DE2024785A1

DE2024785A1 - Schalteinrichtung fur das Abschalten von Gleichstrom Hochspannungsleitungen

Info

Publication number: DE2024785A1
Application number: DE19702024785
Authority: DE
Inventors: Werner Dip! Ing Wettingen Faust (Schweiz) M
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-02-20
Filing date: 1970-05-21
Publication date: 1971-10-07
Also published as: CA919810A; SE360506B; FR2078690A5; JPS5123015B1; GB1291686A; CH513507A; DE2024785B2; US3651374A

Description

Sn/UK

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Baden (Schweiz)

Schalteinrichtung für das Abschalten von ,Gleichstrom-Hochspannungsleitungen

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für das Abschalten von Gleichstrom-Hochspannungsleitungen mittels einer Kommutierungseinrichtung, die eine Reihenschaltung von in Durchlassrichtung gepolten steuerbaren elektrischen Ventilen enthält, wobei mit Ausnahme des vom positiven Hochspannungsanschluss aus gesehen letzten steuerbaren elektrischen Ventils in der genannten Reihenschaltung, jedem steuerbaren elektrischen Ventil ein ohmscher Widerstand parallel geschaltet ist.

Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der Schweizer-Patentschrift 231.972 bekannt geworden.

Löscht man beim Bekannten die Ventile^tufenweise, so werden dadurch die parallel liegenden Widerstände wirksam und verringern den Strom.

Zweck derartiger Einrichtungen ist es, die beim Beginn des.Ataschaltens* im Stromkreis vorhandene magnetische Energie in ther-

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mische Energie umzuwandeln und abzuführen»

Bei den bekannten Einrichtungen werden die Ventile gelöscht, indem mittels weiterer gesteuerter Ventile oder Schalter Kommutierungskondensatoreh zu den Ventilen parallelgesehaltet werden, wobei die Kommutierungskondensatoren von einer separaten Aufladeeinrichtung jeweils so aufgeladen werden müssen,, dass der über das zu löschende Ventil fliessende Entladestrom dem Durchlass-™ strom dieses Ventils entgegengerichtet ist und ihn zumindest kurzzeitig überwiegt.

Dazu sind grosse, hochspannungsfeste und daher teure Kondensatoren erforderlich. Dementsprechend ist auch die dazugehörige Aufladeeinrichtung sehr aufwendig.

Weiterhin wird bei den zum Stande der Technik zu zählenden Einrichtungen zumindest eines der steuerbaren elektrischen Ventile im Einschaltzustand der Einrichtung vom gesamten Laststrom durch» flössen.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, mit einer geringeren Anzahl von Kommutierungskondensatoren und unter Weglassung einer Aufladeeinrichtung auszukommen und bei der weiterhin die steuerbaren Ventile der Kommutierungseinrichtung nur während des Abschalt· Vorganges von Strom durchflossen werden.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kommutierungseinrichtung in Serie mit einem Trennschalter an- ' geordnet ist, dass ihr ein weiterer Trennschalter parallelgeschaltet ist, dass die Kommutierungseinrichtung eine geradzahlige Anzahl von steuerbaren elektrischen Ventilen enthält, dass jedem steuerbaren elektrischen Ventil ein steuerbares elektrisches Hilfsventil zugeordnet ist, in der Weise, dass die steuerbaren elektrischen Hilfsveritile untereinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Anode des ersten steuerbaren elektrischen Ventils und die Anode des ersten steuerbaren elektrischen Hilfsventils zusammengeschaltet und die Kathoden der genannten Ventile Über einen Kommutierungskondensator verbunden sind, dass weiterhin die Kathode des letzten steuerbaren elektrischen Ventils und die Kathode des letzten steuerbaren elektrischen Hilfsventils über einen ohmschen Widerstand, sowie die Anoden der letzten Ventile über einen Kommutierungskondensator zusammengeschaltet sind.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass gegenüber wirkungsmässig gleichwertigen, bekannten Einrichtungen nur halb so viele Kommutierungskondensatoren nötig sind und dass ausserdem auf eine teure Aufladeeinrichtung verzichtet werden kann.

Da die Ventile der Kommutierungseinrichtung nur während des Abschaltvorganges, afeo für wenige Millisekunden, einen Strom zu führen haben, spielt die Wärmeabführung in den Bauteilen der Einrichtung keine Rolle und die Bauteile können relativ klein gehal-

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ten werden, was einen weiteren Vorteil darstellt.

Ferner ist es zweckmässig, in Reihe mit den Kommutierungskondensatoren Induktivitäten anzuordnen,um den Stromkreis in den Ventilen'beim Einschalten zu begrenzen.

Sind die Anforderungen besonders gross, empfiehlt es sich, in Serie zu jedem Hilfsventil und in Serie zum letzten Ventil der P Reihenschaltung Kommutierungsinduktivitäten anzuordnen.

Besonders vorteilhaft ist es, die Kommutierungseinrichtung über eine Diodenbrücke an die Gleichstrom-Hochspannungsleitung und die Trennschalter anzuschliessert. Damit ist die Schalteinrichtung zum Abschalten von Hochspannungsleitungen beliebiger Polarität geeignet.

Es hat sich auch als sehr zweckmässig erwiesen, die Steuerung P der Hilfsventile als Polgesteuerung auszubilden.

In der Zeichnung sind erfindungsgemässe Ausführungen beispielsweise dargestellt.Es zeigt:

Pig. I eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung,

Fig. 2 eine abgewandelte Anordnung gemäss Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere abgewandelte Anordnung gemäss Fig. 1.

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ORIGINAL INSPECTED

In den Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen, die folgendes bedeuten:.

L die Leitungsinduktivität, R den ohmschen Widerstand der Leitung, S₁ und S₂ Trennschalter, E_e die Gleichspannung, R-, bis R_n-1 ohmsche Widerstände, T, bis T steuerbare elektrische

Ventile, H, bis H steuerbare elektrische Hilfsventile, C, bis In * 1

C Kommutierungskondensatoren, R„ einen ohmschen Widerstand, L_n η i\ χ

und L„ Induktivitäten, L„ und L^, bis L_Ki. Kommutierungsinduktivitäten und D. bis D₁^ Dioden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung sei an Hand der Fig. 1 näher erläutert.

Die Kondensatoren C-. bis C müssen beim erstmaligen Inbetriebneh men der Einrichtung (am einfachsten von Hand) so aufgeladen werden, dass der an der Verbindung zwischen den Kathoden und Anoden der gesteuerten Ventile T, bis T angeschlossene Belag positiv geladen ist.

Im eingeschalteten Zustand sind die Trennschalter S. und S₂ geschlossen. Beginnt der Trennschalter S 'zu Öffnen, werden mit Hilfe einer nicht besonders dargestellten Steuerung die elektrischen Ventile T, bis T gezündet, wobei der Laststrom J wegen des abnehmenden Kontaktdruckes und des damit steigenden Spannungsabfalles am Trennschalter S. von diesem auf die Reihenschal-

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tung der Ventile T bis T kommutiert. Der Trennschalter S₁ kann also lichtbogenfrei geöffnet werden.

Dann wird das Hilfsventil H₁ gezündet. Ueber das geöffnete Hilfsventil H₁ und das leitende Ventil T₁ kann sich nun der Kommutierungskondensator C₁ entladen und löscht damit das Ventil T-.

Der Laststrom J fliesst sodann kurzzeitig über das Hilfsventil H,, den Kommutierungskondensator G₁ und die Reihenschaltung der Ventile T_ bis T . Wenn der Kommutierungskondensator C₁ aufgeladen ist, wird· dadurch dieser Stromkreis gesperrt und damit das Hilfsventil H, gelöscht. Der Laststrom J muss jetzt über den ohmschen Widerstand R₁ und die Reihenschaltung der Ventile Tp bis T fliessen,, wodurch schon ein Teil der abzuführenden Energie in Wärme umgewandelt wird.

Der Laststrom J sinkt mit der Zeitkonstante L : (R + R₁) des

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Stromkreises auf einen neuen Betrag ab. Kurz vor dem Erreichen dieses Betrages wirdjdas Hilfsventil H~ gezündet.

Der nunmehr mit umgekehrter Polarität aufgeladene Kommutierungskondensator C. entlädti\sich jetzt über dieses Hilfsventil Hp und das geöffnete Ventil T_?, wodurch dieses gelöscht wird. Daraufhin fliesst der bereits reduzierte Laststrom J über den ohmschen Widerstand R₁, den Kommutierungskondensator C₁, der dadurch wieder auf seine Ausgangspolarität geladen wird, das Hilfsventil H₂ und die Reihenschaltung der Ventile T₅ bis T_n.

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Wenn der Kommutierungskondensator G, geladen ist, fliesst der restliehe Laststrom J über die Widerstände R. und Rp. Die Korn mutierung in den nachfolgenden, beliebig vielen Stufen(geradzahlige Anzahl)erfolgt in gleicher Weise.

Durch das Zünden des letzten Hilfsventils H entlädt sich der Kommutierungskondensator C über den ohmschen Widerstand R_K,
der als Dämpfungsglied für die Entladung dient und das Ventil T , wodurch dieses gelöscht wird.

Entsprechend der Anzahl der nunmehr im Laststromkreis liegenden Widerstände R, bis R , ist der Laststrom so weit abgesunken, dass der Kommutierungskondensator C_ ausreicht, um die restliche, jetzt nur geringe Energie aufzunehmen und dann den Strom zu unterbrechen. Der Trennschalter S₂ kann daraufhin lichtbogenfrei geöffnet werden, und die Hochspannungsleitung ist damit auch
galvanisch abgeschaltet.

Die Kommutierungseinrichtung befindet sich wieder im Ausgangszustand, das heisst, alle Ventile und Hilfsventile sind gelöscht und alle Kommutierungskondensatoren sind mit der eingangs angegebenen Polarität aufgeladen.

Wenn zweckmässigerweise, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in Reihe mit den Kommutierungskondensatoren Induktivitäten (im Beispiel ^L1»^L2^ angeordnet sind, wird damit die Stromanstiegsgeschwindig-

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keit ~— ^be"i ^der Kondensatorentladung begrenzt, so dass

dt

die Ventile nicht überbeansprucht werden können. Dies ist besonders bei der Verwendung von Halbleiterventilen vorteilhaft.

Ein optimaler Schutz für die Ventile ist dann gegeben, wenn, wie in Fig. 3 beispielsweise gezeigt, in Serie zu jedem Hilfsventil und in Serie zum letzten Ventil der Reihenschaltung Kommutierungsinduktivitäten (^L _K»^LtQ bis ^L _Ki|) angeordnet sind.

Wenn bei einem vermaschten Gleichstromversorgungsnetz ein Teil z.B. durch Leitungsriss ausfällt, kann dies dazu führen, dass sich in einem anderen Netzabschnitt die Stromrichtung in den Hochspannungsleitungen umkehrt. Es ist daher besonders vorteilhaft, die Kommutierungseinrichtung über eine Diodenbrücke an die Gleichstrom-Hochspannungsleitung und die Trennschalter S. und S₂ anzuschliessen (Fig. 2). Die Abschalteinrichtung kann dann unabhängig von der jeweils vorliegenden Stromrichtung betrieben werden; eine Beschädigung der Ventile bei Störungen des vermaschten Netzes ist damit zuverlässig verhindert.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Steuerung der Hilfsventile in der Weise ausgeführt, dass lediglich das erste

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der Reihenschaltung von einer Zündeinrichtung gezündet wird. Durch das Leitendwerden dieses Hilfsventils kann über geeignete, bekannte Kopplungselemente (Widerstands-Kondensator-Kombination) ein Zündimpuls für das zweite Hilfsventil abgeleitet v/erden. Dieses liefert wiederum den Zündimpuls für das nachfolgende und so weiter.

Eine derartige Polgesteuerung wird zum Beispiel in der US-Patentschrift 3.287.576 beschrieben.

In der Zeichnung sind mechanische Trennschalter S-, ,S_? vorgesehen, an deren Stelle aber auch ohne weiteres Gasentladungsventile oder steuerbare Halbleiterventile treten können.

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Claims

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Pat β η t a η s ρ r u c h e

l/Schalteinrichtung für das Abschalten von Gleichstrom-Hochspannungsleitungen, mittels einer Kommutierungseinrichtung, die eine Reihenschaltung von in Durchlassrichtung gepolten steuerbaren elektrischen Ventilen enthält, wobei mit Ausnahme des vom positiven Hoch-Spannungsanschluss aus gesehen letzten steuerbaren elektrischen Ventils in der genannten Reihenschaltung, jedem steuerbaren elektrischen Ventil ein ohmscher Widerstand parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungseinrichtung in Serie mit einem Trennschalter (S-) angeordnet ist, dass ihr ein weiterer Trennschalter (S.) parallelgeschaltet ist, dass die Kommutierungseinrichtung eine geradzahlige Anzahl von steuerbaren elektrischen Ventilen (T, bis T ) enthält, dass jedem steuerbaren elektrischen Ventil (T, bis T) ein steuerbares elektrisches Hilfsventil (H, bis H ) zugeordnet ist, in der Weise, dass die steuerbaren elektrischen Hilfsventile (H, bis H ) untereinander in Reihe ge- . schaltet sind, wobei die Anodeades ersten steuerbaren elektrischen Ventils (T,) und die Anode des ersten steuerbaren elektrischen Hilfsventils (H,) zusammengeschaltet und die Kathoden der genannten ^v Ventile über einen Kommutierungskondensator (C,) verbunden sind, dass weiterhin die Kathode des letzten steuerbaren elektrischen Ventils (T ) und die Kathode des letzten steuerbaren elektrischen Hilfsventils (H ) über einen onmschen Widerstand (R«>₉ sowie die

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Anoden der letzten Ventile über einen Kommutierungskondensator (C ) zusammengeschaltefc sind.

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2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall von mehr als zwei steuerbaren elektrischen Ventilen (T. bis T ) in einer Reihe, die Elektroden der übrigen, einanderzugeordneten steuerbaren elektrischen Ventile (T. bis T_n) imd Hilfsventile (H. bis H ) abwechselnd über einen Kommutierungskondensator (C,,Cp,.... C ) oder direkt miteinander verbunden sind.
3. Schalteinrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit den Kommutierungskondensatoren (C-,Cp,..) Induktivitäten (L.,Lp,....) angeordnet sind.
4. Schalteinrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zu jedem steuerbaren Hilfsventil (H, bis H ) und in Serie zum letzten steuerbaren elektrischen Ventil (T ) der Reihenschaltung Kommutierungsinduktivitäten (L^,L^. bis L^₁. ··) angeordnet sind.
5. Schalteinrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungseinrichtung über eine Diodenbrücke (D. bis Dj₄) an die Gleichstrom-Hochspannungsleitung und die Trennschaler (S₁JS₂) angeschlossen ist.
6. Schalteinrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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dass die Steuerung der steuerbaren elektrischen Hilfsventile (H, bis H_n) als Polgesteuerung ausgeführt ist.

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