Einrichtung zain selektiven Abschalten kurzgeschlosseiler elektrischer, parallel geschalteter Einheiten von Gleichrichteranlagen. Bei Gleichstromerzeugeranlagen wird oftmals die volle zu erzeugende Energie auf mehrere Einheiten gleicher Grösse verteilt, um die Betriebssieherheit der Tanzen Anlage tn zu (,rhöhen. Bei Gleichrichteranlagen"die sel ten init einer Reguliervorrichtung in dem ZD Sinne ausgestattet werden,
dass die Belastung el auf die einzelnen Einheiten beliebig verteilt werden kann, tritt zudem noch dieBesonder- heit dazu, dass die einzelnen Einheiten, die parallel geschaltet sind, im normalen Be triebe den leichen Strom führen.
Die vorlie <B>b,</B> ,gende Erfindung gibt nun eine Anordnung an, die bei Anlagen mit parallelgeselialteten Einheiten, deren Ströme im normalen Be triebsfalle in konstantem Verhältnis zueinan der stehen, die Anlage davor schützen soll, dass bei einem innern Kurzschluss einer Ein heit die übri-,en Einheiten ebenfalls kurz-e- schlossen sind, weil sie nämlich dann über die Sammelschiene auf -die kurz(,eschlossene Einheit zurückarbeiten.
Drei beispielsweise Ausführungsformen der Einrichtuno- gemäss Erfindung zeigen <B><I>C</I></B> #n schematisch die Fig. <B>1</B> bis<B>3</B> der beiliegenden Zeichnung. In Fi-. <B>1</B> bedeutet<B>G,</B> und<B>G, je</B> eine Gleiehrichtereinheit, deren Kathode über<B>je</B> eine Spule St und<B>8,</B> einer gemeinsamen Drosselspule an die positive Sammelschiene geschaltet ist.
Der Eisenkörper dieser Dros selspule besteht aus einem Dreiphasenkern. Die Spulen<B>S,</B> und<B>S,</B> sind so geschaltet, dass ihre magnetmotorischen Kräfte sich entge genwirken, wenn die Gleichrichter ungefähr gleiche, Ströme führen, was normalerweise d'er Fall sei. In unserem Beispiel sind die Spulen<B>8,</B> und<B>8,</B> mit linkem Umlaufsinne angenommen. Der mittlere Kern wirkt als macnetischer Nebenschluss und wird bei nor maler Stromführung der Gleichrichter den Summenfluss beider äussern Säulen führen.
Findet nun im einen Gleichrichter, zum Bei spiel im Gleichrichter<B>G,</B> einKurzsehluss statt, so arbeitet der zweite Gleichrichter auf Deng Gleichrichter<B>G,</B> zurück, und der Strom in der Spule 81 kehrt sich um. Dementsprechend ändert sieh das Flussbild in der Drosselspule. D3 der Kurzschlussstrom des Gleichrichters Gl den Belastun-sstrom um das vielfache überwiegt, sind beide Ströme praktisch gleich gross.
Die entsprechenden magnetmotorischen Kräfte führen nun einen Kreisfluss durch die beiden äussern Säulen und die Joche. Der Fluss im mittleren Kerndagegen verschwin det rasch. Ein nun diesen Vorgang zu einer selektiven Absehaltung der kurzgeschlosse nen Einheit ausnützen zu können, erhält die Drosselspule noch folgende Hilfsspulen;
der Kern mit der Hauptspule 8, erhält,die Hilfs spule<B>8"</B> der Kern mit<B>S,</B> die Hilfsspule S, und der mittlere Kern trägt eine Hilfsspule 8'. Da Jie Ströme in den Hauptspulen nor malerweise schwach pulsierende Gleichströme sind, wird in den Hilfsspulen nur eine kleine elektromotorissshe Kraft entwickelt.
Anders bei einem Kurzschluss, beispielsweise im Gleichrichter<B>G,</B> Eine nähere Überlegung .der in der Drosselspule infolge der Flussände- rung auftretenden EMKK ergibt nun folgen des Bild. Der Fluss in den Kernen mit den Spulen<B>S:,</B> und 82, kehrt seine Richtung voll ständig um und nimmt, bezogen auf den nor malen Betriebswert, einen grösseren negativen Wert an. Die da-durch in der Spule Sz, indu zierte EMK ist in der Figur durch einen dop pelten Pfeil angegeben.
Gerade umgekehrt verhält sich der Kern in den Spulen<B>S,</B> und S,. Die in der Spule<B>8,</B> induzierte EMK ist ebenfalls mit einem doppelten Pfeil ihrer Richtuno, nach fixiert. Im mittleren Kern nimmt der Fluss vom Werte Null an zui. Die in der Spule<B>8,</B> induzierte EMK ist so ge richtet, dass sie sich zu der EMK der Spule 8.- addiert, dagegen von der EMK der Spule <B>S,</B> subtrahiert, wenn die drei Hilfsspulen mit ihren Anfängen zu einem gemeinsamen Punkt geführt, d. h.
in Stern geschaltet sind. Gerade die umgekehrte Wirkung tritt ein bei einer Stromumkehr in der Spule<B>S,.</B> Eine der obi-en analoge Überlegung gibt als Re sultat, dass in diesem Falle die EMK der Spu len<B>85</B> und Ss sich subtrahieren, diejenigen der SpulenS, un!dS,sich addieren. Diese selek tive Wirkung der entstehenden Hilfsspannun gen lässt sieh nun in verschiedener Weise zum Schutz des Netzes gegen einen allgemeinen Kurzschluss verwenden.
In dem gezeichneten Beispiel der Fig. <B>1</B> werden die Hilfsspannun- el ,gen dazu benützt, um die H.auptschalter K, D oder K2, die den Gleichriehter mit dem spei senden Netz verbinden, abzuschalten. Da- wie oben gezeigt, die beiden Hilfsspannungen bei Kurzschluss einer Einheit verschieden gross sind, so wird bei einem innern Kurzschluss nur die kurzgeschlossene Einheit ausfallen.
Die Hilfsspulen lassen sieh leicht so dimen sionieren, dass bei Kurzschluss einer Einheit .die Hilfsspannung der gesunden Einheit na hezu Null und die Hilfsspannung der kran ken Einheit genügend gross wird, damit sie die Schalter K, oder K, abschaltet. Gerade ebenso gut kann man die Hilfsspannungen dazu benützen, etwa vorhandene Gleichstrom schalter zu öffnen, oder man lässt sie irgend wie auf ein Hilfsrelais derart wirken, dass die Abschaltung der kranken Einheit erfolgt.
Einer besonderen Erwähnung bedarf noch .der Betriebsfall, dass eine der beiden Einhei ten ausgeschaltet wird. In diesem Ealle wird die Hilfsspannung der im Betrieb befindlichen Einheit kleiner sein als im Falle eines Kurz schlusses der andern Einheit, denn da sich der Strom in der Spule des im Betriebe be- fin,dlichen Gleichrichters nur verdoppelt, der jenige der abgeschalteten Einheit verschwin det, wird die Flussänderung und damit die in den Spulen<B>8" 8,</B> und Sr, induzierte FMKK kleiner sein als bei einem innern Kurzschluss. Diese Betriebsweise ist ohne Störung mög lich.
Stimmt man die Hilisspannungen so ab, dass bei einem Kurzschluss einer Einheit die Hilfsspanni,ii)g der gesunden Einheit nahezu Null ist, so lässt sich die gegenüber dem Kurz- t' tD schlussfalle grössere Hilfsspannung dieser Einheit dazu benützen, irgendwelche War- nungs- oder Sicherheitsmassnahmen zu betä tigen.
Es bleibt noch der Fall, dass mehrals zwei Einheiten parallel arbeiten. Auch für diese Möglichkeit lässt sich die Anordnung leicht so treffen, dass ein sicheres selektives<B>Ab-</B> schaltender kranken Einheit erfolgt, wie die Fig. 2 und<B>3</B> zeigen. Selbstverständlich müs sen bei diesen Kombinationen die Haupt- und Hilfsspulen so aufeinander abgeglichen wer den, dass die oben beschriebene selektive Wir- kung zustande kommt.
Während in Fig. 2 das Spulensystem, das die Einheiten<B>1</B> und 2 verbindet, analog der für Fig. <B>1</B> beschrie benen Weise ausgeführt ist, wer-den beim System, das die Gleichrichter<B>1,</B> 2 einerseits und' <B>3</B> anderseits verbindet, die von den Hauptströmen durchflossenen Spulen so be messen dass die Amp#rewindungen für beide Spulen gleich sind.
In Fig. <B>3</B> sind je zwei Einheiten zu einem Spulensystem, wie an hand von Fig. <B>1</B> beschrieben, zusammenge- fasst; ferner befinden sich die Drosselspulen statt in der positiven Leitung der Einheiten in der ne-#ativen Leitune. Im Falle eines in- nern Kurzschlusses, zum Beispiel von Ein heit<B>1,</B> wird das Spulensystem der Einheiten <B>3</B> und 4 keine Unsymmetrien zeigen,
wäh- rencl das Spulensystem <B>1</B> bis 2 dafür sorgt, (lass die Einheit<B>1</B> abgeschaltet wird.
Es soll auch noch besonders hervor-,eho- ben werden, dass die beschriebenen Spulen- systeme so gross gemacht werden, dass sie züi- Olleieh als Kathodendrosselspule zur Glättung der Stromkurve verwendet werden können.
Device for selective disconnection of short-circuited electrical, parallel-connected units of rectifier systems. In DC generator systems, the full energy to be generated is often distributed over several units of the same size in order to increase the operational reliability of the dancing system. In the case of rectifier systems, which are rarely equipped with a regulating device in the ZD sense,
The fact that the load el can be distributed arbitrarily to the individual units also has the special feature that the individual units, which are connected in parallel, carry the normal current in normal operation.
The present invention now specifies an arrangement which, in systems with units in parallel, the currents of which are in a constant ratio to one another in normal operation, is intended to protect the system against an internal Short-circuit of one unit, the other units are also short-circuited because they then work back to the short-circuited unit via the busbar.
Three example embodiments of the device according to the invention are shown schematically in FIGS. 1 to 3 of the accompanying drawing . In Fi-. <B> 1 </B> means <B> G, </B> and <B> G, each </B> a rectifier unit, the cathode of which has <B> each </B> a coil St and <B> 8, a common choke coil is connected to the positive busbar.
The iron body of this choke coil consists of a three-phase core. The coils <B> S, </B> and <B> S, </B> are connected in such a way that their magnetic motor forces counteract each other when the rectifiers carry approximately the same currents, which is normally the case. In our example, the coils <B> 8, </B> and <B> 8, </B> are assumed to have a left-hand direction of rotation. The middle core acts as a macnetic shunt and will conduct the total flow of both outer columns with normal current flow of the rectifier.
If there is now a short circuit in a rectifier, for example in the rectifier <B> G, </B>, the second rectifier works back to Deng rectifier <B> G, </B> and the current in coil 81 returns around. The flow pattern in the choke coil changes accordingly. D3 the short-circuit current of the rectifier Gl outweighs the load current many times over, both currents are practically the same size.
The corresponding magnetic motor forces now lead a circular flow through the two outer columns and the yokes. The flow in the central core, on the other hand, disappears quickly. A now to be able to use this process for a selective withholding of the short-circuited unit, the choke coil still receives the following auxiliary coils;
the core with the main coil 8 receives, the auxiliary coil <B> 8 "</B> the core with <B> S, </B> the auxiliary coil S, and the middle core carries an auxiliary coil 8 '. There are currents If there are normally weakly pulsating direct currents in the main coils, only a small electromotive force is developed in the auxiliary coils.
This is different in the case of a short circuit, for example in the rectifier <B> G </B> A closer consideration of the EMF occurring in the choke coil as a result of the change in flux now results in the following figure. The flux in the cores with the coils <B> S :, </B> and 82 reverses its direction completely and assumes a larger negative value in relation to the normal operating value. The EMF induced in the coil Sz 1 is indicated in the figure by a double arrow.
The core in the coils <B> S, </B> and S, behaves in exactly the opposite way. The EMF induced in the coil <B> 8, </B> is also fixed with a double arrow in its direction. In the middle core, the flow increases from zero. The EMF induced in the coil <B> 8, </B> is directed in such a way that it adds to the EMF of the coil 8.-, but subtracts from the EMF of the coil <B> S, </B>, when the three auxiliary coils have their beginnings led to a common point, d. H.
are connected in star. The opposite effect occurs in the case of a current reversal in the coil <B> S, </B> One of the above analogous considerations gives the result that in this case the EMF of the coils <B> 85 </ B > and Ss subtract, those of coils S, and! dS, add up. This selective effect of the resulting auxiliary voltages can now be used in various ways to protect the network against a general short circuit.
In the example shown in FIG. 1, the auxiliary voltages are used to switch off the main switches K, D or K2, which connect the aligned device to the spei send network. Since, as shown above, the two auxiliary voltages are of different magnitudes in the event of a short circuit in a unit, only the short-circuited unit will fail in the event of an internal short circuit.
The auxiliary coils can easily be dimensioned in such a way that in the event of a short circuit in one unit, the auxiliary voltage of the healthy unit becomes almost zero and the auxiliary voltage of the sick unit is sufficiently large that it switches off the switch K or K. The auxiliary voltages can just as well be used to open any DC switches that may be present, or they can somehow act on an auxiliary relay in such a way that the sick unit is switched off.
The operational case that one of the two units is switched off requires special mention. In this case the auxiliary voltage of the unit in operation will be lower than in the case of a short circuit of the other unit, because since the current in the coil of the rectifier in operation only doubles, that of the unit that is switched off disappears , the change in flux and thus the FMKK induced in the coils <B> 8 "8, </B> and Sr, will be smaller than in the case of an internal short circuit. This mode of operation is possible without interference.
If the auxiliary voltages are coordinated in such a way that in the event of a short circuit in a unit, the auxiliary voltage of the healthy unit is almost zero, the auxiliary voltage of this unit, which is greater than the short circuit, can be used to provide any warning or to take safety measures.
It still remains the case that more than two units work in parallel. For this possibility, too, the arrangement can easily be made in such a way that a reliable, selective disconnection takes place, as FIGS. 2 and 3 show. Of course, with these combinations, the main and auxiliary coils must be matched to one another in such a way that the selective effect described above is achieved.
While in FIG. 2 the coil system that connects the units <B> 1 </B> and 2 is designed analogously to the manner described for FIG. <B> 1 </B>, in the system that uses the Rectifiers <B> 1, </B> 2 on the one hand and '<B> 3 </B> on the other hand connect the coils through which the main currents flow so that the ampere turns are the same for both coils.
In FIG. 3, two units are combined to form a coil system, as described with reference to FIG. 1; furthermore, instead of being in the positive line of the units, the choke coils are in the negative line. In the event of an internal short circuit, for example of unit <B> 1, </B> the coil system of units <B> 3 </B> and 4 will not show any asymmetries,
while the coil system <B> 1 </B> to 2 ensures (let the unit <B> 1 </B> be switched off.
It should also be emphasized in particular that the coil systems described are made so large that they can also be used as a cathode choke coil for smoothing the current curve.