DE2350233B2 - Ueberspannungsschutzvorrichtung fuer wenigstens einen thyristor - Google Patents

Description

bene Größe erreichen, dadurch gekeVnzeichnet, daß der aus der Spannung abgeleitete Meßwert die Anstiegssteilheit der Thyri-: storspannung ist und daß die Auswertescbaltung wenigstens einen Speicher (17« bis 17c) enthält,: der den Meßwert für den Thyristorstrom für wemgstens ein vorgegebenes Zeitintervall speichert, und daß der Zündimpuls bei vorgegebenen Meßwerten unterschiedlicher Größe abgegeben *o wird

2. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Meßfühler (10) zur Erfassung der Größe der Thyristorspannung vorgesehen ist, dessen »5 Ausgang ebenfalls der Auswertestufe zugeführt ist.

3. Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, Haß die Auswertestufe (11) für jeden Meßfühler (8, 4 und 9, 10) wenigstens einen Grenzwertgeber (15, 16, 17) enthält und daß die Ausgänge einander zugeordneter Grenzwertmelder einem logisehen Verknüpfungsglied (18, 19, 20) zugeführt sind.

4. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßfühler (8) zur Erfassung des Thyristorstroms nur ein Grenzwertgeber (17) zugeordnet ist, der als Speicher monostabile Kippstufen (17 a bis 17 c) ansteuert, deren Schaltzeiten unterschiedlich sind und deren Ausgänge mit jeweils einem der logischen Verknüpfungsglieder (18, 19, 20) verbunden sind.

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Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzvorrichtung für wenigstens einen Thyristor mit einem Meßfühler zur Erfassung eines vorgegebenen Minimalwertes des Thyristorslroms, mit einem Meßfühler zur Erfassung eines aus der Thyristorspannung abgeleiteten Meßwertes und mit einer den Meßfühlern nachgeschalteten Auswertestufe, die einen Zündimpuls abgibt, wenn die Meßwerte eine vorgegebene Größe erreichen.

Eine solche Überspannungsschutzvorrichtung ist aus der DT-AS 20 00 422 bekannt.

Thyristoren können durch Überspannungen, die größer als die zulässige Spitzenspannung des Thyristors sind, oder durch eine zu große Anstiegsstailheit der Spannung zerstört werden. Zum Sichutz von Thyristoren sind Überspannungsbeschaltungen, beispielsweise mit Überspannungsableitern und RCL-Blitzeinschläge auf den Übertragungsleitungen zu beliebiger Zeitν einer^^ Überspannungsbeanspruchung ausgesetzt werden: Mit einer aus dem Buch »Thynstor-Handbuch« bekannten Überspannungsbeschaltung. bei der den Ventilenι Überspannungsableiter parallel geschaltet sind ehe die Hohe der Überspannung auf die für die Thyristoren zulassigen Werte begrenzt und bei der eine Begrenzung der Anst.egssteilheit der Spannung fur die Thyristoren innerhalb eines Ventils durch RCL-Gheder erfolgt, die im Ventil veiteilt angeordnet sind wird ein weitgehender Schutz der Ventile gegenüber Überspannungen erreicht. .

Lediglich bei Überspannungen wahrend eines bestimmten Zeitraumes, nämlich wahrend der Freiwerdezeit der Thyristoren, die sich an ihre Stromführungszeit anschließt, kann ein erneutes Zünden jedes Thyristors beim Auftreten positiver Spannung an seiner Anoden-Kathoden-Strecke bei einem Spannungswert erfolgen, der von der vorausgegangenen elektrischen Beanspruchung und von den Daten des Thyristorexemplars abhängig ist. Dies kann zu einer Zerstörung von Thyristoren insbesondere auch in der Reihenschaltung und damit auch zu einer Zerstörung des Thyristorventils führen, die mit den oben angeführten bekannten Überspannungsbeschaltungen nicht auszuschließen ist.

Bei der eingangs genannten bekannten Überspannungsschutzvorrichtung wird mit dem Meßfühler zur Erfassung des Thyristorstroms der Zeitpunkt des Stromnulldurchgangs erfaßt und von diesem Zeitpunkt an während eines vorgegebenen Zeitintervalls, das der Mindestfreiwerdezeit aller Thyristoren entspricht, eine Zündung für die Thyristoren bewirkt, wenn eine Spannung in Durchlaßrichtung an den Thyristoren auftritt. In einer anderen Ausführungsform wird an Stelle des Stromnulldurchgangs der Zeitpunkt erfaßt, indem eine Sperrspannung an den Thyristoren auftritt.

Bei der bekannten Überspannungsschutzvorrichtung bleibt unberücksichtigt, daß die Länge der Freiwerdezeit nicht nur von der Amplitude der wiederkehrenden Anodenspannung, sondern unter anderem auch von der Größe des vorausgegangenen Durchlaßstromes, von der Steilheit des Anodenstrom-Durchgangs und insbesondere auch von der Anstiegssteilheit der wiederkehrenden positiven Anodenspannung abhängt. Es muß daher bei der bekannten Vorrichtung ein konstantes Zeitintervall vorgegeben werden, das dem Grenzwert für die Freiwerdezeit aller am Ausschaltvorgang beteiligter Thyristoren entspricht und damit auf deren maximale Belastung, d. h. auf den maximalen vorausgegangenen Durchlaßstrom usw. ausgelegt ist. Damit muß dieses Zeitintervall relativ groß gewählt werden und ein erneutes Einschalten der Thyristoren ist erst nach relativ langer Zeit möglich.

In der DT-AS 12 63 173 ist eine Schutzvorrichtung für einen Thyristor beschrieben, bei der mit einem ohmschen Spannungsteiler die Thyristorspannung erfaßt und ein Zündimpuls ausgelöst wird, wenn diese Spannung einen bestimmten Wert überschreitet. Mit dieser Vorrichtung kann die Auswirkung von Überspannungen auf den Thyristor vermieden werden. Aus rden obengenannten Gründen versagt diese Schutzvorrichtung jedoch während der Freiwerdezeit des Thyr-.tors.

Es besteht die Aufgabe, eine Überspannungsschutzvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei Auftreten von Überspannungen während der Freiwerdezeit des Thyristors unter Berücksichtigung der Abhängigkeiten der Freiwerdezeit ein Überkopf-Zünden ausgeschlossen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der aus der Spannung abgeleitete Meßwert die Anstiegssteilheit der Thyristorspannung ist und daß die Auswerteschaltung wenigstens einen Speicher enthält, der den Meßwert für den Thyristorstrom für wenigstens ein vorgegebenes Zeitintervall speichert und daß der Zündimpuls bei vorgegebenen Meßwerten unterschiedlicher Größe abgegeben wird.

Mit der erfindungsgemäßen Uberspannungsschutzvorrichtung wird wie bei der bekannten Schutzvorrichtung auch bei einer Überspannung während der Freiwerdezeit eine gezielte Zündung des Thyristors über seine Steuerelektrode erreicht. Dabei wird jedoch kein konstantes Zeitintervall vorgegeben, in dem im Schutzfall eine Zündung ausgelöst werden muß, sondern das Zeitintervall ist abhängig von gemessenen Größen, womit die obenerwähnte Abhängigkeit der Freiwerdezeit, insbesondere ihre Verlängerung bei zunehmender Anstiegssteilheit berücksichtigt ist. Damit ist im allgemeinen sichergestellt, daß die Thyristoren nach optimal kurzer Zeit wieder gezündet werden können. Außerdem spricht die erfindungsgemäße Vorrichtung wegen der du/dz-Erfassung schneller an als bekannte Schutzvorrichtungen. Zu erwähnen ist noch, daß mit einer entsprechend langen Speicherzeit auch ein Überspannungsschutz der Thyristoren nach der Freiwerder.eit realisiert werden kann und damit auf die obenerwähnten Überspannungsbeschaltungen mit Überspannungsableitern verzichtet werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein weiterer Meßfühler zur Erfassung der Größe der Thyristorspannung vorgesehen, dessen Ausgang ebenfalls der Auswertestufe zugeführt ist. Mit dieser Ausführungsform wird der Überspannungsschutz während der Freiwerdezeit weiter verbessert, insbesondere aber auch eine Überschutzbeschaltung nach der Freiwerdezeit ermöglicht, bei der die Schutzvorrichtung auch bei einem langsamen Anstieg der Thyristorspannung ausgelöst wird.

Vorzugsweise enthält die Auswertestufe für jeden Meßfühler wenigstens einen Grenzweitgeber, und die Ausgänge einander zugeordneter Grenzwertgeber sind einem logischen Verknüpfungsglied zugeführt. Dabei kann dem Meßfühler zur Erfassung des Thyristorstromes nur ein Grenzwertgeber zugeordnet sein, der als Speicher monostabile Kippstufen ansteuert, deren Schaltzeiten unterschiedlich sind und deren Ausgänge mit jeweils einem der logischen Verknüpfungsglieder verbunden sind. Mit dieser Ausgestaltung der Auswertestufen können die unterschiedlichen Größen des Thyristorstroms, der Höhe der Thyristorspannung und der Anstiegssteilheit, bei denen die Schutzvorrichtung anspricht, in einfacher Weise vorgegeben werden.

Die erfindungsgemäße Schutevorrichtung wird an Hand der Figur näher erläutert.

In der Figur sind mehrere Thyristoren 1, die beispielsweise ein Thyristorventil bilden, in Reihe zwischen eine positive Spannung + V und Erde geschaltet. Als Thyristoren 1 können auch Thyristoreinheiteen mit mehreren, beispielsweise parallel geschalteten

ίο Thyristoren eingesetzt werden. Die Steuerelektrode jedes Thyristors 1 ist mit einem Zündimpulsgeber verbunden. Um die Übersichtlichkeit zu wahren, wurde dieser Zündimpulsgeber nicht eingezeichnet.

Jedem Thyristor 1 ist ein Kondensator 2 bzw. 3 oder 4 und ohmsche Widerstände 5 bzw. 6 oder 7 parallel geschaltet. Die Kondensatoren 2 bis 4 sind Kompensationskapazitäten zur Vermeidung von ungleichen Spannungsverteilungen auf Grund des Kettenleitereffektes. Am kalten Ende der Reihenschal-

ao tung, d. h. am Bezugs- bzw. Nullpotential liegt in Reihe mit dem letzten Thyristor 1 als Meßfühler für den Thyristorstrom ein Stromwandler, der im Ausführungsbeispiel ein Widerstand 8 ist. Als Meßfühler für die Anstiegssteilheit der Thyristorspannung ist im Ausführungsbeispiel der Kondensator 4 mit einem Widerstand 9 zu einem KC-Glied ergänzt. Die Spannung am Widerstand 9 ist proportional dem Strom über die Kompensationskapazität 4 und damit proportional der Anstiegssteilheit der Spannung am Thyristor 1. Als Meßfühler für die Thyristorspannung ist in Reihe mit dem Widerstand 7 ein Widerstand 10 geschaltet.

Die Meßspannungen der drei Meßfühler 8 bzw. 4 und 9 bzw. 10, die die Größe des Thyristorstroms, der Thyristorspannung und der Anstiegssteilheit der Thyristorspannung repräsentieren, sind einer Auswertestufe 11 über Leitungen 12, 13 und 14 zugeführt. In der Auswertestufe 11 sind Grenzwertgeber 15, 16 und 17 angeordnet. Dabei ist die Leitung 14, an der der Spannungswert liegt, der die Anstiegssteilheit der Thyristorspannung repräsentiert, drei Grenzwertgebern ISa bis ISc zugeführt, die bei unterschiedlichen Grenzwerten ansprechen. Die Thyristorspannung ist über die Leitung 13 ebenfalls drei Grenzwertgebern 16α bis 16c zugeführt, die ebenfalls unterschiedliche Ansprechwerte besitzen. Der Spannungswert, der den Thyristorstrom repräsentiert, liegt an der Leitung 12, die einem Grenzwertgeber 17 zugeleitet ist, der als Speicher 3 monostabile Kippstufen 17 a bis 17c ansteuert, die unterschiedliche Schaltzeiten besitzen.

Der Ausgang der einander zugeordneten, jeweils einem Meßfühler zugehörigen Grenzwertgeber bzw. Kippstufen, nämlich beispielsweise der Ausgang der Grenzwertgeber 15α und 16α und der monostabilen Kippstufe 17 a ist jeweils einem logischen Verknüpfungsglied 18,19 oder 20 zugeführt. Im Ausführungsüeispiel sind die logischen Verknüpfungsglieder 18, 19 und 20 UND-Gatter. Die Ausgänge der UND-Gatter 18 bis 20 sind dem ODER-Eingang 21a einer Impulsgeberstufe 21 zugeleitet. Mit der Impulsgeberstufe 21 wird der Impulsverstärker des nicht gezeigten Zündimpulsgebers angesteuert, mit dessen Impulsen die Thyristoren 1 gezündet werden.

Zur Erklärung de- Wirkungsweise der Schaltung sei angenommen, daß Thyristoren 1 verwendet werden, bei denen der Grenzwert (Exemplarstreuung) der Freiwerdezeit 300 nsec für den Wechsel der Span-

nung von - 600 V nach + 600 V mit einer größten Anstiegsgeschwindigkeit von 50 ^ für die wiederkehrende positive Anodenspannung beträgt. Die Grenzwertgeber 15α bis 15c sprechen bei unterschiedlicher Anstiegssteilheit der Thyristorspannung, die Grenzwertgeber 16 α bis 16 c bei unterschiedlichen Werten der Thyristorspannung an. Diese Ansprechwerte sind in der Fi g. 1 angegeben. Der Grenzwertgeber 17 spricht an, wenn ein bestimmter Thyristorstrom unterschritten wird. Ihm sind als Speicher die drei monostabilen Kippstufen 17« bis 17 c nachgeschaltet, deren unterschiedliche Schaltzeiten ebenfalls in der Figur angegeben sind. Mit den logischen Verknüpfungsgliedern sind Grenzwertgeber 15« bis 15c und 16a bis 16c und die Kippstufen 17« bis 17 c einander so zugeordnet, daß einerseits die Ansprechwerte für die größte Steilheit der Thyristorspannung, die kleinste Thyristorspannung und die größte Schaltzeit und andererseits die Ansprechwerte für die kleinste Anstiegssteilheit und die größte Thyristorspannung mit der kleinsten Schaltzeit verknüpft sind Durch die Schaltzeiten der Kippstufen 17« bis 17 c werden Zeitintervalle unterschiedlicher Länge vorgegeben. Jedem dieser Zeitintervalle sind in der angegebenen Weise Ansprechwerte zugeordnet, womit für den Schutzfall die oben angesprochene Abhängigkeit der Freiwerdezeit berücksichtigt wird.

Dabei ist die Abhängigkeit der Freiwerdezeit vom vorangegangenen Durchlaßstrom durch den Ansprechwert des Grenzwertgebers 17 berücksichtigt. Mit dieser Zuordnung der Grenzwertgeber und der Kippstufen ist sichergestellt, daß bei jedem gefährlichen Überspannungsfall während der Freiwerdezeit der Thyristoren 1 eine unkontrollierte Überkopf-Zündung der Thyristoren 1 in eine Zündung über die Steuerelektroden umgewandelt wird und damit tine von duidt abhängige gezielte Notzündung der Thyristoren 1 während der Freiwerdezeit erhalten wird. Durch eine entsprechend lange Schaltzeit eines der Kippstufen 17a bis 17c und entsprechende Ansprechwerte jeweils eines der Grenzwertgeber 15 und 16 kann auch ein Schutz gegen Überspannungen erreicht werden, der über die Freiwerdezeit der Thyristoren hinaus auch während ihrer Sperrzeit wirkt. Es ist anzuführen, daß mit einer Erhöhung der Anzahl der Grenzwertgeber und der monostabilen Kippstufen eine weitere Verfeinerung der Ansprechwerte erhalten werden kann, bei denen die Schutzvorrichtung eine Notzündung der Thyristoren durchführt. Damit ist eine Schutzvorrichtung erhalten, die ohne besonderen Aufwand das eingangs erwähnte Problem löst und in Kombination mit bekannten Überspannungsbeschaltungen oder gegebenenfalls allein einen völligen Überspannungsschutz von Thyristoren sicherstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. überspannungsschutzvorncjtung für wenig-.stens einen Thyristor mit einem Meßfühler zur Er-Gliedern bekannt, wie sie beispielsweise in dem Buch »Thyristor-Handbuch«, Siemens AG, 1965, S. 193 bis 195, beschrieben sind. -

" wichtig sind solche Überspannungs-■ ^u~^: Thyristorventilen für Hochspan-