CH158060A - Uberstromschutzeinrichtung für Gleichstromsysteme unter Verwendung von Metalldampfventilen. - Google Patents

Description

      Überstromsehutzeinriehtung    für     Gleichstromsysteme    unter Verwendung  von     Metalldampfventilen.       Bei der Energieübertragung mittelst hoch  gespanntem Gleichstrom und Umformung  desselben in     Mehrphasenstrom    durch elektro  statisch gesteuerte Metalldampfventile, ist es       umbedingt    erforderlich, für möglichst rasches  Abschalten von     drehstromseitigen    Kurz  schlüssen zu sorgen.

   Da die Erregung des  Ventiltransformators von der     Drehstromseite     aus erfolgt, bedeutet ein     drehstromseitiger     Kurzschluss, das heisst Sinken der     Spannung          auf    der Sekundärseite des Transformators,  auch einen gleichstromseitigen     gurzschluss.     Dies kann durch Abschaltung des kurz  geschlossenen Netzteils auf der     Drehstrom-          seite        mittelst        Ölschalter    nicht     verhindert     werden, da dieselben viel zu grosse Trägheit  besitzen.

   Die Konstruktion eines Schnell  schalters für die in Frage     kommenden,    sehr  hohen Gleichspannungen stösst auf Schwie  rigkeiten. Zudem wäre die Abschaltung auf  der Gleichstromseite bei jedem     drehstrom-          seitigen    Kurzschluss     betriebstechnisch    unzu-    lässig und für die folgende Wiederinbetrieb  nahme der Anlage umständlich, wenn man  bedenkt, dass     drehstromseitige    Kurzschlüsse  sehr häufig auftreten können.  



  Es ist bekannt, für hochgespannten  Gleichstrom Metalldampfventile als Schalter  zu benützen, deren Lichtbogen durch Über  brückung mittelst eines Kondensators ge  löscht werden kann. Dabei     wird    diese Ein  schaltung des zur Löschung dienenden     Lösch-          kondensators    dadurch bewirkt, dass der Kon  densator in einer zweiten     Dampfentladungs-          strecke    liegt, die bei normaler Belastung des  zu überwachenden Netzes durch ein Gitter  mit     negativer        Vorspannung    gesperrt ist, wäh  rend bei Überstrom diesem Gitter durch       Stromwandler,

          die    in Abhängigkeit von der  Belastung des zu überwachenden Netzes er  regt werden, eine so grosse positive Spannung  zugeführt wird, dass sich der Kondensator  entladen kann. Dieses Verfahren ist insofern  unzuverlässig, weil     Metalldampfapparate.    die      an einer Gleichspannung liegen, durch nega  tiv geladene Gitter nicht dauernd gesperrt  werden können. Die     Anwendung    von Elek  tronenröhren für hohe - Ströme an Stelle von       Metalldampfapparaten    erfordert die dauernde  Heizung der Glühkathode und ergibt     eine     kurze Lebensdauer derartiger Röhren.  



  Die Erfindung betrifft nun eine Über  stromschutzeinrichtung unter Verwendung  von Metalldampfventilen, bei der die Lö  schung des     Ventils    durch vorübergehendes       Parallelschalten    eines     Kondensators    zum       Ventil    bewirkt wird, wobei erfindungsgemäss  das Einschalten des     Kondensators    bei Über  strom durch einen Hilfslichtbogen erfolgt,  welcher elektromagnetisch gesteuert wird.  



  Die     Überbrückung    des Lichtbogens durch  den Kondensator kann auf zwei Arten aus  geführt werden. Es kann einerseits nur das  Ventil allein überbrückt werden, wobei die  am     Kondensator    liegende Spannung gleich  dem     Lichtbogenabfall    ist, anderseits kann das  gesamte Gleichstromsystem mitsamt dem  Ventil überbrückt werden, so dass die ganze  ankommende Gleichspannung am Konden  sator liegt.

   Im ersten Fall kann der Kon  densator     zwischen    Anode und Kathode oder  zwischen Ventilgehäuse     und    Kathode gelegt       werden.       In der Zeichnung sind Ausführungsbei  spiele der     Erfindung        schematisch    in     Abb.    1  und- 2 dargestellt, und zwar in Verbindung  mit einem     Gleichstrom-Drehstrom-Umformer.     



  -Der ankommende Gleichstrom wird über  eine Drosselspule 1 und eine Magnetspule 2  dem Sternpunkt des Speisetransformators 25  des Metalldampfventils 26 zugeführt; der  Minusleiter liegt an der Kathode des Ventils  26. Bei 8     wird    das     Verbraucher-Drehstrom-          netz    angeschlossen. 4 ist eine Synchron  maschine, die vorteilhaft als übererregter  Phasenschieber verwendet wird. 5 ist ein  Kondensator, welcher einerseits an die Ka  thode des     Überstromventils    27 gelegt ist,  anderseits mit der Kathode 6 eines in Luft       brennenden    Hilfslichtbogens verbunden ist,  der neben der Hauptanode 9, welche direkt    mit dem Pluspol der Gleichspannung in Ver  bindung steht, eine Hilfsanode 8 besitzt.

   Der  Hilfslichtbogen     wird    von der Hilfsgleich  stromquelle 7 unterhalten und liegt im Mag  netfeld der Spulen 2 und 10. Durch das Feld  der an der Gleichspannung liegenden Magnet  spule 10, welches bei normaler Belastung des  Umformers gegenüber dem entgegengesetzt  gerichteten Feld der Spule 2 überwiegt, wird  der Lichtbogen dauernd von der Hauptanode  weg geblasen.     Tritt    nun auf der Drehstrom  seite ein     Kurzschluss    auf, so dass die Span  nung auf der Sekundärseite des Transforma  tors sinkt, so nimmt auch die im Ventil 26  wirksame Gegenspannung ab, was ein An  wachsen des Gleichstromes zur Folge hat.

    Dementsprechend wird das Feld der Spule 2  verstärkt und vernichtet dasjenige mit ent  gegengesetzter Polarität der Spule 10, wel  ches ausserdem durch das Sinken der Gleich  spannung noch geschwächt wird. Durch die  Umkehrung des Feldes wird der Lichtbogen  somit auf die Hauptanode 9 geblasen. Der  Kondensator 5 wird nun zwischen die beiden       Zuleitungen    des Ventils 27 geschaltet und  ladet sich auf. Während der Ladezeit be  deutet der Kondensator für das Ventil einen       Kurzschluss,    so dass der im Ventil 2 7 bren  nende Lichtbogen nicht mehr aufrecht er  halten werden kann.

   Ist der     Kondensator          beim    Einschalten mit umgekehrter Polarität  aufgeladen, so     wirkt    er im gleichen Sinne  wie oben erwähnt, aber noch kräftiger. Nach  beendigter Ladung verschwindet der Lade  strom, und der Lichtbogen an der Elektrode  9 erlöscht, womit das Ventil 27 wieder unter  Spannung gesetzt wird. Hat nun während  dieser Zeit der Ölschalter den kurzgeschlos  senen Netzteil der     Drehstromseite    abge  schaltet, so ist die Anlage wieder betriebs  bereit. Genügt. diese Zeit jedoch nicht zur  Auslösung des     Ölschalters,    so wird die Sper  rung des Ventils     mittelst    der Gitter so lange  aufrecht erhalten, bis die Drehspannung wie  der hergestellt ist.

   Diese Sperrung des Ven  tils wird auf folgende Weise erzielt.  



  Bekanntlich werden die Gitter des Ventils  2,6 vom     Drehstromsystem    aus gespeist. In      der Zeichnung .ist die Schaltung für zwei  Gitter 11     angegeben.    Sinkt nun. infolge Kurz  schlusses die Drehspannung, so überträgt sich  dies auch auf die Spannung des Gitter  systems. Die sekundäre Phasenspannung. des       Gittertransformators    12 sinkt unterhalb des  Wertes der an den Widerständen 13 abgegrif  fenen Gleichspannung, so dass die Anoden 14  der- einzelnen Ventile des Gittersystems nicht  mehr zünden können. Dadurch wird den Git  tern über die Stromwandler 15 kein positiver  Spannungsstoss mehr erteilt, so dass sie  dauernd von dem im Erregerkreis des Ven  tils gelegenen Widerstand 16 gegenüber der  Kathode auf negativem Potential gehalten  werden.

   Wird nun während dieser Zeit durch  den Kondensator 5 das Ventil kurzgeschlos  sen, so dass das Ventil stromlos wird, so kann  nach beendigter Ladung des     Kondensatcrs     keine Anode     zünden,    solange die Drehspan  nung so klein ist, dass die sekundäre Phasen  spannung des Gittertransformators die am  Widerstand 13 abgegriffene Gleichspannung  nicht übersteigt. Sobald also die Drehspan  nung den für das Arbeiten des Ventils       nötigen    Wert erreicht, nimmt dasselbe auto  matisch den Betrieb wieder auf. Um nun den  Kondensator 5 voll auszunützen, wird der  selbe im Ruhezustand 'durch ein Ventil 1.8  auf die gegenüber dem Arbeitszustand um  gekehrte Polarität aufgeladen.

   Die hierfür  nötige Spannung wird durch einen am Dreh  stromnetz liegenden     Spannungswandler    19  geliefert. Beim Ansetzen des Lichtbogens an  der Hauptelektrode 9 wird parallel zum Kon  densator, über den Ventilkreis mit dem Be  grenzungswiderstand 20, ein Strom fliessen,  demzufolge der Lichtbogen an der Elektrode  9 nach Beendigung des Ladevorganges des       Kondensators    nicht auslöscht. Wird das  Übersetzungsverhältnis des     Spannungswand-          lers    19 so gewählt, dass die zur Ladung  dienende Spannung grösser ist als die Be  triebsgleichspannung, so wird der Strom im       Ventilkreis        intermittierend,    was zum Aus  löschen des Lichtbogens führen kann.

   Da  aber meistens beim Ansprechen der Licht  bogenstrecke 9-6 die     Drehspannung    sehr    klein sein     wird    ist das Ventil 18 mit Gitter  steuerung versehen, welche eine sichere  Löschung des Ventilstromes und damit des  Hauptlichtbogens gewährleistet. Im Ruhe  zustand erhält das Gitter des Ventils über  den Widerstand 21 von der     Batterie    22 posi  tives Potential gegenüber der Kathode. Beim  Ansprechen des Hauptlichtbogens wird das  in den Ladekreis geschaltete Relais 23     be-          tätigt,    welches die Kontakte 24 überbrückt  und dadurch dem Gitter des Ventils ein  gegenüber der Kathode negatives Potential  aufdrückt, so dass das Ventil stromlos wird.

    Das dauernde Brennen des Hilfslichtbogens  in freier Luft ist mit einem gewissen Ver  schleiss an     Elektrodenmaterial    verbunden.  Man kann diesen Verschleiss vermindern,  indem man den Hilfslichtbogen in einem ab  geschlossenen Raum brennen lässt. der mit  indifferenten Gasen gefüllt ist. Auch kann  der Gasdruck, sowie auch der Dampfdruck  im     Lichtbogenraum    künstlich erhöht oder  erniedrigt werden. Endlich kann der Hilfs  lichtbogen durch den zu unterbrechenden       Kurzschlussstrom    selbst gezündet und auf die  Anode des     Kondensatorkreises    geblasen wer  den. Eine solche Schaltung ist in     Abb.2     dargestellt.

   Hierin ist 37 ein Transformator,  in welchem die beim Anstieg des     Kurzschluss-          stromes        in    der Primärwicklung auftretende       Stromänderung    in der Sekundärwicklung  einen Spannungsstoss erzeugt, der unmittel  bar oder nach passender Verstärkung über  Elektronenröhren zur Zündung der Funken  strecke 2.8, 29 und damit zur Einleitung des  Lichtbogens zwischen den Elektroden 29, 30  dient, der den Löschkondensator mit oder  ohne     Vorspannung    zwischen die Pole des  Gleichstromnetzes legt.

      Die Zündung des Hilfslichtbogens zwi  schen den Elektroden 28, 30     (Fig.    2) erfolgt  also in Abhängigkeit von der Änderungs  geschwindigkeit
EMI0003.0028  
   des vom Gleichstrom  system gelieferten Gleichstromes.  



  Werden für die Abschaltung von Über  strömen besondere Ventile vorgesehen, so      können     diese        Ventile        2'7    in     Abb.    1 mit Git  tern versehen werden, die dauernd     negativ     gegenüber der Kathode aufgeladen werden.  Die Verwendung dieser     Gitter    hat den Vor  teil, dass ein nochmaliges Zünden des Ventils  27 nach der Entladung des Kondensators  infolge der negativen Ladung der vor  geschalteten     Gitter    mit Sicherheit vermieden       wird.    Es können auch mehrere     derartige          Überstromventile    in Reihe geschaltet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Überstromschutzeinrichtung für Gleich stromsysteme unter Verwendung von Metall- dampfventilen, bei welcher .die Löschung des @Tentils durch vorübergehendes Parallelschal ten eines Kondensators mit oder ohne Vor spannung parallel zum Ventil bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschalten des Kondensators bei Überstrom durch einen Hilfslichtbogen erfolgt, welcher elektromag- netisch gesteuert wird. UNTERANSPRÜUCHE 1.

   Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das zur Steue rung des Hilfslichtbogens dienende Mag netfeld eine Komponente erhält, die von der Gleichspannung des Gleichstrom systems abhängig ist. \?. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das zur Steue rung des Hilfslichtbogens dienende Mag netfeld eine Komponente erhält, die vom Gleichstrom des Gleichstromsystems ab hängig ist. 3.

   Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das zur Steue rung des Hilfslichtbogens dienende Mag netfeld zwei Komponenten erhält, die ein ander entgegen wirken und von denen eine von der Gleichspannung und die andere vom Gleichstrom des Gleichstromsystems abhängig ist. -t. Einrichtung nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass der Hilfslicht bogen im Kondensatoskreis von der Hilfs anode in Abhängigkeit von der Ände rungsgeschwindigkeit EMI0004.0030 des vom Gleich stromsystem gelieferten Gleichstromes ge zündet und elektromagnetisch auf die Hauptanode geblasen wird. 5.

   Einrichtung nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, @dass der Hilfslicht bogen im Kondensatorkreis dauernd zwi- sehen einer Hilfsanode und der Kathode brennt und durch elektromagnetische Bla.- sung auf die Hauptanode geblasen wird.