DE1924976C3 - Überstromschutzanordnung für eine Stromrichteranordnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Überstromschutzanordnung für eine Stromrichteranordnung für Wech- 6u sei- und Gleichrichterbetrieb, bestehend aus Stromrichterelementen mit einer Zündimpulse liefernden Steuereinrichtung und einem Stromwandler im Gleichstromkreis, an den ein die Stromrichterelemente bei einem Gleichstromkurzschluß in den Wechselrichterbetrieb umsteuerndes Überstromglied angeschlossen ist.

Kurzschlüsse im Gleichstromkreis dürfen die speisenden Stromrichterelemente, im allgemeinen Thyristoren, nicht zerstören und müssen daher so rasch wie möglich beseitigt oder in ihrer Wirkung vermindert werden. Eine diesem Zweck dienende Anordnung der eingangs genannten Art ist aus VDE-Fachberichte, Bd. 20 (1958), Seiten 104, 105, 108, bekannt. Hiernach werden im Slörungsfall entweder die Zündinipulse für die Stromrichterelemente sofort gesperrt oder auf Wechselrichterbetrieb der Slronirichteranordnung umgesteuert. Ersteres ist insbesondere bei großen Induktivitäten im Gleichstromkreis untunlich, während letzteres wegen der notwendigen Einhaltung des Respektabstandes (Freihaltewinkel) im Wechselrichterbetrieb zu steilen Spannungsanstiegen an den Stromrichterelementen in Sperr-Richtung führt und somit im Fall von Thyristoren als Stromrichterelementen die Gefahr des Sperrdurchbruches unter Kurzschlußstrom, d. h. der Zerstörung der Stromrichterelemente, herbeiführt. Dies gilt besonders für Hochspannungsstromrichter mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren, bei denen der Durchbruch eines Thyristors sofort zur Überlastung der übrigen hinsichtlich Blockierspannung führt und eine größere Anzahl von Stromrichterelementen zerstören kann. Die Anordnung zusätzlicher Thyristoren in der Reihenschaltung ist aber mit wesentlich erhöhtem Aufwand verbunden, insbesondere auch wegen der dann notwendigen Maßnahmen für die Sicherung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung über die vergrößerte Reihenschaltung.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Überstromschutzanordnung für eine Stromrichteranordnung, die mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine genügend rasche Unterdrückung des Kurzschlußstromes ohne Gefährdung der Stromrichterelemente, insbesondere Thyristoren, durch steile Spannungsanstiege ermöglicht. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Dabei kommt es auf die Impulssperrung mit Zeitverzögerung nach erfolgter Impulsverschiebung in den Wechselrichterbetrieb an.

Diesem Gedanken liegt folgende Überlegung zugrunde: Als Schaltung für die Gleich- und Wechselrichtung wird die Brückenschaltung gewählt, welche in der F i g. 2 mit den Stromrichtern 1 bis 6 dargestellt ist. Es sei angenommen, daß die Anordnung als Gleichrichter geschaltet ist. Der Vorgang sei anhand der Kurven in der F i g. 1 genauer erläutert. Vor dem Zeitpunkt ?o herrscht der normale Betrieb. Es seien gerade die Stromrichter 3 und 4 dann 4 und 5 und schließlich 5 und 6 in Betrieb. Dies ist in der Fig. 1 dargestellt. Dort sind die an den Stromrichtern liegenden Wechselspannungen U\ bis Uf, sowie die Ströme in den Stromrichtern /Ί bis 4 dargestellt. Der Strom ic ist der Gesamtgleichstrom. Die stark ausgezogenen Teile der Spannungskurven bedeuten, daß während dieser Zeit die Stromrichter Strom führen. Zunächst ist angenommen, daß die Stromrichter 3 und 4 gezündet haben. Im Zeitpunkt /_2 wird der Stromrichter 5 gezündet, im Zeitpunkt i_i der Stromrichter 6, so daß der Strom dann auf diese Stromrichter hinüberwechselt. Dies zeigen die Kurven /3 bis fe an. Wenn kein Kurzschluß auftreten würde, würde dann der Stromrichter 1 im Zeitpunkt t₀ und der Stromrichter 2 im Zeitpunkt fi gezündet werden. Im Zeitpunkt f₀ trete aber nun ein gleichstromseitiger Kurzschluß auf. Die Spannung im Gleichstromkreis bricht dann plötzlich zusammen. Es führen während dieser Zeit die Stromrichter 1 und 6 den Kurzschlußstrom. Der Strom i\ beginnt etwa im gleichen Zeitpunkt fo· Sogleich führt auch der Stromrichter 6 den Strom i₆.

io

wie der Kurzschlußstrom eine bestimmte Höhe

rreicht hat, steuert ein Übersiromglied, beispielsweise

^e. Trigger, auf Wcchselrichierbetrieb um. Dadurch

^elP . jgp stromrichter 2 nicht an der Stelle d, sondern

^Wjt im Zeitpunkt (j gezündet. Bis dahin behält der s

Stromrichter 6 seinen Strom i_b. Der .Strom wirύ dann auf

, stromrichter 2 kommutiert. Der Stromrichter 6

ι- ft aber als Wechselrichter weiter. Im Zeitpunkt l·,

'rd dann noch der Strom vom Stromrichter 1 auf den Stromrichter 3 kommuliert, etwa 180 nach dem ersten Snannungsnulldurchgang an den Klemmen der Stromrichter (Nulldurchgang bei Punkt t₂, wo sich die Spannungskurven lh und U_b schneiden) wird jeder Zündimpuls unterbunden. Von da ab zünden also keine Stromrichter mehr. Daher klingt dann der Strom ab und erlischt schließlich. Die Spannung steigt hierbei sinusförmig wie normal an und es gibt keine gefährlichen steilen Spannungsanstiege. Die Stromrichter die bei hohen Betriebsspannungen aus mehreren in Reihe liegenden Thyristoren bestehen, werden dann erheblich weniger durch steile Spannungsanstiege belastet und man hat die Möglichkeit, bei hohen Betriebsspannungen mit weniger in Reihe geschalteten Thyristoren auszukommen. Dies ist für die I lochspannungsgleichstromübertragung von großer wirtschaft-

eher Wichtigkeit.

Ausführungsbeispiele zeigen die F i g. 2 und 3.

In der Fig-2 sind mit t bis 6 die einzelnen Stromrichter, welche aus mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren bestehen können, bezeichnet. Sie werden aus dem Transformator 7 aus einem Drehstromnetz gespeist. Vom Transformator 7 ist nur die Sekundärwicklung gezeigt. 8 ist eine Drosselspule, welche die Induktivität des Gleichstromkreises darstellen soll. Die Gleichstromklemmen sind mit 9 und JO bezeichnet. Die an sich bekannte Steuereinrichtung besteht aus dem Impulsgenerator 11 und dem Impulsverteiler 12, der die Impulse im Abstand von =60° auf die einzelnen Stromrichter 1 bis 6 aufteilt. Am Ausgang entstehen die Steuerimpulse, welche die Zündung der Stromrichter bewirken. Der Impulsgenerator 11 wird aus dem Impulstransformator 13 gespeist. Die Impulsverschiebung im Normalbeirieb erfolgt durch den Impulsgenerator selbst oder den Impulstransformator in bekannter

Weise ^

Außerdem ist nun der Gleichstromwandler vorgesehen, der d*;n Gleichstrom an den Trigger 15 als Überstromglied führt. Dieser spricht an, wenn der Strom eine bestimmte über den Nennwert liegende Höhe erreicht hat, also beispielsweise, wenn ein Kurzschluß auftritt. Der Trigger besitzt zwei Ausgange, von denen der eine an den Impulsverschieber 16 gefuhrt ist der beim Auftreten eines Kurzschlusses die Impulse in'den Wechselrichterbetrieb unter Beachtung des Respektabstandes verschiebt. Der zweite Ausgang ist mit dem Eingang eines UND-Gliedes 17 verbunden. Außerdem ist ein verzögerter bistabiler Multivibrator 18 vorgesehen, der nach einer vorbestimmten Verzögerung die etwa 180° bis 270° einer Sinusperiode beträgt, einen Impuls an das UND-Glied 17 abgibt. Außerdem ist ein negatives UND-Glied 19 vorgesehen, dem der Ausgang des UND-Gliedes 17 und die Steuerimpulse aus dem Impulsgenerator Sl zugeführt werden.

Die Wirkungsweise ist nun folgende: Im Normalbetricb liegen am negativen UND-Glied 19 die Impulse des Impulsgenerators 11, aber kein Impuls vom UND-Glied 17. Das negative UND-Glied 19 läßt die Impulse durch. Der Impulsverschieber erhält keinen Impuls vom Trigger 15, laßt also die Impulse ohne Verschiebung durch. Sie gelangen an den Impulsverteiler und werden dort an die einzelnen Stromrichter aufgeteilt. Im Kurzschlußfalle gibt durch den erhöhten Strom im Stromwandler 14 der Trigger 15 einen Impuls ab. Dieser gelangt an den Impulsverschieber 16 und verschiebt die Impulse so, daß nur noch Wechselrichterbetpeb möglich ist. Ferner gelangt der Impuls an den Multivibrator 18, dort wird nach einer vorbestimmten Zeit ein Impuls erzeugt, der an das UND-Glied 17 gelangt. 1st dann der Überstrom noch vorhanden, liegt also aus dem Trigger 15 noch ein Impuls an dem UND-Glied, so entsteht am Ausgang ein Impuls, dieser gelangt an das negative UND-Glied 19, so daß dieser nunmehr sperrt und keine weiteren Impulse aus dem Impulsgenerator 11 durchläßt. Damit wird die Steuerung der Stromrichter 1 bis 6 endgültig unterbunden.

Die F i g. 3 zeigt ein anderes Beispiel der Erfindung, bei dem keine feste Zeitverzögerung vorgesehen ist, sondern in dem die größte Strom-Zeit-Fläche der einzelnen Stromrichter im Falle eines Kurzschlusses festgestellt wird und nach Ermittlung dieser Größe ein Impuls zur Sperrung der Steuerimpulse gegeben wird.

Die Bezeichnungen sind, soweit sie die gleichen Bestandteile betreffen, die gleichen wie in der Fig. 2. Lediglich die Einrichtung für die Sperrung der Impulse ist anders. Vom Stromwandler 14 wird der Trigger 15 gespeist, der das Verschiebungssignal an den Impulsverschieber 16 gibt. Dadurch werdeh wie in der F i g. 2 die Stromrichter vom Gleichrichter- in den Wechselrichterbetrieb umgesteuert. Sogleich wird das Ausgangssignal des Triggers 15 an das UND-Glied 17 gegeben. Dies erhält ein weiteres Signal aus einem Maximalwertbestimmer 20, der aus einem Mehrfachintegrator 21 gespeist wird. Dieser wiederum erhält sämtliche Ströme der einzelnen Stromrichter 1 bis 6 aus den mit den Stromrichtern in Reihe liegenden Gleichstromwandler 22 zugeführt. Er integriert die Ströme nach der Zeit. Der Maximalwertbestimmer 20 gibt dann nur den größten Wert der integrierten Ströme durch. Wenn nun der Maximalwert (nach der F i g. 1 der Strom /Ί des Stromrichters 1) sein Signal abgibt und gleichzeitig vom Trigger 15 ein Signal vorhanden ist, gibt das UN D-Glied 17 einen Impuls an das negative UND-Glied 19, das dann keine Impulse aus dem Impulsgenerator 11 mehr durchläßt. Dadurch wird nach dem Ablauf der Integrationszeit des Integrators 21 die Steuerung der Stromrichter völlig unterbrochen.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß nur geringe Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten, die die Anstiegsgeschwindigkeit im normalen Betrieb nicht überschreiten, an dem Stromrichter liegen und eine zu starke Beanspruchung dadurch vermieden wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überstromschutzanordnung für eine Strornrichteranordnung für Wechsel- und Gleichrichterbetrieb, bestehend aus Stromrichterelementen mit einer Zündimpulse liefernden Steuereinrichtung und einem Stromwandler im Gleichstromkreis, an den ein die Strornrichterelemenie bei einem Gleichstromkur/schluß in den Wechselrichterbetrieb umsteuerndes Überstromglied angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Überstromglied (15) zusätzlich mit einer Einrichtung (18, 19) verbunden ist, welche nach Übergang in den Wechselrichterbetrieb zeitverzögert die Erzeugung von Zündinipulsen unterbindet.

2. Überstromschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überstromglied (15) ein Trigger ist, welcher einen Impuls erzeugt, wenn ein Überstrom auftritt und daß ein verzögerter bistabiler Multivibrator (18) vorgesehen ist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Überstromgliedes (15) verbunden ist und an dessen Ausgang ein UND-Glied (17) angeschlossen ist, das einen zweiten Eingang besitzt, an dem der Triggerausgang angeschlossen ist, und daß der Ausgang des UND-Gliedes mit einem zweiten negativen UND-Glied (19) verbunden ist, dem die Impulse aus der Steuereinrichtung (11, 13) zugeführt werden, so daß die Impulse nicht durchgelassen werden, wenn das zweite negative UND-Glied (19) aus dem ersten UND-Glied (17) einen Impuls erhält.

3. Überstramschutzanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbindung der Steuerimpulse: mit einer Zeitverzögerung von 180° der Wechselstromkurve nach dem ersten Nulldurchgang der Stromriehtergleichspannung erfolgt.

4. Überstromschutzanordnung für eine Stromrichteranordnung in Brückenschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Brückenzweig Stromwandler (14) vorgesehen sind, an die je ein Integrator (21) angeschlossen ist, der mit einem Maximalwertbestimmer (20) verbunden ist, der nur den Strom durchläßt, dessen Stromzeitfläche am größten ist, und daß ein negatives UND-Glied vorgesehen ist, dem die Ausgangsspannung des Triggers und die Ausgangsspannung des Maximalwertbestimmers (20) zugeführt wird und das ein Sperrsignal gibt, wenn der Triggerausgang ein Signal gibt und der Ausgang des Maximalwertbe-Stimmers (20) durch Null geht, und daß das Ausgangssignal an ein zweites negatives UND-Glied (19) geführt ist, dem die Impulse der Steuereinrichtungen zugeführt sind.