Überstrom-Detektions- und Begrenzungseinheit - Kurzschluss-Erkennung und strombegrenzendes Halbleiter-Schalten in < 1 µs

Gleichstromnetze stehen vor besonderen Herausforderungen bei der Erkennung und Abschaltung von Kurzschlussströmen, insbesondere aufgrund der hohen Stromanstiegsgeschwindigkeiten. Dieser Beitrag untersucht die Detektion und Begrenzung von Kurzschlüssen und stellt eine innovative Überstrom-Detektions- und Begrenzungseinheit vor, welche Detektion und Begrenzung in einem System kombiniert. Diese Einheit basiert auf einer Spule mit einem gesättigten Ferritkern und integriertem Permanentmagneten, die bei Überschreiten eines Schwellenstroms entsättigt wird und dadurch infolge der steigenden Induktivität die Stromsteilheit effektiv begrenzt. Zeitgleich wird die Fehlerdetektion durch die induzierte Spannung in einer ebenfalls auf dem Ferritkern angeordneten Detektionsspule ermöglicht.
Experimentelle Tests mit dem Prototyp eines Halbleiter-Leistungsschalters bestätigen die Effektivität des Konzepts: Die maximale Stromstärke wird unabhängig von der Impedanz des Fehlerpfades auf einen definierten Wert begrenzt. Zudem wird eine Detektionszeit von unter 50 ns erreicht. Dies ermöglicht das einfache Erzielen von Selektivität auch bei komplexen Netzkonfigurationen. Das Konzept bietet somit einen vielversprechenden Ansatz zur Verbesserung der Sicherheit und Effizienz in Gleichstromnetzen.