DE1174432B

DE1174432B - Arrangement to prevent short-circuit currents in the event of flashbacks in power converter systems with real valves

Info

Publication number: DE1174432B
Application number: DEE10743A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Adil Erk; Dipl-Ing Werner Koch; Dr-Ing Erwin Marx; Dr-Ing Ludwig Schmitz
Original assignee: Emag Elektrizitaets GmbH
Current assignee: Emag Elektrizitaets GmbH
Priority date: 1955-05-18
Filing date: 1955-05-18
Publication date: 1964-07-23

Description

Anordnung zur Verhinderung von Kurzschlußströmen bei Rückzündungen in Stromrichteranlagen mit echten Ventilen Die Erfindung betrifft Anordnungen zur Verhinderung von Kurzschlußströmen bei Rückzündungen in Stromrichteranlagen mit echten Ventilen, bei denen Schnellschaltgeräte in den Zuleitungen von elektrischen Stromrichtergefäßen angeordnet sind. Bei Stromrichteranlagen mit echten Ventilen ist es nach dem bisherigen Stand der Entwicklung nicht vermeidbar, daß hin und wieder Rückzündungen auftreten. Derartige Rückzündungen haben in den weitaus meisten Fällen sehr erhebliche Kurzschlußströme in Anodenkreisen zur Folge, wodurch starke thermische und dynamische Beanspruchungen dieses Kreises und der in ihm enthaltenen Apparate, wie beispielsweise Transformatoren, hervorgerufen werden. Zur Abhilfe dieses Cbelstandes ist es bekannt, mittels Gittersperre den Kurzschlußkreis insoweit zu begrenzen, daß die weitere, zeitlich nachfolgende Zündung von Anoden unterdrückt wird, so daß der Kurzschlußstrom nur in jenen Kreis fließt, in welchem die rückzündenden Anoden liegen. Durch die Gittersperre wird eine Begrenzung dieses Kurzschlußstromes nicht herbeigeführt; er brennt, sofern nicht Schnellschaltvorrichtungen zu seiner Abschaltung vorgesehen werden, bis zu seinem natürlichen Nulldurchgang.Arrangement to prevent short-circuit currents in the event of reignition in power converter systems with real valves The invention relates to arrangements for Prevention of short-circuit currents in the event of reignition in power converter systems real valves, in which high-speed switching devices in the supply lines of electrical Converter vessels are arranged. For power converter systems with real valves according to the current state of development it is unavoidable that every now and then Re-ignition occur. Such re-ignition occurs in the vast majority of cases result in very substantial short-circuit currents in the anode circuits, resulting in strong thermal and dynamic loads on this circuit and the apparatus contained in it, such as transformers. To remedy this cbelstand it is known to limit the short-circuit circuit by means of a grid lock, that the further, temporally subsequent ignition of anodes is suppressed, so that the short-circuit current only flows into the circuit in which the re-igniting anodes lie. The grid barrier does not limit this short-circuit current brought about; it burns, unless quick switching devices to shut it down be provided up to its natural zero crossing.

Arbeitet der Stromrichter bzw. Gleichrichter auf Gegenspannung, so werden die Verhältnisse noch ungünstiger und schwieriger. Es überlagert sich dann dem von der Wechselstromseite her fließenden Kurzschlußstrom ein weiterer Kurzschlußstrom von der Gleichstromseite her, welcher nur durch Gleichstromschnellschalter begrenzt und abgeschaltet werden kann.If the converter or rectifier works on counter voltage, so the conditions become even more unfavorable and difficult. It then overlaps the short-circuit current flowing from the alternating current side is a further short-circuit current from the direct current side, which is only limited by direct current high-speed switches and can be switched off.

Es wurde bereits erwähnt, daß zur Vermeidung der geschilderten hohen thermischen und dynamischen Belastung der im Kurzschlußkreis liegenden Geräte Schnellschalter vorgesehen werden können. Bei der verhältnismäßig großen Anzahl von Anoden, die üblicherweise bei größeren Anlagen zur Anwendung kommen, bedeutet die Anordnung eines Schnellschalters in jeder einzelnen Anodenleitung einen sehr erheblichen räumlichen und wirtschaftlichen Aufwand. Darüber hinaus können die Kurzschlußströme nicht vollständig vermieden werden, da die Abschaltzeiten bisher bekannter Schalter einige Millisekunden betragen und demnach so groß sind, daß die Ausbildung des Kurzschlußstromes bis zu seinem Maximalwert oder zu mindetens einem großen Teil davon nicht verhindert werden kann.It has already been mentioned that in order to avoid the high thermal and dynamic loading of the devices in the short-circuit circuit can be provided. With the relatively large number of anodes that usually used in larger systems, means the arrangement a high-speed switch in each individual anode line has a very considerable spatial effect and economic effort. In addition, the short-circuit currents cannot be complete can be avoided, since the switch-off times of previously known switches a few milliseconds amount and are therefore so large that the formation of the short-circuit current up to at its maximum value or at least a large part of it is not prevented can be.

Ohne Rücksicht auf die Tatsache, ob Anodenschnellschalter angewendet werden oder nicht, ist es erforderlich, die gesamte Gleichrichtergruppe, in welcher die rückzündende Anöde liegt, bei den bisher bekannten Einrichtungen außer Betrieb zu nehmen.Regardless of whether the anode quick switch is used be or not, it is necessary to include the entire rectifier group in which the backfire anode is out of operation in the previously known devices gain weight.

Gemäß der Erfindung _ ist bei mehranodigen Gleichrichtergefäßen in jede Anodenzuleitung und bei einanodigen Gleichrichtergefäßen in die Zuleitung zu jedem Ventil ein Schnellschaltgerät eingebaut, welches mittels einer detonierenden Sprengladung arbeitet und so ausgebildet ist, daß die Sprengladung sich unmittelbar an der Schaltstelle befindet. Schnellschaltgeräte, die mit detonierenden Sprengladungen arbeiten, sollen weiterhin auch mit Sprengtrenner bezeichnet werden. Durch die Verwendung derartiger Sprengtrenner, welche Ansprechzeiten in der Größenordnung von etwa einer Zehntelmillisekunde und darunter haben, und Zerlegungszeiten, d. h. also Auftrennzeiten in der Größenordnung von Mikrosekunden, kann der von der Rückzündung betroffene Stromkreis in Verbindung mit einem Auslösekern so rasch geöffnet werden, daß eine schädliche Erhöhung der Stromstärke nicht eintreten kann. Aus Fi:g. 1 ist die Wirkungsweise der Sprengtrenner klar und deutlich zu erkennen. Auf der Zeitachse sind die Ströme !R, is und iT eines Dreiphasengleichrichtersystems aufgetragen. Zum Zeitpunkt t1 möge eine Rückzündung auftreten. Ohne Anordnung von Sprengtrennern oder ähnlichem hat diese Rückzündung das Anwachsen von Kurzschlußströmen in den Phasen R und S etwa gemäß,den gestrichelten Linien !R, und is, zur Folge. Durch die außerordentlich rasche Wirkungsweise der Sprengtrenner tritt eine nur vorübergehende und nur sehr geringfügige Erhöhung des Stromes i5 auf, während der Strom iR auf einem kleinen negativen Wert von wenigen Ampere beschränkt bleibt. Dies gilt auch für Rückzündungen infolge von Scheitelwertsdurchschlägen. Die weitere Anordnung und Wirkungsweise der Sprengtrenner wird an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben.According to the invention is in multi-anode rectifier vessels in every anode supply line and, in the case of single-anode rectifier vessels, into the supply line Each valve has a built-in high-speed switching device, which detonates by means of a Explosive charge works and is designed so that the explosive charge is immediately is located at the switching point. High-speed switching devices with detonating charges work should continue to be referred to as explosive separators. By using such explosive separators, which response times on the order of about one Have tenths of a millisecond and below, and decomposition times, d. H. so separation times on the order of microseconds, the one affected by the flashback can Circuit in connection with a trip core are opened so quickly that a harmful increase in current strength cannot occur. From Fi: g. 1 is the mode of action the explosive separator can be seen clearly. On the timeline are the currents ! R, is and iT of a three-phase rectifier system are plotted. At time t1 may a flashback occur. Without arrangement of explosive separators or the like this flashback has the increase in short-circuit currents in the R and S phases roughly according to the dashed lines! R, and is, result. By the extraordinarily The explosive separator works quickly only temporary and only a very slight increase in current i5, while current iR is on a small negative value of a few amps. this is also valid for flashbacks as a result of peak value breakdowns. The further arrangement and the mode of operation of the explosive separators is described on the basis of exemplary embodiments.

In F i g. 2 ist das Prinzipschaltbild eines zwölfanodigen Gleichrichters in zweifacher Doppel-Dreiphasenschaltung mit Sprengdrosseln dargestellt. In den Anodenleitungen 1 sind Sprengtrenner 2 angeordnet und außerdem Auslösekerne 3. Die Auslösekerne 3 sind Ringe aus hochpermeablen Eisensorten, welche eine Wicklung tragen, mittels welcher die Sprengladung der Sprengtrenner entweder direkt oder über ein Zündgerät 4 zur Detonation gebracht werden kann. In den Zündgeräten 4 kann beispielsweise mittels eines verhältnismäßig kleinen Spannungsstoßes, welcher vom Auslösekern 3 gewonnen wird, eine Dreielektrodenfunkenstrecke zum Ansprechen gebracht werden, welche ihrerseits eine kräftige Kondensatorentladung zur Zündung der Sprengladung freigibt. Die Auslösekerne 3 können außerdem noch eine oder mehrere Vormagnetisierungswicklungen tragen, um die Höhe der Stufe variieren und auch die Rückmagnetisierung einstellen zu können.In Fig. 2 is the basic circuit diagram of a twelve anode rectifier shown in double double three-phase circuit with detonating chokes. In the Anode lines 1 are arranged explosive separators 2 and also trip cores 3. The Trip cores 3 are rings made of highly permeable types of iron, which have a winding, by means of which the explosive charge of the explosive separator either directly or via a Ignitor 4 can be detonated. In the ignition devices 4, for example by means of a relatively small voltage surge, which is generated by the release core 3 is obtained, a three-electrode spark gap is made to respond, which in turn a powerful capacitor discharge to ignite the explosive charge releases. The trip cores 3 can also have one or more bias windings wear to vary the height of the step and also adjust the back magnetization to be able to.

Bei den einanodigen Stromrichteranlagen für große Leistungen ist eine mehrfache Anodenbeteiligung üblich. So ist beispielsweise bei einer Schaltung gemäß F i g. 2 mit dem gleichzeitigen Betrieb von vier Anoden zu rechnen, und zwar je eine Anode der Dreiphasensysteme 5, 6, 7 und B. Wenn nun an irgendeiner Anode eine Rückzündung auftritt, so bleibt die Störung auf die rückzündende Ventilleitung allein beschränkt, wenn erfindungsgemäß Sprengtrenner angeordnet sind. Völlig unbeeinfiußt von dem Störvorgang arbeiten jene Dreiphasengruppen weiter, in welchen die Rückzündung nicht erfolgte, und zwar auch dann, wenn bei der rückzündenden Anode der Sprengtrenner angesprochen hat. Die beiden anderen Ventilstrecken der Dreiphasengruppe, in welcher sich die Störung ereignete, sind insoweit beteiligt, als sie zunächst nach Ansprechen des Springtrenners keinen Strom führen, und zwar deswegen, weil zum Zeitpunkt der kurzzeitigen Zündimpulse, die zur üblichen Zeit auf das Gitter gegeben werden, die Spannung an der Kathode infolge des Betriebes der anderen Dreiphasengruppen höher ist als an der Anode. Um das von der Rückzündung betroffene Dreiphasensystem wieder in Betrieb setzen zu können, ist eine vorübergehende Verstellung des Zündzeitpunktes der Ventile erforderlich. Es besteht die Möglichkeit, entweder nach Wiedereinlegen des Sprengtrenners den Zündzeitpunkt der betroffenen Dreiphasengruppe kurzzeitig so zu verschieben, daß zur Zeit der Zündung die Anodenspannung größer ist als die Kathodenspannung. Andererseits kann aber auch vor Wiedereinlegen des Sprengtrenners die Verstellung des Zündzeitpunktes bei den beiden anderen Anoden einer Dreiergruppe im Falle des Ansprechens eines Sprengtrenners vorgenommen werden. Es läßt sich dann der Betrieb mit den unbetroffenen Dreiphasengruppen und mit den beiden von der Rückzündung nicht betroffenen Ventilstrecken des gestörten Dreiphasensystems aufrechterhalten. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 3 sind an Stelle des mehranodigen Gleichrichters 9 gemäß F i g. 2 mehrere Einanodengefäße 10 vorgesehen. Die Sprengtrenner sind bei der Schaltung gemäß F i g. 3 auf der Kathodenseite angeordnet. Die Wirkungsweise ist die gleiche, als wenn sie auf der Anodenseite vorgesehen werden.In the case of single-anode power converter systems for high outputs, multiple anode participation is common. For example, in a circuit according to FIG. 2, the simultaneous operation of four anodes can be expected, namely one anode each of the three-phase systems 5, 6, 7 and B. If a backfire occurs on any anode, the disturbance is limited to the backflushing valve line only if explosive separators are arranged according to the invention are. Completely unaffected by the disruptive process, those three-phase groups in which the backfire did not take place continue to work, even if the separator has responded on the backfire anode. The two other valve sections of the three-phase group in which the fault occurred are involved insofar as they initially do not carry any current after the switchgear disconnector has responded, namely because at the time of the brief ignition pulses that are given to the grid at the usual time, the voltage at the cathode is higher than at the anode due to the operation of the other three-phase groups. In order to be able to put the three-phase system affected by the backfire back into operation, a temporary adjustment of the ignition timing of the valves is necessary. It is possible, either after reinserting the separator, to shift the ignition time of the affected three-phase group for a short time so that the anode voltage is greater than the cathode voltage at the time of ignition. On the other hand, however, the adjustment of the ignition point in the two other anodes of a group of three can also be carried out before the separator is reinserted in the event that an explosive separator responds. Operation can then be maintained with the unaffected three-phase groups and with the two valve sections of the disturbed three-phase system that are not affected by the flashback. In the embodiment of FIG. 3 are instead of the multi-anode rectifier 9 according to FIG. 2 several single anode vessels 10 are provided. The explosive separators are in the circuit according to FIG. 3 arranged on the cathode side. The mode of operation is the same as when they are provided on the anode side.

Die räumliche Ventilanordnung der Sprengtrenner ist schematisch aus F i g. 4 zu entnehmen. Um die Sprengtrenner auf möglichst einfache Art und Weise einbauen oder auswechseln zu können, können diese beispielsweise mit Vorteil als auswechselbare Steckvorrichtungen ausgebildet werden. Es sind ebensogut Schraub-, Klemm- und andere Verbindungen möglich. Es kann außerdem zweckmäßig sein, Sprengtrenner mit automatisch nachladenden Sprengladungen auszurüsten, um das Auswechseln der Sprengladungen nicht von Hand vornehmen und auf besonders rasche Art und Weise bewerkstelligen zu können. F i g. 4 zeigt einen Sprengtrenner mit der detonierenden Sprengladung 11, welche das Leiterstück 12 bei der Detonation zerlegt. Zum Schutz gegen Splitter wird um den Sprengleiter herum ein Schutzkäfig 13 angeordnet, welcher entweder selbst aus Isolierstoff besteht oder mit einer Isolierstoffstrecke in Reihe geschaltet ist. Die Enden des Sprengleiters 12 liegen zwischen Elektroden 14 und 15, welche im Ausführungsbeispiel der F i g. 4 mit Messerkontakten 16 und 17, die ihrerseits in Nasen 18 und 19 greifen, verbunden sind.The spatial valve arrangement of the explosive separators is shown schematically in FIG. 4 can be found. In order to be able to install or replace the explosive separators in the simplest possible way, they can, for example, advantageously be designed as replaceable plug-in devices. Screw, clamp and other connections are just as possible. It can also be expedient to equip explosive separators with automatically reloading explosive charges so that the changing of the explosive charges cannot be carried out by hand and can be carried out in a particularly rapid manner. F i g. 4 shows an explosive separator with the detonating explosive charge 11, which disintegrates the conductor section 12 during the detonation. To protect against splinters, a protective cage 13 is arranged around the explosive slider, which either itself consists of insulating material or is connected in series with an insulating material path. The ends of the explosive slider 12 lie between electrodes 14 and 15, which in the embodiment of FIG. 4 with blade contacts 16 and 17, which in turn engage in lugs 18 and 19, are connected.

Eine für den Einbau besonders zweckmäßige Anordnung ergibt sich dann, wenn das Schaltgerät, welches mittels detonierender Sprengladungen arbeitet, mit dem Auslöseglied und, soweit erforderlich, mit der Zündspannungsquelle baulich vereinigt ist.An arrangement that is particularly useful for installation is then if the switching device, which works by means of detonating charges, with the trigger element and, if necessary, structurally combined with the ignition voltage source is.

Um die Auslösespule des Sprengtrenners nach dem Ansprechen wieder rückzumagnetisieren, sind besondere Anordnungen erforderlich. Es kann dies z. B. mittels einer besonderen Rückmagnetisierungswicklung, wie bereits erwähnt, erfolgen. Die Ummagnetisierung des Auslösekernes muß so erfolgen, daß bei Auftreten einer neuen Rückzündung das Gerät sofort wieder ansprechbereit ist, d. h. also, daß selbst wenn beim Einlegen des Sprengtrenners eine Rückzündung eintritt, der Sprengtrenner wieder ansprechen muß. Anordnungen für die Rückmagnetisierung des Auslösekernes sind in den F i g. 5 und 6 gezeigt. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 5 trägt der Auslösekern 3 neben der Auslösewicklung 20 die Rückmegnetisierungswicklung 21. Im Zuge der Rückmagnetisierungswicklung sind neben einem Begrenzungswiderstand 20 ein Schaltgerät 23 und ein Stromrichtungsanzeigegerät 24 angeordnet. Nach Betätigung bzw. kurzzeitig nach Einlegen des Schaltgerätes 23 kann im Gerät 24 die Stromrichtung abgelesen und dabei festgestellt werden, ob Rückzündungen auftreten oder nicht und bzw. ob der Auslösekern 3 bei dem Prüfungsvorgang durch richtiges Fließen des Stromes rückmagnetisiert wird. Dann anschließend kann der Sprengtrenner 2 eingelegt werden.In order to magnetize the trigger coil of the separator back again after it has responded, special arrangements are required. It can do this e.g. B. by means of a special reverse magnetization winding, as already mentioned, take place. The magnetization of the release core must be done in such a way that the device is immediately ready to respond again when a new flashback occurs, ie that even if a flashback occurs when the separator is inserted, the separator must respond again. Arrangements for the reverse magnetization of the release core are shown in FIGS. 5 and 6 shown. In the embodiment of FIG. 5 carries the triggering core 3 adjacent to the triggering winding 20, the Rückmegnetisierungswicklung 21. In the course of the return magnetic coil adjacent to a limiting resistor 20, a switching device 23 and a current direction-indicating device 24 are arranged. After actuation or briefly after inserting the switching device 23, the current direction can be read in the device 24 and it can be determined whether or not re-ignition occurs and / or whether the release core 3 is remagnetized during the testing process by the correct flow of the current. Then the separator 2 can then be inserted.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 6 sind parallel zum Sprengtrenner 2 ein Strombegrenzungswiderstand 25 und ein Gleichrichter 26 angeordnet. Der Strom im Kreis über die Teile 21, 25 und 26 ist normalerweise Null, da er durch den Hauptleiter vom Sprengtrenner kurzgeschlossen ist. Bei unterbrochenem Sprengleiter fließt über diesen Kreis ein Strom, welcher die Rückmagnetisierung des Kernes bewirkt. An Stelle einer Anordnung gemäß F i g. 6, bei welcher der Stromkreis 21, 25 und 26 dauernd mit dem Hauptleiter verbunden ist, besteht auch die Möglichkeit, mit Hilfe von Wisch- oder Vorkontakten oder ähnlichen Vorrichtungen auch nur eine kurzzeitige Verbindung über die Wicklung 21 herbeizuführen, wodurch die Ummagnetisierung bewirkt wird.In the embodiment of FIG. 6, a current limiting resistor 25 and a rectifier 26 are arranged parallel to the explosive separator 2. The current in the circuit across parts 21, 25 and 26 is normally zero as it is shorted by the main conductor from the detonator. If the explosive slider is interrupted, a current flows through this circuit, which causes the core to be magnetized back. Instead of an arrangement according to FIG. 6, in which the circuit 21, 25 and 26 is permanently connected to the main conductor, there is also the possibility, with the help of wiping or pre-contacts or similar devices, to bring about a short-term connection via the winding 21, whereby the magnetization is reversed.

Claims

Claims: 1. Arrangement to prevent short-circuit currents in the case of reignition in converter systems with real valves, in the case of high-speed switching devices are arranged in the supply lines of electrical converter vessels, thereby characterized in that in the case of multi-anode rectifier vessels in each anode line and in the case of single-anode rectifier vessels, a high-speed switching device in the supply line to each valve is built in, which works by means of a detonating explosive charge and so on is designed that the explosive charge is located directly at the switching point.

2. Arrangement according to claim 1, characterized by means for continuation the operation of valve groups in the event of a detonating trigger Explosive charges working high-speed switchgear.

3. Arrangement according to one or both of claims 1 and 2, characterized by devices for automatic adjustment of the ignition point in the case of the other two valves in a group of three the response of a high-speed switching device.

4. Arrangement according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that with detonating explosive charges working high-speed switching devices designed as exchangeable plug-in devices are.

5. Arrangement according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that that with detonating charges working high-speed switching devices with a device are equipped for the automatic reloading of explosive charges.

6. Arrangement according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that with detonating High-speed switching devices operating explosive charges are detonated by means of a voltage, their use of a trip core in connection with a three-electrode spark gap are controlled.

7. Arrangement according to one or more of claims 1 to 5, characterized characterized in that high-speed switching devices working with detonating explosive charges be ignited by means of a voltage that is obtained directly from a trip core will. B.

Arrangement according to one or more of Claims 1 to 7, characterized through structural unification of the high-speed switching devices that work with detonating charges with the trip core and the ignition voltage source.

9. Arrangement according to one or more of Claims 1 to 8, characterized by means for reversing the magnetization of the release core. Documents considered: German Patent No. 338 062; U.S. Patent No. 2 354158.