Forschungsvorhaben: Ultraschneller und intelligenter rein elektronischer und hybrider LVDC-Schalter mit sicherer Trennung; Teilvorhaben: Entwicklung einer Steuerung für Hybride Schaltgeräte

Abstract

Im Verbundprojekt HybSchaDC wurden ultraschnelle und intelligente hybride Schaltgeräte für effiziente Niederspannungs-Gleichstromnetze entwickelt und experimentell validiert. Das Teilvorhaben der Panasonic Industry Europe GmbH konzentrierte sich auf mechanische Schaltstrecken, leistungselektronische Kommutierungspfade sowie die zugehörige Steuerungs-, Mess- und Schutztechnik. In umfangreichen Versuchsreihen wurden das Schalt- und Wiederverfestigungsverhalten, der Kontaktverschleiß und die Materialwanderung verschiedener Kontaktwerkstoffe untersucht. Dabei zeigte eine Wasserstoff-Stickstoff-Atmosphäre insbesondere bei lichtbogenbehafteten Abschaltvorgängen eine deutliche Verringerung von Lichtbogenenergie, Kontaktverschleiß und erforderlicher Wiederverfestigungszeit. Auf Grundlage der Ergebnisse entstand eine echtzeitfähige, modulare Prüfplattform für hybride Schaltvorgänge bis 800 V und 500 A. Die mechanische Schaltstrecke, der bidirektionale IGBT-Pfad, der Überspannungsschutz und die Steuerung wurden anschließend in einem kompakten Hybridrelais-Demonstrator zusammengeführt. Dessen Funktion wurde bei 800 V, 100 A und induktiver Last sowie in einem Lebensdauertest mit 100.000 Schaltspielen erfolgreich nachgewiesen. Ergänzende Untersuchungen mit spannungsfesteren Halbleitern bestätigten die grundsätzliche Skalierbarkeit des Konzepts in Richtung 1500 V DC. Die Projektergebnisse schaffen damit eine belastbare Grundlage für weiterführende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, seriennahe Demonstratoren sowie Beiträge zur Normung hybrider DC-Schaltgeräte.