DE2137082A1

DE2137082A1 - Anordnung zur strombegrenzenden unterbrechung von gleich- und wechselstroemen hoher spannung

Info

Publication number: DE2137082A1
Application number: DE2137082A
Authority: DE
Inventors: Hagen Dipl Ing Haertel; Dieter Prof Dr Ing Kind
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-07-24
Filing date: 1971-07-24
Publication date: 1973-02-01
Also published as: CH550480A; GB1391106A; SE387004B; US3796891A; CA961151A

Description

Professor Dr.-Ing. Dieter Kind 33 Braunschweig, Pockelstraße 4

Km/ly FK 70/131

21.JuIi 1971

Anordnung zur strombegrenzenden Unterbrechung von Gleich- und Wechselströmen hoher Spannung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur strombegrenzenden Unterbrechung von Gleich- und Wechselströmen hoher Spannung, in der der abzuschaltende Strom mehrere elektrisch in Reihe liegende Kommutierungsstufen mit Kommutierungsschaltstrecken, Kommutierungskondensatoren und Energieabsorbern durchläuft und dabei auf einen Reststromwert verringert wird, der von einem Schalter mit kleiner Schaltleistung überspannungsfrei ausgeschaltet werden kann.

Es ist bereits eine Anordnung zur strombegrenzenden Unterbrechung von Gleich- und Wechselströmen hoher Spannung bekannt, in der einem Kommutierungsschalter ein Kondensator parallel geschaltet wird, der dem Schalter den Strom entzieht und der durch den abzuschaltenden Strom auf eine so hohe Spannung aufgeladen wird, daß dieser Strom auf einen parallelen hochohmigen Widerstand (Energieabsorber) kommutiert und auf einen Reststromwert vermindert wird, dor durch anderweitige Maßnahmen endgültig unterbrochen wird (Ι5ΤΖ/Λ, Bd.89(I968)S.3-6). Zur Reststromunterbrechunj;· eignet sich besonders eine bekannte Einrichtung, die aus einem Reststromschalter mit paralleler Uberspanmingsschutzsclm 1 tunt·, aus in lleiho liegenden Löschfunkenstrecken, einem Widerstand und einem Kondensator besteht (deutsche Patentschrift

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Um die vorgenannte Schaltanordnung für die Unterbrechung von Strömen bei höheren Spannungen auszubilden, ist eine Reihenschaltung mehrerer Kommutierungsschaltstrecken und der parallelen • Nebenwege möglich. Dabei steigt der Aufwand für die Schaltstreclcen, die Kommutierungskondensatoren und die Energieabsorber proportional mit der geforderten Schaltspannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung anzugeben, die die gleiche Wirkung auf den abzuschaltenden Strom hat wie die oben genannte Reihenschaltung, bei denen jedoch die Anzahl der teuren Kommutierungselemente (Schaltstrecke und Kommutierungskondensator) wesentlich vermindert werden kann. Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, daß die Anordnung nur einen Kommutierungskondensator bzw. nur einen Kommutierungskondensator und eine Kommutierungsschaltstrecke enthält und daß diese Elemente durch steuerbare Hilfsschalter nacheinander in die einzelnen Kommutierungsstufen zur Erfüllung ihrer Aufgabe einschaltbar sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Anordnung zur strombegrenzenden Unk terbrechung von Gleich- und Wechselströmen hoher Spannung, Fig. 2 ein zu Fig. 1 gehöriges Strom- und Spannungsdiagramm, Fig. 3 eine Schaltanordnung zur mehrfachen Ausnutzung der Kommutierungskapazität gemäß der Erfindung, Fig. 4 ein zu Fig. 3 gehöriges Strom- und Spannungsdiagramm, Fig. 5 und 6 zeigen weitere Schaltungsanordnungen nach eier Erfindung, bei denen die Aufladung der Kapazität durch die vorhergegangene Kommutierung für die folgende ausgenutzt wird, Fig. 7 zeigt ein zu Fig. 6 gehöriges Strom- und Spaunuiigsd i agramm,

Fig. 8 und 9 zeigen S-. haLtanordnungen nach der Erfindung mit unterteiltem Kommutierungskondensator _f FLg. 10 und Il zeigen S haltanordnungen zur mehrfachen Ausnutzung von Kommutierungskapazität und KommutierimKssc-hciltstrecke gemäß der Erfindung.

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Um. das Verständnis für die Erfindung zu erleichtern, sei zunächst die bekannte Schaltungsanordnung nach Fig. 1 beschrieben, in der U die treibende Spannung ist, die einen Strom I , der abgeschaltet werden soll, über eine Induktivität L und die Schalter S und S. treibt. Parallel zu dem als Kommutierungsschalter dienenden Schalter S liegen der Kommutierungskondensator C und der Absorberwiderstand R . In Reihe mit dem Kommutierungskondensator liegen ein Hilfsschalter IIS und die Induktivität L_-1 . Parallel zu den Schaltern S. und S₀ liegt ferner eine Schutzschaltung gegen Überspannungen, die aus einer Reihenschaltung von Funkenstrecken FS, einem stromabhängigen Widerstand R₀ und einem Kondensator C besteht.

Nach Fig. 1 und 2 fließt für Zeiten t< t. der Strom I , der abgeschaltet werden soll. Bei t. öffnet der Kommutxerungsschalter S. und erzeugt eine Lichtbogenspannung, nach einigen ms schließt zur Zeit t_o der Hilfsschalter HS. Der Strom koramutiert in den Kondensator C und lädt ihn auf. Entsprechend der Spannung an C wird der Strom auf den Energieabsorber R kommutiert, der so ausgelegt ist, daß R₁(I ) ·Ι > U ist, so daß der Strom vermindert werden kann. Ist der Strom i näherungsweise auf den Restwert I=U /R dp) abgesunken, der je nach Auslegung von R. einige % bis einige 10% von I beträgt, dann wird der Reststromschalter S zur Zeit t„ geöffnet, der im Zusammenwirken mit dem in Reihe geschalteten Energieabsorber R. eine Spannung größer als die treibende Spannung erzeugt und den Strom weiter vermindert. Werden unzulässige Überspannungen an der Schalteinrichtung erzeugt, dann spricht zur Zeit t, die Überspannungsschutzschaltung an. Die Reihenschaltung aus den Funkenstrecken FS, dem stromabhängigen Widerstand R₀ und der Kapazität C₀ erzeugt eine der treibenden

tu et

,Spannung entgegengerichtete Spannung, nimmt die Restenergie auf und schaltet den Strom i zur Zeit t_ endgültig ab. ·

In den im folgenden beschriebenen Figuren sind Schaltungen nach der Erfindung und zugehörige Diagramme angegeben, die sich nur auf den Kommutierungsteil der Schaltanordnung beziehen. Der zu unterbrechende Strom I wird in den folgenden Erläuterungen für

209885/0698 "*"

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den Zeitraum der Kommutierung als näherungsweise konstant angesehen.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung nach der Erfindung, in der drei Kommutierungsschaltstrechen S., S₀ und S in Kaskadenform und die Energieabsorber R., R₀ und R„ in Reihe angeordnet sind. Für die Kommutierung des abzuschaltenden Stromes I aus den Schaltstrecken in die zugehörigen Absorber, z.B. aus S in R₀, xvärd jeweils der gleiche Kommutierungskondensator C verwendet, der über steuerbare Hilfsschalter der entsprechenden Schaltstrecke parallel geschaltet werden kann und der nach einer Kommutierungsstufe über einen HiIfskreis entladen wird. Für die angegebene Schaltung wird nur 1/3 der Kondensatorbatterie benötigt j die erforderlich wäre, wenn für jeden Kommutierungsschalter ein eigener Kondensator vorgesehen wäre. Das Verhältnis des Aufwandes an Kondensatoren mit Mehrfachausnutzung zum Aufwand bei Einfachausnutzung beträgt hier bei der 3stufigen Schaltung 1:3 bzw. bei einer η-stufigen l:n. Diese Schaltung wirkt wie folgt:

Für Zeiten t<t. fließt der Strom I , der zu unterbrechen ist. Zur Zeit t (Fig.4) öffnet der Kommutierungsschalter S und erzeugt eine Lichtbogenspannung. Bei t wird die Triggerfunkenstrecke TFS₁ (z.B. von der Höhe der Lichtbogenspannung von S) k gezündet, und der Strom kommutiert auf den Kondensator C, der aufgeladen wird. Entsprechend der Spannung an C wird der Strom auf den Energieabsorber R. kommutiert. Wenn die Spannung am Kondensator U =1 R betragt, dann fließt der gesamte Strom I

\-* O 1 O

über R und S . Die Triggerfunkenstrecke TFS führt keinen Strom mehr und kann wiederverfestigen. Im weiteren Verlauf darf sie nicht wieder ansprechen. Bei t_ öffnet der Schalter S

J ώ

und erzeugt .eine Lichtbogenspamiung. Zur Zeit t„ , dieser Zeitpunkt muß so gewählt werden, daß TFS₁ voll wiederverfestigt ist, wird die Funkenstrecke TFS gezündet, der Kondensator C kann sich über den Entladewiderstand R entladen, und nach der Wieder-

e '

verfestigung der Funkenstrecke TFS ist der Kondensator für

einen erneuten Kommutierungsvorgang bereit. Zur Zeit t. schaltet die Triggerfunkenstrecke TFS₃ durch, und der Strom kann aus dem

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Schalter S₀ in den Kondensator C kommutieren, der wiederum

fm*

so lange aufgeladen xvlrd, bis U = I R ist und der gesamte Strom durch den R₀ und S fließt und der Lichtbogen an der Funkenstrecke TFS₀ verlöscht. Analog den oben beschriebenen Funktionen öffnet bei t_ der Schalter S und erzeugt eine LLchtbogenspannung, wird bei t_ der Kommutierungskondensator C

>a

entladen und bei t,- der Kommutierungskreis über die Funkenstrecke TFS eingeschaltet und damit der Kondensator C erneut aufgeladen, bis U_ = I R ist und der Lichtbogen an TFS ver-

L, O _} J

löscht. Die Kommutierung in die Energieabsorber ist jetzt abgeschlossen. Die Schalterspannung u setzt sich jetzt aus der Größe u = i(R +R +R„) zusammen. Bei entsprechender Dimensionierung können die Funktionen des Entladekreises aus TFS und R durch die Elemente TFS und R übernommen werden. Der Zeitpunkt t_ müßte jedoch dann vor t_ liegen, pa ■ ρ

Die stufenweise Kommutierung nach Fig. 3 hat den Vorteil, daß nur der Schalter S. vom Dauerstrom durchflossen wird. Die Kontakte der Schalter S und S„ brauchen nur für sehr kurze

^ J

Stromflußzeiten (einige ms) ausgelegt zu sein.

Eine Vereinfachung der Kommutierung des Stromes aus den Schaltstrecken kann dadurch erreicht werden, daß die von der vorherigen Kommutierung vorgeladene Kapazität sich bei der nachfolgenden Stufe so entladen kann, daß der Entladestrom im Schalter jeweils dem Hauptstrom entgegengerichtet ist. Besonders wirksam ist eine stromabhängige Vorladung von C. Eine derartige Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt. Eine Entladevorrichtung für den Kommutierungskondensator C, wie sie in Fig. 3 vorhanden ist, entfällt hier. Es sind dafür zwei zusätzliche getriggerte Funkenstrecken vorhanden, durch die die Anschlüsse des Kondensators vertauscht werden können. Zur Zeit t öffnet der Kommutierungsschalter S und erzoiirt eine Li. chtbogeiispannung.

Iio i t werden die Tr igger Puiikeiistrecken TFS und TKS_r gezündet, und doj· ,Strom T kommuti.ort auf den Kondensator C, der durch

ο ",„■--.

i au ί ?'o I aciem wird. Entsprechend der ,Spannung an C wird der

SAD ORIGINAL

2 ü 9 8 8 B / 0 6 9 8 '

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Strom auf den Energieabsorber R. kommutiert · Für U_n = I R.

X O O 1

fließt der Strom über R. und S und die Strecken TFS und

l. Δ X

TFS_r verlöschen. TFS darf im weiteren Verlauf nicht weiter zünden. Zur Zeit t_ öffnet die Schaltstrecke S und erzeugt eine Lichtbogenspannung. Bei t. werden die Funkenstrecken TFS und TFSi gezündet, und der Kondensator kann sich über die Schaltstrecke S₀ entladen (i„ ), wodurch eine Kommutierung des Stromes I aus S in C begünstigt wird. Nach der Kommu-

O Ci

tierung von I aus S in C wird die Kapazität erneut, aber

O £-i

mit umgekehrter Polarität, aufgeladen (i ). Für U_r = I R₀ fließt der Strom I. voll über R^+R„ und S und die Strecken

und TFSi verlöschen. TFS_ darf im weiteren Verlauf nicht erneut durchschalten. Bei t_ öffnet S und erzeugt eine Lichtbogenspannung. Bei ts werden die Funkenstrecken TFS_ und TFS gezündet, und der Kondensator entlädt sich mit i„„ über S und begünstigt die Kommutierung von I aus S' in C. Die Kapazität wird erneut aufgeladen bis U_ = I R_ ist und der Strom I

Vy O j . ö

endgültig durch den gesamten Energieabsorber R.+R +R„ fließt

X Δ 5

und wie nach Fig. 1 und Fig. 2 auf einen Restwert vermindert werden kann.

Gegenüber der Schaltung nach Fig. ^lt weist die Schaltung nach Fig. 5 den Vorteil auf, daß die Schaltstrecken S und S bei der Kommutierung durch die Kondensatorentladung stark entlastet werden und daher nicht so hochwertig zu sein brauchen wie nach Fig. 4. Durch die Zusatzinduktivitäten L und L kann zusätzlich der Entlade-vorgang des Kondensators verzögert werden, und damit werden die Anforderungen an die Schaltstrecken weiter herabgesetzt.

Eine Schaltung mit ähnlicher Wirkungsweise wie nach Fig. 5 t Fig. 6. Im Unterschied sind hier jedoch die Kommutierungs-

schaltstrecken S und S₀ in Reihe angeordnet. C ist wieder der Kommutierungskondensator, L eine Streuindüktivitat, L₀ eine Zu-Satzinduktivität, TFS und TI^1-S₀ si
und R und R_r) Absorborwiderständo ·

Satzinduktivität, TFS und TI^1-S₀ sind getriggerte Fuiiktms tree ken

J. £j

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^BAD

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Für Zeiten t<t. fließt der Strom I , der abgeschaltet werden soll. Zur Zeit t. (Fig. 7) Öffnet der Kominutierungsschalter S. und erzeugt eine Lichtbogenspannung. Bei t_o wird der Kommutierungskreis über die-Triggerfunkenstrecke TFS₁ zugeschaltet, der Strom kommutiert in die Kapazität C und lädt sie auf, bis U„ = I R. ist, der Strom voll durch die Elemente R. und S

Ks O J, X-W

fließt und der Lichtbogen an TFS₁ verlöscht und die Funkenstrecke wieder verfestigen kann. Im weiteren Verlauf darf sie nicht erneut zünden. Zur Zeit t öffnet der Schalter S und erzeugt eine Lichtbogenspannung. Bei t. wird der Kommutierungskreis der Schaltstrecke S₂ parallelgeschaltet. Der stromabhängig vorgeladene Kondensator C entlädt sich über die Zusatzinduktivität L₀ und die Schaltstrecke S , so daß dem Hauptstrom in S ein entgegengerichteter Strom i überlagert wird, wodurch eine Kommutierung des Stromes aus S₀ in den Nebenweg begünstigt wird. Nach Verlöschen des Lichtbogens in S wird der Kondensator umgeladen, bis U=I R ist und der Strom voll dem Energieabsorber R geführt wird. Die Schalterspannung u

ti* S

wird jetzt gebildet aus u = i(R.+R ).

Der Vorteil der Schaltung ist, daß gegenüber einer Einfachausnutzung mit je einem parallel zu S.. und S₀ liegenden Kondensator

C für die Kommutierungskapazität hier nur eine 1/2 so große

Kondensatorbatterie erforderlich ist, und daß zum Kommütierungs-

vorgang für die Schaltstrecke S₀ eine stromabhängig vorgeladene

Kapazität vorliegt, die in Verbindung mit einer Zusatzinduktivi~

tat L die Kommutierung eines Stromes aus dem Schalter S₀ in den Nebenweg stark erleichtern kann und somit die Anforderungen an S vermindert werden.

Fig. 8 zeigt eine Schaltungsanordnung mit der gleichen grundsätzlichen Wirkungsweise wie bei der nach Fig. 6. Hier wird jedoch nur ein Teil des Kommutierungskondensators für die Kommutierung des Stromes aus dem Schalter S ausgenutzt. Der Vorteil besteht darin, daß der Strom aus dem Schalter S. in eine große Kapazität 3C kommutiert werden kann, wodurch die Anforderungen an S vermindert werden, und daß für die Kommutierung aus dem

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Schalter S wieder eine stromabhängig vorgeladene Kapazität C vorliegt. Die maximal mögliche Vorladung beträgt allerdings nur 1/3 der Nennspannung der Gesamtkapazität C.

Eine weitere Möglichkeit, den Kammutierungskondensator aufzuteilen, ist in Fig. 9 dargestellt. Hier werden die Kondensatoren 3C in Parallelschaltung nach der Kommutierung von I aus S aufgeladen, wobei die Kapazität zusammen 9C beträgt. Für die Kommutierung aus S wird die stromabhängig vorgeladene Kapa- · zität C in Reihe geschaltet und entladen. Für die WxederverfostigTing steht den Triggerfunkenstrecken dabei eine Zeit von P einigen ms zur Verfügung. Die Ti'iggerung der Funkenstrecken kann z.B. in Abhängigkeit der Lichtbogenspannung an den Schaltstrecken S bzw. S erfolgen. Die Triggerimpulse müssen z.T. auf unterschiedlich hohe Potentiale gebracht werden. Der Vorteil der Schaltung besteht darin, daß der Strom I aus der Schaltstrecke S. in eine sehr große Kapazität 9C kommutiert wird. Die Anforderungen an die Schaltstrecke S können damit gegenüber einer Kommutierung in IC, wie es nach Fig. 6 erforderlich ist, stark reduziert werden. Der Nachteil der verminderten maximal möglichen Vorladespannung für die Schaltung nach Fig. 8 entfällt hier, da hier eine Vorladespannung bis zur vollen Nennspannung der Gesamtkapazität IC möglich ist.

Fig. 10 und Fig. 11 zeigen Schaltungen nach der Erfindung, die in der Wirkungsweise den Schaltungen nach Fig. 3 und Fig. 5 sehr ähnlich sind. Hier wird jedoch nicht nur der Kommutierungskondensator C mehrfach ausgenutzt, sondern auch eine Schaltstrecke, die die Kommutierungsaufgaben für alle Stufen übernimmt. Der Schaltungsablauf muß allerdings über zusätzliche triggerbare Funkenstrecken gesteuert werden.

In der Schaltung nach Fig. 10 öffnet zur Zeit t die Trenn-

strecke T^, und es entsteht eine geringe Lichtbogenspannung. Zur Zeit t^ wird die Funkenstrecke TFS₁ gezündet, z.B. ausgelöst

durch die Höhe, der Lichtbogenspannung an T . Der Strom I

r -.-■-■··- ο

kommutiert auf die geschlossene Schaltstrecke S . Bei t öffnet

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dieser Schalter, dessen Lichtbogen intensiv gekühlt wird, und erzeugt eine Brennspannung, die beim Überschreiten des Wertes

U die Funkenstrecke FS im Augenblick t„ zum Ansprechen bringt, a j

Der Strom I kommutiert aus S„ in C, der aufgeladen wird. Entsprechend der Spannung an C wird ein Teil des Stromes I von dem Absorber 3R übernommen. Wird nur ein kleiner Strom I geschaltet und ist der Spannungsabfall I 3R nach vollständiger Stromübernahme durch den Absorber kleiner als die Kondensatornennspannung U, dann ist der Kommutierungsvorgang abgeschlossen. Bei höheren Strömen I wird in dem Moment, in dem dieser Nennwert U überschritten· wird, die Triggerfunkenstrecke TFS, gezündet (tr). Der Strom kommutiert jetzt vollständig auf den ersten Absorber R.. Die Strecke TFS. wird stromlos und kann wiederverfestigen. Sie darf im weiteren Verlauf nicht wieder neu zünden.

Zur Zeit t_ schließt der Schalter S_R, und C entlädt sich. Gleichzeitig (t ) wird die Triggerfunkenstrecke TFS gezündet, wobei TFS^ löschen muß. Dieser Vorgang wird durch den niederohmigen Vorschaltwiderstand R_v unterstützt. Der Strom fließt jetzt über R₁, TFS und S_R. Die Strecke TFS^ muß wiederverfestigen und darf im weiteren Verlauf nicht erneut zünden. Bei tg öffnet der Schalter S wieder und erzeugt eine Lichtbogenspannung, die zur Zeit t_ die Funkenstrecke FS erneut zum Ansprechen bringt. Der Strom kommutiert auf C und danach entsprechend der Höhe der Kondensatorspannung auf (R_o+R„). Wird an dieser Reihen- , schaltung die Kondensatornennspannung U überschritten, dann

wird bei t_Q die Funkenstrecke TFS_ gezündet. Der Strom I wird ο 5 ο

jetzt voll von R₀ übernommen und fließt über R₁, R₀ und TFS .

& ι Ct 5

Die Strecke TFS ist stromlos und kann wiederverfestigen. Im weiteren Verlauf darf sie nicht wieder neu zünden.

Zur Zeit t_q schließen die Strecken S^ und TFS . C wird entladen.

TFS_ löscht und darf im weiteren Verlauf nicht erneut zünden. 5

Der Strom fließt über R₁, R , TFS und S . Zur Zeit t _n ..„_ S„ wieder und erzeugt eine Spannung, die FS bei t₁₁ zum

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Ansprechen bringt. Der Strom I kommutiert auf C, der so lange aufgeladen wird, bis der gesamte Strom I von der Reihenschaltung der Absorber (R +R +R„) = 3R aufgenommen ist. TFS löscht und

ι *- j j

darf während der weiteren Schalthandlung nicht neu zünden. Der Strom fließt nur noch über den Absorber. Der Kommutierungsvorgang ist damit abgeschlossen. Bei t,^ schließt S„ und C wird entladen. Damit ist die Schaltvorrichtung für spätere Abschaltungen vorbereitet.

Der Vorteil einer η-stufigen Kaskadenschaltung entsprechend Fig. 10 ist, daß der Aufwand für die Kommutierungskondensatoren W und die Kommutierungsschaltstrecken nur das 1/n-fache einer Schaltung mit Kommutierungselementen für jede Stufe beträgt. Als Kommutxerungsschaltstrecke S_K eignen sich nur Geräte, die in wenigen ms öffnen und schließen können. Bei der Erfüllung . dieser hohen Anforderung kommt der Schaltstrecke zugute, daß sie Ströme nur im ms-Bereich zu führen hat. Der Aufwand an Hilfsschaltern, hier Triggerfunkenstrecken TFS, und den zugehörigen Triggereinrichtungen ist groß. Die Spannungsbeanspruchung der einzelnen Elemente ist als Vielfaches der Kondensatornennspannung U angegeben.

In Fig. 11 wird eine Schaltung angegeben, mit der neben der t Mehrfachausnutzung der Kommutierungselemente S^ und C auch noch eine stromabhängige Vorladung der Kommutierungskapazität durch den abzuschaltenden Strom X möglich ist. Die Wirkungsweise ist sehr ähnlich der nach Fig. 10. Für den ersten Kommutierung svor gang soll die Kapazität in der angegebenen V/eise (Q.) durch eine fremde Quelle vorgeladen werden. Man kann auf diese Zusatzeinrichtung verzichten, wenn statt der Trennstrecke T eine Schaltstrecke mit intensiver Lichtbogenkühlung verwendet wird, die in der Lage ist, den Strom I in die Kapazität C zu kommutieren. S_x,. muß dann aber bei t offen sein. Im

K ο

vorliegenden Beispiel wird jedoch von einer vorgeladenen Kapazität ausgegangen. Zur Zeit t öffnet die Trennstrecke T und erzeugt eine geringe Lichtbogenspannung, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes die Funkenstrecke TFS zündet. Der

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Strom I nimmt den Weg über TFS und S . Bei t_o öffnet die Kommutierungsschaltstrecke S_R, und in Abhängigkeit von der Höhe der erzeugten Lichtbogenspannung werden die Funkenstrecken TFSf- und TFS gezündet (t„). Der Kondensator entlädt sich (i„.) und unterstützt dabei die Schaltstrecke bei der Kommutierung des Stromes I in C. Der Kondensator wird auf neue Polarität (Q_n) avifgeladen (x_TOK Entsprechend der Spannung an C wird ein Strom von R₁ übernommen. Zur Zeit t· wird bei Überschreiten der Nennspannung der Kapazität die Funkenstrecke TFS/ gezündet. Der Strom nimmt den Weg über R., TFS. . Die Strecken TFS , ^FS,- und TFS werden stromlos und wiederverfestigen. Bei t wird S^ geschlossen und TFS gezündet. Der Strom fließt über R , TFS und S . Zur Zeit tr öffnet S wieder,

und bei t„ werden die Funkenstrecken TFS_ und TFS₀ gezündet. 7 . 7 ο

Der Kondensator C entlädt sich (i ) über die Schaltstrecke S und begünstigt, wiederum die Kommutierung. Die weiteren Vorgänge wiederholen sich und entsprechen den oben beschriebenen nach Fig. 11. Wichtig ist, daß bei aufeinanderfolgenden Kommutierungen die Funkenstreckenpaare TFSg, TFS und TFS , ^TFS8 wechselseitig gezündet werden, so daß die Entladeströme i„ , i , X₁-,., stets dem Strom I in S₁, entgegenfließen. Nach dem letzten S hließen der Schaltstrecke S_T/bei t._ muß der Konden-

K 12

sator C wieder von einer äußeren Stromquelle mit Q, aufgeladen werden. Die Kommutierungsvorrichtung ist damit für eine neue Schalthandlung vorbereitet.

Im Gegensatz zur Schaltung nach Fig. 10 braucht hier die Kommutxerungsschaltstrecke S_T{. keine intensive Kühlung des Lichtbogens aufzuweisen. Für S^. kann z,B. eine Vakuumstrecke oder ein halbleitendes Ventil benutzt werden. Je mehr Stufen vorgesehen sind, desto geringer werden die Anforderungen an die Schaltstrecke S_Tr und desto kleiner wird der Kondensator C. Die

K.

Anzahl der Triggerfunkenstrecken TFS steigt allerdings.

11 Seiten Beschreibung
8 Patentansprüche
k Blatt Zeichnungen

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Claims

Professor Dr.-Ing. Dieter Kind, 33 Braunschweig, Pockelstraße k

Km/schz FK 70/131

21.7*1971

Patentansprüche

IWAnordnung zur strombegrenzenden Unterbrechung von Gleich- ^**~"^ und Wechselströmen hoher Spannung, in der der abzuschaltende Strom mehrere elektrisch in Reihe liegende Kommutierung sstufen mit Kommutierungsschaltstrecken, Kommutierung skondensatoren und Energieabsorbern durchläuft und dabei auf einen Reststromwert verringert wird, der von einem Schalter mit kleiner Schaltleistung überspannungsfrei ausgeschaltet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung nur einen- Kommutierungskondensator bzw« nur einen Kommutierungskondensator und eine Kommutierungsschaltstrecke ψ enthält und daß diese Elemente durch steuerbare Hilfsschalter nacheinander in die einzelnen Kommutierungsstufen zur Erfüllung ihrer Aufgabe einschaltbar sind·

2) Anordnung nach Anspruch 1, in der die einzelnen Kommutierungsstufen jeweils eine eigene Kommutierungsschaltstrecke enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kommutierungs-

stufe jeweils ein Hilfsschaltelement (TFS _o·.) zur stromabhängigen Aufladung des Kommutierungskondensators (C) während des Kojtnmutierungsvorganges zugeordnet ist und daß ein weiteres Hilfsschaltelement (TFS„) in Reihe mit einem Entladewiderstand (R„) zur Entladung des Kommut ie rung skonde nsators (C)'zwischen den Kommutierungsvorgängen dem Kondensator (C) parallelgeschaltet ist (Fig.3).

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3) Anordnung nach Anspruch 1, in der die einzelnen Kommutierungs stuf en jeweils eine eigene Kommutierungsschaltstrecke enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kommutierungsstufe jeweils ein Hilfsschaltelement (TFS _n ) zur stromabhängigen Aufladung des Kommutierungskondensators (C) während des Kommutierungsvorganges zugeordnet ist und daß im Stromkreis des Kommutierungskondensators (C) zwei weitere Hilfsschaltelemente (TSF. ) angeordnet und so gesteuert sind, daß der Kondensator (C) während der Kommutierungsvorgänge in einem dem Strom in den Kommutierungsschaltern (S_O,S_) entgegenfließenden Strom (i^r,, i™.,) entladen wird (Fig„5)·

Ej Δ Hl J

k) Anordnung nach Anspruch 1, in der die einzelnen Kommutierungsstufen jeweils eine eigene Kommutierungsschaltstrecke enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kommutierungsschaltstrecken (S , S₀) mit parallel zu ihnen liegenden Hilfsschaltstrecken (TSF , TSF ) und Energieabsorbern (R., R₀) in Reihe geschaltet sind und der Kommutierungskondensator (C) so angeordnet und gesteuert ist, daß er in der ersten Kommutierungsstufe stromabhängig aufgeladen wird und über die zweite Kommutierungsstufe in einem dem Kommutierungsstrom in der Schaltstrecke (S₀) entgegenfließenden Strom (i„) entladen wird (Fig.6)

cL Ei

5) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungskondensator aufgeteilt ist und nur ein Teil (3C) in der ersten Kommutierungsstufe liegt und daß alle Teile (3x3C) des Kommutierungskondensators in Reihe liegend in die zweite Kommutierungsstufe eingeschlossen sind (Fig. 8-)«

6) Anordnung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß der

ist Kommutierungskondensator aufgeteilt und mit den Hilfsschaltelementen (TFS , TFS ) eine Schaltung bildet, in der bei der Kommutierung des Stromes aus S die Teilkapazitäten parallel, stromabhängig aufgeladen werden und beim zweiten Kommutierungsvorgang die Teilkapazitäten in Reihe über die Schaltstrecke S₀ entladen werden (Fig.9).

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7) Anordnung nach Anspruch 1 mit nur einer Kommutierungsschaltstrecke und nur einem Kommutierungskondensator für alle Kommutierungsstufen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Parallelschaltung, gebildet aus dem Konunutierungsschalter (S₁.) und

Jv

dem Kommutierungskondensator (C), zu dem eine Induktivität (L) und eine Funkenstrecke (FS) in Reihe liegen, über Hilfsschaltstrecken (TFS bis TFSj-) zeitlich aufeinanderfolgend einem Trennschalter (Tr) und einzelnen Energieabsorber-Stufen (R. bis R„) parallel schaltbar und wieder abtrennbar sind (Fig.10).

8)Anordnung nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutxerungskondensator (C) über die Hilfsschaltstrecken (TFSg bis TFS ) wechselseitig in der Weise parallel zum Konunutierungsschalter (S„) schaltbar ist, daß er bei den einzelnen Kommutierungsvorgängen stromabhängig aufladbar ist und über die Kommutierungsschaltstrecke (S_.) jeweils in der Weise entladen wird, daß der Entladestrom (i_E1 bis ig-j) ^dem zu kommutierenden Strom (I ) entgegenfließt (Fig.11)₀

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