EP2810291B1

EP2810291B1 - Vorrichtung zum schalten von gleichströmen

Info

Publication number: EP2810291B1
Application number: EP12711812.3A
Authority: EP
Inventors: Dominik ERGIN; Hans-Joachim Knaak
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: EP2810291A1; WO2013131582A1; ES2714426T3; PL2810291T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten von Gleichströmen in einem Pol eines Gleichspannungsnetzes umfassend zwei Anschlussklemmen, zwischen denen sich ein Betriebsstrompfad mit einem mechanischen Schalter erstreckt, der durch einen Abschaltzweig überbrückbar ist, wobei in dem Abschaltzweig eine Leistungsschalteinheit angeordnet ist, die eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen mit wenigstens einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter aufweist, und wobei Kommutierungsmittel zum Kommutieren des Stroms von dem Betriebsstrompfad auf den Abschaltzweig vorgesehen sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schalten von Gleichströmen mit einer solchen Vorrichtung.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der Veröffentlichung von J. Häfner und B. Jacobson "Proactive Hybrid HVDC Breakers - A Key Innovation for Reliable HVDC Grids", Symposium "The Electric Power System of the Future - Integrating Super-Grids and Micro-Grids International Symposium", Bologna, Italy, 13.-15. September 2011, Seite 264 ff. und aus der WO 2011/057675 A1 bekannt. Der dort beschriebene Gleichspannungsschalter weist einen Betriebsstrompfad mit einem mechanischen Schalter sowie einen Abschaltzweig auf, der dem Betriebsstrompfad parallel geschaltet ist. In dem Abschaltzweig ist eine Reihenschaltung von Leistungshalbleiterschaltern angeordnet, denen jeweils eine Freilaufdiode gegensinnig parallel geschaltet ist. Die aus Leistungshalbleiterschalter und Freilaufdiode bestehenden Schalteinheiten sind antiseriell angeordnet, wobei die abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter in Reihe angeordnet sind und für jeden Leistungshalbleiterschalter ein entsprechender Leistungshalbleiterschalter mit entgegen gesetzter Durchlassrichtung vorgesehen ist. Auf diese Art und Weise kann der Strom in beiden Richtungen im Abschaltzweig unterbrochen werden. Im Betriebsstrompfad ist neben dem mechanischen Schalter auch ein elektronischer Hilfsschalter in Reihe zum mechanischen Schalter angeordnet. Im Normalbetrieb fließt der Strom über den Betriebsstrompfad und somit über den elektronischen Hilfsschalter sowie über den geschlossenen mechanischen Schalter, da die Leistungshalbleiterschalter des Abschaltzweiges einen erhöhten Widerstand für den Gleichstrom darstellen. Zum Unterbrechen beispielsweise eines Kurzschlussstromes wird der elektronische Hilfsschalter in seine Trennstellung überführt. Hierdurch steigt der Widerstand im Betriebsstrompfad an, so dass der Gleichstrom in den Abschaltzweig kommutiert. Der schnelle mechanische Trennschalter kann daher stromlos geöffnet werden. Der über den Abschaltzweig geführte Kurzschlussstrom kann durch die Leistungshalbleiterschalter unterbrochen werden. Zur Aufnahme der im Gleichspannungsnetz gespeicherten und beim Schalten abzubauenden Energie sind Ableiter vorgesehen, die den Leistungshalbleiterschaltern des Abschaltzweiges jeweils parallel geschaltet sind.
Der weltweit steigende Energiebedarf und die gleichzeitig gewünschte Verringerung des CO₂-Ausstoßes machen so genannte erneuerbare Energien immer attraktiver. Quellen erneuerbarer Energien sind beispielsweise seeseitig aufgestellte Windkraftanlagen oder aber Photovoltaikkraftanlagen in sonnenreichen Wüstenbereichen. Um die so erzeugte Energie ökonomisch nutzen zu können, kommt der Anbindung der erneuerbaren Energiequellen an ein Landversorgungsnetz eine immer größere Bedeutung zu. Vor diesem Hintergrund wird die Errichtung und der Betrieb eines vermaschten Gleichspannungsnetzes immer stärker diskutiert. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass Kurzschlussströme, die in einem solchen vermaschten Gleichspannungsnetz auftreten können, schnell und zuverlässig abgeschaltet werden können. Hierzu sind jedoch Gleichspannungsschalter erforderlich, die bisher am Markt nicht verfügbar sind. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Konzepte für einen solchen Gleichspannungsschalter bekannt.
In der DE 694 08 811 T2 ist ein Gleichspannungsschalter beschrieben, bei dem zwei mechanische Schalter in Reihe geschaltet sind. Die aus den beiden mechanischen Schaltern bestehende Reihenschaltung ist durch einen Ableiter sowie einen Kondensator vor hohen Überspannungen geschützt. Lediglich einem der mechanischen Schalter ist ein ein- und abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter parallel geschaltet. Beim Öffnen der mechanischen Schalter entsteht ein Lichtbogen. Die an dem Lichtbogen abfallende Spannung zündet den Leistungshalbleiterschalter, wodurch der parallele geöffnete mechanische Schalter kurzgeschlossen wird. Der Lichtbogen erlischt. Der über den Leistungshalbleiterschalter geführte Strom kann nun durch entsprechende Ansteuerung des Leistungshalbleiters unterbrochen werden.
In der US 5,999,388 ist ein Gleichspannungsleistungsschalter beschrieben, der seriell in eine Gleichspannungsleitung integrierbar ist. Er besteht aus einer Reihenschaltung von ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern, denen jeweils eine gegensinnige Freilaufdiode parallel geschaltet ist. Weiterhin ist parallel zu jedem Leistungshalbleiterschalter ein Ableiter, beispielsweise ein Varistor, zur Spannungsbegrenzung geschaltet. Der vorbekannte Gleichspannungsschalter ist rein elektronisch ausgeführt und schaltet somit im Vergleich zu marktüblichen mechanischen Schaltern erheblich schneller. Innerhalb weniger Mikrosekunden kann ein über den Gleichspannungsschalter fließender Kurzschlussstrom unterbrochen werden. Nachteilig ist jedoch, dass auch der Betriebsstrom über die Leistungshalbleiterschalter geführt werden muss. Hierdurch entstehen hohe Übertragungsverluste.
Die WO 2011/141055 offenbart einen Gleichspannungsschalter, der seriell in einen Pol eines Hochspannungsgleichstromnetzes geschaltet werden kann. Der Gleichspannungsschalter besteht aus einem mechanischen Schalter in Reihe zu einem Leistungshalbleiterschalter, dem wieder eine gegensinnige Freilaufdiode parallel geschaltet ist. Parallel zur Reihenschaltung aus Leistungshalbleiterschalter und mechanischem Schalter sind eine Reihenschaltung aus Spule und Kondensator, also ein LC-Zweig sowie ein Ableiter, geschaltet, der die über dem LC-Zweig abfallende Spannung begrenzt. Auch dem Leistungshalbleiterschalter ist ein Ableiter parallel geschaltet. Nach dem Öffnen des mechanischen Schalters wird der Leistungshalbleiterschalter mit der Eigenfrequenz des LC-Zweigs ein- und ausgeschaltet. Hierdurch wird eine Schwingung und schließlich ein Stromnulldurchgang im mechanischen Schalter erzeugt, so dass der entstehende Lichtbogen gelöscht werden kann. Eine andere Vorrichtung ist aus dem DE 10 2007 004527 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen Fehlerströme in einem Gleichspannungsnetz sicher unterbrochen werden können, wobei gleichzeitig geringe Durchlassverluste erzeugt werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung dadurch, dass die Kommutierungsmittel im Abschaltzweig angeordnet und zum Erzeugen eines über den überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfads und den Abschaltzweig fließenden Kreisstromes eingerichtet sind, der dem zu schaltenden Gleichstrom entgegengesetzt ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe ferner mit einem Verfahren, bei dem ein Stromsensor, den Stromfluss im Betriebsstrompfad unter Gewinnung von Strommesswerten erfasst, eine mit dem Stromsensor verbundene Steuerungseinheit die Strommesswerte auf das Vorliegen eines Eingriffskriteriums hin überwacht und bei Vorliegen des Eingriffkriteriums die Kommutierungsmittel so ansteuert, dass ein so großer Kreisstrom erzeugt wird, dass der Stromfluss über den mechanischen Schalter auf einen Maximalstrom begrenzt wird.
Erfindungsgemäß sind die Kommutierungsmittel im Gegensatz zum eingangs genannten nächstkommenden Stand der Technik nicht mehr im Betriebsstrompfad angeordnet. Daher wirken die Kommutierungsmittel nicht als passive Kommutierungsmittel, die den Betriebsstrompfad unterbrechen. Erfindungsgemäß wird stattdessen aktiv eine Gegenspannung in einer Masche erzeugt, die von dem Abschaltzweig und dem von diesem überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfades ausgebildet wird. Die der besagten Masche aufgeprägte Gegenspannung treibt einen über den mechanischen Schalter führenden Kreisstrom, der dem zu schaltenden Strom entgegengesetzt ist. Die beiden entgegengesetzten Ströme löschen sich im Idealfall gegenseitig aus. Bei gleich großen Strömen im Betriebspfad ist der Strom im mechanischen Schalter nahezu null. Der Strom wird mit anderen Worten durch die aktiven Kommutierungsmittel nahezu vollständig über den Abschaltzweig geleitet. Anschließend kann der mechanische Schalter nahezu stromlos öffnen. Ist der mechanische Schalter im Betriebsstrompfad geöffnet, kann die Leistungsschalteinheit im Abschaltzweig den Strom begrenzen und/oder vollständig unterbrechen.
Die Ausgestaltung der Leistungsschalteinheit ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. Dies gilt auch für die Kommutierungsmittel. Wesentlich ist jedoch, dass der Abschaltzweig einen höheren elektrischen Widerstand ausbildet, als der von ihm überbrückte Abschnitt des Betriebsstrompfads. Darüber hinaus sind die Submodule der Leistungsschalteinheit in der Lage, die hohen Kurzschlussströme sicher abzuschalten und darüber hinaus die dabei frei werdende Energie kontrolliert abzubauen. Die Kommutierungsmittel sind hingegen so ausgestaltet, dass sie einen so hohen Kreisstrom in dem besagten Zeitfenster erzeugen, dass der Stromfluss über den mechanischen Schalter unterdrückt und dieser dann stromlos geöffnet werden kann. Zum Erfassen des Stromflusses im Betriebsstrompfad ist ein Stromsensor vorgesehen. Selbstverständlich kann auch die Spannung im Betriebsstrompfad gegenüber dem Erdpotenzial und/oder die über den Schalter abfallende Spannung überwacht werden. Dies gilt zweckmäßigerweise entsprechend auch für den Abschaltzweig. Die Kommutierungsmittel umfassen neben dem Stromsensor vorteilhafterweise eine Steuerungs- und/oder Regelungseinheit, die mit dem Strommesssensor des Betriebsstrompfads verbunden ist. Die vom Strommesssensor erzeugten Strommesswerte werden an die Regelungseinheit übertragen, welche die empfangenen Strommesswerte auswertet, um festzustellen, ob ein zuvor festgelegtes Eingriffskriterium vorliegt. Ein solches Eingriffskriterium ist beispielsweise ein zu großer Stromanstieg (di/dt) oder wenn die gemessenen Stromwerte einen Stromschwellenwert ein vorgegebenes Zeitfenster lang überschreiten. Grundsätzlich sind jedoch beliebige Verknüpfungen mit weiteren Messwerten von Schutzgeräten oder dergleichen oder weitere Kriterien im Rahmen der Erfindung möglich. Liegt ein solches Eingriffskriterium vor, wird der besagte Kreisstrom erzeugt, so dass der ansteigende Kurzschlussstrom in den Abschaltzweig kommutiert. Ist der mechanische Schalter geöffnet, kann der Strom durch die Submodule begrenzt oder falls erforderlich auch abgeschaltet werden. Im Rahmen der Erfindung ist es ferner möglich, dass der mechanische Schalter nur über einen begrenzten Zeitraum hinweg geöffnet wird, wenn beispielsweise eine Beeinflussung des über die gesamte Vorrichtung fließenden Stromes erwünscht ist.
Vorteilhafterweise weisen die Submodule der Leistungsschalteinheit zumindest teilweise jeweils einen ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter und eine gegensinnig parallel hierzu geschaltete Freilaufdiode auf. Alternativ hierzu kann jedes Submodul auch einen einzigen rückwärts leitfähigen Leistungshalbleiterschalter aufweisen. Als Leistungshalbleiterschalter kommen beispielsweise IGBTs, GTOs oder dergleichen in Betracht. In der Regel weist ein Leistungshalbleiterschalter mehrere in einem Gehäuse angeordnete Leistungshalbleiterschalterchips auf. Zur Verbindung der Lastanschlüsse der Leistungshalbleiterschalterchips dienen beispielsweise Bonddrähte. Abweichend hiervon können jedoch auch druckkontaktierte Leistungshalbleiterschalter im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden, bei denen die Leistungshalbleiterschalterchips lastanschlussseitig über eine Druckkontaktierung miteinander verbunden sind. Solche Leistungshalbleiterschalter sind dem Fachmann jedoch bekannt, so dass auf deren Ausgestaltung hier nicht genauer eingegangen zu werden braucht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung bilden die Submodule der Leistungsschalteinheit zwei Gruppen mit jeweils gleich orientierten Durchlassrichtungen ihrer Leistungshalbleiterschalter aus, wobei die Leistungshalbleiterschalter der einen Gruppe entgegengesetzt zu den Leistungshalbleiterschaltern der anderen Gruppe orientiert sind. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung kann der Strom nicht nur in beiden Stromrichtungen über den Abschaltzweig fließen, sondern auch Ströme in beiden Richtungen sicher abgeschaltet werden. Fließt der Strom in die erste Richtung, werden die Leistungshalbleiterschalter der ersten Gruppe angesteuert, um den Strom in der besagten ersten Richtung zu unterbrechen. Fließt der Strom in die entgegengesetzte zweite Richtung, kommen die Leistungshalbleiterschalter der zweiten Gruppe zum Einsatz. Die Submodule sind beispielsweise auch hinsichtlich ihrer Wirkung in Gruppen einteilbar. So ist eine erste Gruppe von Submodulen zur Erzeugung einer Gegenspannung im Betriebsstrompfad und somit zur Kommutierung vorgesehen. Die andere Gruppe von Submodulen dient hingegen zum Unterbrechen des Stromflusses. Submodule können auch beide Funktionen vereinen. Solche Submodule sind z.B. als Vollbrücken realisiert.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Submodule der Leistungsschalteinheit zumindest teilweise jeweils einen Energiespeicher und eine parallel zum Energiespeicher geschaltete Reihenschaltung aus zwei ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern mit jeweils einer gegensinnig parallel hierzu angeordneten Freilaufdiode auf, wobei eine Submodulanschlussklemme mit einem Potenzialpunkt zwischen den ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern und die andere Anschlussklemme mit einem Pol des Energiespeichers verbunden sind. Eine solche Submodultopologie wird auch als Halbbrücke bezeichnet.
Selbstverständlich kann statt eines einzigen Leistungshalbleiterschalters auch eine synchron angesteuerte Reihenschaltung von Leistungshalbleiterschaltern eingesetzt werden. Die synchron angesteuerten Leistungshalbleiterschalter der Reihenschaltung verhalten sich dann genau wie ein einzelner Leistungshalbleiterschalter. Dies gilt im Übrigen auch für die weiter unten genauer beschriebenen Submodule, also auch für die Vollbrückenschaltung oder die Bremsstellerschaltung.
Zum Abbau einer beim Schalten freiwerdenden Energie, die im Gleichspannungsnetz gespeichert ist, sind für jedes Submodul der Leistungsschalteinheit wenigstens ein Ableiter und/oder ein Varistor vorgesehen.
Submodule der Leistungsschalteinheit, die als Halbbrücken ausgestaltet sind, können den Strom in nur einer Richtung unterbrechen. Soll der Stromfluss in zwei Richtungen unterbrochen werden, ist auch hier die Ausbildung von zwei Gruppen von Submodulen erforderlich, wobei die Submodule der einen Gruppe für die Unterbrechung des Stromes in einer ersten Richtung und die Submodule der anderen Gruppe für die Unterbrechung des Stromes in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung dienen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Submodule der Leistungsschalteinheit jedoch zumindest teilweise als Vollbrückenschaltung ausgebildet und weisen daher einen Energiespeicher und zwei parallel zum Energiespeicher geschalteten Reihenschaltungen mit jeweils zwei ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern mit jeweils gegensinnig parallele Freilaufdiode auf, wobei eine erste Anschlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern der ersten Reihenschaltung und eine zweite Submodulanschlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern der zweiten Reihenschaltung verbunden ist. Eine solche Vollbrückenschaltung ist in der Lage, Ströme in beiden Richtungen zu unterbrechen, also mit anderen Worten abzuschalten.
Wie bereits ausgeführt wurde, weist jedes Submodul der Leistungsschalteinheit zweckmäßigerweise einen Ableiter und/oder einen Varistor in Parallelschaltung entweder zum einzigen ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter oder aber in Parallelschaltung zum Energiespeicher des Submoduls auf.
Abweichend hiervon sind die Submodule der Leistungsschalteinheit zumindest teilweise als Bremsstellermodule ausgebildet. Solche Bremsstellermodule weisen einen Energiespeicher auf, dem eine erste Reihenschaltung parallel geschaltet ist. Die erste Reihenschaltung besteht auch aus einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode und einer gleichsinnig zur Freilaufdiode orientierten Diode. Darüber hinaus ist eine zweite Reihenschaltung vorgesehen, die dem Energiespeicher ebenfalls parallel geschaltet ist. Die zweite Reihenschaltung besteht aus einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode und einer weiteren gleichsinnig zur Freilaufdiode orientierten Diode. Die Diode der zweiten Reihenschaltung überbrückt einen ohmschen Widerstand. Die erste Submodulanschlussklemme ist mit einem Pol des Energiespeichers und die zweite Submodulanschlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwischen dem abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter und der Diode der ersten Reihenschaltung verbunden. Solche Bremsstellermodule können die im Netz gespeicherte und beim Schalten abzubauende Energie geregelt in thermische Energie umwandeln und an die Außenatmosphäre abführen.
Gemäß der Erfindung bilden die Kommutierungsmittel eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen aus, wobei jedes Submodul über einen Energiespeicher und eine Leistungshalbleiterschalter in Parallelschaltung zum Energiespeicher verfügt. Mit Hilfe der Leistungshalbleiterschaltung ist die an den Submodulanschlussklemmen abfallende Spannung des zweipoligen Submoduls einstellbar. Entweder wird die an dem Energiespeicher abfallende Spannung an die Submodulanschlussklemmen gelegt oder eine Nullspannung, also keine Spannung. Aufgrund der Reihenschaltung kann daher die an der gesamten Reihenschaltung der Submodule der Kommutierungsmittel abfallende Spannung stufenweise eingestellt werden, wobei die Höhe der Stufen der an dem Energiespeicher eines Submoduls abfallenden Spannung entspricht.
Die Ausgestaltung der Leistungshalbleiterschaltung der Kommutierungsmittel kann, wie bereits im Zusammenhang mit den Submodulen der Leistungsschalteinheit beschrieben, entweder eine Halbbrücken- oder aber eine Vollbrückenschaltung sein. Ist die Leistungshalbleiterschaltung eine Halbbrückenschaltung, ist lediglich eine Reihenschaltung von zwei abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern mit jeweils gegensinnig paralleler Freilaufdiode vorgesehen, wobei eine erste Submodulanschlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwischen den abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern und eine weitere Submodulanschlussklemme mit einem Pol des Energiespeichers verbunden ist. Die als Halbbrückenschaltung ausgebildeten Submodule der Kommutierungsmittel müssen so orientiert sein, dass eine Gegenspannung mit der gewünschten Polarität in dem Betriebsstrompfad erzeugbar ist. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn die Halbbrückenschaltungen der Kommutierungsmittel entgegengesetzt orientiert sind zu den Halbbrückenschaltungen der Submodule der Leistungsschalteinheit.
Abweichend davon ist die Leistungshalbleiterschaltung der Submodule der Kommutierungsmittel gemeinsam mit dem Energiespeicher als Vollbrückenschaltung ausgebildet, wobei, wie bereits weiter oben beschrieben wurde, zwei Reihenschaltungen vorgesehen sind. Die beiden Reihenschaltungen sind parallel zum Energiespeicher geschaltet und weisen jeweils zwei ein- und abschaltbare Leistungshalbleiterschalter mit jeweils gegensinnig paralleler Freilaufdiode auf. Statt Leistungshalbleiterschalter mit Freilaufdiode können auch rückwärts leitfähige Leistungshalbleiterschalter eingesetzt werden. Der Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern ist jeweils mit einer Submodulanschlussklemme verbunden, so dass an den Submodulanschlussklemmen entweder die an dem Energiespeicher abfallende Spannung, eine Nullspannung oder aber die inverse Energiespeicherspannung erzeugbar ist. Die Vollbrückenschaltung kann somit Spannungen erzeugen, die unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Diese sind insbesondere vorteilhaft, wenn Gegenspannungen für Ströme in beiden Richtungen erzeugt werden sollen. Die Submodule der Kommutierungsmittel können auch zum Abschalten oder Begrenzen des zu schaltenden Stromes eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn sowohl die Submodule der Leistungsschalteinheit als auch die Submodule der Kommutierungsmittel als Vollbrücken ausgestaltet sind, wobei die Kommutierungsmittel dann ebenfalls mit Ableitern, Varistoren oder sonstigen nichtlinearen Widerständen ausgerüstet sind. Zweckmäßigerweise unterscheiden sich die Submodule der Leistungsschalteinheit nicht von den Submodulen der Kommutierungsmittel. Diese Identität umfasst auch die Anbindung der Ableiter oder Varistoren.
Als Energiespeicher der Submodule sowohl der Kommutierungsmittel als auch der Leistungsschalteinheit ist beispielsweise ein Kondensator vorgesehen.
Zweckmäßigerweise ist ein Ladezweig vorgesehen, der entweder mit dem Erdpotenzial oder aber mit einem Gegenpol verbunden ist. Der Gegenpol ist entgegengesetzt zu dem Pol polarisiert, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung an wenigstens einer ihrer Anschlussklemmen angeschlossen ist. Der Ladezweig verfügt über einen Schalter, der galvanisch mit einem seiner Kontakte mit dem Potenzialpunkt zwischen der Leistungsschalteinheit und den Kommutierungssmitteln verbunden ist. Wird der Schalter betätigt, ist der Ladezweig so an den Abschaltzweig angeschlossen, so dass ein Ladestrom sowohl über die Kommutierungsmittel als auch über die Leistungsschalteinheit zur Erde beziehungsweise zum Gegenpol hin fließen kann. Hierbei werden die Energiespeicher der Submodule geladen. Ferner fällt an den Leistungshalbleiterschaltern eine Spannung ab, die zur Energieversorgung der Elektronik der Submodule eingesetzt werden kann. Zweckmäßigerweise ist der Ladezweig mit dem Potenzialpunkt zwischen Leistungsschalteinheit und Kommutierungsmittel verbindbar. Darüber hinaus können auch mehrere Ladezweige vorgesehen sein.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1: ein Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungsschalters und
Figuren 2 bis 5: mögliche Ausgestaltungen der Submodule für den Gleichspannungsschalter gemäß Figur 1 zeigen.

Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die auch als Gleichspannungsschalter bezeichnet werden kann. Der dort gezeigte Gleichspannungsschalter 1 weist einen Betriebsstrompfad 2 sowie einen Abschaltzweig 3 auf, wobei in dem Betriebsstrompfad 2 ein mechanischer Schalter 4 angeordnet ist, der durch den Abschaltzweig 3 überbrückt ist. Der Betriebsstrompfad 2 erstreckt sich zwischen einer ersten Anschlussklemme 21 und einer zweiten Anschlussklemme 22. Im Abschaltzweig 3 sind eine Leistungsschalteinheit 5 sowie Kommutierungsmittel 6 in Reihe zueinander angeordnet. Ferner ist ein Ladezweig 7 vorgesehen, der einen mechanischen Schalter 8 sowie einen ohmschen Widerstand 9 aufweist und der bei geschlossenem Schalter 8 den Abschaltzweig 3 mit einem Erdpotenzial verbindet. Ist der Schalter 8 geschlossen, ist der Ladezweig 7 mit dem Potenzialpunkt zwischen der Leistungsschalteinheit 5 und den Kommutierungsmitteln 6 verbunden.
Die Leistungsschalteinheit 5 sowie die Kommutierungsmittel 6 weisen jeweils eine Reihenschaltung aus zweipoligen Submodulen 10 auf. Die Anzahl der Submodule 10 in der Leistungsschalteinheit 5 ist von der zu schaltenden Spannung abhängig. Die Anzahl der Submodule 10 in den Kommutierungsmitteln 6 bestimmt die in einer Masche erzeugbare Gegenspannung, die aus dem Abschaltzweig 3 und dem vom Abschaltzweig 3 überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfades 2 besteht. Die Gegenspannung treibt einen Kreisstrom in der besagten Masche, der im Betriebsstrompfad dem zu schaltenden Strom entgegengesetzt ist. Im mechanischen Schalter 4 löschen sich diese Ströme zweckmäßigerweise gegenseitig aus.
Beispiele möglicher Submodule 10 für den Gleichspannungsschalter gemäß Figur 1 sind in den Figuren 2, 3, 4 und 5 dargestellt. Im einfachsten Falle gemäß Figur 2 handelt es sich bei einem Submodul 10 um einen ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 11, dem eine Freilaufdiode 12 gegensinnig parallel geschaltet ist. Jedem Leistungshalbleiterschalter 11 ist ferner ein Ableiter 13 parallel geschaltet. Submodule 10 gemäß Figur 2 kommen jedoch für die Kommutierungsmittel 6 nicht in Betracht, da diese keine Gegenspannung in der besagten Masche erzeugen können. Hierzu eignen sich jedoch Submodule 10 mit jeweils einem Energiespeicher 14 beispielsweise in Gestalt eines Kondensators. Dem Kondensator oder Energiespeicher 14 ist bei einem Submodul gemäß Figur 3 eine Reihenschaltung 15 aus zwei Leistungshalbleiterschaltern 11 jeweils mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode 12 parallel geschaltet. Eine erste Submodulanschlussklemme 16 ist mit dem Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern 11 der Reihenschaltung 15 verbunden. Die andere Submodulanschlussklemme 17 liegt hingegen an einem Pol des unipolaren Kondensators 14 an. Je nach Ansteuerung der ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 11 ist daher zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 entweder die an dem Kondensator 14 abfallende Kondensatorspannung U_c oder aber eine Nullspannung erzeugbar. Um bei Ausfall eines einzelnen Submoduls nicht den Ausfall des gesamten Gleichspannungsschalters 1 beklagen zu müssen, ist jedes Submodul 10 durch einen schnellen mechanischen oder elektronischen Schalter 18 überbrückbar. Ferner dient eine Diode 19 oder ein Thyristor zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 zum Führen hoher Kurzschlussströme. Soll das Submodul 10 Teil der Leistungsschalteinheit 5 sein, ist es zweckmäßig, dem Kondensator 14 einen Ableiter 13 parallel zu schalten, wie dies in Figur 1 figürlich dargestellt ist. Ein solcher Ableiter 12 ist für die Submodule 10 der Kommutierungsmittel 6 nicht zwingend erforderlich. Diese dienen dann nur zur Erzeugung eines über den mechanischen Schalter 4 fließenden Kreisstromes und somit zur Erzeugung eines Stromnulldurchgangs im mechanischen Schalter 4. Ein Abbau von elektromagnetischer Energie, die im Netz gespeichert ist, durch die Kommutierungsmittel ist nicht erforderlich. Allerdings können die Submodule der Kommutierungsmittel auch zum Schalten oder Begrenzen eines Stromes eingesetzt werden. In diesem Falle weisen diese ebenfalls einen Ableiter oder einen sonstigen dem Submodul parallel geschalteten nicht linearen Widerstand auf.
Halbbrücken gemäß Figur 3 können den Stromfluss in nur einer Richtung unterbrechen. Ein Stromfluss von der in Figur 3 gezeigten zweiten Submodulanschlussklemme 17 zur ersten Submodulanschlussklemme 16 würde über die zwischen diesen Klemmen angeordnete ungesteuerte Freilaufdiode 12 führen. Eine Steuerung des Stromes ist daher nicht möglich.
Eine Beeinflussung beider Stromrichtungen kann jedoch mit einer Vollbrückenschaltung gemäß Figur 4 erzielt werden. In Figur 4 ist ein Submodul 10 verdeutlicht, das eine Vollbrückenschaltung darstellt. Dem Kondensator 14 sind zwei Reihenschaltungen 15 und 20 parallel geschaltet. Jede Reihenschaltung 15, 20 weist zwei ein- und abschaltbare Leistungshalbleiterschalter 11 mit gegensinniger Freilaufdiode 12 auf. Submodulanschlussklemmen 16, 17 sind jeweils mit einem Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern 11 verbunden. Weisen die Vollbrücken der Kommutierungsmittel einen Ableiter auf, können diese auch Teil der Leistungsschalteinheit betrachtet werden.
Zum Zuschalten eines Gleichspannungsnetzes wird die Anschlussklemme 3 des Gleichspannungsschalters 1 zunächst mit dem zuzuschaltenden Gleichspannungsnetzabschnitt verbunden. Der Schalter 4 im Betriebsstrompfad 4 ist geöffnet. Anschließend wird der Gleichspannungsschalter 1 über den Ladezweig 7 betriebsbereit gemacht, indem der Schalter 8 geschlossen und der Abschaltzweig 3 somit über den ohmschen Widerstand 9 mit einem Erdpotenzial verbunden wird. Im Falle von Submodulen 10 gemäß Figur 3 oder 4 können nun nach Anlegen einer Gleichspannung an die Anschlussklemme 22, die dazu mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden wird, die Kondensatoren 14 der Submodule 10 aufgeladen werden. Auch die Steuerelektronik der Leistungshalbleiterschalter 11, die aus der an den abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern 11 abfallenden Spannung gespeist wird, ist jetzt betriebsbereit.
Ist die Leistungsschalteinheit 5 betriebsbereit, kann der Schalter 8 des Ladezweigs 7 geöffnet und mit einer zweckmäßigen Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter 11 der Leistungsschalteinheit 5, der mit der zweiten Anschlussklemme 22 verbundene Gleichspannungsnetzabschnitt kontrolliert zugeschaltet werden, wobei die Spannung rampenförmig hochgefahren wird. Dies ist jedoch nur ohne Weiteres möglich, wenn die Submodule 10 der Kommutierungsmittel 6 Halbbrückenschaltungen gemäß Figur 3 ausbilden. Im Falle von Vollbrückenschaltungen gemäß Figur 4 müssen diese entweder überbrückt oder aber die Submodule 10 zuvor betriebsbereit gemacht werden, um anschließend die Leistungshalbleiterschalter 11 in ihre Durchgangsstellung zu überführen. Hierzu wäre der Ladezweig beispielsweise mit dem Potenzialpunkt zwischen den Kommutierungsmitteln 6 und der Klemme 22 zu verbinden. Hierzu könnten zweckmäßige Schalter eingesetzt werden. Abweichend hiervon ist ein zweiter Ladungszweig an dieser Stelle vorgesehen.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Submoduls 10 für die Leistungsschalteinheit 5, das hier auch als Bremsstellermodul bezeichnet ist. Das Submodul 10 weist wieder zwei Reihenschaltungen 15, 20 auf. Die erste Reihenschaltung 15 besteht aus einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiter, IGBT, mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode 12. In Reihe zum IGBT ist eine Diode 23 geschaltet. Die Diode 23 ist gegensinnig zum besagten IGBT und daher gleichsinnig zu dessen Freilaufdiode orientiert. Es ist ferner eine zweite Reihenschaltung 20 vorgesehen, die dem Energiespeicher 14 ebenfalls parallel geschaltet ist. Auch die zweite Reihenschaltung weist einen IGBT 11 mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode 12 sowie eine in Reihe hierzu eine Diode 24 auf. IGBT 11 und Diode 24 sind gegensinnig zueinander orientiert, wobei der Diode 24 ein ohmscher Widerstand 25 parallel geschaltet ist. Die erste Submodulanschlussklemme 16 ist mit dem Potenzialpunkt zwischen Diode 23 und dem IGBT 11 verbunden. Die zweite Submodulanschlussklemme 17 ist an einen Pol des Energiespeichers 14 angeschlossen.
Der Gleichspannungsschalter 1 ist nun betriebsbereit. Während des Betriebs des Gleichspannungsschalters kann der Schalter 8 geöffnet werden oder aber auch geschlossen bleiben. Dies ist von der Höhe des ohmschen Widerstands 9 und den dadurch auftretenden Verlusten abhängig. In jedem Falle kann es sich bei dem mechanischen Schalter 9 um einen langsamen mechanischen Schalter handeln.
Bei der Beschreibung eines Abschaltvorgangs wird nunmehr davon ausgegangen, dass die Leistungsschalteinheit 5 aus einer Reihenschaltung von Submodulen 10 gemäß Figur 4, also Vollbrückenschaltungen, besteht. Dies gilt entsprechend für die Submodule 10 der Kommutierungsmittel 6. In der Betriebsstellung ist der mechanische Schalter 4 im Betriebsstrompfad 2 geschlossen. Auch die Leistungshalbleiterschalter 11 der Submodule 10 der Leistungsschalteinheit 5 und der Kommutierungsmittel 6 befinden sich in ihrer Durchgangsstellung. In diesem Schaltzustand der Submodule 10 ist zwar grundsätzlich ein Stromfluss über den Abschaltzweig 3 möglich. Aufgrund des im Vergleich zum Betriebspfad 2 höheren elektrischen Widerstandes des Abschaltzweigs 3 fließt der Betriebsstrom jedoch nahezu ausschließlich und verlustfrei über den Betriebsstrompfad 2. Ein im Betriebsstrompfad 2 angeordneter Strommesssensor 26 erfasst den über den Betriebsstrompfad 2 fließenden Betriebsstrom unter Gewinnung von Strommesswerten. Der besagte Strommesssensor 26 ist mit einer Regelungseinheit 27 des Gleichspannungsschalters 1 verbunden, mit dem eine Steuerung oder Regelung der Leistungshalbleiterschalter 11 der Submodule 10 möglich ist. Die Regelungseinheit 27 überwacht die von dem Strommesswertsensor 26 übertragenen Strommesswerte auf das Vorliegen eines Fehlerkriteriums hin. Ein solches Fehlerkriterium ist beispielsweise ein ungewöhnlicher schneller Anstieg des Stromes oder liegt dann vor, wenn der Strom einen vorgegebenen Stromschwellenwert über eine ebenfalls vorgegebene Zeitdauer hinweg überschreitet. Liegt ein solches Fehlerkriterium vor, induzieren die Kommutierungsmittel 6 in der Masche aus Abschaltzweig 3 und überbrücktem Betriebsstrompfadabschnitt eine Gegenspannung. Je nach Art des festgestellten Fehlerkriteriums wird die Gegenspannung so eingestellt, dass über eine durch die Topologie der Kommutierungsmittel vorgegebene Zeitdauer hinweg sich ein entgegen dem Kurzschlussstrom gerichteter Kreisstrom in der besagten Masche einstellt. Der Kurzschlussstrom und der entgegengesetzte Kreisstrom addieren sich zu nahezu null. In diesem Fall kann der mechanische Schalter 4 nahezu stromlos öffnen, ohne dass bei der Trennung seiner Kontakte ein unerwünschter Lichtbogen gezogen wird. Dieser Lichtbogen könnte zu einer Zerstörung des Gleichspannungsschalters 1 führen. Insbesondere nach dem Öffnen des mechanischen Schalters 4 fließt der Strom über den parallel zum Schalter angeordneten Abschaltzweig 3. Erst bei geöffnetem Schalter werden die Submodule 10 des Leistungsschalteinheit 5 und der Kommutierungsmittel in ihre Trennstellung überführt, so dass der Stromfluss über die Vorrichtung 1 vollständig unterbrochen wird. Die hierbei freiwerdende Schaltenergie wird durch die Ableiter 13 abgebaut, die nach dem Überschreiten einer Grenzspannung sich wie ein ohmscher Widerstand verhalten und sich aufgrund des über sie fließenden Stromes erwärmen und somit die im Netz gespeicherte Energie thermisch an die Außenumgebung abgeben. Abschließend sei darauf hingewiesen, dass noch weitere Strommesssensoren 26 oder Spannungssensoren vorgesehen sein können, mit denen die Regelung der Vorrichtung unterstützt wird. Darüber hinaus können auch die Kommutierungsmittel Ableiter aufweisen, die den Submodulen parallel geschaltet sind.
Auch sei noch einmal darauf hingewiesen, dass bei geöffnetem Schalter 4 nur Teile der Submodule in ihre Sperrstellung überführt werden können. Im Falle gesperrter Submodule fließt der Strom ab einer gewissen Grenzspannung über den jeweils parallel geschalteten Ableiter. Im Falle von Vollbrücken ist der Ableiter beispielsweise dem Energiespeicher und somit dem Kondensator parallel geschaltet. Übersteigt die am Kondensator abfallende Spannung die Grenzspannung des Ableiters, verhält sich dieser wie ein ohmscher Widerstand, so dass eine Begrenzung des Stromes herbeigeführt ist. Je mehr Submodule in ihre Sperrstellung überführt werden, desto höher der Widerstand und desto höher die Begrenzung.

Claims

Vorrichtung (1) zum Schalten von Gleichströmen in einem Pol eines Gleichspannungsnetzes umfassend
- zwei Anschlussklemmen (21,22), zwischen denen sich ein Betriebsstrompfad (2) mit einem mechanischen Schalter (4) erstreckt,

- der durch einen Abschaltzweig (3) überbrückbar ist,

- wobei Kommutierungsmittel (6) zum Kommutieren des Stroms von dem Betriebsstrompfad (2) auf den Abschaltzweig (3) vorgesehen sind,

- wobei die Kommutierungsmittel (6) im Abschaltzweig (3) angeordnet und zum Erzeugen eines über den überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfades (2) und den Abschaltzweig (3) fließenden Kreisstromes eingerichtet sind, der dem zu schaltenden Gleichstrom entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abschaltzweig (3) eine Leistungsschalteinheit (5)zum Begrenzen oder vollständigen Unterbrechen des Gleichstroms angeordnet ist, die eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen (10) mit wenigstens einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter (11) aufweist, und dass die Kommutierungsmittel (6) eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen (10) ausbilden, wobei jedes Submodul (10) der Kommutierungsmittel über einen Energiespeicher (14) und eine Leistungshalbleiterschaltung in Parallelschaltung zum Energiespeicher (14) verfügt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Submodule (10) der Leistungsschalteinheit zumindest teilweise jeweils einen ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter (11) und eine gegensinnig parallel hierzu geschaltete Freilaufdiode (12) aufweisen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Submodule (10) der Leistungsschalteinheit (5) zwei Gruppen mit jeweils gleich orientierten Durchlassrichtungen ihrer Leistungshalbleiterschalter (11) ausbilden, wobei die Leistungshalbleiterschalter (11) der einen Gruppe entgegengesetzt zu den Leistungshalbleiterschaltern (11) der anderen Gruppe orientiert sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Submodule (10) der Leistungsschalteinheit (5) zumindest teilweise jeweils einen Energiespeicher (14) und eine parallel zum Energiespeicher (14) geschaltete Reihenschaltung (15) aus zwei ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) mit gegensinnig parallel hierzu angeordneten Freilaufdioden (12) aufweisen, wobei eine Submodulanschlussklemme (16) mit einem Potenzialpunkt zwischen den ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) und die andere Submodulanschlussklemme (17) mit einem Pol des Energiespeichers (14) verbunden sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Submodule (10) der Leistungsschalteinheit (5) zumindest teilweise einen Energiespeicher (14) und zwei parallel zum Energiespeicher (14) geschaltete Reihenschaltungen (15,20) mit jeweils zwei ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode (12) aufweisen, wobei eine erste Submodulanschlussklemme (16) mit dem Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern (11) der ersten Reihenschaltung (15) und eine zweite Submodulanschlussklemme (17) mit dem Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern (11) der zweiten Reihenschaltung (20) verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leistungsschalteinheit (5) Varistoren und/oder Ableiter (13) in Parallelschaltung zu wenigstens einem Submodul (10) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Varistoren und/oder Ableiter (13) zumindest teilweise einem Energiespeicher (14) parallel geschaltet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Submodule (10) der Leistungsschalteinheit (5) zumindest teilweise als Bremsstellermodul ausgebildet sind und einen Energiespeicher (14) aufweisen, dem eine erste Reihenschaltung (15) aus einem abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter (11) mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode und einer gleichsinnig zur Freilaufdiode orientierten Diode und eine zweite Reihenschaltung aus einem abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode und einer weiteren gleichsinnig zur Freilaufdiode orientierten Diode parallel geschaltet ist, wobei die Diode der zweiten Reihenschaltung einen ohmschen Widerstand überbrückt, die erste Submodulanschlussklemme mit einem Pol des Energiespeichers und die zweite Submodulanschlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwischen dem abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter und der Diode der ersten Reihenschaltung verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leistungshalbleiterschaltung eine Reihenschaltung (15) von zwei abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) mit jeweils gegensinnig paralleler Freilaufdiode (12) ausbildet, wobei eine erste Submodulanschlussklemme (16) mit dem Potenzialpunkt zwischen den abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) und eine weitere Submodulanschlussklemme (17) mit einem Pol des Energiespeichers (14) verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leistungshalbleiterschaltung zwei Reihenschaltungen (15, 20) von jeweils zwei ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) mit jeweils gegensinnig paralleler Freilaufdiode (12) ausbildet, wobei der Potenzialpunkt zwischen den ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) der ersten Reihenschaltung (15) mit der ersten Submodulanschlussklemme (16) und der Potenzialpunkt zwischen den ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) der zweiten Reihenschaltung (20) mit der zweiten Submodulanschlussklemme (17) verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
einen mit einem Erdpotenzial oder einem entgegengesetzt zum Pol polarisierten Gegenpol verbundenen Ladezweig (7).
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Ladezweig (7) ein ohmscher Widerstand (9) angeordnet ist.
Verfahren zum Schalten von Gleichströmen in einem Pol eines Gleichspannungsnetzes umfassend zwei Anschlussklemmen (21,22), zwischen denen sich ein Betriebsstrompfad (2) mit einem mechanischen Schalter (4) erstreckt, der durch einen Abschaltzweig (3) überbrückbar ist, wobei in dem Abschaltzweig (3) eine Leistungsschalteinheit (5) zum Begrenzen oder vollständigen Unterbrechen des Gleichstroms angeordnet ist, die eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen (10) mit wenigstens einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter (11) aufweist, wobei im Abschaltzweig (3) angeordnete Kommutierungsmittel (6) zum Erzeugen eines über den überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfades (2) und den Abschaltzweig (3) fließenden Kreisstrom eingerichtet sind, wobei die Kommutierungsmittel (6) eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen (10) ausbilden, und wobei jedes Submodul (10) der Kommutierungsmittel über einen Energiespeicher (14) und eine Leistungshalbleiterschaltung in Parallelschaltung zum Energiespeicher (14) verfügt, bei dem
- ein Stromsensor den Stromfluss im Betriebsstrompfad unter Gewinnung von Strommesswerten erfasst,

- eine mit dem Stromsensor verbundene Steuerungseinheit die Strommesswerte auf das Vorliegen eines Eingriffskriteriums hin überwacht und

- bei Vorliegen des Eingriffskriteriums die Kommutierungsmittel (6) so ansteuert, dass ein so großer Kreisstrom erzeugt wird, dass der Stromfluss über den mechanischen Schalter (4) auf einen Maximalstrom begrenzt wird,

- anschließend der mechanische Schalter (4) geöffnet wird und

- mittels der Leistungsschalteinheit (5) der Strom im Abschaltzweig (3) begrenzt oder vollständig unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stromfluss auf einen Maximalstrom von etwa null begrenzt und der mechanische Schalter (4) anschließend geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der mechanische Schalter (4) geöffnet und der über den Abschaltzweig (3) fließende Strom über eine vorgegebene Zeitdauer hinweg auf einen zuvor festgelegten Maximalfehlerstrom begrenzt wird.