DE2022014A1 - Schutzvorrichtung fuer Thyristorschalter - Google Patents

Schutzvorrichtung fuer Thyristorschalter

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DE2022014A1
DE2022014A1 DE19702022014 DE2022014A DE2022014A1 DE 2022014 A1 DE2022014 A1 DE 2022014A1 DE 19702022014 DE19702022014 DE 19702022014 DE 2022014 A DE2022014 A DE 2022014A DE 2022014 A1 DE2022014 A1 DE 2022014A1
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Gerard Ebersohl
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Alcatel Lucent SAS
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Compagnie Generale dElectricite SA
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Description

Patentanwälte
4439-36 DipUnslimmermann
München 2, Rosental 7
Tel. 261939
-5, Mai 1970
COMPAGNIE GENBRALE D»ELECTRICITE. 54, Rue La Boetie, PARIS (8), Frankreich
SCHUTZVORRICHTUNG FUR THYRISTORSCHALTER
■ Die Erfindung be trifft Thyristorschalter, die ."beispielsweise'-als-Synchronschalter zur Lastspannungsregelung von Transformatoren Verwendung finden.
Zum Schutz der Thyristorschalter vor Überspannungen wird in Parallelschaltung zu den Thyristoren ein Schutzstronikreis gelegt, der aus zwei gegensinnig in Reihe geschalteten Zener-Dioden besteht.
Trotzdem wurden Beschädigungen der Thyristoren festgestellt. Diese sind darauf zurückzuführen, dass eine in Sperrrichtung geschaltete Zener-Diode eine bestimmte Kapazität von beispielsweise 0,2 Pikofarad aufweisen kann. Diese Kapazität, die an Spannungen von mitunter mehr als 1 000 V liegt, entlädt sich in einen der Thyristoren, der durch die rasche Stromänderung infolge des zu schwachen Widerstandes des Entladungsstromkreises beschädigt wird. ■
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die es ermöglicht, den Thyristorschalter vor die Entladung der Kapazität der Zener-Dioden des Schutzstromkreises zu schützen.
Sie ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine sättigbare Reaktanz, die niedrige Magnetstromverluste aufweist, in 'Reihenschaltung zu den Thyristoren angeordnet ist, wobei der Schutzstromkreis in bezug auf die aus den Thyristoren und der Reaktanz bestehenden Anordnung parallel liegt.
Bei einer Ausführungsart der Erfindung weist die sättigbare Reaktanz einen Magnetkern aus Ferrit auf.
Gemäss einem anderen Merkmal der Erfindung ist ein Kondensator zu der aus den Thyristoren und der sättigbaren Reaktanz bestehenden Anordnung parallelgeschaltet.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Thyristorschalter mit einem mit den Thyristoren in Reihe liegenden Nulldurchgangsdetektor ausgerüstet. Der Kondensator liegt in diesem Fall parallel zu der aus den Thyristoren der sättigbaren Reaktanz und dem Nulldurchgangsdetektor bestehenden Anordnung.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, den Thyristorschalter in Verbindung mit einem gleichartigen Thyristorschalter in einem Synchronschalter zur Lastspannungsregelung für Transformatoren zu verwenden ,und bei jeder Umschaltung des Abgriffs
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202201&
wird der den Abgriff wechselnde Thyristorschalter an eine. benachbarte Klemme geschaltet, und zwar in einer ersten Phase
über einen Widerstand und danach unmittelbar. *
An Hand der Pig. 1 und 2, die zwei erfindungsgemässe Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulichen, wird die Erfindung beschrieben.
Bei dem Schalter handelt es sich um einen Synchronschalter zur Lastspannungsregelung von Transformatoren\ die ^ Erfindung betrifft jedoch beliebige Thyristorschalter.
Im übrigen ist unter Thyristor jede Halbl'eiter-Gleichfichtervorrichtung mit gesteuertem Leitfähigkeitszustand zu verstehen.
Fig. 1 zeigt einen Transformator 1 mit mehreren Anschlussklemmen, von denen jedoch nur zwei, nämlich 2 und 3, veranschaulicht sind. Der Trnnsformator 1 speist eine Last 4,. die an die Klemmen 2 und 3 über einen aus zwei gegensinnig parallelgeschalteten Thyristoren 5 und 6 bzw. 7 und 8 bestehenden Thyristorschalter angeschlossen ist, deren Steuerkreise die Fig. nicht veranschaulicht.
Die beiden Thyristoranordnungen werden vor Überspannungen durch einen Parallelstromkreis geschützt, der aus zwei Zener-Dioden 9 und 10 bzw. 12 und 13 besteht, die gegensinnig in Reihe geschaltet sind. Ein derartiger Schalter wird insbesondere in der deutschen Patentanmeldung 14 134 782 vom έ' .Ί1.1963 der Antragstellerin unter dem Titel; "Lastumschalter
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BAD ORIGINAL
202201A
für Stufentransformatoren" beschrieben.
Erfindungsgemäss wird in Reihe zu den Thyristoren 5 und 6 bzw. 7 und 8 eine geringe Magnetstromverluste aufweisende, sättigbare Reaktanz 14 bzw. 15, geschaltet, wobei der Zener-Dioden-Schutzstromkreis parallel zu der aus den Thyristoren 5 und 6 bzw. 7 und 8 und der sättigbaren Reaktanz 14 bzw. 15 bestehenden Anordnung liegt.
Diese sättigbare Reaktanz gewährleistet den Schutz der Thyristoren vor gegebenenfalls auftretenden Entladungen der Kapazitäten der Zener-Dioden. Der Entladungsstrom, beispielsweise der Zener-Diode 11, welcher durch die Reaktanz 14 und danach durch den Thyristor 5 fliesst, ist auf einen niedrigen Wert begrenzts dieser entspricht während einer bestimmten Zeitdauer etwa dem Magnetisierungstrom, und die Zeit reicht aus, um den betreffenden Thyristor vollständig zu zünden. Die Reaktanz dient somit zur Verhinderung eines zu raschen Ansteigens des Entladungsstromes solange der Thyristor noch nicht genügend leitend ist, um einem hohen starken Strom standzuhalten.
Die sättigbare Reaktanz schützt jedoch ebenfalls die Thyristoren vor zu raschen Stromänderungen bei der Umschaltung.
Die Kennwerte der sättigbaren Reaktanz, insbesondere die Windungszahl und der Querschnitt des Magnetkernes, werden durch die Stromstärke bestimmt, auf die der Strom und die Zeit, auf die er begrenzt bleiben soll, begrenzt werden.
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BAD ORIGINAL
20220U -*-
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsart besteht die Reaktanz aus einem Magnetkern aus Ferrit. Dadurch kann eine Strombegrenzung auf 15 A während 6 us erzielt werden.
Bei einer anderen Ausführungsart wird ein Kondensator 16 bzw. 17 parallel zu den Thyristoren 5 und 6 bzw. 7 und 8 und zur Reaktanz 14 bzw. 15 geschaltet. Die Kapazität dieses Kondensators ist mit den angeschlossenen Reaktanzen auf eine genügend schwache Frequenz abgestimmt, so dass die Geschwindigkeit der Spannungsänderung an den Thyristorklemmen geringer als diejenige ist, welche die spontane Zündung der Thyristoren bewirkt.
Dank dieser Anordnung kann die Anstiegszeit der Spannung an den Klemmen der Thyristoren erhöht, d.h. der Höchstwert des Differentialquotienten der Klemmenspannung der Thyristoren in bezug auf die Zeit herabgesetzt werden, wenn nach der Sperrung des Schalters dieser nicht mehr an einer hohen Spannung liegt.
Die Verwendung des Kondensators 16 bzw. 17 ist also nur auf Grund' der sättigbaren Reaktanz 14 bzw. 15 möglich, die den Entladungsstrom des Kondensators 16 begrenzt, dessen Kapazität bei weitem höher ist als diejenige der gegensinnig angeordneten Zener-Diode.
Wenn der Thyristorschalter in Reihenschaltung mit den Thyristoren einen Nulldurchgangsdetekfcor 18 aufweist, der den
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Durchgang des Stroms durch Full ermittelt, wird der Kondensator 16 bzw. 17 vorteilhafterweise mit der die Thyristoren der sättigbaren Reaktanz und den Nulldurchgangsdetektor aufweisenden Anordnung parallel geschaltet. Bei geringen Stromschwankungen bei einem normalen Stromdurchgang durch Null sind die SpannungsSchwankungen gering und erreichen nicht den Schwellenwert der als Schutz dienenden Zener-Dioden. Der Strom fliesst also durch den Kondensator 16 bzw. 17, und der Nulldurchgangsdetektor 18 erfasst diese unerwünschten Nulldurchgänge nicht. Hierdurch wird eine Betriebssicherheit in dem Fall erreicht, in dem die leitfähigkeit der Thyristoren bei einem nicht normalen Stromdurchgang durch Null gesteuert werden muss.
Falls es sich um einen Synchronlastspannungsschalter handelt, der bestimmte Schutzstromkreise, wie die in der deutschen Patentanmeldung P 19 556 639 vom 5. November 1969 der Anträgsteilerin unter dem Titel "Elektronische Vorrichtung zur Steuerung eines unter Last schaltenden, synchronen Umschalters" genannten Stromkreise aufweist, kann in bestimmten , Fällen der Betrieb des Schalters unter bestimmten Bedingungen gewährleistet werden, den die Sicherheitsvorrichtungen verhindert hätten, wenn der Nulldurchgangsdetektor diese nicht normalen Nulldurchgange des Stromes ermittelt hätte.
Der in Fig. 2 veranschaulichte Schalter entspricht demjenigen der Fig. 1, und gleiche Teile sind mit gleichen Zahlen bezeichnet; ausserdem ist jeder Schalter mit den Klemmen
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20220U
über ein Drehschütz 27 bzw. 32 verbunden. Jede Klemme weist drei Kontakte 24, 25 und 26 auf, von denen der Kontakt 25 unmittelbar mit der Anschlussklemme des Transformators verbunden ist. Die beiden anderen Kontakte 24 und 26 sind zu beiden Seiten des Kontaktes 25 angeordnet und über den Widerstand bzw. 21,,22 und 23 mit der Anschlussklemme verbunden.
Die Breite des beweglichen Teils 27 bzw. 32 ist so
bemessen, dass es gleichzeitig mit den Kontakten 25 und 24 oder ä 26 bzw. 29 und 28 oder 31 in Verbindung gebracht werden kann.
Diese Anordnung ermöglicht eine fortschreitende Unterspannungsetzung des Thyristorschalters. Bei einem Abgriffwechsel wird der Schalter zunächst über einen Zwischeriwiderstand und dann unmittelbar an die folgende Klemme angeschlossen.
Die von dem Kondensator 16 bzw. 17 und dem Widerstand 1Q oder .21 bzw. 22 oder 23 gebildete Zeitkonstante des Widerstands-Kapazitäts-Stromkreises reicht aus, um die raschen Spannungsänderungen der Thyristoren.bei deren Unterspannung- (f setzung durch d^s Drehschütz zu unterdrücken, wodurch eine unerwünschte !leitfähigkeit des Schalters vermieden wird.
Erfindungsgemäss können also die Thyristoren vollständig vor r:.rjchon Stromschwankungen geschützt werden, und zwar dimk der sättigbaren Reaktanz,und der Kondensator schützt die Thyristoren vor Spannungsanderungen.
0 0 9 8 /, 7 / 1 2 0 k BAD ORIQlNAt,

Claims (8)

  1. 2Q220H Ϋ
    PATENTANSPRÜCHE
    1 Λ Thyristorschalter, "bei dem in Parallelschaltung zu den Thyristoren ein aus zwei gegensinnig in Reihe liegenden Zener-Dioden bestehender SchutzStromkreis angeordnet ist , dadurch gekennzeichnet, dass eine geringe Magnetstromverluste aufweisende sättigbare Reaktanz (14, 15) mit den Thyristoren (5, 6i 7, 8) in Reihe geschaltet ist, wobei der Schutzstromkreis (9, 11) zu der aus den Thyristoren (5> 6) und der Reaktanz (14* 15) bestehenden Anordnung parallelgeschaltet ist.
  2. 2. Thyristorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sättigbare Reaktanz (14, 15) einen Magnetkern aus Ferrit aufweist.
  3. 3. Thyristorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichne t, dass ein Kondensator (16, 17) parallel zu der aus den Thyristoren (5 9 6° 7, 8) und der sättigbaren Reaktanz (14, 15) bestehenden Anordnung vorgesehen ist.
  4. 4. Thyristorschalter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Kondensators (16, 17) mit den angeschlossenen Reaktanzen (14, 15) auf eine Frequenz abgestimmt ist, die ausreicht, um die Ge~ schwindigkeit der Spannungsänderung an den Klemmen der
    8/47/120A
    BAD ORIGiNAL
    20220H
    Thyristoren (5, 65 7y 8) niedriger als diejenige zu halten, welche deren spontane Zündung bewirkt.
  5. 5. Thyristorschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Nulldurchgangsdetektor (18) ausgerüstet ist, der mit den Thyristoren (5, 6; 7, 8) in Reihe geschaltet ist, wobei der Kondensator (16, 17) mit der aus den Thyristoren (5, 6j 7, 8) der eättigbaren Reaktanz und dem Nulldurchgangsdetektor (18) bestehenden Anordnung parallelgeschaltet ist.
  6. 6. Thyristorschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennz e i ohne t, dass er in Verbindung mit einem gleichartigen Thyristorschalter in einem Synchronschalter zur Lastspannungsregelung von Transformatoren verwendet wird, und dfiss bei jedem Klemmenwechsel der'die Klemme wechselnde Thyristor schalter sxi die benachbarte Klemme geschattet wird, und zwar in einer ersten Phase über einen Widerstand (19» 215 22, 23) und danach unmittelbar.
  7. 7. Thyristorschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klemme (2, 3) des Transformators drei Kontakte (24? 25, 26) aufweist, von denen der eine (25, 29) unmittelbar mit der Klemme (2, 3) verbunden und die beiden rinderen (24, 26; 28, 31) zu beiden Seiten des ersten Kontaktes (25, 29) angeordnet und über einen Widerstand (19, 21, 22, 23) mit der Klemme (2, 3) verbunden sind.
    0098 A 7/1204 ·/·
  8. 8. Thyristorschalter nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante des Widerstands-Kapazitäts-Stromkreises, der aus dem Kondensator (16, 17) und dem Widerstand (19, 21, 22, 23) besteht, derart ist, dass sie eine Geschwindigkeit der Spannungsänderung an den Klemmen der Thyristoren (5, 6; 7, 8) gewährleistet, die niedriger als diejenige ist, welche deren spontane Zündung bewirkt.
    9847/1-20
    ι Λ'·ν Lee rs ei te
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