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1. WO2020064109 - NIEDERSPANNUNGSLEISTUNGSSCHALTER

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Beschreibung

NiederspannungsleistungsSchalter

Die Erfindung betrifft einen Niederspannungsleistungsschalter für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und einen Niederspannungsschalter für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentan spruch 5.

Leistungsschalter sind Schutzgeräte, die ähnlich wie eine Si cherung funktionieren. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels eines Leiters hindurchfließenden Strom und unter brechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung be zeichnet wird, wenn Schutzparameter, wie Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte, d.h. wenn ein Stromwert für eine gewisse Zeitspanne vorliegt, überschritten werden. Die einge stellten Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte sind entsprechende Auslösegründe . Die Unterbrechung erfolgt üblicherweise durch mechanische Kontakte des Leistungsschal ters, die geöffnet werden.

Insbesondere für Niederspannungsstromkreise, -anlagen bzw. -netze gibt es abhängig von der Höhe des vorgesehenen elektri schen Stromes im elektrischen Stromkreis verschiedene Typen von Leistungsschaltern. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Schalter gemeint, wie sie in Nie derspannungsanlagen für Ströme, insbesondere Nennströme bzw. maximal Ströme, von 63 bis 6300 Ampere eingesetzt werden. Spezieller werden geschlossene Leistungsschalter für Ströme von 63 bis 1600 Ampere, insbesondere von 125 bis 630 oder 1200 Ampere eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden ins besondere für Ströme von 630 bis 6300 Ampere, spezieller von 1200 bis 6300 Ampere verwendet.

Leistungsschalter, auch als Circuit Breaker, kurz CB, be zeichnet, werden in offene Leistungsschalter respektive Air Circuit Breaker, kurz ACB, und geschlossene Leistungsschalter respektive Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleis tungsschalter, kurz MCCB, unterteilt.

Mit Niederspannung sind Spannungen bis 1000 Volt Wechselspan nung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspan nung sind spezieller insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung mit Werten von 50 Volt Wechsel spannung oder 120 Volt Gleichspannung sind.

Mit Niederspannungsschalter im Sinne der Erfindung sind ins besondere Schalter gemeint, wie sie für Nennströme bzw. Maxi malströme bis 63 Ampere eingesetzt werden, insbesondere von 6,3 Ampere bis 16 Ampere oder von 16 Ampere bis 63 Ampere. Insbesondere können Niederspannungsschalter so genannte Lei-tungsschutzschalter oder Miniatur Circuit Breaker sein.

Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesonde re Leistungsschalter mit einer als Steuerungseinheit dienen den elektronischen Auslöseeinheit , auch als Electronic Trip Unit, kurz ETU, bezeichnet, gemeint.

Neuerdings gibt es hybride Schaltgeräte, die eine Verbindung von Leistungselektronik und elektromechanischen KontaktSystem aufweisen. Bisherige, speziell rein elektromechanische, Kon zepte weisen für Stromnetze, welche nicht mehr von der Kurz schlussleistung eines Transformators bestimmt sind, Nachteile auf bzw. sind ungeeignet. Die Gründe für die Nichteignung sind, dass diese Netze durch Umrichter, in speziellen "Active Frontends" gespeist werden, die sehr schnelle Schaltzeiten aufweisen, die von bekannten Schaltgeräten nicht erfasst bzw. nicht abgeschaltet werden können. Die klassischen Schutzalgo rithmen und mechanischen Verzugszeiten von elektromechani schen oder bisher bekannten hybriden Schaltern bzw. Schalter konzepten sind zu langsam. Vollelektronische Schalter sind schnell, weisen aber nachteilig eine hohe Verlustleistung und hohe Kosten auf, insbesondere falls Halbleiter auf Basis von SiC verwendet werden. Zudem weisen diese Schutzgeräte keine galvanische Trennung auf, welche häufig nach Produktnorm ge fordert ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Niederspan nungsleistungsschalter bzw. Niederspannungsschalter der ein gangs genannten Art zu verbessern, insbesondere einen hybri den Schalter zur Verfügung zu stellen, der für Netze bei de nen schnelle AbschaltZeiten benötigt werden, geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Niederspannungsleistungsschal ter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder einen Nie derspannungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst .

Erfindungsgemäß wird in einer ersten Variante ein Niederspan nungsleistungsschalter vorgeschlagen, aufweisend:

- mindestens einen Stromsensor, zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines dem Stromsensor zugeordneten Lei ters des Niederspannungsleistungsschalters, wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ein Stromsensor vorgesehen sein kann,

- mindestens eine elektromechanische Schalteinheit zum Ver binden und Trennen mindestens zweier elektrischer Kontakt stellen, von denen zumindest eine so beweglich ist, dass in einer ersten SchaltStellung der beweglichen Kontaktstelle zwei Kontaktstellen miteinander verbunden sind und in einer zweiten SchaltStellung die betreffenden Kontaktstellen nicht miteinander verbunden sind,

wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ei ne elektromechanische Schalteinheit vorgesehen sein kann,

- mindestens eine ein Halbleiterschaltelement aufweisende elektronische Schalteinheit, die in einem ersten Schaltzu stand elektrisch leitend und in einem zweiten Schaltzustand elektrisch sperrend ist, die elektrisch parallel zur elektro mechanischen Schalteinheit geschaltet ist,

wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ei ne elektronische Schalteinheit vorgesehen sein kann,

- eine mit dem Stromsensor, der (den) elektronischen und der (den) elektromechanischen Schalteinheit (en) verbundene elektronische Auslöseeinheit , die derart ausgestaltet sind, dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters (bzw. mindestens eines Leiters) zuerst eine Trennung der elektromechanischen Schalt einheit und dann eine Sperrung der elektronischen Schaltein heit erfolgt,

bei mehreren elektromechanischen und elektronischen Schalt einheiten erfolgt dies parallel für alle entsprechenden

Schalteinheiten .

Erfindungsgemäß ist die elektromechanische Schalteinheit als Vakuumschalter ausgestaltet, bei der die Kontaktstellen im Vakuum sind, und ein piezoelektrischer Aktor ist für die SchaltStellungsänderung (Kommutierung) der elektromechani schen Schalteinheit vorgesehen.

Erfindungsgemäß wird in einer zweiten Variante ein Nieder spannungsschalter vorgeschlagen, aufweisend:

- mindestens einen Stromsensor, zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines dem Stromsensor zugeordneten Lei ters des Niederspannungsschalters,

wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ein Stromsensor vorgesehen sein kann,

- mindestens eine elektromechanische Schalteinheit zum Ver binden und Trennen mindestens zweier elektrischer Kontakt stellen, von denen zumindest eine so beweglich ist, dass in einer ersten SchaltStellung der beweglichen Kontaktstelle zwei Kontaktstellen miteinander verbunden sind und in einem zweiten SchaltStellung die betreffenden Kontaktstellen nicht miteinander verbunden sind,

wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ei ne elektromechanische Schalteinheit vorgesehen sein kann,

- mindestens eine ein Halbleiterschaltelement aufweisende elektronische Schalteinheit, die in einem ersten Schaltzu stand elektrisch leitend und in einem zweiten Schaltzustand elektrisch sperrend ist, die elektrisch in Serie zur elektro mechanischen Schalteinheit geschaltet ist,

wobei für jeden Leiter oder einem Teil der Leiter jeweils ei- ne elektronische Schalteinheit vorgesehen sein kann,

- eine mit dem Stromsensor, der (den) elektronischen und der (den) elektromechanischen Schalteinheit (en) verbundene elektronische Auslöseeinheit , die derart ausgestaltet sind, dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters zuerst eine Sperrung der elektronischen Schalteinheit und dann eine Trennung der elektromechanischen Schalteinheit erfolgt,

bei mehreren elektromechanischen und elektronischen Schalt einheiten erfolgt dies parallel für alle entsprechenden

Schalteinheiten .

Erfindungsgemäß ist die elektromechanische Schalteinheit als Vakuumschalter ausgestaltet, bei der die Kontaktstellen im Vakuum sind und ein piezoelektrischer Aktor ist für die

SchaltStellungsänderung (Kommutierung) der elektromechani schen Schalteinheit vorgesehen.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein piezoelektrischer Aktor für die Kommutierung des elektrischen Stromes von der elektromechanischen Schalteinheit bzw. mechanischen Kontakt auf die elektronische Schalteinheit bzw. (Leistungs-) Halbleiterschaltelement respektive (Leistungs-) Halbleiterpfad eingesetzt wird. Der piezoelektrische Aktor ist so schnell, dass eine Bewegung in ca. 20ps oder schneller möglich ist. Dadurch ist es möglich, eine Umschaltung auf den parallelen Leistungshalbleiterpfad in einer Zeit zu ermögli chen, die es dem nun im Strompfad befindlichen Halbleiter er möglicht, den Strom zutragen und zu schalten, ohne die Zer störungsgrenze des Halbleiters zu erreichen. Somit können sehr schnelle Abschaltungen bzw. Unterbrechungen des elektri schen Stromkreises erreicht werden.

Dies hat ferner den besonderen Vorteil, dass ein Niederspan nungsschalter ermöglicht wird, d.h. einem Schalter für klei nere Ströme als beim Niederspannungsleistungsschalter, bei dem eine Reihenschaltung von elektromechanischer Schaltein heit und elektronischer Schalteinheit ermöglicht wird, wobei die piezobetriebene elektromechanische Schalteinheit die Auf gabe der galvanischen Trennung übernimmt.

Ferner müssen bei kleineren Strömen nur kleinere Masse der Kontakte bzw. Kontaktstellen bewegt werden, wobei günstig piezoelektrische Aktoren eingesetzt werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist min destens eine elektromechanische Trenneinheit vorgesehen, die elektrisch in Reihe zur Parallelschaltung aus Vakuumschalter / neuer elektromechanischer Schalteinheit und elektronischer Schalteinheit angeordnet ist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine galvanische Tren nung realisiert werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die elektromechanische Trenneinheit Trennereigenschaften auf. Mit Trennereigenschaften ist eine Trennfunktion gemeint, bei der ein gewisser Mindestabstand bzw. Mindestluftstrecke zwischen den Kontakten der elektromechanischen Trenneinheit realisiert ist. Diese Mindestluftstrecke ist im Wesentlichen spannungs abhängig. Weitere Parameter sind der Verschmutzungsgrad, die Art des Feldes (homogen, inhomogen), und der Luftdruck bzw. die Höhe über Normalnull. Für diese Mindestluftstrecken bzw. Kriechstrecken gibt es entsprechende Vorschriften bzw. Nor men. Diese Vorschriften geben beispielsweise bei Luft für ei ne Stoßspannungsfestigkeit die Mindestluftstrecke für ein in homogenes und ein homogenes (ideales) elektrisches Feld in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad an. Die Stoßspannungsfes tigkeit ist die Festigkeit beim Anlegen einer entsprechenden Stoßspannung. Nur bei Vorliegen dieser Mindestlänge (Mindest strecke) weist die elektromechanische Trenneinheit eine Trennfunktion bzw. Trennereigenschaft auf. Im Sinne der Er findung ist hierbei für die Trennfunktion und deren Eigen schaften die Normenreihe DIN EN 60947 bzw. IEC 60947 ein schlägig, auf die hier durch Referenz Bezug genommen wird.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Niederspannungs leistungsschalter eine Trennfunktion aufweist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektromechanische Trenneinheit mit der elektronischen Auslö-seeinheit verbunden ist und bei Überschreitung von Strom- o-der/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters erfolgt zu erst eine Trennung des Vakuumschalters bzw. der neuen elekt romechanischen Schalteinheit, dann eine Sperrung der elektro nischen Schalteinheit und im Anschluss eine Trennung der elektromechanischen Trenneinheit .

Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Herstellung der Trennfunktion automatisch erfolgt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der piezoelektrische Aktor ein Piezostack.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache und günstige Realisierung für den Piezoaktor gegeben ist, wo bei sich durch den Piezostack große Schalthübe für die elekt romechanische Schalteinheit realisieren lassen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Halbleiterschaltelement ein Bauelement auf Siliziumbasis, insbesondere ist es ein IGBT, d.h. Isolated Gate Bipolartran sistor. Mit Siliziumbais ist insbesondere kein Bauelement auf SiC (Silizium-Kohlenstoff) Basis gemeint.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders kosten günstige Realisierung gegeben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der der Schalter für einen Niederspannungsstromkreis vorgesehen und für jeden durch den Schalter überwachten Leiter des Nie derspannungsstromkreises sind ein Vakuumschalter bzw. eine neue elektromechanische und eine elektronische Schalteinheit vorgesehen .

Dies hat den besonderen Vorteil, dass jeder überwachte Leiter des Niederspannungsstromkreises durch eine erfindungsgemäße Lösung geschützt wird. In einem Dreiphasenwechselstromkreis sind so die drei Phasenleiter und, bei vorhandenem Nulllei ter, gegebenenfalls der Nullleiter geschützt. Somit sind drei bzw. vier Kombinationen von elektromechanischer und elektro nischer Schalteinheit vorgesehen. Ggfs, ergänzt durch drei bzw. vier elektromechanische Trenneinheiten.

Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 oder 5, als auch rückbezogen ledig lich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Pa tentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Niederspan nungsleistungsschalter bzw. Niederspannungsschalters, insbe sondere zur Verbesserung der SchaltZeiten .

Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild eines Niederspannungsleistungs schalters ;

Figur 2 ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Anordnung;

Figur 3 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrome chanischen Schalteinheit;

Figur 4 eine Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Anordnung .

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Nieder spannungsleistungsschalters LS bzw. Niederspannungsschalters NS herkömmlicher Bauart. Figur 1 zeigt elektrische Leiter LI, L2, L3, N eines Niederspannungsstromkreises, beispielsweise eines Dreiphasen-Wechselstromkreises , wobei der erste Leiter LI die erste Phase, der zweite Leiter L2 die zweite Phase, der dritte Leiter L3 die dritte Phase und der vierte Leiter den Nullleiter N des Dreiphasen-Wechselstromkreises bildet. Die Leiter sind durch den Niederspannungsleistungsschalters LS bzw. Niederspannungsschalters NS geführt. Der Niederspan nungsleistungsschalters LS bzw. Niederspannungsschalters NS sind insbesondere in einem Gehäuse angeordnet.

Im Beispiel gemäß Figur 1 ist der erste Leiter LI mit einem Energiewandler EW verbunden (beispielsweise als Teil eines Wandlersatzes) , derart, dass mindestens ein Teil des Stromes, d.h. ein Leiterteilstrom, bzw. der gesamte Strom des ersten Leiters LI durch die Primärseite des Energiewandlers EW fließt. Üblicherweise bildet ein Leiter, im Beispiel der ers te Leiter LI, die Primärseite des Energiewandlers EW. Der Energiewandler EW ist üblicherweise ein Transformator mit Kern, z.B. ein Eisenwandler. In einer Ausgestaltung kann in jeder Phase bzw. in jedem Leiter des elektrischen Stromkrei ses ein Energiewandler EW vorgesehen sein. Die Sekundärseite des Energiewandlers EW bzw. jedes vorgesehenen Energiewandler ist mit einem Netzteil NT (oder mehreren Netzteilen) verbun den, das eine Energieversorgung, z.B. eine Eigenversorgung, beispielsweise in Form einer Versorgungsspannung, für die elektronische Auslöseeinheit ETU zur Verfügung stellt, darge stellt durch eine gestrichelt gezeichnete Verbindung von Be triebsspannungsleitern BS . Das Netzteil NT kann zudem noch mit mindestens einem oder allen Stromsensoren SEI, SE2, SE3, SEN verbunden sein, zur Energieversorgung der Stromsensoren -falls erforderlich.

Jeder Stromsensor SEI, SE2, SE3, SEN weist mindestens ein Sensorelement auf, beispielsweise eine Rogowskispule, einen Messwiderstand / Shunt, einen Hallsensor o.ä., zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes des ihm zugeordneten Lei ters des elektrischen Stromkreises. Im Beispiel ist der erste Stromsensor SEI dem ersten Leiter LI, d.h. der ersten Phase; der zweite Stromsensor SE2 dem zweiten Leiter L2, d.h. der zweiten Phase; der dritte Stromsensor SE3 dem dritten Leiter L3, d.h. der dritten Phase; der vierte Stromsensor SEN dem (vierten Leiter) Nullleiter N zugeordnet.

Die ersten bis vierten Stromsensoren SEI, SE2, SE3, SEN sind mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU verbunden und über mitteln dieser die Höhe des elektrischen Stromes des jeweili gen Leiters.

Die übermittelte Höhe des Stromes wird in der elektronischen Auslöseeinheit ETU mit Stromgrenzwerten oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten, die Auslösegründe bilden, vergli chen. Bei Überschreitung dieser, wird eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises veranlasst. Hiermit wird ein Über strom- oder/und Kurzschlussschutz realisiert. Dies kann bei spielsweise dadurch erfolgen, dass eine elektromechanische Schalteinheit EM vorgesehen ist, die einerseits mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU verbunden ist und anderer seits Kontakte K bzw. Kontaktstellen zur Unterbrechung der Leiter LI, L2, L3, N bzw. weiterer Leiter aufweist. Die elektromechanische Schalteinheit EM erhält in diesem Fall ein Unterbrechungssignal zur Öffnung der Kontakte bzw. Kontakt stellen .

Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung ANSI, wobei die Anordnung ANSI gemäß Figur 2 an Stelle der elektromechani schen Schalteinheit EM gemäß Figur 1 eingesetzt wird, bei spielsweise wird in jedem Leiter LI, L2, L3, N eine erfin dungsgemäße Anordnung ANSI eingesetzt, im Beispiel würden vier erfindungsgemäße Einheiten ANSI die bisherige elektrome chanische Schalteinheit EM gemäß Figur 1 ersetzen.

Figur 2 zeigt einen Leiter, beispielsweise den ersten Leiter LI, der eine Parallelschaltung einer erfindungsgemäßen neuen elektromechanischen Schalteinheit EMVP (Vakuumschalter) und einer elektronischen Schalteinheit EL aufweist. In Serie zu dieser Parallelschaltung (EMVP, EL) kann eine elektromechani sche Trenneinheit TE geschaltet sein, wie in Figur 2 darge stellt. Die Einheiten der Parallelschaltung (EMVP, EL) und ggfs, der elektromechanischen Trenneinheit (TE) sind in ge- wohnter Weise durch (nicht dargestellte) Verbindungen mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU bzw. einer Steuerung des Schalters verbunden.

Figur 3 zeigte eine Darstellung einer erfindungsgemäßen neuen elektromechanischen Schalteinheit EMVP respektive Vakuum schalter EMVP , wie sie in Figur 2 eingesetzt werden soll. Diese kann ein Gehäuse GEH aufweisen. Sie weist ferner Kon takte K auf, speziell eine feste Kontaktstelle KSF und beweg liche Kontaktstelle KSB. Alternativ können auch zwei bewegli che Kontaktstellen vorgesehen sein.

Beide sind in einem Vakuum angeordnet, beispielsweise in ei ner Vakuumröhre VR.

Die bewegliche Kontaktstelle KSB wird durch einen Piezoaktor PA, insbesondere durch einen Piezostack, mit dem sich ein großer Hubweg / Schaltweg realisieren lässt, betätigt, d.h. ist in ihrer Position veränderbar, so dass in einer ersten SchaltStellung die beiden Kontaktstellen KSB, KSF miteinander verbunden sind, so dass ein elektrischer Strom fließen kann, und in einem zweiten SchaltStellung die betreffenden Kontakt stellen KSB, KSF nicht miteinander verbunden sind, d.h. ge trennt sind, so dass kein elektrischer Strom fließen kann.

Erfindungsgemäß erfolgt bei einem Niederspannungsleistungs schalter bei einem Unterbrechungsvorgang zuerst eine Tren nung, d.h. Öffnung bzw. Nichtverbindung der Kontak

te/Kontaktstellen, des Vakuumschalters EMVP / neuen elektro mechanischen Schalteinheit EMVP und dann eine Sperrung, d.h. ein nichtleitend bzw. hochohmig werden, der elektronischen Schalteinheit EL.

Bei einem Schließvorgang wird zuerst die elektronische

Schalteinheit EL leitend bzw. niederohmig, dann schließt die neue elektromechanische Schalteinheit EMVP bzw. Vakuumschal ter EMVP, d.h. die Kontakte schließen bzw. die Kontaktstellen sind miteinander verbunden.

Ist eine elektromechanische Trenneinheit TE vorgesehen, öff nete diese bei einem Unterbrechungsvorgang im Anschluss an den nichtleitenden bzw. hochohmigen Zustand der elektroni schen Schalteinheit EL ihre Kontakte.

Bei einem Schließvorgang schließen zuerst die Kontakte der elektromechanischen Trenneinheit TE, bevor die elektronische Schalteinheit EL niederohmig bzw. leitend wird.

Figur 4 zeigt eine zweite Anordnung ANS2 für einen Nieder spannungsschalter NS, bei der an Stelle der elektromechani schen Schalteinheit EM gemäß Figur 1 die zweite Anordnung ANS2 gemäß Figur 4 eingesetzt wird.

Figur 4 zeigt eine elektronische Schalteinheit EL, die elektrisch in Serie zur neuen elektromechanischen Schaltein heit EMVP bzw. Vakuumschalter EMVP, gemäß Figur 3, geschaltet ist .

Bei einem Niederspannungsschalter NS mit einer Serienschal tung einer elektronischen Schalteinheit EL und einer neuen elektromechanischen Schalteinheit EMVP wird bei Überschrei tung von Strom- oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten des Leiters zuerst eine Sperrung der elektronischen Schalteinheit EL und dann eine Trennung der neuen elektromechanischen Schalteinheit / Vakuumschalter EMVP durchgeführt.

Bei einem Schließvorgang wird zuerst die neue elektromechani sche Schalteinheit / Vakuumschalter EMVP geschlossen und an schließend die elektronische Schalteinheit EL leitend bzw. niederohmig .

Die elektronische Schalteinheit EL weist erfindungsgemäß min destens ein Halbleiterschaltelement auf, insbesondere einen Isolated Gate Bipolartransistor, kurz IGBT. In einem ersten Schaltzustand ist die elektronische Schalteinheit EL

elektrisch leitend, d.h. niederohmig, und in einem zweiten Schaltzustand elektrisch sperrend, d.h. hochohmig - idealer weise nichtleitend.

Die neue elektromechanische Schalteinheit / Vakuumschalter EMVP zum Verbinden mindestens zweier elektrischer Kontakt stellen ist z.B. so ausgestaltet, dass der Piezoaktor PA mit der beweglichen Kontaktstelle KSB gekoppelt ist, so dass die bewegliche Kontaktstelle KSB mittels des Piezoaktors PA zwi schen der ersten SchaltStellung und der zweiten Schaltstel lung verstellbar ist.

In einer Ausgestaltung kann der Vakuumschalter EMVP so ausge führt sein, dass mehrere bewegliche elektrische Kontaktstel len KSB vorgesehen sind, die mechanisch untereinander gekop pelt sind, dass sie gemeinsam durch den Piezoaktor PA zwi schen den SchaltStellungen verstellbar sind.

Damit können durch einen Piezoaktor gleichzeitig zwei, drei oder vier (bzw. mehrere) Kontakte geöffnet oder geschlossen werden .

Der Vorteil der Erfindung liegt unter anderem in einer An triebstechnologie zum elektromechanischen Schalten, welche im ps (Mikrosekundenbereich) eine SchaltStellungsänderung / Kom mutierung erlaubt, d.h. Umschalten von elektromechanischem Strompfad auf den elektronischen Strompfad (Halbleiterpfad) . Bisherige bekannte Konzepte sind zu langsam. Mit einer erfin dungsgemäßen Piezostack-Realisierung bietet sich die Möglich keit, sowohl Ansprechzeit als auch den Hub anzupassen.

Die mögliche Begrenztheit des Hubes von Piezoaktoren wird er findungsgemäß durch eine Vakuumröhre ausgeglichen, d.h. der Piezoantrieb wird mit einer Vakuumröhre kombiniert.

In einer Ausgestaltung kann der Piezoaktor in die Vakuumröhre bzw. Vakuumkammer integriert werden.

Geforderte Trennstrecken können mit Hilfe einer Vakuumkammer bzw. -röhre zudem mit kleineren Abständen realisiert werden, was insbesondere für Niederspannungsschalter bzw. ggfs. Nie derspannungsleistungsschalter von Vorteil ist.

Die Dimensionierung der Vakuumkammer richtet sich nach dem Nennstrom. Dabei kann vorteilhaft genutzt werden, dass Leis tungshalbleiter in z.B. Umrichtern bereits den Strom begren zen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, von teuerem Halbleitermaterial, wie SiC, auf Si umzusteigen, das zudem eine höhere Stromtragfähigkeit aufweist, ferner als IGBT preiswert ist.

Mit einer in Serie geschalteten elektromechanischen Trennein-heit TE bzw. Trenner kann eine galvanische Trennstrecke er reicht werden.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und ande re Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.