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Anordnung zum Abschalten von Gleichstrom oder ein-oder mehrphasigem Wechselstrom
Bei der Dimensionierung der jetzt in Verwendung stehenden mechanischen Schalter muss man nicht nur auf Nennspannung und Nennstrom achten, sondern auch auf die abzuschaltende Kurzschlussleistung. In Netzen, die von sehr grossen Generatoren gespeist werden und wo nur kleine Netzinduktivitäten vorhanden sind, ist es notwendig, Schalter zu installieren, die eine sehr grosse Kurzschlussleistung abschalten können. Der Schalter muss imstande sein, diese Kurzschlussleistung mehrere Male ohne überholung einwandfrei abzuschalten.
Jede Ausschaltung mit einem mechanischen Schalter verursacht im Netz überspannungen. Diese Oberspannungen beanspruchen die Isolation des Netzes, insbesondere der Kabel und Kabelendverschlüsse. Auch direkt ans Netz angeschlossene Motoren werden dabei oft in Mitleidenschaft gezogen.
Bei Anwendung der Erfindung werden die überspannungen, die beim Abschalten von Kurzschlüssen und auch beim normalen Ausschalten auftreten, verkleinert.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Schalteinrichtung ist es auch möglich, anstatt schwerer Schalter mit hoher Abschaltleistung Schalter mit geringer, unter der vollen Kurzschlussleistung liegender Abschaltleistung und eventuell auch Lasttrenner zu verwenden.
Es sind schon sogenannte Widerstandsschalter bekannt, bei denen nach öffnen eines den Hauptstrom führenden Überbrückungskontaktes der Strom durch einen im allgemeinen schnell zunehmenden Widerstand verringert und anschliessend der übrigbleibende kleine Reststrom unterbrochen wird (vgl. z. B. DAS 1129589, insbesondere Fig. 5).
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zum Abschalten von Gleichstrom oder ein- oder mehrphasigem Wechselstrom, bei der der zu unterbrechende Strom über (wenigstens) eine Parallelschaltung aus einer ersten Schalteinrichtung und einer Widerstandsanordnung sowie über eine zweite Schalteinrichtung fliesst und zum Zwecke seiner Abschaltung zuerst in der (bzw. den) ersten Schalteinrichtung (en) unterbrochen und dann der über die Widerstandsanordnung (en) weiter fliessende gedrosselte Strom durch die zweite Schalteinrichtung unterbrochen wird, mit dem besonderen Merkmal, dass die (jede) erste Schalteinrichtung ein oder mehrere steuerbare Ventile mit zugehöriger, eine Schnellbegrenzung von Kurzschlussströmen gestattender Steuer-bzw. Löscheinrichtung aufweist.
Als steuerbare (s) Ventil (e) werden vorzugsweise steuerbare Halbleiterventile, z. B. ein Thyristor oder mehrere, in Serie oder bzw. und parallelgeschaltete Thyristoren verwendet.
Mit einer erfindungsgemässen Abschalteinrichtung lässt sich die Ausbildung des vollen Kurzschlussstromes ohne Entstehen von Überspannungen, wie sie bei schnellen mechanischen Schaltern vorkommen, verhindern. Durch die Steuer-bzw. Löscheinrichtung des Ventiles bzw. der Ventile kann der Strom innerhalb einer Zeit von weniger als 1 ms auf den parallelliegenden Widerstand geschaltet werden, wo er entsprechend der Kennlinie des Widerstandes abgeschwächt wird : Bei bisher bekannten Anordnungen mit zur Hauptschaltstelle parallelen Widerständen wird der Strom erst nach mehreren Perioden über den Widerstand geleitet. Demgegenüber stellt die durch die Löschung der steuerbaren
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Ventile bzw. Halbleiter erzielbare, in einem kleinen Bruchteil der Periodendauer stattfindende Umleitung des Stromes auf den Widerstand etwas grundsätzlich Neues dar.
Hervorzuheben ist auch, dass eine erfindungsgemässe Abschaltanordnung bei Verwendung eines Lasttrenners zur Potentialtrennung in Verbindung mit der Kombination aus steuerbaren Halbleiterventil (en) und Widerstand bzw. Widerständen auch für grosse Leistungen sehr leicht und auch sehr preisgünstig sein kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert : In Fig. 1 bedeuten : --1-- den Schalter, --2 und 3-gesteuerte Halbleiter (beim Schalten von Gleichstrom entfällt entweder das Ventil --2-- oder das Ventil --3--), --4-- einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten,--5--einen Widerstand, der seinen Widerstandswert mit steigender Spannung verkleinert !-6--bedeutet die Gittersteuerung und--7--das Erfassungsglied, das bei erhöhter Stromanstiegsgeschwindigkeit, deren Wert vorwählbar ist, oder erhöhtem Belastungsstrom, wobei der Ansprechwert ebenfalls einstellbar ist, die Einrichtung zum Wirken bringt.--12--stellt die Zwangskommutierungseinrichtung dar.
Im Diagramm nach Fig. 2 ist der normale Belastungsstrom mit--8--und der Kurzschlussstrom mit--9--bezeichnet. Dank der erfindungsgemässen Abschaltanordnung wird der Kurzschlussstrom nicht auf den vollen Wert seiner Amplitude ansteigen. Bei Überschreiten einer bestimmten Stromanstiegsgeschwindigkeit wird nämlich die Löschung der gesteuerten Halbleiter eingeleitet und der
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Halbleitern parallelgeschalteten Widerständen--4 und 5--weiterfliessen.
Der Kurzschlussstrom, der ohne diese Einrichtung auf sehr hohe Werte ansteigen würde, ist nun durch die in Serie in den Stromkreis eingereihten Widerstände stark begrenzt. Da diese Widerstände ohmsche Widerstände sind, wird das Verhältnis der induktiven zu den ohmschen Widerständen im Kreis verbessert, so dass Überspannungen, die sonst beim Ausschalten mit normalen mechanischen Schaltern entstehen, stark gedämpft werden.
Von diesen Widerständen besteht Widerstand--4--aus einem Material, das bei steigender Temperatur seinen Widerstandswert stark vergrössert (positiver Temperaturkoeffizient). Der durchfliessende Strom und die nun im Widerstand auftretende Verlustleistung führen zu einer starken Erhöhung des Widerstandswertes, was wieder zu einer weiteren Verkleinerung des Stromes führt.
Bei der raschen Steigerung des Widerstandswertes käme es zu Überspannungen am Widerstand - -4--. Zum Schutz des parallelgeschalteten Halbleiters ist daher noch der Widerstand--5-parallelgeschaltet. Dieser Widerstand--5--senkt bei angelegter steigender Spannung seinen Widerstandswert.
Nachdem der Kurzschlussstrom von den gesperrten Halbleitern auf die Widerstände kommutiert ist und in diesen verkleinert wurde, wird der Reststrom durch den Schalter--l-unterbrochen.
Die Schalteinrichtung bietet ausserdem die Möglichkeit, dass sie als Oberstromschutz arbeitet. Das
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An dem Prinzip der Schaltanordnung ändert sich nichts, wenn man bei Wechselstrom an Stelle der beiden gesteuerten Halbleiter in Antiparallelschaltung nur einen gesteuerten Halbleiter verwendet, der jedoch für die Zündung und Löschung in beiden Stromrichtungen geeignet ist (Zweiweg-Thyristor).
Die beschriebene Anordnung ist verwendbar für Gleichstrom, Wechselstrom und für mehrphasige Systeme. Im letzten Fall ist sie selbstverständlich entsprechend zu erweitern, wobei z. B. auch eine der Phasenzahl entsprechende Zahl von Ventilpaaren (bestehend z. B. aus zwei antiparallelen Thyristoren oder aus einem Zweiweg-Thyristor oder inem Thyristor für die eine Stromrichtung und einer Diode für die andere) vorzusehen ist.
Ausserdem ist es möglich, für jeden Pol der Schaltanordnung je nach Bedarf mehrere Halbleiter in Serie oder bzw. und parallel zu schalten mit in Serie oder parallelgeschalteten Widerständen bei einem oder mehreren in Serie zu der Widerstandshalbleiterkombination geschalteten mechanischen Schaltern.
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Arrangement for switching off direct current or single- or multi-phase alternating current
When dimensioning the mechanical switches that are now in use, one not only has to pay attention to the nominal voltage and nominal current, but also to the short-circuit power to be switched off. In networks that are fed by very large generators and where only small network inductances are present, it is necessary to install switches that can switch off a very large short-circuit power. The switch must be able to switch off this short-circuit power several times without overhauling.
Every switch-off with a mechanical switch causes overvoltages in the network. These high voltages stress the insulation of the network, in particular the cables and cable terminations. Motors connected directly to the mains are also often affected.
When using the invention, the overvoltages that occur when switching off short circuits and also when switching off normally are reduced.
With the aid of the switching device according to the invention it is also possible, instead of heavy switches with a high breaking capacity, to use switches with a low breaking capacity that is below the full short-circuit capacity and possibly also load breakers.
So-called resistance switches are already known in which, after a bridging contact carrying the main current is opened, the current is reduced by a generally rapidly increasing resistance and then the remaining small residual current is interrupted (see, for example, DAS 1129589, especially FIG. 5).
The invention relates to an arrangement for switching off direct current or single- or multi-phase alternating current, in which the current to be interrupted flows via (at least) one parallel connection of a first switching device and a resistor arrangement as well as via a second switching device and, for the purpose of being switched off, first in the (or the) first switching device (s) is interrupted and then the throttled current flowing further through the resistor arrangement (s) is interrupted by the second switching device, with the special feature that the (each) first switching device has one or more controllable valves with associated , a quick limitation of short-circuit currents permitting control or. Has extinguishing device.
The controllable valve (s) are preferably controllable semiconductor valves, e.g. B. a thyristor or several, in series or or and thyristors connected in parallel are used.
With a disconnection device according to the invention, the formation of the full short-circuit current can be prevented without the occurrence of overvoltages such as occur with fast mechanical switches. Through the tax or. The current can be switched to the parallel resistor within a time of less than 1 ms with the extinguishing device of the valve or valves, where it is weakened according to the characteristic curve of the resistor Periods passed through the resistor. In contrast, the deletion of the controllable
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Valves or semiconductors, which can be achieved by redirecting the current to the resistor in a small fraction of the period, are fundamentally new.
It should also be emphasized that a disconnection arrangement according to the invention can be very easy and also very inexpensive, even for high powers, when a load breaker is used for potential separation in connection with the combination of controllable semiconductor valve (s) and resistor or resistors.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawings: In Fig. 1: --1-- the switch, --2 and 3-controlled semiconductors (when switching direct current, either the valve --2- is omitted - or the valve --3--), --4-- a resistor with a positive temperature coefficient, - 5 - a resistor that reduces its resistance value with increasing voltage! -6 - means the grid control and - 7- -the detection element that brings the device to work in the event of an increased rate of current rise, the value of which can be preselected, or an increased load current, whereby the response value is also adjustable. - 12 - represents the forced commutation device.
In the diagram according to FIG. 2, the normal load current is denoted by -8 and the short-circuit current is denoted by -9. Thanks to the switch-off arrangement according to the invention, the short-circuit current will not rise to the full value of its amplitude. When a certain rate of increase in current is exceeded, the controlled semiconductors are extinguished and the
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Semiconductors connected in parallel resistors - 4 and 5 - continue to flow.
The short-circuit current, which would rise to very high values without this device, is now severely limited by the resistors placed in series in the circuit. Since these resistors are ohmic resistances, the ratio of the inductive to the ohmic resistances in the circuit is improved, so that overvoltages that otherwise arise when switching off with normal mechanical switches are strongly attenuated.
Of these resistors, resistor - 4 - consists of a material that increases its resistance value significantly when the temperature rises (positive temperature coefficient). The current flowing through and the power loss that now occurs in the resistor lead to a strong increase in the resistance value, which in turn leads to a further reduction in the current.
The rapid increase in the resistance value would lead to overvoltages at the resistor - -4--. To protect the semiconductor connected in parallel, the resistor - 5 is connected in parallel. This resistor - 5 - lowers its resistance value when the voltage increases.
After the short-circuit current has been commutated from the blocked semiconductors to the resistors and has been reduced in these, the residual current is interrupted by the switch -l-.
The switching device also offers the option of working as overcurrent protection. The
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The principle of the switching arrangement does not change if, in the case of alternating current, only one controlled semiconductor is used instead of the two controlled semiconductors in anti-parallel connection, which is, however, suitable for ignition and extinction in both current directions (two-way thyristor).
The arrangement described can be used for direct current, alternating current and for multi-phase systems. In the latter case it is of course to be expanded accordingly, with z. B. also a number of valve pairs corresponding to the number of phases (consisting for example of two anti-parallel thyristors or of a two-way thyristor or a thyristor for one current direction and a diode for the other) is to be provided.
In addition, it is possible to connect several semiconductors in series or or and in parallel for each pole of the switching arrangement with resistors connected in series or in parallel with one or more mechanical switches connected in series with the resistor semiconductor combination.
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