Schalteinrichtung für einen Gleichspannungsstromkreis

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum Koppeln ei nes Gleichspannungsabzweiges an einen Gleichspannungsbus nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 oder 2.

Mit Gleichspannung sind Spannungen bis 1500 Volt gemeint. Gleichspannungen bis zu dieser Höhe werden auch als Nieder spannung bezeichnet. Mit Gleichspannung sind spezieller ins besondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspan nung mit 120 Volt Gleichspannung sind. Mit Gleichspannung sind insbesondere Spannungen von 400-800 Volt gemeint.

Mit Gleichspannungsstromkreis bzw. Gleichstromkreis sind Stromkreise für Ströme, insbesondere Nennströme bzw. maximal Ströme, von 2 bis 1000 bzw. 5000 Ampere; spezieller für Strö me von 2 Ampere bis 400 Ampere oder 200 Ampere gemeint.

Mit Gleichspannungsbus ist ein mindestens Zweileitersystem mit einem Plusleiter und einem Minusleiter gemeint, das von mindestens einer Energiequelle mit Gleichspannung versorgt wird. An den Gleichspannungsbus ist über jeweils einen

Gleichspannungsabzweig ein Gleichspannungsgerät, z.B. ein Gleichspannungsverbraucher, Last, Wechselrichter, kombinierte Energiesenke oder Energiequelle, reine (weitere) Energiequel le, etc., angeschlossen. An einem Gleichspannungsabzweig kön nen auch mehrere Gleichspannungsgeräte angeschlossen sein.

Mit Gleichspannungsgerät ist insbesondere ein Gerät mit einer Leistung von 1 Kilowatt bis 500 Kilowatt gemeint.

Mittlerweile werden verstärkt Gleichspannungsstromkreise, auch als Gleichspannungsnetze respektive Niederspannungs gleichstromnetze bezeichnet, entwickelt und aufgebaut, die üblicherweise einen Gleichspannungsbus mit Gleichspannungsab zweigen aufweisen. Die Gleichspannungsabzweige, auch als Verbraucherabzweige be zeichnet, werden üblicherweise über einen Gleichspannungs schalter (DC Schalter) abgesichert, im Vorliegenden als Schalteinrichtung bezeichnet. Diese Schalteinrichtung verfügt über mindestens ein Schaltmodul, üblicherweise zwei Schaltmo- dule, mit mindestens einem steuerbaren Halbleiterschaltele ment, auch als leistungselektronisches Schaltglied bezeich net, dem eine Diode parallel geschaltet sein kann.

Die Funktion des steuerbaren Halbleiterschaltelements und der parallel geschalteten Diode kann auch physikalisch in einem Halbleiterbauelement realisiert sein. Ein solches Bauelement wird als rückwärtsleitfähig bezeichnet.

Ferner kann eine Schmelzsicherung vorhanden sein.

Eine Schalteinrichtung zum Koppeln eines Gleichspannungsab zweiges an einen Gleichspannungsbus gemäß dem Stand der Tech nik ist in Figur 1 gezeigt.

Figur 1 zeigt einen Gleichspannungsbus DCB, aufweisend einen Plusleiter DCP und einen Minusleiter DCN, die mit einer nicht dargestellten Gleichspannungs-Energiequelle verbunden sind, beispielsweise mit einer Gleichspannung von 600 Volt.

Am Gleichspannungsbus DCB sind ein erster Gleichspannungsab zweig DCA1, ein zweiter Gleichspannungsabzweig DCA2 und ein dritter Gleichspannungsabzweig DCA3 vorgesehen; es können weitere Gleichspannungsabzweige vorgesehen sein.

Der erste Gleichspannungsabzweig DCA1 ist über eine erste Schalteinrichtung SCHI mit einem ersten Gerät Gl verbunden, ebenso ist der zweite Gleichspannungsabzweig DCA2 über eine zweite Schalteinrichtung SCH2 mit einem zweiten Gerät G2 ver bunden . Die erste Schalteinrichtung SCHI weist eine Serienschaltung eines ersten und eines zweiten Schaltmoduls SM1, SM2 auf. Das erste Schaltmodul SM1 weist für eine erste Stromrichtung ein erstes steuerbares Halbleiterschaltelement Ql und das zweite Schaltmodul SM2 für die entgegengesetzte Stromrichtung ein zweites steuerbares Halbleiterschaltelement Q2 auf.

Dem ersten Halbleiterschaltelement Ql ist eine erste Diode Dl, die in der entgegengesetzten Stromrichtung wie das erste Halbleiterschaltelement Ql leitend ist, und dem zweiten Halb- leiterschaltelement Q2 ist eine zweite Diode D2, die in der ersten Stromrichtung des ersten Halbleiterschaltelementes Ql leitend ist, parallel geschaltet.

Die erste Schalteinrichtung SCHI ist mit zweipoligen An schlüssen ausgeführt (für Plus- und Minusleiter), im Beispiel befinden sich die ersten und zweiten Schaltmodule SM1, SM2 in einem Leiter, im Beispiel im Plusleiter des ersten Gleich spannungsabzweiges DCA1 ; der Minusleiter ist durchgeführt und weist keine Schaltmodule auf. Alternativ können die Schaltmo dule SM1, SM2 auch im Minusleiter angeordnet sein bzw. beide Leiter können Schaltmodule aufweisen.

Der Serienschaltung der beiden Schaltmodule SM1, SM2 folgt geräteseitig bzw. gleichspannungsabzweigseitig ein Trennkon takt, wobei für den Plusleiter ein erster Trennkontakt TK1 und den Minusleiter ein zweiter Trennkontakt TK2 vorgesehen sind, allgemein als Trennkontakt bzw. Trennkontakte bezeich net, zur galvanischen Trennung des Gerätes bzw. eines Ver brauchers .

In analoger Weise ist die zweite Schalteinrichtung SCH2 auf gebaut. Weitere Schalteinrichtungen können in analoger Weise aufgebaut sein.

Das Gerät Gl, G2 ist üblicherweise ein Gleichspannungsgerät, das eine elektrische Kapazität aufweist. Im Beispiel weist das erste Gerät Gl die erste Kapazität CI, das zweite Gerät G2 die zweite Kapazität C2 auf. In den Kapazitäten der

(Gleichspannungs- ) Geräte sind häufig nicht unwesentliche Energiemengen gespeichert.

Tritt in dem Gleichspannungsstromkreis / Gleichspannungsnetz respektive DC-Netz gemäß Figur 1 ein Fehler auf, z.B. ein Kurzschluss an der Fehlerstelle Fl, die sich zwischen zweiter Schalteinrichtung SCH2 und zweitem Gerät G2 befindet, so wird der dortige Kurzschluss aus den umliegenden Gleichspannungs abzweigen respektive DC-Abzweigen und den sich darin befind lichen Energiequellen bzw. Kapazitäten (der Geräte) gespeist. Dies führt zu einem hohen Strom in der zugehörigen Schaltein richtung, im Beispiel der zweiten Schalteinrichtung SCH2, die mit einer Abschaltung auslöst.

Wichtig dabei ist, dass die anderen Schalteinrichtungen bzw. Schalter nicht auslösen, so dass ein so genanntes selektives Abschalten des Fehlers erfolgt.

Weiterhin sollen die anderen Schalteinrichtungen den Strom fluss aus dem jeweiligen Gleichspannungsabzweig bzw. Verbrau cherabzweig zum Kurzschluss möglichst wenig behindern, damit die Schalteinrichtung, im Beispiel die zweite Schalteinrich tung SCH2, sicher auslöst. Deshalb ist in den Schalteinrich tungen ein abschaltbarer Halbleiter, wie z.B. ein Bipolar transistor mit isolierter Gate-Elektrode, kurz IGBT, eher hinderlich, da diese meist ein Entsättigungsverhalten aufwei sen und strombegrenzend wirken. Ferner würden diese Halblei terschalter sehr schnell abschalten, in der Regel im einstel ligen ps Bereich.

Tritt an der Fehlerstelle Fl Kurzschluss auf, so wird die Energie der zweiten Kapazität C2 (respektive des zweiten Kon densators C2) des betroffenen zweiten Gerätes G2 in die Feh lerstelle entladen. Zusätzlich wird auch die Energie der ers ten Kapazität CI und einer möglicherweise (nicht dargestell ten) dritten Kapazität C3 der nicht betroffenen ersten und dritten Gleichspannungsabzweige DCA1, DCA3 in die Fehlerstel le Fl entladen.

Die erste und dritte Kapazitäten CI, C3 können einen hohen ( Fehler- ) Strom liefern. Besitzt beispielsweise das erste Ge rät Gl einen kleinen Nennstrom, so ist die erste Schaltein richtung SCHI dementsprechend klein bemessen und kann den Stromfluss unterbrechen, auch wenn der Fehler in einem ande ren Abzweig aufgetreten ist bzw. ohne den anderen Abzweig bis zu dessen Abschaltung weiter zu speisen.

Ziel ist es, dass der Strom in Rückwärtsrichtung der Schalt einrichtung möglichst lange (ohne Sättigung) getragen werden kann .

Bislang wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass die Schalt einrichtungen stark überdimensioniert wurden, was teuer bzw. nicht ökonomisch ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung für das genannte Problem anzugeben, insbesondere eine Selektivi tät des Auslösens von Schalteinrichtungen in Gleichspannungs abzweigen zu ermöglichen.

Dieses Problem wird durch eine Schalteinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 gelöst.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Serien schaltung oder Parallelschaltung zweier (elektronischer bzw. halbleiterbasierter) Schaltmodule ein überbrückendes Halblei- terschaltelement parallel geschaltet ist. Das überbrückende Halbleiterschaltelement dient dabei zum Führen des Stromes für einen Ausnahmefall, bei dem die Spannung auf dem Gleich spannungsabzweig höher als die Spannung auf dem Gleichspan nungsbus ist, insbesondere wenn die Differenz der Spannungen einen Schwellwert der Spannung überschreitet.

Im Normalfall erfolgt ein Stromfluss im beispielsweise Plus- leiter vom Gleichspannungsbus über die Schalteinrichtung bzw. den Gleichspannungsabzweig zum Gerät.

In einem Ausnahmefall erfolgt ein Stromfluss auf dem Pluslei ter vom Gerät über die Schalteinrichtung zum Gleichspannungs bus, was auch als Rückwärtsrichtung bezeichnet wird.

In analoger Weise erfolgt auf dem Minusleiter im Normalfall ein Stromfluss vom Gerät über den Gleichspannungsabzweig, die Schalteinrichtung zum Gleichspannungsbus. Im Ausnahmefall er folgt der Stromfluss über den Minusleiter vom Gleichspan nungsbus über die Schalteinrichtung bzw. den Gleichspannungs abzweig zum Gerät, d.h. in Rückwärtsrichtung. Hierbei ist mit Ausnahmefall ein Stromfluss in Rückwärtsrichtung gemeint, der auch ein zulässiger Betriebsfall sein kann.

Durch ein überbrückendes Halbleiterschaltelement, was derart ausgelegt ist, dass es größere Ströme in einer Richtung tra gen kann, ist es möglich, dass der Strom in Rückwärtsrichtung der Schalteinrichtung möglichst lange getragen werden kann, um eine Auslösung einer Schalteinrichtung in einem anderen Gleichspannungsabzweig zu ermöglichen. Das überbrückende Halbleiterschaltelement wird in einem solchen Fall aktiviert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das überbrückende Halbleiterschaltelement ein Thyristor, der der art angeordnet ist, dass er leitend geschaltet werden kann, um beispielsweise einen Stromfluss im Plusleiter vom Gerät zum Gleichspannungsbus zu ermöglichen. In analoger Weise wäre ein Thyristor im Minusleiter angeordnet, falls die Schaltmo- dule im Minusleiter angeordnet wären.

Der Thyristor könnte leitend geschaltet werden, bei Strom fluss vom anodenseitigen Anschluss des Thyristors über die Schaltmodule zum kathodenseitigen Anschluss des Thyristors; und wäre entsprechend angeordnet.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache und billige Lösung für das überbrückende Halbleiterschaltele ment gegeben ist, die problemlos große Ströme, insbesondere in einer Richtung, führen kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste oder/und zweite bzw. dritte oder/und vierte Halbleiter- schaltelement ein Bipolartransistor mit isolierter Gate- Elektrode, ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, ein Galliumnitrid-Transistor oder Silicon-Carbide-Transistor, kurz SiC Transistor, ist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Lösung für die Halbleiterschaltelemente der Schaltmodule gegeben ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Stromsensor vorgesehen, der die Höhe des Stromes und die Stromrichtung ermitteln kann. Ferner ist ein Spannungssensor vorgesehen, der insbesondere die Höhe der Spannung auf Seiten des Gleichspannungsbusses ermitteln kann.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine integrierte und kompakte Lösung für eine Schalteinrichtung gegeben ist, die ohne externe Sensoren auskommt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die mit einem Steueranschluss des ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Halbleiter- schaltelementes sowie dem überbrückenden Halbleiterschaltele ment, insbesondere dem jeweiligen Gate-Anschluss, dem Span nungssensor und dem Stromsensor verbunden ist und die derart ausgestaltet ist, dass bei Unterschreitung eines ersten

Schwellwertes der Spannung und bei Stromfluss des Ausnahme falles, d.h. im Falle eines Thyristors bei Stromfluss vom anodenseitigen Anschluss des Thyristors über die Schaltmodule zum kathodenseitigen Anschluss des Thyristors, das überbrü ckende Halbleiterschaltelement bzw. der Thyristor leitend ge schaltet wird.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine kompakte Lösung mit integrierter Steuerung für eine Schalteinrichtung gegeben ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Serienschaltung bzw. der Parallelschaltung der beiden Schalt module gleichspannungsabzweigseitig ein Trennkontakt in Serie geschaltet .

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine galvanische Tren nung des Gleichspannungsabzweiges ermöglicht wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Parallelschaltung des überbrückenden Halbleiterschaltelemen tes eine Unterbrechungseinrichtung, insbesondere einen Re laiskontakt, insbesondere ein Öffner, auf.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass im Falle eines Thyris tors oder ähnlichem Halbleiterschaltelementes eine Rückstel lung bzw. Rücksetzung des Stromflusses ermöglicht wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Trennkontakt oder die Unterbrechungseinrichtung durch die Steuereinrichtung betätigbar, so dass der Stromfluss durch das überbrückende Halbleiterschaltelement, insbesondere den Thyristor, zurücksetzbar ist bzw. zurückgesetzt werden kann. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine gesteuerte Rück setzung des Stromflusses durch den insbesondere Thyristor mittels der Steuereinrichtung ermöglicht wird, insbesondere wenn eine weitere Speisung des Gleichspannungsbusses durch den Gleichspannungsabzweig unterbleiben soll.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der erste Schwellwert der Spannung zwischen 10% bis 50% einer Nennspannung des Gleichspannungsbusses, insbesondere ist er 30% der Nennspannung des Gleichspannungsbusses.

Alternativ kann mit einem zweiten Spannungssensor eine Diffe renz zwischen Höhe der Spannung des Gleichspannungsbusses und Höhe der Spannung des Gleichspannungsabzweiges ermittelt wer den, die mit einem Spannungsschwellwert bzw. Schwellwert der Spannung verglichen wird.

Dies hat den besonderen Vorteil eines einfachen Kriteriums für den Schwellwert der Spannung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Stromsensor ein Sensor auf Basis des Hall-Effektes.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Lösung für die Ermittlung der Höhe und der Richtung des Stromes ge geben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind bei der Serienschaltung des ersten und zweiten Schaltmoduls die Emitter oder Kollektoren bzw. Sources oder Drains der ersten und zweiten Halbleiterschaltelemente in Form von Transistoren miteinander verbunden. Die Anode der parallelen Diode ist mit dem Emitter bzw. Source und die Kathode der parallelen Diode mit dem Kollektor bzw. Drain verbunden.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Realisie rung eines Schaltmoduls für die Erfindung gegeben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass bei Überschrei tung eines ersten Schwellwertes des Stromes, insbesondere im Normalfall, eine Unterbrechung des Stromflusses durch mindes tens ein Schaltmodul, insbesondere beide Schaltmodule, er folgt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Steuereinrichtung sowohl eine Überstromschutzfunktion als auch eine erfindungs gemäße Funktion bereitstellt .

Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 oder 2 als auch rückbezogen ledig lich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Pa tentansprüchen, bewirken eine Verbesserung einer Schaltein richtung zur Verbesserung der Selektivität in einem Gleich spannungsnetz. Dadurch können insbesondere Geräte unter schiedlicher Leistungsklassen an einem gemeinsamen Gleich spannungsbus betrieben werden.

Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines Gleichspannungsabzwei ges mit einer Schalteinrichtung an einem Gleichspannungsbus gemäß dem Stand der Technik,

Figur 2 eine Prinzipdarstellung eines Gleichspannungsabzwei ges mit einer Schalteinrichtung an einem Gleichspannungsbus gemäß der Erfindung,

Figur 3 eine erste schematische Darstellung der Erfindung, Figur 4 eine zweite schematische Darstellung der Erfindung, Figur 5 ein Teil einer weiteren Schalteinrichtung,

Figur 6 eine weitere erfindungsgemäße Schalteinrichtung. Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Gleichspannungs abzweiges mit einer Schalteinrichtung an einem Gleichspan nungsbus gemäß dem Stand der Technik, wie sie bereits ein gangs beschrieben wurde.

Figur 2 zeigt eine Prinzipdarstellung gemäß Figur 1, mit dem Unterschied, dass erfindungsgemäß der Serienschaltung des ersten und des zweiten Schaltmodul SM1, SM2 ein überbrücken des Halbleiterschaltelement QU, im Beispiel gemäß Figur 2 ein Thyristor, parallel geschaltet ist. Dabei ist im Plusleiter des ersten Gleichspannungsabzweiges DCA1 die Serienschaltung der beiden Schaltmodule angeordnet. Der Thyristor ist mit seiner Katode mit dem Gleichspannungsbus-seitigen Anschluss der Serienschaltung der Schaltmodule, die zudem den Gleich spannungsbus-seitigen Anschluss der Schalteinrichtung bilden, verbunden und mit seiner Anode mit dem geräte-seitigen An schluss der Serienschaltung der Schaltmodule verbunden.

Das erste oder/und zweite Halbleiterschaltelement Ql, Q2 sind im Beispiel ein Bipolartransistor mit isolierter Gate- Elektrode, kurz IGBT. Es kann aber auch ein Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor oder ein Galliumnitrid- Transistor sein.

Ferner ist mindestens ein nicht dargestellter Stromsensor vorgesehen, der die Höhe des Stromes und die Stromrichtung im Gleichspannungsabzweig ermitteln kann. Des Weiteren ist min destens ein nicht dargestellter Spannungssensor vorgesehen, der insbesondere die Höhe der Spannung im Gleichspannungsab zweig auf Seiten des Gleichspannungsbusses ermitteln kann.

Es ist eine Steuereinrichtung SEI vorgesehen, die mit einem Steueranschluss des ersten, zweiten und überbrückenden Halb- leiterschaltelementes Ql, Q2, QU, insbesondere dem Gate- Anschluss, verbunden ist. Weiterhin ist die Steuereinrichtung SEI mit dem (nicht dargestellten) Spannungssensor und dem (nicht dargestellten) Stromsensor verbunden. Die Steuereinrichtung SEI ist derart ausgestaltet, dass bei Unterschreitung eines ersten Schwellwertes der Spannung und bei Stromfluss vom anodenseitigen Anschluss des Thyristors über die Schaltmodule zum kathodenseitigen Anschluss des Thy ristors der Thyristor leitend geschaltet wird.

Der Serienschaltung der beiden Schaltmodule SM1, SM2 ist gleichspannungsabzweigseitig, d.h. auf Seiten des ersten Ge rätes Gl, ein Trennkontakt in Serie geschaltet. Im Beispiel weisen beide Leiter des Gleichspannungsabzweiges, d.h. der Plus- und der Minusleiter, einen Trennkontakt TK1, TK2 auf. Der Trennkontakt weist insbesondere eine Trennfunktion gemäß Norm auf, d.h. eine sichere galvanische Trennung mit normge mäßen Abstands- oder/und Kriech- bzw. Luftstrecken ist gege ben .

Der Trennkontakt TK1, TK2 kann als Relaiskontakt, der durch die Steuereinrichtung SEI betätigt wird, ausgeführt sein.

Die Parallelschaltung des überbrückenden Halbleiterschaltele mentes QU, im Beispiel des Thyristors, weist eine Unterbre chungseinrichtung RK1 auf, insbesondere einen Relaiskontakt, der im Beispiel als Öffner ausgestaltet ist.

Die Parallelschaltung des überbrückenden Halbleiterschaltele mentes QU ist insbesondere nur den Schaltmodulen parallel ge schaltet. Der erste oder/und zweite Trennkontakt TK1, TK2 wird von der Parallelschaltung nicht erfasst, wie in Figur 2 dargestellt .

Der erste und zweite Trennkontakt TK1, TK2 oder die Unterbre chungseinrichtung RK1 können durch die Steuereinrichtung SEI betätigbar sein, so dass der Stromfluss durch das überbrü ckende Halbleiterschaltelement, insbesondere den Thyristor QU, zurückgesetzt werden kann.

Die ersten und zweiten Schaltmodule SM1, SM2 der Serienschal tung können derart ausgestaltet sein, dass je nach verwende- tem Halbleiterschaltelement die Emitter oder Kollektoren bzw. die Sources oder Drains der ersten und zweiten Halbleiter- schaltelemente Ql, Q2 miteinander verbunden sind. Im Beispiel gemäß Figur 2 sind die Kollektoren der IGBT miteinander ver bunden. Die Emitter bilden jeweilige Außenanschlüsse der Se rienschaltung der Schaltmodule SM1, SM2, wobei ein erster Au ßenanschluss mit dem Gleichspannungsbus, ggfs, über eine Schmelzsicherung, der zweite Außenanschluss mit dem Gerät, ggfs, über einen Trennkontakt TK1, TK2, verbunden ist.

Die Anode der parallelen Diode ist mit dem Emitter bzw. Sour ce und die Kathode der parallelen Diode mit dem Kollektor bzw. Drain verbunden, wie dargestellt.

Die Steuereinrichtung ist ferner derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung eines ersten Schwellwertes des Stromes, insbesondere bei Stromfluss im Normalfall (entgegen dem Aus nahmefall), eine Unterbrechung des Stromflusses durch mindes tens ein Schaltmodul, insbesondere beide Schaltmodule, er folgt.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung, mit dem ersten Halbleiterschaltelement Ql, dem zweiten Halb- leiterschaltelement Q2 und einem ersten Gerät bzw. Verbrau cher Loadl .

Der Serienschaltung des ersten und zweiten Halbleiterschalt elementes Ql, Q2 ist ein überbrückendes Halbleiterschaltele ment QU in Form eines Thyristors parallel geschaltet.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung gemäß Figur 3, mit dem Unterschied, dass die erste Serienschaltung der ers ten und zweiten Halbleiterschaltelementes Ql, Q2 über eine erste Schmelzsicherung Sil an den Gleichspannungsbus DCB an geschlossen ist, an dem eine zweite Serienschaltung über eine zweite Schmelzsicherung Si2 in analoger Weise mit fünften und sechsten Halbleiterschaltelementen Q5, Q6, denen ein zweites überbrückendes Halbleiterschaltelement QU in Form eines Thy- ristors parallel geschaltet ist, angeschlossen ist, an dem ein zweites Gerät bzw. Verbraucher Load2 angeschlossen ist.

Figur 5 zeigt eine dritte Schalteinrichtung SCH3 zum Koppeln eines Gleichspannungsabzweiges an einen Gleichspannungsbus gemäß Figur 1 bzw. Figur 2, mit dem Unterschied, dass die dritte Schalteinrichtung SCH3 eine Parallelschaltung eines dritten SM3 und eines vierten Schaltmoduls SM4 aufweist, wobei das dritte Schaltmodul SM3 für die erste Stromrichtung eine Serienschaltung eines dritten steuerbaren Halbleiter- schaltelement Q3 und einer dritten Diode D3

und das vierte Schaltmodul SM4 für die entgegengesetzte

Stromrichtung eine Serienschaltung eines vierten steuerbaren Halbleiterschaltelement Q4 und einer vierten Diode D4 auf weist, wobei die dritte Diode D3 in der entgegengesetzten Stromrichtung sperrend ist und die vierte Diode D4 in der ersten Stromrichtung sperrend ist.

Die Funktion des steuerbaren Halbleiterschaltelements (Q3,

Q4 ) und der in Serie geschalteten Diode (D3, D4) kann auch physikalisch in einem Halbleiterbauelement realisiert sein. Ein solches Bauelement wird als rückwärtssperrfähig bezeich net .

Die Parallelschaltung ist im Beispiel im Plusleiter angeord net. Sie weist einen dritten Trennkontakt TK3 im Plusleiter und einen vierten Trennkontakt TK4 im Minusleiter auf.

Figur 6 zeigt eine Anordnung gemäß Figur 5, mit dem Unter schied, dass der Parallelschaltung des dritten und vierten Schaltmoduls SM3, SM4 ein überbrückendes Halbleiterschaltele ment QU parallel geschaltet ist.

Ferner ist ein Stromsensor SI, beispielsweise im Plusleiter, vorgesehen. Weiterhin ist ein Spannungssensor SU vorgesehen, der mit Plus- und Minusleiter verbunden ist, und insbesondere auf Seiten des Gleichspannungsbusses DCB angeordnet ist, um die Höhe der Spannung auf Seiten des Gleichspannungsbusses DCB zu ermitteln.

Der Strom- und der Spannungssensor SI, SU sind mit einer Steuereinrichtung gemäß Figur 2 verbunden. Diese ist wiederum mit dem dritten und vierten Schaltmodul SM3, SM4, insbesonde re dessen Steueranschluss, insbesondere dem Gate-Anschluss des dritten und vierten Halbleiterschaltelements Q3, Q4, be vorzugt ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode o.ä., verbunden.

Die Steuereinrichtung SEI ist mit dem Steueranschluss des überbrückenden Halbleiterschaltelementes QU, insbesondere dem Gate-Anschluss des Thyristors, verbunden.

Die Parallelschaltung des überbrückenden Halbleiterschaltele mentes QU, insbesondere des Thyristors, weist eine Unterbre chungseinrichtung RK1 auf, die insbesondere mit der Schalt einrichtung SEI verbunden ist.

Die dritten und vierten Trennkontakte TK3, TK4 können in ei ner Ausgestaltung mit dem Steuereinrichtung SEI verbunden sein, wie in Figur 6 dargestellt.

Auf Seiten des Gleichspannungsabzweiges, d.h. geräteseitig, kann ein weiterer Gleichspannungssensor, zur Ermittlung der Höhe der Spannung auf Seiten des Gerätes, d.h. gleichspan nungsabzweigseitig, vorgesehen sein. Dieser kann mit der Steuereinrichtung SEI verbunden sein.

An Stelle der ersten und zweiten Schalteinrichtung SCHI, SCH2 kann eine Schalteinrichtung gemäß Figur 6 eingesetzt sein. Ferner können Gleichspannungsabzweige mit der ersten, zweiten bzw. dritten Schalteinrichtung SCHI, SCH2, SCH3 vorgesehen sein .

Im Folgenden wird die Erfindung nochmals kurz erläutert. Eine elektronische bidirektionale Schalteinrichtung mit Halb leiterschaltern mit Freilaufdiode ist für den Betriebsstrom ausgelegt und kann im Kurzschlussfall einen Sättigungsstrom nur für kurze Zeit, im ps-Bereich, tragen.

Eine selektive Abschaltung eines fehlerhaften Abzweiges wird dann erschwert, wenn rückspeisende Ströme aus anderen Abzwei gen abgeschaltet werden. Ziel soll sein, den Strom in Rück- wärtsrichtung aus einem Abzweig möglichst lange ohne Sätti gung zu tragen.

Hierfür wäre eine Überdimensionierung der Schalteinrichtung notwendig. Dies stellt eine teure Lösung dar.

Erfindungsgemäß wird ein weiteres Halbleiterschaltelement, insbesondere vorteilhaft ein Thyristor vorgesehen, um eine Schnellentladung des Abzweiges über den Gleichspannungsbus in den fehlerbehafteten Gleichspannungsabzweig zu ermöglichen.

Parallel zu der Serienschaltung bzw. Parallelschaltung der Schaltmodule bzw. Halbleiterschaltelemente bzw. Halbleiter schalter wird „in Rückwärtsrichtung" ein überbrückender Thy ristor QU als Bypass eingesetzt. Dieser wird bei Unterschrei ten eines Spannungsgrenzwertes auf dem Gleichspannungsbus (beispielsweise 30% der Nennspannung des Gleichspannungsbus ses) und (großem) Strom vom Gerät über den Plusleiter des Gleichspannungsabzweiges in den Gleichspannungsbus, also in Rückwärtsrichtung, leitend geschaltet bzw. gezündet.

Die Schaltmodule SM1, SM2 bzw. SM3, SM4 bzw. Halbleiter- schaltelemente Ql, Q2 / Q3, Q4 müssen so nicht den vollen (Kurzschluss- ) Strom in Rückwärtsrichtung führen, dies über nimmt der überbrückende (Bypass- ) Thyristor QU. Dieser Thyris tor führt den (hohen) (Kurzschluss- ) Strom, der damit den feh lerbehaften Gleichspannungsabzweig genügend Energie zur Ab schaltung zur Verfügung stellt. Nach Beseitigung des Fehlers (Kurzschlusses) wird die Schalt einrichtung zurückgesetzt. Insbesondere wird der überbrücken de Thyristor QU gesperrt. Dies geschieht entweder zwangsläu fig, wenn nach Beseitigung des Kurzschlusses die gleichspan nungsbusseitige Spannung größer als die gleichspannungsab zweigseitige Spannung wird, oder es kann durch Öffnen einer Unterbrechungseinrichtung / Relaiskontaktes RK1 im Leitungs zweig des Thyristors bzw. durch Öffnen der Trennkontakte TK1, TK2 bzw. TK3, TK4 erfolgen.

Damit ist die Schalteinrichtung SCHI, SCH3 wieder einschalt- bereit .

Mit der Erfindung lässt sich eine verbesserte Selektivität in einer Gleichspannungsverteilung bzw. einem Gleichspannungs netz mit mehreren Abzweigen und verteilten Kapazitäten reali sieren. Damit wird die Schalteinrichtung des fehlerbehafteten Abzweiges für eine Abschaltung ertüchtigt.

Der überbrückende ( Zusatz- ) Thyristor QU wird im Anwendungs fall dann geschaltet, wenn zurückfließende (Kurzschluss-) Ströme aus dem angeschlossenen Gerät bzw. dessen Kapazität entstehen .

Mit der Erfindung können die Schaltmodule SM1, SM2, SM3, SM4 bzw. Halbleiterschaltelemente Ql, Q2, Q3, Q4 kleiner dimen sioniert werden, mit dem Thyristor ist ein robuster Gesamt aufbau möglich.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und ande re Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.