DE19530494A1 - Schutzschalter mit Strombegrenzungselement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schutzschalter, insbe­ sondere Leitungsschutzschalter, mit Strombegrenzungselement im Hauptstrompfad zwischen den Anschlußklemmen.

Zur Unterstützung von Schutzschaltern sind Limiter bekannt, Widerstände, die in dem Pfad angeordnet sind, zu dem der Strom über die Löschkammer kommutiert wird, nachstehend Kommutierungspfad genannt. Der Limiter unterstützt hierbei die Abschaltwirkung der Löschkammer, wobei sich schon über längere Zeit große Ströme aufgebaut haben.

Bei Fehlern in elektrischen Kreisen kann es zu Kurzschlüssen kommen, welche die Geräte und insbesondere die elektrischen Leitungen belasten. Infolge der großen Stromanstiegsgeschwin­ digkeiten kann es zu sehr hohen Stromspitzenwerten kommen, welche durch die strombegrenzende Lichtbogenspannung erst nach und nach wieder reduziert werden. Es ist daher wün­ schenswert, die Verzögerungszeit bis zum Wirken der Schalt­ spannung zu verkürzen, wodurch der Stromspitzenwert und auch der Stromquadrat-Zeit-Wert vermindert werden.

Neben Sicherungen werden heute vor allem schnelle, strombe­ grenzende Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter einge­ setzt. Aufgrund der Massenträgheit vergeht auch bei sehr gu­ ten Schaltgeräten eine nicht unerhebliche Zeit bis die Kon­ takte öffnen und bis der Lichtbogen zum Einlaufen in die Löscheinrichtung gebracht werden kann. Während dieser Zeit steigt der Kurzschlußstrom nahezu ungehindert an und bestimmt im wesentlichen den Spitzenwert und den Stromquadrat-Zeit-Wert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutzschal­ ter mit zusätzlichem Strombegrenzungselement zu entwickeln, der besonders rasch eine wirksame Begrenzung des Stromes erreicht.

Die Lösung der geschilderten Aufgabe erfolgt nach der Erfin­ dung durch einen Schutzschalter nach Anspruch 1. Hierbei ist das Strombegrenzungselement im Hauptstrompfad zwischen den Anschlußklemmen so angeordnet, daß es von einem Kommutie­ rungspfad überbrückt ist, der den Strom nach Öffnen der Kon­ takte des Schutzschalters bis zum Abklingen führt. Ein Groß­ teil des vom Schutzschalter abzuschaltenden Stromes wird hierdurch am Strombegrenzungselement vorbeigeführt.

Durch das Zusammenwirken wird die Zeit, während der die Lichtbogenspannung am Schutzschalter ansteht, verkürzt und der Kurzschlußstrom vermindert, indem am Strombegrenzungsele­ ment ein Spannungsfall früher einsetzt als sich die Lichtbo­ genspannung als Schaltspannung aufbauen kann.

Insbesondere kann das Strombegrenzungselement ein aktiv ge­ steuertes Element sein, wie es beispielsweise nach WO 95/07571 zur Verfügung steht. Hiermit kann man an die ver­ schiedenartigsten Abschaltbedingungen anpassen und eine be­ sonders schnell wirkende Strombegrenzung erzielen.

Es ist vorteilhaft, das schnell ansprechende Strombegren­ zungselement als Halbleiterelement auf einer Substratbasis aus SiC auszuführen.

Aktive Strombegrenzungselemente haben den Vorteil, daß auch zu ihrem eigenen Schutz gegen Überlastung ihr Strombegrenzungs­ verhalten an die aktuelle Schalthandlung des elektromechani­ schen Schutzschalters über eine entsprechende Steuerung ange­ paßt werden kann. Auf diese Weise können akut auftretende me­ chanische Verzögerungen, z. B. durch Reibung, berücksichtigt werden, ohne daß der Halbleiter überlastet wird. Dies kann auch dadurch erreicht werden, daß die strombegrenzende Span­ nung, welche der Halbleiter aufbaut, durch die Steuerung ge­ genüber einer maximal möglichen Schaltspannung reduziert wird, wodurch der Halbleiter länger in der Lage ist, die um­ gesetzte Energie aufzunehmen und weiterzugeben.

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher er­ läutert werden:

Ein Leitungsschutzschalter mit Strombegrenzungselement, die Anordnung 1, weist ein Strombegrenzungselement 2 im Haupt­ strompfad 3 zwischen den Anschlußklemmen 4 auf. Das Strombe­ grenzungselement 2 ist vom Kommutierungspfad 6 überbrückt, durch den der Strom nach Öffnen der Kontakte 7 bis zu seinem Abklingen geführt ist.

Im Ausführungsbeispiel ist das Strombegrenzungselement vor­ teilhaft als aktiv gesteuertes Element ausgeführt, dessen Strombegrenzungseigenschaften durch eine Steuerspannung an den Steuerklemmen 5 eingestellt werden kann. Das Strombe­ grenzungselement kann insbesondere als schnell-ansprechendes Halbleiterelement ausgeführt sein, beispielsweise nach WO 95/07571, offengelegt am 16.03.1995. Hierbei kann das Halbleiterelement insbesondere auf der Substratbasis aus SiC ausgeführt sein.

Da das Strombegrenzungselement 2 vom Kommutierungspfad des Schutzschalters überbrückt angeordnet ist, wird es während des weiteren Abschaltvorganges geschont. Es ist vorteilhaft, das Strombegrenzungselement 2 im normalen Betrieb so zu steuern, daß es einen möglichst geringen Durchgangswiderstand aufweist.

Als weitere aktive Strombegrenzungselemente können GTO-Thyri­ storen eingesetzt werden, wie sie auf dem Markt sind.

Allgemein eignen sich als passive Strombegrenzungselemente Kaltleiter auf keramischer Basis oder auf Kunststoffbasis.

Claims (4)

1. Schutzschalter, insbesondere Leitungsschutzschalter, mit Strombegrenzungselement im Hauptstrompfad (3) zwischen den Anschlußklemmen (4), dadurch gekennzeichnet, daß das Strombegrenzungselement (2) von einem Strompfad, Kommutierungspfad (6) genannt, überbrückt ist, durch den nach Auslösen des Schutzschalters und bei geöffneten Kontakten der Strom bis zu seinem Abklingen geführt ist.

2. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strombegrenzungselement (2) ein aktiv gesteuertes Element ist.

3. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strombegrenzungselement (2) als schnell-ansprechendes Halbleiterelement ausgeführt ist.

4. Schutzschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strombegrenzungselement als Halbleiterelement auf einer Substratbasis aus SiC ausgeführt ist.