EP3925048A1 - Electric grid - Google Patents

Electric grid

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Publication number
EP3925048A1
EP3925048A1 EP19778838.3A EP19778838A EP3925048A1 EP 3925048 A1 EP3925048 A1 EP 3925048A1 EP 19778838 A EP19778838 A EP 19778838A EP 3925048 A1 EP3925048 A1 EP 3925048A1
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EP
European Patent Office
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switch
electrical
electrical network
busbar
closing
Prior art date
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Pending
Application number
EP19778838.3A
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Inventor
Yi Zhu
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority claimed from PCT/CN2019/080558 external-priority patent/WO2020198987A1/en
Priority claimed from PCT/CN2019/080553 external-priority patent/WO2020198985A1/en
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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    • H01H9/541Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542Contacts shunted by static switch means
    • H01H2009/544Contacts shunted by static switch means the static switching means being an insulated gate bipolar transistor, e.g. IGBT, Darlington configuration of FET and bipolar transistor

Definitions

  • FIG. 1 shows a typical direct current distribution network 100 with feeds 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 and consumers 1050; 1051; 1051; 1053.
  • a distribution network 2000 is arranged between the Feeds 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 and consumers 1050; 1051; 1051; 1053.
  • a distribution network 2000 is arranged.
  • This comprises a busbar 200 with which the feeds 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 and consumer 1050; 1051; 1051; 1053 are electrically connected.
  • the feeds 1010; 1011 AC sources that are generated via Active Front End (AFE) converters 1020; 1021 are connected to the distribution network 2000.
  • AFE Active Front End
  • the electrical switch opens the DC circuit by means of the tripping unit and the pre-charging device restores the voltage on the busbar before the electrical switch is closed, with several consumers can be separated electrically individually by means of an electromechanical switch and several consumers as a group by means of the at least one device
  • the distribution network 2000 comprises on the one hand devices 2010; 2011 for opening or closing a DC circuit and further electromechanical switches 2020; 2021;
  • the device 2010; 2011 can furthermore comprise a measuring unit 170 for measuring current and / or voltage values.
  • the different components of the device 100 according to the invention are supplied with electrical energy via the power supply 190.
  • the power supply 190 can be formed externally or internally.

Abstract

The invention relates to an electric grid (1000), comprising feed-ins (1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015), loads (1050; 1051; 1052; 1053; 1054; 1055; 1056; 1057), and a distribution grid (2000) which is arranged therebetween and comprises at least one busbar (200; 200'; 200") and at least one device (2010; 2011) for opening or closing a DC circuit, said device (2010; 2011) comprising: - an electric switch (110) for opening or closing the DC circuit, - a fault current detector (120), - a trigger unit (130), - a precharging device (140), and - a control unit (150) for automatically closing the electric switch after the precharging process, wherein the electric switch (110) opens the DC circuit by means of the trigger unit (130) if a fault current is detected by the fault current detector (120), and the precharging device (140) restores the voltage on the busbar (200; 200'; 200") prior to closing the electric switch (110). Multiple loads (1050; 1051; 1052, 1053; 1054; 1055) can be individually electrically separated by means of a respective electromechanical switch (2020; 2021; 2022, 2023; 2024; 2025), and multiple loads (1050; 1051; 1052, 1053; 1054; 1055) can be electrically separated as a group by means of the at least one device (2010; 2011).

Description

Beschreibung description
Elektrisches Netzwerk Electrical network
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Netzwerk. The invention relates to an electrical network.
Gleichstromverteilnetzwerke bieten Vorteile gegenüber Wech selstromverteilnetzwerken, speziell wenn erneuerbare Energie quellen parallel zu anderen Einspeisungen vorhanden sind. Zum einen können Gleichstromverteilnetzwerke kostengünstiger auf gebaut werden und haben eine höhere energetische Effizienz. Bei der Erzeugung erneuerbarer Energie, beispielsweise durch Photovoltaik, können Gleichstrom-Wechselstrom- und Wechsel- strom-Gleichstrom-Umrichter durch einfache Gleichstrom- Gleichstrom-Umrichter ersetzt werden. Bei Einspeisungen aus Batterien oder Kondensatorbänken als Energiepuffer können diese direkt an das System angekoppelt werden ohne zusätzli che Umrichter. Direct current distribution networks offer advantages over alternating current distribution networks, especially when renewable energy sources are available in parallel to other feeds. On the one hand, direct current distribution networks can be built more cost-effectively and have a higher energy efficiency. When generating renewable energy, for example through photovoltaics, direct current to alternating current and alternating current to direct current converters can be replaced by simple direct current to direct current converters. When feeding in from batteries or capacitor banks as energy buffers, these can be coupled directly to the system without an additional converter.
Bei Verwendung von Active Front End (AFE) - Umrichtern kann Energie in das Stromnetz zurückübertragen werden, dies bei spielsweise bei erneuerbaren Energiequellen oder bei der Bremsenergie von Motoren. Active Front End (AFE) - Umrichter können also das Netz stabilisieren und auch die Qualität von Wechselstromnetzen erhöhen durch eine reaktive Leistungskom pensation . When using Active Front End (AFE) converters, energy can be transferred back into the power grid, for example with renewable energy sources or with the braking energy of motors. Active Front End (AFE) converters can therefore stabilize the network and also increase the quality of AC networks through reactive power compensation.
Gleichstromverteilnetzwerke bringen aber auch Probleme bezüg lich des elektrischen Schutzes mit sich. Im Fehlerfall können Ladungen von Kondensatorbänken oder Gleichstrom-Zwischen- kreis-Kondensatoren (DC-Links) extrem hohe Strom-Spitzen er zeugen, dies innerhalb sehr kurzer Zeit von einigen hundert ps (Mikro Sekunden) bis zu einigen ms (Milli Sekunden) . DC distribution networks also bring problems with regard to electrical protection. In the event of a fault, charges from capacitor banks or direct current intermediate circuit capacitors (DC links) can generate extremely high current peaks, within a very short time of a few hundred ps (microseconds) to a few ms (milliseconds).
In Figur 1 ist ein typisches Gleichstromverteilnetzwerk 100 dargestellt mit Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 und Verbrauchern 1050; 1051; 1051; 1053. Zwischen den Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 und Verbrau chern 1050; 1051; 1051; 1053 ist ein Verteilnetzwerk 2000 an geordnet. Dieses umfasst eine Sammelschiene 200 mit dem die Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 und Verbrau cher 1050; 1051; 1051; 1053 elektrisch verbunden sind. Bei spielsweise können die Einspeisungen 1010; 1011 Wechselstrom quellen sein, die über Active Front End (AFE) -Umrichter 1020; 1021 an das Verteilnetzwerk 2000 angebunden sind. Das Gleich stromverteilnetzwerk 100 kann beispielsweise weitere Einspei sungen wie Einspeisung 1012 aus einem Photovoltaikmodul , Ein speisung 1013 als Batterie, Einspeisung 1014 als Kondensa torbank zur Energiespeicherung oder Einspeisung 1015 als wei teren Typ von Einspeisungen mit Leistungswandlern umfassen. FIG. 1 shows a typical direct current distribution network 100 with feeds 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 and consumers 1050; 1051; 1051; 1053. Between the Feeds 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 and consumers 1050; 1051; 1051; 1053 a distribution network 2000 is arranged. This comprises a busbar 200 with which the feeds 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 and consumer 1050; 1051; 1051; 1053 are electrically connected. For example, the feeds 1010; 1011 AC sources that are generated via Active Front End (AFE) converters 1020; 1021 are connected to the distribution network 2000. The direct current distribution network 100 can include, for example, further feeds such as feed 1012 from a photovoltaic module, feed 1013 as a battery, feed 1014 as a capacitor bank for energy storage or feed 1015 as a further type of feed with power converters.
Im Verteilnetzwerk 2000 sind Schutzeinrichtungen 2050; 2051; 2052; 2053; 2054; 2055; 2056; 2057; 2058; 2059; 2060; 2061 angeordnet, die im Fehlerfall Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 oder Verbraucher 1050; 1051; 1051; 1053 von der Sammelschiene 200 elektrisch trennen können. In the distribution network 2000 there are protective devices 2050; 2051; 2052; 2053; 2054; 2055; 2056; 2057; 2058; 2059; 2060; 2061 arranged, which in the event of a fault feeds 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 or consumer 1050; 1051; 1051; 1053 can electrically separate from the busbar 200.
In solch einem System mit mehreren Einspeisungen 1010; 1011;In such a multiple feed system 1010; 1011;
1012; 1013; 1014; 1015 ist der Zweig mit dem kleinsten Ver braucher problematisch. Um Selektivität der unterschiedlichen Schutzeinrichtungen und der schnellen Selbstschutzfunktionen der Leistungselektronik in den Umrichtern zu erreichen ist das Design des Gleichstromnetzes sehr herausfordernd. 1012; 1013; 1014; 1015, the branch with the smallest consumer is problematic. In order to achieve the selectivity of the various protective devices and the fast self-protection functions of the power electronics in the converters, the design of the direct current network is very challenging.
Ein klassischer mechanischer elektrischer Schalter (Moulded Case Circuit Breaker, MCCB) ist nicht schnell genug, die Ent ladung der Kondensatoren im Fehlerfall zu unterbrechen, son dern sie werden erst nach dem Entlademaximum aktiv. Daraus droht als Konsequenz, dass Kabel zerstört werden, dass die IGBTs in den Active Front Ends (AFE) ausgeschaltet werden durch die Selbstschutzfunktionen, dass die Active Front Ends (AFE) als unkontrollierte Gleichrichter funktionieren. Frei laufdioden können durchbrennen, wenn die Sicherungen der Wechselstromseite nicht schnell genug sind. Des Weiteren ist problematisch, dass an der Sammelschiene 200 die Spannung einbricht und alle Kondensatoren entladen werden. Eine lange Zeit zum Wiederaufladen verzögert den Wieder-Start des gesam ten Systems nachdem ein Fehler behoben wurde. A classic mechanical electrical switch (Molded Case Circuit Breaker, MCCB) is not fast enough to interrupt the discharge of the capacitors in the event of a fault; they only become active after the maximum discharge. The consequence of this is that cables will be destroyed, that the IGBTs in the Active Front Ends (AFE) will be switched off by the self-protection functions, that the Active Front Ends (AFE) will function as uncontrolled rectifiers. Free-running diodes can blow if the AC side fuses are not fast enough. Furthermore is The problem is that the voltage on busbar 200 drops and all capacitors are discharged. A long recharge time delays the restart of the entire system after an error has been corrected.
Bei der Verwendung von Festkörperschaltern (Solid State Cir cuit Breaker, SSCB) als Schutzeinrichtungen ist problema tisch, dass diese hohe Leistungsverluste aufweisen und hohe Kosten für diese der Verwendung alleinig dieser Schutzein richtungen entgegen spricht. When solid-state circuit breakers (SSCB) are used as protective devices, the problem is that they have high power losses and the high costs for them speak against the use of these protective devices alone.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein alternatives elektri sches Netzwerk zur Verfügung zu stellen, welches die be schriebenen Nachteile überwindet. It is therefore the object of the invention to provide an alternative electrical network available which overcomes the disadvantages be described.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das elektrische Netzwerk gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen des erfindungsgemäßen elektrischen Netzwerks sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved according to the invention by the electrical network according to claim 1. Advantageous Ausgestaltun conditions of the electrical network according to the invention are specified in the subclaims.
Das elektrische Netzwerk gemäß Anspruch 1 weist Einspeisun gen, Verbraucher und ein dazwischen angeordnetes Verteilnetz werk mit mindestens einer Sammelschiene sowie mit mindestens einer Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen eines Gleich stromkreises auf, wobei die Vorrichtung umfasst: The electrical network according to claim 1 has feeds, loads and a distribution network arranged between them with at least one busbar and with at least one device for opening or closing a direct current circuit, the device comprising:
- einen elektrischen Schalter zum Öffnen oder Schließen des Gleichstromkreises, - an electrical switch to open or close the DC circuit,
- eine Fehlerstromerkennung, - a fault current detection,
- eine Auslösereinheit, - a trigger unit,
- eine Vor-Ladevorrichtung, und - a pre-loader, and
- eine Steuereinheit zum automatischen Schließen des - a control unit for automatic closing of the
elektrischen Schalters nach der Vor-Ladung, electrical switch after pre-charging,
wobei bei Detektion eines Fehlerstroms durch die Fehlerstro merkennung der elektrische Schalter mittels der Auslöseein- heit den Gleichstromkreis öffnet und die Vor-Ladevorrichtung vor dem Schließen des elektrischen Schalters die Spannung auf der Sammelschiene wiederherstellt, wobei mehrere Verbraucher jeweils mittels eines elektromechanischen Schalters einzeln elektrisch abgetrennt werden können und mehrere Verbraucher als Gruppe mittels der mindestens einen Vorrichtung wherein when a fault current is detected by the fault current detection, the electrical switch opens the DC circuit by means of the tripping unit and the pre-charging device restores the voltage on the busbar before the electrical switch is closed, with several consumers can be separated electrically individually by means of an electromechanical switch and several consumers as a group by means of the at least one device
elektrisch abgetrennt werden können. can be separated electrically.
Vorteilhaft beim erfindungsgemäßen elektrischen Netzwerk ist, dass die Anzahl elektrischer Schalter, beispielsweise von Festkörperschaltern, reduziert werden kann und somit Kosten reduziert werden und Leistungsverluste ebenso. Der Fehler strom kann schnell innerhalb von 10 ps (Mikro Sekunden) un terbrochen werden, wobei der Fehler selbst langsamer mit her kömmlichen elektromechanischen Schaltern isoliert werden kann. Nachdem im Fehlerfall sehr schnell die Verbraucher von den Einspeisungen getrennt werden, erfolgt die eigentliche Isolierung des Fehlers über die elektromechanischen Schalter bei einem reduzierten Fehlerstrom oder bei gewissen Anwendun gen sogar stromlos. Dadurch können die vorgeschlagenen elekt romechanischen Schalter viel geringer dimensioniert werden im Vergleich zu Schaltern in konventionellen Netzwerken. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Spannung auf der Sammelschiene 200 gehalten wird und das restliche, nicht vom Fehlerfall be troffene System weiter operabel bleibt. Das Wiederladen der Gruppe geschieht viel schneller als ein Wiederladen des ge samten Systems. It is advantageous in the electrical network according to the invention that the number of electrical switches, for example solid-state switches, can be reduced and thus costs and power losses can be reduced as well. The fault current can be interrupted quickly within 10 ps (microseconds), whereby the fault itself can be isolated more slowly with conventional electromechanical switches. After the loads are disconnected from the infeeds very quickly in the event of a fault, the actual isolation of the fault takes place via the electromechanical switch with a reduced fault current or, in certain applications, even without current. As a result, the proposed electromechanical switches can be dimensioned much smaller in comparison to switches in conventional networks. Another advantage is that the voltage on the busbar 200 is maintained and the rest of the system, which is not affected by the fault, remains operational. Reloading the group is much faster than reloading the entire system.
In einer Ausgestaltung ist der elektrische Schalter der min destens einen Vorrichtung ein Halbleiterschalter. In one embodiment, the electrical switch of the at least one device is a semiconductor switch.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die mindestens eine Vorrichtung des Weiteren eine Einheit zur Kommunikation. In a further embodiment, the at least one device furthermore comprises a unit for communication.
Die mindestens eine Vorrichtung kann des Weiteren eine Steu ereinheit für eine Einschalttransiente umfassen. Diese Ein heit kann die Einschalttransient unterdrücken. The at least one device can furthermore comprise a control unit for a switch-on transient. This unit can suppress the switch-on transient.
In einer weiteren Ausgestaltung stellt die Vor-Ladevorrich- tung die Spannung auf der Sammelschiene nach einer ersten Wartezeit wieder her. Alternativ kann die Vor-Ladevorrichtung die Spannung auf der Sammelschiene nach Erhalt eines Befehls wiederherstellen. Diesen Befehl kann die Vor-Ladevorrichtung über die Einheit zur Kommunikation erhalten. In a further embodiment, the pre-charging device sets the voltage on the busbar according to a first Wait again. Alternatively, the pre-charger can restore voltage to the bus bar upon receiving a command. The pre-charging device can receive this command via the communication unit.
In einer Ausgestaltung unterbricht die Vor-Ladevorrichtung den Vor-Ladevorgang, wenn die Spannung auf der Sammelschiene nicht ansteigt, was auf einem weiterhin bestehenden Fehler hinweist . In one embodiment, the pre-charging device interrupts the pre-charging process if the voltage on the busbar does not rise, which indicates a fault that still exists.
In einer weiteren Ausgestaltung schließt die Steuereinheit zum automatischen Schließen des elektrischen Schalters diesen automatisch nach einer zweiten Wartezeit. Alternativ schließt die Steuereinheit zum automatischen Schließen des elektri schen Schalters diesen nach Wiederherstellung einer Spannung auf der Sammelschiene oberhalb eines Schwellwerts. In a further embodiment, the control unit automatically closes the electrical switch for automatic closing after a second waiting time. Alternatively, the control unit closes the electrical switch to automatically close it after restoration of a voltage on the busbar above a threshold value.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das elektrische Netzwerk ein Gleichstromkreislauf. In a further embodiment, the electrical network is a direct current circuit.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. The properties, features and advantages of this invention described above, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understandable in connection with the following description of the embodiments, which are explained in more detail in connection with the figures.
Dabei zeigen: Show:
Figur 1: Gleichstromnetzwerk mit mehreren Einspeisungen und Figure 1: DC network with several feeds and
Verbrauchern; Consumers;
Figur 2: erfindungsgemäßes elektrisches Netzwerk mit mehre ren Einspeisungen und Verbrauchern; und FIG. 2: electrical network according to the invention with several feeds and consumers; and
Figur 3 : Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen einen Gleich stromkreises . Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes elektrisches Netzwerk 1000. Dieses Netzwerk 1000 ist mit Einspeisungen 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 und Verbrauchern 1050; 1051; 1052; 1053; 1054; 1055; 1056; 1057 und einem dazwischen angeordne ten Verteilnetzwerk 2000 versehen. Das Verteilnetzwerk 2000 umfasst Sammelschienen 200, 200', 200'', an die die Einspei sungen 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 und Verbraucher 1050; 1051; 1052; 1053; 1054; 1055; 1056; 1057 elektrisch an geschlossen sind. Figure 3: Device for opening or closing a direct current circuit. FIG. 2 shows an electrical network 1000 according to the invention. This network 1000 is provided with feeds 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 and consumers 1050; 1051; 1052; 1053; 1054; 1055; 1056; 1057 and a distribution network 2000 arranged in between. The distribution network 2000 comprises busbars 200, 200 ', 200''to which the feeds 1010; 1011; 1012; 1013; 1014; 1015 and consumer 1050; 1051; 1052; 1053; 1054; 1055; 1056; 1057 are electrically connected.
Das Verteilnetzwerk 2000 umfasst zum einen Vorrichtungen 2010; 2011 zum Öffnen oder Schließen eines Gleichstromkreises und des Weiteren elektromechanische Schalter 2020; 2021; The distribution network 2000 comprises on the one hand devices 2010; 2011 for opening or closing a DC circuit and further electromechanical switches 2020; 2021;
2022; 2023; 2024; 2025. Des Weiteren sind im Verteilnetzwerk 2000 Schutzeinrichtungen 2050; 2051; 2052; 2053; 2054; 2055; 2056; 2057; 2058; 2059 enthalten. 2022; 2023; 2024; 2025. Furthermore, there are 2000 protective devices in the distribution network 2050; 2051; 2052; 2053; 2054; 2055; 2056; 2057; 2058; 2059 included.
Mehrere Verbraucher 1050; 1051; 1052; 1053; 1054; 1055; 1056; 1057 des erfindungsgemäßen elektrischen Netzwerks 1000 bilden jeweils eine Gruppe. Beispielsweise bilden die Verbraucher 1050; 1051; 1052 eine erste Gruppe. Eine zweite Gruppe wird von den Verbrauchern 1053; 1054; 1055 gebildet. Multiple consumers 1050; 1051; 1052; 1053; 1054; 1055; 1056; 1057 of the electrical network 1000 according to the invention each form a group. For example, consumers 1050; 1051; 1052 a first group. A second group is made up of consumers 1053; 1054; 1055 formed.
Jeder dieser Verbraucher 1050; 1051; 1052, 1053; 1054; 1055 ist mit einem elektromechanischen Schalter 2020; 2021; 2022, 2023; 2024; 2025 im Fehlerfall abtrennbar vom Verteilnetzwerk 2000. Verbraucher 1050 ist der elektromechanische Schalter 2020 zugeordnet, Verbraucher 1051 der elektromechanische Schalter 2021 und Verbraucher 1052 der elektromechanische Schalter 2022. Die elektromechanischen Schalter 2020; 2021; 2022 sind elektrisch mit einer ersten Sammelschiene 200' ver bunden, die wiederum mit einer Vorrichtung 2010 zum Öffnen oder Schließen eines Gleichstromkreises mit der Sammelschiene 200 des Verteilnetzwerks 2000 elektrisch verbunden ist. Each of these consumers 1050; 1051; 1052, 1053; 1054; 1055 is with an electromechanical switch 2020; 2021; 2022, 2023; 2024; 2025 can be separated from the distribution network 2000 in the event of a fault. Load 1050 is assigned to electromechanical switch 2020, load 1051 to electromechanical switch 2021 and load 1052 to electromechanical switch 2022. Electromechanical switch 2020; 2021; 2022 are electrically connected to a first busbar 200 ′, which in turn is electrically connected to a device 2010 for opening or closing a direct current circuit with the busbar 200 of the distribution network 2000.
Analoges gilt für die zweite Gruppe an Verbrauchern 1053; 1054; 1055. Verbraucher 1053 ist über den elektromechanischen Schalter 2023 mit der zweiten Sammelschiene 200'' verbunden. Verbraucher 1054 mittels des elektromechanischen Schalters 2024 mit der zweiten Sammelschiene 200'' und Verbraucher 1055 mittels des elektromechanischen Schalters 2025 ebenfalls mit der zweiten Sammelschiene 200''. Diese zweite Sammelschiene 200'' wiederum ist mit einer Vorrichtung 2011 zum Öffnen oder Schließen eines Gleichstromkreises mit der Sammelschiene 200 des Verteilnetzwerks 2000 elektrisch verbunden. The same applies to the second group of consumers 1053; 1054; 1055. Consumer 1053 is via the electromechanical Switch 2023 connected to the second busbar 200 ″. Consumer 1054 by means of the electromechanical switch 2024 with the second busbar 200 ″ and consumer 1055 by means of the electromechanical switch 2025 also with the second busbar 200 ″. This second busbar 200 ″, in turn, is electrically connected to a device 2011 for opening or closing a direct current circuit with the busbar 200 of the distribution network 2000.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen elektrischen Netz werks 1000 wird anhand eines beispielhaften Fehlers in der Verbindung zwischen dem Verbraucher 1050 und dem elektrome chanischen Schalters 2020 diskutiert. Dieser Fehler wird von der Vorrichtung 2010 zum Öffnen oder Schließen eines Gleich stromkreises und ebenso vom elektromechanischen Schalter 2020 detektiert. Aufgrund des schnelleren Auslöseverhaltens der Vorrichtung 2010 zum Öffnen oder Schließen eines Gleichstrom kreises wird die Vorrichtung 2010 unmittelbar geöffnet und verhindert somit einen weiteren Stromfluss Richtung des Feh lers von den anderen Einspeisungen. The functioning of the electrical network 1000 according to the invention is discussed on the basis of an exemplary fault in the connection between the consumer 1050 and the electromechanical switch 2020. This fault is detected by the device 2010 for opening or closing a direct current circuit and also by the electromechanical switch 2020. Due to the faster tripping behavior of the device 2010 for opening or closing a direct current circuit, the device 2010 is opened immediately and thus prevents a further flow of current in the direction of the fault from the other feeds.
In der Zwischenzeit löst der elektromechanische Schalter 2020 ebenfalls aus, um den Fehler zu isolieren. Ein schnell schal tender elektromechanischer Schalter 2020 wird hierfür bevor zugt, dessen Schaltzeit im Bereich mehrerer ms (Milli Sekun den) ist. Die Vorrichtung 2010 zum Öffnen oder Schließen ei nes Gleichstromkreises kann nun entweder eine fest definierte Zeitspanne oder aufgrund eines Befehls, welcher angibt, dass der Fehler behoben ist, wieder eingeschaltet werden. In the meantime, the electromechanical switch 2020 will also trip to isolate the fault. A fast-switching electromechanical switch 2020 is preferred for this purpose, the switching time of which is in the range of several ms (milliseconds). The device 2010 for opening or closing a direct current circuit can now be switched on again either for a fixedly defined period of time or on the basis of a command which indicates that the fault has been eliminated.
Die Vorrichtung 2010 zum Öffnen oder Schließen eines Gleich stromkreises kann mittels der Vor-Ladevorrichtung 140 die erste Sammelschiene 200' wiederladen, und danach wieder ein geschaltet werden. Falls die Vorrichtung 2010 zum Öffnen oder Schließen eines Gleichstromkreises weiterhin einen Fehler strom erkennt, kann diese Vorrichtung 2010 wiederum öffnen und geöffnet bleiben. Vorteilhaft ist bei diesem Verfahren, dass die Einspeisungen und Verbraucher im restlichen Teil des elektrischen Netzwerks 1000, die nicht vom Fehler betroffen sind, weiterhin betrie ben werden können und keinen Ausfall zeigen. Die Verbraucher in der Gruppe mit dem Fehler haben einen kurzzeitigen Aus fall, abhängig von der Ausschaltgeschwindigkeit des zugeord neten elektromechanischen Schalters und der Zeit, die das Wiederanschalten der Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen eines Gleichstromkreises benötigt. Die Ausfallzeit sollte be grenzt sein auf einige 10 ms (Milli Sekunden) . Für sehr emp findliche Verbraucher, deren Strom nicht unterbrochen werden sollte, können unterbrechungsfreie Stromversorgungen (unin- terruptible power supply, UPS) vorgesehen sein. Andere Ver braucher sollten diese kurzen Ausfallzeiten überstehen kön nen, da diese Ausfallzeiten auch bisher schon Standard sind. The device 2010 for opening or closing a direct current circuit can recharge the first busbar 200 ′ by means of the pre-charging device 140 and then be switched on again. If the device 2010 for opening or closing a direct current circuit continues to detect a fault current, this device 2010 can again open and remain open. The advantage of this method is that the feeds and consumers in the remaining part of the electrical network 1000 that are not affected by the fault can continue to be operated and do not show any failure. The consumers in the group with the error have a brief failure, depending on the switch-off speed of the associated electromechanical switch and the time it takes to switch the device on again to open or close a DC circuit. The downtime should be limited to a few 10 ms (milliseconds). Uninterruptible power supplies (UPS) can be provided for very sensitive consumers whose power should not be interrupted. Other consumers should be able to survive these short downtimes, as these downtimes have already been standard.
In Figur 3 ist die Vorrichtung 2010; 2011 zum Öffnen oder Schließen eines Gleichstromkreises mit mindestens einer Sam melschiene 200; 200'; 200'' dargestellt. Die Vorrichtung 2010; 2011 umfasst dazu einen elektrischen Schalter 110 zum Öffnen oder Schließen des Gleichstromkreises, eine Fehler stromerkennung 120, eine Auslöseeinheit 130 und eine Vor- Ladevorrichtung 140, wobei bei Detektion eines Fehlerstroms durch die Fehlerstromerkennung 120 der elektrische Schalter 110 mittels der Auslöseeinheit 130 den Gleichstromkreis öff net und wobei die Vor-Ladevorrichtung 140 vor dem Schließen des elektrischen Schalters 110 die Spannung auf der Sammel schiene 200; 200'; 200'' wieder herstellt. Zum automatischen Schließen ist des Weiteren bei der Vorrichtung 2010; 2011 ei ne Steuereinheit 150 vorgesehen, die den elektrischen Schal ter 110 nach der Vorladung automatisch schließen kann. In Figure 3, the device 2010; 2011 to open or close a DC circuit with at least one busbar 200; 200 '; 200 ''. The device 2010; 2011 includes an electrical switch 110 for opening or closing the DC circuit, a fault current detection 120, a tripping unit 130 and a pre-charging device 140, with the electrical switch 110 opening the DC circuit by means of the tripping unit 130 when a fault current is detected by the fault current detection 120 and wherein the pre-charging device 140 before closing the electrical switch 110, the voltage on the busbar 200; 200 '; 200 ''. For automatic closing, the device 2010; 2011 ei ne control unit 150 is provided, which can automatically close the electrical switch 110 after the precharge.
Der elektrische Schalter 110 der Vorrichtung 2010; 2011 kann beispielsweise ein Festkörperschalter oder ein Halbleiter schalter sein. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Halbleiterschalter auf Silicium (Si) -Basis, Siliciumcarbid (SiC) - Basis oder auf Galliumnitrid (GaN) - Basis handeln. The electrical switch 110 of the device 2010; 2011 can be a solid-state switch or a semiconductor switch, for example. For example, it can be a Acting semiconductor switches based on silicon (Si), silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN).
Wie in Figur 3 dargestellt, kann die Vorrichtung 2010; 2011 des Weiteren eine Einheit 180 zur Kommunikation umfassen. Diese Einheit 180 zur Kommunikation kann Befehle von einer übergeordneten Steuereinheit erhalten und/oder in einem Ver teilnetzwerk 2000 angeordnete Vorrichtungen 2010; 2011 koor dinieren . As shown in Figure 3, the device 2010; 2011 further comprise a unit 180 for communication. This unit 180 for communication can receive commands from a higher-level control unit and / or devices 2010 arranged in a subnetwork 2000; Coordinate 2011.
Des Weiteren kann die Vorrichtung 2010; 2011 eine Steuerein heit 160 für eine Einschalttransiente umfassen. Beispielswei se kann die Steuereinheit 160 die Einschalttransiente unter drücken . Furthermore, the device 2010; 2011 include a control unit 160 for a switch-on transient. For example, the control unit 160 can suppress the switch-on transient.
Die Vorrichtung 2010; 2011 kann des Weiteren eine Messeinheit 170 zur Messung von Strom- und/oder Spannungswerten umfassen. The device 2010; 2011 can furthermore comprise a measuring unit 170 for measuring current and / or voltage values.
Die Vor-Ladevorrichtung 140 kann die Spannung auf der Sammel schiene 200; 200'; 200'' nach einer ersten Wartezeit wieder herstellen. Alternativ stellt die Vor-Ladevorrichtung 140 die Spannung auf der Sammelschiene 200; 200'; 200'' nach Erhalt eines Befehls wieder her. Der Befehl kann über die Einheit 180 zur Kommunikation an die Vor-Ladevorrichtung 140 gegeben werden . The pre-charger 140 can reduce the voltage on the bus bar 200; 200 '; 200 '' after an initial waiting period. Alternatively, the pre-charger 140 provides the voltage on the bus bar 200; 200 '; 200 '' after receiving a command. The command can be given to the precharge device 140 via the unit 180 for communication.
Die Steuereinheit 150 zum automatischen Schließen des The control unit 150 for automatically closing the
elektrischen Schalters 110 kann diesen automatisch nach einer zweiten Wartezeit schließen. Ebenso kann die Steuereinheit 150 zum automatischen Schließen des elektrischen Schalters 110 diesen nach Wiederherstellung einer Spannung auf der Sam melschiene 200; 200'; 200'' oberhalb eines Schwellwerts schließen. Dazu kann die Steuereinheit 150 zum automatischen Schließen eines elektrischen Schalters 110 von der Messein heit 170 die Spannungswerte auf der Sammelschiene 200; 200'; 200'' erhalten. Falls bei dem Vor-Ladevorgang die Spannung auf der Sammelschiene 200; 200'; 200'' nicht ansteigt, weist dies darauf hin, dass der Fehler noch nicht beseitigt ist.electrical switch 110 can close this automatically after a second waiting time. Likewise, the control unit 150 can automatically close the electrical switch 110 after restoration of a voltage on the busbar 200; 200 '; 200 '' above a threshold value. For this purpose, the control unit 150 for the automatic closing of an electrical switch 110 can from the measuring unit 170 the voltage values on the busbar 200; 200 '; 200 '' received. If the voltage on the busbar 200; 200 '; 200 '' does not increase this indicates that the error has not yet been eliminated.
Der Vor-Ladevorgang muss in diesem Fall unterbrochen werden. In this case, the pre-charging process must be interrupted.
Die unterschiedlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Vor- richtung 100 werden über die Stromversorgung 190 mit elektri scher Energie versorgt. Die Stromversorgung 190 kann extern oder intern ausgebildet sein. The different components of the device 100 according to the invention are supplied with electrical energy via the power supply 190. The power supply 190 can be formed externally or internally.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Elektrisches Netzwerk (1000) mit Einspeisungen (1010; 1. Electrical network (1000) with feeds (1010;
1011; 1012; 1013; 1014; 1015), Verbrauchern (1050; 1051; 1052; 1053; 1054; 1055; 1056; 1057) und einem dazwischen angeordneten Verteilnetzwerk (2000) mit mindestens einer Sammelschiene (200; 200'; 200'') sowie mit mindestens ei ner Vorrichtung (2010; 2011) zum Öffnen oder Schließen eines Gleichstromkreises, wobei die Vorrichtung (2010; 2011) umfasst 1011; 1012; 1013; 1014; 1015), consumers (1050; 1051; 1052; 1053; 1054; 1055; 1056; 1057) and a distribution network (2000) arranged in between with at least one busbar (200; 200 '; 200' ') and with at least one device ( 2010; 2011) for opening or closing a direct current circuit, the device comprising (2010; 2011)
- einen elektrischen Schalter (110) zum Öffnen oder Schließen des Gleichstromkreises, - an electrical switch (110) for opening or closing the direct current circuit,
- eine Fehlerstromerkennung (120), - a fault current detection (120),
- eine Auslöseeinheit (130), - a release unit (130),
- eine Vor-Ladevorrichtung (140), und - a pre-loading device (140), and
- eine Steuereinheit (150) zum automatischen - A control unit (150) for automatic
Schließen des elektrischen Schalters nach der Vor-Ladung, wobei bei Detektion eines Fehlerstroms durch die Fehlerstromerkennung (120) der elektrische Schalter (110) mittels der Auslöseeinheit (130) den Gleichstromkreis öffnet und die Vor-Ladevorrichtung (140) vor dem Schlie ßen des elektrischen Schalters (110) die Spannung auf der Sammelschiene (200; 200'; 200'') wiederherstellt, Closing the electrical switch after the pre-charge, with the detection of a fault current by the fault current detection (120) the electrical switch (110) by means of the trip unit (130) opens the DC circuit and the pre-charging device (140) before closing the electrical The switch (110) restores the voltage on the busbar (200; 200 '; 200' '),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mehrere Verbraucher (1050; 1051; 1052, 1053; 1054; 1055) jeweils mittels eines elektromechanischen Schalters d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t, d a s s several consumers (1050; 1051; 1052, 1053; 1054; 1055) each by means of an electromechanical switch
(2020; 2021; 2022, 2023; 2024; 2025) einzeln elektrisch abgetrennt werden können und mehrere Verbraucher (1050; 1051; 1052, 1053; 1054; 1055) als Gruppe mittels der min destens einen Vorrichtung (2010; 2011) elektrisch abge trennt werden können. (2020; 2021; 2022, 2023; 2024; 2025) can be separated electrically and several consumers (1050; 1051; 1052, 1053; 1054; 1055) as a group by means of the at least one device (2010; 2011) can be.
2. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß Anspruch 1, wobei der elektrische Schalter (110) der mindestens einen Vorrich tung (2010; 2011) ein Halbleiterschalter ist. 2. Electrical network (1000) according to claim 1, wherein the electrical switch (110) of the at least one device (2010; 2011) is a semiconductor switch.
3. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß Anspruch 1 oder 2, wo bei die mindestens eine Vorrichtung (2010; 2011) des Wei teren eine Einheit (180) zur Kommunikation umfasst. 3. Electrical network (1000) according to claim 1 or 2, where the at least one device (2010; 2011) des Wei direct comprises a unit (180) for communication.
4. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Vorrichtung (2010; 2011) des Weiteren eine Steuereinheit (160) zum Unterdrü cken der Einschalttransiente umfasst. 4. Electrical network (1000) according to one of the preceding claims, wherein the at least one device (2010; 2011) further comprises a control unit (160) for suppressing the switch-on transient.
5. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vor-Ladevorrichtung (140) die Span nung auf der Sammelschiene (200; 200'; 200'') wiederher stellt nach einer ersten Wartezeit. 5. Electrical network (1000) according to one of the preceding claims, wherein the pre-charging device (140) restores the voltage on the busbar (200; 200 '; 200' ') after a first waiting time.
6. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vor-Ladevorrichtung (140) die Spannung auf der Sammelschiene (200; 200'; 200'') wiederherstellt nach Erhalt eines Befehls. 6. Electrical network (1000) according to one of the preceding claims 1 to 5, wherein the pre-charging device (140) restores the voltage on the busbar (200; 200 '; 200 ") after receiving a command.
7. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß Anspruch 6, wobei die Vor-Ladevorrichtung (140) den Befehl über die Einheit (180) zur Kommunikation erhält. 7. The electrical network (1000) according to claim 6, wherein the pre-charging device (140) receives the command via the unit (180) for communication.
8. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vor-Ladevorrichtung (140) den Vor- Ladevorgang unterbricht, wenn die Spannung auf der Sam melschiene (200; 200'; 200'') nicht ansteigt, was auf ei nem weiterhin bestehenden Fehler hinweist. 8. Electrical network (1000) according to one of the preceding claims, wherein the pre-charging device (140) interrupts the pre-charging process when the voltage on the Sam melschiene (200; 200 '; 200' ') does not increase, which on egg indicates a still existing error.
9. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (150) zum automati schen Schließen des elektrischen Schalters (110) diesen automatisch nach einer zweiten Wartezeit schließt. 9. Electrical network (1000) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (150) for automatic closing of the electrical switch (110) closes this automatically after a second waiting time.
10. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuereinheit (150) zum au tomatischen Schließen des elektrischen Schalters (110) diesen nach Wiederherstellung einer Spannung auf der Sam melschiene (200; 200'; 200'') oberhalb eines Schwellwerts schließt . 10. Electrical network (1000) according to one of the preceding claims 1 to 8, wherein the control unit (150) for automatic closing of the electrical switch (110) this closes after restoration of a voltage on the collecting rail (200; 200 ';200'') above a threshold value.
11. Elektrisches Netzwerk (1000) gemäß einem der vorherigen11. Electrical network (1000) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei das elektrische Netzwerk (1000) ein Gleichstromkreis ist. Claims, wherein the electrical network (1000) is a DC circuit.
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