Hallo!
Bei einer Projektarbeit stehe ich vor dem Problem höhere Gleichströme
schalten zu müssen. Im normalen Betriebsfall sind es etwa 30A.
Allerdings – und hier liegt der Hund begraben – können im Fehlerfall
Ströme von bis zu 150A fließen. Der Fehlerfall wird von einer
Messelektronik erkannt, allerdings muss der Fehlerstrom dann vom
Schaltorgan abgeschaltet werden können (also Schaltvermögen ~150A).
Erschwerend kommen folgende Punkte hinzu:
- Die Trennung muss galvanisch sein, rein elektronische Konzepte sind
nicht zulässig (sonst wäre es ja auch zu leicht :-) )
- Der Strom muss in beide Richtungen fließen können, also sowohl von der
Quelle zur Last, als auch von der Last zur Quelle.
- Da es sich hierbei um einen Teilaspekt einer Messanwendung handelt,
muss der Spannungsabfall entlang des Schaltkontakts möglichst gering
bleiben (< 10mOhm wäre wünschenswert).
- Die Quellenspannung, welche die 30 – 150A liefert, hat lediglich eine
Spannung von 1,5 – 5V. Diese Spannung muss also ausreichen um den
Kontaktwiderstand des Schaltkontakts zu überwinden.
- Und schließlich muss die Trennung auch noch allpolig erfolgen.
Ich habe mir über diese Problemstellung schon ausgiebig Gedanken
gemacht. Ursprünglich wollte ich eine Kombination aus
Leistungselektronik und DC-Schütz verwenden, davon bin ich aber aufgrund
der Forderung nach dem bidirektionalen Stromfluss wieder abgekommen.
Mittlerweile glaube ich, dass eine Verwendung eines (oder mehrerer)
DC-Leistungsschützes das sinnvollste wäre. Ich habe schon die diversen
Hersteller abgeklappert und bin bei diesem Typ hängengeblieben:
http://www.schaltbau-gmbh.com/de/Produkte/Schuetze/Gleichstromschuetze-fuer-Bahnanwendungen/Baureihe-C137/
Davon würde ich dann einfach zwei verwenden um der Forderung nach
Allpoligkeit gerecht zu werden. Wie die angehängte Skizze zeigt, könnte
durch korrekte Verschaltung auch eine gute Lichtbogenlöschung in beide
Richtungen erzielt werden.
Meine Fragen an euch sind:
Habt ihr irgendwelche anderen oder besseren Vorschläge wie diese
Schaltaufgabe gelöst werden könnte? Kennt ihr andere Schütze oder
Relais, die dieser Aufgabe gewachsen sind? Ist meine Idee sinnvoll, oder
völlig über- bzw. unterdimensioniert?
Es würde mich sehr freuen, wenn ein paar erfahrene
Elektrotechniker/innen ihre Meinung zu diesem Thema abgeben könnten.
Vielen Dank!
Falk Brunner schrieb:> Bei 5V und 150A Fehlerstrom reichen etwas größere KFZ-Relais.
Können die dann auch die 150A trennen? Und das ohne Bildung eines
Lichtbogens? Für 150A gibt es doch bei den Leistungsschützen für DC (und
die haben noch einen größeren Kontaktabstand als Kfz-Relais) schon
Ausführungen mit Löschkammern und sogar Ausblasspulen...
Wenn ich den Hannes richtig verstanden habe, ist das für seinen
Einsatzzweck notwendig.
Dieter Werner schrieb:> Die Problematik mit Lichtbogen tritt bei maximal 5V nicht auf, das> kommt> erst ab ca. 20V zum Tragen.
Okay, das hatte ich nicht bedacht.
@ ich (Gast)
>> Bei 5V und 150A Fehlerstrom reichen etwas größere KFZ-Relais.>Können die dann auch die 150A trennen?
Hmmm, AFAIK ja.
> Und das ohne Bildung eines Lichtbogens?
Der spielt bei 5V noch keine allzugroße Rolle.
> Für 150A gibt es doch bei den Leistungsschützen für DC (und>die haben noch einen größeren Kontaktabstand als Kfz-Relais) schon>Ausführungen mit Löschkammern und sogar Ausblasspulen...
Aber nicht bei 5V.
@Falk:
Wenn die Kfz-Relais 150A trennen können, dann stimme ich dir insgesamt
zu.
Das Thema Lichtbogen bei 5V hat sich schon erledigt, war ein Irrtum von
mir. Bei 5V spielt das wirklich noch keine Rolle.
Hallo!
Schon mal vielen, vielen Dank für die ganzen Antworten.
An die Verwendung eines KFZ-Relais habe ich schon mal gedacht.
Allerdings habe ich diese Idee dann wieder verworfen.
Könnt ihr mir vielleicht kurz erklären warum bei 5V noch keine
Lichtbogen auftreten bzw. warum sie es bei 20V tun?
Gibt es irgendwelche Literatur zu diesem Thema?
Wegen der Lichtbogenbildung ist mir jetzt doch noch was eingefallen:
Bei meinen Recherchen hab ich mal gelesen, dass die Lichtbogenbildung ab
~8V interessant wird, da die erste Ionisierungsenergie der meisten
Metalle in diesem Bereich liegt. Bei Fe sind es beispielsweise 7,870 eV.
Aah, ihr habt mich schon wieder weitergebracht, vielen Dank!
Für weitere Vorschläge etc. (auch bezüglich Literatur) wäre ich
natürlich immer noch dankbar.
Hannes H. schrieb:> Wegen der Lichtbogenbildung ist mir jetzt doch noch was> eingefallen:> Bei meinen Recherchen hab ich mal gelesen, dass die Lichtbogenbildung ab> ~8V interessant wird, da die erste Ionisierungsenergie der meisten> Metalle in diesem Bereich liegt. Bei Fe sind es beispielsweise 7,870 eV.>> Aah, ihr habt mich schon wieder weitergebracht, vielen Dank!>> Für weitere Vorschläge etc. (auch bezüglich Literatur) wäre ich> natürlich immer noch dankbar.
...bei Kupfer sind es wohl um die 15V. Darunter kann sich keine
Ionisation ausbilden. Wobei es bei Relais auf das Kontaktmaterial
ankommt, und das ist bestimmt kein Eisen oder Kupfer :-)
Literaturquellen habe ich jetzt auch keine parat, da war nur was im
Hinterkopf, und der Beitrag von Dieter Werner hat es wieder ans
Tageslicht gebracht :-)
@Ingo Stahl (ingo-s)
>Schau Dir vorher mal genau die Daten an. Bei den 80A Typen habe ich>keins unter 30mOhm gefunden.
Jaja, und du glaubst auch an den Weihnachtsmann?
Schon mal nachgerechnet?
P = I^2 * R = 80A^2 * 30mOhm = 192W.
Da brennt das Relais lichterloh!
Was "sinnigerweise" in vielen Datenblätter drin steht, ist ein
juristischer Furz, von wegen maximal xxx mOhm bei 0,1A oder so. Das ist
in den allermeisten Fällen um GRÖßENORDUNGEN von der Realität entfernt
und soll u.a. eine Indikation der Oxidierung der Kontakte darstellen.
Weiß der Geier was das soll.
Praxisbeispiel. Ein 30A Minirelais wurde mit max. 100 mOhm
"spezifiziert", real gemessen hab ich bei 1A ~3 (DREI) mOhm. Das macht
auch mehr Sinn.
P = I^2 * R = 30A^2 * 3mOhm = 2,7W.
Ingo Stahl schrieb:
> KFZ Relais?> Schau Dir vorher mal genau die Daten an. Bei den 80A Typen habe ich> keins unter 30mOhm gefunden.
Guter Einwand! Über dieses Problem bin ich auch gerade gestolpert.
Dieses KFZ-Relais wäre beispielsweise sehr gut geeignet, hat allerdings
auch 30mOhm:
http://www.tme.eu/html/EN/150a-high-current-relays/ramka_8013_EN_pelny.html
Hat jemand eine Idee? Einfach drei parallel schalten :-) ?
Erschwerend kommt hinzu, dass ich ja zwei Schaltstrecken brauche, da die
Trennung ja allpolig sein muss/soll.
Falk Brunner schrieb:> @Ingo Stahl (ingo-s)>>>Schau Dir vorher mal genau die Daten an. Bei den 80A Typen habe ich>>keins unter 30mOhm gefunden.>> Jaja, und du glaubst auch an den Weihnachtsmann?> Schon mal nachgerechnet?>> P = I^2 * R = 80A^2 * 30mOhm = 192W.>> Da brennt das Relais lichterloh!>> Was "sinnigerweise" in vielen Datenblätter drin steht, ist ein> juristischer Furz, von wegen maximal xxx mOhm bei 0,1A oder so. Das ist> in den allermeisten Fällen um GRÖßENORDUNGEN von der Realität entfernt> und soll u.a. eine Indikation der Oxidierung der Kontakte darstellen.> Weiß der Geier was das soll.>> Praxisbeispiel. Ein 30A Minirelais wurde mit max. 100 mOhm> "spezifiziert", real gemessen hab ich bei 1A ~3 (DREI) mOhm. Das macht> auch mehr Sinn.>> P = I^2 * R = 30A^2 * 3mOhm = 2,7W.
Da haben wir uns wohl gerade überschnitten.
Macht aber sehr viel Sinn was du sagst, danke.
Ich werde nächste Woche mal ein paar Messungen machen.
Hannes H. schrieb:> Hat jemand eine Idee? Einfach drei parallel schalten :-) ?
Hallo Hannes,
das würde ich nicht machen, denn die Schaltzeiten sind niemals
hundertprozent identisch. Und wenn eins schon geschaltet hat, muß es den
vollen Strom übernehmen, bis dann das zweite und irgendwann das dritte
kommt. Und beim Abschalten genauso, eins ist immer das letzte, und das
muß dann den gesamten Strom tragen. Auch wenn die Zeiten so kurz sind,
daß es fast gleichzeitig erscheint, spielt das doch eine Rolle.
Keine Ursache
Bei den 80A Typen habe ich
>>keins unter 30mOhm gefunden...
...das ist der Leitungswiderstand von 2 75cm langen 1mm²
Kupfermessleitungen, die haben sie vergessen bei der Kontakt- Messung
abzuziehen;-))
Hannes H. schrieb:> Bei einer Projektarbeit stehe ich vor dem Problem höhere Gleichströme> schalten zu müssen. Im normalen Betriebsfall sind es etwa 30A.> Allerdings – und hier liegt der Hund begraben – können im Fehlerfall> Ströme von bis zu 150A fließen.
Grundsätzlich ist es wesentlich einfacher, grosse DC-Ströme zu
schalten als grosse DC-Spannungen. Die meisten Schalter und
Relaishersteller spezifizieren ihre Schalter und Relais nur
bis 30V. Will man darüber hinaus, ist das zwar nicht unmöglich,
das Angebot ist dann aber recht dünn.
Gruss
Harald
Schaltbild.png
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