WO2020064109A1 - Niederspannungsleistungsschalter - Google Patents

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WO2020064109A1
WO2020064109A1 PCT/EP2018/076268 EP2018076268W WO2020064109A1 WO 2020064109 A1 WO2020064109 A1 WO 2020064109A1 EP 2018076268 W EP2018076268 W EP 2018076268W WO 2020064109 A1 WO2020064109 A1 WO 2020064109A1
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electromechanical
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Wolfgang Erven
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a low-voltage circuit breaker for a low-voltage circuit according to the preamble of claim 1 and a low-voltage switch for a low-voltage circuit according to the preamble of patent claim 5.
  • Circuit breakers are protective devices that function similarly to a fuse. Circuit breakers monitor the current flowing through them by means of a conductor and interrupt the electrical current or energy flow to an energy sink or a consumer, which is referred to as a trigger if protective parameters, such as current limit values or current time period limit values, i.e. if a current value is available for a certain period of time, are exceeded.
  • protective parameters such as current limit values or current time period limit values, i.e. if a current value is available for a certain period of time, are exceeded.
  • the set current limit values or current time period limit values are corresponding trigger reasons. The interruption is usually done by mechanical contacts of the circuit breaker, which are opened.
  • circuit breakers In particular for low-voltage circuits, systems or networks, there are various types of circuit breakers depending on the amount of electrical current provided in the electrical circuit. With circuit breakers in the sense of the invention, in particular switches are meant as they are used in low voltage systems for currents, in particular nominal currents or maximum currents, of 63 to 6300 amperes. Closed circuit breakers are more specifically used for currents from 63 to 1600 amps, in particular from 125 to 630 or 1200 amps. Open circuit breakers are used in particular for currents from 630 to 6300 amps, more particularly from 1200 to 6300 amps.
  • Circuit breakers also known as circuit breakers, CB for short, are divided into open circuit breakers or air circuit breakers, ACB for short, and closed circuit breakers or molded case circuit breaker or compact circuit breaker, or MCCB for short.
  • Low voltage means voltages up to 1000 volts AC or 1500 volts DC. Low voltage means more particularly voltages that are greater than the low voltage with values of 50 volts AC or 120 volts DC.
  • low voltage switch in the sense of the invention are meant in particular switches as they are used for rated currents or maximum currents up to 63 amps, in particular from 6.3 amps to 16 amps or from 16 amps to 63 amps.
  • low-voltage switches can be so-called circuit breakers or miniature circuit breakers.
  • circuit breakers in the sense of the invention are in particular circuit breakers with a serve as a control unit, the electronic trip unit, also referred to as an electronic trip unit, ETU for short.
  • ETU electronic trip unit
  • Hybrid switching devices have recently emerged that combine the power electronics and the electromechanical contact system.
  • Previous, especially purely electromechanical, concepts have disadvantages or are unsuitable for power networks that are no longer determined by the short-circuit power of a transformer.
  • the reasons for the unsuitability are that these networks are fed by inverters, in special "active front ends", which have very fast switching times that cannot be detected or switched off by known switching devices.
  • the classic protective algorithms and mechanical delay times of electromechanical or previously known hybrid switches or switch concepts are too slow. Fully electronic switches are fast, but disadvantageously have a high power loss and high costs, in particular if semiconductors based on SiC are used.
  • these protective devices have none galvanic isolation, which is often required according to the product standard.
  • the object of the present invention is to improve a low voltage-circuit breaker or low voltage switches of a the type mentioned, in particular to provide a Hybri the switch available, which are required nits for networks with de NEN fast shutdown Z is suitable.
  • a low-voltage circuit breaker is proposed in a first variant, comprising:
  • At least one current sensor for determining the level of the electrical current of a conductor of the low-voltage circuit breaker associated with the current sensor, it being possible for a current sensor to be provided for each conductor or part of the conductors,
  • an electromechanical switching unit for each conductor or a part of the conductors, an electromechanical switching unit can be provided,
  • At least one electronic switching unit having a semiconductor switching element, which was electrically conductive in a first switching state and is electrically blocking in a second switching state, which is electrically connected in parallel with the electromechanical switching unit,
  • an electronic switching unit can be provided for each conductor or a part of the conductors
  • the electronic and the (The) electromechanical switching unit (s) connected electronic trip unit which are designed such that when the current and / or current-time limit values of the conductor (or at least one conductor) is exceeded, first a separation of the electromechanical switching unit and then one The electronic switching unit is blocked,
  • the electromechanical switching unit is designed as a vacuum switch in which the contact points are in a vacuum, and a piezoelectric actuator is provided for the switching position change (commutation) of the electromechanical switching unit.
  • a low voltage switch is proposed in a second variant, comprising:
  • At least one current sensor for determining the level of the electrical current of a conductor of the low-voltage switch associated with the current sensor
  • a current sensor can be provided for each conductor or a part of the conductors
  • an electromechanical switching unit for each conductor or a part of the conductors, an electromechanical switching unit can be provided,
  • At least one electronic switching unit having a semiconductor switching element, which was electrically conductive in a first switching state and is electrically blocking in a second switching state, which is electrically connected in series with the electromechanical switching unit,
  • An electronic tripping unit connected to the current sensor, the electronic and the electromechanical switching unit (s), which are designed in such a way that when the current and / or current-time limit values of the conductor are exceeded, a blocking of the electronic switching unit and then the electromechanical switching unit is disconnected,
  • the electromechanical switching unit is designed as a vacuum switch, in which the contact points are in a vacuum and a piezoelectric actuator is for the
  • a piezoelectric actuator is used for the commutation of the electrical current from the electromechanical switching unit or mechanical contact to the electronic switching unit or (power) semiconductor switching element or (power) semiconductor path.
  • the piezoelectric actuator is so fast that a movement in approx. 20ps or faster is possible. This makes it possible to switch to the parallel power semiconductor path in a time that enables the semiconductor now in the current path to carry and switch the current without reaching the destruction limit of the semiconductor. Very fast shutdowns or interruptions in the electrical circuit can thus be achieved.
  • This also has the particular advantage that a low-voltage switch is enabled, ie a switch for smaller currents than the low-voltage circuit breaker, in which a series connection of electromechanical switching unit and electronic switching unit is made possible, wherein the piezo-operated electromechanical switching unit takes on the task of galvanic isolation.
  • At least one electromechanical isolating unit is provided, which is arranged electrically in series with the parallel connection of vacuum switch / new electromechanical switching unit and electronic switching unit.
  • the electromechanical separating unit has isolating properties.
  • Isolating properties mean an isolating function in which a certain minimum distance or minimum air gap between the contacts of the electromechanical isolating unit is realized. This minimum air gap is essentially voltage-dependent.
  • Other parameters are the degree of pollution, the type of field (homogeneous, inhomogeneous), and the air pressure or the height above sea level.
  • the surge voltage strength is the strength when applying a corresponding surge voltage.
  • the electromechanical separation unit Only when this minimum length (minimum distance) is present does the electromechanical separation unit have a separation function or separation property.
  • the series of standards DIN EN 60947 and IEC 60947 are relevant for the separation function and its properties, to which reference is made here. This has the particular advantage that the low-voltage circuit breaker has an isolating function.
  • the electromechanical disconnection unit is connected to the electronic release unit and when the current or / and current-time limit values of the conductor are exceeded, the vacuum switch or the new electromechanical switching unit is first disconnected , then blocking the electronic switching unit and then disconnecting the electromechanical separation unit.
  • the piezoelectric actuator is a piezo stack.
  • the semiconductor switching element is a silicon-based component, in particular it is an IGBT, i.e. Isolated gate bipolar transistor.
  • Silicon base means in particular no component based on SiC (silicon-carbon).
  • the switch is provided for a low-voltage circuit and a vacuum switch or a new electromechanical and an electronic switching unit are provided for each conductor of the low-voltage circuit monitored by the switch.
  • each monitored conductor of the low-voltage circuit is protected by a solution according to the invention.
  • the three phase conductors and, if there is a null conductor, the neutral conductor are protected if necessary.
  • three or four combinations of electromechanical and electronic switching unit are provided. If necessary, supplemented by three or four electromechanical separation units.
  • Figure 1 is a block diagram of a low voltage power switch
  • Figure 2 is a block diagram of a first arrangement according to the invention.
  • FIG. 3 shows an electromechanical switching unit according to the invention
  • Figure 4 is a block diagram of a second arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a low-voltage circuit breaker LS or low-voltage switch NS of conventional design.
  • FIG. 1 shows electrical conductors LI, L2, L3, N of a low-voltage circuit, for example a three-phase AC circuit, the first conductor LI the first phase, the second conductor L2 the second phase, the third conductor L3 the third phase and the fourth conductor the neutral conductor N of the three-phase AC circuit.
  • the conductors are led through the low-voltage circuit breaker LS or low-voltage switch NS.
  • the low-voltage circuit breaker LS or low-voltage switch NS are in particular arranged in a housing.
  • the first conductor LI is connected to an energy converter EW (for example as part of a converter set) in such a way that at least part of the current, i.e. a partial conductor current, or the entire current of the first conductor LI flows through the primary side of the energy converter EW.
  • a conductor in the example the first conductor LI, usually forms the primary side of the energy converter EW.
  • the energy converter EW is usually a transformer with a core, e.g. an iron walker.
  • an energy converter EW can be provided in each phase or in each conductor of the electrical circuit.
  • the secondary side of the energy converter EW or each envisaged energy converter is connected to a power supply unit NT (or several power supply units) which provides a power supply, e.g. a self-supply, for example in the form of a supply voltage, for the electronic trip unit ETU, Darge represents by a dashed connection of operating voltage conductors BS.
  • the power supply unit NT can also be connected to at least one or all of the current sensors SEI, SE2, SE3, SEN, for the power supply of the current sensors - if necessary.
  • Each current sensor SEI, SE2, SE3, SEN has at least one sensor element, for example a Rogowski coil, a measuring resistor / shunt, a Hall sensor or the like, for determining the level of the electrical current of the conductor of the electrical circuit assigned to it.
  • the first current sensor SEI is the first conductor LI, ie the first phase
  • the second current sensor SE2 the second conductor L2, ie the second phase
  • the fourth current sensor SEN is assigned to the (fourth conductor) neutral conductor N.
  • the first to fourth current sensors SEI, SE2, SE3, SEN are connected to the electronic tripping unit ETU and transmit the amount of the electrical current of the respective conductor by means of this.
  • the transmitted amount of current is compared in the electronic tripping unit ETU with current limit values and / or current time span limit values that form the triggering reasons. If this is exceeded, an interruption in the electrical circuit is initiated.
  • Overcurrent and / or short-circuit protection is hereby implemented. This can be done, for example, by providing an electromechanical switching unit EM which is connected on the one hand to the electronic trip unit ETU and on the other hand has contacts K or contact points for interrupting the conductors LI, L2, L3, N or further conductors. In this case, the electromechanical switching unit EM receives an interrupt signal for opening the contacts or contact points.
  • FIG. 2 shows an arrangement ANSI according to the invention, the arrangement ANSI according to FIG. 2 being used instead of the electromechanical switching unit EM according to FIG. 1, for example an arrangement ANSI according to the invention is used in each conductor LI, L2, L3, N, in the example Four units ANSI according to the invention would replace the previous electromechanical switching unit EM according to FIG. 1.
  • FIG. 2 shows a conductor, for example the first conductor LI, which has a parallel connection of a new electromechanical switching unit EMVP (vacuum switch) according to the invention and an electronic switching unit EL.
  • An electromechanical separation unit TE can be connected in series with this parallel connection (EMVP, EL), as shown in FIG. 2.
  • the units of the parallel connection (EMVP, EL) and, if applicable, of the electromechanical separation unit (TE) are in usual way connected (not shown) to the electronic trigger unit ETU or a control of the switch.
  • FIG. 3 shows an illustration of a new electromechanical switching unit EMVP or vacuum switch EMVP according to the invention, as is to be used in FIG. 2.
  • This can have a housing GEH. It also has contacts K, especially a fixed contact point KSF and movable contact point KSB. Alternatively, two movable contact points can also be provided.
  • Both are arranged in a vacuum, for example in a vacuum tube VR.
  • the movable contact point KSB is actuated by a piezo actuator PA, in particular by a piezo stack with which a large stroke / switching path can be realized, i.e. its position can be changed so that in a first switching position the two contact points KSB, KSF are connected to each other so that an electric current can flow, and in a second switching position the relevant contact points KSB, KSF are not connected to each other, i.e. are separated so that no electrical current can flow.
  • a piezo actuator PA in particular by a piezo stack with which a large stroke / switching path can be realized, i.e. its position can be changed so that in a first switching position the two contact points KSB, KSF are connected to each other so that an electric current can flow, and in a second switching position the relevant contact points KSB, KSF are not connected to each other, i.e. are separated so that no electrical current can flow.
  • an interruption takes place first, i.e. Opening or non-connection of the contacts
  • the vacuum switch EMVP / new electromechanical switching unit EMVP and then a blocking, i.e. a non-conductive or high-resistance, the electronic switching unit EL.
  • Switching unit EL conductive or low-resistance, then the new electromechanical switching unit EMVP or vacuum switch ter EMVP closes, ie the contacts close or the contact points are connected to each other. If an electromechanical separation unit TE is provided, this opens its contacts during an interruption process following the non-conductive or high-resistance state of the electronic switching unit EL.
  • the contacts of the electromechanical disconnection unit TE close before the electronic switching unit EL becomes low-resistance or conductive.
  • FIG. 4 shows a second arrangement ANS2 for a low-voltage switch NS, in which the second arrangement ANS2 according to FIG. 4 is used instead of the electromechanical switching unit EM according to FIG.
  • FIG. 4 shows an electronic switching unit EL, which is electrically connected in series with the new electromechanical switching unit EMVP or vacuum switch EMVP, according to FIG. 3.
  • the new electromechanical switching unit / vacuum switch EMVP is closed and then the electronic switching unit EL is conductive or low-resistance.
  • the electronic switching unit EL has at least one semiconductor switching element, in particular an isolated gate bipolar transistor, or IGBT for short. In a first switching state, the electronic switching unit is EL
  • the new electromechanical switching unit / vacuum switch EMVP for connecting at least two electrical contact points is designed, for example, in such a way that the piezo actuator PA is coupled to the movable contact point KSB, so that the movable contact point KSB by means of the piezo actuator PA between the first switching position and the second switching position lung is adjustable.
  • the vacuum switch EMVP can be designed in such a way that a plurality of movable electrical contact points KSB are provided which are mechanically coupled to one another so that they can be adjusted jointly by the piezo actuator PA between the switching positions.
  • the advantage of the invention lies, inter alia, in a drive technology for electromechanical switching which allows a switching position change / commutation in the ps (microsecond range), i.e. Switching from electromechanical current path to the electronic current path (semiconductor path).
  • Previously known concepts are too slow.
  • With a piezostack implementation according to the invention there is the possibility of adapting both the response time and the stroke.
  • the possible limitation of the stroke of piezo actuators is compensated for by a vacuum tube, i.e. the piezo drive is combined with a vacuum tube.
  • the piezo actuator can be integrated into the vacuum tube or vacuum chamber.
  • the required separation distances can also be achieved with smaller distances with the help of a vacuum chamber or tube, which is particularly advantageous for low-voltage switches or low voltage circuit breakers.
  • the dimensions of the vacuum chamber depend on the nominal current. It can be used to advantage that power semiconductors in converters, for example, already limit the current. In addition, there is the possibility of switching from expensive semiconductor material, such as SiC, to Si, which also has a higher current carrying capacity and is also cheaper than IGBT.
  • a galvanic isolating section can be achieved with a series-connected electromechanical isolating unit TE or isolator.

Landscapes

  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Niederspannungsleistungsschalter aufweisend mindestens einen Stromsensor, zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines dem Stromsensor zugeordneten Leiters des Niederspannungsleistungsschalters, mindestens eine elektromechanische Schalteinheit zum Verbinden und Trennen mindestens zweier elektrischer Kontaktstellen, von denen zumindest eine so beweglich ist, dass in einer ersten Schaltstellung der beweglichen Kontaktstelle zwei Kontaktstellen miteinander verbunden sind und in einem zweiten Schaltstellung die betreffenden Kontaktstellen nicht miteinander verbunden sind, mindestens eine ein Halbleiterschaltelement aufweisende elektronische Schalteinheit, die in einem ersten Schaltzustand elektrisch leitend und in einem zweiten Schaltzustand elektrisch sperrend ist, die elektrisch parallel zur elektromechanischen Schalteinheit geschaltet ist, eine mit dem Stromsensor, der elektronischen und der elektromechanischen Schalteinheit verbundene elektronische Auslöseeinheit, die derart ausgestaltet sind, dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters zuerst eine Trennung der elektromechanischen Schalteinheit und dann eine Sperrung der elektronischen Schalteinheit erfolgt. Die elektromechanische Schalteinheit ist als Vakuumschalter ausgestaltet, bei der die Kontaktstellen im Vakuum sind, und das ein piezoelektrischer Aktor für die Schaltstellungsänderung vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
NiederspannungsleistungsSchalter
Die Erfindung betrifft einen Niederspannungsleistungsschalter für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und einen Niederspannungsschalter für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentan spruch 5.
Leistungsschalter sind Schutzgeräte, die ähnlich wie eine Si cherung funktionieren. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels eines Leiters hindurchfließenden Strom und unter brechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung be zeichnet wird, wenn Schutzparameter, wie Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte, d.h. wenn ein Stromwert für eine gewisse Zeitspanne vorliegt, überschritten werden. Die einge stellten Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte sind entsprechende Auslösegründe . Die Unterbrechung erfolgt üblicherweise durch mechanische Kontakte des Leistungsschal ters, die geöffnet werden.
Insbesondere für Niederspannungsstromkreise, -anlagen bzw. - netze gibt es abhängig von der Höhe des vorgesehenen elektri schen Stromes im elektrischen Stromkreis verschiedene Typen von Leistungsschaltern. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Schalter gemeint, wie sie in Nie derspannungsanlagen für Ströme, insbesondere Nennströme bzw. maximal Ströme, von 63 bis 6300 Ampere eingesetzt werden. Spezieller werden geschlossene Leistungsschalter für Ströme von 63 bis 1600 Ampere, insbesondere von 125 bis 630 oder 1200 Ampere eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden ins besondere für Ströme von 630 bis 6300 Ampere, spezieller von 1200 bis 6300 Ampere verwendet.
Leistungsschalter, auch als Circuit Breaker, kurz CB, be zeichnet, werden in offene Leistungsschalter respektive Air Circuit Breaker, kurz ACB, und geschlossene Leistungsschalter respektive Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleis tungsschalter, kurz MCCB, unterteilt.
Mit Niederspannung sind Spannungen bis 1000 Volt Wechselspan nung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspan nung sind spezieller insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung mit Werten von 50 Volt Wechsel spannung oder 120 Volt Gleichspannung sind.
Mit Niederspannungsschalter im Sinne der Erfindung sind ins besondere Schalter gemeint, wie sie für Nennströme bzw. Maxi malströme bis 63 Ampere eingesetzt werden, insbesondere von 6,3 Ampere bis 16 Ampere oder von 16 Ampere bis 63 Ampere. Insbesondere können Niederspannungsschalter so genannte Lei- tungsschutzschalter oder Miniatur Circuit Breaker sein.
Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesonde re Leistungsschalter mit einer als Steuerungseinheit dienen den elektronischen Auslöseeinheit , auch als Electronic Trip Unit, kurz ETU, bezeichnet, gemeint.
Neuerdings gibt es hybride Schaltgeräte, die eine Verbindung von Leistungselektronik und elektromechanischen KontaktSystem aufweisen. Bisherige, speziell rein elektromechanische, Kon zepte weisen für Stromnetze, welche nicht mehr von der Kurz schlussleistung eines Transformators bestimmt sind, Nachteile auf bzw. sind ungeeignet. Die Gründe für die Nichteignung sind, dass diese Netze durch Umrichter, in speziellen "Active Frontends" gespeist werden, die sehr schnelle Schaltzeiten aufweisen, die von bekannten Schaltgeräten nicht erfasst bzw. nicht abgeschaltet werden können. Die klassischen Schutzalgo rithmen und mechanischen Verzugszeiten von elektromechani schen oder bisher bekannten hybriden Schaltern bzw. Schalter konzepten sind zu langsam. Vollelektronische Schalter sind schnell, weisen aber nachteilig eine hohe Verlustleistung und hohe Kosten auf, insbesondere falls Halbleiter auf Basis von SiC verwendet werden. Zudem weisen diese Schutzgeräte keine galvanische Trennung auf, welche häufig nach Produktnorm ge fordert ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Niederspan nungsleistungsschalter bzw. Niederspannungsschalter der ein gangs genannten Art zu verbessern, insbesondere einen hybri den Schalter zur Verfügung zu stellen, der für Netze bei de nen schnelle AbschaltZeiten benötigt werden, geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Niederspannungsleistungsschal ter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder einen Nie derspannungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst .
Erfindungsgemäß wird in einer ersten Variante ein Niederspan nungsleistungsschalter vorgeschlagen, aufweisend:
- mindestens einen Stromsensor, zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines dem Stromsensor zugeordneten Lei ters des Niederspannungsleistungsschalters, wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ein Stromsensor vorgesehen sein kann,
- mindestens eine elektromechanische Schalteinheit zum Ver binden und Trennen mindestens zweier elektrischer Kontakt stellen, von denen zumindest eine so beweglich ist, dass in einer ersten SchaltStellung der beweglichen Kontaktstelle zwei Kontaktstellen miteinander verbunden sind und in einer zweiten SchaltStellung die betreffenden Kontaktstellen nicht miteinander verbunden sind,
wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ei ne elektromechanische Schalteinheit vorgesehen sein kann,
- mindestens eine ein Halbleiterschaltelement aufweisende elektronische Schalteinheit, die in einem ersten Schaltzu stand elektrisch leitend und in einem zweiten Schaltzustand elektrisch sperrend ist, die elektrisch parallel zur elektro mechanischen Schalteinheit geschaltet ist,
wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ei ne elektronische Schalteinheit vorgesehen sein kann,
- eine mit dem Stromsensor, der (den) elektronischen und der (den) elektromechanischen Schalteinheit (en) verbundene elektronische Auslöseeinheit , die derart ausgestaltet sind, dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom- Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters (bzw. mindestens eines Leiters) zuerst eine Trennung der elektromechanischen Schalt einheit und dann eine Sperrung der elektronischen Schaltein heit erfolgt,
bei mehreren elektromechanischen und elektronischen Schalt einheiten erfolgt dies parallel für alle entsprechenden
Schalteinheiten .
Erfindungsgemäß ist die elektromechanische Schalteinheit als Vakuumschalter ausgestaltet, bei der die Kontaktstellen im Vakuum sind, und ein piezoelektrischer Aktor ist für die SchaltStellungsänderung (Kommutierung) der elektromechani schen Schalteinheit vorgesehen.
Erfindungsgemäß wird in einer zweiten Variante ein Nieder spannungsschalter vorgeschlagen, aufweisend:
- mindestens einen Stromsensor, zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines dem Stromsensor zugeordneten Lei ters des Niederspannungsschalters,
wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ein Stromsensor vorgesehen sein kann,
- mindestens eine elektromechanische Schalteinheit zum Ver binden und Trennen mindestens zweier elektrischer Kontakt stellen, von denen zumindest eine so beweglich ist, dass in einer ersten SchaltStellung der beweglichen Kontaktstelle zwei Kontaktstellen miteinander verbunden sind und in einem zweiten SchaltStellung die betreffenden Kontaktstellen nicht miteinander verbunden sind,
wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ei ne elektromechanische Schalteinheit vorgesehen sein kann,
- mindestens eine ein Halbleiterschaltelement aufweisende elektronische Schalteinheit, die in einem ersten Schaltzu stand elektrisch leitend und in einem zweiten Schaltzustand elektrisch sperrend ist, die elektrisch in Serie zur elektro mechanischen Schalteinheit geschaltet ist,
wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ei- ne elektronische Schalteinheit vorgesehen sein kann,
- eine mit dem Stromsensor, der (den) elektronischen und der (den) elektromechanischen Schalteinheit (en) verbundene elektronische Auslöseeinheit , die derart ausgestaltet sind, dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom- Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters zuerst eine Sperrung der elektronischen Schalteinheit und dann eine Trennung der elektromechanischen Schalteinheit erfolgt,
bei mehreren elektromechanischen und elektronischen Schalt einheiten erfolgt dies parallel für alle entsprechenden
Schalteinheiten .
Erfindungsgemäß ist die elektromechanische Schalteinheit als Vakuumschalter ausgestaltet, bei der die Kontaktstellen im Vakuum sind und ein piezoelektrischer Aktor ist für die
SchaltStellungsänderung (Kommutierung) der elektromechani schen Schalteinheit vorgesehen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein piezoelektrischer Aktor für die Kommutierung des elektrischen Stromes von der elektromechanischen Schalteinheit bzw. mechanischen Kontakt auf die elektronische Schalteinheit bzw. (Leistungs- ) Halbleiterschaltelement respektive (Leistungs- ) Halbleiterpfad eingesetzt wird. Der piezoelektrische Aktor ist so schnell, dass eine Bewegung in ca. 20ps oder schneller möglich ist. Dadurch ist es möglich, eine Umschaltung auf den parallelen Leistungshalbleiterpfad in einer Zeit zu ermögli chen, die es dem nun im Strompfad befindlichen Halbleiter er möglicht, den Strom zutragen und zu schalten, ohne die Zer störungsgrenze des Halbleiters zu erreichen. Somit können sehr schnelle Abschaltungen bzw. Unterbrechungen des elektri schen Stromkreises erreicht werden.
Dies hat ferner den besonderen Vorteil, dass ein Niederspan nungsschalter ermöglicht wird, d.h. einem Schalter für klei nere Ströme als beim Niederspannungsleistungsschalter, bei dem eine Reihenschaltung von elektromechanischer Schaltein heit und elektronischer Schalteinheit ermöglicht wird, wobei die piezobetriebene elektromechanische Schalteinheit die Auf gabe der galvanischen Trennung übernimmt.
Ferner müssen bei kleineren Strömen nur kleinere Masse der Kontakte bzw. Kontaktstellen bewegt werden, wobei günstig piezoelektrische Aktoren eingesetzt werden können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist min destens eine elektromechanische Trenneinheit vorgesehen, die elektrisch in Reihe zur Parallelschaltung aus Vakuumschalter / neuer elektromechanischer Schalteinheit und elektronischer Schalteinheit angeordnet ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine galvanische Tren nung realisiert werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die elektromechanische Trenneinheit Trennereigenschaften auf. Mit Trennereigenschaften ist eine Trennfunktion gemeint, bei der ein gewisser Mindestabstand bzw. Mindestluftstrecke zwischen den Kontakten der elektromechanischen Trenneinheit realisiert ist. Diese Mindestluftstrecke ist im Wesentlichen spannungs abhängig. Weitere Parameter sind der Verschmutzungsgrad, die Art des Feldes (homogen, inhomogen), und der Luftdruck bzw. die Höhe über Normalnull. Für diese Mindestluftstrecken bzw. Kriechstrecken gibt es entsprechende Vorschriften bzw. Nor men. Diese Vorschriften geben beispielsweise bei Luft für ei ne Stoßspannungsfestigkeit die Mindestluftstrecke für ein in homogenes und ein homogenes (ideales) elektrisches Feld in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad an. Die Stoßspannungsfes tigkeit ist die Festigkeit beim Anlegen einer entsprechenden Stoßspannung. Nur bei Vorliegen dieser Mindestlänge (Mindest strecke) weist die elektromechanische Trenneinheit eine Trennfunktion bzw. Trennereigenschaft auf. Im Sinne der Er findung ist hierbei für die Trennfunktion und deren Eigen schaften die Normenreihe DIN EN 60947 bzw. IEC 60947 ein schlägig, auf die hier durch Referenz Bezug genommen wird. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Niederspannungs leistungsschalter eine Trennfunktion aufweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektromechanische Trenneinheit mit der elektronischen Auslö- seeinheit verbunden ist und bei Überschreitung von Strom- o- der/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters erfolgt zu erst eine Trennung des Vakuumschalters bzw. der neuen elekt romechanischen Schalteinheit, dann eine Sperrung der elektro nischen Schalteinheit und im Anschluss eine Trennung der elektromechanischen Trenneinheit .
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Herstellung der Trennfunktion automatisch erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der piezoelektrische Aktor ein Piezostack.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache und günstige Realisierung für den Piezoaktor gegeben ist, wo bei sich durch den Piezostack große Schalthübe für die elekt romechanische Schalteinheit realisieren lassen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Halbleiterschaltelement ein Bauelement auf Siliziumbasis, insbesondere ist es ein IGBT, d.h. Isolated Gate Bipolartran sistor. Mit Siliziumbais ist insbesondere kein Bauelement auf SiC (Silizium-Kohlenstoff) Basis gemeint.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders kosten günstige Realisierung gegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der der Schalter für einen Niederspannungsstromkreis vorgesehen und für jeden durch den Schalter überwachten Leiter des Nie derspannungsstromkreises sind ein Vakuumschalter bzw. eine neue elektromechanische und eine elektronische Schalteinheit vorgesehen .
Dies hat den besonderen Vorteil, dass jeder überwachte Leiter des Niederspannungsstromkreises durch eine erfindungsgemäße Lösung geschützt wird. In einem Dreiphasenwechselstromkreis sind so die drei Phasenleiter und, bei vorhandenem Nulllei ter, gegebenenfalls der Nullleiter geschützt. Somit sind drei bzw. vier Kombinationen von elektromechanischer und elektro nischer Schalteinheit vorgesehen. Ggfs, ergänzt durch drei bzw. vier elektromechanische Trenneinheiten.
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 oder 5, als auch rückbezogen ledig lich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Pa tentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Niederspan nungsleistungsschalter bzw. Niederspannungsschalters, insbe sondere zur Verbesserung der SchaltZeiten .
Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Niederspannungsleistungs schalters ;
Figur 2 ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Anordnung;
Figur 3 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrome chanischen Schalteinheit;
Figur 4 eine Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Anordnung .
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Nieder spannungsleistungsschalters LS bzw. Niederspannungsschalters NS herkömmlicher Bauart. Figur 1 zeigt elektrische Leiter LI, L2, L3, N eines Niederspannungsstromkreises, beispielsweise eines Dreiphasen-Wechselstromkreises , wobei der erste Leiter LI die erste Phase, der zweite Leiter L2 die zweite Phase, der dritte Leiter L3 die dritte Phase und der vierte Leiter den Nullleiter N des Dreiphasen-Wechselstromkreises bildet. Die Leiter sind durch den Niederspannungsleistungsschalters LS bzw. Niederspannungsschalters NS geführt. Der Niederspan nungsleistungsschalters LS bzw. Niederspannungsschalters NS sind insbesondere in einem Gehäuse angeordnet.
Im Beispiel gemäß Figur 1 ist der erste Leiter LI mit einem Energiewandler EW verbunden (beispielsweise als Teil eines Wandlersatzes) , derart, dass mindestens ein Teil des Stromes, d.h. ein Leiterteilstrom, bzw. der gesamte Strom des ersten Leiters LI durch die Primärseite des Energiewandlers EW fließt. Üblicherweise bildet ein Leiter, im Beispiel der ers te Leiter LI, die Primärseite des Energiewandlers EW. Der Energiewandler EW ist üblicherweise ein Transformator mit Kern, z.B. ein Eisenwandler. In einer Ausgestaltung kann in jeder Phase bzw. in jedem Leiter des elektrischen Stromkrei ses ein Energiewandler EW vorgesehen sein. Die Sekundärseite des Energiewandlers EW bzw. jedes vorgesehenen Energiewandler ist mit einem Netzteil NT (oder mehreren Netzteilen) verbun den, das eine Energieversorgung, z.B. eine Eigenversorgung, beispielsweise in Form einer Versorgungsspannung, für die elektronische Auslöseeinheit ETU zur Verfügung stellt, darge stellt durch eine gestrichelt gezeichnete Verbindung von Be triebsspannungsleitern BS . Das Netzteil NT kann zudem noch mit mindestens einem oder allen Stromsensoren SEI, SE2, SE3, SEN verbunden sein, zur Energieversorgung der Stromsensoren - falls erforderlich.
Jeder Stromsensor SEI, SE2, SE3, SEN weist mindestens ein Sensorelement auf, beispielsweise eine Rogowskispule, einen Messwiderstand / Shunt, einen Hallsensor o.ä., zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes des ihm zugeordneten Lei ters des elektrischen Stromkreises. Im Beispiel ist der erste Stromsensor SEI dem ersten Leiter LI, d.h. der ersten Phase; der zweite Stromsensor SE2 dem zweiten Leiter L2, d.h. der zweiten Phase; der dritte Stromsensor SE3 dem dritten Leiter L3, d.h. der dritten Phase; der vierte Stromsensor SEN dem (vierten Leiter) Nullleiter N zugeordnet.
Die ersten bis vierten Stromsensoren SEI, SE2, SE3, SEN sind mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU verbunden und über mitteln dieser die Höhe des elektrischen Stromes des jeweili gen Leiters.
Die übermittelte Höhe des Stromes wird in der elektronischen Auslöseeinheit ETU mit Stromgrenzwerten oder/und Strom- Zeitspannen-Grenzwerten, die Auslösegründe bilden, vergli chen. Bei Überschreitung dieser, wird eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises veranlasst. Hiermit wird ein Über strom- oder/und Kurzschlussschutz realisiert. Dies kann bei spielsweise dadurch erfolgen, dass eine elektromechanische Schalteinheit EM vorgesehen ist, die einerseits mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU verbunden ist und anderer seits Kontakte K bzw. Kontaktstellen zur Unterbrechung der Leiter LI, L2, L3, N bzw. weiterer Leiter aufweist. Die elektromechanische Schalteinheit EM erhält in diesem Fall ein Unterbrechungssignal zur Öffnung der Kontakte bzw. Kontakt stellen .
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung ANSI, wobei die Anordnung ANSI gemäß Figur 2 an Stelle der elektromechani schen Schalteinheit EM gemäß Figur 1 eingesetzt wird, bei spielsweise wird in jedem Leiter LI, L2, L3, N eine erfin dungsgemäße Anordnung ANSI eingesetzt, im Beispiel würden vier erfindungsgemäße Einheiten ANSI die bisherige elektrome chanische Schalteinheit EM gemäß Figur 1 ersetzen.
Figur 2 zeigt einen Leiter, beispielsweise den ersten Leiter LI, der eine Parallelschaltung einer erfindungsgemäßen neuen elektromechanischen Schalteinheit EMVP (Vakuumschalter) und einer elektronischen Schalteinheit EL aufweist. In Serie zu dieser Parallelschaltung (EMVP, EL) kann eine elektromechani sche Trenneinheit TE geschaltet sein, wie in Figur 2 darge stellt. Die Einheiten der Parallelschaltung (EMVP, EL) und ggfs, der elektromechanischen Trenneinheit (TE) sind in ge- wohnter Weise durch (nicht dargestellte) Verbindungen mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU bzw. einer Steuerung des Schalters verbunden.
Figur 3 zeigte eine Darstellung einer erfindungsgemäßen neuen elektromechanischen Schalteinheit EMVP respektive Vakuum schalter EMVP , wie sie in Figur 2 eingesetzt werden soll. Diese kann ein Gehäuse GEH aufweisen. Sie weist ferner Kon takte K auf, speziell eine feste Kontaktstelle KSF und beweg liche Kontaktstelle KSB. Alternativ können auch zwei bewegli che Kontaktstellen vorgesehen sein.
Beide sind in einem Vakuum angeordnet, beispielsweise in ei ner Vakuumröhre VR.
Die bewegliche Kontaktstelle KSB wird durch einen Piezoaktor PA, insbesondere durch einen Piezostack, mit dem sich ein großer Hubweg / Schaltweg realisieren lässt, betätigt, d.h. ist in ihrer Position veränderbar, so dass in einer ersten SchaltStellung die beiden Kontaktstellen KSB, KSF miteinander verbunden sind, so dass ein elektrischer Strom fließen kann, und in einem zweiten SchaltStellung die betreffenden Kontakt stellen KSB, KSF nicht miteinander verbunden sind, d.h. ge trennt sind, so dass kein elektrischer Strom fließen kann.
Erfindungsgemäß erfolgt bei einem Niederspannungsleistungs schalter bei einem Unterbrechungsvorgang zuerst eine Tren nung, d.h. Öffnung bzw. Nichtverbindung der Kontak
te/Kontaktstellen, des Vakuumschalters EMVP / neuen elektro mechanischen Schalteinheit EMVP und dann eine Sperrung, d.h. ein nichtleitend bzw. hochohmig werden, der elektronischen Schalteinheit EL.
Bei einem Schließvorgang wird zuerst die elektronische
Schalteinheit EL leitend bzw. niederohmig, dann schließt die neue elektromechanische Schalteinheit EMVP bzw. Vakuumschal ter EMVP, d.h. die Kontakte schließen bzw. die Kontaktstellen sind miteinander verbunden. Ist eine elektromechanische Trenneinheit TE vorgesehen, öff nete diese bei einem Unterbrechungsvorgang im Anschluss an den nichtleitenden bzw. hochohmigen Zustand der elektroni schen Schalteinheit EL ihre Kontakte.
Bei einem Schließvorgang schließen zuerst die Kontakte der elektromechanischen Trenneinheit TE, bevor die elektronische Schalteinheit EL niederohmig bzw. leitend wird.
Figur 4 zeigt eine zweite Anordnung ANS2 für einen Nieder spannungsschalter NS, bei der an Stelle der elektromechani schen Schalteinheit EM gemäß Figur 1 die zweite Anordnung ANS2 gemäß Figur 4 eingesetzt wird.
Figur 4 zeigt eine elektronische Schalteinheit EL, die elektrisch in Serie zur neuen elektromechanischen Schaltein heit EMVP bzw. Vakuumschalter EMVP, gemäß Figur 3, geschaltet ist .
Bei einem Niederspannungsschalter NS mit einer Serienschal tung einer elektronischen Schalteinheit EL und einer neuen elektromechanischen Schalteinheit EMVP wird bei Überschrei tung von Strom- oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters zuerst eine Sperrung der elektronischen Schalteinheit EL und dann eine Trennung der neuen elektromechanischen Schalteinheit / Vakuumschalter EMVP durchgeführt.
Bei einem Schließvorgang wird zuerst die neue elektromechani sche Schalteinheit / Vakuumschalter EMVP geschlossen und an schließend die elektronische Schalteinheit EL leitend bzw. niederohmig .
Die elektronische Schalteinheit EL weist erfindungsgemäß min destens ein Halbleiterschaltelement auf, insbesondere einen Isolated Gate Bipolartransistor, kurz IGBT. In einem ersten Schaltzustand ist die elektronische Schalteinheit EL
elektrisch leitend, d.h. niederohmig, und in einem zweiten Schaltzustand elektrisch sperrend, d.h. hochohmig - idealer weise nichtleitend. Die neue elektromechanische Schalteinheit / Vakuumschalter EMVP zum Verbinden mindestens zweier elektrischer Kontakt stellen ist z.B. so ausgestaltet, dass der Piezoaktor PA mit der beweglichen Kontaktstelle KSB gekoppelt ist, so dass die bewegliche Kontaktstelle KSB mittels des Piezoaktors PA zwi schen der ersten SchaltStellung und der zweiten Schaltstel lung verstellbar ist.
In einer Ausgestaltung kann der Vakuumschalter EMVP so ausge führt sein, dass mehrere bewegliche elektrische Kontaktstel len KSB vorgesehen sind, die mechanisch untereinander gekop pelt sind, dass sie gemeinsam durch den Piezoaktor PA zwi schen den SchaltStellungen verstellbar sind.
Damit können durch einen Piezoaktor gleichzeitig zwei, drei oder vier (bzw. mehrere) Kontakte geöffnet oder geschlossen werden .
Der Vorteil der Erfindung liegt unter anderem in einer An triebstechnologie zum elektromechanischen Schalten, welche im ps (Mikrosekundenbereich) eine SchaltStellungsänderung / Kom mutierung erlaubt, d.h. Umschalten von elektromechanischem Strompfad auf den elektronischen Strompfad (Halbleiterpfad) . Bisherige bekannte Konzepte sind zu langsam. Mit einer erfin dungsgemäßen Piezostack-Realisierung bietet sich die Möglich keit, sowohl Ansprechzeit als auch den Hub anzupassen.
Die mögliche Begrenztheit des Hubes von Piezoaktoren wird er findungsgemäß durch eine Vakuumröhre ausgeglichen, d.h. der Piezoantrieb wird mit einer Vakuumröhre kombiniert.
In einer Ausgestaltung kann der Piezoaktor in die Vakuumröhre bzw. Vakuumkammer integriert werden.
Geforderte Trennstrecken können mit Hilfe einer Vakuumkammer bzw. -röhre zudem mit kleineren Abständen realisiert werden, was insbesondere für Niederspannungsschalter bzw. ggfs. Nie derspannungsleistungsschalter von Vorteil ist. Die Dimensionierung der Vakuumkammer richtet sich nach dem Nennstrom. Dabei kann vorteilhaft genutzt werden, dass Leis tungshalbleiter in z.B. Umrichtern bereits den Strom begren zen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, von teuerem Halbleitermaterial, wie SiC, auf Si umzusteigen, das zudem eine höhere Stromtragfähigkeit aufweist, ferner als IGBT preiswert ist.
Mit einer in Serie geschalteten elektromechanischen Trennein- heit TE bzw. Trenner kann eine galvanische Trennstrecke er reicht werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und ande re Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Niederspannungsleistungsschalter (LS) aufweisend:
- mindestens einen Stromsensor (SEI, SE2, SE3, SEN), zur Er mittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines dem
Stromsensor zugeordneten Leiters (LI, L2, L3, N) des Nieder spannungsleistungsschalters,
- mindestens eine elektromechanische Schalteinheit (EM) zum Verbinden und Trennen mindestens zweier elektrischer Kontakt stellen (KSB, KSF) , von denen zumindest eine so beweglich ist, dass in einer ersten SchaltStellung der beweglichen Kon taktstelle (KSB) die Kontaktstellen (KSB, KSF) miteinander verbunden sind und in einem zweiten SchaltStellung die Kon taktstellen (KSB, KSF) nicht miteinander verbunden sind,
- mindestens eine ein Halbleiterschaltelement aufweisende elektronische Schalteinheit (EL) , die in einem ersten Schalt zustand elektrisch leitend und in einem zweiten Schaltzustand elektrisch sperrend ist, die elektrisch parallel zur elektro mechanischen Schalteinheit (EM) geschaltet ist,
- eine mit dem Stromsensor (SEI, SE2, SE3, SEN), der elektro nischen (EL) und der elektromechanischen Schalteinheit (EM) verbundene elektronische Auslöseeinheit (ETU) , die derart ausgestaltet sind, dass bei Überschreitung von Strom- o- der/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters zuerst eine Trennung der elektromechanischen Schalteinheit (EM) und dann eine Sperrung der elektronischen Schalteinheit (EL) erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
dass die elektromechanische Schalteinheit (EM) als Vakuum schalter (EMVP ) ausgestaltet ist, bei der die Kontaktstellen (KSB, KSF) im Vakuum sind, und das ein piezoelektrischer Ak tor (PA) für die SchaltStellungsänderung vorgesehen ist.
2. Niederspannungsleistungsschalter (LS) nach Patentanspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine elektromechanische Trenneinheit (TE) vorgesehen ist, die elektrisch in Reihe zur Parallelschaltung aus Vakuumschalter (EMVP) und elektronischer Schalteinheit (EL) angeordnet ist.
3. Niederspannungsleistungsschalter (LS) nach Patentanspruch
2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektromechanische Trenneinheit (TE) Trennereigen schaften aufweist.
4. Niederspannungsleistungsschalter (LS) nach Patentanspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektromechanische Trenneinheit (TE) mit der elekt ronischen Auslöseeinheit (ETU) verbunden ist und bei Über schreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters zuerst eine Trennung des Vakuumschalters (EMVP) , dann eine Sperrung der elektronischen Schalteinheit (EL) er folgt und im Anschluss eine Trennung der elektromechanischen Trenneinheit (TE) erfolgt.
5. Niederspannungsschalter (NS) aufweisend:
- mindestens einen Stromsensor (SEI, SE2, SE3, SEN), zur Er mittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines dem
Stromsensor zugeordneten Leiters (LI, L2, L3, N) des Nieder spannungsschalters,
- mindestens eine elektromechanische Schalteinheit (EM) zum Verbinden und Trennen mindestens zweier elektrischer Kontakt stellen (KSB, KSF) , von denen zumindest eine so beweglich ist, dass in einer ersten SchaltStellung der beweglichen Kon taktstelle (KSB) die zwei Kontaktstellen (KSB, KSF) miteinan der verbunden sind und in einem zweiten SchaltStellung die betreffenden Kontaktstellen (KSB, KSF) nicht miteinander ver bunden sind,
- mindestens eine ein Halbleiterschaltelement aufweisende elektronische Schalteinheit (EL) , die in einem ersten Schalt zustand elektrisch leitend und in einem zweiten Schaltzustand elektrisch sperrend ist, die elektrisch in Serie zur elektro mechanischen Schalteinheit (EM) geschaltet ist, - eine mit dem Stromsensor (SEI, SE2, SE3, SEN), der elektro nischen (EL) und der elektromechanischen (EM) Schalteinheit verbundene elektronische Auslöseeinheit (ETU) , die derart ausgestaltet sind, dass bei Überschreitung von Strom- o- der/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters zuerst eine Sperrung der elektronischen Schalteinheit (EL) und dann eine Trennung der elektromechanischen Schalteinheit (EM) erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
dass die elektromechanische Schalteinheit (EM) als Vakuum schalter (EMVP ) ausgestaltet ist, bei der die Kontaktstellen (KSB, KSF) im Vakuum sind und das ein piezoelektrischer Aktor (PA) für die SchaltStellungsänderung vorgesehen ist.
6. Schalter nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der piezoelektrische Aktor (PA) ein Piezostack ist.
7. Schalter nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Halbleiterschaltelement ein Bauelement auf Silizium basis ist, insbesondere ein IGBT ist.
8. Schalter nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Schalter für einen Niederspannungsstromkreis vorge sehen ist und für jeden durch den Schalter überwachten Leiter (LI, L2, L3, N) des Niederspannungsstromkreises ein Vakuum schalter (EMVP) und eine elektronische (EL) Schalteinheit vorgesehen ist.
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