Gleichstrom-Forschung

Auf der Suche nach dem schnellen DC Circuit Breaker

| Redakteur: Gerd Kucera

Die Forschung des Circuit-Breaker-Experten E-T-A

Der Projektpartner E-T-A detailliert sein Entwicklungsziel: Der für HVDC-Netze optimal geeignete Schutzschalter begrenzt beim Einschalten oder Zuschalten von Überlasten oder Kondensatoren auftretende Kurzschlussströme für einige Millisekunden auf den 3- bis 5-fachen Nennstrom. Die Abschaltung erfolgt erst bei längerer Überlast.

Dieser elektronische Schutzschalter für 100 A Nennstrom beherrscht alle auftretenden Belastungssituationen: Einen möglicherweise auftretenden Kurzschlussstrom begrenzt er auf ca. 400 A. Ein temporärer Überstrom bis 300 A für 100 ms führt nicht zur Abschaltung. Kondensatoren bis 2 mF lassen sich ohne Abschalten laden.

Die Reaktionszeit auf Kurzschlussströme liegt unter 1 µs. Dies erlaubt es, schnell ansteigende Kurzschlussströme bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 500 A/µs schnell genug zu begrenzen und abzuschalten.

Anforderungen HVDC-Schalter

Beim Abschalten im Gleichstromnetz unterscheidet E-T-A zwischen einem Verteilschalter (Relais) und einem Schutzschalter. Beim Verteilschalter ist es möglich, einige ms Verzugszeit bei der geplanten Abschaltung einer Last mit Nennstrom im Allgemeinen zu tolerieren. Beim Schutzschalter, der z.B. einen aufgetretenen Lastkurzschluss abschalten soll, ist diese Verzögerung sehr kritisch. In dieser Zeit könnte der Laststrom auf dramatisch hohe Werte ansteigen.

Ein für HVDC-Netze optimierter Schutzschalter soll im Kurzschlussfall so schnell abschalten, dass der Kurzschlussstrom nicht über den 10-fachen Nennstrom ansteigt. Bei sehr kurzen Leitungen können Induktivitäten ab etwa 1 µH auftreten. Der Stromanstieg beträgt dann ca. 1000 A/µs. Dies wiederum bedeutet, der Schutzschalter muss möglichst innerhalb von 1 µs den Kurzschlussstrom erkennen und abschalten.

Die Netze erfordern aber auch den zeitbegrenzten Durchlass von Überströmen. Dabei kann es sich um Ladeströme von Kondensatoren, Anlaufströme von Motoren oder Starterströme von Lampen handeln. Die Schutzschalter brauchen also eine Kennlinie. Ein typischer Ladestrom in DC-Netzen erfordert die Durchleitung des ca. 4-fachen Nennstrom für eine Zeit von 100 ms. Eine hohe Stromspitze beim Laden von Kondensatoren soll für eine kurze Zeit von etwa 5 ms nicht zum Abschalten des Schutzschalters führen.

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