DE641460C - Schutzeinrichtung fuer Gleichrichter und Wechselrichter, bei denen die Umformung mittels in getrennten Raeumen angeordneter Dampf- oder Gasentladungsstrecken und synchron betaetigter Schalter (Synchrontrenner) vorgenommen wird - Google Patents

Description

Für die Umformung hoher Spannungen mittels Dampf- oder Gasentladungsstrecken ist bereits vorgeschlagen worden, in Reihe mit jeder Entladungsstrecke einen synchron betätigten Schalter, 'einen sogenannten Synchrontrenner, vorzusehen. Dadurch wird erreicht, daß die Entladungsstrecken zwar die Kommutierung bewirken, d. h. die Überführung des Stromes von einem Entladungsweg auf den anderen, aber nicht oder nur sehr wenig auf Sperrspannung beansprucht werden. Die Abschaltung der angelegten Spannung muß dabei möglichst unmittelbar nach dem Verlöschen des betreffenden Anodenstromes erfolgen. Doch tritt auch dann, wenn man unmittelbar abschaltet, nachdem' der Anodenstrom Null geworden ist, unter Umständen eine beträchtliche Spannung zwischen Kathode und Anode auf. Die Anodenspannung U_a ,ändert sich nämlich nach Beendigung der Kommutierung sprunghaft und verläuft erst dann: sinusförmig weiter. Erfolgt nun das Schalten durch die synchron betätigten Schaltwalzen nach Beendigung des Kommutierungsvorganges nicht rasch genug, so kann beim Gleichrichter infolge der zu hoch gewordenen Spannung am Gefäß eine Rückzündung eintreten. Da infolge dieser Rückzündung die Anode vorübergehend zur Kathode wird, erwärmt sie sich so stark, daß in der nächtfolgenden Sperrhalbwelle die Sperrspannungsfestigkeit unter Umständen wesentlich herabgesetzt ist. Es besteht also, insbesondere bei Pendelungen der Trennmesser oder Schaltwalzen, z. B. infolge Frequenz-Schwankungen, die Gefahr, daß die Rückzündungen sich wiederholen und ein Abschalten der Anlage erforderlich machen.

Erfindungsgemäß wird diese sich beim Betrieb von Gleichrichtern ergebende Schwierigkeit dadurch beseitigt, daß parallel zu den Entladungsstrecken spannungsabhängige Widerstände geschaltet werden, die die Spannung zwischen Anode und Kathode auf einen ungefährlichen Wert begrenzen. Rückzündungen können dann nicht mehr auftreten. Bei ungenauem Arbeiten der Synchrontrenner fließt im ungünstigsten Fall ein Rückstrom über die spannungsabhängigen Widerstände, der von den synchronen Trennmessern abgeschaltet werden muß. Eine Rückzündung der Entladungsstrecke, zu der der spannungsabhängige Widerstand parallel geschaltet ist, kann nicht mehr eintreten, wenn die kritische

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Hans Laub in Berlin-Wilmersdorf.

Spannung dieses Widerstandes unterhalb der Sperrspannungsgrenze der Entladungsstrecke liegt.

Die Verhältnisse sollen an Hand der Abb. ι bis 4 der Zeichnung näher erläutert werden. In Abb. ι ist als Beispiel eine einphasige Doppelweggleichrichterschaltung mit den einanodigen Entladungsstrecken G₁ und G₂, dem Transformator W und der Drosselspule D gezeichnet. Die Entladungsstrecken sollen durch die synchron betätigten Kontakte K₁ und K₂ im stromlosen Zustand abgeschaltet werden. Der Transformator W soll als streuungs- und widerstandslos angenommen werden. Die Ohmschen Widerstände des Kommutierungskreises seien vernachlässigbar klein und die gesamte Induktivität des Kommutierungsstrompfades einschließlich der Transformatorstreuinduktivität in den Drosselspulen S₁ und S₂ konzentriert angenommen. Infolge dieser Induktivitäten überlappen sich, wie bekannt, der ablösende Strom J₁ und der abgelöste Strom T₂ während der Kommutierungszeit T. Innerhalb dieser Zeit liegt an beiden Entladungsstrecken G₁ und G₂ die vernachlässigbar kleine Brennspannung. Die im Transformator induzierte Spannung U wird von den Induktivitäten Jv₁ und S₂ aufgenommen. Es besteht also die Beziehung U=,S ^dJi 5, ^ih .

dt ~ dt

Ist S₁ = S₂ =3 J? und nimmt man weiter an, daß J₁ + J₂ = Jq während der Kommutierungszeit als konstant zu betrachten ist, was für hinreichend große Kathodendrosseln D erfüllt ist, so folgt daraus

dt

dt

2S

Die Kommutierungsgleichungen besagen, daß in jedem Augenblick innerhalb der Kommutierungszeit T die Änderangsgeschwindigkeit der Anodenströme proportional der im Transformator induzierten Spannung U ist. Daraus ergibt sich für den Verlauf von J₁ und J₂ die sehr einfache graphische Konstruktion gemäß Abb. 2. Die sinusförmige Spannung U kann innerhalb von T als geradlinig angenommen werden. Die Stromkurven J₁ und J₂ sind dann als Integralkurven von U Parallelbögen, deren Tangente in jedem Augenblick durch U gegeben ist. Wenn man der Einfachheit halber annimmt, daß die Zündspannung der Entladungsstrecken Null ist, beginnt der Anstieg von J₁ bzw. der Abfall von J₂ mit horizontaler Tangente. Nach Ablauf der Zeit T ist die Kommutierung beendet. Die Änderungsgeschwindigkeit von J₁ und J₂ und damit die Spannungen S₁ · -jj-

und S₂ · —p- werden plötzlich Null. Dies be-

■ deutet aber, daß in diesem Augenblick die .-Spannung an dem abgelösten Gefäß G₂ plötzlich auf den Momentanwert der im Transformator induzierten Spannung ansteigt. Von da an verläuft sie sinusförmig weiter (vgl. Abb. 3). Da J₂ jetzt Null geworden ist, kann nunmehr die Abschaltung durch K₂ erfolgen. Die Entladungsstrecken können, insbesondere dann, wenn Entladungsstrecken mit Glühkathoden verwendet werden, leicht so gebaut werden, daß sie die Spannung U', auf die die Anodenspannung nach Ablauf der Zeit T anspringt, sperren. U' hat, wenn man z. B. 100 kV Gleichspannung in einer dreiphasigen S₀ Graetzschaltung erzeugen will, einen Wert von etwa 5 bis 10 kV je nach der Streuspannung, für die der zugehörige Transformator gebaut ist'. Da die Spannung aber nach der Zeit T sinusförmig rasch auf höhere Werte ansteigt, ist bald die Sperrspannungsgrenze erreicht, wenn K₂ nicht rechtzeitig abschaltet. Diese Verzögerung kann aber leicht bei Pendelungen der Synchronschalter eintreten, z. B. infolge Frequenzschwankungen. Um Rück- go Zündungen zu vermeiden, müßte man also unbedingt zwischen der Zeit T und der Zeit f₀, bei der die Sperrspannungsgrenze erreicht ist, durch K₂ abschalten. Wird diese Zeit erreicht, bevor K₂ unterbrochen hat, so tritt in der Entladungsstrecke G₂ eine Rückzündung auf, die die eingangs erwähnten Schwierigkeiten zur Folge hat.

Erfindungsgemäß sind nun parallel zu den Entladungsstrecken spannungsabhängige Widerstände R₁ und R₂ von mit steigendem Strom fallendem Widerstandswert geschaltet, wobei die Stromspannungscharakteristik so gewählt ist (vgl. Abb. 4), daß die Widerstände vor Erreichen der kritischen Spannung Ur_x praktisch keinen Strom und von da ab einen sehr großen Strom führen. Bei den - Spannungen, die für den vorliegenden Zweck in Frage kommen, lassen sich leicht sehr steil verlaufende J, ^-Charakteristiken'uo erreichen. Die Spannung an der Entladungsstrecke ist dann praktisch begrenzt auf den Wert Ur_x, den man so wählen wird, daß mit Sicherheit noch keine Rückzündung auftritt. Nach Erreichen von Ur_x bildet sich ein Strom Jr., aus (vgl. entsprechende Kurve in Abb. 2), der durch R₂ und S₂ fließt; seine

Änderungsgeschwindigkeit —r~ stellt sich so

ein, daß an S₂ die Differenzspannung zwisehen der weiter sinusförmig ansteigenden Spannung U und der praktisch konstanten

Spannung Un_K liegt. Lediglich diesen Strom hat der Kontakt K₂ abzuschalten, falls die Trennung nach der Zeit t_K (vgl. Abb. 2) erfolgt. Die Kontakte K haben also höchstens im Störungsfall, z. B. bei Pendelungen, Strom abzuschalten. Im stationären Betrieb erfolgt" die Trennung zwischen der Zeit T und t_K, und zwar nahezu stromlos. Die Gefäße sind dabei,.'wie man sieht, auch im Störungsfall gegen Rückzündung gesichert, da ihre Spannung nicht über den Wert Ub_x ansteigen kann. Man kann in Reihe mit den spa.nnungsabhängigen Widerständen R₁ und R₂ noch Funkenstrecken F₁, F₂ usw. schalten, die so eingestellt werden, daß sie etwa bei der Spannung Ub_k ansprechen. Es fließt dann bis zum Ansprechen kein Strom über die Widerstände und Kontakte, so daß beim richtigen Arbeiten der Synichroäitrenner, d. h. bei¹ einer Unterbrechung .'zwischen T und t%, "überhaupt kein Strom von K abgeschaltet zu werden braucht. Die Funkenstrecken können als Luftfunkenstrecken, z. B. Löschfunkenstrecken, oder als Vakuumfunkenstrecken, z. B. Elektroden in einer Gasatmosphäre von geringem Druck, ausgebildet sein. In Abb. 5 ist eine dreiphasige Graetzschaltung zur Erzeugung hoher Spannungen gezeichnet, bei der jede Entladungsstrecke durch einen parallel geschalteten spannungsabhängigen Widerstand R und eine Funkenstrecke F geschützt ist.
" Wenn auch der Erfindungsgedanke vorzugsweise für Gleichrichter Bedeutung hat, so soll doch nicht unterlassen werden, darauf hinzuweisen, daß er sinngemäß auch auf Wechselrichter anwendbar ist.

Es wird noch bemerkt, daß es bereits bei normalen Gleichrichtern bekannt ist, Funkenstrecken und Ohmsche Widerstände vorzusehen, um die nur in Störungsfällen am Haupttransformator auftretenden Überspannungen abzufangen. Bei vorliegender Erfindung handelt es sich aber darum, ein Überschreiten des noch zulässigen Teilwertes der Betriebsspannung an der Entladungsstrecke zu vermeiden. Ein solches Überschreiten ist eine Folge unregelmäßigen Arbeiten? der Synchrontrenner, und es muß daher betriebsmäßig dafür Sorge getragen werden, daß stets höchstens der zulässige Teilbetrag der gesamten Sperrspannung an der Entladungsstrecke liegt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung für Gleichrichter und Wechselrichter, bei denen die Umformung mittels in getrennten Räumen angeordneter Dampf- oder Gasentladungsstrecken und synchron betätigter Schalter, diein den Hauptstromkreisen liegen und zur Unterteilung der Sperrspannung dienen (Synchrontrenner), vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Entladungsstrecken spannungsabhängige Widerstände von mit steigendem Strom fallendem Widerstandswert geschaltet sind, die die an der Entladungsstrecke liegende Spannung auf einen unterhalb ihrer zulässigen Sperrspannung liegenden Wert begrenzen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jedem spannungsabhängigen Widerstand eine Funkenstrecke liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch "gekennzeichnet, daß der Ansprechwert der Reihenschaltung aus spannungsabhängigem Widerstand und Funkenstrecke bei ordnungsmäßigem Betrieb des Umformers oberhalb desjenigen Augenblickswertes der Spannung liegt, bei der der Synchrontrenner abschaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen