DE4126816C2 - Schaltungsanordnung für ein Gleichrichter-Unterwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Gleich­ richter-Unterwerk mit einer Gleichstrom-Sammelschiene, an der über Schnelltrenner ein oder mehrere Streckenabgänge angelenkt sind, zur Bahnstromversorgung.

Bei Gleichrichter-Unterwerken zur Versorgung von Gleichstrombah­ nen kommen in den Streckenabgängen die bekannten Schnellschalter zur Anwendung, die einstellbar auf einen Auslösewert sicher den Überlaststrom sowie den Kurzschlußstrom abschalten können. Diese Schalter sind jedoch durch ihre Mechanik teuer und in ihrer Wir­ kung durch die Lichtbogenentwicklung gefährlich für die Anlage. Außerdem erfordert der ständige Verschleiß eine Wartung in kurzen Zyklen.

Es sind aus der EP 0 206 150 A2 auch Thyristorschalter an einer Gleichstrom-Sammelschiene bekannt, die aber im Leistungsfluß zum Gleichrichterblock zusätzliche Halbleiterschalter beinhalten und somit die Anlage teurer und verlustreicher gestalten. Darüberhin­ aus müssen noch zusätzliche Ventile eingesetzt werden, um über die Station, dem Gleichrichter-Unterwerk, eine Rückspeisemöglich­ keit aufzubauen.

Auch die Lösung mit Thyristorschaltern an einer Drehstromsammel­ schiene nach dar DD 2 61 485 A3 ist auch schon ohne die zusätzlichen Ventile zur Rückspeisemöglichkeit der Bremsenergie nachteilig, weil hier die Auslegung der Thyristorschalter wegen der geforderten Kurzschlußfestigkeit, z. B. über eine Zeit von 200 ms, viel zu aufwendig ist oder Mehraufwand für die Thyristor­ schalter gegenüber dem halben Gleichrichterblock bedeutet, der ja nicht alle Abgangsströme gleichzeitig führen muß.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen (DE 41 04 384 A1), den zen­ tralen Gleichrichter zu einer Hälfte als Thyristorblock auszuführen, der über eine Löschschaltung zu einer zentralen, schnellen Ab­ schaltung genutzt wird und in der spannungslosen, zwar kurzen Pause, die Abschaltung eines Schnelltrenners des betreffenden Abzweiges vorgenommen wird. Somit kann der weitere Betrieb er­ folgen, es entstehen jedoch immer kurze spannungslose Pausen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Schaltungsan­ ordnung für ein Gleichrichter-Unterwerk mit Schnelltrennern anzu­ geben, das rückspeisende Ströme als auch Kurzschlußströme zu schalten vermag und zugleich eine einfache Prüfmöglichkeit der Strecke ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

An einer Plus-Gleichstrom-Sammelschiene wird der Streckenabgang über einen Schnelltrenner und Stromwandler versorgt, wobei an jedem streckenseitigen Pol des Schnelltrenners eine Koppelbau­ gruppe, bestehend aus der Reihenschaltung von zwei antiparallel geschalteten Halbleiterventilen (Freilaufdiode und Shuntthy­ ristor) und eines Hilfstrenners, angeordnet ist, die auf eine Koppelleitung führt. Zwischen der Plus-Gleichstrom-Sammelschiene und der Koppelleitung sind zwei Stromzweige angeordnet, wovon der erste aus einem Koppelthyristor besteht, der mit der Anode an die Plus-Gleichstrom-Sammelschiene geschaltet ist und der zweite aus einem Löschthyristor in Reihe mit einem Löschkondensator und einer Sperrdiode besteht, wobei der Löschthyristor mit der Anode ebenfalls an der Plus-Gleichstrom-Sammelschiene angeschlossen ist.

Wie bereits vorgeschlagen wurde (DE 41 04 384 A1) kann zwischen den Elementen Löschkondensator und Sperrdiode ein Unterstützungszweig angeordnet sein, bestehend aus einer Induktivität mit Widerstand, der gegen die Bahnerde geschaltet ist; weiterhin an die Koppel­ leitung eine Freilaufdiode, die mit der Anode ebenfalls an die Bahnerde angeschlossen ist.

Das Arbeitsregime der Schaltung erfolgt derart, daß bei einer Fehlerstromerkennung oder bei einer gewollten Abschaltung des Streckenabganges der Schnelltrenner den Öffnungsbefehl erhält und zugleich der Shunt- und der Koppelthyristor gezündet werden, somit der Strom vom sich öffnenden Schnell-Trenner auf den Shunt- oder Koppelthyristor kommutiert und der Löschthyristor nach einer fest eingestellten Verzugszeit oder nach einem Signal vom Schnelltrenner gezündet wird und den Koppelthyristor löscht.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt zwei Gleichrichter-Unterwerke mit den Einspeisungen 1 und 2, wobei das erste Gleichrichter-Unter­ werk ausführlicher dargestellt ist als das zweite. Alle Gleich­ richter-Unterwerke sind gleichartig aufgebaut und infolge der hier angegebenen, bekannten Schaltung sind alle miteinander ver­ bunden, so daß die zweigleisige Strecke durchgeschaltet ist. Das dargestellte Gleichrichter-Unterwerk besteht aus der Plus-Gleich­ strom-Sammelschiene 3, von der z. B. vier Streckenabgänge A, B, C und D abgehen, die in der Zeichnung durch folgende Elemente dar­ gestellt sind: Schnelltrenner 4, Stromwandler 5, Koppelventil 6, Shuntthyristor 27 und Hilfstrenner 7. Die Hilfstrenner 7 sind an eine Koppelleitung 8 angeschlossen. Zwischen der Plus-Gleich­ strom-Sammelschiene 3 und der Koppelleitung 8 ist die Koppel-/Löschbaugruppe 16 angeordnet, bestehend aus dem Koppelthyristor 9 und dem Löschzweig, der seinerseits aus dem Löschthyristor 10, dem Löschkondensator 11 und der Sperrdiode 12 besteht. Weiter ist zwischen der Bahnerde, hier der Minus-Pol, und der Koppelleitung 8 eine Freilaufdiode 13 geschaltet. Die beiden Anoden, nämlich die der Sperrdiode 12 und die der Freilaufdiode 13 werden durch einen Unterstützungszweig, bestehend aus einer Induktivität 14 und einem Widerstand 15, verbunden. Ebenso wie die Streckenabgän­ ge A bis D und die Koppel-/Löschbaugruppe 18 befinden sich die gleichen Elemente im zweiten Gleichrichter-Unterwerk und in wei­ teren.

Die Streckenabschnitte 17, 18, 19, 20, 21 und 22 sind mit folgen­ den Streckenabgängen verbunden: 17 mit B, 18 mit D und mit B2, 19 mit D2, 20 mit A, 21 mit C und mit A2 sowie 22 mit C2. Weiter ist noch eine Querkupplung mittels des Schaltgerätes 23 dargestellt. Das Schaltgerät 23 ist eingeschaltet.

Das Arbeitsregime soll anhand von Fehlerabschaltungen erläutert werden, wozu zuerst ein Kurzschluß 24 auf der Strecke 18 angenom­ men wird. Weiterhin wird angenommen, daß die Streckenabgänge D und B eingeschaltet sind und die Streckenabgänge A und C ausge­ schaltet sind. Dies gilt auch für das zweite Gleichrichter-Unter­ werk und weitere, und es wird dabei noch angenommen, daß nur die Streckenabgänge D und B2 den Auslösewert erreichen. Weitere Streckenabgänge mögen durch einen hier nicht dargestellten di/dt- Schutz angeregt werden.

Die Abschaltung der Streckenabgänge D und B2 soll am Beispiel der Abschaltung für den Streckenabgang D beschrieben werden. Der Schnelltrenner 4 des Streckenabganges D erhält den Aus-Befehl; zugleich werden der Koppelthyristor 9 und der Shuntthyristor 27 gezündet, so daß der Strom vom sich öffnenden Schnelltrenner 4 kommutiert wird zum Koppelthyristor 9 auf die Koppelleitung 8, über den Hilfstrenner 7 und das Koppelventil 6 des Streckenab­ gangs D zum Streckenabgang D, so daß der Kurzschlußstrom zum Kurzschluß 24 nun folgenden Weg nimmt: von der Sammelschiene 3 durch den Koppelthyristor 9, durch die Koppelleitung 8, den Tren­ ner 7, das Koppelventil 6 und den Stromwandler 5 des Streckenab­ ganges D. Genauso ist die Kommutierung im Streckenabgang B2 zu betrachten, wobei dort die Koppel-/Löschbaugruppe 16 des zweiten Gleichrichter-Unterwerkes beteiligt ist. Nach einer festeinge­ stellten Zeit bzw. nach einer Kontaktgabe durch den sich öffnen­ den Schnelltrenner 4 des Streckenabgangs D wird der Löschthy­ ristor 10 gezündet, der den Strom des Koppelthyristors 9 über­ nimmt (negatives Potential an der Anode des Koppelthyristors 9 infolge der Kondensatorausgangsspannung), wobei durch das Umladen des Löschkondensators 11 der Löschthyristor 10 blockiert und somit die Abschaltung des Streckenabganges D beendet wird. Nach der Zündung des Löschthyristors 10 fließt ein kurzer Impulsstrom auch über alle Koppelzweige (Koppelventile 6 und Hilfstrenner 7), soweit die Schnell-Trenner 4 geschlossen sind, im angenommenen Beispiel also ist der Streckenabgang B davon betroffen. Die Höhe dieses Impulsstromes wird durch den Widerstand 25 begrenzt. Der Impulsstrom, z. B. über die Elemente des Streckenabganges B, wird vollkommen vermieden, wenn die Koppelventile 6 durch Thyristoren ersetzt werden und nur der Thyristor gezündet wird, dessen Streckenabgang geschaltet werden soll, im Beispiel also nur vom Streckenabgang D.

Der Unterstützungszweig, nämlich die Induktivität 14 und der Widerstand 15, dienen der sicheren Streckenabschaltung, falls die Strecken sich im Leerlauf befinden. Die Freilaufdiode 13 wirkt sich günstig auf die Senkung von Schaltspannungen aus.

Es wird weiter angenommen, daß der Kurzschluß 24 besteht und zur gleichen Zeit oder geringfügig zeitlich versetzt durch eine Zug­ einheit 26 die Trennstelle zwischen den Streckenabgängen B und D elektrisch überbrückt wird. Nun fließt zur Kurzschlußstelle 24 über B ein solcher Strom, der den Ansprechwert erreichen möge, so daß der Schnelltrenner 4 vom Streckenabgang B geöffnet und der Koppelthyristor 9 erneut sowie der Shuntthyristor 27 vom Streckenabgang B gezündet werden bzw. hier noch ein Kommutie­ rungsstrom fließt und später ein Reserve-Löschthyristor 10a und -Löschkondensator 11a zum Einsatz kommen, um den gesamten Kurz­ schlußstrom vom ersten Gleichrichter-Unterwerk, wie oben be­ schrieben, restlos abzuschalten.

Es wird weiter angenommen, daß die vorher deklarierte Fehlerbe­ schreibung besteht. Zusätzlich sei angenommen, daß alle Strecken­ abgänge A, B, C, D eingeschaltet sind. Hier kann es notwendig sein, daß die Streckenabgänge B, C und D abgeschaltet werden müssen, evtl. auch noch der Streckenabgang A. Alle diese Schal­ tungen laufen wie beschrieben ab. Es war hierbei auch noch ange­ nommen worden, daß das Fehlerstromereignis, angedeutet durch die Zugeinheit 26, zu einem ungünstigen Zeitpunkt eintritt, der die Zündung des Reserve-Löschthyristors 10a erfordert, da die Umla­ dung der ersten Löschkapazität schon begonnen hatte.

Rückspeisende Ströme, z. B. über den sich öffnenden Schnelltrenner 4 des Streckenabgangs A zum Streckenabgang D, werden wie folgt geschaltet: Öffnungsbefehl für den Schnelltrenner 4, Zündung des Koppelthyristors 9 und zum gleichen Zeitpunkt Zündung des Shunt­ thyristors 27 des Streckenabganges A. Der Strom kommutiert in folgende Bahn: Shuntthyristor 27 von Streckenabgang A, Hilfstren­ ner 7, Koppelleitung 8, Koppelventil 6 des Streckenabganges D zum Streckenabgang D. Der Shuntthyristor 27 wird nicht gelöscht und geht selbständig aus, wenn der Bremsstrom auf Null gegangen ist.

Nach einer erfolgten Abschaltung kann über den Koppelthyristor 9 eine Streckenprüfung vorgenommen werden, wobei der Prüfstrom durch den Löschzweig - Löschthyristor 10, Löschkondensator 11 und Sperrdiode 12 - wieder abgeschaltet wird.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist es möglich, Fehlerströme und Lastströme ohne das Vorhandensein eines Schnell­ schalters zu schalten, wobei nur die Stromwertinformation (Abso­ lutwert) des Abgangs benötigt wird. Die Streckenprüfung kann ohne Streckenprüfwiderstand durchgeführt werden, da die eingebauten technischen Mittel der Koppel-/Löschbaugruppe dazu benutzt wer­ den. Besonders geeignet ist die Schaltung für nichtdurchgeschal­ tete Netze oder solche, in denen aufgrund der verwendeten Trieb­ fahrzeuge keine Rückströme auftreten.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung für ein Gleichrichter-Unterwerk mit einer Gleichstrom- Sammelschiene, an der über Schnelltrenner ein oder mehrere Streckenabgänge angelenkt sind, gekennzeichnet dadurch, daß der streckenseitige Pol jedes Schnelltrenners (4) über ein Koppelventil (6) mit parallelem Shuntthyristor (27) und einen Hilfstrenner (7) mit einer Koppelleitung (8) verbunden ist, die zu einer Koppel-/Lösch- und Prüfbaugruppe (16) führt, die aus einem Koppelthyristor (9) und einem oder mehreren parallel zum Koppelthyristor (9) angeordneten Löschzweigen aus Löschthyristoren (10) und Löschkondensatoren (11) besteht, wobei die Ventile der Koppel-/Lösch- und Prüfbaugruppe (16) anodenseitig an die positive Gleichstrom- Sammelschiene (3) angelenkt sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Koppel-/Lösch- und Prüfbaugruppe (16) zusätzlich eine an sich be­ kannte Freilaufdiode (13) angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß für das Koppelventil (6) eine Diode verwendet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß für das Koppelventil (6) ein mit dem Ausschaltbefehl des zugehörigen Schnelltrenners (4) zu zündender Thyristor verwendet ist.