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Vorrichtung zur Begrenzung von Kurzschlussströmen und Überströmen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018371D
Original Publication Date: 2002-Jun-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 411K

Publishing Venue

Siemens

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Bernd Wacker: AUTHOR [+2]

Abstract

Für die Begrenzung von Kurzschluss- und Überströ- men werden supraleitende Strombegrenzer einge- setzt. Abbildung 1 zeigt die Strombegrenzung durch einen Supraleiter und dessen Aufheizung in der Strombegrenzungsphase. Abb. 1: Strombegrenzung und Aufheizung Es existieren Ansätze zur Reduzierung der notwen- digen Menge von Supraleitern, die auf Bypass- Elementen beruhen, welche einen Teil des Stromes übernehmen, sobald der Supraleiter resistiv wird, so dass sich dieser weniger aufheizt. Der Bypass ver- hindert zwar eine Zerstörung des Supraleiters durch zu hohe Energieeinspeisung, benötigt jedoch erheb- lich mehr Platz.

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Energie

Vorrichtung zur Begrenzung vonKurzschlussströmen und Über-strömen

Idee: Bernd Wacker, Erlangen;

Dr. Werner Hartmann, Erlangen

Für die Begrenzung von Kurzschluss- und Überströ-men� werden� supraleitende� Strombegrenzer� einge-setzt. Abbildung 1 zeigt die Strombegrenzung durcheinen� Supraleiter� und� dessen Aufheizung in derStrombegrenzungsphase.

Abb. 1: Strombegrenzung und Aufheizung

kombinieren

Es existieren Ansätze zur Reduzierung der notwen-digen Menge von� Supraleitern,� die� auf� Bypass-Elementen beruhen, welche einen Teil des Stromesübernehmen, sobald der Supraleiter resistiv wird, sodass sich dieser weniger aufheizt. Der Bypass ver-hindert zwar eine Zerstörung des Supraleiters durchzu hohe Energieeinspeisung, benötigt jedoch erheb-lich mehr Platz.

Es wird vorgeschlagen, einen Schalter, dessen Licht-bogen strombegrenzend wirkt, zu dem Supraleiter inReihe zu schalten. Beide Elemente können dabei alszeitveränderliche Widerstände betrachtet werden(Abbildung 2).

Abb. 2: Supraleiter und Schalter in Reihe

vorgeschlagenen

Abbildung� 3� zeigt� den� Vorgang� der� Strombegren-zung durch das supraleitende Element ohne Einflussweiterer strombegrenzender Elemente. Überschreitetder Strom einen materialabhängigen Wert, so nimmtder Supraleiter einen ohmschen Wert an. Der Zeit-punkt des Beginnes des Kurzschlusses bzw. Über-stromereignisses� sei t k .� Im� Zeitpunkt� t O� � öffnet� der

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Energie

zugehörige Schalter und bei t OFF� beendet er seinenAusschaltvorgang.� Es� liegt� nun� über� dem Elementdie � netzfrequente� Spannung� an� und� es� fließt keinStrom mehr.

Abb. 3: nur Supraleiter

Abbildung 4 zeigt den Vorgang der Lichtbogenlö-schung in einem Schalter ohne weitere strombegren-zende Elemente. Der Einfachheit halber ist für dasBeispiel ein rein ohmscher Wechselstromkreis ange-nommen. Der Lichtbogen zündet in Halbwelle 3, 4und 5 nochmals. Die Anzahl der Wiederzündungenist abhängig von der Qualität der Spannungsverfesti-gung, welche abhängig ist vom zurückgelegtenKontaktweg, der durch die Mechanik des Schaltersbestimmt wird, sowie der anliegenden Spannung.

Abb. 4: nur Schalter mit Lichtbogen

Abbildung 5 zeigt nun das Zusammenspiel der zeit-abhängigen strombegrenzenden Elemente. Der Span-nungsabfall über dem� Gesamtsystem� nach� Abb.� 2teilt sich auf Supraleiter und Schalter auf. In Periode1 und 2 begrenzt der Supraleiter den Strom. Danachbeginnt der Schalter (verzögert infolge Eigenzeitender Kommandogeber und Auslöser) mit dem Öffnender Kontakte. Es entsteht ein Lichtbogen, welcher imnächsten Stromnulldurchgang erlischt und bei man-gelnder Spannungsverfestigung der Schaltstrecke inder nächsten Halbwelle wieder zündet.

Abb. 5: Supraleiter und Schalter mit Lichtbogen

Der Schalter wird so dimensioniert, dass über d...