DE3223295C2

DE3223295C2 - Hochspannungsthyristoranordnung

Info

Publication number: DE3223295C2
Application number: DE19823223295
Authority: DE
Inventors: Eizoo Toyonaka Osaka Kashino; Nobuo Hyogo Sashida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-06-22
Filing date: 1982-06-22
Publication date: 1991-05-08
Also published as: CH661387A5; SE8203798L; JPS6412174B2; DE3223295A1; JPS57211972A

Abstract

Es wird ein Thyristorventil angegeben, bei dem es darum geht, die Thyristoren (1) mit einer in Reihe geschalteten Anordnung (6) zu schützen und einen Stromaufbau zu unterdrücken. Es wird ein Thyristorventil angegeben, bei dem die Überspannungsableiter (2) jeweils parallel zu einer Vielzahl von Thyristoren (1) geschaltet sind, die ihrerseits in Reihe geschaltet sind, wobei Drosselspulen (6) in Reihe mit den jeweiligen Thyristoren (1) geschaltet sind und den Anstieg des von den Überspannungsableitern (2) zu kommutierenden Stromes unterdrücken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochspannungsthyristoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Hochspannungsthyristoranordnung, welche beispielsweise als Gleichrichter für Gleichspannungsübertragungseinrichtungen, Frequenzwandler und dgl. verwendet werden kann, ist bereits aufgrund der US-PS 39 47 726 bekannt. Entsprechend Fig. 1 weist eine derartige Hochspannungsthyristoranordnung eine Mehrzahl von zwischen zwei Anschlüssen 5 in Reihe geschalteten Thyristoren 1 auf, parallel zu welchen entsprechende Blitzschutzelemente bzw. Überspannungsableiter 2 in Form von nicht linearen Widerständen vorgesehen sind. Parallel zu den einzelnen Thyristoren sind fernerhin Serienschaltungen in Form von Kondensatoren 3 und Widerständen 4 vorgesehen, mit welchen erreicht werden kann, daß die an den Anschlüssen 5 anliegende Spannung gleichmäßig auf die einzelnen Thyristoren 1 verteilt wird.
Wenn an einer derartigen Hochspannungsthyristoranordnung im abgeschalteten Zustand der Thyristoren kurz vor ihrer Zündung eine Überspannung, beispielsweise aufgrund eines Blitzeinschlags auftritt, dann fließt durch die Hochspannungsthyristoranordnung ein Strom, welcher gemäß Fig. 2 durch die nicht lineare Kennlinie Z der Blitzschutzelemente 2 festgelegt ist. Der sich dabei ergebende zeitliche Spannungsverlauf entspricht dabei der Kurvendarstellung von Fig. 3a. wobei der Zeitpunkt t ₁ dem Zündzeitpunkt der Thyristoren 1 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt t ₂, welcher kurz nach dem Zündzeitpunkt t ₁ der Thyristoren 1 folgt, ist die an den Elementen 1 und 2 anliegende Spannung gemäß Fig. 3a von einem Wert V ₁ nur geringfügig auf einen Wert V ₂ abgefallen. Aufgrund der Nichtlinearität des elektrischen Widerstandes der Blitzschutzelemente 2 fällt jedoch gemäß Fig. 3b der durch die Blitzschutzelemente 2 fließende Strom von einem Wert I ₁ zum Zeitpunkt t ₁ auf einen sehr kleinen Wert I ₂ zum Zeitpunkt t ₂ ab, während auf der anderen Seite gemäß Fig. 3c der durch die einzelnen Thyristoren 1 fließende Strom innerhalb des Zeitintervalls t ₁-t ₂ sehr rasch ansteigt. Dies bedeutet, daß innerhalb des Zeitintervalls t ₁-t ₂ eine sehr rasche Verschiebung des durch die Blitzschutzelemente 2 fließenden Stromes in Richtung der Thyristoren 1 zustande kommt, wodurch die Gefahr besteht, daß innerhalb einzelner Thyristoren 1 ein Spannungsdurchbruch und damit eine Beschädigung des jeweiligen Thyristors 1 zustande kommen kann. Derartige Hochspannungsthyristoranordnungen konnten demzufolge bisher nur mit relativ begrenzten Betriebsspannungen betrieben werden, um einen ungewünschten Spannungsdurchschlag aufgrund einer zu raschen Verschiebung der durch die Blitzschutzelemente fließenden Stromes in Richtung der Thyristoren im Anschluß an ihre Zündung zu vermeiden.
Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Hochspannungsthyristoranordnung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß dieselbe selbst bei Einsatz von Thyristoren mit begrenztem Stromanstieg unter optimalen d. h. möglichst hohen Betriebsspannungen betrieben werden kann, ohne daß dabei die Gefahr ungewünschter Spannungsdurchbrüche an den einzelnen Thyristoren besteht, welche durch das Auftreten von Überspannungen kurz vor dem Zünden der einzelnen Thyristoren ausgelöst werden können.
Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.
Durch das Vorsehen von einzelnen Reaktanzen bzw. Drosselspulen in Reihe mit den jeweiligen Thyristoren kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung erreicht werden, daß beim Auftreten einer Überspannung kurz vor dem Zünden der einzelnen Thyristoren und der dadurch bedingten Aktivierung der vorgesehenen Blitzschutzelemente nach dem Zünden der Thyristoren eine relativ langsame, d. h. begrenzte Verschiebung des durch die Blitzschutzelemente fließenden Stromes in Richtung der durchgeschalteten Thyristoren zustande kommt, so daß auf diese Weise eine Beschädigung der Thyristoren aufgrund eines zu raschen Stromanstiegs vermieden werden kann. Die vorgesehene Hochspannungsthyristoranordnung kann demzufolge mit einer relativ hohen Nennspannung sicher betrieben werden, was wiederum bedeutet, daß bei vorgegebener Betriebsspannung die Anzahl der in Serie geschalteten Thyristorstufen gering gehalten werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich anhand des Unteranspruches 2.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Thyristorventils;
Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Spannungs-Strom-Charakteristik eines Blitzschutzelementes oder Überspannungsableiters;
Fig. 3(a) bis 3(c) Wellenform-Diagramme zur Erläuterung der Zusammenhänge, die beim Zünden eines Thyristors auftreten; und in
Fig. 4 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thyristorventils.
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 näher erläutert, in der die gleichen Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 4 sind mit dem Bezugszeichen 6 Reaktanzen oder Drosselspulen bezeichnet. Die jeweilige Drosselspule 6 ist in Reihe mit dem entsprechenden Thyristor 1 geschaltet, mit dem die Spannungsteileranordnung, bestehend aus Spannungsteiler-Kondensator 3 und Spannungsteiler-Widerstand 4 parallelgeschaltet ist, und die Drosselspulen 6 bilden eine Unterdrückeranordnung, um zu verhindern, daß die Thyristoren 1 durch eine übermäßige Einschalt-Stromaufbaugeschwindigkeit einen Durchbruch erleiden. Eine Reihenschaltungsanordnung, bestehend aus Drosselspule 6 und Thyristor 1, ist parallel zu dem entsprechenden Blitzschutzelement oder Überspannungsableiter 2 geschaltet. Die anderen Bauelemente sind die gleichen wie beim Stande der Technik.
Das Thyristorventil der oben beschriebenen Anordnung arbeitet folgendermaßen. Nimmt man an, daß ein Stromstoß vom Anschluß 5 im Abschalt-Zustand oder AUS-Zustand des Thyristorventils hineingeflossen ist, so fließt der Stromstoß entsprechend der Charakteristik gemäß Fig. 2 durch das Blitzschutzelement bzw. den Überspannungsableiter 2. Wenn der Thyristor 1 zu diesem Zeitpunkt zündet, wird der bis dahin durch den Überspannungsableiter 2 geflossene Strom zum Thyristor 1 kommutiert bzw. umgepolt. Der Anstieg des Stromes, der zu dieser Zeit in den Thyristor 1 fließt, wird von der Drosselspule 6 unterdrückt. Wenn daher die Induktivität der Drosselspule 6 vorher ausreichend groß gemacht worden ist, kann die Einschalt-Stromaufbaurate des Thyristors innerhalb der Auffangkapazität unterdrückt werden, und es kann verhindert werden, daß der Thyristor 1 beim Einschalten einen Durchbruch erleidet.
Das erfindungsgemäße Thyristorventil der oben beschriebenen Art hat dementsprechend die Wirkung, daß, wie hoch die Spannung eines elektrischen Versorgungssystems auch sein mag, das Thyristorventil betrieben werden kann, indem man lediglich die Überspannungsableiter 2 so wählt, daß sie an den maximalen Stromstoßwert des elektrischen Systems angepaßt sind, an das sie angeschlossen sind.
Bei der beschriebenen Ausführungsform kann die Drosselspule 6 bis zum Maximalwert des Stromstoßes ungesättigt bleiben, und es ist nichts dagegen einzuwenden, wenn sie mit einem Leitungsstrom nach dem Einschalten des Thyristors 1 gesättigt wird. Als Drosselspule 6 ist es somit möglich, eine sättigbare Reaktanz oder Drosselspule zu verwenden, die von einem Strom gesättigt wird, dessen Stromstärken wert größer ist als der Maximalwert des Stromstoßes. In diesem Falle kann nicht nur die gleiche Wirkung wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform erreicht werden, sondern die Anordnung kann auch kompakter hergestellt werden.
Wie vorstehend erläutert, sind gemäß der Erfindung Drosselspulen angeschlossen, um die Aufbaugeschwindigkeit des Stromes zu unterdrücken, der von den Blitzschutzelementen oder Überspannungsableitern kommutiert wird, wenn die Thyristoren, deren Blitzschutzelemente oder Überspannungsableiter einzeln parallel zu ihnen geschaltet sind, beim Anlegen eines Stromstoßes zünden. Dies bringt den Effekt mit sich, daß ein Thyristorventil gegenüber einer übermäßigen Belastung durch die Einschalt-Stromaufbaugeschwindigkeit geschützt werden kann.

Claims

1. Hochspannungsthyristoranordnung mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteter Thyristoren, parallel zu welchen einzelne Blitzschutzelemente bzw. Überspannungsableiter vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu den einzelnen Thyristoren (1) jeweils einzelne Reaktanzen bzw. Drosselspulen (6) vorgesehen sind, welche beim Auftreten einer Überspannung und nachfolgender Durchschaltung der einzelnen Thyristoren (1) den innerhalb der einzelnen Thyristoren (1) auftretenden Stromanstieg begrenzen.

2. Hochspannungsthyristoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Serie zu den Thyristoren (1) geschalteten Reaktanzen (6) als sättigbare Drosselspulen ausgebildet sind, welche derart dimensioniert sind, daß ihr Sättigungswert größer als der maximal zu erwartende Stromstoß ist.