Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR CONTROLLING A DIRECT CURRENT SWITCH, DIRECT CURRENT SWITCH, AND DC VOLTAGE SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/172134
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for controlling a direct current switch (1), in particular a fault current protection switch or a circuit breaker. The direct current switch (1) has a first semiconductor switch (2a) and a second semiconductor switch (2b) which can be switched off. The first and the second semiconductor switch (2a, 2b) are arranged between a first connection (21) and a second connection (22) such that a current (i) with a first polarity can be conducted through the first semiconductor switch (2a), and a current (i) with the opposite polarity can be conducted through the second semiconductor switch (2b). One of the semiconductor switches (2a, 2b) is switched off depending on a current measurement value. The invention additionally relates to a direct current switch (1) with a first and a second semiconductor switch (2a, 2b) which can be switched off and a local controller (3) for carrying out such a method. The invention additionally relates to a DC voltage system (50) comprising at least one energy source (5) with a DC voltage, to at least one electric load (6) with a DC voltage connection, and to at least one such direct current switch (1).

More Like This:
Inventors:
KALUZA, Peter (Falläcker 35, Rieden, 92286, DE)
SCHIERLING, Hubert (Pommernstr. 18 G, Erlangen, 91052, DE)
WEIS, Benno (Amselstraße 8, Hemhofen, 91334, DE)
Application Number:
EP2018/056173
Publication Date:
September 27, 2018
Filing Date:
March 13, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H03K17/687; H02M1/32; H03K17/082
Foreign References:
DE102013009991A12014-12-18
DE102016100776A12016-07-21
US20120235661A12012-09-20
US5635821A1997-06-03
Other References:
None
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung eines Gleichstromschalters (1), insbesondere eines Fehlerstromschalters oder eines Schutz- Schalters, wobei der Gleichstromschalter (1) einen ersten abschaltbaren Halbleiterschalter (2a) und einen zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter (2b) aufweist, wobei der erste und der zweite abschaltbare Halbleiterschalter (2a, 2b) derart zwischen einem ersten Anschluss (21) und einem zweiten An- schluss (22) angeordnet sind, dass ein Strom (i) mit einer ersten Polarität durch den ersten abschaltbaren Halbleiterschalter (2a) führbar ist und der Strom (i) mit einer gegenüber der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität durch den zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter (2b) führbar ist, wobei in Abhängigkeit eines Strommesswertes einer der abschaltbaren Halbleiterschalter (2a, 2b) abgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste abschaltbare Halbleiterschalter (2a) und der zweite abschaltbare Halblei- terschalter (2b) antiseriell angeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste abschaltbare Halbleiterschalter (2a) , insbesondere ausgebildet als ein rückwärtssperrender IGBT, und der zweite abschaltbare Halb- leiterschalter (2b) , insbesondere ausgebildet als ein rück¬ wärtssperrender IGBT, in einer Antiparallelschaltung angeordnet sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ab- Schaltung eines der abschaltbaren Halbleiterschalter (2a, 2b) im Fehlerfall erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, wobei die Abschal¬ tung eines der abschaltbaren Halbleiterschalter (2a, 2b) in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung des Strommesswertes erfolgt .

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei genau einer der abschaltbaren Halbleiterschalter (2a, 2b) abgeschaltet wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Aus¬ wahl des abzuschaltenden abschaltbaren Halbleiterschalters (2a, 2b) in Abhängigkeit von der Polarität des Strommesswertes des Stroms (i) erfolgt. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Abschaltung bei einer ersten Polarität bei einem ersten Grenzwert erfolgt und bei einer der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität bei einem zweiten Grenzwert erfolgt, wobei der erste Grenzwert betraglich mindestens 25% größer ist als der zweite Grenz- wert.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Kurzschluss mittels einer UCE~Überwachung erkannt wird und durch die lokale Steuervorrichtung (3) , die zur Ansteuerung des ersten und des zweiten abschaltbaren Halbleiterschalters (2a, 2b) vorgesehen ist, insbesondere unabhängig von einer übergeordneten Steuerung (8), abgeschaltet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Be- lastung des jeweiligen abschaltbaren Halbleiterschalters

(2a, 2b) durch Bildung eines i*t-Wertes oder i2*t-Wertes er¬ mittelt wird, wobei bei Überschreitung eines Belastungsgrenzwertes der jeweilige abschaltbare Halbleiterschalter (2a, 2b) abgeschaltet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Differenz zwischen dem Strommesswert und einem weiteren

Strommesswert gebildet wird, wobei der weitere Strommesswert an einer Stelle erfasst wird, an der ein dem Strommesswert zugehöriger Rückstrom angenommen wird, wobei bei Überschreiten des Betrags der Differenz mindestens einer der abschalt¬ baren Halbleiterschalter (2a, 2b) abgeschaltet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Differenz frequenzselektiv, insbesondere für Frequenzen unterhalb 1 kHz, gebil¬ det wird. 13. Gleichstromschalter (1) aufweisend

- einen ersten und einen zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter (2a, 2b)

- eine lokale Steuervorrichtung (3) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

wobei der erste und der zweite abschaltbare Halbleiterschal¬ ter (2a, 2b) derart zwischen einem ersten Anschluss (21) und einem zweiten Anschluss (22) angeordnet sind, dass ein Strom (i) mit einer ersten Polarität durch den ersten abschaltbaren Halbleiterschalter (2a) führbar ist und der Strom (i) mit ei- ner gegenüber der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität durch den zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter (2b) führbar ist, wobei mittels der lokalen Steuervorrichtung (3) der Strom (i) durch den Gleichstromschalter (1) in Abhängigkeit eines Strommesswertes durch Abschalten eines der ab- schaltbaren Halbleiterschalter (2a, 2b) abschaltbar ist.

14. Gleichstromschalter (1) nach Anspruch 13, wobei der

Gleichstromschalter einen Komparator zur Erkennung der Polarität des Stroms (i) aufweist.

15. Gleichstromschalter (1) nach einem der Ansprüche 13 oder

14, wobei der erste und der zweite abschaltbare Halbleiter¬ schalter (2a, 2b) jeweils eine UCE~Überwachung aufweisen. 16. Gleichstromschalter (1) nach einem der Ansprüche 13 bis

15, wobei zwischen dem ersten Anschluss (21) und einem der abschaltbaren Halbleiterschalter ein Schutzelement, insbesondere ein Lasttrennschalter und/oder eine Sicherung (9), angeordnet ist.

17. Gleichstromschalter (1) nach einem der Ansprüche 13 bis

16, wobei der Gleichstromschalter (1) eine Strommessvorrich- tung (4) und/oder eine Spannungsmessvorrichtung (42) aufweist.

18. Gleichstromschalter (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 17 wobei die lokale Steuervorrichtung (3) eine Schnittstelle (11) zu einer übergeordneten Steuerung (8) aufweist, wobei mittels der übergeordneten Steuerung (8) die abschaltbaren Halbleiterschalter (2a, 2b) zu- und abschaltbar sind. 19. Gleichspannungssystem (50) umfassend

- mindestens eine Energiequelle (5) mit einer Gleichspannung

- mindestens ein elektrischer Verbraucher (6) mit einem

Gleichspannungsanschluss

- mindestens ein Gleichstromschalter (1) nach einem der An- sprüche 13 bis 18.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Steuern eines Gleichstromschalters, Gleich- Stromschalter und Gleichspannungssystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Gleichstromschalters. Weiter betrifft die Erfindung einen Gleichstromschalter und ein Gleichspannungssystem.

Um einen Gleichstrom schalten zu können, werden Gleichstromschalter benötigt. Im Gegensatz zum Schalten von Wechselstromschaltern sind diese deutlich komplexer aufgebaut, da im Gleichstrombetrieb, wie er beispielsweise in Gleichspannungs- netzen herrscht, der Strom keinen Nulldurchgang hat, an dem ein Verlöschen des Stromes auf einfache Weise realisiert wer ¬ den kann.

Derzeit am Markt befindliche Gleichstromschalter sind daher vergleichsweise teuer. Zudem sind diese oftmals nicht kurz ¬ schlussfest. Aufgrund ihrer Arbeitsweise sind sie zudem groß und schwer und somit nur unter großem Aufwand in Energieversorgungssysteme oder Antriebssysteme integrierbar. Ein Schutzschalter dient zum Abschalten von elektrischen

Stromkreisen, Leitern oder einzelnen Verbrauchern bei Überschreiten der zulässigen Strom- oder Spannungswerte. Dies betrifft beispielsweise sowohl einen Überstrom als auch einen Fehlerstrom. Ein Fehlerstromschalter ist ein Schalter, der öffnet, wenn sich ein Hin- und ein Rückstrom um einen festgelegten Betrag unterscheiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstromschalter und dessen Steuerung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung eines Gleichstromschalters gelöst, wobei der Gleichstromschalter einen ersten abschaltbaren Halbleiterschalter und einen zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter aufweist, wobei der ers- te und der zweite abschaltbare Halbleiterschalter derart zwi ¬ schen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss angeordnet sind, dass ein Strom mit einer ersten Polarität durch den ersten abschaltbaren Halbleiterschalter führbar ist und der Strom mit einer gegenüber der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität durch den zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter führbar ist, wobei in Abhängigkeit eines

Strommesswertes einer der abschaltbaren Halbleiterschalter abgeschaltet wird. Ferner wird die Aufgabe durch einen

Gleichstromschalter mit einem ersten und einem zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter und einer lokalen Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens gelöst, wobei der erste und der zweite abschaltbare Halbleiterschal ¬ ter derart zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss angeordnet sind, dass ein Strom mit einer ersten Polarität durch den ersten abschaltbaren Halbleiterschalter führbar ist und der Strom mit einer gegenüber der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität durch den zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter führbar ist, wobei mittels der lokalen Steuervorrichtung der Strom durch den Gleichstromschalter in Abhängigkeit eines Strommesswertes durch Abschal ¬ ten eines der abschaltbaren Halbleiterschalter abschaltbar ist. Weiter wird die Aufgabe durch ein Gleichspannungssystem mit mindestens einer Energiequelle mit einer Gleichspannung, mindestens einem elektrischen Verbraucher mit einem Gleich- spannungsanschluss und mindestens einem solchen Gleichstrom ¬ schalter gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein mecha ¬ nischer DC Schalter durch einen elektronischen Schalter substituiert wird, vorzugsweise einen Transistor. Da dieser ei- nen Strom abschalten muss, kommt ein abschaltbarer Halbleiterschalter zum Einsatz. Falls die Strom- und/oder Spannungsrichtung sich umkehrt, beispielsweise im Fall einer

Rekuperation, ist der abschaltbare Halbleiter häufig mit ei- ner antiparallelen Diode versehen, die dann den Strom in Gegenrichtung leitet. In diesem Fall kann der Strom nur dann unabhängig von seiner Stromflussrichtung, auch als Polarität bezeichnet, abgeschaltet werden wenn ein zweiter abschaltba- rer Halbleiterschalter antiseriell zum ersten Schalter eingesetzt wird. Antiseriell heißt in diesem Zusammenhang, dass der zweite abschaltbare Halbleiterschalter in Reihe zum ers ¬ ten abschaltbaren Halbleiterschalter angeordnet ist, allerdings einen Strom in die andere Richtung, d.h. in entgegenge- setzter Polarität führen kann. Auch dieser wird mit einer In- vers Diode betrieben, um einen Betrieb des Gleichstromschal ¬ ters für beide Polaritäten zu ermöglichen. Alternativ können auch rückwärtssperrende IBGTs in Antiparallelschaltung einge ¬ setzt werden. Dabei sind die beiden rückwärtssperrenden IBGTs in einer Parallelschaltung angeordnet und so ausgerichtet, dass der erste abschaltbare Halbleiterschalter den Strom mit einer ersten Polarität führen kann und der zweite abschaltba ¬ re Halbleiterschalter den Strom mit entgegengesetzter Polarität führen kann. Neben rückwärtssperrenden IGBTs können auch andere beliebige rückwärtssperrende abschaltbare Halbleiter ¬ schalter in einer Antiparallelschaltung angeordnet werden.

Alternativ hat es sich als vorteilhaft bei der antiseriellen Anordnung erwiesen, wenn die antiparallele Diode in den Chip des Transistors integriert ist. Ein solcher Schalter wird auch als rückwärtsleitender Schalter bezeichnet. Weiter ist es möglich, im Fall eines MOSFET oder JFET den Kanal in beide Stromrichtungen zu betreiben (antiparallele Anordnung) . Mit dieser Schalteranordnung ist es möglich, neben Wechselströmen auch Gleichströme zu schalten. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass sich im Gegensatz zu mechanischen Schaltern kein Lichtbogen innerhalb des Schalters bilden kann, der gelöscht, d.h. beseitigt, werden muss. Dabei bietet der er- findungsgemäße Gleichstromschalter zusätzlich die Möglichkeit, den Strom in nur eine Richtung zu unterbrechen. Dazu wird dann genau einer der abschaltbaren Halbleiterschalter abgeschaltet. Somit kann ein elektrischer Verbraucher für die Energieaufnahme vom Netz getrennt werden, beispielsweise wenn dadurch eine Überlastung droht. Gleichzeitig kann ein Rück- speisen von Energie, beispielsweise eines Antriebs, noch er ¬ möglicht werden, da sich dabei die Stromrichtung umdreht, d.h. die Polarität des Stroms sich ändert. Somit kann der elektrische Verbraucher gespeicherte Energie weiterhin abge ¬ ben, selbst wenn die Aufnahme von Energie mittels des Gleich ¬ stromschalters unterbrochen wurde. Dies ist aufgrund der zwei abschaltbaren Halbleiterschalter möglich.

Die weiterhin mögliche Energierückspeisung erhöht die Umweltverträglichkeit des Systems und hilft (Energie- ) Kosten zu senken. Darüber hinaus können gefährliche Zustände beispiels ¬ weise für die Wartung vermieden werden, da ein Entladen der im elektrischen Verbraucher befindlichen Energiespeicher mit diesem Gleichstromschalter weiter möglich ist. Somit kann der Energiespeicher vor Beginn von Wartungsarbeiten vollständig oder zumindest nahezu vollständig entladen werden.

Bei Wechselspannungsnetzen (einphasig oder mehrphasig) werden Verbraucher häufig mit Schaltern (= Schützen) ein- und ausgeschaltet. Wird ein Reparaturschalter (= Lasttrennschalter) gefordert, kann er anstelle des Schalters eingesetzt werden. Zum Kurzschluss Schutz wird normalerweise ein Kurzschluss Schaltorgan (= Leistungsschalter) davor eingesetzt. Und zum Leitungsschutz und/oder Kurzschlussschutz des Verbrauchers kann auch eine Schmelzsicherung zum Einsatz kommen. Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Gleichstromschalters kann das Konzept bei Wechselspannungsnetzen auf einfache Weise ohne Ver ¬ änderung auf Gleichstromnetze übertragen werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Abschaltung eines der abschaltbaren Halbleiterschalter im Fehlerfall. Sobald ein Fehlerfall erkannt wird, wird der Gleichstromschalter ausgeschaltet. Die Abschaltung kann dabei für nur eine Stromrichtung durch Abschalten genau eines

Schalters erfolgen. Alternativ kann die Abschaltung auch für beide Stromrichtungen erfolgen indem beide abschaltbaren Halbleiterschalter abgeschaltet werden. Der Fehlerfall kann beispielsweise durch einen Strom erkannt werden, der oberhalb eines betrieblich zulässigen Wertes liegt. Eine weitere Mög ¬ lichkeit besteht darin, alternativ oder ergänzend die

Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes zu untersuchen und bei Überschreiten eines festgelegten Wertes auf einen Fehler zu schließen. Die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes entspricht der zeitlichen Ableitung des Stromes. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Abschaltung eines der abschaltbaren Halbleiterschalter in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung des Strommesswertes. Bei der Abhängigkeit von der zeitlichen Ab ¬ leitung des Strommesswertes kann ein Fehlerfall aufgrund ei- nes zu hohen Stromanstiegs erkannt werden. Diese Erkennung bietet den Vorteil, schon vor Erreichen hoher Stromwerte den Gleichstromschalter zu öffnen und eine Belastung durch hohe Ströme sowohl für den Verbraucher als auch für den Gleichstromschalter zu vermeiden. Damit können die abschaltbaren Halbleiterschalter teilweise sogar deutlich kleiner und kostengünstiger dimensioniert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Auswahl des abzuschaltenden abschaltbaren Halb- leiterschalters in Abhängigkeit von der Polarität des Strom ¬ messwertes des Stroms. Dabei hat es sich als vorteilhaft er ¬ wiesen, den Fehlerstrom, d.h. den Strom im Fehlerfall, hinsichtlich seiner Polarität zu analysieren. Die Information über die Polarität erfordert nur 1 bit, so dass diese sich besonders einfach übertragen lässt.

Durch das Vorzeichen des erfassten Fehlerstromes oder der Spannung kann die lokale Steuervorrichtung des Schalters bestimmen, ob der Fehler lastseitig oder netzseitig von ihm aufgetreten ist. Dies ist auf einfache Weise anhand der Pola ¬ rität des Stroms möglich. Je nach Polarität des Stromes, d.h. je nach Richtung des Stromes, wird dann nur der Schalter geöffnet, der in Richtung des Fehlers liegt. Dies erlaubt ins- besondere bei einem netzseitigen Fehler, der durch einen Fehler in einer anderen Last oder in der oder einer der Energieversorgungseinrichtungen entstanden sein kann, den unterbrechungsfreien Weiterbetrieb der von dem Gleichstromschalter versorgten Last. Netzseitige und lastseitige Fehler lassen sich anhand der Polarität des Fehlerstromes, d.h. anhand der Polarität des Stromes im Fehlerfall erkennen. Dies kann auf einfache Weise anhand des Vorzeichens des Strommesswertes er ¬ kannt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Abschaltung bei einer ersten Polarität bei einem ersten Grenzwert und bei einer der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität bei einem zweiten Grenzwert, wobei der erste Grenzwert betraglich mindestens 25% größer ist, als der zweite Grenzwert. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Auslöseschwelle des Gleichstromschalters für netzseitige Fehlerströme höher gelegt wird als die Auslöseschwelle des Schalters für lastseitige Fehlerströme. Ein Unterschied von mindestens 25%, insbesondere die Überwachung auf einen 30% höheren Fehlerstrom, bewirkt, dass bei einem Fehler in einer Last bevorzugt der direkt vorgelagerte Schalter, das heißt der Gleichstromschalter an dem dazugehörigen Verbraucher, auslöst, was eine natürliche und gewünschte Selektivität zur Folge hat.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Kurzschluss mittels einer U C E-Überwachung erkannt und wird durch die lokale Steuervorrichtung, die zur Ansteue- rung des ersten und des zweiten abschaltbaren Halbleiterschalters vorgesehen ist, insbesondere unabhängig von einer übergeordneten Steuerung, abgeschaltet. Der Gleichstromschal ¬ ter mit seinen antiparallelen abschaltbaren Halbleiterschaltern wird mit einer bereits aus Wechselrichterschaltungen be- kannten U C E-Überwachung kombiniert, die im Falle eines Kurzschlussstromes diesen im Bereich von wenigen \is selbsttätig, ohne dass eine übergeordnete Steuerung vorhanden sein muss, abschalten kann. Die U C E-Überwachung wirkt dabei auf den ab- schaltbaren Halbleiterschalter des Gleichstromschalters, an dem ein vorgegebener Spannungspegel überschritten wurde. Dies erlaubt insbesondere bei einem netzseitigen Fehler, der durch einen Fehler in einer anderen Last oder in der Energiequelle entstanden sein kann, den unterbrechungsfreien Weiterbetrieb der von dem Schalter versorgten Last.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Belastung des jeweiligen abschaltbaren Halbleiter- Schalters durch Bildung eines i*t-Wertes oder i 2 *t-Wertes er ¬ mittelt, wobei bei Überschreitung eines Belastungsgrenzwertes der jeweilige abschaltbare Halbleiterschalter abgeschaltet wird. Die abschaltbaren Halbleiterschalter des Gleichstromschalters werden jeweils mit einer Strommessung ausgestattet, die damit in der Lage ist, langsam ansteigende und/oder dau ¬ erhaft über dem Bemessungswert liegende Ströme zu erfassen und nach einem i*t oder i 2 *t Modell oder nach einem anderen Algorithmus zur Bestimmung der Halbleiterbelastung einen evtl. Überstrom abzuschalten, der eine unzulässige Belastung, insbesondere eine unzulässig hohe thermische Belastung des Halbleiters und der Zuleitungen darstellen würde. Dadurch können langsam ansteigende Überlasten des Verbrauchers er- fasst werden. Die Auswertung kann in der Elektronik des

Schalters selbst oder durch die lokale Steuervorrichtung er- folgen. Im ersten Fall ist die Auslöseschwelle einstell- oder parametrierbar . Für den Fall, dass diese Strommessung Kurzschlussströme sehr schnell erkennen kann (vorzugsweise inner ¬ halb von wenigen με, insbesondere weniger als 10 ]is) , kann auf eine U C E~Überwachung verzichtet werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Differenz zwischen dem Strommesswert und einem wei ¬ teren Strommesswert gebildet, wobei der weitere Strommesswert an einer Stelle erfasst wird, an der ein dem Strommesswert zugehöriger Rückstrom angenommen wird, wobei bei Überschreiten des Betrags der Differenz mindestens einer der abschalt ¬ baren Halbleiterschalter abgeschaltet wird. In einem Abzweig zu einem elektrischen Verbraucher, der durch den Gleichstrom- Schalter abgesichert ist, können Schalter für beide DC- Schienen angeordnet werden, die gemeinsam oder getrennt ausgelöst werden. In dieser Anordnung kann die Stromdifferenz in den beiden Schienen ermittelt werden. Die Differenz kann da- bei beispielsweise zu Diagnosezwecken an eine überlagerte Steuerung gemeldet werden. So lässt sich auf einfache Weise ein Fehlerstromschutz realisieren, ohne dass weitere Elemente wie beispielsweise ein FI-Schutzschalter benötigt wird. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Differenz frequenzselektiv, insbesondere für Frequenzen unterhalb 1 kHz, gebildet. Es hat sich als vorteil ¬ haft erwiesen, wenn die lokale Steuervorrichtung beide abschaltbaren Halbleiterschalter öffnet, wenn die Differenz ei- ne vorgegebene Schwelle von beispielsweise 300 mA überschrei ¬ tet. Die Messung der Differenz kann im Frequenzbereich eingeschränkt sein, beispielsweise auf Frequenzen unter 1 kHz, um ein Fehlansprechen des Gleichstromschalters zu verhindern. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Gleichstromschalter einen Komparator zur Erkennung der Polarität des Stroms aufweist. Mit einem Komparator lässt sich auf einfache Weise ermitteln, ob der Strom eine positive oder negative Polarität hat. D.h. man kann mittels des Kompa- rators die Stromrichtung erkennen, indem man untersucht ob der Strom einen Wert größer oder kleiner als null hat. Der Komparator ist ein zuverlässiges Bauteil der sich insbesonde ¬ re für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen eignet. Im Gegensatz zu einer softwaregestützten Analyse der Po- larität des Stromes ist der Nachweis des zuverlässigen Ver ¬ haltens deutlich einfacher zu erbringen und sicherzustellen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem ersten Anschluss und einem der abschaltbaren Halbleiterschalter ein Schutzelement, insbesondere ein Last ¬ trennschalter und/oder eine Sicherung, angeordnet. Falls doch einmal, beispielsweise durch unzulässig hohe Spannungsspitzen am Gleichstromschalter, insbesondere an den abschaltbaren elektronischen Halbleiterschaltern, dieser nicht rechtzeitig abschalten kann oder beim Abschalten versagt und ein Kurzschlussstrom trotzdem sicher abgeschaltet werden soll, wird vor den Gleichstromschalter ein Sicherungselement, auch als Schutzelement bezeichnet, vorgeschaltet. Bei dem Schutzele ¬ ment kann es sich in einer einfachen Ausführung um eine Sicherung wie eine Schmelzsicherung oder eine Sprengsicherung handeln. Das Ansprechen der Sicherung kann durch die lokale Steuervorrichtung des Gleichstromschalters ausgewertet und an eine übergeordnete Steuerung gemeldet werden.

Zusätzlich oder alternativ kann ein Lasttrennschalter als Reparaturschalter eingebaut werden, der sicherstellt, dass in AUS-Stellung Reparaturarbeiten am elektrischen Verbraucher durchgeführt werden können. Falls der Reparaturschalter betätigt wird, obwohl der elektronische Schalter noch eingeschal ¬ tet ist, kann durch Erfassen und Auswerten der hochfrequenten Anteile der Spannungs- und Stromsignale das Vorhandensein ei ¬ nes Lichtbogens, sowohl im Lasttrennschalter als auch im elektrischen Verbraucher, erkannt werden und dann mit einem der abschaltbaren Halbleiterschalter des Gleichstromschalters abgeschaltet werden. Dazu kann die gleiche Strommessvorrichtung verwendet werden, wie sie auch für das Erkennen der Polarität des Fehlerstroms verwendet wird. Somit ist dieses Verfahren besonders kostengünstig, da kein weiterer Hardware ¬ bedarf für die Strommessung entsteht.

Die übergeordnete Steuerung kann z.B. über einen BUS den Gleichstromschalter einschalten und ausschalten. Ebenso kann der Zustand des elektronischen Schalters (ein, aus, ausge ¬ löst, etc.) gemeldet werde. Ferner wird die Höhe der Spannun ¬ gen und/oder die Höhe des Stromes erfasst und ausgewertet: bei der Erfassung der Höhe der Spannungen und/oder der Ströme an den einzelnen seriellen Schaltern kann bestimmt werden, wo eine Überlast oder ein Kurzschluss aufgetreten ist und dann selektiv abgeschaltet werden. Dabei wird in vorteilhafter Weise nur in der Richtung abgeschaltet, wo der Fehler aufge ¬ treten ist. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die lokale Steuervorrichtung eine Schnittstelle zu ei ¬ ner übergeordneten Steuerung auf, wobei mittels der übergeordneten Steuerung die abschaltbaren Halbleiterschalter zu- und abschaltbar sind. Dabei kann mindestens ein Spannungswert oder Stromwert des Gleichstromschalters an eine übergeordnete Steuerung, vorzugsweise potentialfrei, über einen BUS weiter geleitet werden. Diese Spannungsmessung eröffnet die Möglichkeit, dass Selektivität sichergestellt werden kann, um einen Fehler zuverlässig zu erkennen und zu charakterisieren und seinen Fehlerort zu bestimmen. Dabei weist im einfachsten Fall diese übertragene Information nur 1 bit (|U| > Umax) oder 2 bit (U < -Umax oder U > Umax) auf. Alternativ oder ergänzend kann die Selektivität durch Einstellen von Strom- /Zeitkennlinien in der Elektronik des Schalters erzeugt werden .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er- läutert. Es zeigen:

FIG 1 ein Gleichstromschalter, verbunden mit einem elektrischen Verbraucher und einer Energiequelle und

FIG 2 ein Energieversorgungssystem

Die FIG 1 zeigt einen Gleichstromschalter 1, der mit einer Energiequelle 5 und einem elektrischen Verbraucher 6 verbunden ist. Bei der Energiequelle 5 kann es sich um einen Gene ¬ rator, Photovoltaikanlage, ein Energieversorgungsnetz oder auch um einen Energiespeicher, wie beispielsweise eine Batte ¬ rie handeln. Der Gleichstromschalter 1 dient dazu, den elektrischen Verbraucher 6 von der Energiequelle 5 zu trennen und einen Strom i abzuschalten. Zur Messung des Stromes i dient eine Strommessvorrichtung 4, die innerhalb des Gleichstrom- Schalters 1 oder außerhalb des Gleichstromschalters 1 ange ¬ ordnet sein kann. Zwischen dem ersten Anschluss 21 des

Gleichstromschalters 1 und dem zweiten Anschluss 22 sind die abschaltbaren Halbleiterschalter 2a, 2b antiseriell angeord- net. Das bedeutet, dass ein Stromfluss durch den ersten Halb ¬ leiterschalter 2a durch die zum zweiten Halbleiterschalter 2b antiparalleler Diode fließt. Bei entgegengesetzter Polarität, d.h. bei umgekehrter Stromflussrichtung fließt der Strom durch den zweiten Halbleiterschalter 2b und durch die zum ersten Halbleiterschalter 2a antiparallele Diode. Eine Anti ¬ parallele Schaltung der beiden Halbleiterschalter 2a, 2b ist hier nicht dargestellt. In diesem Fall kann auf Dioden verzichtet werden, jedoch müssen die Halbleiterschalter dann rückwärts sperrfähig sein.

Zur Ansteuerung der Halbleiterschalter 2a, 2b dient die lokale Steuervorrichtung 3, die mit den Steueranschlüssen der Halbleiterschalter 2a, 2b verbunden ist. Die Steuerlogik bzw. Regelungslogik verwendet dabei als Eingangsgröße das Signal der Strommessvorrichtung 4. Zur Verbindung mit einer hier nicht dargestellten übergeordneten Steuerung 8 dient die Schnittstelle 11 zu der übergeordneten Steuerung 8. Als weiteres Schutzelement kann in den Verbraucherabzweig ei ¬ ne Sicherung 9 integriert werden, die bei einer hohen Strombelastung unabhängig von dem Gleichstromschalter 1, insbesondere unabhängig von der lokalen Steuervorrichtung 3, den Schutz des elektrischen Verbrauchers 6 gewährleistet.

Die FIG 2 zeigt ein Gleichspannungssystem 50, das eine Viel ¬ zahl von Energiequellen 5 und elektrischen Verbrauchern 6 aufweist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zur FIG 1 und auf die dort eingeführten Bezugszei- chen verwiesen. Diese Komponenten sind über eine Sammelschiene 7 miteinander verbunden. Die Sammelschiene 7 umfasst dabei einen Hinleiter und einen Rückleiter, der dem Strom zum elektrischen Verbraucher 6 (Hinleiter) und wieder zurück (Rückleiter) zur Energiequelle 5 dient. Die einzelnen Ener- giequellen 5 sowie die elektrischen Verbraucher 6 sind jeweils über einen oder, hier nicht dargestellt, mehrere

Gleichstromschalter 1 mit der Sammelschiene 7 trennbar verbunden. Die Energieübertragung innerhalb des Gleichspannungs- Systems zwischen den Komponenten erfolgt mittels Gleichspannung auf der Sammelschiene 7. Dabei liegt zwischen den beiden Leitern eine Gleichspannung an. An dem unteren elektrischen Verbraucher soll die Möglichkeit eines Fehlerstromschutzes näher erläutert werden, so dass ei ¬ nige wesentliche Komponenten des Gleichstromschalters 1 ge ¬ nauer dargestellt sind. Um einen Fehlerstromschutz herzustellen, ist eine weitere Strommessvorrichtung 41 in dem entspre- chenden Verbraucherpfad vorhanden. In einem der beiden Leitern der Sammelschiene 7 ist die Strommessvorrichtung 4 angeordnet und in dem anderen Leiter die entsprechende weitere Strommessvorrichtung 41. Somit sind der Hinstrom zum elektrischen Verbraucher 6 und der Rückstrom von diesem elektrischen Verbraucher 6 messbar. Für den Fall, dass diese Ströme nicht identisch sind, d.h. die Differenz ist ungleich null, kann davon ausgegangen werden, dass ein Fehlerstrom vorhanden ist und der Gleichstromschalter öffnet seine Verbindung mittels zumindest einem der beiden abschaltbaren Halbleiterschaltern 2a, 2b. Dazu kann die weitere Strommessvorrichtung 41 das

Messsignal an den Gleichstromschalter 1 übermitteln. Die hier nicht dargestellte lokale Steuervorrichtung 3 wertet dieses Signal beispielsweise durch Differenzbildung mit dem Signal der Strommessvorrichtung 4 aus und leitet bei Bedarf die Schutzreaktion ein, indem sie über die Ansteuerung mindestens eines der abschaltbaren Halbleiterschalter 2a, 2b diesen Halbleiterschalter in den sperrenden Zustand versetzt.

Ebenso ist es möglich, den Fehlerstromschutz durch eine über- geordnete Steuerung 8 durchzuführen. In diesem Fall wird neben dem Signal der Strommessvorrichtung 4, die beispielsweise über eine entsprechende Schnittstelle 11 erfolgt, auch das Signal der weiteren Strommessvorrichtung 41 an die übergeordnete Steuerung 8 übertragen. Die übergeordnete Steuerung 8 kann darüber hinaus aus den Signalen der einzelnen Gleichstromschalter 1 den Betriebszustand der einzelnen Komponenten (Energiequellen 5 und elektrische Verbraucher 6) überwachen und bei Bedarf einen einzelnen oder mehrere Gleichspannungs- Schalter 1 ansteuern. Ebenso ist es möglich, aus diesen Informationen über den Zustand der einzelnen Komponenten im Gleichstromsystem 50 zu ermitteln. Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur

Steuerung eines Gleichstromschalters, wobei der Gleichstrom ¬ schalter einen ersten abschaltbaren Halbleiterschalter und einen zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter aufweist, wobei der erste und der zweite abschaltbare Halbleiterschalter derart zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten An- schluss angeordnet sind, dass ein Strom mit einer ersten Po ¬ larität durch den ersten abschaltbaren Halbleiterschalter führbar ist und der Strom mit einer gegenüber der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität durch den zweiten ab- schaltbaren Halbleiterschalter führbar ist, wobei in Abhängigkeit eines Strommesswertes einer der abschaltbaren Halb ¬ leiterschalter abgeschaltet wird. Weiter betrifft die Erfin ¬ dung einen Gleichstromschalter mit einem ersten und einen zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter und einer lokalen Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Gleichspannungssys ¬ tem mit mindestens einer Energiequelle mit einer Gleichspan ¬ nung sowie mindestens einen elektrischen Verbraucher mit einem Gleichspannungsanschluss und mindestens einen solchen Gleichstromschalter.