DE2311744A1

DE2311744A1 - Anordnung zur abschaltung hochgespannter gleichstroeme

Info

Publication number: DE2311744A1
Application number: DE19732311744
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Ing Bopp
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-03-06
Filing date: 1973-03-06
Publication date: 1974-09-26
Also published as: IT1007496B; DE2311744B2

Description

Anordnung zur Abschaltung hochgespannter Gleichströme Während es für Wechselstrom kein Problem darstellt, höhere/ Spannungen, z.B. # 6 kv noch sicher zu schalten, ist Gleichstrom zur Zeit nur bis 3 kV beherrschbar. Die Schwierigkeit liegt in der während des Schaltvorgangs bestehen bleibenden hohen Gleichspannung im noch ionisierten Schaltstreckenraum.
was einerseits bei noch ungenügender Löschdistanz der Kontakte, ein Abreißen des Lichtbogens erschwert bzw. ein Wiederzünden Dadurch wird bei noch ungenügender Löschdistanz der Kontakte ein Abreißen des Lichtbogens erschwert bzw. ein Wiederzünden begünstigt.
Es ist fragwürdig, ob die Prinzipien der Lichtbogenlöschung auf höhere,Spannung als 3 kV mit Erfolg ausgedehnt werden können.
Bei. einem bekannten Gleichstromschalter finden Thyristoren mit Löschkondensatorvorrichtungen Verwendung. Der Löschkondensator wird z.B. von der Gleichspannungsquelle periodisch umgeladen, wobei der zu löschende Strom im Thyristor durch den Kondensatorentladestrom (Umschwingstrom) über die Freiwerdezeit zu Null gebracht wird, wodurch das Ventil sperrt (DT-AS 1 159 072). Solche reinen Gleichstromschalter mit steuerbaren Ventilen können jedoch nur Ströme begrenzter Höhe führen und sind auch nicht für Hochspannungen geeignet.
Es sind ferner sogenannte Hybridschalter bekannt, bei denen die Stromführung von mechanischen Schaltern durchgeführt wird und die Schaltarbeit durch Halbleiterventile erfolgt (DT-AS 1 055 083). Besonders zum Schalten großer Wechselströme fanden derartige Schalter unter Verwendung von Thyristoren stark Verbereitung; (DT-AS 1 114 225). Zum Schalten hoher Gleichspannungen sind diese Systeme nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, in Verbindung mit Hybridschaltern eine sicher arbeitende Schaltungsanordnung für hohe Gleichspannung - 3 kV, z.B. 6 kV zu schaffen, die große Leistung schalten kann.
Gelöst wird diese Aufgabe für eine Anordnung zur Abschaltung hochgespannter Gleichströme über Hybridschalter, bei denen ein mechanisches Schaltglied die Dauerstromführung und ein parallel liegendes steuerbares Halbleiterventil die Schaltarbeit übernimmt, dadurch, daß zwischen Hybridschalter und Verbraucher zwei parallelgeschaltete RC-Querstromglieder angeordnet sind, deren aufgeladene Kondensatoren zum Löschzeitpunkt des steuerbaren Halbleiterventils des Hybridschalters, vorzugsweise eines Thyristors', zur Bildung einer löschenden Umschwingspannung in Reihe schaltbar sind.
Auf diese Weise steht schlagartig

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treibenden Spannung eine Löschspannung von praktisch doppelter Hohe entgegen, die bei ausreichender Kapazität der Kondensatoren einen ausreichenden Löschstrom auslöst und die Thyristoren der Hyoridschalter sicher und einfach löscht. Es ist nur darauf zu achten, daß die Kondensatoren vor jeder Schaltung aufgeladen sind.
In Ausbildung der Erfindung sind die beiden RC-Querstromglieder in umgekehrter Folge ihrer R- und C-Komponenten parallelgeschaltet und ihre mittleren Spannungsteilerpunkte zum Löschzeitpunkt des Thyristors überbrückbar.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind die RC-Querstromglieder Teil eines Glättungsvierpols mit einer zwischen beiden Querstromgliedern angeordneten Längsinduk tivität, z.B. einer Drossel spule. Für empfindliche Werbraucher werden nun gleichzeitig Glättungsaufgaben mitübernommen.
Von Vorteil bei schwierigen Schaltvorgängen ist auch eine Schaltungsvariante, bei der als Longsinduktivität ein Stromtransformator vorgesehen ist, dessen Zweitwicklung im Schaltaugenblick des Thyristors einen den Löschvorgang begünstigenden Spannungsverstoß erhält, wobei insbesondere die Zweitwicklung des Stromtransformators im Schalt augenblick in die Verbindung zwischen den Spannungsteilerpunkten eingefügt ist.
Weitere Vorteile der Erfindung sind den Ansprüchen und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele entnehmbar.
Anhand von schematischen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.
Es stellen dar: Fi. 1 eine Hochspannungsversorgung eines Wechselrichters größerer Durchgangsleistung Fig. 2 eine modifizierte Anordnung unter Verwendung eines Stromtransformators zur Löschunterstützung.
Nach Fig. 1 wird einem Gleichstromnetz hoher Spannung mit den Stromschienen 1,2 über Stromabnehmer 3,4 Energie für einen nicht näher dargestellten Antrieb mit Drehfeldmotor mit veränderbarer Frequenz entnommen. Der Gleichstrom wird auf einem Fahrzeug mittels eines Wechselrichters 5 in Drehstrom umgeformt. Zum Schalten des Fahrzeuggleichstroms dient ein Hybridschalter 6, bestehend aus einem mechanischen Schalter 7, thermisch ausgelegt für Dauerstrom und kurzzeitige Führung der Kurzschlußkräfte, und einem parallel dazu liegenden Schaltthyristor 8. Zwischen Wechselrichter 5 und Hybridschalter 6 ist ein strichpunktiert angedeuteter Vierpol 9 mit den Anschlossen A,B,C,D geschaltet. Er besteht aus einem Filternetzwerk mit Doppelfunktion. Einerseits dient dieses, insbesondere durch eine Drossel 10, der Glättung des dem Wechselrichter 5 als Verbraucher zugeführten Gleichstroms, andererseits stellt es insbesondere durch parallel zum Verbraucher geschaltete RC-Querstromglieder 11,12 und 13,14 den Löschstrom für den Schaltthyristor 8. Die beiden RC-Querstromglieder sind in umgekehrter Folge ihrer R- und C-Komponenten parallelgeschaltet und an ihren mittleren Spannungsteilerpunkten 15 und 16 durch einen Schalter 17 überbrückbar. Die Drossel 10 ist als Längsinduktivität einseitig (Anschlüsse A,C) zwischen die beiden Querstromglieder eingefügt, die auf der anderen Seite (Anschlüsse B,D) direkt miteinander verbunden sind.
Fig. 1 zeigt die Schaltung im Betriebszustand. per Schalter 7 ist geschlossen und führt den Laststrom zum Wechselrichter S über Drossel 10. Der Thyristor 8 ist gesperrt; der Schalter 17 geöffnet. Während dieser Zeit werden die Kondensatoren 11 und 14 über ihre Vorwiderstände 12 und 13 auf das Netzpotential aufgeladen. Zum Trennen des Wechselrichters 5 vom Netz 1,2 wird zunächst der Schaltthyristor 8 gezündet und übernimmt bei Öffnung von Schalter 7 die Laststromführung. Durch Schließen des Schalters 17 wird infolge Reihenschaltung der aufgeladenen Kondensatoren 11,14 praktisch eine Spannungsverdoppelung an den Anschlüssen A,B erzielt, die einen Rückstrom treibt, der den Laststrom des Thyristors 8 sicher auf Null drückt und diesen löscht. Die notwendigen Kapazitäten der Querstromglieder richten sich nach den Lastströmen und'den Freiwerdezeiten der Schaltthyristoren.
Der Abschaltvorgang kann noch besser in zweipoliger Abschaltung beherrscht werden, wie es Fig. 2 zeigt.
Die Bezugszeichen sind, soweit Übereinstimmung besteht, geblieben. Diese Schaltungsvariante unterscheidet sich sonst nur noch von der bisher beschriebenen dadurch, daß anstelle einer Drossel 10 ein Stromtransformator 18 eingesetzt wird, dessen Zweitwicklun +9 in der vom Schalter 17 herstellbaren Überbrückung der Spannungsteilerpunkte 15 und 16 liegt.
Die Wicklung 19 wird dabeI vom Energieinhalt des Kondensators 14 beeinflußt und unterstützt bei richtiger Riung;den Löschvorgang durch einen zusätzlichen Stromstoß. Der Widerstand 12 ist so zu bemessen, daß er einerseits keinen Kurzschluß für den Kondensator 14 darstellt, d.h. er muß entkoppelnd wirken, und andererseits soll er so klein sein, daß der Aufladevorgang für Kondensator 11 nicht gestört wird.
Durch die Erfindung kann in einfacher Weise das Problem des Schaltens hochgespannter Gleichströme bewältigt werden.
7 Seiten Beschreibung 8 Patentasprüche 9 Bl. Zeichnungen

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1.) Anordnung zur Abschaltung hochgespannter Gleichströme über Hybridschalter, bei denen ein mechanisches Schaltglied die Dauerstromführung und ein parallel liegendes steuerbares Halbleiterventil die Schaltarbeir übernimmt, zwischen durch gekennzeichnet, daß/Hydridschalter (6) und Verbraucher (5) zwei parallelgeschaltete RC-Querstromglieder (11/12) und 13/14) angeordnet sind, deren aufgeladene Kondensatoren (11,14) zum Löschzeitpunkt des steuerbaren Halbleiterventils, vorzugsweise eines Thyristors (8) des Hybridschalters (6) zur Bildung einer löschenden Umschwingspannung in Reihe schaltbar sind.
2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden RC-Querstromglieder (11/12 und 13/14) in umgekehrter Folge ihrer A- und C-Komponenten parallelgeschaltet sind und daß ihre mittleren Spannungsteilerpunkte (15 und 16) zum Löschzeitpunkt des Thyristors (8) überhückbar sind.
3.) Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Querstromglieder (11/12 und 13/14) Teil eines Glättungsvierpols (9) sind mit einer zwischen beiden Querstromgliedern angeordneten Längsinduktivität (10).
4.) Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Längsinduktivität eine Drosselspule (10) vorgesehen ist.
5.) Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Längsinduktivität ein Stromtransformator (18) vorgesehen ist, dessen Zweitwicklung (19) im Schaltaugenblick des Thyristors (8) einen den Löschvorgang begünstigenden Spannungs##-stoß erhält.
6.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweitwicklung,(19) des Strontransformators im Schaltaugenblick in die Verbindung zwischen den Spannungsteilerpunkten (15 und 16) eingefügt ist.
7.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweipolige Abschaltung (6,oa) des Verbrauchers (5) vorgesehen ist.
8.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Hybridschalter (8,6a) cter gleiche Löschkreis (11/12 und 13/14) wirksam ist.