DE3877228T2

DE3877228T2 - Ueberspannungsschutzeinrichtung fuer thyristorventil.

Info

Publication number: DE3877228T2
Application number: DE8888302302T
Authority: DE
Inventors: Sumio C O Patent Div Kobayashi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2008-03-17
Also published as: CA1327835C; CN1009694B; DE3877228D1; JPS63234874A; US4947282A; EP0283268B1; EP0283268A1; CN88101557A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Thyristorventilschaltung mit einer verbesserten Koinzidenz- oder Tor(steuer)impulserzeugungsanordnung; sie eignet sich speziell für ein durch eine Anzahl von Thyristoren in Reihenparallelschaltung gebildetes Hochspannungs- und Hochkapazitäts-Thyristorventil.
Fig. 4 ist ein Schaltbild eines in einem typischen Gleichrichterkreis verwendeten Thyristorventils. In Fig. 4 sind mit 1-1 bis 1-6 Thyristorventile bezeichnet, die unmittelbar durch z.B. ein Lichtsignal getriggert werden, und die Ziffern 2-1 bis 2-6 bezeichnen Überspannungsschutzableiter oder Schutzelemente, wie nichtlineare Widerstände (im folgenden als (Überspannungsschutz-)Ableiter bezeichnet), die jeweils zu den (nicht getrennt dargestellten) Ventil-Ableitern der Thyristorventile parallelgeschaltet sind. Weiterhin sind mit 3 ein Konversionstransformator und mit 4 eine Gleichspannungs-Drossel bezeichnet.
Die Thyristorventile mit dem oben beschriebenen Aufbau sind oder werden in den folgenden Fällen einer Überspannung ausgesetzt:
*Eine durch einen Unfall oder Blitzeinschlag in der Primärseite des Konversions- oder Umformer-Transformators 3 nach Fig. 4 hervorgerufene Überspannung wird über den Umformer-Transformator 3 zum Thyristorventil übertragen.
*Eine Überspannung wird von der Gleichspannungsseite des Thyristorventils übertragen.
In jedem Fall wird eine das Thyristorventil beaufschlagende Überspannung durch den Schutzpegel Vp des Ableiters 2 begrenzt, so daß sie Vp nicht übersteigt.
Aus diesem Grund müssen für die Konstruktion oder Auslegung des Thyristorventils die beiden folgenden Bedingungen berücksichtigt werden:
1. Das Thyristorventil vermag die maximale Über-Spannung oder den Schutzpegel VP des Ventilableiters auszuhalten, während es sich im nichtleitenden Zustand befindet.
2. Das Thyristorventil kann die beim Einschalten hervorgerufene Beanspruchung, während sich der Ableiter im Betrieb befindet, aushalten, d.h. wenn es eingeschaltet wird, während der Ableiter betätigt wird oder ist und die Thyristorventilspannung bei Vp abgetrennt oder begrenzt wird, nachdem eine Überspannung an das Thyristorventil anglegt worden ist.
Da im zweitgenannten Fall keine Korrelation oder Beziehung zwischen der Überspannung des Thyristorventils und dem Tor(steuer)impuls besteht, kann das Thyristorventil tatsächlich eingeschaltet werden, während der Ableiter betrieben wird bzw. arbeitet.
Die Fig. 7A und 7B zeigen die Ergebnisse einer durch den Erfinder dieser Erfindung unter Verwendung der Ersatzschaltung nach Fig. 6 durchgeführten Detailanalyse bezüglich der im zweitgenannten Fall hervorgerufenen Beanspruchung bzw. Belastung. (Es ist zu beachten, daß die folgende Analyse nicht öffentlich bekannt ist.) Fig. 7A zeigt die Beziehung zwischen Spannung (Vs), Srom (i) und Zeit, und Fig. 7B zeigt die Beziehung zwischen Zeit und Sperrschichttemperaturanstiegen Tj1 und Tj6 im Thyristor.
Zu Referenzzwecken veranschaulichen die Fig. 8A und 8B das Ergebnis der Analyse (Untersuchung) der zum Zeitpunkt des Einschaltens des Thyristorventils hervorgerufenen Beanspruchung, wenn die Ableiteroperation nicht durchgeführt wird (oder der Ableiter nicht vorgesehen ist).
In Fig. 6 sind mit Lo eine Kommutierungs-Drossel, mit E eine Überspannungsguelle, mit iA ein Ableiterstrom, mit i1 - i6 Thyristorströme und mit Vs1 - Vs6 Thyristorspannungen bezeichnet. Beim Rechenbeispiel sind sechs in Reihe geschaltete Thyristoren vorgesehen, von denen fünf Thyristoren (10-2 bis 10-6) zur gleichen Zeit eingeschaltet werden, während der restliche mit einer Zeitverzögerung von 0,85 us eingeschaltet wird.
Aus den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ergebnissen folgt die folgende Tatsache:
Im Fall von Fig. 7 (im Fall des während des Betriebs des Ableiters stattfindenden Einschaltens):
Einschaltüberspannungsverhältnis (K2):
K2 = Vs6/Vs1 = 3,80/2,95 = 1,29.
Sperrschichttemperatur-Anstiegsverhältnis (Kj):
Kj = Tj6/Tj1 = 1,51.
In dem in Fig. 8 dargestellten Fall (im Fall des Einschaltens ohne Ableiterbetrieb):
Einschaltüberspannungsverhältnis (K2*):
K2* = Vs6/Vs1 = 3,70/3,20 = 1,16.
Sperrschichttemperatur-Anstiegsverhältnis (Kj*):
Kj* = Tj6/Tj1 = 1,20.
Somit gilt K2> K2* und Kj> Kj*, und es ist ersichtlich, daß die im Ableiterbetrieb hervorgerufene Einschaltbeanspruchung größer ist. Eine solche große Einschaltbeanspruchung beruht möglicherweise auf folgendem Grund: Der Betrieb des Ableiters stellt eine zwischen die Klemmen oder Anschlüsse des Thyristorventils geschaltete äquivalente Konstantspannungsquelle von VP bereit. Wenn in diesem Zustand das Thyristorventil eingeschaltet wird, wird ein von der Stromquellenseite zum Thyristor fließender Stoßstrom iL1 nur durch in Reihe geschaltete Drosseln (5-1, 5-2) begrenzt. Im Fall ohne Ableiterbetrieb wird dagegen der Stoßstrom iL1 durch eine Reihenschaltung aus der Kommutierungs- Drossel Lo und in Reihe geschalteten Drosseln (5-1, 5-2) begrenzt.
Bei einer Auslegung für ein Thyristorventil der herkömmlichen Konstruktion wird oder ist daher die erforderliche Zahl von Reihenthyristoren unter Berücksichtigung der obengenannten Bedingungen 1. und 2. wie folgt bestimmt.
Zunächst wird die für die Erfüllung der Bedingung 1. erforderliche Zahl (N1) von Reihenthyristoren wie folgt bestimmt:
N1 ≥ VP x Kt x K1/VDRM ... (1)
Darin bedeuten:
VP = Schutzpegel des Ableiters,
KT = Testsicherheitsfaktor (1,15 nach IEC- Norm),
K1 = Spannungsverteilungsfaktor unter Reihenthyristoren und
VDRM = Durchlaß-Aushaltespannung des Thyristors (eine Einschaltfähigkeit auf diesem Pegel ist nicht garantiert).
Die zur Erfüllung der Bedingung 2. erforderliche Zahl (N2) der Reihenthyristoren wird wie folgt bestimmt:
N2 ≥ VP x Kt x K1 x K2/VDRM(ON) ... (2)
Darin bedeutet: VDRM(ON) (VDRM> VDRM(ON)) = eine höchstzulässige Thyristorspannung, bei welcher der Thyristor ein- oder durchgeschaltet werden kann; sie ist eine Funktion der Anstiegsrate des in den Thyristor fließenden Stroms (di/dt). Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen diesen (Größen) VDRM(ON) und di/dt.
K2 ist ein Einschaltüberspannungsverhältnis.
Die gewünschte Zahl von in Reihe geschalteten Thyristoren muß auf die größere der Größen N1 und N2 gesetzt werden.
Aus Gleichungen (1) und (2) läßt sich folgende Gleichung ableiten:
N2/N1 = [VDRM/VDRM(ON)] x K2 ... (3)
Aus Gleichung (3) geht hervor, daß es vom Standpunkt des Thyristorentwurfs vorzuziehen ist, VDRM/VDRM(ON) und K2 möglichst nahe auf 1,0 zu setzen (einzustellen), und daß es ideal ist, wenn N1 = N2 erreicht wird.
Zu diesem Zweck ist die Reihenreaktanz so zu erhöhen, daß di/dt verkleinert wird, und der Thyristor ist so zu wählen, daß die Änderung oder Abweichung in der Einschaltverzögerungszeit unterdrückt wird. Diese Vorgehensweisen erhöhen jedoch die Kosten, und es besteht dabei eine praktische Einschränkung.
Auch wenn z.B. VDRM/VDRM(ON) = 1,0, kann Gleichung (3) umgeschrieben werden zu N2 = K2 N1.
Die nötige Zahl der Reihenthyristoren wird daher auf N2 gesetzt, um der Bedingung 2. zu genügen. Dies bedeutet, daß die Zahl der in Reihe geschalteten Thyristoren gleich K2 mal N1 ist. Gemäß der oben beschriebenen Analyse muß die Reihenzahl auf einen Wert gleich N1 mal K2 (= 1,29) gesetzt werden.
Wir würdigen die in DE-A-25 30 739 enthaltene Offenbarung eines Verfahrens zum Schutze von Gleichrichterausrüstung für Gleichstrom- oder -spannungs-Übertragungsleitungen, bei dem eine Überspannung am Gleichstromausgangskreis mittels eines herkömmlichen Ableiters mit einem Spalt (Luftspalt) verhindert wird. Wenn sich der Ableiter aufgrund einer Überspannung entlädt, werden der davon herrührende Stromfluß detektiert und ein repräsentatives Signal zu einem Komparator geschickt, wodurch die Unterbrechung aller Torimpulse zu den Gleichrichter-Thyristoren veranlaßt wird. Dies dient zum Schutze des Ableiters, so daß ein Ableiter kleiner Kapazität benutzt werden kann.
Aus der oben angegebenen Analyse geht deutlich hervor, daß bei Auslegung des herkömmlichen Thyristorventils die Zahl der in Reihe geschalteten Thyristoren nicht mit niedrigen Kosten bestimmt werden kann.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer Thyristorventilschaltung, welche die nötige Zahl der in Reihe geschalteten Thyristoren zu verringern vermag, so daß sowohl die Kosten für das Thyristorventil als auch der Leitungsverlust desselben reduziert werden.
Dies wird durch die im beigefügten Anspruch 1 (dessen Oberbegriff auf der genannten DE-A-2 530 789 beruht) definierte Erfindung erreicht.
Aufgrund der Verwendung der Sperrschaltung (40) kann der Torimpuls an den Thyristor nur dann angelegt werden, wenn die Bedingung des Vorhandenseins des Leitungsbefehlssignals PHS und des Durchlaßspannungssignals FV sowie des Fehlens der Ausgangssignale sVp* des Spannungsdetektors erfüllt ist. Das heißt, ein Signal (sVp* = "0") zum Sperren des Triggerns des Thyristors wird zur Torimpulserzeugungsschaltung 12 übertragen, bevor eine an den Thyristor angelegte Spannung den Schutzpegel des Ableiters erreicht, wodurch das Ein- oder Durchschalten des Thyristors, während der Ableiter arbeitet, verhindert wird. Als Ergebnis kann die erforderliche Zahl an Reihenthyristoren in folgender Weise bestimmt werden:
1. Da die Bedingung für die maximale Überspannung (VP), die keine Einschaltoperation verursacht, die gleiche ist wie im herkömmlichen Fall, kann die nötige Zahl (N1) an Reihenthyristoren anhand von Gleichung (1) wie folgt bestimmt werden:
N1 = VP x Kt x K1/VDRM
2. Unter einer Bedingung für maximale Überspannung (Vp*), welche die Einschaltoperation verursacht, wird die nötige Zahl (N3) der Reihenthyristoren wie folgt bestimmt:
N3 ≥ Vp* x Kt x K1 x K2*/VDRM (ON) ... (4)
Darin gilt Vp*< VP, und K2* bezeichnet das Einschalt- Überspannungsverhältnis unter der Bedingung, daß der Ableiter nicht arbeitet.
Daher kann die folgende Gleichung abgeleitet werden:
N3/N1 = [VDRM/VDRM(ON)] x [Vp*/VP) x K2* ... (5)
Gemäß der Analyse nach dieser Erfindung wird K2* = 1,16 erhalten oder gebildet, wobei dieser Wert um etwa 10% kleiner ist als K2 = 1,29, wie dies in der Analyse beim oben angegebenen herkömmlichen Fall erhalten wird.
Wenn die Gleichung (5) VDRM/VDRM(ON) = 1,1 und K2* = 1,16 eingesetzt werden, kann die folgende Gleichung (6) gebildet werden:
N3/N1 = 1,1 x [Vp*/VP] x 1,16 = 1,28 x [Vp*/VP] ... (6)
Um N3/N1 = 1 zu erreichen, ist es nur nötig, der folgenden Gleichung (7) zu genügen:
Vp* = [1/1,28] x VP = 0,78 x VP ... (7)
Wenn - wie oben beschrieben - die Thyristorventilspannung Vp&spplus; zum Sperren (oder Inhibieren) der Einschaltoperation auf 78% des Schutzpegels VP des Ableiters gesetzt bzw. eingestellt wird, wird N1 = N3 erhalten, so daß eine optimale Auslegung oder Konstruktion erreicht werden kann. Bei der herkömmlichen Konstruktion ist es nötig, die Zahl der in Reihe geschalteten Thyristoren auf N2 = K1 x N1 = 1,29 x N1 einzustellen. Dagegen wird gemäß dieser Erfindung N3 = 1,00 x N1 erreicht, und die Zahl der Reihenthyristoren kann gegenüber dem herkömmlichen Fall um 29% verkleinert werden.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1A eine Thyristorventilschaltung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 1B die konkrete Konstruktion eines Gate- oder Torimpulsgenerators nach Fig. 1A,
Fig. 2 eine Thyristorventilschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung, bei welcher ein Stromtransformator (CT) in einem Spannungsdetektor- oder -meßabschnitt verwendet wird,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Spannung/Strom-Kennlinie eines (Überspannungsschutz-) Ableiters (2),
Fig. 4 ein Beispiel einer gewöhnlichen Schaltung einer Gleichrichtervorrichtung, die aus Thyristorventilen aufgebaut ist,
Fig. 5 eine Abwandlung der Thyristorventilschaltung nach Fig. 1A, bei welcher mehrere Spannungsdetektorabschnitte für jeweilige Thyristoren vorgesehen sind und die invertierte logische Summe von Ausgangssignalen von den Spannungsdetektorabschnitten als Spannungsdetektionsergebnis ( ) abgeleitet bzw. gebildet wird,
Fig. 6 einen Äquivalentschaltkreis zum Analysieren der Einschaltbeanspruchung im Thyristorventil,
Fig. 7A und 7B das Ergebnis der Analyse, die für die Einschaltbeanspruchung bei arbeitendem Ableiter (2) durchgeführt wird,
Fig. 8A und 8B das Ergebnis der Analyse, die für die Einschaltbeanspruchung durchgeführt wird, wenn der Ableiter (2) nicht vorgesehen ist oder nicht betrieben wird,
Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer an den Thyristor angelegten Spannung und der zulässigen Größe von di/dt, wenn der Thyristor am Spannungspegel ein- oder durchgeschaltet wird,
Fig. 10 eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 5, bei welcher ein Stromtransformator (CT) und ein nichtlinearer Widerstand (NR) in jedem Spannungsdetektorabschnitt vorgesehen sind,
Fig. 11 eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Schaltung, bei welcher ein nichtlinearer Widerstand (NR) anstelle des Ableiters (2) im Spannungsdetektorabschnitt verwendet wird,
Fig. 12 eine Thyristorventilschaltung gemäß noch einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung, bei welcher der gleiche Spannungsdetektorabschnitt wie in Fig. 10 in jedem von mehreren in Reihe geschalteten Thyristorventilmodulen (M1 - Mm) vorgesehen ist, und
Fig. 13 eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 12, bei welcher der gleiche Spannungsdetektorabschnitt wie in Fig. 5 in jedem der Anzahl von in Reihe geschalteten Thyristorventilmodulen vorgesehen ist.
Im folgenden ist die Ausführungsform dieser Erfindung anhand der Fig. 1A und 1B beschrieben.
Fig. 1A ist eine schematische Darstellung (ein Schaltbild) zur Darstellung des Aufbaus des Thyristorventils gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 1B ist ein Schaltbild zur schematischen Darstellung des Aufbaus einer Koinzidenz- oder Tor(steuer)impulserzeugungsschaltung 12 zum Durchschalten des Thyristors nach Fig. 1A. Das Thyristorventil nach Fig. 1A ist beispielsweise auf die Vorrichtung bzw. Anordnung nach Fig. 4 anwendbar.
Eine Anzahl (N) von Thyristoren 10 (10-1 bis 10-N), die unmittelbar durch Lichtsignale getriggert werden, sind in Reihe geschaltet. Zum Aktivieren der in Reihe geschalteten Thyristoren als ein Thyristorventil 1 ist das Thyristorventil mit Spannungsteilerkreisen 11-1 bis 11-N zm Egalisieren der jeweils an die Thyristoren 10-1 bis 10-N angelegten Spannungen sowie mit jeweiligen Gleichspannungs-Drosseln 5-1 bis 5-2 zum Puffern der Einschaltbeanspruchung oder (auch) -belastung der Thyristoren versehen.
Torimpulse zum Ein- oder Durchschalten der Thyristoren werden von Leuchtdioden 20-1 bis 20-N der Torimpulserzeugungsschaltung 12 erzeugt und den Gateelektroden der jeweiligen lichtgetriggerten Thyristoren über Lichtleiter 30-1 bis 30-N zugespeist.
Zum Erzeugen eines Signals FV für das Detektieren der an den Thyristorabschnitt angelegten Durchlaßspannung ist ein antiparallel geschalteter Kreis aus einer Diode 7 und einer Leuchtdiode 8 mit einem Widerstand 6 im Thyristorabschnitt in Reihe geschaltet, wobei das Licht von der Leuchtdiode 8 über einen Lichtleiter 9 zur Torimpulserzeugungsschaltung 12 übertragen wird. In der Erzeugungsschaltung 12 ist ein Phototransistor Tr1 zum Empfangen oder Abnehmen des Signals FV geschaltet, wobei er das Signal als eine der Tor-Erzeugungsbedingungen nutzt.
Zum Ansteuern der Torimpulserzeugungsschaltung 12 für die Zuspeisung von Torimpulsen zum Thyristorventil wird ein Leitungsbefehlssignal PHS von einer in Fig. 1A nicht dargestellten Steuervorrichtung (Steuer- oder Bedientafel) erzeugt. Die Erzeugungsschaltung 12 erzeugt Torimpulse einer vorbestimmten Breite, wenn drei Bedingungen, d.h. Vorliegen des Leitungsbefehlssignals PHS, Vorliegen des Durchlaßspannungssignals FV vom Thyristorventil und Fehlen des Signals Vp*, gleichzeitig erfüllt sind.
Ein Spannungsdetektor (DET) liefert ein Ausgangssignal sVp* zu einem Torimpulsgenerator des Thyristorventils, wenn eine an das Thyristorventil angelegte Spannung eine vorbestimmte Spannung (Vp*) übersteigt, die niedriger ist als der Schutzpegel (Vp) des Ableiters. Der Spannungsdetektor umfaßt eine Reihenschaltung aus Widerständen 13 und 14, einen zum Widerstand 14 parallelgeschalteten Kondensator 15, eine Diode 16 und eine Reihenschaltung aus einer Triggerdiode 17 und einer Leuchtdiode 18. Das Spannungsdetektionssignal sVp* von der Leuchtdiode 18 wird über einen Lichtleiter 19 zum Phototransistor Tr2 der Torimpulserzeugungsschaltung 12 übertragen. Ferner wird ein von der Torimpulserzeugungsschaltung 12 erzeugter Torimpuls durch Leuchtdioden 20-1 bis 20-N in Lichtsignale umgewandelt, und die Lichtsignale werden über Lichtleiter 30-1 bis 30-N zu den Gateelektroden der lichtgetriggerten Thyristoren 10-1 bis 10-N übertragen. Das Leitungsbefehlssignal PHS für die Erzeugungsschaltung 12 wird von einer Steuervorrichtung (Steuertafel) oder einem Zeittaktimpulsgenerator (nicht dargestellt) der Erzeugungsschaltung 12 zugespeist.
Gemäß Fig. 1B ist in der Torimpulserzeugungsschaltung 12 ein UND-Glied 40 zum Empfangen des Leitungsbefehlssignals PHS, des Durchlaßspannungssignals FV und des Signals geschaltet. Das Signal wird auf den logischen Pegel "1" gesetzt, wenn eine an das Thyristorventil angelegte Spannung niedriger ist als eine vorbestimme Spannung (Vp*), die unterhalb des Schutzpegels des Ableiters gesetzt oder eingestellt ist. Das UND-Glied 40 liefert über einen Impulsformkreis (monostabiler Kreis) 50 ein Ausgangssignal zur Basis eines Transistors 60. Die Leuchtdioden 20-1 bis 20-N, ein Widerstand 80, eine Stromquelle 70 und der Transistor 60 sind in Reihe geschaltet. Wenn der Transistor 60 durchschaltet, fließt ein Strom über die Leuchtdioden 20-1 bis 20-N zur Erzeugung von Lichtsignalen.
Wenn an das Thyristorventil eine Durchlaßspannung angelegt ist oder wird, fließt über den Widerstand 13 ein Strom in den Widerstand 14 und den Kondenstor 15. Wenn die an das Thyristorventil angelegte Spannung einen vorbestimmten Pegel (Vp*) erreicht, übersteigt eine Spannung über den Kondensator 15 den Triggerpegel der Triggerdiode 17, die ihrerseits aktiviert wird, um der Leuchtdiode 18 Strom zuzuspeisen. Ein Lichtsignal von der Leuchtdiode 18 wird über den Lichtleiter 19 dem Phototransistor Tr2 der Torimpulserzeugungsschaltung 12 zugespeist. Somit kann an der Erzeugungsschaltung 12 detektiert werden, ob eine über dem vorbestimmten Pegel Vp* liegende Spannung am Thyristorventil anliegt oder nicht. Die Größe des vorbestimmten Pegels kann mittels des Widerstands 13, des Kondensators 5 und der Triggerdiode 17 eingestellt werden.
Daher bewirkt ein Ausgangssignal vom UND-Glied 40 nach Fig. 1B das Fließen eines Impulsstroms in die Basis des Transistors 60, der seinerseits die Leuchtdioden 20-1 bis 20-N nur dann zum Erzeugen von Lichttorsignalen veranlaßt, wenn das Leitungsbefehlssignal PHS und das Durchlaßspannungssignal FV vorliegen und eine die vorbestimmte Spannung (Vp*) übersteigende Spannung nicht am Thyristorventil anliegt (d.h. = logische "1").
Wenn somit eine den vorbestimmten Pegel Vp* übersteigende Spannung am Thyristorventil anliegt, wird das logische Signal (von) zu "0", und das UND-Glied 40 erzeugt kein Ausgangssignal, so daß die Zuspeisung eines Torimpulses (Triggersignals) zum Thyristorventil verhindert wird.
Gemäß Fig. 1A ist der Spannungsdetektor zum Detektieren des vorbestimmten Pegels Vp* mit dem Thyristorventil 1 verbunden. Es ist jedoch (auch) möglich, eine Spannung über einen Teil des Thyristorventils zu detektieren und auf der Grundlage der detektierten Spannung zu bestimmen, ob eine Spannung über das Thyristorventil den vorbestimmten Pegel (Vp*) erreicht hat oder nicht. Dies entspricht dem Fall, in welchem nur einer der Spannungsdetektoren DET nach Fig. 5 verwendet wird.
In Fig. 2 sind den Abschnitten von Fig. 1A entsprechende Abschnitte mit den gleichen Symbolen oder Bezugsziffern bezeichnet. Gemäß Fig. 2 wird ein durch den Ableiter 2 fließender Strom (ip) durch den Stromtransformator CT detektiert oder abgegriffen. Ein Strom ip*, der dann fließt, wenn die Spannung über das Thyristorventil den vorbestimmten Pegel (Vp*) erreicht hat, wird durch die Leuchtdiode 18 detektiert oder abgegriffen, die durch einen ip* übersteigenden Strom aktiviert wird; das als Ergebnis des Abgreifens von der Diode 18 emittierte Licht wird über den Lichtleiter 19 zur Torimpulserzeugungsschaltung 12 übertragen.
Da somit die Beziehung zwischen dem Strom und der Spannung des Ableiters 2 durch die Kennlinie nach Fig. 3 ausgedrückt ist, wird es möglich, eine vorbestimmte Spannung Vp*, die niedriger ist als der Schutzpegel VP des Ableiters 2, durch Detektieren des Stroms ip* entsprechend der Spannung Vp* zu detektieren.
Falls eine Änderung in der Einschaltüberspannung der Thyristoren (10-1 bis 10-N) im Thyristorventil innerhalb von 10% des Nennwerts liegt, wird (ist) das Verhältnis (VP*/VP) von Vp* zu VP gemäß Fig. 3 gleich groß oder kleiner als 0,9 (90%) eingestellt. Durch diese Einstellung kann die Zahl der nötigen Thyristoren (10-1 bis 10-N) um etwa 10% gegenüber dem Fall verkleinert werden, in welchem bei der Konstruktion von Fig. 1B nicht angewandt ist. Das Verhältnis Vp*/VP ist nicht notwendigerweise auf 90% begrenzt, sondern kann allgemein auf 80 bis 90% eingestellt werden. Wenn die Änderung der Einschaltüberspannung innerhalb von ±X% ihres Nennwerts liegt, ist oder wird allgemein der vorbestimmte Triggersperrpegel (Vp*) nicht größer als (100-X)% des vorbestimmten Schutzpegels (VP) eingestellt.
Fig. 5 ist bzw. zeigt eine Abwandlung der Überspannungsschutzschaltung gemäß Fig. 1A. Bei der Schaltung nach Fig. 5 sind Spannungsdetektorabschnitte DET-1 - DET-N für die betreffenden Thyristoren 10-1 bis 10-N vorgesehen. Lichtausgangssignale vön den Detektorabschnitten werden durch lichtelektrische Wandler LE in elektrische Signale umgewandelt und dann einem NOR- Glied 41 zugespeist, das seinerseits eine entsprechende invertierte logische Summe als Spannungsdetektionsergebnis erzeugt.
Fig. 10 ist bzw. zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 5. Bei der Schaltung nach Fig. 10 wird eine Kombination aus einem Spannungsteilerkreis aus nichtlinearen Widerständen NR1 und NR2 sowie einem Stromtransformator CT in jedem der Spannungsdetektorabschnitte DET-1 - DET-N verwendet.
Fig. 11 ist bzw. zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 2. In der Schaltung nach Fig. 11 wird eine Kombination aus einem Spannungsteilerkreis aus nichtlinearen Widerständen NR1 und NR2 sowie einem Stromtransforinator CT anstelle der Kombination aus Ableiter 2 und Stromtransformator CT im Spannungsdetektorabschnitt verwendet. Ein Lichtausgangssignal LGCT, das von einer durch den Ausgangsstrom des Stromtransformators CT angesteuerten Leuchtdiode (LED) 17 erzeugt wird, wird durch einen lichtelektrischen Wandler LE und einen Inverter 442 in ein Signal umgewandelt und dann einem UND-Glied 40 zugespeist.
Fig. 12 zeigt das Thyristorventil gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Bei der Schaltung nach Fig. 12 sind Spannungsdetektorabschnitte DET-1 - DET-m, welche denen nach Fig. 10 entsprechen, jeweils in in Reihe geschalteten Thyristorventilmodulen M1 - Mm vorgesehen. Eine invertierte logische Summe der detektierten oder Detektionsausgangssignale der Spannungsdetektorabschnitte wird als Spannungsdetektionsergebnis benutzt.
Fig. 13 ist bzw. zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 12. Bei der Schaltung nach Fig. 13 sind Spannungsdetektorabschnitte DET-1 - DET-m, welche denen gemäß Fig. 5 entsprechen, jeweils in in Reihe geschalteten Thyristorventilmodulen M1 - Mm vorgesehen. Eine invertierte logische Summe von Detektionsausgangs Signalen der Spannungsdetektorabschnitte wird als Spannungsdetektionsergebnis benutzt.
Die Ausführungsformen nach den Fig. 10 bis 13 entsprechen Schaltungen, die durch Kombinieren der nachstehend angegebenen US-PS niit dem Grundgedanken der Erfindung erhalten werden (d.h. dem Gedanken der Benutzung von oder als eine Bedingung der oder zur Erzeugung des Torimpulses). Auf den gesamten Inhalt der Offenbarung der nachstehenden US-PS wird in der vorliegenden Patentanmeldung Bezug genommen:
US-PS 4 414 599 Patent(erteilungs)datum: 8 .11.1983
Titel: "ARRESTER AND A SEMICONDUCTOR CIRCUIT ARRANGEMENT WITH A PROTECTION DEVICE INCLUDING THE SAME"
Erfinder: Kobayashi
Gemäß dieser Erfindung kann die Einschaltoperation während des Betriebs des Ableiters, der eine äußerst starke Einschaltbeanspruchung oder -belastung herbeiführen würde, verhindert werden. Es braucht daher nur die Einschaltbeanspruchung, die beim Spannungspegel Vp* auftritt, der niedriger ist als der Schutzpegel VP des Ableiters, als die stärkste Einschaltbeanspruchung des Thyristorventils berücksichtigt zu werden. Sodann kann, wie oben beschrieben, die nötige Zahl von in Reihe geschalteten Thyristoren verkleinert werden. Damit kann das Thyristorventil erzielt werden, das kostensparend ist und einen niedrigen Leitungsverlust aufweist.

Claims

1. Thyristorventilschaltung, umfassend: mindestens ein Thyristorventil (1), das vor einer einen vorbestimmten Schutzpegel (VP) übersteigenden Überspannung zu schützen ist und eine Anzahl von in Reihe geschalteten Thyristoren (10-1 bis 10-N) aufweist, gekennzeichnet durch

eine mit dem Thyristorventil verbundene Sperrpegeldetektoreinheit (DET) zum Erzeugen eines Sperrsignals (sVp*), wenn eine den Thyristoren zugespeiste Durchlaßspannung einen vorbestimmten Sperrpegel (Vp*) übersteigt, der niedriger ist als der vorbestimmte Schutzpegel (Vp), und

eine mit dem Thyristorventil und der Sperrpegeldetektoreinheit verbundene Koinzidenz- oder Tor(steuer)impulserzeugungseinheit (12) zum Erzeugen von Torimpulsen zum Triggern der Thyristoren, wenn das Sperrsignal nicht erzeugt ist, und zum Sperren oder Inhibieren der Erzeugung der Torimpulse, wenn das Sperrsignal erzeugt ist,

wobei dann, wenn die Änderung (in) der Einschaltüberspannung der Thyristoren innerhalb von ±X% ihres Nennwerts liegt, der vorbestimmte Triggersperrpegel auf nicht größer als 100% - X% des vorbestimmten Schutzpegels (VP) eingestellt wird.

2. Thyristorventilschaltung nach Anspruch 1, bei welcher das Thyristorventil Durchlaßspannungsdetektor einheiten (6, 7, 8, 9) zum Erzeugen eines Durchlaßspannungssignals (FV), wenn eine Durchlaßspannung an die Thyristoren angelegt ist, aufweist und

die Torimpulserzeugungseinheit (12) einen Torkreis zum Steuern der Erzeugung des Torimpulses auf der Grundlage der logischen UND-Verknüpfung eines gegebenen Leitungssignals (PHS), des Durchlaßspannungssignals (FV) und des Sperrsignals (sVp*) aufweist.

3. Thyristorventilschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher ein (Überspannungsschutz-)Ableiter (2), welcher eine über das Thyristorventil angelegte Spannung auf den vorbestimmten Schutzpegel begrenzt, mit dem Thyristorventil verbunden ist.

4. Thyristorventilschaltung nach Anspruch 2, bei welcher die Sperrpegeldetektoreinheit (DET) eine mit dem Ableiter verbundene Ableiterstromdetektoreinheit (CT) zum Erzeugen des Sperrsignals (sVp*) zum Sperren der Erzeugung der Torimpulse, wenn ein in den Ableiter fließender Strom einen dem vorbestimmten Triggersperrpegel entsprechenden Strompegel übersteigt, aufweist.

5. Thyristorventilschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Sperrpegeldetektoreinheit (DET) eine Spannungsdetektorschaltung (13 - 18) zum Erzeugen des Sperrsignals (sVp*) in Abhängigkeit von einer über alle der in Reihe geschalteten Thyristoren angelegten Spannung aufweist.

6. Thyristorventilschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Sperrpegeldetektoreinheit (DET) Spannungsdetektorschaltungen (DET-1 - DET-N) zum Erzeugen des Sperrsignals in Abhängigkeit von Spannungen, die jeweils an mehrere Thyristoren unter den in Reihe geschalteten Thyristoren angelegt sind, aufweist.

7. Thyristorventilschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher eine Anzahl von in Reihe geschalteten Thyristorventilen (10-1 bis 10-N) vorgesehen sind und die Thyristorventile ferner die Spannungsdetektorschaltungen zum Erzeugen des Sperrsignals in Abhängigkeit von Spannungen, die jeweils an die mehreren Thyristorventile unter den in Reihe geschalteten Thyristorventilen angelegt sind, umfassen.

8. Thyristorventilschaltung nach Anspruch 1, bei welcher das Thyristorventil mit dem Thyristorventil verbundene Durchlaßspannungsdetektoreinheiten (6, 7, 8, 9) zum Erzeugen eines ersten Durchlaßspannungssignals (FV) für die Bestimmung eines Ventilzündzeitpunkts in Abhängigkeit von einem ersten Durchlaßspannungsdetektionspegel aufweist, wobei das Thyristorventil durch einen Ventil-Ableiter vor der Überspannung geschützt ist und wobei die Torimpulserzeugungseinheit (12) angeordnet ist zum Zünden des Thyristorventils nur dann, wenn das erste Durchlaßspannungsdetektionssignal, nicht aber das Sperrsignal erzeugt ist, und zum Sperren der Erzeugung der Torimpulse, wenn das Sperrsignal erzeugt ist.

9. Thyristorventilschaltung nach Anspruch 8, bei welcher die Sperrpegeldetektoreinheit (DET) einen im Ventil-Ableiter (2) fließenden Strom detektiert und das Sperrsignal unter einer Bedingung, daß der detektierte Strom eine vorbestimmte Größe übersteigt, erzeugt.