DE2024785B2

DE2024785B2 - Einrichtung zum Abschalten von Gleichstrom-Hochspannungsleitungen

Info

Publication number: DE2024785B2
Application number: DE2024785A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Wettingen Faust (Schweiz)
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1970-02-20
Filing date: 1970-05-21
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2024785A1; CA919810A; SE360506B; GB1291686A; US3651374A; FR2078690A5; JPS5123015B1; CH513507A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abschalten von Gleichstrom-Hochspannungsleitungen, bei der parallel zu einem Trennschalter eine Reihenschaltung von in Durchlaßrichtung gepolten, steuerbaren elektrischen Hauptventilen angeordnet ist, zu denen ohmsche Widerstände parallel liegen, auf die der durch den Trennschalter fließende Laststrom — stufenweise abnehmend — übergeht, wenn im Zuge einer Abschaltung des Trennschalters ein Hauptventil nach dem anderen mittels von steuerbaren elektrischen Hilfsventilen freigegebenen Kondensatorladungen in den Sperrzustand gesteuert wird.

Derartige Einrichtungen sind bekannt. So beschreibt z.B. die schweizerische Patentschrift 2 31972 eine Abschalteinrichtung für 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

Darüber hinaus bezieht sich die DE-OS 18 06 614 auf eine glcichgeartete Einrichtung, bei der parallel zu einem Trennschalter eine Reihenschaltung von Einzelschaltelementen liegt, zu denen ohmsche Widerstände parallel liegen, auf die der durch den Trennschalter fließende Laststrom — stufenweise abnehmend — übergeht, wenn im Zuge einer Abschaltung des Trennschalters ein Einzelschaltelement nach dem anderen mittels geeigneter Maßnahmen in den Sperrzustand gesteuert wird.

Aus dieser Entgegenhaltung geht hervor, daß für die Einzelschaltelemente steuerbare elektrische Ventile in Betracht kommen (S. 19, Z. U-15). Die Löschung der Ventile mittels Zwangskommutierung mit Hilfsvenlilen und Kondensatoren ist z. B. durch die DE-AS 11 79 994 bekannt

Bei den beschriebenen Einrichtungen müssen zur Löschung der Ventile die Komutierungskondensatoren von einer separaten Aufladeeinrichtung jeweils so aufgeladen werden, daß der über das zu löschende Ventil fließende Entladestrom dem Durchlaßstrom dieses Ventils entgegengerichtet ist und ihn zumindest kurzzeitig überwiegt.

Dazu sind große, hochspannungsfeste und daher

jo teure Kondensatoren erforderlich. Dementsprechend ist auch die dazugehörige Aufladeeinrichtung sehr aufwendig.

Weiterhin wird bei den zum Stand der Technik zählenden Einrichtungen zumindest eines der steuerba-

J5 ren elektrischen Ventile im Einschaltzustand der Einrichtung vom gesamten Laststrom durchflossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht mit einer geringeren Anzahl von Kommutierungskondensatoren und unter Einsparung einer aufwendigen Aufladeeinrichtung auszukommen, bei welcher Einrichtung weiterhin die steuerbaren Ventile der Kommutierungseinrichtung nur während des Abschaltvorganges von Strom durchflossen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art die Anzahl der elektrischen Haupt- und Hilfsventile jeweils geradzahlig ist, daß die Anoden der — vom positiven Pol aus gezählten — jeweils ungeraden Haupt- und Hilfsventile direkt miteinander verbunden sind, während die Kathoden der ungeradzahligen Ventile bzw. die Anoden der geradzahligen Ventile jeweils über Kommutierungskondensatoren in Verbindung stehen, und daß die Kathode des letzten Hauptventils, dem kein Lastübernahmewiderstand parallel geschaltet ist, und die Kathode des letzten Hilfsventil über einen ohmschen Dämpfungswiderstand gekoppelt sind.
Da die Ventile der Kommutierungseinrichtung nur

W) während des Abschaltvorganges, also für wenige Millisekunden, einen Strom zu führen haben, spielt die Wärmeabführung in den Bauteilen der Einrichtung keine Rolle, und die Bauteile können relativ klein gehalten werden.

Es ist 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 Reihenschaltung Kommutierungsinrinktivitäten anzuordnen.

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

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine erste erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,

F i g. 2 eine abgewandelte Anordnung gemäß Fig. 1, r>

F i g. 3 eine weitere abgewandelte Anordnung gemäß Fig. 1.

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

La die Leitungsinduktivität, Ro den ohmschen Widerstand der Leitung, S\ und Sb Trennschalter, £"_ die Gleichspannung, /?i bis Zf_n-1 ohmsche Widerstände, 71 bis T_n steuerbare elektrische Ventile, H\ bis H_n steuerbare elektrische Hilfsventeile, Q bis C_n Kommutierungskondensatoren, Rk einen ohmschen Widerstand, Li und L₂ Induktivitäten, Lk und Lki bis Lka Kommutierungsinduktivitäten und D\ bis A Dioden.

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

Die Kondensatoren Q bis C_n müssen beim erstmali- m gen Inbetriebnehrnen der Einrichtung (am einfachsten von Hand) so aufgeladen werden, daß der an der Verbindung zwischen den Kathoden und Anoden der gesteuerten Ventile 71 bis T_n angeschlossene Belag positiv geladen ist. Eine separate, aufwendige Auflade- r> einrichtung wie beim Stand der Technik gemäß CH-PS 2 31 972 ist nicht erforderlich.

Im eingeschalteten Zustand sind die Trennschalter S\ und 52 geschlossen. Beginnt der Trennschalter S\ zu öffnen, werden mit Hilfe einer nicht besonders dargestellten Steuerung die elektrischen Ventile 7] bis T_n gezündet, wobei der Laststrom / wegen des abnehmenden Kontaktdruckes und des damit steigenden Spannungsabfalles am Trennschalter S\ von diesem auf die Reihenschaltung der Ventile T\ bis T_n 4^r, kommutiert. Der Trennschalter Si kann also lichtbogenfrei geöffnet werden.

Dann wird das Hilfsventil H\ gezündet. Über das geöffnete Hilfsventil Wi und das leitende Ventil 71 kann sich nun der Kommutierungskondensator Q entladen ίο und löscht damit das Ventil 71.

Der Laststrom / fließt sodann kurzzeitig über das Hilfsventil H\, den Kommutierungskondensator C\ und die Reihenschaltung der Ventile 7} bis T_n. Wenn der Kommutierungskondensator Ci aufgeladen ist, wird dadurch dieser Stromkreis gesperrt und damit das Hilfsventil W₁ gelöscht. Der Laststrom /muß jetzt über den ohmschen Widerstand R\ und die Reihenschaltung der Ventile T₂ bis T_n fließen, wodurch schon ein Teil der abzuführenden Energie in Wärme umgewandelt wird. w)

Der Laststrom / sinkt mit der Zeitkonstante Uy- (Ro+ Ri) des Stromkreises auf einen neuen Betrag ab. Kurz vor dem Erreichen dieses Betrages wird das Hilfsventil H₂ gezündet.

Der nunmehr mit umgekehrter Polarität aufgeladene μ Kommutierungskondensator Q entlädt sich jetzt über dieses Hilfsventil H2 und das geöffnete Ventil T₂, wodurch dieses gelöscht wird. Daraufhin fließt der bereits reduzierte Laststrom J über den ohmschen Widerstand Rüden Kommutierungskondensator Ci.der dadurch wieder auf seine Ausgangspolarität geladen wird, das Hilfsventil H₂ und die Reihenschaltung der Ventile T₃ bis 7*„.

Wenn der Kommutierungskondensator Ci geladen ist, fließt der restliche Laststrom /über die Widerstände Ri und R₂. Die Kommutierung in den nachfolgenden, beliebig vielen Stufen (geradzahlige Anzahl) erfolgt in gleicher Weise.

Durch das Zünden des letzten Hilfsventil H_n entlädt sich der Kommutierungskondensator C_n über den ohmschen Widerstand Rk, der als Dämpfungsglied für die Entladung dient und das Ventil T_n, wodurch dieses gelöscht wird.

Entsprechend der Anzahl der nunmehr im Laststromkreis liegenden Widerstände Ri bis /?„-i ist der Laststrom so weit abgesunken, daß der Kommutierungskondensator C_n ausreicht, um die restliche, jetzt nur geringe Energie aufzunehmen und dann den Strom zu unterbrechen. Der Trennschalter 52 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 Hilfsventil sind gelöscht und alle Kommutierungskondensatoren sind mit der eingangs angegebenen Polarität aufgeladen.

Wenn, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in Reihe mit den Kommutierungskondensatoren Induktivitäten (im Beispiel Li, L2) angeordnet sind, wird damit die

Stromanstiegsgeschwindigkeit jy bei der Kondensatorentladung begrenzt, so daß 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 F i g. 3 gezeigt, in Serie zu jedem Hilfsventil und in Serie zum letzten Ventil der Reihenschaltung Kommutierungsinduktivitäten (Lk, Lki bis Lka) 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 Si und 52 anzuschließen (F i g. 2). Die Abschalteinrichtung kann dann unabhängig von der jeweils vorliegenden Stromrichtung betrieben werden; eine Beschädigung der Venteile 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 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 werden. Dieses liefert wiederum den Zündimpuls für das nachfolgende und so weiter. Eine derartige Folgesteuerung wird zum Beispiel in der US-Patentschrift 32 87 576 beschrieben.

In der Zeichnung sind mechanische Trennschalter Si, S₂ vorgesehen, an deren Stelle aber auch ohne weiteres Gasentladungsventile oder steuerbare Halbleiterventile treten können.

MILT/u 2 I3hilt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Abschalten von Gleichstrom-Hochspannungsleitungen, bei der parallel zu einem Trennschalter eine Reihenschaltung von in Durchlaßrichtung gepolten, steuerbaren, elektrischen Hauptventilen angeordnet ist, zu denen ohmsche Widerstände parallel liegen, auf die der durch den Trennschalter fließenden Laststrom — stufenweise abnehmend — übergeht, wenn im Zuge einer Abschaltung des Trennschalters ein Hauptventil nach dem anderen mittels von steuerbaren elektrischen Hilfsventilen freigegebenen Kondensatorladungen in den Sperrzustand gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der elektrischen Haupt- und Hilfsventile (Ti bis T_n, Hi bis H_n) jeweils gradzahlig ist, daß die Anoden der — vom positiven Pol der Schalteinrichtung aus gezählt — jeweils ungeraden Haupt- und Hilfsventile (71, T₃, T₅...; Hu H₃, H₅...) direkt miteinander verbunden sind, während die Kathoden der ungeradzahligen Ventile (T,, T₃₁T₅...; H₁, H₃, H₅...) bzw. die Anoden der geradzahligen Ventile (T₂, T₄, T₆...; H₂, Η*, H₆...) jeweils über Kommutierungskondensatoren (Ci, C₂, C₃...) in Verbindung stehen und daß die Kathode des letzten Hauptventils (T_n), dem kein Lastübernahmewiderstand parallel geschaltet ist, und die Kathode des letzten Hilfsventil (H_n) über einen ohmschen Dämpfungswiderstand (Rk) gekoppelt sind.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Kommutierungskondensatoren (Ci, C₂...) Induktivitäten (Li, L₂...) angeordnet sind.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zu jedem Hilfsventil (H\ bis H_n) und in Serie zum letzten elektrischen Hauptventil (T_n) der Reihenschaltung Kommutierungsinduktivitäten (Lk, Lk\ bis Lv...) angeordnet sind.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über eine Gleichrichterbrücke (Di bis D4) an die Gleichstrom-Hochspannungsleitung und die Trennschalter (Si, S₂) angeschlossen ist.