Peter Meckler ist Leiter des Innolab bei E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH in Altdorf
Das heutige Wechselspannungsnetz in Gebäuden erfordert die Umwandlung in Gleichspannung, um die elektrischen Verbraucher zu versorgen. Um diese Wandlungs-Verluste zu reduzieren, ist ein Gleichspannungsnetz eine sinnvolle Alternative. Mit dieser Thematik beschäftigen sich verschiedene auch das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie von der EU geförderte europäische Verbund- Forschungsprojekte. Mit der Diskussion um DC-Industrie bekommt das Thema zusätzlich Bedeutung. Eine besondere Herausforderung beim Einsatz von DC-Netzen stellt jedoch das Ein- und Ausschalten bei höheren Gleichspannungen. So erlischt der Schaltlichtbogen bei mechanischen Kontaktsystemen nicht ohne zusätzliche Maßnahmen, da ein Stromnulldurchgang wie bei der Wechselspannung fehlt. Eine Möglichkeit bieten Hybridschalter.
Hybridschalter erfüllen die Anforderungen
Halbleiterschalter können Gleichströme beliebig oft und schnell unterbrechen. Sie sind aber EMV-anfällig, bieten keine galvanische Trennung und haben im ON-Zustand eine hohe Verlustleistung. Mit Hybridschaltern lassen sich die genannten Nachteile wenigstens zum Teil reduzieren. Bei diesen Konzepten ist die elektronische Komponente vorwiegend während der Schaltfunktion im Einsatz. Den Stromfluss im eingeschalteten Zustand übernimmt ein mechanischer Kontakt mit niedrigem Widerstand. Das Funktionsprinzip basiert auf drei in Reihe geschalteten mechanischen Kontaktsystemen mit einem elektronischen Schaltelement parallel zu einem mechanischen Schalter. Das im Standardbetrieb spannungsfreie elektronische Schaltelement wird nur während des Ausschaltvorgangs kurzzeitig belastet. Das Prinzip ermöglicht eine galvanische Trennung dort, wo sie gefordert ist. Zum Ausschalten des Kontaktsystems öffnen die mechanischen Kontakte. Der entstehende Lichtbogen bedingt eine Lichtbogenspannung, die das elektronische Schaltelement mit Energie versorgt. Es wird durchgeschaltet und übernimmt den Stromfluss. Nach der Kommutierung des Stroms auf das elektronische Schaltelement geht dieses verzögert in den Sperrzustand über und unterbricht den Stromfluss. Zwei weitere Kontakte übernehmen danach die galvanische Trennung. Zum Schließen des Kontakts werden alle Schalter geschlossen. Das elektronische Schaltelement hat dabei keinen Einfluss. ge
