CH274359A

CH274359A - Installation de convertisseurs statiques de courant munie d'un dispositif de protection contre des surtensions.

Info

Publication number: CH274359A
Authority: CH
Inventors: Aktiebolaget Allman Elektriska
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1946-03-22
Filing date: 1947-03-20
Publication date: 1951-03-31

Description

Installation de couvertisseurs statiques de eourant munie d'un dispositif de protection eontre des surtensions. Pour la protection contre des surtensions dans les convertisseurs statiques de courant, on a jusqu'ä pHsent employ6 des dispositifs de d6rivation reli6s entre les bornes de cou- rant alternatif, par exemple du type 6elateur en s6rie avee des r6sistances d6pendant de la tension. La eapaeit6 de protection de tels dis- positifs est pourtant assez limit6e essentielle- ment ä des surtensions du c6t6 courant alter- natif, vu qu'un courant continu pHsente la tendance d'y devenir permanent. Cependant, des surtensions peuvent 6tre crddes aussi du cöt6 courant continu par diff6rentes eauses, et les perturbations de ce genre se pHsentent surtout Hquemment dans les convertisseurs ä haute tension, par exemple dans les instal- lations de transmission ä longue distance par courant continu ä hante tension. Une telle perturbation peut se produire, par exemple, lorsque le passage du courant dans une valve ionique appartenant au convertisseur est fortement restreint par une autre eause que la commutation normale, par exemple par la Hsistance du cireuit, augment6e rapidement par suite d'une p6nurie d'ions, surtout quand les eauses ext6rieures tendent ä augmenter le courant. Ce ph6nom#ne, Unomm6 ici d6- coupage du courant, amäne in6vitablement une surtension entre les bornes de la valve. Une autre eause d'une surtension, qui peut se pHsenter surtout dans les installations ä plusieurs convertisseurs reli6s en s6rie, est une interruption dans un convertisseur, par exemple par l'extinction du courant de main- tien, en m6me temps qu'un court-eireuit dans un ou plusieurs des autres convertisseurs, par exemple par un retour d'arc dans un redres- seur ou par un d6faut de commutation dans un onduleur, tandis que la tension totale du cW courant alternatif est maintenue par exemple par la eapaeit6 de la ligne ou par un condensateur de lissage. La partie majeure de cette tension, 6ventuellement la tension entibre, est alors appliqu6e au convertisseur frapp6 par Finterruption. D'autres eas de per- turbation qui sont eauses des surtensions seront d6erits plus loin.

Vinstallation de convertisseurs statiques de ecurant suivant la pr6sente invention, comprenant un dispositif de protection contre des surtensions, comprend des valves ioniques pr6sentant une chute de tension basse ä la eathode, par exemple celles ayant une eathode chaude ou ä arc, lesquelles valves sont relMes au dispositif de protection de fagon ä rester inactives avant l'apparition de la surtension, et qui sont excit6es sous Finfluence de celle-ei. Les valves ainsi excitdes peuvent kre cer- taines valves prineipales du convertisseur, lesquelles peuvent Atre excit6es surtout lors, d'un d6coupage du courant dans une valve pour ainsi admettre le courant par des autres voies que la voie normale. Dans plusieurs cas, il est cependant pr6f6r6 d'employer des valves de passage s6par#es, qui ne partieipent pas ä la travers6e normale du courant, mais qui entrent en action lors d'une surtension sur un c onvertisseur et court-circuitent ce dernier.

L'excitation d'une valve servant ä pro- tgger contre des surtensions peut Atre effee- tu6e par une commande de grilles, par la mise en aetion d'un allumeur instantan6, par exemple une rdsistance d'allumage ou de toute autre mani#re appropri6e.

L'excitat,ion par une surtension peut kre r6alis6e de plusieurs fagons diff6rentes dont quelques-unes seront dAerites ei-dessous.

Dans le dessin annex6, les fig. 1 - 3 repr6- sentent ä titre d'exemple et de fagon sch6ma- tique trois formes d'exkution de Fobjet de Pinvention. Toutes les figures repHsentent des convertisseurs ä double voie, mais Vin- vention est 6galement applicable ä des con- vertisseurs ä simple voie.

La fig. 1 repr6sente un redresseur triphas6 ä double voie muni d'un dispositif de protee- tion contre des surtensions. Pour simplifier le dessin, ce dispositif est repr#,sent6 comme insta116 sur une valve seulement des six valves du redresseur, mais des proteeteurs similaires doivent Atre installds sur toutes les valves. Ces derni6res sont d6sign6es par1-6. La grille11 de la valve 1 est influencge par un dis- positif de commande 12, Iequel se sert de cir- euits auxiliaires destin6s ä fixer les grilles au potentiel une fois appliqu6 jusqu'ä ce que les- dits eircuits auxiliaires obtiennent des im- pulsions ext6rieures pour appliquer un autre potentiel aux grilles. En dehors des impulsions r6gulibres, qui se r6p & tent au rythme du cou- rant alternatif, on peut donc, lors d'une sur- tension, introduire une impulsion addition- nelle, qui donne toujours une impulsion posi tiveä la grille suffisant ä exciter la valve, in- d6pendamment du potentiel qu'a eu la grille auparavant. Si par exemple les impulsions pour influencer les eircuits auxiliaires sont dgrivges d'une r6sistance potentiom6trique 13 interea16e entre Panode et la cathode de la valve et en agissant de fagon ä bloquer la valve quand Fanode a un potentiel n6gatif, etä la maintenir inactive quand Fanode a un potentiel positif mod#,r6 par rapport ä la ea- thode, on peut, par exemple, disposer les organes protecteurs de faVon que la tension prise ä la Hsistance potentiomkrique RTI ID="0002.0276" WI="10" HE="4" LX="1752" LY="371"> excite la valve lorsqu'elle exeMe de faQon r6p6t#e une certaine valeur.

La Hsistance potentiom6trique peut 6.ven- tuellement kre remplack par un diviseur de tension eapaeitif dont Faction peut devenir plus rapide. Elle peut Rre composde par des portions ayant des constantes de temps diff6- rentes ou une fonetion variable de la tension, de fagon que le niveau de tension eausant l'excitation soit d6pendant du front d'onde de la surtension, par exemple inffirieur pour des surtensions ä front raide. Le diviseur de tension peut, aussi Atre utilis6 pour distribuer la tension dans la, voie de courant voisine de Panode pendant Fintervalle non condueteur de la valve, mais il peut aussi Ure appropri6 d'installer un diviseur separe dans le but d'obtenir une aetion suffisamment rapide.

Le fonctionnement du dispositif repr6- sent6 dans la fig. 1 est essentiellement tel, que lors d'un d6coupage du courant dans une valve appartenant au redresseur, toutes ou quelques-unes des autres valves sont excit6es. La valve qui s'alluine la premi#re absorbe alors le courant. de celle dans Iaquelle se pro- duit le d6coupage du courant, et le redresseur continue a' operer avee seulement une r6due- tion temporaire de la tension entre les bornes ä courant continu.

La fig. 2 repHsente, eomme la fig. 1, un redresseur compose de six valves dans une installation triphas6e ä double voie. Le dis- positif proteeteur contre les surtensions com- prend dans cette figure deux valves de pas- sage 20,30 agissant dans des sens oppos6s, et qui ne participent pas ä Fadmission normale des courants, mais qui sont rendues condue- trices quand on veut faire passer le courant entier ä cöt6 du redresseur pour une raison queleonque. Une telle raison peut Atre une sur- tension sur le redresseur, et pour exciter dans ce cas une des valves de passage, selon le sens de la surtension, le dispositif repr6sent6 peut kre employ6. Ce dispositif comprend un proteeteur de surtension sous forme d'un 6elateur 21 resp. 31, avee une rdsistance en s6rie 22 resp. 32, ä Iaquelle une tension est prise et appliqude ä la grille23 resp. 33 de la valve de passage. Entre la prise de tension de la rgsistance et la grille, on peut interealer une source de tension additionnelle 24 resp. 34 et une valve unidirectionnelle 25 resp. 35, et en Parallele ä ces organes, il peut se trou- ver un dispositif de commande de grille non sp6eifi6 26 resp. 36 qui est destin6 ä op6rer quand on veut exciter les valves 20,30 pour une autre eause que des surtensions.

La connexion en parallMe d'un dispositif de commande de grille ordinaire au disposi- tif d'excitation, telle qu'elle a 6t6 repr6sent6e dans la fig. 2, peut naturellement Atre adap- t6e au dispositif repr6sent6 dans la fig. 1 au lieu de faire influencer le dispositif de com- mande de grille ordinaire par l'impulsion de l'excitation provoqu6e par la surtension. La- dite connexion repr6sent6e dans la fig. 2 per- met en g6n6ral un fonetionnement plus rapide, ce qui est important dans la plupart des eas.

Ce fonetionnement Upend naturellement du caract#re et de Forigine des surtensions, et il peut Ure n6cessaire ou non de monter des valves de passage pour les deux direc- tions de courant. Comme il a d6jä 6t6 dit, une des causes les plus fr6quentes des surtensions, du moins dans les redresseurs, est une inter- ruption dans les valves prineipales eausk par une p6nurie d'ions. Dans un tel cas, une valve de passage ä direction de courant normale suffit pour chaque redresseur, et cette valve peut alors souvent, par exemple dans une installation ä plusieurs redresseurs en s6rie, alternativement servir ä absorber le courant lors d'une autre perturbation du redresseur, par exemple d'un retour d'arc. Dans d'autres eas, les surtensions peuvent avoir des eauses ext6rieures, par exemple une influence atmo- sph6rique du c6t6 courant continu. Dans ce eas, la direction peut Atre queleonque et des valves de passage sont alors ä recommander pour les deux directions de courant.

Que les valves de passage soient pr6vues pour une direction ou pour les deux, il peut, dans les installations träs importantes ou partieuliärement expos6es ä des perturba- tions, Atre recommandable de doubler les valves de passage. Dans ce eas, leurs disposi- tifs d'excitation peuvent Atre mont6s soit de faVon que les valves divisent normalement le courant, soit de fagon qu'une des valves entre en action d'abord et Fautre seulement si la premi & e ne suffit pas. Dans chaque eas, les valves peuvent Atre munies soit d'un organe commun pour amoreer l'excitation, soit d'or# ganes d'excitation s6pards, dont les earact6- ristiques de fonctionnement en d6pendance du temps ou de la raideur du front d'onde peuvent 6ventuellement Atre diff6rentes pour chaque valve.

Dans un montage Tapräs la fig. 2, Fkla- teur peut fonetionner comme une d6rivation Helle de surtensions au premier instant, bien que cette fonetion soit ensuite exerede par la valve. Dans ce eas, sa Hsistance de s6rie doit etre basse. Eventuellement, il peut fonetionner seulement comme un organe d'impulsions, mais doit avoir alors une haute r6sistance en s6rie. Au lieu d'6clateurs, on peut aussi ein- plover des dispositifs de Urivation normaux du typeä valves.

En employant des valves de passage comme protecteurs contre les surtensions, il est träs important que ces valves soient suf- fisamment prAtes ä d6river enti#rement des surtensions. Dans ce but, les valves peuvent Atre maintenues r6chauff6es par des sources de chaleur inthieures ou ext6rieures, des mesures usuelles 6tant prises pour empkher la condensation de mereure sur Vanode et sur d'autres organes maintenus sous tension par rapport ä la eathode. 11 peut aussi kre appropri6 de faire les canaux de courant plus larges dans les valves de passage que dans les valves principales, ce qui est possible sans risque d'un retour d'arc, puisque les eauses d'un tel ph6nom#ne sont en g6n6ral deart6es ou du moins consid6rablement Mduites dans les valves de passage, qui ne sont pas traver- s6es par un courant ni soumises ä une tension dans le r6gime normal. Quand le couraut dans les valves prinei- pales exeMe une certaine limite, on le divise g6n6ralement entre plusieurs valves ou anodes parallkes, et en s6rie avec ces derniäres on intereale des organes 6galisateurs des cou- rants, comme des inductances ou des trans- formateurs. Quand les valves principales doivent servir comme protecteurs contre des surtensions, il faut prendre soin de ce que les 6galisateurs induetifs ou des induetances en s6rie intereaMes ne retardent pas appr6eiable- ment la fonction des valves. Dans ce but, on peut par exemple relier des r6sistances, 6ven- tuellement des rdsistances d6pendant de la tension, ou des condensateurs, ou tous les deux, en paraMle avec les indLictances, ces rdsistances ou condensateurs admettant le courant au premier instant, avant que les inductances Wadmettent un courant suffi- sant. Si Fon veut diviser le courant en parts 6gales entre deux on plusieurs valves de pas- sage en parallke, on ne peut pas employer des induetances, vLi qu'il s'agit d'un courant continu, il faut alors employer des r6sistances qui doivent kre au moins du mAme ordre de grandeur que la rdsistance moyenne de la voie de courant gazeuse, mais qui ne peuvent d'autre part pas 6tre si hautes que la eapa- eit6 de Urivation devienne insuffisante.

La fig. 3 repr6sente une installation com- pIke de transmission comprenant quatre re- dresseurs 41-44 en s6rie dans la station g6ngratrice et quatre ondule-Lirs 61-64 dans la station r6ceptrice. Dans chaque station, ily a de plus une r6actance en s6rie 45,65 respectivement, et un condensateur en pa- rallble 46,66 respectivement sur le cöt6 cou- rant continu. Chaque redresseur a une source et chaque onduleur une charge de courant alternatif, en g6n6ral un transformateur, ces transformateurs 6tant reli6s en paralläle du c6t6 oppos6 au convertisseur et d#sign6s par 47-50 et67-70 respectivement. Pour chaque redresseur, on a repr6sent6 des valves de passage 51-54 pour le sens normal du courant et55-58 pour le sens oppos6. Pour les onduleurs, on a reprdsent6 seulement des valves de passage 71-74 pour le sens nor- mal, mais ils peuvent aussi avoir des valves de passage pour le sens oppos6. Toutes les valves sont repr6sent6es d'une fagon purement conventionnelle sans Utails, tels que anodes, eathodes ou grilles de commande.

Si, dans la fig. 3, le courant, est interrompu par exernple dans un redresseur 43, deux eas principaux peuvent se pHsenter. Si Pinter- ruption a lieu ä un passage de z6ro normal du courant" d6pendant par exemple d'une extinetion du courant de maintien ou d'un d6faut dans l'appareil des grilles, les autres redresseurs de la station maintiennent leur tension normale. Si la tension entre les bornes de courant continu est alors maintenue ä sa valeur normale par le condensateur 46 ou par la eapacit6 de la ligne, la tension normale va r6gner sur le redresseur d6feetueux. Si, d'autre part, la tension de la ligne 6tait r6duite ä, z6ro, par exemple ä cause d'un court-eireuit, le redresseur d6feetueux est soumis ä trois fois la tension normale, positive du cöt6 de Fanode, cette surtension pouvant par exemple Atre d6riv6e par une valve de passage 53 ouvrant dans le mAme sens que les valves prin- cipales. Si, au contraire, Finterruption du courant est causk par une p6nurie d'ioils, les trois autres redresseurs sont soumis ä des surtensions qui sont limithes en premiere ligne par les moyens de Hrivation des trans- formateurs (repr6sent6s d'une faVon conven- tionnelle dans le dessin). Suivant le niveau de tension auquel l'excitation de la valve de pas- sage du redresseur d6feetueux est amorede, celui-ei peut Atre soumis ä une surtension assez haute. Si, par exemple, ce niveau de tension remonte ä 1, 5 fois la tension normale, et si la ligne est court-cireuit#e en mAme temps, le redresseur d6feetueux peut kre soumis ä 4,5 fois la tension normale, le potentiel du c6t6 des anodes 6tant touj ours positif, de faVon que cette surtension peut kre d6riv6e par la valve de passage 53.

Un autre eas de perturbation peut se prg- senter si un abaissement de tension, par exemple un retour d'arc, se produit dans un ou plusieurs redresseurs en mAme temps qu'une interruption du courant dans un autre et e'ventuellement une surtension dans la ligne, par exemple d'origine atmosph6rique. Dans ce eas, une grande partie de la tension de la ligne, 6ventuellement cette tension en- ti#re, peut s'appliquer au redresseur frapp6 par finterruption, et la surtension devient alors positive du ek# des eathodes, de fagon que sa d6rivation exige une valve de passage ayant une polarit6 oppos6e ä la normale, c'est-ä-dire une des valves 55-58.

Daus Je eW des onduleurs, les conditions deviennent en g6n6ral un peu plus simples, puisque les surtensions ici, lors d'une inter- ruption dans un onduleur et d'un eou-rt-eir- euit Aventuel dans un autre, agissent dans la niAme direction, soit qu'une surtension se pr6sente dans Fonduleur, soit qu'un abaisse- ment de tension se pHsente dans la ligne, seulement fordre de grandeur de la tension kant diSrent dans ces deux eas. 11 peut done parfois kre suffisant de munir les onduleurs seulenlent de valves de passage pour le sens normal du courant, comme il a6t6 repr6- sent6.

Claims

REVENDICATION: Installation de convertisseurs statiques de courant munie d'un dispositif de protection eontre des surtensions, earaet6ris6e en ce qu'elle comprend des valves ioniques ä basse chute de tension eathodique qui sont relMes au dispositif de protection de fagon ä restür inactives avant la surtension etä Atre excit6es sous Finfluence de celle-ci. SOUS-REVENDICATIONS: 1. Installation selon la revendieation, ca- raet6ris6e en ce que le dispositif de protection pour d6river les surtensions est re]i6 en paral- Ible aux valves ioniques.
2. Installation selon la, sous-revendiea- tion 1, earaet6ris6e en ce que les valves sont exeit6es sous Finfluence du courant passant par le dispositif de protection reli6 en paral- Ible aux valves. 3. Installation selon la revendieation, ea- raet6ris6e en ce que l'exeitation des valves est produite par des organes reli6s en paraMle a elles et soumis a' des tensions eorrespon- dantes. 4. Installation selon la sous-revendica- tion 3, earaet6ris6e en ce que l'excitation des valves se fait sous Finfluence de diviseurs de tension reli6s en paralläle ä des portions au moins des valves ioniques ä prot6ger. 5. Installation selon la sous-revendica- tion 4, earaet6ris6e en ce que les diviseurs de tension sont compos6s de parties a' constantes de temps diNrentes, de fagon que l'excitation d6pende du front d'onde de la surtension. 6. Installation selon la sous-revendiea- tion 4, earaet6ris6e en ce que les diviseurs de tension sont compos#s de parties de sensibi- lit6 diff6rente ä, la tension, de fagon que Fex- eitation d6pende du front, d'onde de la sur- tension. 7. Installation selon la revendication, ea- raet6risge en ce que le dispositif de protec- tion comprend des valves ioniques partici- pant ä la travers6e normale de courant. 8. Installation selon la revendieation, ea- ract6ris6e en ce que des dispositifs de com- mande de grilles des valves ioniques sont dis- pos6s de fagon ä Atre influene6s par des im- pulsions UriWes des surtensions. 9. Installation selon la revendieation, ea- raet6ris6e en ce que les grilles des valves ioniques sont reliks au dispositif de protee- tion, de fagon ä 6tre directement influene6es par des impulsions d6riv6es des surtensions. 10. Installation selon la sous-revendiea- tion 9, earact6ris6e en ce que les impulsions d6riv6es des surtensions influencent direete- ment les grilles des valves ioniques en paral- Ible ä d'autres dispositifs de commande des grilles. 11. Installation selon la revendieation, ea- raet6ris6e en ee que le dispositif de protection comprend des valves de passage monMes en paraMle avec celles des convertisseurs. 12. Installation selon la revendieation, ea- raet6ris6e en ce qu'une partie au moins des convertisseurs de Finstallation possMe des valves de passage en parallke pour les deux sens opposgs de passage du courant. 13. Installation selon la revendieation, ca- ract6ris6e en ce que certaines des valves du dispositif de protection contre des surtensions sont relMes en parallke ä des valves ayant une fonction similaire. 14. Installation selon la sous-revendica- tion 13, caraet6ris6e par des imp6dances d'un caract & e autre qu'inductif, ayant pour but d'6galiser la distribution du courant entre des valves proteetrices paralläles. 1.5. Installation selon la sous-revendiea- tion 14, earaet6risde en ce que les inipddances sont relMes en paraMle ä des diviseurs de courant Tun caract & e induetif. 16. Installation selon la sous-revendiea- tion 11, earaet6ris6e en ce que les valves de passage sont maintenues prkes ä fonetionner par un chauffage.