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EINRICHTUNG ZUM ÜBERSPANNUNGSSCHUTZ VON THYRISTOREN IN EI@EM GESTEUERTEN
STROMUMRICHTER BEI HOHEN SPANNUNGEN Die Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleiter-Leistungselektronik,
insbesondere die Halbleiter-Hochspannungsumrichter, die in Gleichrlchter- und Wechselrichter-Unterwerken
von Gleichstromübertragungssystemen Verwendung finden.
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Im Laufe des letzten Jahrezhnts sind auf dem Gebiet der Halbleiter-Leistungsventile
(Thyristoren und Dioden) große Erfolge erzielt worden. Lum Unterschied von Ionenröhren
können die Thyristoren in einem bedeutend weiteren Bereich der Umgebungstemperaturen
betrieben werden, sie bedürfen keiner Desonderen Wartung, weisen keine Neigung zur
Rückzündung auf, erfordern eine geringere Steuerleistung und sind immer betriebsbereit.
Die Halbleiterbauelemente können harten Transportbedingungen
sowie
großen mechanischen Beanspruchungen standhalten Die Lebensdauer der Halbleiterbauelemente
erreicht 500 000 Stunden und darüber.
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Diese Eigenschaften der Halbleiterbauelemente ermöglichen ihre weitgehende
Anwendung vor allem in Anlagen mit niedriger und mittlerer Spannung.
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Die beim betrieb derartiger anlagen gesammelten Erfahrungen bestätigen
die guten Betriebseigenschaften der Halbleiterbauelemente fur starke Ströme.
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Im Zusammennans mit den Erfolgen der Halbleiter-Leistungselektronik
entstana natürlicherweise aie Frage von der Moglichkeit, die Halbleiterbauelemente
auch als Hochspannungsumrichter fur Spannungen von mehreren zehn und Hunderten Kilovolt
zu benutzen.
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Für Hochspannungsumrichter eignet sich vor allem das gesteuerte Halbleiter-Leistungsventil,
der Thyristor.
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Da Nennströme und Nennspannungen der zur Zeit vorhandenen und in
der Zukunft (jedenfalls in der überschaubaren Zukunft) verfügbaren Thyristoren wesentlich
niedriger sind, als die Strom- und Spannungswerte, die fur ein in jedem Umrichter-Brückenzweig
liegendes Ventil erforderlich sind, so kann man sich die Benutzung von Thyristoren
für den erwähnten Zweck nur in der Art von in Reihe und parallel geschalteten Thyristoren
worstellen, die zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden0 Dem Betrieb von Thyristorketten
in Strommumrichtern begegnet
aber bei hohen Spannungen eine Reihe
von Schwierigkeiten, die mit der Nichtidentität der dynamischen und statischen Kennwerte
einzelner Leistungsthyristoren, wie ihr Widerstand, ihre Ein-und Abschaltzeit usw
im Zusammenhang stehend Die Nichtidentität der Kennwerte führt aber zur ungleichmäßigen
Strom- und Spannungsverteilung auf einzelne Thyristoren, und dies ist in mehreren
Fällen für einen zuverlässigen Thyristorbetrieb unzulässig.
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Eine ungenügend hohe strom- und spannungsmäßige Uberlastbarkeit der
Leistungsthyristoren verursacht auch Schwierigkeiten beim Betrieb von Halbleiter-Stromumrichtern.
Als kritische Parameter der Thyristoren können auch Strom- und Spannungsanstieg@geschwindigkeiten
auftreten.
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Die Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit von Thyristoren durch vergrößerung
der@@nzahl von seriene-parallel geschalteten.
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Thyristoren in einem Halbleiter-Stromumrichter ist keine optimale
Lösung, da dabei das Gewicht, die Abmessungen, die Kosten und die Verluste eines
derartigen Stromumrichters vergrößert werden und das gestellte Ziel nicht Jmmer
erreicht wird.
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Zur Gewa"hrleistung eines zuverlässigen Stromumrichterbetriebs mit
besten technischen und w@rtschaftlichen Kennwerten muß man für Thyristoren Schutzeinrichtungen
anwenden, die sowohl einen Ausgleich, als auch eine Begrenzung der auf die Thyristoren
einwirkenden Strome und Spannungen bewirken.
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Es ist eine Einrichtung zum Schutz von Thyristoren vor
Überspannungen
bekannt, die aus Ausgleichsspannungsteilern mit R- und RC-Gliedern aufgebaut ist.
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Eine gleichmäßige Verteilung der von außen angelegten Spannung auf
serienmäßig geschaltete Thyristoren erreicht man hierbei bei statischem Betrieb
durch Uberbrückung jedes Thyristors einer Thyristorkette mit einem gleichgroßen
Widerstand R.
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Zur Erzielung der gewünschten Wirkung muß der Widerstand von R wenigstens
um eine Größeordnung kleiner als der Widerstand dea Thyristors gewählt werden, der
die größten Leckströme aufweist, wobei die Verluste bedeutend großer werden.
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Beim dynamischen Betrieb erreicht man den Spannungsausgleich durch
Überbrückung der serienmäßig geschalteten Thyristoren mit zusätzlichen RC-Gliedern
(vgl. z.B. die Patente Großbritanniens Nr. 1155749, Klasse H2F, Nr. 1160920, 1176923,
1205693, die USA-Patente Ar. 3423664, Klasse 321-11, Nr. 3508135, das französische
Patent Nr. 496049, Klasse H02m, die Patente der BRD Nr. 1095384, Klasse 21 d22 12/02,
Nr. 1245501, Klasse 21g, 11/02, Nr. 1263173, Klasse 21 d2, 12/02, das schweizerische
Patent Nr. 397059, Klasse 21 d2, 12/04, schwedische Patente Nr. 217954, Klasse 21
d2, 12/03, Nr. 227622, klasse 21 g, 11/02, Nr. 309805, Klasse 21 d2, 12/03, Nr.
321290, Nr. 322285, das japanische Patent Nr. 9925 (56 D 2), veröffentlicht im Jahre
1969).
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Der Widerstand R des RO-Gliedes dient zur Begrenzung des über den
Thyristor bei seiner Einschaltung fliegenden Entladungsstromes
des
Kondensators. Die Kapazitåt des Kondensators mu viel größer als die Eigenkapazität
des Thyristors gewählt werden.
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Die RC-Glieder konnen aber keinen Uberspannungsschutz für Thyristoren
gewährleisten, wenn die Thyristoren nicht gleichzeitig ein- oder abgeschaltet werden,
da beim Einschalten eines Gliedes die angelegte Spannung auf Teile der in Reihe
geschalteten Thyristoren verteilt wird, deren Einschaltzeit am größten ist, und
beim Ausschalten auf Teile der Thyristorketten mit der kleinsten zur Wiederherstellung
der elektrischen Festigkeit notwendigen Zeit gelegt wird.
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Die Anwendung der RC-Glieder schließt also die Notwendigkeit nicht
aus, Thyristoren mit gleicher Umschaltzeit zu wählen.
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Auch bei äußeren Uberspannungen am Stromumrichter gewähren die RC-Glieder
keinen Schutz für die Thyristoren, da sie Spannungserhohungen sowohl an der ganzen
Thyristorkette' als auch an einzelnen Thyristoren nicht begrenzen. In diesem Falle
übernimmt den Schutz der Überspannungsableiter des Stromunrichters. Da die Uberspannungsableiter
in Hochspannungskrejsen in Bezug auf Ansprechzeit und Ansprechspannung große Streuungen
aufweisen, ist man gezwungen, Thyristorketten mit einer Spannungsreserve anzuwenden,
d.h. die Anzahl der in Reihe geschalteten Thyrtstoren zu erhöhen, wobei auch die
kosten, die Abmessungen und die Verluste des Stromumrichters größer werden.
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In einer anderen bekannten Einrichtung wird die Spannung an in Reihe
geschalteten Thyristoren mittels zusätzlicher Glieder
aus serienmäßig
geschalteten und gegeneinander gepolten Lawinendioden begrenzt (vgl. z.B. das Patent
Großbritanniens Nr. 1179605, Klasse H@F, das französisone Patent Nr. 1541367, Klasse
H02 m und N. 1545137, das schweiserische Patent Nr.
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492334, Klasse H02 m, 1/18).
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Bekannt ist auch ein von den Firmen AEG, Siemens, BBC entwickelter
Stromumrichter (vgl. "Brown Boveri Mitteilungen", 1969, 56, Nr. 2, "Thyristorstromrichter
für 100 kY Brückengleichspannung"), in dem eine Kette von Thyristorzeïlen, die aus
zwei parallel geschalteten Thyristoren besteht, mittels eines zusätzlichen Gliedes
mit serienmäßig und gegeneinander gesohal-1 teten Lawinendioden geschützt wird.
~ Stromumrichter dient für die vorliegende Erfindung als Ausgangspunkt.
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In diesem Stromumrichter bewirken aber die Lawinendiodenglieder keine
gleichmäßige Spannungsteilung zwischen in Reihe liegenden Thyristoren und begrenzen
nur die Ungleichmäßigkeit der Spannungsverteilung.
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Die zu Gliedern gegeneinander geschalteten Lawinendioden, die an
die zu schützenden Thyristoren parallel angeschlossen sind, begrenzen die an den
Thyristoren anliegende Spannung bis zur Durchbruchspannung der Lawinendiode, die
unter dem Spannungspegel am Knick der StromSpannungs-Kennlinie der Thyristoren gewählt
wird.
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Infolge der Reihenschaltung von gegeneinander gepolten Lawinendioden
ergibt sich eine Begrenzungswirkung beim Anlegen
einer doppelpoligen
Spannung an die Thyristorkette.
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Eine Begrenzung der an den Thyristoren anliegenden Spannung wird
auch bei Umschaltung von zweigen der Dreiphasenbrücke im Stromumrichter erweicht.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß bei der Anwendung von Lawinendioden
anstelle von RC-Gliedern die Wahrscheinlichkeit einer Thyristorbeschädigung bei
eventueller Änderung des Thyristorwiderstandss wahr4end des Betriebs verringert
wird0 Somit bewirken die Lawin.endioden eine Spannungsbegrenzung an Thyristoren
bei normalen Arbeitsbedingungen des statischen Betriebs bei Anlegung einer Spannung
in Durchlaß- und Sperrichtung an die Thyristorkette, wenn infolge unterschiedlicher
Widerstandawerte der abgeschalteten Thyristoren die Spannung an der Thyristorkette
ungleichmäßig verteilt wird, sowie beim Einschalten der Thyristorkette, wenn infolge
der Einschaltzwttstreuung die Spannung in der Durchlaßrichtung an später durchschaltenden
Thyristoren anliegt, und ferner beim schalten der Thyristorkette, wenn infolge der
Abschaltzeitstreuung bei Th;yristoren die Sperrspannung zunächst auf Thyristoren
mit der kürzesten Abschaltzeit gelegt wird.
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Zum Uberspannungsschutz von Thyristoren des erwähnten Stromumrichters
müsssen aber Überspannungsableiter angewandt werden, und die Anzahl der in Reihe
geschalteten Thyristoren wird entsprechend der größten Durchbruchsspannung der Überspannungsableiter
gewählt. Die Betriebszuverl"assigkeit des Stromumrichters
wird somit
durch Vergroßerung der Herstellungskosten, des Gewichts, der Abmessungen und der
Verlustleistung des Stromumrichters erreicht.
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Das Ziel der Erfindung ist die Gewährleistung eines Überspannungsschutzes
von Thyristoren in gesteuerten Hochspannungsumrichtern, der einen zuverlässigen
Betrieb der Thyristoren bei Überspannungen ohne Vergrößerung der Thyristoranzahl
sichert.
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Der Erfindung liegt eine neue Schaltung der Einrichtung zum Uberspannungsschutz
von Thyristoren eines gesteuerten Hochspannungsumrichters zugrunde, deren Anwendungsbereich
besonders für Hochspnnnungs-Gleichstromübertragungaleitungen großer Leistung erweitert
werden kann.
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Dies wird dadurch erreicht, daß in der Einrichtung zum t!berspannungsschutz
von Thyristoren eines gesteuerten Hoch-.
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spannungsumrichters, die aus wenigstens zwei gleichen Ketten von Thyristorzellen
besteht, wobei parallel zu jeder Thyristorzelle eine zusatzliche mindestens aus
einem glied mit zwei in Reihe und gegeneinander geschalteten Lawinen dioden bestehende
Diodenkette angeschlossen ist, der Überspannungsableiter steuerbar ausgeführt ist,
und nach Signalen eines Stromgrößengebers gesteuert wird, wobei der Eingang des
Stromgrößengebers in Reihe mit der erwähnten zusatzlichen Diodenkette liegt.
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Die Steuereinheit des erwahnten gesteuerten Überspannungsableiters
kann zweckmäßigerweise mit einem Stromintegrator ausgestattet
sein,
an dessen Eingang der Ausgang des Stromgrößengebers angeschlossen wird.
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i;s ist ebenfalls zweckmåßig, in den Stromkreis des gesteuerten Überspannungsableiters
serienmäßgi wenigstens einen nicht gesteuerten Überspannungsableiter einzuschalten,
wobei jede zwei benachbarten elektrisch verbundenen Elektroden des gesteuerten und
nicht gesteuerten Uberspannungsableiters über einen Widerstand an zwei elektrisch
verbundene Anoden (bzw.
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Katoden) der Lawinendioden wenigsten zweier benachbarter Glieder der
zusätzlichen Kette angeschlossen werden.
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Zweckmäßigerweise kann auch in den Stromkreis wenigstens einer Thyristorzelle
und eines entsprechenden Gliedes der zusätzlichen Kette mindenstens eine Lawinendiode
eingeschaltet werden.
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Die Einrichtung begrenzt die Uberspannungsamplituden an einer Kette
von in Reihe geschalteten Thyristorzellen auf zulässige Spannungswerte und bewirkt
ein selektives Ansprechen des gesteuerten Überspannungsableiters je nach der Leistung
bei der einwirkenden Uberspannung.
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Für die erfindungsgemäß ausgeführte Einrichtung erfolgt die Wahl
der erforderliche: zahl von Thyristorzellen je nach der Amplitude der Betriebsspannung,
die an einer Kette von Thyristorzellen liegt, und nicht auf Grund der zulässigen
Uberspannung. Dadurch kann die Zahl der Zellen in der Kette verringert werden und
folglich werden Herstellungskosten, Gewichb,
Abmessungen und Verlustleistung
des Stromumrichters herabgesetzt.
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Die gemäß der Erfindung aufgebaute Einrichtung wurde beim industriellen
Einsatz mit Erfolg geprüft und sicherte den Überspannungsschutz von Thyristoren
eines gesteuerten Hochspannungsumrichters in einer Gleichstromleitung mit 100 kV
bei 150 A.
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Die Einrichtung ermöglichte einen zuverlässigen Betrieb von Thyristoren
in einem Dreiphasen-Erückenumrichter bei aber gangsvprgängen und bei gestörtem Betrieb
eines Stromumrichters im Falle von Überspannungen, die die zwei- und dreifache Amplitude
der Betriebsspannung erreichten.
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Die Erfindung wird in der nachstehenden ausführlichen Beschreibung
mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei zur ereinfachung
der Darlegung konkrete engere Begriffe benutzt werden. Es ist aber in Betracht zu
ziehen, daß sich die Erfindung nicht auf diese engen Begriffe beschränkt, und jeder
Begriff alle äquivalenten Elemente umfaßt, die ähnlich funktionieren und zur Losung
der gleichenAufgaben nach der Erfindung benutzt werden.
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So wird z.B. unter einem Thyristor ein sowohl für die Ausführung
von Einschaltvorgängen als auch von Ein- und Ausschaltvorgängen steuerbarer Thyristor,
d.h. ein vollgesteuerter Thyristor gemeint. Unter der Thyristorzelle sind ein oder
mehrere parallel geschaltete Thyristoren zu verstehen. Die Bezeichnung
"Stromgrößengeber"
bezieht sich auf einen Stromwandler oder auf eine andere Ausführung des Stromwertgebers.
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Zu berücksichtigen ist auch, daß weitere Ziele und Vorteile der Erfindung
sich aus der nachstehenden 33eschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen ergeben.
Davon zeigen Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild der Einrichtung zum Uberspannungsshutz
einer Kette von Thyristorzellen in einem gesteuerten Hochspannungsumrichter mit
Benutzung eines gesteuerten berspannungsableiters, wobei die Thyristorzellen in
diesem Ausführungsbeispiel aus einem Thyristor bestehen.
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Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der Einrichtung zum Überspannungsschutz
nach Fig. 1, in der ein Überspannungsableiter mit mehreren Elektroden benutzt wird;
Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild der Einrichtung zum Uberspannungsschutz nach
Fig. 1 mit zusätzlichen Lawinendioden in den Thyristorzellen und in den Gliedern
der aus serienmäßig und gegeneinander geschalteten Lawinendioden bestehenden Diodenkette.
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Erfindungsgemäß wird die Einrichtung zum Überspannungsschutz von
Thyristoren eines Hochspannungsumrichters in jeden Zweig des Dreiphasen-Stromumrichters
gelegt und besteht aus einer kette 1 (Fig. 1) von in Reihe geschalteten Thyristorzellen
2a...2n, wobei parallel zur Kette 1 eine zusåtzliche Kette 3 angeschlossen ist,
deren jedes Glied aus zwei serienmäßig und gegeneinander geschalteten Lawin@endioden
4a...4n,
5a...5n gebildet ist. Parallel zu den Ketten 1 und 3 ist
mit Heraufsührungen 6, 7 ein gesteuerter Überspannungsableiter 8 angeschlossen.
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In Reihe mit der Diodenkette 3 liegt der Eingang des Stromwertgebers
9, der die Primärwicklung eines Stromwandjers darstellt, wobei die Sekundärwicklung
des Stromwandlers an den Eingang eines Stromintegrators 10 in der Steuereinheit
11 für den Überspannungsableiter 8 geschaltet ist.
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Der Stromintegrator 10 besteht aus einem Gleichrichter 12 mit Dioden
13...16.
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i>er Ausgang des Gleichrichters 12 ist an einen Speicherkondensator
17 über einen Widerstand 18 angeschlossen. Parallel zum Kondensator 17 liegt ein
Widerstand 19.
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Der Ausgang des Stromintegrators 10 ist an die Steuerelektrode eines
Thyristors 20 über eine Entkopplungsdiode 21, einen Dynistor 22 und einen Begrenzungswiderstand
23 geschaltet sowie an die Katode des Thyristors 20 angeschlossen.
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An der Katode der Diode 21 und an der Anode des Dynistors 22 liegt
die Katode einer Diode 24, und an die Anode der letzteren ist ein Kondensator 25
und die Anode eines Stabilisatordiode 26 angeschlossen, die ein Parallelnetzwerk
bilden, wobei die Anode der Stabilisatordiode 26 und der andere Belag des Kondensators
25 an die Katode des Thyristors 20 geschaltet sind.Parallel zur Stabilisatordiode
26 ist eine Gleichspannungsquelle 27 angeschlossen.
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Der Thyristor 20 ist Bestandteil eines aus der Primarwicklung 28
eines Impulstransformators 29 und eines Kondensators 30 bestehenden Netzwerkes,
wobei an den Kondensator 30 uber einen Widerstand 31 eine Gleichspannungsquelle
32 angeschlossen ist.
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Die Sekundärwicklung 33 des Impulstransformators 29 liegt am Hauptabgriff
7 und an der Zundolektrode des gesteuerten Uberspannungsableiters 8.
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Bei normalem Betrieb des Stromumrichters liegt die Spannung an der
Thyristorkette 1 nicht über der summierten Lawinendurchbruchsspannung der Lawinendioden
einer Stromrichtung 4a...4n bzw. 5a...5n Ce nach der Polarität der an der Kette
anliegenden Spannung). Folglich konnen alle Dioden einer Stromrichtung nicht in
den bereich des Lawinendurchbruchs an der Kennlinie gesteuert werden. Dabei stellt
der durch die Primärwicklung des Stromwandlers (des Stromwertgebers 9) fliegende
Strom einen Beckstrom der Lawinendioden dar und reicht für die Bildung eines Signals
zur Auslösung des Überspannungsableiters 8 in der Steuereinheit 11 nicht aus.
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Bei Entstehung von Überspannungen steigt die Spannung an der Thyristorkette
des Stromumrichters bis zur summieren Lawinendurchbruchsspannung der Dioden 4a...4:n
oder 5a...5n, worauf alle Dioden einer Stromrichtung in den Lawinendurchbruchs-Bereich
der Kennlinie übergehen, und der Spannungsanstieg an der Thyristorkette 1 aufhört.
In der Lawinendiodenkette 3 beginnt
ein Überstrom zu fließen,
dessen Amplitude und Dauer von elektrischen Kennwerten des Stromumrichters und von
der Art der Störung abhängen, wobei dieser Strom mehrere zehn und Hunderte Ampere
erreichen kann.
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Die Schutzeinrichtung kann die Spannung an der Thyristorkette 1 sowie
an jedem Thyristor der Kette 2a.0.2n bei Überspannungen solange begrenzen, bis die
in den Lawinendioden 4a...4n oder 5a...5n herausgeloste Energie unter der zulässigen
Grenze bleibt oder der über die Lawinendioden fließende Strom die zur Zerstörung
führenden Werte erreicht0 In diesem Falle formiert die Baueinheit 11 ein Signal
zur Auslösung des gesteuerten Überspannungsableiters 8, der die Spannung von der
Thyristorkette 1 vollkommen oder zum Teil wegnimmt, Da die Durchbruchsspannung der
Lawinendioden in der Kette 3 in erster Näherung als konstant angenommen werden kann,
so ist die in einer Diode im Lawinendurchbruchs-Bereich ihrer Kennlinie herausgelöste
Energie dem Integral des über die Diode fließenden Stromes, d.h. der durch die Kette
3 geflossenen Elektrizitätsmenge proportional.
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In der Baueinheit 11 erfolgt periodisch ein Vergleich der jn der
Kette 3 herausgelosten Energie mit dem zulässigen Energiewert. Zu diesem Zweck weist
die Steuereinheit 11 ein Mittel 10 auf, das eine periodische Integration des durch
die Kette 3 fileßenden Stromes vornimmt. Die In@egration erfolgt mit Hilfe
des
Speicherkondensators 17, der über den Brückengleichrichter 12 mit Dioden 13...16
mit dem Strom der Kette 3 aufgeladen wird, der dem Stromintegrator 10 von der Sekundärwicklung
des Stromwandlers (des Stromwertgebers 9) zugeführt wird.
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Die Spannung am Kondensator 17 ist der in der Kette 3 herausgelo"sten
Energie proportional. Die Einstellspannung entspricht dem für die Durchschaltung
des Dynistors 22 erforderlichen Spannungswert. Sobald die Spannung am Kondensator
17 und am Widerstand 18 die Umschaltspannur; des Dynistors 22 erreicht, wird der
letztere geöffnet und bildet einen Stromkreis für die Entladung des zusätzlichen
Kondensators 25, der vorher von der Spannungsquelle 27 aufgeladen wurde. Die Stromkreise
der Kondensatoren 17 und 25 sind durch die Dioden 21 und 24 getrennt. Die Spannung
am Kondensator 25 ist durch die Stabilisatordiode 26 stabilisiert und liegt wesentlich
unter der Umschalt spannung des Dynistors 22. Bei der Entladung des Kondenstators
25 wird ein Impuls formiert, der über die Entkopplungsdiode 21 und den Begrenzungswiderstand
23 den Thyristor 20 einschaltet. Beim Einschalten des Thyristors 20 erfolgt die
Entladung des Kondensators 30, der vorher von der Spannungsquelle über einen Widerstand
31 aufgeladen war. Der Kondensator 30 entlädt sich über die Primärwicklung 28 des
Aufw*ar*ts-Impulstransformators 29, dessen Sekundärwicklung an die Zündelektrode
34 und an den Hauptabgriff 7 vom tlberspannungsableiter 8 angeschlossen ist.
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Die Steuereinheit 11 wird so eingestellt, daß die Durchschaltung
des Dynistors 22 entweder bei der Herauslösung einer maximal zulässigen Energie
in der Kette 3 erfolgt oder, wenn der durch die Lawinendioden der Kette 3 fließende
Strom auch kurzzeitig über einen festgelegten Wert steigt, wobei der Schutz der
Lawinendioden vor elektrischer Zerstörung durch Überströme@ möglich wird.
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Der Widerstand 18 des Stromintegrators 10 dient zur Einstellung des
StromDegrenzungsbetriebs und der Widerstand 19 zur periodischen Entladung des Kondensators
17.
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i>er Überspannungsableiter spricht nicht an im Falle, wenn die
in den Dioden der Kette 3 herausgelöste Energie unter dem zulassigen Wert bleibt
und der Strom unter dem Begrenzungspegel liegt. Die Schutzwirkung der Einrichtung
besteht in diesem Falle nur in der Begrenzung der Überspannung an der Thyristorkette
1 bis zur zulässigen summierten Lawinendurchbruchsspannung der Dioden in der Kette
3. Zu Überspannungen dieser Art gehören praktisch alle durch Storungen im Stromumrichter
selbst hervorgerufenen Überspannungen.
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Die Überspannungen aber, die beim Spannungsanstieg infolge von Störungen
in den B'nergieübertragungsleitungen (z.B.
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beim Anschlug eines Gleichrichters an gesperrten Wechselrichter) oder
in einem Wechselstromübertragungssystem (z.3. beim Leerlaufsohalten von Leistungstransformatoren)
auftreten, können durch die Einrichtung nicht immer begrenzt werden, da
die
Energie der Überspannungsquelle über der zulässigen Verlustleistung der Diodenkette
3 liegen kann.
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In diesem Falle liefert die Steuerinheit 11 ein Signal zur Auslösung
des Überspannungsableiters 8. Das Ansprechen des gesteuerten Überspannungsableiters
ist in diesem Falle als richtige Reaktion der Schutzeinrichtung zu betrachten.
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Die beschriebene Einrichtung (Fig. 1) kann für Stromumrichteranlagen
empfohlen werden, die eine Ausgangsspannung von ungefähr 100 kV bei gleichen Amplitudenwerten
der an die Thyristorkette angelegten Spannungen beider Polarität liefern.
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Für Stromumrichter mit Ausgangsspannungen über 100 kV kann zweckmaßigerweise
eine Schutzeinrichtung mit Mehrelektroden-Überspannungsableiter 35 (Fig. 2) angewandt
werden, der aus dem gesteuerten Überspannungsableiter 8 besteht, mit dem je nach
der Betriebsspannung des Stromumrichters ein oder mehrere nichtgesteuerte Uberspannungsableiter
36 in Reihe geschaltet werden (in Fig. 2 ist ein nichtgesteuerter Ableiter angeftihrt),
wobei jede zwei anliegenden elektrisch verbundenen Elektroden der Überspannungsableiter
8 und 36 über einen Koppelwiderstand 37 an zwei elektrisch verbundene Anoden (bzw.
Katoden) der Lawinendioden wenigsten zweier benachbarter Glieder der Kette 3 angeschlossen
sind.
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Dabei muß der Durchbruchs spannung swert der Lawinendioden einer
Stromrichtung, die die Entladungsstrecke überbrücken, kleiner als die Durchbruchsspannung
dieser Entladungsstrecke
bei nicht geziindetem Überspannungsableiter
8 sein.
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Die genaue Einstellung des Maximalspannungswertes an Entladungsstrecken
durch Parallelschaltung von Lawinendiodengliedern führt zu höherem spannungsmäßigem
Vervielfachungsfaktor des Überspannungsableiters. Die aufeinanderfolgenden aber
schlagt der Entladungsstrecken des Vberspannungaableiters nach dem Überschlag an
den Zündelektroden verkürzen die Ansprechzeit und erhöhen die Zuverlässigkeit der
Auslosung.
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Für Stromumrichter, bei denen die Amplitude der Sperrspannung an
den Thyristorketten die Spannungaamplitude in der Durchlaßrichtung übersteigt (z.B.
in Stromumrichtern geringer Leistung mit einer Brückenschaltung) können die Thyristorketten
1, 3 und die Schutzketten mit Lawinendioden zweckmäßigerweise mit zusätzlichen Lawinendioden
38a...38m bzw. 39a.0.39m (Fig. 3) ausgestattet werden.
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Eine derartige Schaltung gibt die Möglichkeit, die erforderliche
Anzahl der in Reihe liegenden ThyristQ'rzellen in einer Kette zu verringern. Die
Anzahl der Thyristorzellen mit zusätzlichen Lawinendioden wird durch das Amplitudenverhältnis
der Spannungen in Durchlaß- und Sperrichtung an den Eingängen der Ketten bestimmt.