DE102018214000A1 - Gleichstrom-Schalteinrichtung und deren Verwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Schalteinrichtung (14) zum Unterbrechen eines entlang eines Mittel- oder Hochspannungs-Strompfades (12) fließenden elektrischen Gleichstroms (I), mit einem in diesem Strompfad (12) verschaltbaren Schaltgerät (16) und mit einem zuschaltbaren Schaltungsmodul (18) zum Erzwingen eines Strom-Nulldurchgangs in dem Schaltgerät (16), das zumindest eine induktive Einheit (26) und zumindest eine kapazitive Einheit (28) aufweist und im zugeschalteten Zustand zusammen mit dem Schaltgerät (16) eine Schwingkreisschaltung (20) bildet. Es ist vorgesehen, dass die induktive Einheit (26) eine induktive Einheit (26) mit veränderbarer Induktivität ist.Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer derartigen Gleichstrom-Schalteinrichtung (10).

Description

• Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Schalteinrichtung zum Unterbrechen eines entlang eines Mittel- oder Hochspannungs-Strompfades fließenden elektrischen Gleichstroms I₀ , mit einem in diesem Strompfad verschaltbaren Schaltgerät und mit einem zuschaltbaren Schaltungsmodul zum Erzwingen eines Strom-Nulldurchgangs in dem Schaltgerät, wobei das Schaltungsmodul zumindest eine induktive Einheit und zumindest eine kapazitive Einheit aufweist und im zugeschalteten Zustand zusammen mit dem Schaltgerät eine Schwingkreisschaltung bildet.
• Ein Schaltgerät, also ein Schalter, der Mittel- und Hochspannungstechnik, wie beispielsweise eine Vakuumschaltröhre, benötigt für die Unterbrechung eines Stroms einen Strom-Nulldurchgang. Dieser Strom-Nulldurchgang ist bei der aktuell vorherrschenden Technologie zur Erzeugung, Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie mittels Wechselstrom natürlich immer gegeben.
• Eine Gleichstrom-Schalteinrichtung der eingangs erwähnten Art ist aus der Druckschrift DE 10 2014 214 956 A1 bekannt. Diese zeigt eine Gleichstrom-Schalteinrichtung zum Unterbrechen eines entlang eines Mittel- oder Hochspannungs-Strompfades fließenden elektrischen Gleichstroms, mit einer in diesem Strompfad verschaltbaren Vakuumschaltröhre und mit einem zuschaltbaren Schaltungsmodul zum Erzwingen eines Strom-Nulldurchgangs in dem Schaltgerät, wobei das Schaltungsmodul zumindest eine induktive Einheit und zumindest eine kapazitive Einheit aufweist und im zugeschalteten Zustand zusammen mit dem mechanischen Schaltgerät eine Schwingkreisschaltung bildet. Mit anderen Worten stellt das Schaltungsmodul einen Kommutierungspfad zur Verfügung, der parallel zu der Vakuumschaltröhre im Strompfad verschaltbar ist. Dieser Kommutierungspfad ist im beschriebenen Fall ein aktiver Kommutierungspfad, bei dem ein Energiespeicher durch Verwendung einer vorgeladenen kapazitiven Einheit vorhanden ist.
• Im Allgemeinen lassen sich Schaltgeräte in drei Kategorien einteilen: Halbeiterschalter (z. B. mit GTOs, IGBTs etc.), mechanische Schaltgeräte und hybride Schaltgeräte. Dabei lassen sich mechanische Schaltgeräte für höhere Spannungsebenen (keine Bahnanwendungen mit Löschkammerschaltern oder Schaltern mit Lichtbogenhörnern) in Schaltgeräte mit passiven oder aktiven parallelen Kommutierungspfaden einteilen. In einem solchen parallelen Kommutierungspfad werden typischerweise die Einheiten (Widerstand R, Induktivität L, Kapazität C) für einen RC- beziehungsweise RLC-Schwingkreis verschaltet.
• Bei Schaltgeräten mit einer hohen Lichtbogenbrennspannung kann ein passiver Schwingkreis verwendet werden, da bei geeigneter Auslegung des Kreises durch die negative Spannungs-Strom-Kennlinie eines Lichtbogens ein Aufklingen des Stromes erreicht wird. Im Idealfall kommt es im mechanischen Schaltgerät zu einem künstlichen Stromnulldurchgang, so dass der Schalter den Strom unterbrechen kann. Bei diesem Schaltprinzip ist jedoch die Zeit bis zur Stromunterbrechung relativ lange.
• Durch den Einsatz eines aktiven parallelen Kommutierungspfades kann die Schaltzeit deutlich verkürzt und die Notwendigkeit einer hohen Lichtbogenbrennspannung verhindert werden. Dazu wird typischerweise ein RLC Schwingkreis mit einem vorgeladenen Kondensator als kapazitive Einheit verwendet, wie beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2011 079 723 A1 gezeigt ist. Der Kondensator wird dazu idealerweise negativ in Bezug auf die Strom- und Spannungsrichtung des Schalters aufgeladen. Im Schaltfall wird der mechanische Schalter geöffnet und es entsteht ein Schaltlichtbogen zwischen den Kontakten des Schalters. Hat dieser einen ausreichend großen Isolationsabstand erreicht, um der wiederkehrenden Spannung standzuhalten, so wird nun der RLC-Schwingkreis geschlossen, sodass sich der Kondensator entlädt und ein Strom-Null-Impuls in das mechanische Schaltgerät eingeprägt wird. Ist nun die Amplitude des Strom-Null-Impulses ausreichend hoch, sodass dies zu einem Stromnulldurchgang in dem mechanischen Schaltgerät führt, dann kann der Strom durch das Schaltgerät unterbrochen werden.
• Wird als mechanisches Schaltgerät eine Vakuumschaltröhre (beziehungsweise bei höheren Spannungen auch mehrere in Reihe geschaltete Vakuumschaltröhren) verwendet, so kann, aufgrund der guten Unterbrechungseigenschaften einer Vakuumschaltröhre (Stromunterbrechung bei hoher Stromsteilheit di/dt beim Stromnulldurchgang und hohe Spannungssteilheit du/dt der wiederkehrenden Spannung), der parallele Schwingkreis mit relativ kleinen Elementen ausgelegt werden. Die Resonanzfrequenz des RLC-Schwingkreises im Kommutierungspfad kann dabei bis zu einige Kilohertz betragen.
• Für eine sichere Stromunterbrechung ist die Stromsteilheit zum Zeitpunkt des Stromnulldurchgangs entscheidend. Ist die Stromsteilheit beim Nulldurchgang zu hoch, so kann der Strom durch die Vakuumschaltröhre nicht unterbrochen werden.
• Bei einem einfachen RLC-Schwingkreis im Kommutierungspfad, wie er typischerweise bei mechanischen Gleichstromschaltern mit aktivem Kommutierungspfad eingesetzt wird, hat der Strom-Null-Impuls für die Erzeugung eines künstlichen Nulldurchgangs einen sinusförmigen Verlauf. Da die Steilheit eines sinusförmigen Strom-Null-Impulses, also deren Ableitung nach der Zeit, einer Kosinus-Funktion entspricht, ist bei einem hohen Strom-Null-Impuls die Anfangssteilheit relativ hoch und nimmt erst mit ansteigendem Strom ab. Um jedoch mit einem Strom-Null-Impuls hohe und niedrige Gleichströme (z.B. Nenn- und Kurzschlussströme) gleichermaßen schalten zu können, ist eine hohe Stromamplitude des Strom-Null-Impulses notwendig. Hohe Gleichströme werden daher mit einer relativ geringen Stromsteilheit unterbrochen. Bei kleinen Gleichströmen ist jedoch die Stromsteilheit ggf. noch zu hoch für eine sichere Stromabschaltung. Zur sicheren Stromunterbrechung muss daher die Steilheit des Strom-Null-Impulses auf kleine Gleichströme dimensioniert werden, was einen größeren Kondensator im Kommutierungspfad bedeutet.
• Eine Lösung dieses Problems stellt ein Strom-Null-Impuls mit einer konstanten Steilheit dar, wie er in der eingangs erwähnten Druckschrift DE 10 2014 214 956 A1 beschrieben wird. Dabei ist sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Strömen die Steilheit des Strom-Null-Impulses konstant, sodass unabhängig von der Höhe des Gleichstroms eine sichere Stromunterbrechung erfolgen kann. Diese Lösung bedingt einen komplexeren und erhöhten Auslegungs- und Schaltungsaufwand.
• Eine alternative Möglichkeit besteht darin, mehrere Strom-Null-Impulse vorzuhalten, beispielsweise einen für hohe Gleichströme mit hoher Impulsamplitude und einen mit niedriger Impulsamplitude für niedrige Gleichströme. Diese Lösung ist in der Druckschrift DE 10 2011 083 514 A1 durch mehrere parallele Kondensatorzweige gelöst. Problematisch bei dieser Lösung ist jedoch, dass mehrere Kondensatoren verwendet werden müssen. Damit ist die Gesamtenergie der parallelen Kommutierungspfade aufgrund der großen Gesamtkapazität relativ hoch, was auch entsprechend hohe Kosten bedingt.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung eine alternativ aufgebaute Gleichstrom-Schalteinrichtung für Mittel- und Hochspannungsanwendungen sowie eine entsprechende Verwendung anzugeben.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Bei der erfindungsgemäßen Gleichstrom-Schalteinrichtung zum Unterbrechen eines entlang eines Mittel- oder Hochspannungs-Strompfades fließenden elektrischen Gleichstroms I₀ , mit einem in diesem Strompfad verschaltbaren Schaltgerät und mit einem zuschaltbaren Schaltungsmodul zum Erzwingen eines Strom-Nulldurchgangs in dem Schaltgerät, wobei das Schaltungsmodul zumindest eine induktive Einheit und zumindest eine kapazitive Einheit aufweist und im zugeschalteten Zustand zusammen mit dem Schaltgerät eine Schwingkreisschaltung bildet, ist vorgesehen, dass die induktive Einheit eine induktive Einheit mit veränderbarer Induktivität ist.
• Je nach Gleichstrom und benötigter Strom-Null-Impulshöhe (bzw. Steilheit beim Stromnulldurchgang) wird die Induktivität des Kommutierungspfades gesenkt oder erhöht, sodass die Amplitude eines entsprechenden Strom-Null-Impulses steigt. Dadurch kann die kapazitive Einheit kleiner und somit ein vom Schaltungsmodul gebildeter Kommutierungspfad mit niedrigerer Energie ausgelegt werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die induktive Einheit mehrere parallel geschaltete Stromzweige aufweist, in denen jeweils ein induktives Element verschaltet ist. Auf diese Weise ist die Induktivität der induktiven Einheit stufenweise veränderbar.
• Je nach Gleichstrom und benötigter Strom-Null-Impulshöhe werden einer oder mehrere induktive Elemente parallel geschaltet, sodass damit die Gesamtinduktivität des Kommutierungspfades sinkt und die Amplitude des Strom-Null-Impulses steigt.
• Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass in zumindest einem der Stromzweige eine Schaltvorrichtung in Serie mit dem induktiven Element verschaltet ist. Über diese Schaltvorrichtung(en) kann/können eine Parallelschaltung aus mehr oder weniger induktiven Elementen gebildet werden.
• Prinzipiell kann das Zuschalten des Schaltungsmoduls allein über die Schaltvorrichtungen der induktiven Einheit erfolgen. Alternativ ist insbesondere vorgesehen, dass das zuschaltbare Schaltungsmodul zum Zuschalten eine außerhalb der induktiven Einheit angeordnete Schaltvorrichtung aufweist.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die vom zugeschalteten Schaltungsmodul und dem Schaltgerät gebildete Schwingkreisschaltung eine Serien-Schwingkreisschaltung. Dabei ergibt sich ein einfach strukturierter Kommutierungspfad.
• Insbesondere ist vorgesehen, dass das Schaltgerät als mechanisches Schaltgerät, insbesondere als Vakuumschaltröhre, ausgebildet ist. Für derartige Schaltgeräte ergeben sich die genannten Vorteile explizit.
• Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die kapazitive Einheit zum Erzeugen eines den Strom-Nulldurchgang im Schaltgerät erzwingenden Strom-Null-Impulses vorgeladen ist. Durch Verwendung einer vorgeladenen kapazitiven Einheit ist ein Energiespeicher vorhanden. Der Kommutierungspfad ist somit ein aktiver Kommutierungspfad.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Gleichstrom-Schalteinrichtung einen parallel zu dem Schaltgerät und zu dem zuschaltbaren Schaltungsmodul geschalteten Überspannungsableiter aufweist.
• Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Gleichstrom-Schalteinrichtung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur koordinierten Ansteuerung des Schaltgerätes und der mindestens einen Schaltvorrichtung aufweist. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung steuert den Schaltprozess der Gleichstrom-Schalteinrichtung. In der Regel ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung weiterhin mit einer Strommesseinrichtung verbunden, die die Stromstärke des entlang des Mittel- oder Hochspannungs-Strompfades fließenden elektrischen Gleichstroms überwacht.
• Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der vorstehend genannten Gleichstrom-Schalteinrichtung zum Unterbrechen eines entlang eines Mittel- oder Hochspannungs-Strompfades fließenden elektrischen Gleichstroms I₀ .
• Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in Zeichnungen gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigen:
• 1 eine Gleichstrom-Schalteinrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
• 2 den zeitlichen Verlauf diverser Ströme in der Gleichstrom-Schalteinrichtung bei moderat hohem Gleichstrom im entsprechenden Mittel- oder Hochspannungs-Strompfad und erster Ladungspolarität an einer kapazitiven Einheit,
• 3 den zeitlichen Verlauf der Ströme in der Gleichstrom-Schalteinrichtung bei höherem Gleichstrom im entsprechenden Mittel- oder Hochspannungs-Strompfad und erster Ladungspolarität an der kapazitiven Einheit,
• 4 den zeitlichen Verlauf der Ströme in der Gleichstrom-Schalteinrichtung wieder bei moderat hohem Gleichstrom im entsprechenden Mittel- oder Hochspannungs-Strompfad jedoch umgekehrter Ladungspolarität an der kapazitiven Einheit,
• 5 den zeitlichen Verlauf der Ströme in der Gleichstrom-Schalteinrichtung wieder bei höherem Gleichstrom im entsprechenden Mittel- oder Hochspannungs-Strompfad jedoch umgekehrter Ladungspolarität an der kapazitiven Einheit, und
• 6 eine Gleichstrom-Schalteinrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
• Die 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 10 mit einem Mittel- oder Hochspannungs-Strompfad 12 und einer Gleichstrom-Schalteinrichtung 14 zum Unterbrechen eines entlang des Mittel- oder Hochspannungs-Strompfades 12 fließenden elektrischen Gleichstroms I₀ . Die Gleichstrom-Schalteinrichtung 14 weist ein in dem Strompfad 12 verschaltbares Schaltgerät 16 und ein zuschaltbares Schaltungsmodul 18 zum Erzwingen eines Strom-Nulldurchgangs in dem Schaltgerät 16 auf. Das Schaltgerät 16 ist ein mechanisches Schaltgerät 16, beispielsweise eine Vakuumschaltröhre. Das zuschaltbare Schaltungsmodul 18 zum Erzwingen eines Strom-Nulldurchgangs im Schaltgerät 16 bildet im zugeschalteten Zustand zusammen mit dem Schaltgerät 16 eine Schwingkreisschaltung 20. Dazu stellt das Schaltungsmodul 18 einen Kommutierungsstrompfad, kurz: Kommutierungspfad, zur Verfügung, der im Strompfad 12 parallel zu dem Schaltgerät 16 verschaltbar ist. Dazu weist das Schaltungsmodul 18 eine im Kommutierungspfad verschaltete Schaltvorrichtung 22 auf. Die Schaltvorrichtung 22 ist zusammen mit einer resistiven Einheit 24, einer induktiven Einheit 26 und einer kapazitiven Einheit 28 in Serienschaltung im Kommutierungspfad verschaltet. Die hier gezeigte Schwingkreisschaltung 20 ist also eine Serien-Schwingkreisschaltung eines RLC-Schwingkreises.
• Während die resistive Einheit 24, und die kapazitive Einheit 28 im Beispiel als entsprechende resistive und kapazitive Bauelemente (als Widerstand und Kondensator dargestellt) ausgebildet sind, ist die induktive Einheit 26 eine induktive Einheit 26 mit veränderbarer Induktivität, die eine interne Schaltungsstruktur aufweist. Die induktive Einheit 26 weist eine Parallelschaltung einer induktiven Komponente 32 mit einem Stromzweig 34 auf, in dem eine induktiven Komponente 36 mit einer Schaltvorrichtung 38 in Serie verschaltet sind. Die Schaltvorrichtungen 22, 38 sind beispielsweise als vakuum- oder luftisolierte Funkenstrecken, Thyristorschalter, etc. ausgebildet.
• Die kapazitive Einheit 28 ist zum Erzeugen eines den Strom-Nulldurchgang im Schaltgerät 16 erzwingenden Strom-Null-Impulses vorgeladen. In den Figuren ist dies durch die + und - Symbole angedeutet. Durch Verwendung einer vorgeladenen kapazitiven Einheit 28 ist ein Energiespeicher vorhanden und der Kommutierungspfad ist somit ein aktiver Kommutierungspfad.
• Parallel zu dem Schaltgerät 16 und dem vom Schaltungsmodul 18 gebildeten Kommutierungspfad ist ein Überspannungsableiter 40 in einem Parallelstrompfad 42 verschaltet.
• Im Mittel- oder Hochspannungs-Strompfad 12 ist weiterhin eine Strombegrenzer-Induktivität 44 in Serie mit der Gleichstrom-Schalteinrichtung 14 verschaltet. Diese Strombegrenzer-Induktivität 44 begrenzt den Strom I₀ im Mittel- oder Hochspannungs-Strompfad 12.
• Die Gleichstrom-Schalteinrichtung 14 weist schließlich noch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 zur koordinierten Ansteuerung des Schaltgerätes 16 und der Schaltvorrichtungen 22, 38 auf. Diese Ansteuerung erfolgt über entsprechende Signalpfade 48, die die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 mit dem Steuergerät 16 und mit jeder der Schaltvorrichtungen 22, 38 verbindet.
• Der Gleichstrom I₀ teilt sich im Bereich der Gleichstrom-Schalteinrichtung 14 in maximal drei Teilströme I₁ , I₂ und I₃ auf, wobei gemäß Knotenregel I₀ = I₁ + I₂ + I₃ gilt. Dabei ist I₁ der Strom über das Schaltgerät 16, I₂ der Strom über den Kommutierungspfad der zuschaltbaren Schaltungsmoduls 18 und I₃ der Strom über den Überspannungsableiter 40. Innerhalb des Kommutierungspfades kann sich der Strom I₂ noch einmal zwischen dem Zweig mit der induktiven Komponente 32 (I₂₁ ) und dem Zweig 34 mit der induktiven Komponente 36 (I₂₂ ) aufteilen.
• Bei einem RLC-Schwingkreis, wie er typischerweise bei Gleichstrom-Schalteinrichtungen 14 mit aktivem Kommutierungspfad eingesetzt wird, hat der Strom-Null-Impuls für die Erzeugung eines künstlichen Nulldurchgangs einen sinusförmigen Verlauf, wie auch in 2 gut sichtbar ist.
• Da die Steilheit eines sinusförmigen Strom-Null-Impulses, also deren Ableitung nach der Zeit, einer Kosinus-Funktion entspricht, ist bei einem hohen Strom-Null-Impuls die Anfangssteilheit relativ hoch und nimmt erst mit ansteigendem Strom ab. Um jedoch mit einem Strom-Null-Impuls hohe und niedrige Gleichströme (z.B. Nenn- und Kurzschlussströme) gleichermaßen schalten zu können, ist eine hohe Stromamplitude des Strom-Null-Impulses notwendig. Hohe Gleichströme werden daher mit einer relativ geringen Stromsteilheit unterbrochen. Bei kleinen Gleichströmen ist jedoch die Stromsteilheit gegebenenfalls noch zu hoch für eine sichere Stromabschaltung. Zur sicheren Stromunterbrechung muss daher die Steilheit des Strom-Null-Impulses auch bei kleinen Gleichströmen gering sein und deshalb auf kleine Gleichströme dimensioniert werden.
• Mit der hier gezeigten Gleichstrom-Schalteinrichtung 14 können nun mehrere Strom-Null-Impulse I₂ vorgehalten werden, nämlich einer für hohe Gleichströme mit hoher Impulsamplitude und einer mit niedriger Impulsamplitude für niedrige Gleichströme.
• Bei niedrigen Gleichströmen I₀ wird der Stromzweig 34 durch die offene Schaltvorrichtung 38 herausgenommen, sodass nur die induktive Komponente 32 genutzt wird. Es gilt: I₂ = I₂₁.
• Bei hohen Gleichströmen I₀ wird die induktive Komponente 36 des Stromzweigs 34 durch die geschlossene Schaltvorrichtung 38 parallel zu der induktiven Komponente 32 geschaltet, sodass eine Parallelschaltung der induktiven Komponenten 32, 36 genutzt wird. Es gilt: I₂ = I₂₁ + I₂₂.
• Mit anderen Worten werden mehrere zuschaltbare Induktivitätszweige (Stromzweige 34) mit nur einem Kondensator (der kapazitiven Einheit 24) in Serienschaltung verwendet. Je nach Stärke des Gleichstroms und benötigter Strom-Null-Impulshöhe (bzw. Steilheit beim Stromnulldurchgang) werden eine oder mehrere Induktivitäten (induktive Komponenten 32, 36) parallel geschaltet, sodass damit die Gesamtinduktivität des Kommutierungspfades sinkt und die Amplitude des Strom-Null-Impulses steigt. Dadurch kann die kapazitive Einheit 28 des Kommutierungspfades 28 kleiner und somit der Kommutierungspfad mit niedrigerer Energie ausgelegt werden.
• Im normalen Betriebszustand ist das als Vakuumschaltröhre ausgebildete Schaltgerät 16 im Hauptstrompfad geschlossen, die als Drauf- oder Zuschalter ausgebildeten Schaltvorrichtungen 22, 38 sind geöffnet und die kapazitive Einheit 28 (als Kondensator dargestellt) ist geladen. Der Gleichstrom I₀ kann nahezu verlustfrei fließen. Im Schaltfall wird durch eine Auswerteeinheit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 46 in Abhängigkeit der Stärke des Gleichstroms nun entweder nur die Schaltvorrichtung 22 geschlossen, sodass ein Strom-Null-Impuls mit einer geringen Amplitude (z.B. bei Lastströmen, siehe 2 und einer geringen Stromsteilheit in die Vakuumschaltröhre eingeprägt wird, oder beide Schaltvorrichtungen 22, 38 werden geschlossen, sodass ein Strom-Null-Impuls mit einer hohen Impulsamplitude (z.B. bei einem Kurzschlussstrom notwendig, siehe 3) entsteht, der zwar eine hohe Anfangssteilheit hat, jedoch zum Zeitpunkt der Stromunterbrechung eine geringe Steilheit aufweist. Der Strom-Null-Impuls kann somit immer zu dem zu unterbrechenden Gleichstrom passend eingestellt werden.
• Zudem besteht auch die Möglichkeit während eines Schaltvorgangs, wenn z.B. der niedrige Strom-Null-Impuls (Schwingkreis nur mit den Komponenten 24, 28, 32) aufgrund eines ansteigenden Fehlerstroms zu keinem künstlichen Stromnulldurchgang geführt hat, nach dem Umladen der kapazitiven Einheit 28 die Strom-Null-Impulshöhe durch das Zuschalten der zweiten induktiven Komponente 36 zu erhöhen und so den benötigten Nulldurchgang mit dem hohen Strom-Null-Impuls zu erreichen.
• 2 und 3 zeigen jeweils eine graphische Darstellung der diversen Ströme I über der Zeit t. In 2 ist die Situation mit geringem Gleichstrom I₀ (I₀ kleiner einem Schwellwert) und in 3 die Situation mit hohem Gleichstrom I₀ (I₀ größer einem Schwellwert) gezeigt.
• Der Verlauf des Stromes I1 durch das Schaltgerät 16 gibt nun das Unterbrechen des entlang des Mittel- oder Hochspannungs-Strompfades 12 fließenden elektrischen Gleichstroms an, der jeweils vom Ursprungswert I₀ auf null absinkt.
• Die Polarität der kapazitiven Einheit 28 kann auch entgegengesetzt sein (+ & - bei der kapazitiven Einheit 28 vertauscht bzw. kapazitive Einheit 28 entgegengesetzt vorgeladen). Dadurch wird dem in 2 und 3 dargestellten Gleichstrom I₀ eine zusätzliche positive Stromhalbwelle des Strom-Null-Impulses überlagert, bevor es zu dem gewünschten künstlichen Stromnulldurchgang kommt. Den entsprechenden zeitlichen Verlauf der diversen Ströme in der Gleichstrom-Schalteinrichtung 14 jedoch bei umgekehrter Ladungspolarität an der kapazitiven Einheit zeigen die 4 und 5 analog zu den 2 und 3.
• Die 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Gleichstrom-Schalteinrichtung 14, die im Wesentlichen der in 1 gezeigten Gleichstrom-Schalteinrichtung 14 entspricht, sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
• Statt der außerhalb der induktiven Einheit 26 angeordneten Schaltvorrichtung 22 weist nun jeder der Stromzweige 34 der induktiven Einheit 26 eine Serienschaltung einer induktiven Komponente 36 und einer Schaltvorrichtung 38 auf. Das Zuschalten des Schaltungsmoduls 18 erfolgt hier nicht zentral über die außerhalb der induktiven Einheit 26 angeordnete Schaltvorrichtung 22, sondern über die Schaltvorrichtungen 38 in den Zweigen 34.
• Bezugszeichenliste

10

Schaltungsanordnung

12

Strompfad

14

Gleichstrom-Schalteinrichtung

16

Schaltgerät

18

Schaltungsmodul

20

Schwingkreisschaltung

22

Schaltvorrichtung

24

Einheit, resistiv

26

Einheit, induktiv

28

Einheit, kapazitiv

30

Parallelschaltung

32

Komponente, induktiv

34

Stromzweig (induktive Einheit)

36

Komponente, induktiv

38

Schaltvorrichtung

40

Überspannungsableiter

42

Parallelstrompfad

44

Strombegrenzer-Induktivität

46

Steuer- und/oder Regeleinrichtung

48

Signalpfad

I₀

Gleichstrom

I₁

Strom über das Schaltgerät

I₂

Strom über die Schwingkreisschaltung

I₂₁

Strom über einzelne induktive Komponente

I₂₂

Strom über einzelne induktive Komponente

I₃

Strom über den Überspannungsableiter

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102014214956 A1 [0003, 0010]
• DE 102011079723 A1 [0006]
• DE 102011083514 A1 [0011]

Claims (10)

1. Gleichstrom-Schalteinrichtung (14) zum Unterbrechen eines entlang eines Mittel- oder Hochspannungs-Strompfades (12) fließenden elektrischen Gleichstroms (I₀), mit - einem in diesem Strompfad (12) verschaltbaren Schaltgerät (16) und - einem zuschaltbaren Schaltungsmodul (18) zum Erzwingen eines Strom-Nulldurchgangs in dem Schaltgerät (16), das zumindest eine induktive Einheit (26) und zumindest eine kapazitive Einheit (28) aufweist und im zugeschalteten Zustand zusammen mit dem Schaltgerät (16) eine Schwingkreisschaltung (20) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Einheit (26) eine induktive Einheit (26) mit veränderbarer Induktivität ist.
2. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Einheit (26) mehrere parallel geschaltete Stromzweige (34) aufweist, in denen jeweils ein induktives Element (36) verschaltet ist.
3. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der Stromzweige (34) eine Schaltvorrichtung (38) in Serie mit dem induktiven Element (36) verschaltet ist.
4. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zuschaltbare Schaltungsmodul (18) zum Zuschalten eine außerhalb der induktiven Einheit (26) angeordnete Schaltvorrichtung (22) aufweist.
5. Gleichstrom-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom zugeschalteten Schaltungsmodul (18) und dem Schaltgerät (16) gebildete Schwingkreisschaltung (20) eine Serien-Schwingkreisschaltung ist.
6. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (16) als mechanisches Schaltgerät (16), insbesondere als Vakuumschaltröhre, ausgebildet ist.
7. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Einheit (28) zum Erzeugen eines den Strom-Nulldurchgang im Schaltgerät (16) erzwingenden Strom-Null-Impulses vorgeladen ist.
8. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen parallel zu dem Schaltgerät (16) und zu dem zuschaltbaren Schaltungsmodul (18) geschalteten Überspannungsableiter (40) .
9. Gleichstrom-Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (46) zur koordinierten Ansteuerung des Schaltgerätes (16) und der mindestens einen Schaltvorrichtung (34).
10. Verwendung der Gleichstrom-Schalteinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Unterbrechen eines entlang eines Mittel- oder Hochspannungs-Strompfades (12) fließenden elektrischen Gleichstroms (I₀).

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