DE2936279C3

DE2936279C3 - Leistungsschaltervorrichtung

Info

Publication number: DE2936279C3
Application number: DE2936279A
Authority: DE
Inventors: Toru Chigasaki Kanagawa Tamagawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-09-09
Filing date: 1979-09-07
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE2936279A1; JPS5537769A; SE436952B; SE7907433L; JPS6238934B2; CH645760A5; GB2031652B; GB2031652A; US4307428A; DE2936279B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsschaltervorrichtiing mit einem Leistungsschalter für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage, welche in Reihe mit einer mit einer Wechselstromquelle verbundenen Wechselstrom-Gleichstrom-Umformereinrichtung und mit einer an letztere angeschlossenen Glejcbsirom-Drpsselspule liegt.

Üblicherweise wird elektrische Energie in Form von Wechselstrom übertragen, doch ist kürzlich eine Gleichstrom-Übertragungsanlage als Ersatz für eine Wechselstrom-Übertragungsanlage in Betrieb genommen worden. Bei einer Gleichstrom-Übertragungs;anlage wird elektrische Energie in Form eines Starkatroms hoher Spannung übertragen, und bei der Unterbrechung eines solchen Starkstroms muß sehr vorsichtig vorgegangen werden. In jüngster Zeit wird zudem eine Erhöhung der Stromübertragungsleistung angestrebt.

is Bei der Stromunterbrechung wird in einem Stromunterbrecher eine große Stoßspannung induziert, die mit höherer Übertragungsleistung noch zunimmt Bei einer solcherart erhöhten Übertragungsleistung wird der Stromunterbrecher bei der Stromunterbrechung einer starken mechanischen Stoßbelastung und einer sehr starken Wärmeentwicklung ausgesetzt wodurch der Stromunterbrecher Beschädigungen erleiden kann. Aus diesem Grund besteht ein großer Bedarf für eine Stromunterbrecher- bzw. Leistungsschaltervorrichtung für Hochspannungs-Gleichstrom, die einen hohen Sicherheitsgrad und eine einandfreie Stromunterbrechung gewährleistet

Eine Leistungsschectervorrichtung der eingangs definierten Art ist bereits aus der DE-AS 19 43 646 bekannt Diese bekannte Leistungsschaltervorrichtung ist als Regelanordnung zur Vermeidung der bei einem Lastabwurf einer Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanlage auftretenden netzfrequenten Spamtiungsüberhöhung für eine Übertragungsanlage mit wenigstens zwei an Drehstromnetze angeschlossenen Stromrichterstationen ausgebildet Die Stromrichterstationen sind mit Strom- und Spannungsreglern sowie mit Zündwinkelsteuersätzen ausgerüstet und es ist zwischen zwei Stromrichterstationen eine Gleichstromübertragungsleitung angeordnet, wobei nach Kurzschluß oder Lastabwurf eines Teiles der Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanlage oder eineä verbraucherseitigen Drehstromnetzes die Zündwinkelsteuersätze der im Gleichrichterbetrieb gesteuerten Stromrichterstationen

■»5 mit Signalen zur Umsteuerung in den Wechselrichterbetrieb beaufschlagt werden können. Das wesentliche dieser Regelanordnung besteht darin, daß die Stromregler und die Zündwinkelsteuersätze für eine langsame Umsteuerung der Stromrichterstationen in den Wechselrichterbetrieb mil einstellbaren Zeitgliedern beschaltet, und zur sofort anschließenden Rücksteuerung in den Gleichrichterbetrieb ausgelegt sind, und daß der Stromregler an einen Sollwertgeber angeschlossen ist, der einen Gleichstrom-Sollwert vorgibt, der zunächst größer als Null ist.

Aus der DE-PS 8 85 882 ist ein Verfahren zum außer Betriebsetzen von Wechselrichtern bekannt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß bei gleichzeitiger Beaufschlagung der Entladungsstrecken mit einem sperrenden Steuerpotential den Wechselspannungen sämtlicher Phase negative Spannungsimpulse von solcher Größe überlagert Werden, daß die Wechselspannung im Stromkreis der gerade brennenden Entladungsstrecke vorübergehend den Wert der aufge-

&5 drückten Gleichspannung überschreitet.

Die Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens umfaßt kleine Hilfstransformatoren, deren Sekundärwicklungen in die Hauptstromübertragungswege einge-

schaltet sind. An die Primärwicklungen dieser Hilfstrsnsformatoren ist über eine Hilfsschaltejnriehtung und einen Dämpfungswiderstand ein Kondensator angeschlossen, der über eine Hilfsglejchstromquelle aufgeladen wird. Da die Sekundärwicklungen der Hilfstransformatoren in Reihe zu den Wicklungen des Haupttransformators des Wechselrichters liegen, wird die gesamte Stromübertragungsstrecke impedanzmäßig belastet, so daß die übertragbare Energie eingeschränkt wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine wirtschaftliche Leistungsschaltervorrichtung der eingangs definierten Art zu schaffen, die ohne impedanzmäßige Belastung des Hauptstromübertragungsweges einen Hochspannungs-Gleichstrom ohne Beschädigung des Stromunterbrechers sicher und zuverlässig zu unterbrechen vermag.

Ausgehend von der Leistiragsschaltervorrichtung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine dem Leistungsschalter parallelgeschaltete Reihenschaltung aus einem Koppelkondensator und einer Primärwicklung eines Transformators und durch einen an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossenen Sekundärwxklungskreis enthaltend einen mit einer Ladungsspeicher-Stromversorgung verbundenen Ladungsspeicher-Kondensator und einen zwischen die Sekundärwicklung und dem Kondensator eingeschalteten Startschalter für die Auslösung der Leistungsschaltervorrichtung.

Bei der Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung werden Stoßspannungen bei der Stromunterbrechung wirksam kompensiert, so daß dadurch sowohl die Wärmeentwicklung als auch die mechanische Stoßbeiastung stark reduziert werden und ein hoher Sicherheitsgrad bei der Stromunterbrechung gewährleistet wird. J5

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 9.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Leistungsschaltervorrichtung für Hochspannungs-Gleichstrom mit Merkmalen nach der Erfindung zeigt

Ein mit einer nicht dargestellten Wechselstromquelle verbundener Umformer 12 dient zur Umformung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom. An die Ausgangsklemme des Umformers 12 ist eine Gleichstrom-Drosselspule 14 angeschlossen, die mit dem Umformer 12 einen äußeren Stromkreis bildet Die Leistungsschaltervorrichtung, die mit dem äußeren Stromkreis in Reihe geschaltet ist, umfaßt zwe· Leistungsschalter 16,18 und einen mit diesen in Reihe geschalteten Trennschalter 20, mit dem eine nicht dargestellte Gleichstrom-Last verbunden ist. Parallel zur Parallelschaltung aus den Leistungsschaltern 16,18 sind ein Widerstand 22 und ein Kondensator 24 geschaltet Der Widerstand 22 besitzt eine nichtlineare Kennlinie, so daß er den Hochspannungsteil eines bei der Stromunterbrechung induzierten Stromstoßes absorbiert, und der Kondensator 24 vermag die Steilheit der Stoßspannung zu mildern. Eine Reihenschaltung 32 aus einem Koppelkondensator 26 und der Primärwicklung 30 eines Transformators 28 ist mit den Leistungsschaltern 16,18 parallelgeschaltet. Ein parallel zur Primärwicklung 30 geschalteter Widerstand 34 besitzt eine nichtlineare Kennlinie, so daß er den Hochspannungs(an)teil einer an der Transformator-Primärwicklung 30 induzierten Stoßspannung absorbiert.

Die Widerstände 22 und 34 mit nichtlinearer Kennlinie können z. B. aus hauptsächlich aus Metalloxid hergestellten Elementen bestehen.

Die Sekundärwicklung 36 des Transformators 28 ist über einen Startschalter 38 und einen Polaritätsumkehischalter 40 an einen Ladungsspeicher-Kondensator 42 angeschlossen, wobei der Startschalter 38 geschlossen wird, wenn eine Stromunterbrechung durchgeführt werden soll. Mittels des Polaritätsumkehrschalters 40 kann der Ladungsspeicher-Kondensator 42 zur Sekundärwicklung 36 des Transformators 28 entladen werden, so daß die Polarität über die Sekundärwicklung 36 umgekehrt wird. Dieser Schalter 40 ist nämlich so ausgelegt, daß der Ladungsspeicher-Kondensator 42 beim Umlegen eines bewegbaren Kontaktteils 44 gegen einen festen Kontaktteil 46A in der einen Richtung zur Sekundärwicklung 36 entladen wird, während er beim Umlegen des bewegbaren Kontaktteils 44 gegen einen festen Kontaktteil 46fl in entgegengesetzter Richtung zur Sekundärwicklung 36 entladen wird. Zum Aufladen des Ladungsspeicher-Kondensators 42 ist an diesen eine Wechselstromversorgung 52 über eine Reihenschaltung aus einer Diode 48 und einem Widerstand 50 angeschlossen. Die Diode 48 wirkt als Gkichrichterelement.

Die Leistungsschaltervorrichtung arbeitet wie folgt:

Bei der Übertragung von elektrischer Energie, d. h. wenn ücx Umformer 12 als Gleichrichter auf der Stromquellenseite arbeitet, wird ein Hauptstrom über die Leistungsschalter 16, 18 und den Trennschalter 20 zur nicht dargestellten Gleichstromlast geleitet

Die Stromunterbrechung durch den Stromunterbrecher geht unter den angegebenen Bedingungen wie folgt vorsieh:

Es sei vorausgesetzt, daß die Windungszahl N\ der Primärwicklung 30 des Transformators 28 größer gewählt ist als die Windungszahl N₂ der Sekundärwicklung 36 und daß das Windungszahlverhältnis a (a = Λ/1/Λ/2) der Bedingung G₂/a² > C₂₆ genügt, worin C₂₆ die Kapazität des Koppelkondensators 26 und Q₂ die Kapazität des Ladungsspeicher-Kondensators 42 bedeuten. Zur Stromunterbrechung werden die Elektroden der Leistungsschalter 16, 18 mechanisch geöffnet wobei sie durch Lichtbogenbildung elektrisch miteinander verbunden bleiben. Sodann wird der bewegbare Kontaktteil des Umkehrschalters 40 selektiv auf den festen Kontaktteil 46/4 oder 46ßumgeiej;i, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Haupstrom vom Umformer 12 zur Gleichstromlast (d. h. bei Stromversorgung) oder von der Last zum Umformer 12 {d. h. bei Stromaufnahme) flieCt. Auf welchen der festen Kontaktteile 46/4,46ß der bewegbare Kontaktteil 44 des Umkehrschalters 40 umgelegt wird, bestimmt sich notwendigerweise durch die Stromflußrichtung des Sekundärstroms durch die Transformator-Sekundärwicklung, so daß beim Schließen Cts Startschalters 38 auf noch zu beschreibende Weise ein in der Primärwicklung des Transformators induzierter Strom in der Richtung fließt, in welcher der durch die Leistungsschalter 16,18 fließende Hauptstrom unterdrückt oder verringert wird. Dabei bestimmt sich die Polarität an der Sekundärwicklung durch die Umschaltstellung des bewegbaren Kontaktteils 44 am jeweiligen festen Kontaktteil, die wiederum durch den Stromunterbrechungsvorgang bei der Stromzufuhr bestimmt wird. Hierdurch wird die Fließrichtung des Sekundärstroms durch die Sekundärwicklung 36 bestimmt. Wenn sodam der Startschalter 38 geschlossen wird, fließt die im Ladungsspeicher-Kondensator 42 gespeicherte Ladung über die Sekundärwicklung 36.

Infolgedessen fließt ein Induktionsslrom durch die Primärwicklung 30 über den Koppelkondensator 26 in der Richtung, in welcher der durch die Leislungsschalter 16, 18 fließende Hauptstrom unterdrückt bzw. verringert wird, um auf die Größe Null reduziert zu werden, wenn er eine vorbesiimmte Größe erreicht. Dadurch werden die Leistungsschalter 16, 18 durch das Strombegrenzersystem unterbrochen, wobei elektromagnetische Energie in der Gleichstrom-Drosselspule 14 gespeichert wird. Diese gespeicherte elektromagnetische Energie wird über den Koppelkondensator 26. die Transformator-Primärwicklung 50 und den Trennschalter 20 der Last zugeführt, /ti diesem Zeitpunkt wird jedoch eine plötzliche f-rcigabe dieser Energie durch den Kuppelkondensator 26 abgeschwächt. Der Hochspannungsteil einer bei der Siromunterbrechung induzierten .Stoßspannung wird durch die Widerstände 22 und 34 absorbiert. Die Steilheit der Stoßspannung wird durch den Kondensator 24 abgeschwächt bzw. gemilderl. wodurch die Leistungsschalter vor Beschädigung geschützt werden. Der Trennschalter 20 dient zur Unterbrechung eines (sehr) kleinen Stroms.

Wenn die Stromunterbrechung bei der Stromaufnahme, d. h. bei einem Hauptstromfluß von der Last zum Umformer 12 erfolgt, braucht lediglich die Richtung des Induktionsstromflusses durch die Primärwicklung 30 gegenüber dem Stromspeisebetrieb umgekehrt zu werden. Genauer gesagt: die Umschaltrichtung des bewegbaren Kontaktteils 44 kann dabei im Vergleich zum Stromspeisebetrieb umgekehrt werden, so daß der Sekundärstrom ebenfalls in Gegenrichtung durch die Sekundärwicklung fließt.

Da der Koppelkondensator 26. wie erwähnt, mit der Primärwicklung 30 des Transformators 28 in Reihe geschalte! ist, wird durch den Koppelkondensator 26 der Hauptstromfluß über die Primärwicklung 30 im Stromspeisebetrieb verhindert. Bei der Stromunterbre-• chung fließt ein zur Verringerung des Hauptstroms erzeugter Induktionsstrom über den Koppel-Kondensator 26. so daß die Siromunterbrechung durch das Strombegrenzersystem erfolgt. Bei der Stromunterbrechung wird die in der Drosselspule 14 induzierte

in elektromagnetische Energie über den Koppelkondensator 26. die Primärwicklung 30 und den Trennschalter 20 zur Gleichstrom-!.ast geliefert. Dabei verzögert und verhindert der Koppclkondcnsator 26 die plötzliche l'reigabe der in der Drosselspule 14 induzierten

; . elektromagnetischen Energie, so daß er auf diese Weise eine Beschädigung des Stromunterbrechers bei der Stromi'nterbrcchung verhindert.

Zum Ausgleich für einen Anstieg in der Stromunter brechungsleistung ist die Leistungssehaltervorrichuing aus zwei Leistungsschaltern 16, 18 aulgebaut. die miteinander parallelgeschallet sind, wobei als Trennschalter 20 ein SFh-Gas-Trennschalter vorgesehen ist. so daß eine zwangsläufige und sicher Stromunterbrechung mittels einer wirtschaftlichen Anordnung ge-

:*> währleistet wird.

Die im Ladungsspeicher-Kondensator 42 gespeicherte Ladung wird als die für den Stromunterbrechungsvorgang benötigte elektrische Energie benutzt. Da die Ladung des Ladungsspeicher· Kondensators 42 durch

)» Schließen des Startschalters 38 augenblicklich geliefert werden kann, wird eine schnelle Stromunierbrechung sichergestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leistungsschaltervorrichtung mit einem Leistungsschalter für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Obertragungsanlage, welche in Reihe mit einer mit einer Wechselstromquelle verbundenen Wechselstrom-Gleichstrom-Umformereinrichtung und mit einer an letztere angeschlossenen Gleichstrom-Drosselspule liegt, gekennzeichnet durch eine dem Leistungsschalter (16, 18) parallelgeschaltete Reihenschaltung (32) aus einem K.oppelkondensator (26) und einer Primärwicklung (30) eines Transformators (28) und durch einen an die Sekundärwicklung (36) des Transformators (28) angeschlossenen Sekundärwicklungskreis, enthaltend einen mit einer Ladungsspeicher-Stromversorgung (52) verbundenen Ladungsspeicher-Kondensator (42) und einen zwischen die Sekundärwicklung (36) und dem Kondensator (42) eingeschalteten Startschaltci (38) für die Auslösung der Leistungsschaltervorrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennschalter (20) mit dem Leistungsschalter (16,18) in Reihe geschaltet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärwicklungskreis ein Polaritätsumkehr-Schalter (40) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Kondensator (42) zur Sekundärwicklung (36) des Transformators (28) so entladbar ist, daß die Polarität an der Skundärwicklung (36) umgekehrt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Leistungischalter (16,18) ein Kondensator (24) paralleigeschaltet ist, welcher die Steilheit einer beim Unterbrec. en des Leistungsschalters (16, 18) induzierten Stoßspannung verringert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Leistungsschalter (16, 18) ein Widerstandselement (22) mit nichtlinearer Charakteristik parallelgeschaltet ist, welches den Hochspannungs(an)teil einer beim Offnen des Leistungsschalters (16, 18) induzierten Stoßspannung absorbiert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Primärwicklung (30) des Transformators (28) ein Widerstandselement (34) mit nichtlinearer Kennlinie parallelgeschaltet ist. welches den Hochspannungs(an)teil einer über die Primärwicklung (30) angelegten Stoßspannung absorbiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (22) Metalloxid als Hauptkomponente enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (34) Metalloxid als Hauptkomponente enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennschalter (20) ein SF₆-GaS-Trennschalter ist.