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CH713237A2 - Switch for DC. - Google Patents

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Publication number
CH713237A2
CH713237A2 CH01663/16A CH16632016A CH713237A2 CH 713237 A2 CH713237 A2 CH 713237A2 CH 01663/16 A CH01663/16 A CH 01663/16A CH 16632016 A CH16632016 A CH 16632016A CH 713237 A2 CH713237 A2 CH 713237A2
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
connection
switch
current
mechanical switch
circuit
Prior art date
Application number
CH01663/16A
Other languages
German (de)
Inventor
Jehle Andreas
Biela Jürgen
Original Assignee
Eth Zuerich
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 Eth Zuerich filed Critical Eth Zuerich
Priority to CH01663/16A priority Critical patent/CH713237A2/en
Publication of CH713237A2 publication Critical patent/CH713237A2/en

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/59Circuit 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
    • H01H33/596Circuit 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 for interrupting DC

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalter für Gleichstrom, der Folgendes aufweist: einen ersten Leitungsanschluss (A) und einen zweiten Leitungsanschluss (B), ein mechanisches Schaltelement (100) mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (101, 102) zum Schalten eines zwischen dem ersten Leitungsanschluss (A) und dem zweiten Leitungsanschluss (B) durch einen ersten Strompfad zwischen dem ersten Anschluss (101) des mechanischen Schalters und dem zweiten Leitungsanschluss (B) und durch einen zweiten Strompfad zwischen dem zweiten Anschluss (102) des mechanischen Schalters und dem ersten Leitungsanschluss (A) fliessenden Stromes, eine Injektionsschaltung (200, 206, 207, 300, 303) mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (201, 301), aufweisend eine Serienschaltung aus mindestens einer Kapazität (200), optional mindestens einer Induktivität (206), optional mindestens eines Widerstands (207), und von einem oder mehreren elektronischen Schaltelementen (300). Die Injektionsschaltung (200, 206, 207, 300, 303) und das mechanische Schaltelement (100) bilden einen Stromkreis, und parallel zu jedem der einen oder mehreren elektronischen Schaltelemente (300) der Injektionsschaltung ist jeweils ein Varistor (303) geschaltet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Öffnen eines Schalters.The invention relates to a DC switch, comprising: a first lead terminal (A) and a second lead terminal (B), a mechanical switching element (100) having first and second terminals (101, 102) for switching one between the first Lead terminal (A) and the second lead terminal (B) by a first current path between the first terminal (101) of the mechanical switch and the second lead terminal (B) and by a second current path between the second terminal (102) of the mechanical switch and the first A line (A) flowing current, an injection circuit (200, 206, 207, 300, 303) having a first and a second terminal (201, 301), comprising a series circuit of at least one capacitance (200), optionally at least one inductor (206 ), optionally at least one resistor (207), and one or more electronic switching elements (300). The injection circuit (200, 206, 207, 300, 303) and the mechanical switching element (100) form a circuit, and a varistor (303) is connected in parallel with each of the one or more electronic switching elements (300) of the injection circuit. Furthermore, the invention relates to a method for opening a switch.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Schalter für elektrische Systeme, und insbesondere auf Schalter für Gleichstrom gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.Description: The invention relates to the field of switches for electrical systems, and in particular to switches for direct current according to the preamble of claim 1.

Stand der Technik [0002] In der Energieübertragung kommt es zum Beispiel durch Fehler oder Blitzeinschlägen zu Kurzschlüssen zwischen den Übertragungsleitungen oder zwischen Übertragungsleitung und Erde, wodurch hohe Kurzschlussströme entstehen können. Die angrenzenden Netzbereiche können durch diese Ströme destabilisiert und Komponenten beschädigt werden. Um diese Kurzschlussströme abzuschalten, werden in der Energieübertragung Leistungsschalter verwendet. Da in Wechselspannungsnetzen der Kurzschlussstrom durch die relativ hohen Systeminduktivitäten nur langsam steigt und regelmässig ein Stromnulldurchgang auftritt, können rein mechanische Schalter verwendet werden. In Gleichspannungsnetzen hingegen besitzen die Netze nur eine relativ geringere Induktivität, wodurch Kurzschlussströme schneller ansteigen. Auch sind die Komponenten anfälliger bezüglich hoher Fehlerströme, insbesondere trifft dies auf Halbleiter in Konvertern zu. Weiterhin existiert kein natürlicher Stromnulldurchgang, wodurch in einem mechanischen Schalter der Lichtbogen nicht von allein erlischt.PRIOR ART In energy transmission, for example, errors or lightning strikes lead to short circuits between the transmission lines or between the transmission line and earth, which can result in high short-circuit currents. The adjacent network areas can be destabilized by these currents and components can be damaged. Circuit breakers are used in power transmission to switch off these short-circuit currents. Since in AC networks the short-circuit current rises only slowly due to the relatively high system inductances and a current zero crossing occurs regularly, purely mechanical switches can be used. In DC voltage networks, on the other hand, the networks only have a relatively lower inductance, which means that short-circuit currents rise more quickly. The components are also more susceptible to high fault currents, in particular this applies to semiconductors in converters. Furthermore, there is no natural zero current, which means that the arc does not go out automatically in a mechanical switch.

[0003] Derzeit existieren drei Möglichkeiten um diese Kurzschlussströme abzuschalten. Die erste Möglichkeit sind schnelle mechanische Schalter mit Resonanzkreis, um einen Stromnulldurchgang zu generieren (EP 0 758 137 A1). Die zweite Lösung ist ein Leistungsschalter nur auf Basis von Halbleitern (WO 2016 007 489 A1). Da die erste Möglichkeit in der Regel relativ langsam ist und die zweite Möglichkeit hohe Leitverluste während des Normalbetriebs erzeugt, wird zurzeit eine dritte Möglichkeit untersucht, die den mechanischen Schalter für den Normalbetrieb und Halbleiter zum Abschalten der Kurzschlussströme kombiniert. Diese hybriden Gleichspannungsschalter zum Abschalten von Kurzschlussströmen basieren zurzeit hauptsächlich auf einer von zwei Möglichkeiten. Die erste Möglichkeit ist das Einbringen eines Elements, oft eines abschaltbaren Halbleiterelements, welches eine Abkommutierung des Stromes von einem mechanischen Schalter in parallele Leistungshalbleiter ermöglicht, dafür jedoch zusätzliche Verluste im Normalbetrieb erzeugt. Anschliessend wird der mechanische Schalter stromlos geöffnet und die parallel geschalteten Halbleiter abgeschaltet (WO 2011 057 657 A1). Eine zweite Möglichkeit ist die Injektion eines Stromes in den mechanischen Schalter entgegen der Flussrichtung des Kurzschlussstroms mit gleicher oder höherer Amplitude, so dass der Lichtbogen im sich öffnenden mechanischen Schalter erlischt und der mechanische Schalter sperrt. In beiden Fällen werden anschliessend Varistoren verwendet, um die Leitungsinduktivitäten zu entladen.[0003] There are currently three options for switching off these short-circuit currents. The first possibility is rapid mechanical switches with a resonance circuit in order to generate a current zero crossing (EP 0 758 137 A1). The second solution is a circuit breaker based only on semiconductors (WO 2016 007 489 A1). Since the first option is generally relatively slow and the second option generates high conduction losses during normal operation, a third option is currently being investigated, which combines the mechanical switch for normal operation and the semiconductor for switching off the short-circuit currents. These hybrid DC voltage switches for switching off short-circuit currents are currently mainly based on one of two options. The first possibility is the introduction of an element, often a semiconductor element that can be switched off, which enables the current to be commutated from a mechanical switch into parallel power semiconductors, but instead generates additional losses in normal operation. The mechanical switch is then opened without current and the semiconductors connected in parallel are switched off (WO 2011 057 657 A1). A second possibility is to inject a current into the mechanical switch in the opposite direction to the flow of the short-circuit current with the same or higher amplitude, so that the arc in the mechanical switch that is opened goes out and the mechanical switch blocks. In both cases, varistors are then used to discharge the line inductances.

[0004] Ein hybrider Gleichspannungsschalter mit Strominjektion kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Die Grundfunktion ist mit wenigen Elementen mit der Topologie aus WO 2012 100 831 A1 in Abb. 1 realisierbar. Ein hybrider Gleichspannungsschalter mit Strominjektion besitzt einen mechanischen Schalter 100 als stromtragendes Element. Dabei ist ein Anschluss 101 des mechanischen Schalters 100 mit einem Leitungsanschluss B verbunden und ein zweiter Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 ist mit einem Leitungsanschluss A verbunden. Ein Schaltkreis 2, um einen Strompuls zu erzeugen, befindet sich parallel dazu. Er besteht aus einer Kapazität 201, einem Thyristor 202 und einer Induktivität 206. Die Kapazität 200 ist mit positiver Polarität an einem Anschluss 201 geladen, welcher mit dem Anschluss 101 des mechanischen Schalters 100 verbunden ist. Eine Anode 203 des Thyristors 202 ist mit dem Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 verbunden. Eine Kathode 204 des Thyristors 202 ist über die Induktivität 206 mit einem Anschluss 205 der Kapazität 200 verbunden. Parallel zu dem mechanischen Schalter 100 befindet sich ein Varistor 500 und parallel zu der Kapazität 200 befindet sich eine Ladeschaltung 600, welche verwendet wird um die Kapazität 200 zu laden.A hybrid DC switch with current injection can be implemented in different ways. The basic function can be implemented with a few elements using the topology from WO 2012 100 831 A1 in Fig. 1. A hybrid DC switch with current injection has a mechanical switch 100 as a current-carrying element. A connection 101 of the mechanical switch 100 is connected to a line connection B and a second connection 102 of the mechanical switch 100 is connected to a line connection A. A circuit 2 for generating a current pulse is in parallel. It consists of a capacitance 201, a thyristor 202 and an inductor 206. The capacitance 200 is charged with positive polarity at a connection 201 which is connected to the connection 101 of the mechanical switch 100. An anode 203 of the thyristor 202 is connected to the terminal 102 of the mechanical switch 100. A cathode 204 of the thyristor 202 is connected to a terminal 205 of the capacitor 200 via the inductance 206. There is a varistor 500 in parallel with the mechanical switch 100 and in parallel with the capacitor 200 there is a charging circuit 600 which is used to charge the capacitor 200.

[0005] Um einen Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B zu unterbrechen, wird die Topologie aus WO 2012 100 831 A1 wie folgt genutzt. Der mechanische Schalter 100 wird geöffnet. Dabei entsteht durch den Strom ein Lichtbogen. Um nach dem vollständigen Öffnen des mechanischen Schalters 100 den Lichtbogen erlöschen zu lassen, wird der Thyristor 202 eingeschaltet, wodurch ein Strompuls durch den mechanischen Schalter 100 erzeugt wird. Wenn der Strompuls gleich gross ist wie der Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B, also der Strom im mechanischen Schalter 100 null ist, erlischt der Lichtbogen und der mechanische Schalter 100 sperrt. Der Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B kommutiert dann zunächst in den Schaltkreis 2 bis die Kapazität 200 so weit geladen ist, dass der Varistor 500 zu leiten beginnt. Dieser ist so ausgelegt, dass der Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B sinkt.In order to interrupt a current from the line connection A to the line connection B, the topology from WO 2012 100 831 A1 is used as follows. The mechanical switch 100 is opened. An arc arises from the current. In order to let the arc extinguish after the mechanical switch 100 has been completely opened, the thyristor 202 is switched on, as a result of which a current pulse is generated by the mechanical switch 100. If the current pulse is the same size as the current from line connection A to line connection B, that is to say the current in mechanical switch 100 is zero, the arc extinguishes and mechanical switch 100 blocks. The current from the line connection A to the line connection B then first commutates into the circuit 2 until the capacitance 200 is charged to such an extent that the varistor 500 begins to conduct. This is designed so that the current from line connection A to line connection B drops.

[0006] In WO 2014 117 807 A1, dargestellt in Abb. 2 werden drei mögliche Erweiterungen der Grundstruktur aus dem mechanischen Schalter 100, dem Schaltkreis 2 und dem Varistor 500 präsentiert. Eine erste Erweiterung ist ein Widerstand 503 Er ist verbunden mit der Kathode 204 des Thyristors 202 und einem Rückleiter C, dem Rückleiter des Stromes von Leitungsanschluss A nach Leitungsanschluss B, welcher ein niedrigeres Potential als Leitungsanschluss B hat. Eine zweite Erweiterung stellt ein Thyristor 601 dar. Eine Kathode 602 des Thyristors 601 ist mit dem Anschluss 201 der Kapazität 200 verbunden und eine Anode 603 des Thyristors 601 ist mit dem Kathode 204 des Thyristors 202 verbunden. Eine dritte Erweiterung stellt eine Diode 400 dar. Eine Anode 401 der Diode 400 ist mit Anschluss 101 des mechanischen Schalters 100 verbunden und eine Kathode 402 der Diode 400 ist mit Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 verbunden.In WO 2014 117 807 A1, shown in Fig. 2, three possible extensions of the basic structure from the mechanical switch 100, the circuit 2 and the varistor 500 are presented. A first extension is a resistor 503. It is connected to the cathode 204 of the thyristor 202 and a return conductor C, the return conductor of the current from line connection A to line connection B, which has a lower potential than line connection B. A second extension is a thyristor 601. A cathode 602 of the thyristor 601 is connected to the connection 201 of the capacitance 200 and an anode 603 of the thyristor 601 is connected to the cathode 204 of the thyristor 202. A third extension is a diode 400. An anode 401 of diode 400 is connected to connection 101 of mechanical switch 100 and a cathode 402 of diode 400 is connected to connection 102 of mechanical switch 100.

[0007] Der Nutzen und die Funktionsweise der drei Erweiterungen von WO 2014 117 807 A1 werden im Folgenden erläutert. Die erste Erweiterung mit dem Widerstand 503 erlaubt über die Kapazität 200, die Induktivität 206 und Widerstand[0007] The benefits and the mode of operation of the three extensions of WO 2014 117 807 A1 are explained below. The first extension with the resistor 503 allows the capacitance 200, the inductance 206 and the resistor

CH 713 237 A2CH 713 237 A2

503 einen Stromfluss von dem Leitungsanschluss B zu dem Rückleiter C, der so die Kapazität 200 auflädt. Da der Widerstand 503 relativ gross ist, hat er keinen Einfluss auf das Schaltverhalten des hybriden Gleichspannungsschalters. Eine Ladeschaltung wie in WO 2012 100 831 A1 ist somit nicht nötig. Die zweite Erweiterung mit dem Thyristor 601 erlaubt es die Polarität der Kapazität 200 umzukehren. Hierfür wird der Thyristor 601 eingeschaltet. Ein Strom durch die Induktivität 206 und die Kapazität 200 kehrt die Polarität um. Die dritte Erweiterung mit der Diode 400 erlaubt es einen Strompuls zu verwenden, der auch deutlich höher sein kann als der Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B. Der Strompuls kommutiert dann nach dem Löschen des Lichtbogens auf die Diode 400. Erst nachdem der Strompuls kleiner ist als der Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B, sperren sowohl der mechanische Schalter 100 als auch die Diode 400. Der Vorteil der Erweiterung ist, dass der Strompuls nicht an den Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B angepasst sein muss. Es reicht wenn der Strompuls gross genug ist, um den maximal möglichen Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B abzuschalten. Des Weiteren liegt nach dem Erlöschen des Lichtbogens eine kurze Zeit keine Spannung über den mechanischen Schalter 100 an, wodurch ein Wiederzünden des Lichtbogens unwahrscheinlicher wird.503 a current flow from the line connection B to the return conductor C, which thus charges the capacitance 200. Since the resistor 503 is relatively large, it has no influence on the switching behavior of the hybrid DC voltage switch. A charging circuit as in WO 2012 100 831 A1 is therefore not necessary. The second extension with the thyristor 601 allows the polarity of the capacitance 200 to be reversed. For this, the thyristor 601 is switched on. A current through inductor 206 and capacitance 200 reverses polarity. The third extension with the diode 400 makes it possible to use a current pulse which can also be significantly higher than the current from the line connection A to the line connection B. The current pulse then commutates on the diode 400 after the arc has been extinguished. Only after the current pulse is smaller than the current from line connection A to line connection B, both mechanical switch 100 and diode 400 block. The advantage of the extension is that the current pulse does not have to be adapted to the current from line connection A to line connection B. , It is sufficient if the current pulse is large enough to switch off the maximum possible current from line connection A to line connection B. Furthermore, after the arc has been extinguished, there is no voltage across the mechanical switch 100 for a short time, making the arc less likely to re-ignite.

[0008] US 2014 376 140 A1, dargestellt in Abb. 3 verwendet ebenfalls den mechanischen Schalter 100 und den Varistor 500. Als Schaltkreis, um den Strompuls zu erzeugen, wird jedoch eine Reihenschaltung 7 aus einem Thyristor 700, einer Kapazität 703, einer Induktivität 706 und einem Thyristor 707 verwendet. Eine Anode 701 des Thyristors ist mit dem Anschluss 102 des mechanischen Schalters verbunden und eine Kathode 702 des Thyristors 700 mit dem Anschluss 704 der Kapazität 703. Eine Kathode 709 des Thyristors 707 ist mit dem Anschluss 101 des mechanischen Schalters 100 verbunden und eine Anode 708 des Thyristors 707 über Induktivität 706 mit einem Anschluss 705 der Kapazität 703. Die Kapazität 703 ist mit positiver Polarität an dem Anschluss 705 geladen. Weiterhin ist eine Kathode 801 eines Thyristors 800 mit dem Anschluss 705 der Kapazität 703 verbunden und eine Anode 802 des Thyristors 800 über eine Induktivität 803 mit dem Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100. Eine Anode 902 eines vierten Thyristors 900 ist mit der KathodeUS 2014 376 140 A1, shown in Fig. 3 also uses the mechanical switch 100 and the varistor 500. However, as a circuit to generate the current pulse, a series circuit 7 is made of a thyristor 700, a capacitance 703, an inductor 706 and a thyristor 707 used. An anode 701 of the thyristor is connected to the connection 102 of the mechanical switch and a cathode 702 of the thyristor 700 is connected to the connection 704 of the capacitance 703. A cathode 709 of the thyristor 707 is connected to the connection 101 of the mechanical switch 100 and an anode 708 of the Thyristor 707 via inductance 706 with a connection 705 of the capacitance 703. The capacitance 703 is charged with positive polarity at the connection 705. Furthermore, a cathode 801 of a thyristor 800 is connected to the connection 705 of the capacitance 703 and an anode 802 of the thyristor 800 via an inductor 803 to the connection 102 of the mechanical switch 100. An anode 902 of a fourth thyristor 900 is connected to the cathode

702 des Thyristors 700 und eine Kathode 901 des Thyristors 900 ist mit Anschluss 101 des mechanischen Schalter 100 verbunden.702 of thyristor 700 and a cathode 901 of thyristor 900 is connected to terminal 101 of mechanical switch 100.

[0009] Um einen Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B zu unterbrechen, werden der Thyristor 700 und der Thyristor 707 eingeschaltet. Es entsteht ein Strompuls durch Reihenschaltung 7 und den mechanischen Schalter 100, wodurch der Lichtbogen im mechanischen Schalter 100 erlischt. Nachdem sich die Polarität der KapazitätIn order to interrupt a current from the line connection A to the line connection B, the thyristor 700 and the thyristor 707 are switched on. A current pulse is generated by series connection 7 and the mechanical switch 100, as a result of which the arc in the mechanical switch 100 is extinguished. After the polarity of the capacitance

703 umgekehrt hat, wird der Thyristor 800 eingeschaltet, wodurch der Strom in dem Thyristor 700 sinkt und der Thyristor 700 sperrt. Anschliessend wird der Thyristor 900 eingeschaltet, wodurch der Strom in dem Thyristor 707 sinkt und der Thyristor 707 sperrt. Der Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B lädt anschliessend die Kapazität 703 mit der ursprünglichen Polarität wieder auf, bevor der Varistor 500 zu leiten beginnt und der Strom sinkt.703 reversed, the thyristor 800 is turned on, whereby the current in the thyristor 700 decreases and the thyristor 700 blocks. The thyristor 900 is then switched on, as a result of which the current in the thyristor 707 drops and the thyristor 707 blocks. The current from the line connection A to the line connection B then recharges the capacitance 703 with the original polarity before the varistor 500 begins to conduct and the current drops.

[0010] Ein erstes Problem der Topologien ist, dass die Spannung über den mechanischen Schalter 100 nicht kontrolliert werden kann, nachdem der mechanische Schalter 100 sperrt. Mit der Diode 400 aus WO 2014 117 807 A1, beziehungsweise dem Strom über die Induktivität 803, den Thyristor 800, der Induktivität 706 und den Thyristor 707 existiert lediglich ein gewisser Zeitraum, in weichem keine grosse Spannung über den mechanischen Schalter 100 anliegt. Der Spannungsanstieg wird anschliessend jedoch genau wie in WO 2012 100 831 A1 durch die Kapazitäten der Topologien bestimmt. Die Nutzung der maximal möglichen Spannung über den mechanischen Schalter 100 zu jedem Zeitpunkt während des Schaltprozesses ist jedoch massgebend für die Leistungsfähigkeit des Gleichspannungsschalters.A first problem with the topologies is that the voltage across the mechanical switch 100 cannot be controlled after the mechanical switch 100 locks. With the diode 400 from WO 2014 117 807 A1, or the current through the inductor 803, the thyristor 800, the inductor 706 and the thyristor 707, there is only a certain period of time in which there is no great voltage across the mechanical switch 100. However, the voltage rise is then determined, as in WO 2012 100 831 A1, by the capacities of the topologies. However, the use of the maximum possible voltage via the mechanical switch 100 at any time during the switching process is decisive for the performance of the DC voltage switch.

[0011] Ein zweites Problem ist die Existenz eines induktiven Spannungsteilers nach dem Abschalten des mechanischen Schalters 100. Solange der mechanische Schalter 100 eingeschaltet bleibt liegt die gesamte Netzspannung an den Leitungsinduktivitäten. Wenn der mechanische Schalter 100 sperrt, wird die Stromsteilheit des Stromes von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B zusätzlich bestimmt durch die Induktivität 206, beziehungsweise durch die Induktivitäten 706 und 803. Dieser induktive Spannungsteiler erzeugt einen Spannungssprung an dem mechanischen Schalter 100.A second problem is the existence of an inductive voltage divider after the mechanical switch 100 has been switched off. As long as the mechanical switch 100 remains switched on, the entire mains voltage is due to the line inductances. When the mechanical switch 100 blocks, the current steepness of the current from the line connection A to the line connection B is additionally determined by the inductor 206, or by the inductors 706 and 803. This inductive voltage divider generates a voltage jump at the mechanical switch 100.

[0012] Ein drittes Problem der Topologien ist das Laden von Kapazitäten. Die Ladeschaltung 600 von WO 2012 100831 A1 bedeutet ein zusätzlicher Aufwand, insbesondere da sie auf dem Potential der Leitung an dem Leitungsanschluss B liegt. WO 2014 117 807 A1 nutzt Widerstand 503 um den Kondensator zu Laden. Dies ist jedoch nur möglich wenn der mechanischen Schalter 100 eingeschaltet ist. Die Möglichkeit den Gleichspannungsschalter unmittelbar nach dem Einschalten wieder abzuschalten ist daher nicht gegeben. US 2014 376 140 A1 lädt die Kapazität beim Ausschaltprozess für den nächsten Ausschaltprozess. Ein Problem bleibt hier, dass die Kapazität 703 nicht nachgeladen wird, also die parasitären Verluste nicht kompensiert werden. Ausserdem ist für die beiden letztgenannten Topologien das Nachladen der Kapazität 200, beziehungsweise der Kapazität 703, nach einem fehlgeschlagenen Löschvorgang des Lichtbogens je nach Zeitpunkt des Wiederzündens schwierig oder unmöglich. WO 2012 100 831 A1 brauchte hierfür eine schnelle und aufwändige Ladeschaltung 600.A third problem with topologies is loading capacities. The charging circuit 600 from WO 2012 100831 A1 means an additional effort, in particular since it is at the potential of the line at the line connection B. WO 2014 117 807 A1 uses resistor 503 to charge the capacitor. However, this is only possible if the mechanical switch 100 is switched on. It is therefore not possible to switch the DC voltage switch off immediately after switching on. US 2014 376 140 A1 loads the capacity during the switch-off process for the next switch-off process. A problem remains here that the capacitance 703 is not recharged, that is to say the parasitic losses are not compensated for. In addition, for the latter two topologies, it is difficult or impossible to reload the capacitance 200 or the capacitance 703 after an unsuccessful arc extinguishing process, depending on the point in time at which it is re-ignited. WO 2012 100 831 A1 needed a fast and complex charging circuit 600 for this.

[0013] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Schalter für Gleichstrom der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher die oben genannten Nachteile behebt.It is therefore an object of the invention to provide a switch for direct current of the type mentioned, which eliminates the disadvantages mentioned above.

[0014] Diese Aufgabe löst ein Schalter für Gleichstrom mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.This object is achieved by a switch for direct current with the features of claim 1.

[0015] Dieser Schalter für Gleichstrom weist also auf:This switch for direct current therefore has:

CH 713 237 A2 einen ersten Leitungsanschluss und einen zweiten Leitungsanschluss, einen mechanischen Schalter mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, zum Schalten eines zwischen dem ersten Leitungsanschluss und dem zweiten Leitungsanschluss durch einen ersten Strompfad zwischen dem ersten Anschluss des mechanischen Schalters und dem zweiten Leitungsanschluss und durch einen zweiten Strompfad zwischen dem zweiten Anschluss des mechanischen Schalters und dem ersten Leitungsanschluss fliessenden Stromes, eine Injektionsschaltung mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, aufweisend eine Serienschaltung aus mindestens einer Kapazität, optional mindestens einer Induktivität, optional mindestens eines Widerstands, und von einem oder mehreren Schaltern, wobei die Injektionsschaltung und der mechanische Schalter einen Stromkreis bilden, wobei parallel zu jedem der einen oder mehreren Schalter der Injektionsschaltung jeweils ein Varistor geschaltet ist.CH 713 237 A2 a first line connection and a second line connection, a mechanical switch with a first and a second connection, for switching a between the first line connection and the second line connection through a first current path between the first connection of the mechanical switch and the second line connection and by a second current path between the second connection of the mechanical switch and the first line connection current flowing, an injection circuit with a first and a second connection, comprising a series connection of at least one capacitance, optionally at least one inductor, optionally at least one resistor, and one or a plurality of switches, the injection circuit and the mechanical switch forming a circuit, a varistor being connected in parallel with each of the one or more switches of the injection circuit.

[0016] Durch den Stromkreis aus der Injektionsschaltung und dem mechanischen Schalter kann also ein Strom fliessen, wenn der mechanische Schalter geschlossen ist oder geöffnet wurde und noch nicht die volle Sperrfähigkeit erreicht hat.Through the circuit from the injection circuit and the mechanical switch, a current can flow when the mechanical switch is closed or has been opened and has not yet reached full blocking capacity.

[0017] Das Verfahren zum Öffnen eines Schalters, ausgehend von einem geschlossenen Zustand des mechanischen Schalters, weist die folgenden Schritte auf:The method for opening a switch, starting from a closed state of the mechanical switch, has the following steps:

- Öffnen des mechanischen Schalters;- opening the mechanical switch;

- Einschalten von einem oder mehreren der Schalter, wodurch ein Strom durch den mechanischen Schalter, die mindestens eine Kapazität, die einen oder mehreren Schalter, die mindestens eine Induktivität und den mindestens einen Widerstand fliesst.- Turning on one or more of the switches, whereby a current flows through the mechanical switch, the at least one capacitance, the one or more switches, the at least one inductance and the at least one resistor.

[0018] Mit anderen Worten: dieser Strom fliesst durch den Stromkreis, der durch die Injektionsschaltung und den mechanische Schalter gebildet ist.In other words: this current flows through the circuit which is formed by the injection circuit and the mechanical switch.

[0019] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:In the following, the subject matter of the invention is explained in more detail with the aid of preferred exemplary embodiments which are illustrated in the accompanying drawings. Each shows schematically:

Abb. 1-3Fig. 1-3

Abb. 4Fig. 4

Abb. 5Fig. 5

Abb. 6Fig. 6

Abb. 7Fig. 7

Abb. 8Fig. 8

Abb. 9-11Fig. 9-11

Abb. 12-13Fig. 12-13

Abb. 14-18Fig. 14-18

Abb. 19Fig. 19

Abb. 20Fig. 20

Schalter für Gleichstrom gemäss dem Stand der Technik;Switch for direct current according to the prior art;

die Anordnung eines verallgemeinerten Schalters zwischen zwei Leitungen; einen Schalter mit Strominjektion mit teilweise steuerbarer Spannung; zeitliche Verläufe von Spannungen und Strömen in der Schaltung gemäss Abb. 5; eine Variante der Schaltung gemäss Abb. 5;the arrangement of a generalized switch between two lines; a switch with current injection with partially controllable voltage; time profiles of voltages and currents in the circuit according to Fig. 5; a variant of the circuit according to Fig. 5;

zeitliche Verläufe von Spannungen und Strömen in der Schaltung gemäss Abb. 7; weitere Varianten der Schaltung gemäss Abb. 5;time profiles of voltages and currents in the circuit according to Fig. 7; further variants of the circuit according to Fig. 5;

Varianten der Schaltung mit einer Entmagnetisierungsschaltung;Variants of the circuit with a demagnetization circuit;

Varianten der Schaltung zur Vorladung einer Injektionskapazität;Variants of the circuit for precharging an injection capacity;

zeitliche Verläufe von Spannungen und Strömen in der Schaltung gemäss Abb. 18;time profiles of voltages and currents in the circuit according to Fig. 18;

eine beispielhafte Kombination von verschiedenen Varianten.an exemplary combination of different variants.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

Ausschaltbare Schalter [0020] Die Erfindung bezieht sich auf ein Schalter für Gleichstrom. Wie in Abb. 4 dargestellt wird der Schalter zwischen zwei Leitungen an einem Leitungsanschluss A und einem Leitungsanschluss B verwendet. Der Schalter kann auch eine Verbindung zu einem Rückleiter C beinhalten, auf welchem der Rückstrom eines Stromes von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B fliesst. Die Aufgabe des Schalters ist es einen Strom von dem Leitungsanschluss A zuSwitchable switches The invention relates to a switch for direct current. As shown in Fig. 4, the switch is used between two lines at a line connection A and a line connection B. The switch can also include a connection to a return conductor C, on which the return current of a current flows from the line connection A to the line connection B. The task of the switch is to draw a current from the line connection A.

CH 713 237 A2CH 713 237 A2

Leitungsanschluss B zu unterbrechen und die Zuleitungsinduktivitäten, in Abb. 4 mit L1, L2 L3 und L4 gekennzeichnet, zu entmagnetisieren. Dies beinhaltet insbesondere das Abschalten von Kurzschlussströmen.Interrupt line connection B and demagnetize the lead inductances, marked in Fig. 4 with L1, L2 L3 and L4. This includes in particular switching off short-circuit currents.

[0021] In Abb. 5 ist eine Ausführungsform der Topologie des hybriden Gleichspannungsschalters mit Strominjektion mit teilweise steuerbarer Spannung dargestellt. Der Gleichspannungsschalter wird zwischen dem Leitungsanschluss A und dem Leitungsanschluss B von zwei Leitungen verwendet. Die Topologie besitzt einen mechanischen Schalter 100 zwischen dem Leitungsanschluss A und dem Leitungsanschluss B. Dabei ist ein erster Anschluss 101 des mechanischen Schalters 100 mit dem Leitungsanschluss B verbunden und ein zweiter Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 mit dem Leitungsanschluss A verbunden. Ein erster Anschluss 201 einer Kapazität 200, auch Injektionskapazität genannt, mit positiver Polarität an diesem ersten Anschluss 201 geladen, ist mit dem ersten Anschluss 101 des mechanischen Schalters 100 verbunden. Ein oder mehrere in Reihe geschaltete abschaltbare Schalter 300, z.B. IGBTs, werden an dem zweiten Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 angeschlossen. Dabei ist ein Kollektor oder erster Anschluss 301 der Schalter 300 mit dem zweiten Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 verbunden. Zwischen einem emitterseitigen zweiten Anschluss 302 der Schalter 300 und einem zweiten Anschluss 205 der Kapazität 200 (mit negativer Polarität) befindet sich eine Serienschaltung aus einer Induktivität 206 und einem Widerstand 207. Parallel zu jedem einzelnen oder mehreren Schaltern 300 ist jeweils ein Varistor 303 geschaltet. Des Weiteren ist ein Varistor 600 zwischen dem ersten Anschluss 201 der Kapazität 200 und dem zweiten Anschluss 302 der Schalter 300 geschaltet. Die Positionierung der Induktivität 206 und des Widerstands 207 ist in der Reihenschaltung aus der Kapazität 200, der Induktivität 206 und des Widerstand 207 von Abb. 5 beliebig veränderbar. Eine oder mehrere Strommessungen 106 können bei Bedarf hinzugefügt werden. So kann sich eine Strommessung zwischen Leitungsanschluss A und dem zweiten Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 oderzwischen dem ersten Anschluss 301 der Schalter300 und dem zweiten Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 befinden.5 shows an embodiment of the topology of the hybrid DC voltage switch with current injection with partially controllable voltage. The DC voltage switch is used between line connection A and line connection B of two lines. The topology has a mechanical switch 100 between the line connection A and the line connection B. A first connection 101 of the mechanical switch 100 is connected to the line connection B and a second connection 102 of the mechanical switch 100 is connected to the line connection A. A first connector 201 of a capacitor 200, also called an injection capacitor, charged with positive polarity at this first connector 201 is connected to the first connector 101 of the mechanical switch 100. One or more switchable switches 300 connected in series, e.g. IGBTs are connected to the second connection 102 of the mechanical switch 100. A collector or first connection 301 of the switch 300 is connected to the second connection 102 of the mechanical switch 100. A series circuit comprising an inductor 206 and a resistor 207 is located between a second terminal 302 of the switch 300 on the emitter side and a second terminal 205 of the capacitance 200 (with negative polarity). A varistor 303 is connected in parallel with each or more switches 300. Furthermore, a varistor 600 is connected between the first connection 201 of the capacitance 200 and the second connection 302 of the switches 300. The positioning of the inductor 206 and the resistor 207 can be changed as desired in the series circuit comprising the capacitor 200, the inductor 206 and the resistor 207 from FIG. 5. One or more current measurements 106 can be added if necessary. Thus, there can be a current measurement between line connection A and the second connection 102 of the mechanical switch 100 or between the first connection 301 of the switch 300 and the second connection 102 of the mechanical switch 100.

[0022] Der mechanische Schalter 100 wird verwendet, um im Normalbetrieb die Verluste gering zu halten. Die Kapazität 200 ist vorgeladen. Eine schematische Darstellung des Ausschaltprozesses respektive den auftretenden Spannungen und Strömen ist in Abb. 6 zu sehen. Um einen Strom von Leitungsanschluss A nach Leitungsanschluss B abzuschalten, wird zuerst der mechanische Schalter 100 geöffnet (t1).The mechanical switch 100 is used to keep the losses low in normal operation. The capacity 200 is pre-charged. A schematic representation of the switch-off process and the occurring voltages and currents can be seen in Fig. 6. In order to switch off a current from line connection A to line connection B, the mechanical switch 100 is first opened (t1).

[0023] Sobald der mechanische Schalter 100 geöffnet ist (t2), werden alle oder ein Teil der Schalter 300 eingeschaltet, so dass ein Pulsstrom durch den mechanischen Schalter 100, die Kapazität 200, die Schalter 300, die Induktivität 206 und den Widerstand 207 erzeugt wird. Sobald der Pulsstrom gleich gross wie der Kurzschlussstrom ist, erlischt der Lichtbogen im dem mechanischen Schalter 100 und der mechanische Schalter 100 sperrt (t3). Die Induktivität 206 und der Widerstand 207 werden verwendet, um die Form des Strompulses zu definieren. Sie können dabei auch weggelassen oder durch die parasitäre Induktivität oder den parasitären Widerstand des Pulsstromkreises realisiert werden. Wenn nur ein Teil der Schalter 300 eingeschaltet werden, ist ein Stromfluss über die Varistoren 303 möglich, wodurch ebenfalls die Form des Pulsstromes beeinflusst werden kann.As soon as the mechanical switch 100 is open (t2), all or part of the switches 300 are switched on, so that a pulse current through the mechanical switch 100, the capacitance 200, the switches 300, the inductor 206 and the resistor 207 is generated becomes. As soon as the pulse current is equal to the short-circuit current, the arc in the mechanical switch 100 extinguishes and the mechanical switch 100 blocks (t3). Inductor 206 and resistor 207 are used to define the shape of the current pulse. They can also be omitted or implemented by the parasitic inductance or the parasitic resistance of the pulse circuit. If only some of the switches 300 are turned on, a current flow through the varistors 303 is possible, which can also influence the shape of the pulse current.

[0024] Sobald der mechanische Schalter 100 nicht mehr leitet, kommutiert der Kurzschlussstrom auf den Pfad durch die Kapazität 200, die Schalter 300, die Induktivität 206 und den Widerstand 207. Durch den Kurzschlussstrom wird dabei die Kapazität 200 mit umgekehrter Polarität geladen. Die Spannung zwischen den Anschlüssen 101 und 102 des mechanischen Schalters 100 wird dabei bestimmt durch die Spannung über die Kapazität 200, die Schalter 300, die Induktivität 206 und den Widerstand 207. Durch das gezielte Ausschalten einer oder mehrerer Schalter 300 kommutiert der Kurzschlussstrom auf die parallelen Varistoren 303. Hiermit ist es möglich die Spannung zwischen den Anschlüssen 301 und 302 der Schalter 300 zu kontrollieren und so die Spannung über den mechanischen Schalter 100 teilweise zu steuern, was ein bei den bisher verwendeten Topologien mit Strominjektion ein erstes Problem ist, da bei diesen zeitweilig die Spannung über den mechanischen Schalter 100 nur von passiven Komponenten abhängig ist. Damit kann die maximale Sperrspannung des mechanischen Schalters 100 ausgenutzt werden und ein schnellerer Abfall des Kurzschlussstromes wird erreicht. In Abb. 6 ist ein Einschalten und anschliessendes Ausschalten eines Teils der Schalter 300 dargestellt. Sobald die Kapazität 200 vollständig geladen ist, kommutiert der Strom auf den Varistor 600. Nach dem Erreichen der maximalen Spannung über dem mechanischen Schalter 100 (t4) wird nur noch die Energie in den Leitungsinduktivitäten in den Varistoren 303 und 600 abgebaut bis der Kurzschlussstrom zu null wird (t5). Die Varistoren 303 und 600 werden ausserdem genutzt, um die maximale Spannung über den einzelnen Schaltern 300 und der Kapazität 200 zu begrenzen und so ihre Zerstörung durch Überspannung zu vermeiden.As soon as the mechanical switch 100 no longer conducts, the short-circuit current commutates into the path through the capacitor 200, the switch 300, the inductor 206 and the resistor 207. The capacitor 200 is charged with the reverse polarity by the short-circuit current. The voltage between the connections 101 and 102 of the mechanical switch 100 is determined by the voltage across the capacitance 200, the switches 300, the inductance 206 and the resistor 207. By deliberately switching off one or more switches 300, the short-circuit current commutates to the parallel ones Varistors 303. This makes it possible to control the voltage between the connections 301 and 302 of the switches 300 and thus to partially control the voltage via the mechanical switch 100, which is a first problem with the topologies with current injection used hitherto, since these temporarily the voltage across the mechanical switch 100 is only dependent on passive components. The maximum reverse voltage of the mechanical switch 100 can thus be used and a faster drop in the short-circuit current is achieved. FIG. 6 shows a switch on and then a switch off of some of the switches 300. As soon as the capacitance 200 is fully charged, the current commutates to the varistor 600. After reaching the maximum voltage across the mechanical switch 100 (t4), only the energy in the line inductances in the varistors 303 and 600 is reduced until the short-circuit current is zero will (t5). The varistors 303 and 600 are also used to limit the maximum voltage across the individual switches 300 and the capacitance 200 and thus to avoid their destruction by overvoltage.

Komplette Spannungskontrolle [0025] Eine vorteilhafte Erweiterung der Erfindung von Abb. 5 stellt das Ersetzen des Varistors 600 mit einer Diode 601 dar, auch Kommutierungsdiode genannt. Eine Anode 603 der Diode 601 ist mit dem Anschluss 302 der Schalter 300 verbunden und eine Kathode 602 der Diode 601 ist mit dem Anschluss 201 der Kapazität 200 verbunden. Die Erweiterung ist dargestellt in Abb. 7. Eine schematische Darstellung des Ausschaltprozesses respektive den auftretenden Spannungen und Strömen ist in Abb. 8 zu sehen.Complete voltage control An advantageous extension of the invention from FIG. 5 is to replace the varistor 600 with a diode 601, also called a commutation diode. An anode 603 of diode 601 is connected to connection 302 of switches 300 and a cathode 602 of diode 601 is connected to connection 201 of capacitance 200. The extension is shown in Fig. 7. A schematic representation of the switch-off process and the occurring voltages and currents can be seen in Fig. 8.

[0026] Die Erweiterung hat auf die Erzeugung des Pulsstroms keine Auswirkung bis der mechanische Schalter 100 sperrt (t3). Dann wird die Diode 601 leitend und die Spannung über dem mechanischen Schalter 100 wird nur durch die Anzahl der abgeschalteten Schalter 300 bestimmt, beziehungsweise ihrer parallelen Varistoren 303. Der Kurzschlussstrom kommutiert während des weiteren Ausschaltvorgangs von der Kapazität 200 zu der Diode 601. Damit ist die SpannungThe extension has no effect on the generation of the pulse current until the mechanical switch 100 blocks (t3). Then the diode 601 becomes conductive and the voltage across the mechanical switch 100 is only determined by the number of switches 300 that are switched off, or their parallel varistors 303. The short-circuit current commutates from the capacitor 200 to the diode 601 during the further switch-off process tension

CH 713 237 A2 komplett steuerbar ohne einen Einfluss der Kapazität 200, der Induktivität 206 oder des Widerstand 207. Damit wird zum einen das erste Problem bisheriger Topologien gelöst. Die Spannung über dem mechanischen Schalter 100 ist somit jederzeit einstellbar ist. Die Erweiterung löst ausserdem ein zweites Problem bisheriger Topologien mit einer Induktivität bei der Pulserzeugung. Da die Induktivität 206 komplett überbrückt wird sobald der mechanische Schalter 100 sperrt, ist ein Spannungssprung am mechanischen Schalter 100 durch die Bildung eines induktiven Spannungsteilers von der Induktivität 206 mit den Leitungsinduktivitäten nicht mehr möglich. Des Weiteren kann die Kapazität 200 für kleinere Spannungen ausgelegt werden, beziehungsweise auch mit kleinerer Kapazität realisiert werden.CH 713 237 A2 completely controllable without the influence of the capacitance 200, the inductance 206 or the resistor 207. This firstly solves the first problem of previous topologies. The voltage across the mechanical switch 100 can thus be adjusted at any time. The extension also solves a second problem of previous topologies with inductance in pulse generation. Since the inductor 206 is completely bridged as soon as the mechanical switch 100 blocks, a voltage jump at the mechanical switch 100 is no longer possible due to the formation of an inductive voltage divider by the inductor 206 with the line inductances. Furthermore, the capacitance 200 can be designed for smaller voltages, or can also be realized with a smaller capacitance.

[0027] Ein weiterer Vorteil der Erweiterung stellt die Möglichkeit dar, mit den Schaltern 300 und der Diode 601, die Leitung bereits zu Laden ohne den mechanischen Schalter 100 einschalten zu müssen. Ein Vorteil ist, dass dies ermöglicht im Falle eines Kurzschlusses nach dem Einschalten der Schalter 300 den Leitungsanschluss A und den Leitungsanschluss B schnell zu trennen. Ein zweiter Vorteil ist, die dadurch entstehende Möglichkeit den mechanischen Schalter 100 spannungslos einzuschalten.Another advantage of the extension is the possibility to already charge the line with the switches 300 and the diode 601 without having to switch on the mechanical switch 100. One advantage is that in the event of a short circuit after the switches 300 are switched on, this enables the line connection A and the line connection B to be disconnected quickly. A second advantage is that the mechanical switch 100 can thereby be switched on without voltage.

Erweiterung zum Begrenzen des Stromanstiegs mit einer Induktivität [0028] Eine mögliche Erweiterung der Topologie von Abb. 5 ist eine Induktivität 105, auch Stromanstiegsbegrenzungsinduktivität genannt, zwischen dem Anschluss 201 der Kapazität 200 und dem Leitungsanschluss B, wie in Abb. 9 dargestellt. Alternativ möglich wäre auch eine Induktivität zwischen dem Leitungsanschluss A und dem Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 oder sowohl eine Induktivität, auch Teil-Stromanstiegsbegrenzungsinduktivität genannt, zwischen dem Leitungsanschluss A und dem Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 als auch zwischen dem Leitungsanschluss B und dem Anschluss 201 der Kapazität 200. Die Induktivität 105 begrenzt den maximalen Stromanstieg des Kurzschlussstroms. Die Erweiterung ist auch auf die Topologie aus Abb. 7 und alle folgenden Erweiterungen anwendbar.Extension for Limiting the Current Rise with an Inductor A possible extension of the topology of FIG. 5 is an inductor 105, also called current rise limiting inductance, between the connection 201 of the capacitance 200 and the line connection B, as shown in FIG. 9. Alternatively, it would also be possible to have an inductance between the line connection A and the connection 102 of the mechanical switch 100, or both an inductance, also called a partial current limit inductance, between the line connection A and the connection 102 of the mechanical switch 100 and also between the line connection B and the connection 201 of the capacitance 200. The inductance 105 limits the maximum current rise of the short-circuit current. The extension can also be applied to the topology from Fig. 7 and all subsequent extensions.

Erweiterung mit sättigender Induktivität [0029] Bei den verschiedenen Ausführungen der Erfindung ist es möglich eine sättigende Induktivität 103, wie dargestellt in Abb. 10, hinzuzufügen. Die sättigende Induktivität 103, die bereits bei kleinen Strömen sättigt, ist zwischen dem ersten Anschluss 101 des mechanischen Schalters 100 und dem ersten Anschluss 201 der Kapazität 200 angeschlossen. Auf das Prinzip der Funktionsweise des hybriden Gleichspannungsschalters mit Strominjektion hat die sättigende Induktivität 103 keinen Einfluss. Bei niedrigen Strömen ist die sättigende Induktivität 103 jedoch nicht gesättigt und begrenzt so die Stromsteilheit während des Stromnulldurchgangs in dem mechanischen Schalter 100, womit ein erneutes Zünden des Lichtbogens unwahrscheinlicher wird. Die Erweiterung ist auch auf die Topologie aus Abb. 7 und alle folgenden Erweiterungen anwendbar.Extension with saturating inductance In the various embodiments of the invention it is possible to add a saturating inductor 103, as shown in Fig. 10. The saturating inductance 103, which saturates even at low currents, is connected between the first connection 101 of the mechanical switch 100 and the first connection 201 of the capacitance 200. The saturating inductance 103 has no influence on the principle of operation of the hybrid DC voltage switch with current injection. At low currents, however, the saturating inductor 103 is not saturated and thus limits the current steepness during the zero crossing in the mechanical switch 100, which makes the arc re-igniting less likely. The extension can also be applied to the topology from Fig. 7 and all subsequent extensions.

Erweiterung mit paralleler Diode zu dem mechanischen Schalter 100 [0030] Bei den verschiedenen Ausführungen der Erfindung ist es möglich eine Diode 400, auch Parallel-Diode genannt, parallel zu dem mechanischen Schalter 100 zu verwenden. Die Erweiterung der Topologie von Abb. 5 ist in Abb. 11 dargestellt. Eine Anode 401 der Diode 400 ist mit dem ersten Anschluss 101 des mechanischen Schalters 100 verbunden und eine Kathode 402 der Diode 400 ist mit dem zweiten Anschluss 102 des mechanischen Schalters 100 verbunden. Durch die Verwendung der Diode 400 können auch höhere Pulsströme als der Kurzschlussstrom verwendet werden. Der Pulsstrom kommutiert dann beim Nulldurchgang von dem mechanischen Schalter 100 in die Diode 400 bis der Pulsstrom wieder kleiner ist als der Kurzschlussstrom. Sobald weder der mechanische Schalter 100 noch die Diode 400 leiten, wird der Ausschaltprozess des hybriden Gleichspannungsschalters mit Strominjektion wie bisher beschrieben fortgesetzt. Die Erweiterung ist auch auf die Topologie aus Abb. 7 und alle folgenden Erweiterungen anwendbar.Extension with parallel diode to the mechanical switch 100 In the various embodiments of the invention, it is possible to use a diode 400, also called a parallel diode, in parallel with the mechanical switch 100. The extension of the topology of Fig. 5 is shown in Fig. 11. An anode 401 of the diode 400 is connected to the first connection 101 of the mechanical switch 100 and a cathode 402 of the diode 400 is connected to the second connection 102 of the mechanical switch 100. By using the diode 400, higher pulse currents than the short-circuit current can also be used. The pulse current then commutates from the mechanical switch 100 into the diode 400 at the zero crossing until the pulse current is again less than the short-circuit current. As soon as neither the mechanical switch 100 nor the diode 400 conduct, the switch-off process of the hybrid DC voltage switch with current injection continues as previously described. The extension can also be applied to the topology from Fig. 7 and all subsequent extensions.

Erweiterungen zum Entmagnetisieren der Leitungsinduktivitäten [0031] Nach dem Unterbrechen des Stromes im mechanischen Schalter 100 muss die gespeicherte Energie in den Leitungsinduktivitäten abgebaut werden. Dies wird mit den Varistoren 303 und, falls vorhanden, mit dem Varistor 600 ausgeführt. Da kein alternativer Pfad für den Strom von dem Leitungsanschluss A zu dem Leitungsanschluss B vorhanden ist, werden die Leitungsinduktivitäten von Leitungsanschluss A gleich schnell entladen wie die Leitungsinduktivitäten von Leitungsanschluss B und die Spannung des mechanischen Schalters 100 teilt sich dementsprechend auf.Extensions for demagnetizing the line inductances After the current in the mechanical switch 100 has been interrupted, the stored energy in the line inductances must be reduced. This is done with the varistors 303 and, if present, with the varistor 600. Since there is no alternative path for the current from the line connection A to the line connection B, the line inductances from line connection A are discharged as quickly as the line inductances from line connection B and the voltage of the mechanical switch 100 is divided accordingly.

Erweiterung zum Entmagnetisieren der Leitungsinduktivitäten mit einer Diode und einem Widerstand [0032] Eine mögliche Erweiterung der Schaltung ist eine erste Entmagnetisierungsschaltung mit einer Diode 900, auch Entmagnetisierungsdiode genannt, und einem Widerstand 903, auch Entmagnetisierungswiderstand genannt, dargestellt in Abb. 12. Eine Kathode 901 von der Diode 900 ist über den Widerstand 903 mit dem Anschluss 201 der Kapazität 200 verbunden und eine Anode 902 der Diode 900 ist mit dem Rückleiter C verbunden.Extension to demagnetize the line inductances with a diode and a resistor. A possible extension of the circuit is a first demagnetization circuit with a diode 900, also called a demagnetization diode, and a resistor 903, also called a demagnetization resistor, shown in Fig. 12. A cathode 901 from the diode 900 is connected via the resistor 903 to the connection 201 of the capacitance 200 and an anode 902 of the diode 900 is connected to the return conductor C.

[0033] Hier und allgemein gilt: Der Rückleiter C ist dazu vorgesehen, einen Rückstrom eines zwischen dem ersten Leitungsanschluss A und dem zweiten Leitungsanschluss B fliessenden Stromes zu führen.The following applies here and in general: the return conductor C is provided to conduct a return current of a current flowing between the first line connection A and the second line connection B.

[0034] Die Erweiterung hat zur Folge, dass nach dem Sperren des mechanischen Schalters 100 und, falls vorhanden, der Diode 400, der Strom von Leitungsanschluss A nach Leitungsanschluss B nicht gleich bleiben muss. Der Strom in Lei6The extension has the consequence that after blocking the mechanical switch 100 and, if present, the diode 400, the current from line connection A to line connection B does not have to remain the same. The current in Lei6

CH 713 237 A2 tungsanschluss B kann auch langsamer sinken als der Strom in Leitungsanschluss A, da der Strom in Leitungsanschluss B auch über Diode 900 und den Widerstand 903 fliessen kann. Dabei wird durch den Widerstand 903 die Spannung zum Entladen der Induktivitäten von Leitungsanschluss B definiert und durch die Spannung über dem mechanischen Schalter 100 die Spannung zum Entladen der Induktivitäten von Leitungsanschluss A. Durch entsprechendes Auslegen des Widerstands 903 kann somit der Strom in Leitungsanschluss A schneller gesenkt werden und so die Energie, die über Leitungsanschluss A bezogen wird, gesenkt werden. Die Erweiterung ist auch auf die Topologie aus Abb. 7 und alle folgenden Erweiterungen anwendbar.CH 713 237 A2 line connection B can also sink more slowly than the current in line connection A, since the current in line connection B can also flow via diode 900 and resistor 903. The voltage for discharging the inductances from line connection B is defined by the resistor 903 and the voltage for discharging the inductances from line connection A is defined by the voltage across the mechanical switch 100. The current in line connection A can thus be reduced more quickly by appropriately designing the resistor 903 and thus the energy, which is obtained via line connection A, is reduced. The extension can also be applied to the topology from Fig. 7 and all subsequent extensions.

Erweiterung zum Entmagnetisieren der Leitungsinduktivitäten mit einer Diode und Schaltern mit parallelen Varistoren [0035] Eine mögliche Erweiterung der Schaltung ist eine zweite Entmagnetisierungsschaltung mit einer Diode 900, auch Entmagnetisierungsdiode genannt, und einem oder mehrere Schaltern 904 mit jeweils parallelem Varistor 907, auch Entmagnetisierungsschalter respektive -Varistoren genannt. Die erweiterte Topologie ist in Abb. 13 dargestellt. Eine Kathode 901 von der Diode 900 ist über die Reihenschaltung Schalter 904, beispielsweise IGBT, mit dem Anschluss 201 der Kapazität 200 verbunden und eine Anode 902 der Diode 900 ist mit dem Rückleiter C verbunden. Ein Emitter 905 des Schalter 904 ist mit dem Anschluss 201 der Kapazität 200 verbunden und ein Kollektor 906 des Schalter 904 mit der Kathode 901 der Diode 900. Parallel zu allen oder jedem einzelnen Schalter 904 ist dabei ein Varistor 907.Extension to demagnetize the line inductances with a diode and switches with parallel varistors. A possible extension of the circuit is a second demagnetization circuit with a diode 900, also called a demagnetization diode, and one or more switches 904, each with a parallel varistor 907, also demagnetization switches, respectively - Called varistors. The extended topology is shown in Fig. 13. A cathode 901 of the diode 900 is connected via the series connection switch 904, for example IGBT, to the connection 201 of the capacitance 200 and an anode 902 of the diode 900 is connected to the return conductor C. An emitter 905 of the switch 904 is connected to the connection 201 of the capacitance 200 and a collector 906 of the switch 904 is connected to the cathode 901 of the diode 900. A varistor 907 is parallel to all or each individual switch 904.

[0036] Die Erweiterung hat zur Folge, dass nach dem Sperren des mechanischen Schalters 100 und, falls vorhanden, der Diode 400 der Strom von Leitungsanschluss A nach Leitungsanschluss B nicht gleich bleiben muss. Der Strom in Leitungsanschluss B kann auch langsamer sinken als der Strom in Leitungsanschluss A, da der Strom in Leitungsanschluss B auch über Diode 900 und die IGBT 904 oder die Varistoren 907 fliessen kann. Nach dem Sperren des mechanischen Schalter 100 und, falls vorhanden, der Diode 400 muss der IGBT 904 eingeschaltet sein. Wie in der Erweiterung von Abb. 12 sinkt damit der Strom in Leitungsanschluss A schneller als in Leitungsanschluss B. Durch den IGBT 904 wird beinahe die gesamte Spannung über dem mechanischen Schalter 100 zum Senken des Stromes in Leitungsanschluss A verwendet. Nachdem der Strom in Leitungsanschluss A auf null gesunken ist wird der IGBT 904 ausgeschaltet und der Varistor 907 zum Senken des Stromes in Leitungsanschluss B verwendet. Durch die Erweiterung lässt sich der Strom durch Leitungsanschluss A schneller senken, wodurch die Energie, die über Leitungsanschluss A bezogen wird, gesenkt wird. Die Erweiterung ist auch auf die Topologie aus Abb. 7 und alle folgenden Erweiterungen anwendbar.The extension has the result that after blocking the mechanical switch 100 and, if present, the diode 400, the current from line connection A to line connection B does not have to remain the same. The current in line connection B can also decrease more slowly than the current in line connection A, since the current in line connection B can also flow via diode 900 and the IGBT 904 or the varistors 907. After blocking the mechanical switch 100 and, if present, the diode 400, the IGBT 904 must be switched on. As in the extension of Fig. 12, the current in line connection A thus drops faster than in line connection B. Due to the IGBT 904, almost the entire voltage across the mechanical switch 100 is used to lower the current in line connection A. After the current in line connection A has dropped to zero, the IGBT 904 is switched off and the varistor 907 is used to lower the current in line connection B. The extension allows the current through line connection A to be reduced more quickly, as a result of which the energy drawn via line connection A is reduced. The extension can also be applied to the topology from Fig. 7 and all subsequent extensions.

Erweiterungen zum Laden der Kapazität 200Capacity loading extensions 200

Erweiterung zum Laden der Kapazität mit einer Diode und einem Widerstand [0037] Das Laden der Kapazität 200 kann mit unterschiedlichen Methoden durchgeführt werden. Bei einer Erweiterung ist dies mit einer Verbindung des Anschluss 302 der Schalter 300 zu dem Rückleiter C, welcher ein niedrigeres Potential als Leitungsanschluss B hat, möglich. Die Verbindung besteht aus einer Diode 500, auch Ladediode genannt, und einem Widerstand 503, auch Ladewiderstand genannt. Eine Anode 501 der Diode 500 ist mit Anschluss 302 der Schalter 300 verbunden und eine Kathode 502 der Diode 500 ist über den Widerstandes 503 mit Rückleiter C verbunden. Durch diese Ladeschaltung fliesst ein Strom von Leitungsanschluss B zu dem Rückleiter C, der die Kapazität 200 auflädt. Der Widerstand 503 wird zur Begrenzung des maximalen Ladestromes verwendet. Die erweiterte Topologie ist in Abb. 14 dargestellt. Falls das Nachladen gesteuert ausgeführt werden soll kann auch ein Thyristor oder ein anderer Schalter, allgemein auch Ladeschalter 500' genannt, statt einer Diode verwendet werden, wie in Abb. 15 dargestellt. Soll die Kapazität 200 auf eine Spannung kleiner als die Spannung zwischen dem Leiteranschluss B und dem Rückleiter C geladen werden, können als Ladeschalter Schalter verwendet werden, die einen Strom ausschalten können, wie beispielsweise IGBTs, wie in Abb. 16 dargestellt. In diesem Fall kann parallel zu jedem Ladeschalter 500' respektive IGBT auch ein Varistor 504, auch Ladevaristor genannt, verwendet werden. Die Erweiterung ist auch auf die Topologie aus Abb. 7 und alle folgenden Erweiterungen anwendbar.Expansion to Charge the Capacitance with a Diode and a Resistor The charging of the capacitance 200 can be carried out in different ways. In the case of an expansion, this is possible by connecting the connection 302 of the switches 300 to the return conductor C, which has a lower potential than the line connection B. The connection consists of a diode 500, also called a charging diode, and a resistor 503, also called a charging resistor. An anode 501 of diode 500 is connected to connection 302 of switches 300 and a cathode 502 of diode 500 is connected to return conductor C via resistor 503. Through this charging circuit, a current flows from line terminal B to the return conductor C, which charges the capacitance 200. Resistor 503 is used to limit the maximum charging current. The extended topology is shown in Fig. 14. If the recharging is to be carried out in a controlled manner, a thyristor or another switch, generally also called a charging switch 500 ', can be used instead of a diode, as shown in FIG. 15. If the capacitance 200 is to be charged to a voltage lower than the voltage between the conductor connection B and the return conductor C, switches which can switch off a current, for example IGBTs, can be used as the charging switch, as shown in FIG. 16. In this case, a varistor 504, also called a charging varistor, can also be used in parallel with each charging switch 500 'or IGBT. The extension can also be applied to the topology from Fig. 7 and all subsequent extensions.

Erweiterung mit Diode und stromanstiegsbegrenzender Induktivität [0038] Eine Erweiterung zum Laden der Kapazität 200 stellt eine Diode 700, auch weitere Ladediode genannt, in Abb. 17 dar. Für die Erweiterung ist die Induktivität 105 oder Stromanstiegsbegrenzungsinduktivität in einem ersten Strompfad zwischen dem ersten Anschluss 201 der Kapazität und dem Leiteranschluss B nötig. Eine Anode 702 der Diode 700 ist mit dem zweiten Anschluss 205 der Kapazität 200 verbunden und eine Kathode 701 der Diode 700 ist mit dem Leitungsanschluss B verbunden.Extension with diode and current increase-limiting inductance An extension for charging the capacitance 200 is represented by a diode 700, also called a further charging diode, in FIG. 17. For the extension, the inductance 105 or current increase-limit inductance is in a first current path between the first connection 201 the capacitance and the conductor connection B are necessary. An anode 702 of the diode 700 is connected to the second connection 205 of the capacitance 200 and a cathode 701 of the diode 700 is connected to the line connection B.

[0039] Die Erweiterung hat beim Ausschaltprozess zur Folge, dass die Kapazität 200 nicht dauerhaft vorgeladen sein muss, sondern durch den Anstieg eines Kurzschlussstromes geladen wird. Der Anstieg des Kurzschlussstromes in der Induktivität 105 benötigt eine Spannung über die Induktivität 105. Durch diese Spannung wird die Diode 700 leitend und die Kapazität 200 wird geladen. Erst die Spannung von der Kapazität 200 erlaubt einen Stromanstieg in der Induktivität 105. Sobald der Strom in der Induktivität 105 so hoch ist, dass die Induktivität 105 den vollen Kurzschlussstrom trägt, sperrt die Diode 700. Kapazität 200 wird somit durch den Stromanstieg geladen. Bei korrekter Auslegung der Kapazität 200 und der Induktivität 105 ist der Ladevorgang kürzer als die Zeit, die benötigt wird um den Kurzschluss zu erkennen undThe extension has the consequence during the switch-off process that the capacitance 200 does not have to be permanently precharged, but is charged by the increase in a short-circuit current. The rise in the short-circuit current in the inductor 105 requires a voltage across the inductor 105. This voltage makes the diode 700 conductive and the capacitor 200 is charged. Only the voltage from the capacitor 200 allows a current rise in the inductor 105. As soon as the current in the inductor 105 is so high that the inductor 105 carries the full short-circuit current, the diode 700 blocks. Capacitor 200 is thus charged by the current rise. If the capacitance 200 and the inductance 105 are correctly designed, the charging process is shorter than the time required to detect the short circuit and

CH 713 237 A2CH 713 237 A2

Gegenmassnahmen einzuleiten. Die Erzeugung des Strompulses mit den Schaltern 300, das Ausschalten des mechanischen Schalters 100 und die Spannungssteuerung über den mechanischen Schalter 100 mit den Schaltern 300 bleiben unverändert.Take countermeasures. The generation of the current pulse with the switches 300, the switching off of the mechanical switch 100 and the voltage control via the mechanical switch 100 with the switches 300 remain unchanged.

[0040] Ein Vorteil der Schaltung ist das passive Laden der Kapazität 200 während des Anstiegs des Kurzschlussstroms, wodurch die Kapazität 200 nur im Fehlerfall geladen ist und nicht während des gesamten Betriebs. Da dies automatisch während des Stromanstiegs geschieht, ist der Ausschaltvorgang mit Strominjektion nicht verzögert. Dies stellt auch ein Teil der Lösung eines dritten Problems dar, dass die Kapazität nach einem Wiederzünden des Lichtbogens erneut geladen werden muss, um den Ausschaltvorgang zu wiederholen. Da in diesem Fall der Kurzschlussstrom weiter steigt, ist es möglich mit dem Abschalten der Schalter 300 die Kapazität 200 erneut zu laden.An advantage of the circuit is the passive charging of the capacitance 200 during the increase in the short-circuit current, as a result of which the capacitance 200 is charged only in the event of a fault and not during the entire operation. Since this happens automatically during the current rise, the switch-off process with current injection is not delayed. This is also part of the solution to a third problem, that after the arc is re-ignited, the capacity must be recharged to repeat the turn-off process. In this case, since the short-circuit current continues to increase, it is possible to charge the capacitance 200 again when the switches 300 are switched off.

[0041] Anschliessend kann erneut ein Pulsstrom generiert werden, um im mechanischen Schalter 100 einen Stromnulldurchgang zu erzeugen. Die Erweiterung ist auch auf die Topologie aus Abb. 7 und alle folgenden Erweiterungen anwendbar.A pulse current can then be generated again in order to generate a current zero crossing in the mechanical switch 100. The extension can also be applied to the topology from Fig. 7 and all subsequent extensions.

Erweiterung zum Vorladen von Kapazität 200 vor Einschalten des mechanischen Schalters 100 via Rückleiter C [0042] Ein Nachteil der Schaltung in der Abb. 15 und 17 ist, dass die Kapazität 200 mittels der Diode 500 und dem Widerstand 503 nur geladen werden kann, wenn der mechanische Schalter 100 eingeschaltet ist.Extension for precharging capacitance 200 before switching on the mechanical switch 100 via return conductor C. A disadvantage of the circuit in FIGS. 15 and 17 is that the capacitance 200 can only be charged by means of the diode 500 and the resistor 503 if the mechanical switch 100 is turned on.

[0043] Eine Erweiterung zum Laden umgeht dieses Problem durch Ersetzen der Diode 500 und dem Widerstand 503 mit einem Thyristor 800, einem Widerstand 803, einer Induktivität 804 und einer Diode 805. Die Erweiterung ist in Abb. 18 dargestellt. Ein anodenseitiger Anschluss 801 des Thyristors 800 ist mit Anschluss 205 der Kapazität 200 verbunden. Zwischen einem kathodenseitigem Anschluss 802 des Thyristors 800 und dem Rückleiter C befinden sich der Widerstand 803 und die Induktivität 804 in Serie. Ein kathodenseitiger Anschluss 806 der Diode 805 ist mit dem Anschluss 201 der Kapazität verbunden und ein anodenseitiger Anschluss 807 der Diode 805 ist mit dem Rückleiter C verbunden. Ein Widerstand 808 kann als weiteres Element zwischen dem Anschluss 801 des Thyristors 800 und dem Rückleiter C verwendet werden.An extension for charging circumvents this problem by replacing the diode 500 and the resistor 503 with a thyristor 800, a resistor 803, an inductor 804 and a diode 805. The extension is shown in Fig. 18. An anode-side connection 801 of the thyristor 800 is connected to connection 205 of the capacitance 200. The resistor 803 and the inductor 804 are in series between a cathode-side connection 802 of the thyristor 800 and the return conductor C. A cathode-side connection 806 of the diode 805 is connected to the connection 201 of the capacitance and an anode-side connection 807 of the diode 805 is connected to the return conductor C. A resistor 808 can be used as a further element between the connection 801 of the thyristor 800 and the return conductor C.

[0044] Der Ladevorgang vor Einschalten des mechanischen Schalters 100 ist in Abb. 19 dargestellt. Die Erweiterung zum Laden beginnt den Ladevorgang nach dem Laden der Leitung und vor dem Schliessen des mechanischen Schalters 100. Der Schalter 300 wird eingeschaltet. Sobald Thyristor 800 eingeschaltet wird (tO) liegt eine Spannung über Widerstand 803 und Induktivität 804 an und der Strom in der Induktivität 804 steigt an. Der maximale Strom wird durch Widerstand 803 begrenzt. Sobald der Strom in der Induktivität 804 einen gewissen Wert erreicht hat, werden die Schalter 300 abgeschaltet (t1) und der Strom kommutiert auf die Kapazität 200 und die Diode 805 und lädt die Kapazität 200 auf. Anschliessend sperren der Thyristor 800 und die Diode 805 (t2). Dieser Vorgang kann mehrfach wiederholt werden um die Kapazität 200 auf eine beliebige Spannung zu Laden. Die Erweiterung erlaubt das Laden der Kapazität 200 ohne den mechanischen Schalter 100 einzuschalten, wodurch der hybride Gleichspannungsschalter auch direkt nach dem Schliessen des mechanischen Schalters 100 wieder ausgeschaltet werden kann, was ein Teil des dritten Problems vieler Topologien mit Strominjektion zurzeit darstellt. Im eingeschalteten Zustand des Gleichspannungsschalters wird Kapazität 200 über Widerstand 808 aufgeladen, so dass parasitäre Verluste die Kapazität 200 über die Zeit nicht entladen. Die Erweiterung ist auch auf die Topologie aus Abb. 7 und alle folgenden Erweiterungen, ausser der Erweiterung zum Laden der Kapazität mit der Diode 500 und dem Widerstand 503 anwendbar, wobei die Schaltung bei Nutzung der Erweiterungen mit Diode 900 keine Diode 805 benötigt.The charging process before switching on the mechanical switch 100 is shown in Fig. 19. The expansion for charging begins the charging process after the line has been charged and before the mechanical switch 100 is closed. The switch 300 is switched on. As soon as thyristor 800 is switched on (tO), a voltage is present across resistor 803 and inductor 804 and the current in inductor 804 increases. The maximum current is limited by resistor 803. As soon as the current in the inductor 804 has reached a certain value, the switches 300 are switched off (t1) and the current commutates to the capacitance 200 and the diode 805 and charges the capacitance 200. The thyristor 800 and the diode 805 (t2) then block. This process can be repeated several times in order to charge the capacitance 200 to an arbitrary voltage. The extension allows the capacitance 200 to be charged without turning on the mechanical switch 100, whereby the hybrid DC voltage switch can be turned off again immediately after the mechanical switch 100 is closed, which is part of the third problem of many topologies with current injection at present. When the DC voltage switch is switched on, capacitance 200 is charged via resistor 808, so that parasitic losses do not discharge the capacitance 200 over time. The extension is also applicable to the topology from Fig. 7 and all subsequent extensions, except the extension for loading the capacitance with the diode 500 and the resistor 503, whereby the circuit does not require a diode 805 when using the extensions with diode 900.

Kombination von Varianten [0045] Wie bereits bei den einzelnen Varianten erwähnt sind die Erweiterungen alle untereinander kombinierbar. Beispielhaft ist die Topologie aus Abb. 7 mit der Induktivität 105, der sättigenden Induktivität 103, der Diode 400, der Diode 700, der Ladeschaltung aus Thyristor 800, Widerstand 803, Induktivität 804 und Widerstand 808, und der Erweiterung zum Entmagnetisieren aus Diode 900, Schalter 904 und Varistor 907 in Abb. 20 dargestellt.Combination of Variants As already mentioned for the individual variants, the extensions can all be combined with one another. The topology from FIG. 7 with the inductance 105, the saturating inductance 103, the diode 400, the diode 700, the charging circuit consisting of thyristor 800, resistor 803, inductor 804 and resistor 808, and the extension for demagnetizing from diode 900, is exemplary. Switch 904 and varistor 907 shown in Fig. 20.

Claims (10)

Patentansprücheclaims 1. Schalter für Gleichstrom, aufweisend einen ersten Leitungsanschluss (A) und einen zweiten Leitungsanschluss (B), einen mechanischen Schalter (100) mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (101,102), zum Schalten eines zwischen dem ersten Leitungsanschluss (A) und dem zweiten Leitungsanschluss (B) durch einen ersten Strompfad zwischen dem ersten Anschluss (101) des mechanischen Schalters und dem zweiten Leitungsanschluss (B) und durch einen zweiten Strompfad zwischen dem zweiten Anschluss (102) des mechanischen Schalters und dem ersten Leitungsanschluss (A)1. Switch for direct current, comprising a first line connection (A) and a second line connection (B), a mechanical switch (100) with a first and a second connection (101, 102), for switching one between the first line connection (A) and the second line connection (B) through a first current path between the first connection (101) of the mechanical switch and the second line connection (B) and through a second current path between the second connection (102) of the mechanical switch and the first line connection (A) CH 713 237 A2 fliessenden Stromes, eine Injektionsschaltung (200, 206, 207, 300, 303) mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (201, 301), aufweisend eine Serienschaltung aus mindestens einer Kapazität (200), optional mindestens einer Induktivität (206), optional mindestens eines Widerstands (207), und von einem oder mehreren Schaltern (300), wobei die Injektionsschaltung (200, 206, 207, 300, 303) und der mechanische Schalter (100) einen Stromkreis bilden, wobei parallel zu jedem der einen oder mehreren Schalter (300) der Injektionsschaltung jeweils ein Varistor (303) geschaltet ist.CH 713 237 A2 flowing current, an injection circuit (200, 206, 207, 300, 303) with a first and a second connection (201, 301), comprising a series connection of at least one capacitance (200), optionally at least one inductance (206 ), optionally at least one resistor (207), and one or more switches (300), the injection circuit (200, 206, 207, 300, 303) and the mechanical switch (100) forming a circuit, parallel to each of the one or more switches (300) of the injection circuit each have a varistor (303) connected. 2. Schalter gemäss Anspruch 1, wobei die Injektionsschaltung ein Kommutierungselement aufweist, welches parallel zu einer Serienschaltung aus der mindestens einer Kapazität (200), der optionalen mindestens einen Induktivität (206) und des optionalen mindestens einen Widerstands (207) geschaltet ist, wobei das Kommutierungselement ein weiterer Varistor (600) oder eine Kommutierungsdiode (61) ist.2. Switch according to claim 1, wherein the injection circuit has a commutation element which is connected in parallel to a series circuit comprising the at least one capacitance (200), the optional at least one inductor (206) and the optional at least one resistor (207), the Commutation element is a further varistor (600) or a commutation diode (61). 3. Schalter gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Stromanstiegsbegrenzungsinduktivität (105), welche in den ersten oder in den zweiten Strompfad geschaltet ist, oder zwei Teil-Stromanstiegsbegrenzungsinduktivitäten, von denen eine in den ersten und eine in den zweiten Strompfad geschaltet ist.3. Switch according to one of the preceding claims, comprising a current rise limitation inductor (105) which is connected in the first or in the second current path, or two partial current rise limitation inductors, one of which is switched in the first and one in the second current path. 4. Schalter gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine sättigende Induktivität (103), welche zwischen den ersten Anschluss (101) des mechanischen Schalters (100) und dem ersten Anschluss (201) der Injektionsschaltung (200, 206, 207, 300, 303) geschaltet ist.4. Switch according to one of the preceding claims, comprising a saturating inductor (103), which between the first connection (101) of the mechanical switch (100) and the first connection (201) of the injection circuit (200, 206, 207, 300, 303 ) is switched. 5. Schalter gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Diode (400), welche parallel zum mechanischen Schalter (100) geschaltet ist, wobei eine Anode (401) der Diode (400) mit dem ersten Anschluss (101) des mechanischen Schalters (100) verbunden ist und eine Kathode (402) der Diode (400) mit dem zweiten Anschluss (102) des mechanischen Schalters (100) verbunden ist.5. Switch according to one of the preceding claims, comprising a diode (400) which is connected in parallel to the mechanical switch (100), an anode (401) of the diode (400) with the first connection (101) of the mechanical switch (100 ) and a cathode (402) of the diode (400) is connected to the second connection (102) of the mechanical switch (100). 6. Schalter gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend6. Switch according to one of the preceding claims, comprising - eine erste Entmagnetisierungsschaltung (900, 903) aus einer Serienschaltung einer Entmagnetisierungsdiode (900) und einem Entmagnetisierungswiderstand (903), welche zwischen den ersten Leitungsanschluss (A) und einem Rückleiter (C) geschaltet ist; oder- a first demagnetization circuit (900, 903) comprising a series connection of a demagnetization diode (900) and a demagnetization resistor (903), which is connected between the first line connection (A) and a return conductor (C); or - eine zweite Entmagnetisierungsschaltung (900, 903) aus einer Serienschaltung einer Entmagnetisierungsdiode (900) und einem und einem oder mehreren Entmagnetisierungsschaltern (904) mit jeweils parallelem Entmagnetisierungsvaristor (907), welche zwischen den ersten Leitungsanschluss (A) und einem Rückleiter (C) geschaltet ist.- A second demagnetization circuit (900, 903) comprising a series connection of a demagnetization diode (900) and one and one or more demagnetization switches (904), each with a parallel demagnetization varistor (907), which is connected between the first line connection (A) and a return conductor (C) is. 7. Schalter gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Ladeschaltung zum Aufladen der Kapazität (200) der Injektionsschaltung, wobei die Ladeschaltung und die Kapazität (200) in einen Strompfad zwischen dem ersten Anschluss (101) des mechanischen Schalters (100) und einem Rückleiter (C) liegen, und die Ladeschaltung eine der folgenden Schaltungen ist:7. Switch according to one of the preceding claims, comprising a charging circuit for charging the capacitance (200) of the injection circuit, the charging circuit and the capacitance (200) in a current path between the first connection (101) of the mechanical switch (100) and a return conductor (C), and the charging circuit is one of the following circuits: - eine Serienschaltung eines Ladewiderstands (503) und einer Ladediode (500); oder- A series connection of a charging resistor (503) and a charging diode (500); or - eine Serienschaltung eines Ladewiderstands (503) und eines Ladeschalters (500'); oder- A series connection of a charging resistor (503) and a charging switch (500 '); or - eine Serienschaltung eines Ladewiderstands (503) und eines Ladeschalters (500') mit parallel zum Ladeschalter (500') geschaltetem Ladevaristor (504);- A series connection of a charging resistor (503) and a charging switch (500 ') with a charging transistor (504) connected in parallel to the charging switch (500'); wobei, falls der vorliegende Anspruch von einem Anspruch abhängt, in welchem der Rückleiter (C) bereits erwähnt ist, der im vorliegenden Anspruch genannte Rückleiter (C) gleich dem bereits erwähnten Rückleiter (C) ist.wherein, if the present claim depends on a claim in which the return conductor (C) is already mentioned, the return conductor (C) mentioned in the present claim is equal to the return conductor (C) already mentioned. 8. Schalter gemäss einem der vorangehenden Ansprüche in Abhängigkeit von Anspruch 3, wobei eine Stromanstiegsbegrenzungsinduktivität (105) in den ersten Strompfad zwischen dem zweiten Leitungsanschluss (B) und einem ersten Anschluss (201) der Kapazität (200) geschaltet ist und eine weitere Ladediode (700) mit einer Kathode (701) an den zweiten Leitungsanschluss (B) geschaltet ist und mit einer Anode (702) an einen zweiten Anschluss der Kapazität (200) geschaltet ist.8. Switch according to one of the preceding claims, depending on claim 3, wherein a current increase limiting inductance (105) is connected in the first current path between the second line connection (B) and a first connection (201) of the capacitance (200) and a further charging diode ( 700) is connected to the second line connection (B) with a cathode (701) and is connected to a second connection of the capacitance (200) with an anode (702). 9. Schalter gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend eine weitere Ladeschaltung zum Aufladen der Kapazität (200) der Injektionsschaltung, wobei die Kapazität (200) mit einem ersten Anschluss (201) an den ersten Anschluss (101) des mechanischen Schalters (100) geschaltet ist und die weitere Ladeschaltung einen ersten Zweig (800, 803, 804) und einen zweiten Zweig (805) aufweist, und wobei9. Switch according to one of claims 1 to 7, comprising a further charging circuit for charging the capacitance (200) of the injection circuit, the capacitance (200) having a first connection (201) to the first connection (101) of the mechanical switch (100 ) is connected and the further charging circuit has a first branch (800, 803, 804) and a second branch (805), and wherein - der erste Zweig (800, 803, 804) eine Serienschaltung eines weiteren Ladeschalters (800), eines weiteren Ladewiderstands (803) und einer Ladeinduktivität (804) aufweist, und diese Serienschaltung zwischen einem zweiten Anschluss (205) der Kapazität (200) und einem Rückleiter (C) geschaltet ist,- The first branch (800, 803, 804) has a series connection of a further charging switch (800), a further charging resistor (803) and a charging inductor (804), and this series connection between a second connection (205) of the capacitance (200) and a return conductor (C) is connected, - der zweite Zweig (805) eine weitere Ladediode (805) aufweist, welche mit einer Anode (807) an den Rückleiter (C) und mit einer Kathode (806) an den ersten Anschluss (101) des mechanischen Schalters geschaltet ist, und- The second branch (805) has a further charging diode (805) which is connected with an anode (807) to the return conductor (C) and with a cathode (806) to the first connection (101) of the mechanical switch, and - wobei, falls der vorliegende Anspruch von einem Anspruch abhängt, in welchem der Rückleiter (C) bereits erwähnt ist, der im vorliegenden Anspruch genannte Rückleiter (C) gleich dem bereits erwähnten Rückleiter (C) ist.- wherein, if the present claim depends on a claim in which the return conductor (C) is already mentioned, the return conductor (C) mentioned in the present claim is equal to the return conductor (C) already mentioned. 10. Verfahren zum Öffnen eines Schalters gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend die Schritte, ausgehend von einem geschlossenen Zustand des mechanischen Schalters (100):10. A method for opening a switch according to one of the preceding claims, comprising the steps, starting from a closed state of the mechanical switch (100): CH 713 237 A2CH 713 237 A2 -Öffnen des mechanischen Schalters (100);-Open the mechanical switch (100); - Einschalten von einem oder mehreren der Schalter (300), wodurch ein Strom durch den mechanischen Schalter (100), die mindestens eine Kapazität (200), die einen oder mehreren Schalter (300), die optionale mindestens eine Induktivität (206) und den optionalen mindestens einen Widerstand (207) fliesst.- Turning on one or more of the switches (300), whereby a current through the mechanical switch (100), the at least one capacitance (200), the one or more switches (300), the optional at least one inductor (206) and the optional at least one resistor (207) flows. CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 1illustration 1 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 2Figure 2 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 3Figure 3 902 900 901902 900 901 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 4Figure 4 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 LOLO CDCD CC Zi pZi p Zi jQ <Zi jQ < CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 6Figure 6 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 7Figure 7 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 8Figure 8 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 9Figure 9 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 ΟΟ CD £= =3 _ΩCD £ = = 3 _Ω JD <JD < CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 11Figure 11 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 12Figure 12 900900 902902 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 13Figure 13 902902 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 14 rnFigure 14 marg CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 15 m mFigure 15 m m CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 16 o o m cnFigure 16 o o m cn CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 17Figure 17 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 18 cn cnFigure 18 cn cn -805-805 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 19Figure 19 CH 713 237 A2CH 713 237 A2 Abbildung 20 en mFigure 20 en m 906906
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