Hochspannungsleistungsschalter mit parallelliegendem Gleichrichter
als Schaltwiderstand Um bei Hochspannungsleistungsschaltern die Schaltleistung zu
erhöhen, werden zur Vermeidung eines zu steilen Anstiegs der wiederkehrenden Spannung
oder zur Vermeidung von hochfrequenten Schwingungen, wie sie beispielsweise bei
der Abschaltung von Kurzschlüssen auf einer Leitung, den sogenannten Abstandskurzschlüssen,
auftreten, sowie zur Dämpfung von Schaltüberspannungen und damit zur Verhinderung
eines Durchschlags der Schaltstrecke letzterer niederohmige Widerstände parallel
geschaltet. Diese Widerstände haben jedoch den Nachteil, daß in ihnen eine sehr
hohe elektrische Energie in Wärme umgesetzt wird, die in der Größenordnung von 20
bis 60 kWs und darüber liegt, wodurch sie, um nicht durchzubrennen, mit einer entsprechend
hohen Wärmekapazität versehen werden müssen. Sie erhalten dadurch große Abmessungen
und erfordern zusätzlich zu ihrer Abschaltung Schalter, die die nicht unbeträchtlichen
Restströme unterbrechen können. Es sind hierzu mindestens Lastschalter notwendig.High voltage circuit breaker with parallel rectifier
as a switching resistor To increase the switching capacity of high-voltage circuit breakers
increase, to avoid too steep a rise in the repetitive voltage
or to avoid high-frequency vibrations, such as those at
the disconnection of short circuits on a line, the so-called distance short circuits,
occur, as well as to dampen switching overvoltages and thus to prevent them
a breakdown of the switching path of the latter low-resistance resistors in parallel
switched. However, these resistors have the disadvantage that in them a very
high electrical energy is converted into heat, which is in the order of 20
up to 60 kWs and above, which means that, in order not to burn out, with a corresponding
high heat capacity must be provided. This gives you large dimensions
and, in addition to their disconnection, require switches that are not inconsiderable
Interrupt residual currents. At least load switches are necessary for this.
Zur Erfüllung ihrer Aufgabe wäre es wünschenswert, wenn die Schaltwiderstände,
deren Wert 1 bis 100 Ohm, im Mittel etwa 10 Ohm beträgt, vor, im und nach dem Stromnulldurchgang
parallel zur Leistungsschaltstrecke liegen. Ist die Abschaltung an dieser Schaltstrecke
gelungen, dann sollte der Widerstandswert des Parallelwiderstandes mit der Spannung
ansteigen, damit über ihn nur ein geringer Strom fließt. Da aber spannungsabhängige
Widerstände -für solche Betriebsfälle nicht genügend dauerhaft sind, hat man bereits
Gleichrichter als Schaltwiderstände verwendet, die sich insofern für diese Aufgabe
besonders eignen, als sie nur in einer Halbwelle des Kurzschlußstromes belastet
werden. Ihre Erwärmung wird daher sehr gering gehalten, in der Regel beträgt sie
0,1 bis 0,5 kWs; außerdem genügt auch zu ihrer Abschaltung von der Netzspannung
ein einfacher Hilfsschalter.To fulfill their task, it would be desirable if the switching resistors,
whose value is 1 to 100 ohms, on average about 10 ohms, before, during and after the current zero crossing
parallel to the circuit breaker. Is the shutdown at this switching path
succeeded, then the resistance value of the parallel resistor should match the voltage
increase so that only a small current flows through it. But there voltage-dependent
Resistances - for such operating cases are not sufficiently durable, you already have
Rectifiers are used as switching resistors, which are useful for this task
particularly suitable as it is loaded only in one half-wave of the short-circuit current
will. Their warming is therefore kept very low, usually it is
0.1 to 0.5 kWs; it is also sufficient to disconnect them from the mains voltage
a simple auxiliary switch.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Hochspannungsleistungsschalter,
dessen Schaltstrecke durch einen parallelliegenden Gleichrichter als Schaltwiderstand
überbrückt ist. Erfindungsgemäß ist ein Gleichrichter gewählt, dessen Charakteristik
im Übergangsbereich von der Durchlaßrichtung zur Sperrichtung einen Widerstand von
etwa 10 bis 50 Ohm aufweist. Bei Verwendung eines solchen Gleichrichters als Schaltwiderstand
ergibt sich' der Vorteil, daß vor dem Nulldurchgang des Kurzschlußstromes nur ein
sehr kleiner Widerstand von etwa 1 bis 10 Ohm parallel zur Leistungsschaltstrecke
liegt, beim Wiedererscheinen der Netzspannung bzw. beim Auftreten der hochfrequenten
Spannung aus der kurzgeschlossenen Leitung aber ein solcher Widerstand im Gleichrichter
vorhanden ist, daß noch eine genügende Dämpfung dieser Spannung auftritt und damit
die Beanspruchung der Schaltstrecke auf einen Durchschlag vermieden wird. Siliziumgleichrichter
zeigen gerade dieses Verhalten. Die Trägheit des übergangs vom Durchlaßbereich in
den Sperrbereich ist für den normalen Gebrauch unerwünscht, für die Erfindung jedoch
kann diese Eigenschaft besonders gezüchtet werden. Dagegen ist bei einem normalen
Gleichrichter beim übergang vom Durchlaß- zum Sperrbereich schon ein sehr hoher
Widerstand vorhanden, so daß die steil ein- oder aufschwingende Spannung einen kleineren
Widerstand in der Leistungsschaltstrecke vorfindet und es, hier zu einem Durchschlag
kommt.The invention also relates to a high-voltage circuit breaker,
its switching path through a parallel rectifier as switching resistor
is bridged. According to the invention, a rectifier is selected whose characteristics
in the transition area from the forward direction to the reverse direction a resistance of
about 10 to 50 ohms. When using such a rectifier as a switching resistor
there is' the advantage that before the zero crossing of the short-circuit current only one
very small resistance of around 1 to 10 ohms parallel to the power switching path
when the mains voltage reappears or when the high-frequency
Voltage from the short-circuited line but such a resistance in the rectifier
is present that there is still sufficient damping of this voltage and thus
the stress on the switching path from a breakdown is avoided. Silicon rectifier
show just this behavior. The inertia of the transition from the passband in
the blocking area is undesirable for normal use, but it is undesirable for the invention
this trait can be specially bred. On the other hand, with a normal one
Rectifier at the transition from the pass to the blocking range is already a very high one
Resistance is present, so that the voltage that swings in or out steeply has a smaller one
Finds resistance in the circuit breaker and there is a breakdown here
comes.
Bei hohen Ausschaltleistungen empfiehlt es sich, gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung als Gleichrichter zwei derart vorgespannte Elemente, z. B. Transistoren,
vorzusehen, daß der Übergangsbereich mit dem Widerstand von etwa 10 bis 50 Ohm in
Richtung des Sperrbereichs verschoben wird. Bei höheren Ausschaltleistungen ist
nämlich die Leistungsschaltstrecke noch einige Zeit nach dem Stromnulldurchgang
so stark verunreinigt, daß eine Dämpfung der ein- oder aufschwingenden Spannung
aus dem Netz bzw. aus der kurzgeschlossenen Leitung durch den Gleichrichterwiderstand
beim übergang vom Durchlaß- zum Sperrbereich im Stromnulldurchgang allein nicht
ausreicht. In diesem Falle läßt sich der Übergang vom Durchlaß- in den Sperrbereich
durch die vorgespannten Gleichrichter so weit verlangsamen, daß erst, wenn die ein-
oder aufschwingende Spannung gleich oder größer als die Vorspannung ist, sie über
den Gleichrichter oder Transistor
einen Strom treiben kann, der
eine starke Dämpfung dieser leicht zu einem Überschlag führenden hochfrequenten
Schwingungen hervorruft.In the case of high breaking capacities, it is advisable to follow a further training course
the invention as a rectifier two such biased elements, for. B. transistors,
provide that the transition area with the resistance of about 10 to 50 ohms in
Is moved in the direction of the restricted area. At higher breaking capacities
namely the circuit breaker some time after the current zero crossing
so heavily contaminated that a damping of the voltage swinging in or up
from the network or from the short-circuited line through the rectifier resistor
in the transition from the open to the blocked range in the current zero crossing alone not
sufficient. In this case, the transition from the pass band to the stop band can be made
slow down by the preloaded rectifier so that only when the
or rising tension is equal to or greater than the bias it is about
the rectifier or transistor
can drive a current that
strong attenuation of these high frequencies, which can easily lead to a rollover
Causes vibrations.
Es ist bereits bekannt, Leistungsschalter durch zwei in Gegenschaltung
liegende Gleichrichter verschiedener Größe zu überbrücken, um dadurch einen Nebenweg
zu schaffen, über den sich die elektromagnetische Energie eines Stromkreises nach
dem Öffnen des Schalters ohne Funken- oder Lichtbogenbildung ausgleichen kann. Ebenso
sind schon vorgespannte Transistoren als kontaktlose Schalter für Elektromotoren
vorgesehen worden. Aber bei diesen bekannten Schaltanordnungen ist noch nicht die
besondere Charakteristik der Gleichrichter bzw. Transistoren ausgenutzt worden,
von der die Erfindung Gebrauch macht.It is already known to switch circuit breakers by two in counter-circuit
Bridging lying rectifiers of different sizes, thereby creating a bypass
to create, over which the electromagnetic energy of a circuit according to
can compensate for opening the switch without sparking or arcing. as well
are already biased transistors as contactless switches for electric motors
has been provided. But with these known switching arrangements is not yet the
special characteristics of the rectifiers or transistors have been used,
of which the invention makes use.
Zur weiteren Erläuterung sei auf die Zeichnung verwiesen, in der F
i g. 1, 3 und 4 Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung und F i g. 2 ein Strom-Spannungs-Diagramm
darstellen. Nach F i g. 1 liegt zu der Schaltstrecke des Leistungsschalters S, über
die der Kurzschlußstrom il, fließt, ein Gleichrichter Gl mit einem Hilfsschalter
H
parallel. Der Hilfsschalter hat die Aufgabe, vor einer Umpolung der wiederkehrenden
Spannung diesen Gleichrichter abzuschalten und damit die Spannungstrennung herbeizuführen.
Über den Gleichrichter fließt bei geschlossenem Schalter H ein kleiner Strom i,
dessen Größe im umgekehrten Verhältnis der Widerstände der beiden Stromzweige steht.For further explanation, reference is made to the drawing in which FIG. 1, 3 and 4 circuit arrangements according to the invention and FIG. 2 show a current-voltage diagram. According to FIG. 1 is a rectifier Gl with an auxiliary switch H parallel to the switching path of the circuit breaker S, through which the short-circuit current il flows. The task of the auxiliary switch is to switch off this rectifier before reversing the polarity of the recurring voltage and thus to bring about voltage separation. When the switch H is closed, a small current i flows through the rectifier, the magnitude of which is inversely related to the resistances of the two current branches.
F i g. 2 ist nun erkennbar, daß der Gleichrichter Gl in der Durchlaßrichtung
bei Spannungen in der Nähe von 1 kV einen Widerstand von etwa 1 bis 10 Ohm besitzt.
Bei kleinen positiven Spannungen hat die Gleichrichterkurve nicht wie bei einem
normalen Gleichrichter einen scharfen Knick, sondern einen kurvenförmigen Verlauf,
dessen Tangente eine Steigung hat, die etwa einen Widerstandsbereich von 10 bis
50 Ohm entspricht. Dieser Widerstand erzeugt beim Übergang vom Durchlaß- zum Sperrbereich
eine genügend hohe Dämpfung für die ein- oder aufschwingende Spannung, wodurch die
Leistungsschaltstelle so weit entlastet wird, daß hier kein Durchschlag auftreten
kann. An den Widerstandsbereich von 10 bis 50 Ohm schließt sich dann der
Sperrbereich von 1000 bis 10 000 Ohm an. In F i g. 3 ist das prinzipielle Schaltbild
zweier mit einer Vorspannung arbeitender Gleichrichter Gll und Glz gezeigt, denen
ein normaler Widerstand R oder ein spannungsabhängiger Widerstand R' parallel geschaltet
ist. Bei einem Widerstand R behält der Gleichrichter seine Sperrwirkung, während
bei Verwendung eines spannungsabhängigen Widerstandes R' bei höheren Spannungen,
z. B. über 10 kV, eine Spannungsbegrenzung eintritt und damit der Gleichrichter
bzw. der Transistor vor Überspannungen geschützt wird (F i g. 2). Durch die Vorspannung
kann erreicht werden, daß sich der Nulldurchgang des Gleichrichters in der Sperrichtung
verschiebt, wie es die gestrichelte Kurve anzeigt, wodurch bei einem größeren Nachstrom
in der Schaltstrecke eine längere Dauer der Einschaltung des Dämpfungswiderstandes
erzielt wird.F i g. 2 it can now be seen that the rectifier G1 has a resistance of approximately 1 to 10 ohms in the forward direction at voltages in the vicinity of 1 kV. In the case of small positive voltages, the rectifier curve does not have a sharp bend, as in a normal rectifier, but a curved shape, the tangent of which has a gradient that corresponds approximately to a resistance range of 10 to 50 ohms. At the transition from the pass band to the stop band, this resistance creates a sufficiently high damping for the voltage swinging in or up, so that the load switching point is relieved to such an extent that no breakdown can occur here. The resistance range from 10 to 50 ohms is followed by the blocking range from 1000 to 10,000 ohms. In Fig. 3 shows the basic circuit diagram of two rectifiers Gll and Glz which operate with a bias voltage and to which a normal resistor R or a voltage-dependent resistor R 'is connected in parallel. With a resistor R, the rectifier retains its blocking effect, while when using a voltage-dependent resistor R 'at higher voltages, e.g. B. over 10 kV, a voltage limitation occurs and thus the rectifier or transistor is protected from overvoltages (Fig. 2). As a result of the bias it can be achieved that the zero crossing of the rectifier shifts in the reverse direction, as indicated by the dashed curve, whereby a longer duration of the switching on of the damping resistor is achieved with a larger wake in the switching path.
F i g. 4 zeigt schließlich die Anordnung eines Transistors, der an
die Stelle der beiden Gleichrichter Gll und Glz nach F i g. 3 tritt. Dabei ist der
Hilfsschalter S2 dem Leistungsschalter S1 nachgeschaltet. Diese Anordnung wird man
dann wählen, wenn der Leistungsschalter ohnehin mit einer Hilfsschaltstelle versehen
ist.F i g. Finally, FIG. 4 shows the arrangement of a transistor which indicates
the location of the two rectifiers Gll and Glz according to FIG. 3 occurs. Here is the
Auxiliary switch S2 connected downstream of circuit breaker S1. This arrangement becomes one
choose if the circuit breaker is already provided with an auxiliary switching point
is.