EP-4443461-B1 - METHOD FOR OPERATING A HYBRID SWITCH, AND HYBRID SWITCH

Inventors

• KÖPF, HENDRIK-CHRISTIAN
• Steegmüller, Peter
• HOLBE, Stefan
• BÖSCHE, Dirk

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20240328

Claims (8)

1. Method (28) for operating a hybrid switch (10), which has a main current path (14) comprising an isolating element (16), and an auxiliary current path (22), connected in parallel with the main current path (14), comprising a semiconductor switch (26), in which - the isolating element (16) is opened, - an electrical characteristic variable (20) of the main current path (14) is ascertained, characterized in that the electrical characteristic variable (20) is based on or corresponds to an electrical conductivity of the main current path (14), and wherein - a current flow via the semiconductor switch (24) is adjusted depending on the characteristic variable (20).
2. Method (28) according to Claim 1, characterized in that the electrical characteristic variable (20) is regulated to a target value by adjusting the current flow.
3. Method (28) according to Claim 1 or 2, characterized in that the electrical characteristic variable (20) is recorded when the semiconductor switch (24) is closed, and in that the semiconductor switch (24) is opened depending on a comparison of the electrical characteristic variable (20) with a first threshold value.
4. Method (28) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the electrical characteristic variable (20) is recorded when the semiconductor switch (24) is open, and in that the semiconductor switch (24) is closed when the electrical characteristic variable (20) reaches a second threshold value.
5. Method (28) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a voltage present across a further component (36) of the main current path (14) that is electrically connected in series with the isolating element (16) is used as the electrical characteristic variable (20).
6. Method (28) according to Claim 5, characterized in that a switching element (60) that is actuated in order to achieve a certain electrical characteristic variable (20) is used as the further component (36).
7. Method (28) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that an electric current induced in the main current path (14) is used as the electrical characteristic variable (20).
8. Hybrid switch (10), which has a main current path (14) comprising an isolating element (16), and an auxiliary current path (22), connected in parallel with the main current path (14), comprising a semiconductor switch (24), and which is operated according to a method (28) according to one of Claims 1 to 7.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridschalters und einen Hybridschalter. Der Hybridschalter weist einen Hauptstrompfad mit einem Trennelement und einen parallel zu dem Hauptstrompfad geschalteten Nebenstrompfad mit einem Halbleiterschalter auf. Aus der WO 2010 / 108565 A1 ist ein Hybridschalter (hybrider Trennschalter) mit einem mechanischen Schalter oder Trennelement und einer diesem parallel geschalten Halbleiterelektronik bekannt, die einen Halbleiterschalter, vorzugsweise einen IGBT, umfasst. Die Halbleiterelektronik weist keine zusätzliche Energiequelle auf und ist bei geschlossenem mechanischem Schalter stromsperrend, d. h. praktisch strom- und spannungslos. Zur Stromunterbrechung über den Hybridschalter wird der mechanische Schalter geöffnet, wobei ein Lichtbogen entstehen kann. Die Energie des beim Öffnen des mechanischen Schalters entstehenden Lichtbogens wird von der die Halbleiterelektronik genutzt, wobei die Halbleiterelektronik derart mit dem mechanischen Schalter verschaltet ist, dass bei sich öffnendem mechanischem Schalter die Lichtbogenspannung über diesen (infolge des Lichtbogens) der Halbleiterschalter stromleitend schaltet. Sobald der Halbleiterschalter stromleitend geschaltet ist, beginnt der elektrische Strom von dem mechanischen Schalter auf den Halbleiterschalter zu kommutieren. Die entsprechende Lichtbogenspannung bzw. der Lichtbogenstrom lädt zudem einen Energiespeicher in Form eines Kondensators auf, mittels dessen Steuerspannung für die Halbleiterelektronik bereitgestellt wird. Sobald der elektrische Strom auf den Halbleiterschalter kommutiert ist, verlischt der Lichtbogen, und der Ladevorgang des Energiespeichers ist beendet. Dabei befindet sich zwischen den Schaltkontakten des mechanischen Schalters ein ionisiertes Gas, das aufgrund des Lichtbogens entstanden ist, und das über die Zeit abgebaut wird. Im Anschluss an den Ladevorgang startet ein Zeitglied, während dessen mittels des Energiespeichers der Halbleiterschalter noch weiterhin stromführend gehalten wird. Nach Ablauf der Zeitdauer des Zeitglieds wird der Halbleiterschalter erneut stromsperrend geschaltet. Anstatt der Verwendung des Zeitglieds wird beispielsweise die Zeitdauer anhand des Ladezustands des Energiespeichers vorgegeben. Falls die Zeitdauer zu gering gewählt wird, ist es möglich, dass aufgrund des zwischen den Schaltkontakte des mechanischen Schalters noch vorhandenen ionisiert Gases sowie der anliegenden elektrischen Spannung erneut ein Lichtbogen zündet, sodass über den mechanischen Schaltern wieder ein elektrischer Strom fließt. Daher wird die Zeitdauer üblicherweise vergleichsweise groß gewählt, unter der Annahme, dass nach dieser das ionisiert Gas ausreichend abgebaut wurde und/oder der Abstand der Schaltkontakte des mechanischen Schalters groß genug ist, sodass ein erneutes Zünden des Lichtbogens unterbleibt. Da die Zeitdauer für sämtliche Anwendungsfälle des Hybridschalters verwendet wird, ist die Zeitdauer nochmals vergrößert, wobei in dem jeweiligen konkreten Anwendungsfall beispielsweise eine verringerte Zeitdauer ausgereicht hätte. Während der Zeitdauer herrscht dabei weiterhin ein unerwünschte Stromfluss über den Hybridschalter, was zu einem weiteren unerwünschten Betrieb und gegebenenfalls Beschädigung der über den Hybridschalter bestromten Bauteile und/oder einer Gefährdung von Personen führen kann. Aus US 2010/254046 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridschalters bekannt. Bei dem mechanischen Schalter wird ein Lichtbogenstrom erfasst. Der Halbleiterschalter wird im elektrisch geschlossenen Zustand belassen, bis der Lichtbogen erloschen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein besonders geeignetes zum Betrieb eines Hybridschalters und einen besonders geeigneten Hybridschalter anzugeben, wobei zweckmäßigerweise ein sichere Stromunterbrechung erfolgt, wobei insbesondere eine Schaltdauer verkürzt ist. Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Hybridschalters durch die Merkmale des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Das Verfahren dient dem Betrieb eines Hybridschalters, der eine Trennvorrichtung ist, also eine Schaltereinheit. Dabei dient das Verfahren insbesondere der Stromunterbrechung über den Hybridschalter, zweckmäßigerweise der Gleichstromunterbrechung. Mit anderen Worten erfolgt bei dem Verfahren eine Unterbrechung eines elektrischen Stromfluss zwischen einer Gleichstromquelle und einer elektrischen Einrichtung. Der Hybridschalter ist beispielsweise unidirektional oder bidirektional ausgestaltet. Zum Beispiel sind die mittels des Hybridschalter schaltbaren elektrischen Spannungen, vorzugsweise die jeweilige Nennspannung, zwischen 200 V und 3 kV und insbesondere 220 V, 400 V, 650 V, 1000V oder 1500 V Der Hybridschalter weist einen Hauptstrompfad auf, der insbesondere zwischen zwei Anschlüssen des Hybridschal