически разомкнутой, бездуговое прерывание постоянного тока между источником 2 постоянного тока и электрическим устройством 3 уже установлено. В результате связь между источником 2 постоянного тока и приведенным, например, в качестве электрического устройства инвертором 3 уже надежно прервана. Затем для обеспечения бесконтактного гальванического прерывания без нагрузки и без дуги может быть также дополнительно разомкнут механический разделительный элемент 10 разъединителя 1.
Перечень позиций
1 разделительное устройство
2 источник постоянного тока
3 инвертор
4 солнечный модуль
5 клеммная коробка генератора
6 главная цепь тока
7 коммутирующий контакт/переключатель
7а,7b контакт
8 полупроводниковая электроника
9 обратный провод
10 разделительный элемент
11а первый полупроводниковый переключатель
11b второй полупроводниковый переключатель
12 схема управления
13 накопитель энергии
14 реле времени
15 управляющий вход
16 коммутирующая цепь
17 каскодный отвод/отвод от средней точки
18 Отвод напряжения
I ток в переключателе
tK момент времени размыкания контакта
tLB время горения дуги
tZG время реле времени
U напряжение на переключателе
UB рабочее напряжение
ULB напряжение электрической дуги

Claims (7)

1. Разделительное устройство (1) для прерывания постоянного тока между источником (2) постоянного тока и электрическим устройством (3), в частности, между фотогальваническим генератором и инвертором, с токопроводящим механическим коммутирующим контактом (7) и полупроводниковой электроникой (8), включенной параллельно ему, которая при замкнутом коммутирующем контакте (7) прекращает подачу тока, причем при включенной токопроводящей полупроводниковой электронике (8) дуговой ток (LB) переключается с коммутирующего контакта (7) на полупроводниковую электронику (8), отличающееся тем, что
- полупроводниковая электроника (8) содержит первый полупроводниковый переключатель (11а) и второй полупроводниковый переключатель (11b), последовательно соединенный с первым,
- управляющий вход (15) полупроводниковой электроники (8) соединен с коммутирующим контактом (7) таким образом, что при размыкающемся коммутирующем контакте (7) напряжение электрической дуги (ULB), генерируемое на коммутирующем контакте (7) вследствие электрической дуги (LB), соединяет электропроводящим образом полупроводниковую электронику (8), причем полупроводниковая электроника (8) содержит накопитель (13) энергии, заряжающийся вследствие электрической дуги (LB) за время (tLB) горения электрической дуги, а
- по истечении времени (tLB) зарядки накопителя (13) энергии для бездугового отключения полупроводниковой электроники (8) включается реле (14) времени.
2. Разделительное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что по истечении времени (tLB) зарядки накопителя (13) энергии ток (I) переключения вследствие электрической дуги (LB) полностью переключается на полупроводниковую электронику (8).
3. Разделительное устройство (1) по п.1 или 2, отличающееся тем, что время (tLB) горения электрической дуги определено временем зарядки или зарядной емкостью накопителя (13) энергии.
4. Разделительное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковая электроника (8) содержит биполярный транзистор (IGBT) с изолированным затвором и полевой МОП-транзистор (MOSFET), последовательно соединенный с ним.
5. Разделительное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что для зарядки накопителя (13) энергии напряжение (ULB) электрической дуги снимается между первым полупроводниковым переключателем (11а) и вторым полупроводниковым переключателем (11b).
6. Разделительное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что первый полупроводниковый переключатель (11а) имеет управляющий вход, подсоединенный через омическое сопротивление (R) к положительному при разомкнутом коммутирующем контакте (7) потенциалу напряжения источника (2) постоянного тока.
7. Разделительное устройство (1) по п.1, отличающееся механическим разъединительным элементом (10) для гальванического прерывания постоянного тока, последовательно включенным с параллельной схемой из механического коммутирующего контакта (7) и полупроводниковой электроники (8).
RU2011134639/07A 2009-03-25 2010-02-02 Разъединитель для гальванического прерывания постоянного тока RU2482565C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202009004198U DE202009004198U1 (de) 2009-03-25 2009-03-25 Trennschalter zur galvanischen Gleichstromunterbrechung
DE202009004198.0 2009-03-25
PCT/EP2010/000607 WO2010108565A1 (de) 2009-03-25 2010-02-02 Trennschalter zur galvanischen gleichstromunterbrechung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011134639A RU2011134639A (ru) 2013-04-27
RU2482565C2 true RU2482565C2 (ru) 2013-05-20

Family

ID=42244204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011134639/07A RU2482565C2 (ru) 2009-03-25 2010-02-02 Разъединитель для гальванического прерывания постоянного тока

Country Status (19)

Country Link
US (1) US8742828B2 (ru)
EP (1) EP2411990B1 (ru)
JP (1) JP5469236B2 (ru)
KR (1) KR101420831B1 (ru)
CN (1) CN102349124B (ru)
AU (1) AU2010227893B2 (ru)
BR (1) BRPI1012338A2 (ru)
CA (1) CA2752895C (ru)
DE (1) DE202009004198U1 (ru)
ES (1) ES2401777T3 (ru)
HR (1) HRP20130321T1 (ru)
IL (1) IL213866A (ru)
PL (1) PL2411990T3 (ru)
PT (1) PT2411990E (ru)
RU (1) RU2482565C2 (ru)
SG (1) SG174124A1 (ru)
TN (1) TN2011000306A1 (ru)
WO (1) WO2010108565A1 (ru)
ZA (1) ZA201103651B (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703190C1 (ru) * 2016-03-17 2019-10-15 Сименс Акциенгезелльшафт Выключатель постоянного напряжения
RU2776416C1 (ru) * 2021-10-29 2022-07-19 Акционерное общество "Ижевский радиозавод" Ключ постоянного тока

Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT510502B1 (de) * 2010-09-30 2015-08-15 Fronius Int Gmbh Wechselrichter und verfahren zur trennung von photovoltaikmodulen von einem wechselrichter
AT510512B1 (de) * 2010-09-30 2015-08-15 Fronius Int Gmbh Wechselrichter
DE102011016056A1 (de) * 2011-04-05 2012-10-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Hybrides Schaltelement, Schaltungsanordnung und Verfahren zur Steuerung eines hybriden Schaltelements einer Schaltungsanordnung
DE102011078034A1 (de) * 2011-06-24 2012-12-27 Siemens Ag Schaltvorrichtung
FR2977738B1 (fr) * 2011-07-04 2015-01-16 Mersen France Sb Sas Systeme d'interruption de courant continu apte a ouvrir une ligne de courant continu a comportement inductif
DE102011109920B4 (de) * 2011-08-10 2021-10-07 Ellenberger & Poensgen Gmbh Mechatronisches Mehrfachstecksystem
DE102011053524B4 (de) * 2011-09-12 2015-05-28 Sma Solar Technology Ag Sicherheitseinrichtung für eine Photovoltaikanlage und Verfahren zum Betreiben einer Sicherheitseinrichtung für eine Photovoltaikanlage
WO2013091689A1 (de) * 2011-12-21 2013-06-27 Siemens Aktiengesellschaft Trennvorrichtung zur gleichstromunterbrechung zwischen einem photovoltaikgenerator und einer elektrischen einrichtung sowie photovoltaikanlage mit einer derartigen trennvorrichtung
WO2013131580A1 (de) * 2012-03-09 2013-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum zuschalten eines gleichspannungsnetzabschnitts mittels eines gleichspannungsschalters
DE102012008614A1 (de) * 2012-04-27 2013-10-31 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektrischer Steckverbinder zum sicheren Trennen von elektrischen Strömen unter elektrischer Gleichspannung in Stromnetzen mit bidirektionalem Stromfluss
DE102012106505A1 (de) 2012-07-18 2014-01-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Freischalteinrichtung für einen eine Gleichspannung erzeugenden Photovoltaik-Strang
DE202012007257U1 (de) 2012-07-26 2013-10-28 Ellenberger & Poensgen Gmbh Vorrichtung zum sicheren Schalten einer Photovoltaikanlage
EP2701255B1 (en) 2012-08-23 2016-05-04 General Electric Technology GmbH Circuit interruption device
EP2701254B1 (en) 2012-08-23 2020-04-08 General Electric Technology GmbH Circuit interruption device
DE102012024728A1 (de) * 2012-12-18 2014-07-03 Ellenberger & Poensgen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer elektrischen Anlage auf einen Rückstrom
US20140217832A1 (en) * 2013-02-06 2014-08-07 Astec International Limited Disconnect switches in dc power systems
GB2510871B (en) 2013-02-15 2016-03-09 Control Tech Ltd Electrical protection device and method
US9054530B2 (en) 2013-04-25 2015-06-09 General Atomics Pulsed interrupter and method of operation
DE102013110240B4 (de) 2013-09-17 2017-09-07 Sma Solar Technology Ag Schaltungsanordnung für einen Photovoltaikwechselrichter zur Ausschaltentlastung mit Kurzschlussschaltern und Verwendungen der Schaltungsanordnung
DE102013114259A1 (de) 2013-12-17 2015-06-18 Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg Schaltvorrichtung zum Führen und Trennen von elektrischen Strömen
CN104409256B (zh) * 2014-03-07 2016-08-17 广州市金矢电子有限公司 电流反馈式电子灭弧装置
DE102014008706A1 (de) * 2014-06-18 2015-12-24 Ellenberger & Poensgen Gmbh Trennschalter zur Gleichstromunterbrechung
JP6299507B2 (ja) * 2014-07-29 2018-03-28 オムロン株式会社 太陽光発電システムの保護装置および太陽光発電システムの保護方法
DK3200213T3 (da) 2014-09-26 2020-08-24 Mitsubishi Electric Corp Jævnstrømsafbryder
PT3210226T (pt) 2014-10-24 2019-07-25 Ellenberger & Poensgen Disjuntor para interrupção de corrente contínua galvânica
US10014680B2 (en) * 2014-12-09 2018-07-03 Electronic Systems Protection, Inc. Overvoltage notching of electricity delivered to an electrical load
EP3038226B1 (en) * 2014-12-26 2022-08-03 Fico Triad, S.A. System and method for supplying electric power
CN104637723B (zh) * 2015-02-06 2018-12-28 孙毅彪 无电弧型智能桥式高压断路器
CN104616926B (zh) * 2015-02-06 2018-06-26 孙毅彪 无电弧型串联智能桥式高压断路器
DE102015001945A1 (de) 2015-02-16 2016-08-18 Ellenberger & Poensgen Gmbh Schutzschalter und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102015212802A1 (de) * 2015-07-08 2017-01-12 Ellenberger & Poensgen Gmbh Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung
DE102015011990A1 (de) 2015-09-14 2017-03-16 Christian Sodtke Automatisch auslösende und wieder einschaltende elektrische Freischalteinrichtung
CN105304413B (zh) * 2015-11-06 2017-11-21 沈红 消除直流器件触头电弧的方法及其装置和应用
DE102016106415A1 (de) * 2016-04-07 2017-10-12 Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg Schaltvorrichtung zum Führen und Trennen von elektrischen Strömen
DE112017003475A5 (de) 2016-09-12 2019-03-28 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Photovoltaik-Anlage, Schutzschaltung und Verfahren zum selbständigen Abschalten eines Photovoltaik-Strangs
DE102016123283A1 (de) 2016-12-01 2018-06-07 Innofas Gmbh Vorrichtung zum Trennen eines Bordnetzes von einer Energiequelle
EP3330992B1 (en) * 2016-12-05 2019-11-20 ABB Schweiz AG Electrical dc switching system
EP3848656A1 (en) 2017-02-10 2021-07-14 ABB Schweiz AG Furnace assembly for a metal-making process
DE102017204044A1 (de) 2017-02-14 2018-08-16 Ellenberger & Poensgen Gmbh Verfahren und Spannungsvervielfacher zur Wandlung einer Eingangsspannung sowie Trennschaltung
FR3067165A1 (fr) * 2017-05-30 2018-12-07 Leach International Europe Systeme d'hybridation pour courant continu haute tension
DE102017122218A1 (de) * 2017-09-26 2019-03-28 Eaton Industries (Austria) Gmbh Niederspannungs-Schutzschaltgerät
DE102017127886A1 (de) * 2017-11-24 2019-05-29 Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg Schaltvorrichtung zum Führen und Trennen von elektrischen Strömen und Schaltgerät mit einer derartigen Schaltvorrichtung
US10629391B2 (en) 2017-12-21 2020-04-21 Eaton Intelligent Power Limited Fusible safety disconnect in solid state circuit breakers and combination motor starters
DE102018203636B3 (de) 2018-03-09 2019-07-04 Ellenberger & Poensgen Gmbh Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung eines Strompfads, und Bordnetz eines Kraftfahrzeugs
US11127552B2 (en) 2019-04-05 2021-09-21 Eaton Intelligent Power Limited Hybrid switch assembly and circuit interrupter including the same
DE102019213604A1 (de) 2019-09-06 2021-03-11 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät, Schutzschaltsystem und Verfahren
CN111029184B (zh) * 2019-12-16 2022-03-08 广东瑞德智能科技股份有限公司 一种开关装置及具有该开关装置的烘烤装置、家用电器
DE102020208401A1 (de) 2020-07-03 2022-01-05 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Absicherung insbesondere sicherheitsrelevanter Verbraucher in einem Kraftfahrzeug
FR3116391B1 (fr) * 2020-11-18 2022-12-16 Hager Electro Sas Appareillage de protection à coupure électronique
DE102020216409B4 (de) * 2020-12-21 2022-08-25 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
DE102021113589A1 (de) 2021-05-26 2022-12-01 Lisa Dräxlmaier GmbH Elektronischer stromverteiler
US20240047151A1 (en) * 2022-08-02 2024-02-08 Rockwell Automation Technologies, Inc. Hybrid circuit breaker system with integrated galvanic isolating switch
CN115967346B (zh) * 2023-01-13 2024-04-09 合肥仙湖半导体科技有限公司 一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路
DE102023203234B3 (de) 2023-04-06 2024-03-28 Ellenberger & Poensgen Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Hybridschalters sowie ein entsprechender Hybridschalter
DE102023203236B3 (de) 2023-04-06 2024-05-23 Ellenberger & Poensgen Gmbh Ansteuerschaltung für einen Hybridschalter und Hybridschalter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4317965A1 (de) * 1993-05-28 1994-12-01 Siemens Ag Hybrider Leistungsschalter
WO2002071429A1 (de) * 2001-03-01 2002-09-12 Tyco Electronics Amp Gmbh Elektrische schaltung zur vermeidung eines lichtbogens über einem elektrischen kontakt
DE102005040432A1 (de) * 2005-08-25 2007-03-01 Rwth Aachen Strombegrenzender Schalter
EP1881511A1 (en) * 2006-07-20 2008-01-23 Ansaldo Ricerche S.p.A. Hybrid switch

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS519246A (ja) * 1974-07-15 1976-01-24 Tokyo Shibaura Electric Co Chokuryushadansochi
JPS5293808A (en) 1976-02-02 1977-08-06 Hitachi Ltd Steam turbine controller
JP3441813B2 (ja) * 1994-10-05 2003-09-02 アルプス電気株式会社 機械式スイッチの接点間アークの消去装置
KR100434153B1 (ko) * 2002-04-12 2004-06-04 엘지산전 주식회사 하이브리드 직류 전자 접촉기
DE10225259B3 (de) 2002-06-07 2004-01-22 Sma Regelsysteme Gmbh Elektrischer Steckverbinder
DE202008010312U1 (de) 2008-07-31 2008-10-02 Phoenix Solar Ag Photovoltaische Anlage und Generatoranschlusskasten in einer photovoltaischen Anlage
US7646178B1 (en) * 2009-05-08 2010-01-12 Fradella Richard B Broad-speed-range generator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4317965A1 (de) * 1993-05-28 1994-12-01 Siemens Ag Hybrider Leistungsschalter
WO2002071429A1 (de) * 2001-03-01 2002-09-12 Tyco Electronics Amp Gmbh Elektrische schaltung zur vermeidung eines lichtbogens über einem elektrischen kontakt
DE102005040432A1 (de) * 2005-08-25 2007-03-01 Rwth Aachen Strombegrenzender Schalter
EP1881511A1 (en) * 2006-07-20 2008-01-23 Ansaldo Ricerche S.p.A. Hybrid switch

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703190C1 (ru) * 2016-03-17 2019-10-15 Сименс Акциенгезелльшафт Выключатель постоянного напряжения
RU2776416C1 (ru) * 2021-10-29 2022-07-19 Акционерное общество "Ижевский радиозавод" Ключ постоянного тока

Also Published As

Publication number Publication date
SG174124A1 (en) 2011-10-28
ES2401777T3 (es) 2013-04-24
IL213866A (en) 2013-04-30
AU2010227893A1 (en) 2011-07-28
TN2011000306A1 (en) 2012-12-17
CN102349124A (zh) 2012-02-08
US20120007657A1 (en) 2012-01-12
EP2411990B1 (de) 2013-01-23
ZA201103651B (en) 2012-01-25
KR20110129979A (ko) 2011-12-02
CN102349124B (zh) 2015-01-07
CA2752895A1 (en) 2010-09-30
BRPI1012338A2 (pt) 2016-03-29
PL2411990T3 (pl) 2013-06-28
AU2010227893B2 (en) 2015-02-12
PT2411990E (pt) 2013-03-18
US8742828B2 (en) 2014-06-03
JP5469236B2 (ja) 2014-04-16
DE202009004198U1 (de) 2010-08-12
HRP20130321T1 (en) 2013-05-31
WO2010108565A1 (de) 2010-09-30
CA2752895C (en) 2017-05-16
EP2411990A1 (de) 2012-02-01
JP2012521620A (ja) 2012-09-13
KR101420831B1 (ko) 2014-07-18
RU2011134639A (ru) 2013-04-27
IL213866A0 (en) 2011-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2482565C2 (ru) Разъединитель для гальванического прерывания постоянного тока
RU2430461C2 (ru) Способ ограничения повреждения выпрямителя тока, имеющего силовые полупроводниковые приборы, при коротком замыкании в промежуточном контуре постоянного напряжения
CN109690790B (zh) 光伏设备、直流混合式开关机构、用于接通和关断光伏串的应用和方法
RU2500062C2 (ru) Быстродействующее переключающее устройство для аккумуляторной батареи высокой мощности в изолированной сети постоянного тока
CN106663557B (zh) 用于中断直流电流的分离开关
US20150116881A1 (en) High voltage dc circuit breaker apparatus
US10483072B2 (en) Interrupter device for interrupting a direct current
EP2768102B1 (en) Circuit interruption device
US20030193770A1 (en) Hybrid DC electromagnetic contactor
US20160322177A1 (en) Bidirectional direct current circuit breaker
JP2018503952A (ja) 対向電流の発生を有するｄｃ回路遮断器
KR102298006B1 (ko) 입력 전압을 변환하기 위한 방법 및 전압 증배기, 및 차단 회로
CN105659459A (zh) 高压直流断路器
US10607792B2 (en) Disconnecting device for galvanic direct current interruption
US20210082643A1 (en) Switching apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180203